食品工程原理传质

关于食品工程原理传质第一节传质概述第2页,共40页，星期六，2024年，5月一、传质的定义与特点相内传质：某组分在不同位置存在浓度差，由高浓度区传向低浓度区。如：煤气在空气中扩散，食盐在水中的溶解等。相际传质：组成不同的两相接触，可能某组分传入另一相。如：如蒸馏、吸收等。推动力：浓度差、温度差、压力差。第3页,共40页，星期六，2024年，5月二、传质的微观机理1、分子扩散单相内存在组分的化学势差，由分子运动而引起质量传递。2、对流扩散伴随流体质点或微团的宏观对流运动而引起的质量传递。二者可同时存在。第4页,共40页，星期六，2024年，5月三、传质过程的分类1、按相的接触情况不同直接接触（萃取）、膜接触（反渗透）2、按操作方式不同稳态操作（体系任一点浓度不随时间变化）、非稳态操作3、按实现反复相接触的方式

级式操作（板式塔）、连续接触式操作4、按两相流动方向不同：并流、逆流等第5页,共40页，星期六，2024年，5月第二节吸附第6页,共40页，星期六，2024年，5月一、概述（一）定义某些多孔性固体与流体接触，流体中一种或几种组分向固体选择性“转移”，积累在固体表面的过程。（二）常用术语1、吸附剂与吸附质2、物理吸附（多用于物质分离）与化学吸附3、吸附与解吸：互逆，一般低温利于吸附，高温利于解吸第7页,共40页，星期六，2024年，5月（三）食品工业中的应用1、脱臭2、脱色3、脱苦4、脱氧5、脱湿第8页,共40页，星期六，2024年，5月二、吸附的基本过程和吸附剂（一）吸附原理

吸附的发生是固体表面力作用的结果。分物理吸附（范德华力，选择性差）；化学吸附（溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物，选择性好，耗能大）第9页,共40页，星期六，2024年，5月（二）物理吸附的一般过程典型的物理吸附过程包括四个步骤：待分离的料液通入吸附剂吸附质被吸附在吸附剂表面料液流出吸附质解吸吸附剂再生第10页,共40页，星期六，2024年，5月（三）吸附剂1、活性炭有粉、粒两种，具多孔性，经煤或木材、动物骨骼等高温烧结而成，食品上常用煤质炭、果壳炭或椰壳炭。具良好的吸附性，能用于油脂、蔗糖液的脱色、去除异味，水处理脱色、去残氯。粗炭需用高温蒸汽活化。第11页,共40页，星期六，2024年，5月活性炭吸附性第12页,共40页，星期六，2024年，5月2、其他硅胶（硅酸聚合物）活性白土膨润土沸石分子筛（硅铝酸盐化合物）吸附树脂硅胶分子筛（合成沸石）第13页,共40页，星期六，2024年，5月（a）A型（b）X型两种常用沸石分子筛的结构第14页,共40页，星期六，2024年，5月三、吸附设备（一）接触过滤吸附分离1、设备组成及工作原理：混合桶、料泵、压滤机、贮罐2、特点：结构简单，操作容易，适用于处理液态溶液。3、应用：糖液、植物油脱色、脱臭第15页,共40页，星期六，2024年，5月4、一次接触吸附

吸附剂和液体只接触一次，为间歇操作。第16页,共40页，星期六，2024年，5月5、多级接触吸附

为提高吸附剂的利用率或使溶液浓度降得更低，可将吸附设备组合。常见平流和逆流。

（1）多级平流：溶液经过多级搅拌槽，而且各槽都补充新鲜吸附剂。综合考虑吸附剂用量及设备的操作费用，通常两级以上的流程未必经济。第17页,共40页，星期六，2024年，5月（2）多级逆流：吸附所需的吸附剂量较大，为节约吸附剂，可采用多级逆流操作。第18页,共40页，星期六，2024年，5月（二）固定床吸附分离装置1、基本结构与操作流程多为圆柱形立式筒体结构，内部支撑的格板或多孔板上，放置吸附颗粒，成为固定吸附床层，当欲处理的流体通过固定吸附床层时，吸附质被吸附在固定吸附剂上，其余流体由出口流出。

