超临界CO2干燥罗非鱼片的传质模型和数值模拟.pdf

第28卷第21期农业工程学报Vol.28No.21
2362012年11月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringNov.2012

超临界CO2干燥罗非鱼片的传质模型和数值模拟

刘书成，张常松，张良，吉宏武，
章超桦，洪鹏志，高加龙
（广东省水产品加工与安全重点实验室，广东普通高校水产品深加工重点实验室，
广东海洋大学食品科技学院，湛江524088）

摘要：为了探讨超临界CO2干燥罗非鱼的机理，该文基于微分床的质量守恒定律建立了超临界CO2干燥罗非鱼

片的传质数学模型，通过Matlab软件对其干燥过程进行了数值模拟，分析了干燥室内超临界CO2中的溶质质量分

数和罗非鱼片中的溶质质量分数随干燥时间和干燥床高度变化的规律，揭示溶质在超临界CO2干燥过程中的传质

模式。结果表明：在超临界CO2干燥罗非鱼片的过程中，溶质传质主要以对流扩散为主，而以轴向扩散为辅；数
值模拟的结果与试验值拟合良好（R2=0.97），相对偏差的绝对值在10%以内，说明建立的传质数学模型能较好的

模拟超临界CO2干燥罗非鱼片的过程。研究结果可为超临界CO2干制罗非鱼片的工业化生产的过程控制提供参考。
关键词：干燥，传质，模型，数值模拟，罗非鱼片，超临界二氧化碳
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.21.033
中图分类号：TS254.4文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-21-0236-07

刘书成，张常松，张良，等.超临界CO2干燥罗非鱼片的传质模型和数值模拟[J].农业工程学报，2012，28(21)：
236－242.
LiuShucheng,ZhangChangsong,ZhangLiang,etal.Mass-transfermodelingandsimulationoftilapiafilletdryingby
supercriticalcarbondioxide[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(Transactionsofthe
CSAE),2012,28(21):236－242.(inChinesewithEnglishabstract)

超临界CO萃取过程中的研究成果[5-13]。超临界
0引言2
CO2萃取技术目前已广泛应用于医药、食品、香料
[1-4]
超临界CO2干燥是基于超临界CO2流体的特殊等领域，研究者也开发了一些简单可靠的传质数
[5]
性质开发的一种新型干燥方法，它是超临界萃取和学模型，这对于超临界CO2萃取的设计、优化和

干燥技术的结合。在超临界CO2干燥食品的过程中，工业化起到了重要的作用。

水分和脂溶性物质是溶质，超临界CO2是溶剂。超目前，较为常用的超临界CO2萃取模型有3类：
[6-7]
临界CO2干燥罗非鱼片就相当于利用超临界CO2第一类是基于经验模型；第二类是基于传热分析
萃取罗非鱼片中的水分和脂溶性物质，即在一定温模型[8-10]；第三类是基于质量守恒模型[11-13]。其中
度和压力下，罗非鱼片中的水分和脂溶性物质被超基于质量守恒模型是目前研究较多而且应用较广

临界CO2溶解并携带，与罗非鱼片分离，接着改变的模型，它将萃取床看作是由许多薄层组成的，对
操作条件离析出其所携带的水分和脂溶性物质，从于每一个薄层列出质量守恒微分方程，然后在整个
而实现罗非鱼片的干燥。在干燥过程中，鱼片的水床层高度上积分，即可估算出萃取床的工作情况[5]。

分和脂溶性物质的脱除率主要取决于超临界CO2在在该模型的建立过程中，不仅考虑了物料性质（如

干燥装置中的流动状态。研究超临界CO2在干燥装多孔结构和直径等）的影响，而且还将萃取床性质
置中的流动状态，对于实现工业化生产和最优化操的影响也纳入考虑范围。虽然在这种模型中，需要

作和控制具有重要的意义。为了掌握超临界CO2在建立假设和确定的参数比较多，但它能够较为真实
干燥罗非鱼片过程的流动状态，本文参考了前人在地反映各种机制对整个萃取过程的影响。
本文在前期研究基础上[14]，基于干燥萃取床单
收稿日期：2012-01-15修订日期：2012-10-12元的质量守恒模型，通过对干燥过程的分析和模型
基金项目：广东省自然科学基金（10152408801000010）；广东省水产蛋
假设，建立超临界CO干燥的传质数学模型，采用
白改性技术研究团队（2011A020102005）；广东海洋大学自然科学基金2
（C10126）Matlab中的pdepe函数进行求解，然后进行试验验
作者简介：刘书成（－），男，河南邓州人，教授，研究方向：水
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