食品工程原理传质精选课件.ppt

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1、关于食品工程原理传质关于食品工程原理传质第一页，本课件共有40页第一节第一节 传质概述传质概述第二页，本课件共有40页一、传质的定义与特点一、传质的定义与特点相内传质：相内传质：某组分在不同位置存在浓度差，由高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，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。食盐在水中的溶解等。相际传质：相际传质：组成不同的两相接触，可能某组分传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。入另一相。如：如蒸馏、吸收等。推动力：推动力：浓度差、浓度差、温度差、压力差。温度差、压力差。第三页，本课件共有40页二

2、、传质的微观机理二、传质的微观机理1 1、分子扩散、分子扩散 单相内存在组分的化学势差，由分子运动单相内存在组分的化学势差，由分子运动而引起质量传递。而引起质量传递。2 2、对流扩散、对流扩散 伴随流体质点或微团的宏观对流运动而引伴随流体质点或微团的宏观对流运动而引起的质量传递。起的质量传递。二者可同时存在。二者可同时存在。第四页，本课件共有40页三、传质过程的分类三、传质过程的分类1 1、按相的接触情况不同、按相的接触情况不同 直接接触（萃取）、膜接触（反渗透）直接接触（萃取）、膜接触（反渗透）2 2、按操作方式不同、按操作方式不同 稳态操作（体系任一点浓度不随时间变化）、稳态操作（体系任一

3、点浓度不随时间变化）、非稳态操作非稳态操作3 3、按实现反复相接触的方式、按实现反复相接触的方式 级式操作（板式塔）、连续接触式操作级式操作（板式塔）、连续接触式操作4 4、按两相流动方向不同：、按两相流动方向不同：并流、逆流等并流、逆流等第五页，本课件共有40页第二节第二节 吸附吸附第六页，本课件共有40页一、概述一、概述（一）定义（一）定义 某些多孔性固体与流体接触，流体中一种或几种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组分向固体选择性“转移转移”，积累在固体表面的过程。，积累在固体表面的过程。（二）常用术语（二）常用术语 1 1、吸附剂与吸附质、吸附剂与吸附质 2 2

4、、物理吸附（多用于物质分离）物理吸附（多用于物质分离）与与化学吸附化学吸附 3 3、吸附与解吸：互逆，一般低温利于吸附，、吸附与解吸：互逆，一般低温利于吸附，高温利于解吸高温利于解吸第七页，本课件共有40页（三）食品工业中的应用（三）食品工业中的应用1 1、脱臭、脱臭2 2、脱色、脱色3 3、脱苦、脱苦4 4、脱氧、脱氧5 5、脱湿、脱湿第八页，本课件共有40页二、吸附的基本过程和吸附剂二、吸附的基本过程和吸附剂（一）吸附原理（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（溶质与吸附附（范德华力，选择性差）

5、；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）物，选择性好，耗能大）第九页，本课件共有40页（二）物理吸附的一般过程（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：典型的物理吸附过程包括四个步骤：待分离的料液待分离的料液通入吸附剂通入吸附剂吸附质被吸附吸附质被吸附在吸附剂表面在吸附剂表面料液流出料液流出吸附质解吸吸附质解吸吸附剂再生吸附剂再生第十页，本课件共有40页（三）吸附剂（三）吸附剂1 1、活性炭、活性炭 有粉、粒两种，具多孔性，有粉、粒两种，具多孔性，经煤或木材、动物骨骼等高温烧经煤或木材

6、、动物骨骼等高温烧结而成，食品上常用结而成，食品上常用煤质炭、煤质炭、果壳炭果壳炭或或椰壳炭。椰壳炭。具良好的吸附性，能用于具良好的吸附性，能用于油脂、蔗糖液的脱色、去除异油脂、蔗糖液的脱色、去除异味，水处理脱色、去残氯。味，水处理脱色、去残氯。粗炭需用高温蒸汽活化。粗炭需用高温蒸汽活化。第十一页，本课件共有40页活性炭吸附性活性炭吸附性第十二页，本课件共有40页2 2、其他、其他硅胶（硅酸聚合物）硅胶（硅酸聚合物）活性白土活性白土膨润土膨润土沸石分子筛（硅铝酸沸石分子筛（硅铝酸盐化合物）盐化合物）吸附树脂吸附树脂硅胶硅胶硅胶硅胶分子筛（合成沸石）分子筛（合成沸石）分子筛（合成沸石）分子筛（合

7、成沸石）第十三页，本课件共有40页（a a）A A 型型 （b b）X X 型型两种常用沸石分子筛的结构两种常用沸石分子筛的结构第十四页，本课件共有40页三、吸附设备三、吸附设备（一）接触过滤吸附分离（一）接触过滤吸附分离 1 1、设备组成及工作原理：、设备组成及工作原理：混合桶、料泵、混合桶、料泵、压滤机、贮罐压滤机、贮罐 2 2、特点：、特点：结构简单，操作容易，适用于处结构简单，操作容易，适用于处理液态溶液。理液态溶液。3 3、应用：、应用：糖液、糖液、植物油脱色、脱臭植物油脱色、脱臭第十五页，本课件共有40页4 4、一次接触吸附、一次接触吸附 吸附剂和液体只接触一次，为间歇操作。吸附剂

