1、超臨界萃取過程傳質(zhì)理論與模型第1頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三5.1 超臨界流體萃取傳質(zhì)機(jī)理5.2 超臨界流體萃取傳質(zhì)模型第2頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三5.1 超臨界流體萃取傳質(zhì)機(jī)理一般認(rèn)為，在天然產(chǎn)物中溶質(zhì)都以物理、化學(xué)或機(jī)械的方式附著在多孔基質(zhì)上，可溶組分（萃取物）必須先從基質(zhì)的束縛中解脫下來，擴(kuò)散通過多孔結(jié)構(gòu)，最后通過停滯的外流體層進(jìn)入流體相.第3頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三典型的萃取傳質(zhì)過程：SCF在被萃取物基體顆粒外形成一滯留膜層；SCF在被萃取物基體顆粒內(nèi)滲透擴(kuò)散；溶質(zhì)分子溶解在SCF中，與基體脫附

2、；溶解于SCF中的溶質(zhì)通過固體孔道，擴(kuò)散至基體和SCF相界面；溶質(zhì)通過SCF滯留膜擴(kuò)散到達(dá)SCF主體相中。通常步驟 很快達(dá)到平衡，不是速率控制步驟；若步驟為速率控制步驟，稱為溶解控制或平衡控制；若步驟為速率控制步驟，稱為內(nèi)擴(kuò)散控制；若步驟為速率控制步驟，稱為外擴(kuò)散控制。第4頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三內(nèi)擴(kuò)散控制： 物料的粒度分布、比表面積、孔隙率等會顯著影響傳質(zhì)速率 外擴(kuò)散控制或溶解平衡控制： 溶劑流率、萃取溫度、壓力顯著影響傳質(zhì)速率 不同萃取過程、同一萃取過程的不同階段，可能會處于不同的速率控制步驟。第5頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三傳質(zhì)

3、過程的主要影響因素萃取溫度萃取壓力流體流速，溶劑/進(jìn)料比原料粒度第6頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三5.2 超臨界流體萃取傳質(zhì)模型分類：經(jīng)驗?zāi)Ｐ屠碚撃Ｐ?微分質(zhì)量衡算模型 類比傳熱模型其它：例如 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第7頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三類似于Langmiur等溫吸附式，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：式中 E為萃取率；E為無限時間的萃取率；t為萃取時間； b是經(jīng)驗參數(shù)，是流體流量、萃取溫度和壓力的函數(shù)5.2.1 經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷?頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三模型建立對微元建立質(zhì)量傳遞平衡： 輸入 = 輸出 + 積累 根據(jù)沿軸向的微

4、元平衡建立超臨界萃取傳質(zhì)模型，得到偏微分方程組。5.2.2 微分質(zhì)量衡算模型第9頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三Reverchon提出的兩相模型Goto提出的收縮核模型Sovov提出的完整與破碎細(xì)胞模型(BIC)Martine等提出的邏輯模型Tan和 Liou提出的解吸附模型等第10頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三收縮核模型濃度場示意圖式中 C 為流體相中溶質(zhì)的濃度，Ue 為流體的軸向流速，D 為軸向擴(kuò)散系數(shù)， 為床層孔隙率，X 為固體中溶質(zhì)的平均濃度，R 為固體顆粒外表面半徑，kf 為顆粒外表面與流體間的對流傳質(zhì)系數(shù)，Ci（R）為顆粒外表面溶質(zhì)

5、的濃度 分別對萃取器流體相微元高度和固相中單個球形粒子的萃取界面作質(zhì)量衡算得到如下方程： 第11頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三初始條件：邊界條件：第12頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三溶質(zhì)沉積在植物細(xì)胞的內(nèi)部，外部由細(xì)胞壁支撐保護(hù)。由于粉碎和研磨物料，使得部分溶質(zhì)直接與溶劑相接觸。與溶劑直接接觸的溶質(zhì)的萃取速率由溶劑膜層的傳質(zhì)阻力以及溶質(zhì)的溶解度所控制，而不與溶劑相接觸的溶質(zhì)的萃取過程則由固體粒子內(nèi)部的傳質(zhì)阻力控制二、完整與破碎細(xì)胞模型第13頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三三、熱球模型 (傳熱類比模型)物理構(gòu)象： 萃取開始后，固體外表面的溶質(zhì)首先溶解進(jìn)入SCF，隨著萃取過程的進(jìn)行，內(nèi)部的溶質(zhì)逐漸向外表面擴(kuò)散再進(jìn)入SCF主體相。 類似于溫度傳遞過程，認(rèn)為溶質(zhì)的浸出類似于熱核的非穩(wěn)態(tài)冷卻。濃度梯度為傳質(zhì)推動力。第14頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三初始條件： t