食品工程原理知識(shí)點(diǎn)

1、第八章液體吸附與離子交換液體吸附與離子交換的應(yīng)用1、吸附主要用在脫臭、脫色、沉淀、澄清和除雜等工藝操作中。2、離子交換常用于水的軟化、純化、產(chǎn)品提純精制，制品的濃縮分離等。液體吸附吸附操作是指流體與某種固體相接觸時(shí),固體能夠有選擇地將流體中的某些組分凝聚在其表面上 ,從而達(dá)到分離的目的。 這些有吸附作用的固體稱為吸附劑 ,在固體表面上被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)或吸附物。 在吸附過(guò)程 ,氣體或液體中的分子、原子或離子傳遞到吸附劑固體的內(nèi)外表面,依靠鍵或微弱的分流動(dòng)相（氣體和液體）與多孔固體顆粒相接觸，流動(dòng)子間力吸著于固體上。解吸是吸附的逆過(guò)程。吸附單元操作相中一種或多種組份被吸附于固體顆粒上，這種利

2、用各組分吸附力不同，從而使流動(dòng)相中組份得以分離或純化的單元操作。多孔固體顆粒 吸附劑被吸附組份 吸附質(zhì)吸附原理吸附劑固體之所以能夠吸附流體分子,是因?yàn)楣腆w表面上的質(zhì)點(diǎn)處于力場(chǎng)不平衡狀態(tài), 固體表面具有過(guò)剩的能即表面能,當(dāng)固體與流體分子接觸時(shí),被吸附物質(zhì)與固體之間由于某種吸附力的作用使固體與流體混合物中的某些組分產(chǎn)生吸附,從而降低了表面能。 吸附過(guò)程所放出的熱量,稱為該物質(zhì)在固體表面的吸附熱 。按吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力的不同,可將吸附過(guò)程分為 物理吸附 和化學(xué)吸附兩 類。常見的吸附類型及其主要特點(diǎn)物理吸附化學(xué)吸附吸附作用力分子間引力化學(xué)鍵合力選擇性較差較高所需活化能低高吸附層單層或多層單層達(dá)到

3、平衡所需時(shí)間快慢食品工業(yè)常用吸附劑活性炭、活性白土、膨潤(rùn)土（天然）分子篩、硅膠、吸附樹脂活性炭活性炭具有 非極性表面 ,為疏水 和親有機(jī)物 的吸附劑。它具有性能穩(wěn)定、抗腐蝕、吸附容量大和解吸容易等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)操作,仍可保持原有的吸附性能?；钚蕴坑糜谟谌軇┗厥?、烴類氣體的分餾、各種油品和糖液的脫色、水的凈化等各個(gè)方面,也常用作催化劑的載體。活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料?；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖住；钚蕴坑幸粋€(gè)共同的特性，那就是“吸附性 ”。活性炭產(chǎn)生吸附性的原因就是因?yàn)樗邪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，就象我們所見到的海綿一

4、樣，在同等重量的條件下，海綿比其他物體能吸收更多的水，原因也是因?yàn)樗哂邪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。但活性炭的這種孔隙結(jié)構(gòu)是肉眼無(wú)法看見的，因?yàn)樗麄冎挥?1 10-12mm 10-5mm 之間，比一個(gè)分子大不了多少?；钚蕴靠紫栋l(fā)達(dá)的程度是難以想象的，若取 1 克活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個(gè)平面，這個(gè)面積將達(dá)到1000平方米（既比表面積為1000g/m2 ）！影響活性炭吸附性的主要因素就取決于內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度?；钚蕴贾饕猛居糜谝合辔筋惢钚蕴?自來(lái)水，工業(yè)用水，電鍍廢水，純凈水，飲料，食品，醫(yī)藥用水凈化及電子超純水制備。?蔗糖、木糖、味精、藥品、化工產(chǎn)品、食品添加劑的脫色、精制和去雜質(zhì)純化過(guò)