8、和液体只接触一次，为间歇操作。第十六页，本课件共有40页5 5、多级接触吸附、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。将吸附设备组合。常见平流和逆流。（1 1）多级平流：）多级平流：溶液经过多级搅拌槽，而且各槽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。作费用，通常两级以上的流程未必经济。第十七页，本课件共有40页（2 2）多级逆流：）多级逆流：吸附所需的吸附剂量较大，为吸附所需的吸附剂量较

9、大，为节约吸附剂，可采用多级逆流操作。节约吸附剂，可采用多级逆流操作。第十八页，本课件共有40页（二）固定床吸附分离装置（二）固定床吸附分离装置1 1、基本结构与操作流程、基本结构与操作流程 多为圆柱形立式筒体结多为圆柱形立式筒体结构，内部支撑的格板或多孔构，内部支撑的格板或多孔板上，放置吸附颗粒，成为板上，放置吸附颗粒，成为固定吸附床层，当欲处理的固定吸附床层，当欲处理的流体通过固定吸附床层时，流体通过固定吸附床层时，吸附质被吸附在固定吸附剂吸附质被吸附在固定吸附剂上，其余流体由出口流出。上，其余流体由出口流出。2 2、应用：、应用：植物油、糖浆脱植物油、糖浆脱色。色。第十九页，本课件共有4

10、0页（三）移动床吸附分离装置（三）移动床吸附分离装置 又称又称“超吸附塔超吸附塔”，流，流体或固体以间歇或连续方式体或固体以间歇或连续方式均匀地在吸附器中移动，稳均匀地在吸附器中移动，稳定地输入和输出，同时使流定地输入和输出，同时使流体与固体接触良好，不至发体与固体接触良好，不至发生滞留或局部不均匀现象。生滞留或局部不均匀现象。右图为活性炭吸附原水的右图为活性炭吸附原水的移动床设备图，原水从下而上移动床设备图，原水从下而上流过吸附层，吸附剂由上而下流过吸附层，吸附剂由上而下间歇或连续移动。间歇或连续移动。第二十页，本课件共有40页（四）模拟移动床吸附操作装置（四）模拟移动床吸附操作装置1 1、

11、结构与原理、结构与原理 固定床分成多固定床分成多个塔节，每个塔节个塔节，每个塔节设有液体进出口，设有液体进出口，定期开启关闭，形定期开启关闭，形成连续操作的成连续操作的“移移动床动床”。2 2、应用、应用 果糖葡萄糖分果糖葡萄糖分离。离。第二十一页，本课件共有40页第三节：离子交换第三节：离子交换第二十二页，本课件共有40页一、离子交换的定义和应用一、离子交换的定义和应用1 1、定义、定义 是特殊吸附过程，是利用液体中离子与吸附是特殊吸附过程，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。剂中可解离的离子间发生的交换反应。2 2、特点、特点 优点：优点：分离效率高，设备简单，操作不复

12、杂，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。树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。缺点：缺点：分离周期长，耗时过多。分离周期长，耗时过多。3 3、食品工业的应用、食品工业的应用 硬水软化、纯水制造、糖浆脱色、蛋白质分硬水软化、纯水制造、糖浆脱色、蛋白质分离纯化。离纯化。第二十三页，本课件共有40页二、离子交换的基本原理与操作流程二、离子交换的基本原理与操作流程1 1、原理：、原理：离子交换剂是离子交换剂是网状结构的多孔高分网状结构的多孔高分子固体共聚物，子固体共聚物，含有固定的带电基团和可置换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

13、表面，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。进入交换剂主体内与离子置换。第二十四页，本课件共有40页2 2、离子交换过程的主要特征、离子交换过程的主要特征 等电量进行等电量进行 可逆可逆 具有选择性具有选择性第二十五页，本课件共有40页 离子离子取代取代优先顺序（优先顺序（Pecking OrderPecking Order）电荷电荷高者高者离子离子大者大者浓度浓度大者大者第二十六页，本课件共有40页3 3、离子交换的操作流程、离子交换的操作流程反洗：反洗：清水反向对床层冲洗，使交换剂膨胀、调整位置，清水反向对床层冲洗，使交换剂膨胀、调整位置，洗去杂质。洗去杂质

14、。再生：再生：将一定浓度再生液通入床层，置换交换剂上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。结合的离子，恢复交换剂交换能力。正洗：正洗：以淋水正向通过交换剂床层，置换再生液。以淋水正向通过交换剂床层，置换再生液。交换交换反洗反洗再生再生正洗正洗第二十七页，本课件共有40页三、离子交换剂三、离子交换剂1 1、分类、分类 （1 1）按来源的不同可分为：）按来源的不同可分为：无机离子交换剂：无机离子交换剂：如铝硅酸盐、硅酸盐（泡如铝硅酸盐、硅酸盐（泡沸石）沸石）有机离子交换剂：有机离子交换剂：如如 碳质离子交换剂，碳质离子交换剂，如磺化煤如磺化煤 有机合成离子交换树脂有

