面對(duì)化工生產(chǎn)中綠色制造的迫切需求，開發(fā)可持續(xù)的、環(huán)境友好的化工技術(shù)對(duì)于減少二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。層熔融結(jié)晶因其以下特點(diǎn)被認(rèn)是一種綠色的分離手段：與其他分離技術(shù)相比，層熔融結(jié)晶具有能耗低、無氣體和溶劑、選擇性高、易于擴(kuò)大規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)。重要的是，幾乎沒有化學(xué)廢物的產(chǎn)生有效地減少了進(jìn)一步的能源消耗和環(huán)境污染。鑒于其工程應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，層熔融結(jié)晶在異構(gòu)體分離、廢水處理、食品工業(yè)、超純產(chǎn)品制備等方面得到了廣泛的應(yīng)用（S. Z. Jia et al. Chem. Eng. Res. Des., 2021）。

產(chǎn)品的純度是下游工藝能否順利生產(chǎn)的決定性指標(biāo)。天津大學(xué)龔俊波教授課題組此前利用熔融結(jié)晶技術(shù)實(shí)現(xiàn)了二元同分異構(gòu)體系的高效分離，并通過結(jié)合數(shù)學(xué)模型對(duì)分離過程進(jìn)行了定性的分析和討論（S. Z. Jia et al. Sep. Purif. Technol., 2020）。相比于結(jié)晶過程，發(fā)汗過程作為二次純化的手段，對(duì)雜質(zhì)的移除更加顯著。為此，我們進(jìn)一步重點(diǎn)討論發(fā)汗過程設(shè)計(jì)，并提出發(fā)汗過程模型來揭示工藝標(biāo)量與目標(biāo)參數(shù)之間的關(guān)系（S. Z. Jia et al. Sep. Purif. Technol., 2021）。然而，對(duì)于一些難分離體系，僅僅通過優(yōu)化結(jié)晶與發(fā)汗過程參數(shù)難以實(shí)現(xiàn)超高純度產(chǎn)品的制備，為此，我們提出了不同的結(jié)晶器設(shè)備改進(jìn)策略，試圖通過過程強(qiáng)化的手段提高分離效率（W. Hong#, S. Z. Jia#et al. ACS. Sustain. Chem. Eng., 2022）。盡管工藝參數(shù)調(diào)控與過程強(qiáng)化手段可以有效地提高分離效率以及結(jié)晶過程的選擇性，但是我們更希望可以通過更多的數(shù)學(xué)模型來指導(dǎo)工藝過程設(shè)計(jì)，進(jìn)而減少實(shí)驗(yàn)量與技術(shù)開發(fā)成本。為此，天津大學(xué)龔俊波教授課題組結(jié)合實(shí)驗(yàn)與模型，定性的討論了結(jié)晶與發(fā)汗過程。首先，建立了基于溫差驅(qū)動(dòng)的結(jié)晶過程動(dòng)力學(xué)模型，描述了結(jié)晶層的生長(zhǎng)特征；其次，利用分形孔隙度模型對(duì)結(jié)晶柱孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)高孔隙度條件下，分形特征趨向于歐幾里得幾何特征。最后，模擬了熔體在孔隙通道中的滲流速率，并定性地解釋了包裹體夾帶和晶簇流動(dòng)造成的偏差（S. Z. Jia et al. Chem. Eng. Sci., 2023）。同時(shí)，我們分析了雜質(zhì)遷移機(jī)理，研究了層熔融結(jié)晶設(shè)計(jì)中分離優(yōu)化的關(guān)鍵因素。強(qiáng)調(diào)了孔隙結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)和發(fā)汗強(qiáng)度對(duì)分離過程的影響。并討論了動(dòng)力學(xué)因素和雜質(zhì)遷移分布的重要作用，定性分析表明，動(dòng)力學(xué)效應(yīng)在發(fā)汗過程中雜質(zhì)遷移中起到了重要作用（S. Z. Jia#, L. Y. Yu# et al. AICHE J., 2023）。