5、濾?油脂、油品、汽油、柴油的脫色、除雜、除味、酒類及飲料的凈化、除臭、除雜?精細(xì)化工、醫(yī)藥化工、生物制藥過(guò)程產(chǎn)品提純、精制、脫色、過(guò)濾。?環(huán)保工程廢水、生活廢水凈化、脫色、脫臭、降COD離子交換基本概念在吸附操作中，極性吸附，如果被吸附離子與吸附劑中的離子進(jìn)行交換，離子交換過(guò)程實(shí)際上是特殊吸附過(guò)程。與吸附不同的是，離子交換是化學(xué)過(guò)程。離子交換劑吸附劑 離子交換劑。則稱離子交換過(guò)程。陽(yáng)離子交換劑 提供陽(yáng)離子陰離子交換劑分類（ 1）陽(yáng)離子交換劑和陰離子交換劑（強(qiáng)、弱） 提供陰離子（ 2）無(wú)機(jī)交換劑 沸石為代表 有機(jī)交換劑 碳質(zhì) 磺化煤 合成 離子交換樹脂離子交換樹脂 是一種帶活性集團(tuán)的不溶性高分子

6、化合物，由兩部分組成。 離子交換本體 和活性基團(tuán)離子交換本體 (R) 由高分子化合物和交聯(lián)劑組成共聚體。交聯(lián)劑使高分子化合物形成不溶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；钚曰鶊F(tuán) 是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的官能團(tuán)，其上帶有可游離的離子，稱 “反離子 ”。如： R-SO3HH+ ，（反離子） R-SO-3 （大分子帶電基團(tuán)）（ 1）陽(yáng)離子交換樹脂 此類活性基團(tuán)一般呈酸性，反離子為陽(yáng)離子?？膳c液相中陽(yáng)離子發(fā)生交換。分強(qiáng)酸型和弱酸型。強(qiáng)酸型：磺酸基 -SO3H ，為代表， 特點(diǎn)，性能穩(wěn)定，在酸堿和中性介質(zhì)中工作R-SO3H弱酸型：以羧酸基COOH ，或酚基 - -OH 為代表。特點(diǎn)，在水中電解力較低，交換速度慢，適應(yīng)中性堿性。優(yōu)點(diǎn)是官能團(tuán)

7、多，交換容量大。（ 2）陰離子交換樹脂此類活性基團(tuán)一般呈堿性，反離子為陰離子?？膳c液相中陰離子發(fā)生交換。強(qiáng)堿型：以季胺基N （CH3 ） 3，為代表。特點(diǎn)，性能穩(wěn)定，在酸堿和中性介質(zhì)中工作。弱堿型：以帶伯胺NH2 、仲胺 =NH ，為代表。特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是官能團(tuán)多，交換容量大。在水中電解力較低，交換速度慢，。適應(yīng)中性和酸性介質(zhì)工作。離子交換樹脂分類根據(jù)官能團(tuán)分：陽(yáng)離子交換樹脂陰離子交換樹脂根據(jù)物理結(jié)構(gòu)分：凝膠類大孔類第九章浸出和萃取固 液稱浸出或浸取 ；液 液稱萃取 ；浸出體系是由三種組分組成，即溶質(zhì)A，溶劑 S 和惰性固體 B 。三角形相圖 一般用等腰直角三角形相圖表示三種組分組成。三頂點(diǎn)分別表

8、示三種純組分，三角形邊上任一點(diǎn)表示一個(gè)二元混合物，三角形內(nèi)某一點(diǎn)則代表一個(gè)三元混合物。讀圖法 ：例 M 點(diǎn)，做三邊平行線 FG、HI 與 JK。 BF（或 SG）代表 A 的組成， AH （或 BI ）代表 S 的組成， AJ（或 SK ）代表B 的組成，三元混合物組成；xA= BF=0.30 ； xB= AJ=0.40 ； xS=AH=0.303 種組分之和等于1，xA + xB + xS= 1.00影響浸出速率的因素固液接觸表面積固液接觸表面積與浸出速率成正比。 （切片壓碎）溶質(zhì)濃度差固體表層與外層溶液之間的溶質(zhì)濃度差，也與浸出速度呈正比。逆流法較并流法浸出效率高。溫度較高溫度可提高溶質(zhì)的

