超临界CO-%2c2-萃取鸦胆子油过程模拟(Ⅱ).pdfVIP

第五届全国超临界流体技术学术及应用研讨会论文集 ——55。 超临界C02萃取鸦胆子油过程模拟(II) 雷华平12‘胡巧-怙1葛发欢1 027 (1．中药提取分离过程现代化国家工程研究申o，广州510240；2．中山大学，广州515) 摘要：本文研究超临界cO：萃取鸦胆子油的动力学，对其过程进行模拟，考察萃取压力和萃取温度等工 艺参数对萃取收率和萃取过程的影响。建立了超临界co：萃取鸦胆子油的质量守恒微分方程动力学模型， 该模型能较好地反映实际萃取过程。 关键词：超临界cot萃取：过程；动力学；模柑；鸦胆子；鸦胆子油 超临界c02萃取作为一种新型的“绿色”提取分离技术，具有效率高、提取时间短、操作温度低、 污染少等优点。超临界c02萃取现已广泛应用于食品、香料和医药等领域，近年超临界C02萃取也在中 草药提取分离方面表现出非常好的应用前景。国内外都有很多超临界C02萃取的应用研究报道，不少甚 至实现了工业化生产。但对于萃取过程中溶解传质机理和动力学的研究却落后于实际应用。而萃取过程 动力学模拟的研究能够指导实验条件的选择，优化萃取参数，而且能够为超J临界C02,萃取的工业放大 提供依据，通过萃取过程模拟考察各工艺参数对萃取收率和过程经济性的影响，优化工艺参数，从而实 现工业放大和生产的最优化操作和控制。 超临界CO：萃取动力学模型分三种：经验模型、基于传热分析的模型和基于微分质量衡算方程的 模型5”。经验模型未考虑萃取过程中的溶解传质机理，一般只适于内插而不宜作外推。基于传热分析的 模型将物料颗粒视为球形，对一些颗粒形状与球形差别很大的物料，采用此模型会带来很大的误差；其 次该模型只考虑了粒子间扩散对传质的影响，若流体楣的传质阻力较大，该模型将不再适用81。基于微 分质量衡算方程的模型以传质研究为核心，可以求解出流体相溶质浓度在整个萃取床高度和萃取时间上 的分布，因此非常适合萃取过程研究。但一般的微分质量衡算模型都有较多的假设条件，如物料颗粒形 状的假设等，有些还需比较计算结果与实验结果来迭代计算有关的传质系数a本文用一种改进的基于质 量守恒微分方程的模型来描述超临界C02萃取鸦胆子油的动力学，克服了上述不足。 1实验方法 ’雷华平，男，24岁，在读硕士研究生 261 ①萃取釜 ⑦分离釜I@分离釜Ⅱ ④换热嚣 ④流量计 ⑥高压泉⑦cO：气瓶 ④冷机-f=1if-稍i： 图1 超临界coz萃取装置流程图 实验装置如图1所示。将一定粒度的鸦胆予投入萃取釜，对萃取釜、分离釜I和分离釜11分别加热， 并对冷机制冷，当温度都达到实验设定值时，通过高压泵对萃取釜和两个分离釜加压，当压力分别达到 实验要求时，开始循环萃取，每20分钟从分离釜I和分离釜IJ放料并称重。 2模型的建立 在实际苹取时，对萃取过程产生影响的因素较多，为方便建立模型作以下假设：(1)整个萃取床各 处温度和压力相同，溶解、扩散在等温、等压下进行：(2)CO。溶剂密度和流率在整个萃取床高度上保 持4：变；f3)孳取出来的鸦胆子油是混合物，假定它们的传质行为都比较相似，认为是单一物质，本文 统称为“溶质”。 根据上面的假没，萃取床内的溶质质量守恒方程为： ¨翌wu翌一p。吼垒：．， ㈩ t：{ (j二 (?：‘ 且有如F关系：．，=枷(1+一Y) (2) 萃取釜入【：_1处超临界流体中油浓度为零，设t-t。时萃取釜出口处油浓度为Y．，根据萃取床的质量守 恒关系，可得到F式： 一!生丝土。 、7(3) 1，～—万一qt (dqidt)是萃取床中每吨物料含油量随时间的变化率。而KA值由下面的关系式得到： 一￡)二¨|}7 (KJ1：』!L (4) 由r2)、(3)和(4)式可求出传质速率J，这样可用数值积分法求解对流扩散偏微分方程(I)，