食品工程原理傳質

關于食品工程原理傳質第一節(jié)傳質概述第2頁,共40頁，2024年2月25日，星期天一、傳質的定義與特點相內傳質：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：煤氣在空氣中擴散，食鹽在水中的溶解等。相際傳質：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、傳質的微觀機理1、分子擴散單相內存在組分的化學勢差，由分子運動而引起質量傳遞。2、對流擴散伴隨流體質點或微團的宏觀對流運動而引起的質量傳遞。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（體系任一點濃度不隨時間變化）、非穩(wěn)態(tài)操作3、按實現(xiàn)反復相接觸的方式

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“轉移”，積累在固體表面的過程。（二）常用術語1、吸附劑與吸附質2、物理吸附（多用于物質分離）與化學吸附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果。分物理吸附（范德華力，選擇性差）；化學吸附（溶質與吸附劑發(fā)生化學反應，形成牢固的吸附化學鍵和表面絡合物，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被吸附在吸附劑表面料液流出吸附質解吸吸附劑再生第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，經煤或木材、動物骨骼等高溫燒結而成，食品上常用煤質炭、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構第14頁,共40頁，2024年2月25日，星期天三、吸附設備（一）接觸過濾吸附分離1、設備組成及工作原理：混合桶、料泵、壓濾機、貯罐2、特點：結構簡單，操作容易，適用于處理液態(tài)溶液。3、應用：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，可將吸附設備組合。常見平流和逆流。

（1）多級平流：溶液經過多級攪拌槽，而且各槽都補充新鮮吸附劑。綜合考慮吸附劑用量及設備的操作費用，通常兩級以上的流程未必經濟。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、基本結構與操作流程多為圓柱形立式筒體結構，內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，當欲處理的流體通過固定吸附床層時，吸附質被吸附在固定吸附劑上，其余流體由出口流出。

2、應用：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、結構與原理固定床分成多個塔節(jié)，每個塔節(jié)設有液體進出口，定期開啟關閉，形成連續(xù)操作的“移動床”。2、應用果糖－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。2、特點

優(yōu)點：分離效率高，設備簡單，操作不復雜，樹脂又具有再生能力，可反復使用，應用廣泛。

缺點：分離周期長，耗時過多。3、食品工業(yè)的應用

硬水軟化、純水制造、糖漿脫色、蛋白質分離純化。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：離子交換劑是網狀結構的多孔高分子固體共聚物，含有固定的帶電基團和可置換的離子兩部分。溶液中離子擴散至交換劑表面，進入交換劑主體內與離子置換。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：清水反向對床層沖洗，使交換劑膨脹、調整位置，洗去雜質。再生：將一定濃度再生液通入床層，置換交換劑上結合的離子，恢復交換劑交換能力。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：無機離子交換劑：如鋁硅酸鹽、硅酸鹽（泡沸石）

有機離子交換劑：如①碳質離子交換劑，如磺化煤

②有機合成離子交換樹脂食品行業(yè)常用有機交換劑，如飲料生產用水的水處理。第28頁,共40頁，2024年2月25日，星期天有機合成離子交換樹脂常見類型基本結構：本體骨架、活性基團常見類型：（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）按活性基團的性質，分為陽離子交換樹脂：交換基是酸性活性基團，用于交換陽離子。又分為強酸性（含有強酸性活潑基團-SO3H）和弱酸性（含弱酸性活潑基團，如：-COOH、-OH等）兩種。強酸性苯乙烯型陽離子交換樹脂

強酸性樹脂特點：淡黃色球狀顆粒；化學穩(wěn)定性好，耐磨性好；在酸性、堿性和中性介質中都可使用；交換反應速度快；無機、有機陰離子均可交換。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，主要是各級胺基，能交換陰離子。分為強堿性和弱堿性兩種。強堿性樹脂特點：淡黃色的球狀顆粒；對強酸根和弱酸根都能交換；對酸堿氧化劑及某些有機溶劑都比較穩(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、結構與工作原理樹脂裝填于管柱式容器中，罐內鋪有支撐層。交換、反洗、再生、正洗，間歇反復地在同一裝置中進行，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、復合床、混合床。

特點：操作簡單，設備少，水質穩(wěn)定；但樹脂用量多，運行不連續(xù)。固定復床復合床：陽、陰離子交換柱串聯(lián)應用實例：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生的逆交換現(xiàn)象。應用實例：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