9、擴(kuò)散速度，也能降低溶液的粘度，對(duì)浸出有利。溶劑流速流速大而且呈湍流流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其浸出速率較大。溶劑的條件浸出的目的是溶離，因此溶劑的選擇對(duì)浸出有很大影響，應(yīng)考慮；安全性及化學(xué)穩(wěn)定性：無(wú)毒，不易分解，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。溶解選擇性：溶劑對(duì)所選溶質(zhì)應(yīng)有高溶解度。溶劑的物理性質(zhì)：如密度、表面張力、其他等。溶劑回收的難易：一般回收溶劑要用蒸餾法，其過(guò)程消耗操作費(fèi)用最多。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：1.3 浸出操作的流程 (單級(jí)、多級(jí)、逆流多級(jí)圖)常采用三種基本流程即：簡(jiǎn)單接觸法、多級(jí)接觸法和連續(xù)微分逆流接觸法。（ 1）簡(jiǎn)單接觸法指分批式 單級(jí) 接觸法，使溶劑添加到裝有物料的浸取器中，經(jīng)過(guò)攪拌浸出，使浸出液與浸剩物加以分離后

10、，重復(fù)另一次同樣操作。（ 2）多級(jí)接觸法 數(shù)組簡(jiǎn)單接觸法浸出裝置依序排列，工作時(shí)每組稱為一級(jí)，其效率大于同量溶液一次浸出的原理。（ 3）逆流多級(jí)接觸法將數(shù)個(gè)浸出裝置串聯(lián)，物料F 由第一級(jí)進(jìn)入，浸剩物作為第二級(jí)的物料L1 ，依次類推。 溶劑則從第 n 級(jí)進(jìn)入， 第 n 級(jí)所獲浸出液作為第 n-1 級(jí)的溶劑， 依次逆向而上， 其物料與溶劑互為逆向。（ 4）連續(xù)微分逆流接觸法指在浸出裝置內(nèi)，物料與溶劑互成逆向連續(xù)接觸的浸出操作。萃?。?也稱溶劑萃取，常指“液-液 ”萃取，是分離液體混合物的一種重要單元操作。在液體混合物中加入與其不完全混溶的液體溶劑，形成液-液兩相，利用各組分在所選溶劑中溶解度的差異

11、而達(dá)到分離目的。應(yīng)用： 直接用于食品工業(yè)較少，主要用于提取與其他物質(zhì)混雜在一起的少量揮發(fā)性較小的物質(zhì)。萃取可在低溫下進(jìn)行，故特別適用于熱敏性物料的提取，如維生素、生物堿或色素的提取，油脂的精煉等。萃取操作過(guò)程 通常由三部分組成：萃取的液體混合物與溶劑充分混合，溶質(zhì)溶于溶劑中。萃取結(jié)束后，將過(guò)程中形成的萃取相和萃余相借助分離器將其分開。萃取相經(jīng)溶劑回收器，以回收溶劑，使之循環(huán)使用。液 液相平衡關(guān)系“液-液 ”萃取，被萃取的物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相中，屬于傳質(zhì)過(guò)程，有表示；萃取劑 即是溶劑，用 S 表示。 溶質(zhì) 即提取物，用 A 表示。 原溶劑 即是原液體混合物中的溶劑，用 B 表示。 萃取相 用

12、E 表示。 萃余相 用 R 表示。 料液物 用 F 表示液 -液相平衡關(guān)系在三角形相圖上的表示組分三元物系即溶質(zhì)A 、原溶劑 B、萃取劑S。分為以下三種情況： A 可完全溶解于 B 和 S 中，但 B 與 S 完全不互溶； A 可完全溶解于 B 和 S 中，但 B 與 S 則部分互溶； A 、 B 可完全互溶，但 B ， S 和 A ，S 為兩對(duì)部分互溶的組分。第一種情況少見，第三種情況麻煩，應(yīng)當(dāng)避免，第二種情況廣泛，討論之。溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線溶解度曲線 萃取三角形三元物系，在 LGJH D L 圍成的范圍內(nèi)稱兩相區(qū)，其內(nèi)任意點(diǎn)反映兩個(gè)不同組成相。曲線 LC DFG。 H J稱溶解度曲線 。溶