2、应用：植物油、糖浆脱色。第19页,共40页，星期六，2024年，5月（三）移动床吸附分离装置又称“超吸附塔”，流体或固体以间歇或连续方式均匀地在吸附器中移动，稳定地输入和输出，同时使流体与固体接触良好，不至发生滞留或局部不均匀现象。右图为活性炭吸附原水的移动床设备图，原水从下而上流过吸附层，吸附剂由上而下间歇或连续移动。第20页,共40页，星期六，2024年，5月（四）模拟移动床吸附操作装置1、结构与原理固定床分成多个塔节，每个塔节设有液体进出口，定期开启关闭，形成连续操作的“移动床”。2、应用果糖－葡萄糖分离。第21页,共40页，星期六，2024年，5月第三节：离子交换第22页,共40页，星期六，2024年，5月一、离子交换的定义和应用1、定义

是特殊吸附过程，是利用液体中离子与吸附剂中可解离的离子间发生的交换反应。2、特点

优点：分离效率高，设备简单，操作不复杂，树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。

缺点：分离周期长，耗时过多。3、食品工业的应用

硬水软化、纯水制造、糖浆脱色、蛋白质分离纯化。第23页,共40页，星期六，2024年，5月二、离子交换的基本原理与操作流程1、原理：离子交换剂是网状结构的多孔高分子固体共聚物，含有固定的带电基团和可置换的离子两部分。溶液中离子扩散至交换剂表面，进入交换剂主体内与离子置换。第24页,共40页，星期六，2024年，5月2、离子交换过程的主要特征等电量进行可逆具有选择性第25页,共40页，星期六，2024年，5月■离子取代优先顺序（PeckingOrder）++++++++++++++++++>>电荷高者离子大者浓度大者>第26页,共40页，星期六，2024年，5月3、离子交换的操作流程反洗：清水反向对床层冲洗，使交换剂膨胀、调整位置，洗去杂质。再生：将一定浓度再生液通入床层，置换交换剂上结合的离子，恢复交换剂交换能力。正洗：以淋水正向通过交换剂床层，置换再生液。交换反洗再生正洗第27页,共40页，星期六，2024年，5月三、离子交换剂1、分类（1）按来源的不同可分为：无机离子交换剂：如铝硅酸盐、硅酸盐（泡沸石）

有机离子交换剂：如①碳质离子交换剂，如磺化煤

②有机合成离子交换树脂食品行业常用有机交换剂，如饮料生产用水的水处理。第28页,共40页，星期六，2024年，5月有机合成离子交换树脂常见类型基本结构：本体骨架、活性基团常见类型：（1）按骨架不同，主要有聚苯乙烯系和聚丙烯酸系。聚苯乙烯树脂第29页,共40页，星期六，2024年，5月（2）按活性基团的性质，分为阳离子交换树脂：交换基是酸性活性基团，用于交换阳离子。又分为强酸性（含有强酸性活泼基团-SO3H）和弱酸性（含弱酸性活泼基团，如：-COOH、-OH等）两种。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂

强酸性树脂特点：淡黄色球状颗粒；化学稳定性好，耐磨性好；在酸性、碱性和中性介质中都可使用；交换反应速度快；无机、有机阴离子均可交换。第30页,共40页，星期六，2024年，5月阴离子交换树脂：交换基是碱性基团，主要是各级胺基，能交换阴离子。分为强碱性和弱碱性两种。强碱性树脂特点：淡黄色的球状颗粒；对强酸根和弱酸根都能交换；对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受溶液中pH值影响。第31页,共40页，星期六，2024年，5月2、树脂的基本性能

粒度：一般在0.3～1.2mm

含水率：40～75%

密度:1040～1300kg/m3(湿真密度）

交换容量:单位量的树脂能交换离子量的大小。3、离子交换平衡4、离子交换速率第32页,共40页，星期六，2024年，5月四、离子交换过程与设备基本分为固定床及连续床两大类。（一）固定床离子交换1、结构与工作原理树脂装填于管柱式容器中，罐内铺有支撑层。交换、反洗、再生、正洗，间歇反复地在同一装置中进行，树脂本身不移动和流动。第33页,共40页，星期六，2024年，5月单床树脂再生的方式第34页,共40页，星期六，2024年，5月形式：单床、复合床、混合床。

特点：操作简单，设备少，水质稳定；但树脂用量多，运行不连续。固定复床复合床：阳、阴离子交换柱串联应用实例：水处理第35页,共40页，星期六，2024年，5月固定混合床混合床：阳、阴树脂按一定比例混合，装在同一柱中，离子交换迅速，几乎不存在阳床或阴床交换时产生的逆交换现象。应用实例：水处理第36页,共40页，星期六，2024年，5月连续式离子交换分移动床式和流动床式，可