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研究人员开发出一种计算模型，用以优化熔融结晶工艺——这是一种生产超高纯度碳酸二甲酯(DMC)的低能耗方法。该研究揭示了自然对流如何影响结晶层的形成，并提出了提高效率的加热策略，为工业界提供了一条获取高纯度材料的可持续方案。
碳酸二甲酯(DMC)是制造锂离子电池电解液、药品和高性能聚合物的重要元素，它有严格的生产工业标准——需要达到超高纯度(≥99.95%)。熔融结晶被视为生产DMC最为绿色的方法；然而，复杂的传热传质现象导致晶体生长不均匀和产量不佳，从而阻碍了此技术的广泛应用。
为应对这些挑战，天津大学工业结晶技术国家工程研究中心郝红勋教授研究团队提出了一种新的计算模型，揭示了DMC结晶的动力学机制。通过将计算流体动力学(CFD)模拟与实验数据相结合，绘制了自然对流(一种由温度引起的流体流动驱动的过程)如何塑造DMC晶体层分布的图表。
自然对流塑造DMC晶体层的分布
“动态加热策略精确地调节结晶器壁上的温度梯度，在快速晶体生长和更高产量之间取得平衡，”主要作者郝红勋教授解释道，“我们的模型弥合了理论预测与工业实际操作之间的差异。”
通过量化流体动力学与热梯度之间的相互作用，研究人员现在可以根据特定材料定制结晶过程，在不影响质量的前提下大幅降低能耗缩短生产时间。”
该研究进一步引入了一个预测相关性，即将结晶时间、晶体产量和传热系数联系起来——这一工具为熔融结晶过程的设计和优化提供了新的视角。
“该计算框架通过实验得到了验证，为工业界扩大熔融结晶规模提供了一条经济且高效的方案。”郝教授补充道，“除了DMC之外，该方法还有望用于纯化其他热敏材料，即对精度和可持续性有较高要求的材料，如有机半导体和药物中间体。”
该项研究结果已发表在期刊Green Chemical Engineering上，欢迎相关领域学者同仁阅读、下载。
M. Chen, J. Li, J. Qian, Y. Wu, X. Xu, M. yuan, T. Wang, N. Wang, X. Huang, H. Hao, Numerical Simulation and optimization of dimethyl carbonate melt crystallization based on computational fluid dynamics, Green Chemical Engineering
https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.01.005
期刊简介
Impact Factor : 9.1
Green Chemical Engineering(GreenChE)于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，首个影响因子9.1，位列Q1区，最新CiteScore为11.6，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。
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