超临界流体萃取植物油的过程模拟研究

【摘要】：本文论述了超临界流体萃取过程模拟技术的发展现状。详细介绍了其中具有代表性的动力学模型,并就各模型的特点进行对比分析,指出其存在的不足。针对这些问题,本文提出了一种新的改进方法。以破碎-完整细胞结构理论为基础,结合植物细胞的组织特点建立了基于微分质量守恒方程的动力学模型。通过对萃取过程的分析和必要的简化、假设,给出了求解模型的初始条件和边界条件。以Matlab软件系统为平台,编制了求解偏微分方程的数值计算程序。 在上述工作的基础上,模拟计算了9种不同物料的超临界流体萃取过程。选择绝对值表示的平均相对误差(AAPD%)为目标函数,分别求得了9个不同体系的内部传质系数k_i。给出了植物细胞破碎率Φ_f。与物料平均颗粒直径d_p之间的定量关系。模拟了萃取率—萃取时间的变化曲线,分析了各条件下计算值与实验值的相对误差,并且对产生误差的主要原因进行了讨论。模型中的可调参数与文献结果基本一致。 通过对不同物料的模拟计算,发现对于植物油的超临界流体萃取过程,植物细胞的破碎率与物料平均颗粒直径成线性关系,并利用该关系准确地预测了在不同平均颗粒直径和流量下的萃取率—萃取时间的变化曲线。明确地给出了萃取过程如何划分两个阶段的方法。重点论述了植物细胞破碎率Φf(或平均颗粒直径d_p)以及内部传质系数k_i对萃取过程的影响规律。分析了萃取率-萃取时间曲线两个阶段的形状和影响其形状的主要因素。 以超临界流体萃取蛋黄油为例,初步探讨了本文所建立的模型对于处理不同组织结构物料的适应性。