超临界萃取过程传质理论与模型优秀课件.ppt

超临界萃取过程传质理论与模型第1页，本讲稿共16页5.1 超临界流体萃取传质机理超临界流体萃取传质机理5.2 超临界流体萃取传质模型超临界流体萃取传质模型第2页，本讲稿共16页5.1 超临界流体萃取传质机理超临界流体萃取传质机理一般认为，在天然产物中溶质都以物一般认为，在天然产物中溶质都以物理、化学或机械的方式附着在多孔基质上，理、化学或机械的方式附着在多孔基质上，可溶组分（萃取物）必须先从基质的束缚可溶组分（萃取物）必须先从基质的束缚中解脱下来，扩散通过多孔结构，最后通中解脱下来，扩散通过多孔结构，最后通过停滞的外流体层进入流体相过停滞的外流体层进入流体相.第3页，本讲稿共16页典型的萃取传质过程：典型的萃取传质过程：SCF在被萃取物基体颗粒外形成一滞留膜层；在被萃取物基体颗粒外形成一滞留膜层；SCF在被萃取物基体颗粒内在被萃取物基体颗粒内渗透扩散渗透扩散；溶质分子溶质分子溶解溶解在在SCF中，与基体中，与基体脱附脱附；溶解于溶解于SCF中的溶质通过固体孔道，中的溶质通过固体孔道，扩散扩散至基体和至基体和SCF相界面；相界面；溶质通过溶质通过SCF滞留膜滞留膜扩散扩散到达到达SCF主体相中。主体相中。通常步骤通常步骤 很快达到平衡，不是速率控制步骤；很快达到平衡，不是速率控制步骤；若步骤若步骤为速率控制步骤，称为溶解控制或平衡控制；为速率控制步骤，称为溶解控制或平衡控制；若步骤若步骤为速率控制步骤，称为内扩散控制；为速率控制步骤，称为内扩散控制；若步骤若步骤为速率控制步骤，称为外扩散控制。为速率控制步骤，称为外扩散控制。第4页，本讲稿共16页内扩散控制：内扩散控制：物物料料的的粒粒度度分分布布、比比表表面面积积、孔孔隙隙率率等等会会显显著著影影响传质速率响传质速率 外扩散控制或溶解平衡控制：外扩散控制或溶解平衡控制：溶剂流率、萃取温度、压力显著影响传质速率溶剂流率、萃取温度、压力显著影响传质速率 不同萃取过程、同一萃取过程的不同阶段，不同萃取过程、同一萃取过程的不同阶段，可能会处于不同的速率控制步骤。可能会处于不同的速率控制步骤。第5页，本讲稿共16页传质过程的主要影响因素传质过程的主要影响因素萃取温度萃取温度萃取压力萃取压力流体流速，溶剂流体流速，溶剂/进料比进料比原料粒度原料粒度第6页，本讲稿共16页5.2 超临界流体萃取传质模型超临界流体萃取传质模型分类：分类：l经验模型经验模型l理论模型理论模型 微分质量衡算模型微分质量衡算模型 类比传热模型类比传热模型l其它：其它：例如例如 人工神经网络人工神经网络第7页，本讲稿共16页类似于类似于Langmiur等温吸附式，其数学表达式如下：等温吸附式，其数学表达式如下：式中式中 E为萃取率；为萃取率；E 为无限时间的萃取率；为无限时间的萃取率；t为萃取时间；为萃取时间；b是经验参数，是流体流量、萃取温度和压力的函数是经验参数，是流体流量、萃取温度和压力的函数5.2.1 经验模型经验模型第8页，本讲稿共16页模型建立模型建立对微元建立质量传递平衡：对微元建立质量传递平衡：输入输入=输出输出+积累积累 根据沿轴向的微元平衡建立超临界萃取传质模型，得根据沿轴向的微元平衡建立超临界萃取传质模型，得到偏微分方程组。到偏微分方程组。5.2.2 微分质量衡算模型微分质量衡算模型第9页，本讲稿共16页Reverchon提出的两相模型提出的两相模型Goto提出的收缩核模型提出的收缩核模型Sovov提出的完整与破碎细胞模型提出的完整与破碎细胞模型(BIC)Martine等提出的逻辑模型等提出的逻辑模型Tan和和 Liou提出的解吸附模型等提出的解吸附模型等第10页，本讲稿共16页收缩核模型浓度场示意图收缩核模型浓度场示意图式中式中 C 为流体相中溶质的浓度，为流体相中溶质的浓度，Ue 为流体的为流体的轴向流速，轴向流速，D 为轴向扩散系数，为轴向扩散系数，为床为床层孔隙率，层孔隙率，X 为固体中溶质的平均浓为固体中溶质的平均浓度，度，R 为固体颗粒外表面半径，为固体颗粒外表面半径，kf 为颗为颗粒外表面与流体间的对流传质系数，粒外表面与流体间的对流传质系数，Ci（R）为颗粒外表面溶质的浓度）为颗粒外表面溶质的浓度 分别对萃取器流体相微元高度和固相中单个球形粒子的萃取分别对萃取器流体相微元高度和固相中单个球形粒子的萃取界面作质量衡算得到如下方程：界面作质量衡算得到如下方程：第11页，本讲稿共16页初始条件：初始条件：边界条件：边界条件：第12页，本讲稿共16页溶质沉积在植物细胞的内部，外部由细胞壁溶质沉积在植物细胞的内部，外部由细胞壁支撑保护。由于粉碎和研磨物料，使得部分支撑保护。由于粉碎和研磨物料，使得部分溶质直接与溶剂相接触。与溶剂直接接触的溶质直接与溶剂相接触。与溶剂直接接触的溶质的萃取速率由溶剂膜层的传质阻力以及溶质的萃取速率由溶剂膜层的传质阻力以及溶质的溶解度所控制，而不与溶剂相接触的溶质的溶解度所控制，而不与溶剂相接触的溶质的萃取过程则由固体粒子内部的传质阻溶质的萃取过程则由固体粒子内部的传质阻力控制力控制二、完整与破碎细胞模型二、完整与破碎细胞模型第13页，本讲稿共16页三、热球模型三、热球模型(传热类比模型传热类比模型)物理构象：物理构象：萃取开始后，固体外表面的溶质首先溶解进入萃取开始后，固体外表面的溶质首先溶解进入SCF，随，随着萃取过程的进行，内部的溶质逐渐向外表面扩散再进入着萃取过程的进行，内部的溶质逐渐向外表面扩散再进入SCF主体相。主体相。类似于温度传递过程，认为溶质的浸出类似于热类似于温度传递过程，认为溶质的浸出类似于热核的非稳态冷却。浓度梯度为传质推动力。核的非稳态冷却。浓度梯度为传质推动力。第14页，本讲稿共16页初始条件：初始条件：t=0时，时，c=c0边界条件：边界条件：第15页，本讲稿共16页The End第16页，本讲稿共16页