13、解度曲線通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，可查聯(lián)結(jié)線在兩相區(qū)內(nèi)任意點(diǎn)M 是混合物，是兩個(gè)互不相溶的液相，其組成分別為R 和 E，連接 RME直線稱聯(lián)結(jié)線。溶解度曲線的建立在實(shí)驗(yàn)條件下，在實(shí)驗(yàn)瓶?jī)?nèi)，一定量的B 中逐漸滴加S，不斷搖震使其溶解， 因 B 與 S 部分互溶，故滴加到一定數(shù)量后，混合液開始發(fā)生混濁，既出現(xiàn)了溶劑相。即 S 在 B 中的飽和溶解度。 在圖中記L 點(diǎn) 。類似方法記J 點(diǎn) 。在實(shí)驗(yàn)瓶?jī)?nèi)，加入恰當(dāng)?shù)腂 與 S，使代表混合物的點(diǎn)如“C”等，位于LJ 之間，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，溶質(zhì)A 溶出，逐漸加入A 成為三元物系，故組成點(diǎn)沿AC 線變化。若加入A 的量恰好使混合液由兩相變?yōu)榫幌?，相?yīng)點(diǎn)記為C。C為混溶

14、點(diǎn)。如此改變 B， S 組成，得一系列點(diǎn)，連接點(diǎn)成曲線，即為該三元物溶解度曲線。三角形內(nèi)分兩個(gè)區(qū)域，兩相區(qū)（曲線以內(nèi)）和單相區(qū)（曲線以外）。當(dāng)平衡時(shí)，如三元物系的組成點(diǎn)在兩相區(qū)內(nèi)時(shí)，該物系就存在兩個(gè)液相。聯(lián)結(jié)線兩點(diǎn)通常稱稱共軛相 ，其組成的兩點(diǎn)位于溶解度曲線上，如連 RE 點(diǎn)為一對(duì) 共軛相 ，萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)。同一物系聯(lián)結(jié)線傾斜方向相同。混合物的和點(diǎn)和差點(diǎn)E 和 R 的量，可從三角形相圖中求?。?設(shè) 內(nèi)任一點(diǎn) M 表示混合液的總組成， M 稱和點(diǎn) ，而 E 和 R 則稱 差點(diǎn) 。 E、M 、 R 在一條直線上， E 和 R 的質(zhì)量比：超臨界流體萃取超臨界流體萃取是以超臨界狀態(tài)下的流體作為

15、溶劑，利用該狀態(tài)下的流體所具有的高滲透能 力和高溶解能力 萃取分離混合物的過(guò)程。應(yīng)用超臨界二氧化碳萃取咖啡因，啤酒呈味劑，香料中精油等。我國(guó)現(xiàn)引進(jìn)十余套超臨界流體萃取設(shè)備。如寧夏的 “銀廣夏 ”等。超臨界流體萃取的原理和特性3.1.1 超臨界流體的基本性質(zhì)超臨界流體概念(表 9-2)物質(zhì)都有臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下，氣液界面消失，體系性質(zhì)均一，不再分為氣體和液體，對(duì)應(yīng)此時(shí)稱臨界溫度（TC ）和臨界壓力（PC），在狀態(tài)時(shí)，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會(huì)液化，只是密度增大，具有類似液態(tài)性質(zhì)，同時(shí)還保留氣體性能，這種狀態(tài)稱為超臨界流體。超臨界流體基本性質(zhì)通常為低分子化合物。如烷、烯、醇等密度、粘度和擴(kuò)散系數(shù)

16、是超臨界流體的基本性質(zhì)，超臨界流體的。密度接近于液體；粘度接近于氣體；擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間，比液體大100 倍左右。超臨界流體優(yōu)點(diǎn)超臨界流體具有與液體溶劑相近的溶解能力；超臨界流體的傳質(zhì)速率將遠(yuǎn)大于其處于液態(tài)下的溶劑速率且能夠很快的達(dá)到萃取平衡。超臨界 CO2 流體的基本性質(zhì)右圖為純CO2 的壓力、密度和溫度關(guān)系圖。讀圖 ：A-Tp 線 表示 CO2 氣 -固平衡的升華曲線。B-Tp 線 表示 CO2 液-固平衡熔融曲線。Tp-Cp 線 表示 CO2 氣 -液平衡蒸汽壓曲線。Cp 為氣 -液 -固三相共存的三相點(diǎn)。臨界點(diǎn)：沿氣- 液飽和曲線增加壓力和溫度則達(dá)到臨界點(diǎn)Cp。物質(zhì)在此狀態(tài)下，

