1、超臨界萃取過程傳質理論與模型第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機理5.2 超臨界流體萃取傳質模型第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機理一般認為，在天然產物中溶質都以物理、化學或機械的方式附著在多孔基質上，可溶組分（萃取物）必須先從基質的束縛中解脫下來，擴散通過多孔結構，最后通過停滯的外流體層進入流體相.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滲透擴散；溶質分子溶解在SCF中，與基體脫附

2、；溶解于SCF中的溶質通過固體孔道，擴散至基體和SCF相界面；溶質通過SCF滯留膜擴散到達SCF主體相中。通常步驟 很快達到平衡，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，稱為內擴散控制；若步驟為速率控制步驟，稱為外擴散控制。第4頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三內擴散控制： 物料的粒度分布、比表面積、孔隙率等會顯著影響傳質速率 外擴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

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模型分類：經驗模型理論模型 微分質量衡算模型 類比傳熱模型其它：例如 人工神經網絡第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，其數學表達式如下：式中 E為萃取率；E為無限時間的萃取率；t為萃取時間； b是經驗參數，是流體流量、萃取溫度和壓力的函數5.2.1 經驗模型第8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量傳遞平衡： 輸入 = 輸出 + 積累 根據沿軸向的微

4、元平衡建立超臨界萃取傳質模型，得到偏微分方程組。5.2.2 微分質量衡算模型第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 為流體相中溶質的濃度，Ue 為流體的軸向流速，D 為軸向擴散系數， 為床層孔隙率，X 為固體中溶質的平均濃度，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系數，Ci（R）為顆粒外表面溶質

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，星期三溶質沉積在植物細胞的內部，外部由細胞壁支撐保護。由于粉碎和研磨物料，使得部分溶質直接與溶劑相接觸。與溶劑直接接觸的溶質的萃取速率由溶劑膜層的傳質阻力以及溶質的溶解度所控制，而不與溶劑相接觸的溶質的萃取過程則由固體粒子內部的傳質阻力控制二、完整與破碎細胞模型第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)物理構象： 萃取開始后，固體外表面的溶質首先溶解進入SCF，隨著萃取過程的進行，內部的溶質逐漸向外表面擴散再進入SCF主體相。 類似于溫度傳遞過程，認為溶質的浸出類似于熱核的非穩態冷卻。濃度梯度為傳質推動力。第14頁，共16頁，2022年，5月20日，10點0分，星期三初始條件： t