[发明专利]判断二元液液互溶性的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机模拟领域，尤其涉及一种判断二元液液互溶性的方法及装置。

背景技术

两种液体的互溶性在化工分离、化学反应、溶剂改性等方面有重要作用，通常可以通过查阅手册获得溶解度参数、内聚能密度、介电常数等进行判断。然而，相当多的化学物质并无法通过手册或文献获得其物理参数，另外，溶解度参数等只是一种定性判断的手段，对于部分互溶的液-液体系，相图能够定量的、更直观的表示混合液体的性质，从而指导研究和应用。

通常可以通过实验手段或者热力学模型计算的方法获得液-液相图。然而，实验的方法绘制相图需要消耗庞大的时间和人力，并且可能存在化学物质成本高、有毒、购买困难等问题；使用热力学模型计算液-液相平衡，选取合适的模型参数以及建立可行的计算方法均是较难的过程，并且需要大量的实验数据支撑。

利用计算机模拟计算可以有效解决上述问题。目前应用最为广泛的模拟计算流体相平衡的方法为Gibbs系蒙特卡洛(GEMC)方法，此方法用稠密流体的计算较难实现，使用计算机模拟方法计算液-液相图鲜有报道，因此，寻找可靠的方法计算两种液体间的互溶性及液-液相图有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种判断二元液液互溶性的方法及装置，能够实现计算机模拟的方法判断二元液液互溶性，避免了现有技术中实验过程操作复杂、流程长、液体挥发、部分物质有毒以及计算较难实现等问题。

第一方面，本发明提供了一种判断二元液液互溶性的方法，所述方法包括：

S1：获取两种物质的分子结构，并对所述两种物质的分子结构进行结构优化；

S2：将所述两种物质按照预设比例建立至少一个元包；

S3：对所述至少一个元包进行结构优化，选取能量最低的元包；

S4：对选取的元包进行分子动力学优化；

S5：在优化后的元包中选取两种物质的分子、原子或者基团进行径向分布函数RDF分析；

S6：根据RDF分析结果，判断所述两种物质的互溶性。

优选地，所述方法还包括：

S7：根据所述预设比例的两种物质在不同温度下的互溶性，重新确定所述两种物质的比例，重复步骤S2至步骤S6；

S8：根据所述两种物质在不同温度及不同比例条件下的互溶性结果，生成所述两种物质对应的二元液-液相图。

优选地，所述步骤S2，包括：

根据预设的质量比例，获得所述两种物质的分子数，在第一预设条件下按照所述两种物质的分子数建立至少一个元包；

其中，每个所述元包中的原子总数为500～5000，所述元包的数量为1～20，所述第一预设条件包括：温度为200k～500k、目标密度为0.5～1.2g/cm³、晶胞类型为周期型晶胞。

优选地，所述步骤S3，包括：

基于Compass力场、PCFF力场、CVFF力场、Universal力场中的一种力场，采用最速下降法Steepest Descent、共轭梯度法Conjugate Gradient、牛顿法Newton及综合法Smart Minimizer中的一种方法对所述至少一个元包进行能量最小化计算，获得并保留能量最低的元包。

优选地，所述步骤S4，包括：

采用微正则系综NVE、正则系综NVT及等温等压系综NPT中的一种或多种，在第二预设条件下对选取的元包进行分子动力学优化，获得分子动力学优化轨迹信息；

其中，所述第二预设条件包括：力场采用Compass力场、PCFF力场、CVFF力场、Universal力场中的一种，温度控制采用Velocity scale、Nose、Andersen和Berendsen中的一种，压强控制采用Parrinello、Andersen和Berendsen中的一种，范德华力和库仑力采用Atom Based、Group Based、Ewald中的一种方法控制，截断距离为

优选地，所述步骤S4，还包括：

在预设的压强下，获得所述元包在多个不同温度下的分子动力学，获得所述多个不同温度下的分子动力学优化轨迹信息；

其中，所述预设的压强为目标相图的压强，所述温度取值范围为所述两种物质的凝固点至沸点。

优选地，所述步骤S5，包括：

根据所述分子动力学轨迹信息，对同一种分子选定的原子或基团之间及两种分子选定的原子或基团之间的径向分布函数RDF分别进行分析，生成RDF曲线。