食品工程原理传质课件.ppt

第九章传质,第一节传质概述,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。,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。,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,第二节吸附,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,（三）食品工业中的应用,1、脱臭2、脱色3、脱苦4、脱氧5、脱湿,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）,（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,（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。,活性炭吸附性,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）,（a）A型（b）X型两种常用沸石分子筛的结构,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,4、一次接触吸附吸附剂和液体只接触一次，为间歇操作。,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。,（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。,（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。,（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。,2019/12/15,21,可编辑,（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。,第三节：离子交换,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。,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。,2、离子交换过程的主要特征,等电量进行可逆具有选择性,离子取代优先顺序（PeckingOrder）,+,+,+,+,+,电荷高者,离子大者,浓度大者,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,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：如碳质离子交换剂，如磺化煤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。,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,（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。,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。,2、树脂的基本性能粒度：一般在0.31.2mm含水率：4075%密度:10401300kg/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,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。,单床树脂再生的方式,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,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