食品工程原理傳質(zhì)

關(guān)于食品工程原理傳質(zhì)第一節(jié)傳質(zhì)概述第2頁,共40頁，2024年2月25日，星期天一、傳質(zhì)的定義與特點(diǎn)相內(nèi)傳質(zhì)：某組分在不同位置存在濃度差，由高濃度區(qū)傳向低濃度區(qū)。如：煤氣在空氣中擴(kuò)散，食鹽在水中的溶解等。相際傳質(zhì)：組成不同的兩相接觸，可能某組分傳入另一相。如：如蒸餾、吸收等。推動力：濃度差、溫度差、壓力差。第3頁,共40頁，2024年2月25日，星期天二、傳質(zhì)的微觀機(jī)理1、分子擴(kuò)散單相內(nèi)存在組分的化學(xué)勢差，由分子運(yùn)動而引起質(zhì)量傳遞。2、對流擴(kuò)散伴隨流體質(zhì)點(diǎn)或微團(tuán)的宏觀對流運(yùn)動而引起的質(zhì)量傳遞。二者可同時存在。第4頁,共40頁，2024年2月25日，星期天三、傳質(zhì)過程的分類1、按相的接觸情況不同直接接觸（萃?。?、膜接觸（反滲透）2、按操作方式不同穩(wěn)態(tài)操作（體系任一點(diǎn)濃度不隨時間變化）、非穩(wěn)態(tài)操作3、按實(shí)現(xiàn)反復(fù)相接觸的方式

級式操作（板式塔）、連續(xù)接觸式操作4、按兩相流動方向不同：并流、逆流等第5頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)吸附第6頁,共40頁，2024年2月25日，星期天一、概述（一）定義某些多孔性固體與流體接觸，流體中一種或幾種組分向固體選擇性“轉(zhuǎn)移”，積累在固體表面的過程。（二）常用術(shù)語1、吸附劑與吸附質(zhì)2、物理吸附（多用于物質(zhì)分離）與化學(xué)吸附3、吸附與解吸：互逆，一般低溫利于吸附，高溫利于解吸第7頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（三）食品工業(yè)中的應(yīng)用1、脫臭2、脫色3、脫苦4、脫氧5、脫濕第8頁,共40頁，2024年2月25日，星期天二、吸附的基本過程和吸附劑（一）吸附原理

吸附的發(fā)生是固體表面力作用的結(jié)果。分物理吸附（范德華力，選擇性差）；化學(xué)吸附（溶質(zhì)與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的吸附化學(xué)鍵和表面絡(luò)合物，選擇性好，耗能大）第9頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（二）物理吸附的一般過程典型的物理吸附過程包括四個步驟：待分離的料液通入吸附劑吸附質(zhì)被吸附在吸附劑表面料液流出吸附質(zhì)解吸吸附劑再生第10頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（三）吸附劑1、活性炭有粉、粒兩種，具多孔性，經(jīng)煤或木材、動物骨骼等高溫?zé)Y(jié)而成，食品上常用煤質(zhì)炭、果殼炭或椰殼炭。具良好的吸附性，能用于油脂、蔗糖液的脫色、去除異味，水處理脫色、去殘氯。粗炭需用高溫蒸汽活化。第11頁,共40頁，2024年2月25日，星期天活性炭吸附性第12頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2、其他硅膠（硅酸聚合物）活性白土膨潤土沸石分子篩（硅鋁酸鹽化合物）吸附樹脂硅膠分子篩（合成沸石）第13頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（a）A型（b）X型兩種常用沸石分子篩的結(jié)構(gòu)第14頁,共40頁，2024年2月25日，星期天三、吸附設(shè)備（一）接觸過濾吸附分離1、設(shè)備組成及工作原理：混合桶、料泵、壓濾機(jī)、貯罐2、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，適用于處理液態(tài)溶液。3、應(yīng)用：糖液、植物油脫色、脫臭第15頁,共40頁，2024年2月25日，星期天4、一次接觸吸附

吸附劑和液體只接觸一次，為間歇操作。第16頁,共40頁，2024年2月25日，星期天5、多級接觸吸附

為提高吸附劑的利用率或使溶液濃度降得更低，可將吸附設(shè)備組合。常見平流和逆流。

（1）多級平流：溶液經(jīng)過多級攪拌槽，而且各槽都補(bǔ)充新鮮吸附劑。綜合考慮吸附劑用量及設(shè)備的操作費(fèi)用，通常兩級以上的流程未必經(jīng)濟(jì)。第17頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（2）多級逆流：吸附所需的吸附劑量較大，為節(jié)約吸附劑，可采用多級逆流操作。第18頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（二）固定床吸附分離裝置1、基本結(jié)構(gòu)與操作流程多為圓柱形立式筒體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部支撐的格板或多孔板上，放置吸附顆粒，成為固定吸附床層，當(dāng)欲處理的流體通過固定吸附床層時，吸附質(zhì)被吸附在固定吸附劑上，其余流體由出口流出。

2、應(yīng)用：植物油、糖漿脫色。第19頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（三）移動床吸附分離裝置又稱“超吸附塔”，流體或固體以間歇或連續(xù)方式均勻地在吸附器中移動，穩(wěn)定地輸入和輸出，同時使流體與固體接觸良好，不至發(fā)生滯留或局部不均勻現(xiàn)象。右圖為活性炭吸附原水的移動床設(shè)備圖，原水從下而上流過吸附層，吸附劑由上而下間歇或連續(xù)移動。第20頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（四）模擬移動床吸附操作裝置1、結(jié)構(gòu)與原理固定床分成多個塔節(jié)，每個塔節(jié)設(shè)有液體進(jìn)出口，定期開啟關(guān)閉，形成連續(xù)操作的“移動床”。2、應(yīng)用果糖－葡萄糖分離。第21頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)：離子交換第22頁,共40頁，2024年2月25日，星期天一、離子交換的定義和應(yīng)用1、定義