15、机合成离子交换树脂 食品行业常用有机交换剂，如饮料生产用水食品行业常用有机交换剂，如饮料生产用水的水处理的水处理。第二十八页，本课件共有40页有机合成离子交换树脂常见类型有机合成离子交换树脂常见类型基本结构：基本结构：本体骨架、活性基团本体骨架、活性基团常见类型：常见类型：（1 1）按骨架不同，主要有聚苯乙烯系）按骨架不同，主要有聚苯乙烯系和聚丙烯酸系。和聚丙烯酸系。聚苯乙烯树脂聚苯乙烯树脂第二十九页，本课件共有40页（2 2）按活性基团的性质，分为）按活性基团的性质，分为 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂：交换基是酸性活性基团，交换基是酸性活性基团，用于交换阳离子。又分为强酸性（含有强酸性用于

16、交换阳离子。又分为强酸性（含有强酸性活泼基团活泼基团-SO-SO3 3H H）和弱酸性（含弱酸性活泼基团，）和弱酸性（含弱酸性活泼基团，如：如：-COOH-COOH、-OH-OH等）两种。等）两种。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂v 强酸性树脂特点：强酸性树脂特点：v 淡黄色球状颗粒；淡黄色球状颗粒；v 化学稳定性好，耐磨性化学稳定性好，耐磨性好；好；v 在酸性、碱性和中性介在酸性、碱性和中性介质中都可使用；质中都可使用；v 交换反应速度快；交换反应速度快；v 无机、有机阴离子均可无机、有机阴离子均可交换。交换。第三十页，本课件共有40页阴离子交换树脂：阴离子交换树脂：

17、交换基是碱性基团，主要是各级胺基，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。能交换阴离子。分为强碱性和弱碱性两种。v强碱性树脂特点：强碱性树脂特点：v 淡黄色的球状颗粒；淡黄色的球状颗粒；v 对强酸根和弱酸根都能对强酸根和弱酸根都能交换；交换；v 对酸碱氧化剂及某些有对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；机溶剂都比较稳定；v 在酸性、碱性溶液中在酸性、碱性溶液中都能使用，都能使用，交换容量不受溶交换容量不受溶液中液中pHpH值影响。值影响。第三十一页，本课件共有40页2 2、树脂的基本性能、树脂的基本性能 粒度：粒度：一般在一般在0.30.31.2mm1.2mm

18、含水率：含水率：404075%75%密度密度:104010401300kg/m1300kg/m3 3(湿真密度）湿真密度）交换容量交换容量:单位量的树脂能交换离子量的大小。单位量的树脂能交换离子量的大小。3 3、离子交换平衡、离子交换平衡4 4、离子交换速率、离子交换速率第三十二页，本课件共有40页四、离子交换过程与设备四、离子交换过程与设备 基本分为基本分为固定床固定床及及连续床连续床两大类。两大类。（一）固定床离子交换（一）固定床离子交换1 1、结构与工作原理、结构与工作原理 树脂装填于管柱式树脂装填于管柱式容器中，罐内铺有支撑容器中，罐内铺有支撑层。交换、反洗、再生、层。交换、反洗、再生

19、、正洗，间歇反复地在同正洗，间歇反复地在同一装置中进行，树脂本一装置中进行，树脂本身不移动和流动。身不移动和流动。第三十三页，本课件共有40页单床树脂再生的方式单床树脂再生的方式第三十四页，本课件共有40页 形式：形式：单床、复合床、混合床。单床、复合床、混合床。特点：特点：操作简单，设备少，水质稳定；但树脂操作简单，设备少，水质稳定；但树脂用量多，运行不连续。用量多，运行不连续。固定复床固定复床固定复床固定复床复合床：复合床：阳、阴离阳、阴离子交换柱串联子交换柱串联应用实例：应用实例：水处水处理理第三十五页，本课件共有40页固定混合床固定混合床混合床：混合床：阳、阴树脂按阳、阴树脂按一定比例

20、混合，装在一定比例混合，装在同一柱中，离子交换同一柱中，离子交换迅速，几乎不存在阳迅速，几乎不存在阳床或阴床交换时产生床或阴床交换时产生的逆交换现象。的逆交换现象。应用实例：应用实例：水处水处理理第三十六页，本课件共有40页连续式离子交换连续式离子交换 分移动床式和流动床式，可提高树分移动床式和流动床式，可提高树脂利用率及管理自动化。脂利用率及管理自动化。第三十七页，本课件共有40页塔式流动床塔式流动床 装置内树装置内树脂、被处理液脂、被处理液体、再生液等体、再生液等均处于连续流均处于连续流动状态，交换、动状态，交换、再生和清洗等再生和清洗等操作在系统内操作在系统内不同位置同时不同位置同时进行。进行。第三十八页，本课件共有40页三塔式流动床离子交换装置三塔式流动床离子交换装置第三十九页，本课件共有40页感感谢谢大大家家观观看看第四十页，本课件共有40页