是特殊吸附過程，是利用液體中離子與吸附劑中可解離的離子間發(fā)生的交換反應(yīng)。2、特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：分離效率高，設(shè)備簡單，操作不復(fù)雜，樹脂又具有再生能力，可反復(fù)使用，應(yīng)用廣泛。

缺點(diǎn)：分離周期長，耗時過多。3、食品工業(yè)的應(yīng)用

硬水軟化、純水制造、糖漿脫色、蛋白質(zhì)分離純化。第23頁,共40頁，2024年2月25日，星期天二、離子交換的基本原理與操作流程1、原理：離子交換劑是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔高分子固體共聚物，含有固定的帶電基團(tuán)和可置換的離子兩部分。溶液中離子擴(kuò)散至交換劑表面，進(jìn)入交換劑主體內(nèi)與離子置換。第24頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2、離子交換過程的主要特征等電量進(jìn)行可逆具有選擇性第25頁,共40頁，2024年2月25日，星期天■離子取代優(yōu)先順序（PeckingOrder）++++++++++++++++++>>電荷高者離子大者濃度大者>第26頁,共40頁，2024年2月25日，星期天3、離子交換的操作流程反洗：清水反向?qū)Υ矊記_洗，使交換劑膨脹、調(diào)整位置，洗去雜質(zhì)。再生：將一定濃度再生液通入床層，置換交換劑上結(jié)合的離子，恢復(fù)交換劑交換能力。正洗：以淋水正向通過交換劑床層，置換再生液。交換反洗再生正洗第27頁,共40頁，2024年2月25日，星期天三、離子交換劑1、分類（1）按來源的不同可分為：無機(jī)離子交換劑：如鋁硅酸鹽、硅酸鹽（泡沸石）

有機(jī)離子交換劑：如①碳質(zhì)離子交換劑，如磺化煤

②有機(jī)合成離子交換樹脂食品行業(yè)常用有機(jī)交換劑，如飲料生產(chǎn)用水的水處理。第28頁,共40頁，2024年2月25日，星期天有機(jī)合成離子交換樹脂常見類型基本結(jié)構(gòu)：本體骨架、活性基團(tuán)常見類型：（1）按骨架不同，主要有聚苯乙烯系和聚丙烯酸系。聚苯乙烯樹脂第29頁,共40頁，2024年2月25日，星期天（2）按活性基團(tuán)的性質(zhì)，分為陽離子交換樹脂：交換基是酸性活性基團(tuán)，用于交換陽離子。又分為強(qiáng)酸性（含有強(qiáng)酸性活潑基團(tuán)-SO3H）和弱酸性（含弱酸性活潑基團(tuán)，如：-COOH、-OH等）兩種。強(qiáng)酸性苯乙烯型陽離子交換樹脂

強(qiáng)酸性樹脂特點(diǎn)：淡黃色球狀顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；在酸性、堿性和中性介質(zhì)中都可使用；交換反應(yīng)速度快；無機(jī)、有機(jī)陰離子均可交換。第30頁,共40頁，2024年2月25日，星期天陰離子交換樹脂：交換基是堿性基團(tuán)，主要是各級胺基，能交換陰離子。分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩種。強(qiáng)堿性樹脂特點(diǎn)：淡黃色的球狀顆粒；對強(qiáng)酸根和弱酸根都能交換；對酸堿氧化劑及某些有機(jī)溶劑都比較穩(wěn)定；在酸性、堿性溶液中都能使用，交換容量不受溶液中pH值影響。第31頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2、樹脂的基本性能

粒度：一般在0.3～1.2mm

含水率：40～75%

密度:1040～1300kg/m3(濕真密度）

交換容量:單位量的樹脂能交換離子量的大小。3、離子交換平衡4、離子交換速率第32頁,共40頁，2024年2月25日，星期天四、離子交換過程與設(shè)備基本分為固定床及連續(xù)床兩大類。（一）固定床離子交換1、結(jié)構(gòu)與工作原理樹脂裝填于管柱式容器中，罐內(nèi)鋪有支撐層。交換、反洗、再生、正洗，間歇反復(fù)地在同一裝置中進(jìn)行，樹脂本身不移動和流動。第33頁,共40頁，2024年2月25日，星期天單床樹脂再生的方式第34頁,共40頁，2024年2月25日，星期天形式：單床、復(fù)合床、混合床。

特點(diǎn)：操作簡單，設(shè)備少，水質(zhì)穩(wěn)定；但樹脂用量多，運(yùn)行不連續(xù)。固定復(fù)床復(fù)合床：陽、陰離子交換柱串聯(lián)應(yīng)用實(shí)例：水處理第35頁,共40頁，2024年2月25日，星期天固定混合床混合床：陽、陰樹脂按一定比例混合，裝在同一柱中，離子交換迅速，幾乎不存在陽床或陰床交換時產(chǎn)生的逆交換現(xiàn)象。應(yīng)用實(shí)例：水處理第36頁,共40頁，2024年2月25日，星期天連續(xù)式離子交換分移動床式和流動床式，可提高樹脂利用率及