17、氣液界面消失，體系性質(zhì)均一，不再分為氣體和液體， 相對(duì)應(yīng)溫度和壓力稱臨界溫度和臨界壓力。物質(zhì)通常有其固定的臨界點(diǎn)。如 CO2 ：臨界點(diǎn) Tp31.06C ， Pc7.39MPa。超臨界狀態(tài)：當(dāng)體系處于高于臨界溫度和臨界壓力時(shí)，稱超臨界狀態(tài)。此狀態(tài)即非氣體，也非液體，普遍稱其為流體狀態(tài)，所以分離過(guò)程稱超臨界流體萃取。 CO2 流體密度 CO2 臨界溫度接近室溫，臨界壓力比較適中，臨界密度 （ 448kg/m3 ）最高。因流體的溶解能力一般隨密度增加而增加，故CO2 最適合。CO2 流體密度變化規(guī)律：在超臨界區(qū)域，CO2 流體密度可以在很寬的范圍內(nèi)變化，從150-900kg/m3 。在臨界點(diǎn)附近，

18、壓力或溫度的微小變化，可以大幅度改變流體的密度。超臨界流體萃取的缺點(diǎn)最大弱點(diǎn)就是溶解量比較小，需要增加溶劑的循環(huán)次數(shù)才能得到足夠的萃取量。所以增加超臨界流體對(duì)溶質(zhì)的溶解度，是實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用前景超臨界流體萃取技術(shù)優(yōu)點(diǎn)較低溫度操作；能穩(wěn)定地處理對(duì)溫度敏感物質(zhì)；產(chǎn)品不含殘留溶劑；通過(guò)調(diào)節(jié)溫度和壓力溶劑的溶解度可得到改變，可選擇地分離非揮發(fā)物；溶劑回收簡(jiǎn)單， 無(wú)毒無(wú)害， 無(wú)污染；具有殺菌保鮮作用；二氧化碳不燃燒，安全可靠。第十章膜分離膜的適用范圍微濾0.1 10 m：細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等超濾0.005 0.1 m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾0.0005 0.0

19、05 m：低聚糖、染料、多價(jià)離子反滲透 0.0001 0.001 m：電解質(zhì)、大于100Da 的有機(jī)溶質(zhì)水小于100Da 的有機(jī)溶質(zhì)膜分離是利用具有一定選擇透過(guò)性的過(guò)濾介質(zhì)，依靠其兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，利用混合物中各組分在過(guò)濾介質(zhì)中遷移速率的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離和純化的單元操作。根據(jù)推動(dòng)力本質(zhì)的不同，具體分4 類：以靜壓力差為推動(dòng)力的過(guò)程。以蒸汽分壓差為動(dòng)力的過(guò)程。以濃度差為推動(dòng)力的過(guò)程。以電位差為推動(dòng)力的過(guò)程。1.2.1 以靜壓力差為推動(dòng)力的過(guò)程有：微濾（ MF ）、超微（ UF）、納濾（ NF ）、反滲透（ RO）。（ 1）微濾 （ MF ） 利用孔徑 0.0210 m 的多孔來(lái)過(guò)濾

20、含有微粒的溶液，將微粒從溶液中除去。適用于微生物、細(xì)胞碎片、微細(xì)沉淀物等。（ 2）超微 （ UF ） 利用孔徑 0.001 0.02 m 的超濾膜來(lái)過(guò)濾含有大分子物質(zhì)或微細(xì)粒子的溶液。適用于分離、純化和濃縮一些大分子物質(zhì)，如蛋白、多糖、抗生素等。（ 3）納濾（ NF）是介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術(shù)。膜具有納米孔徑和對(duì)不同價(jià)態(tài)的陰離子存在 Donnan 效應(yīng)，可讓溶液中低價(jià)離子透過(guò)而截流高價(jià)離子和數(shù)百分子量的有機(jī)小分子。 食品工業(yè)中應(yīng)用于果汁濃縮、乳糖分離等方面。（ 4）反滲透 （ RO） 利用反滲透膜對(duì)溶劑的選擇性，對(duì)溶液施加壓力、克服溶劑的滲透壓，使溶劑反滲透膜而從溶液中分離出來(lái)。應(yīng)

21、用方面如，海水脫鹽、超純水、從發(fā)酵液中分離乙醇、丁醇和丙醇等。1.2.2以蒸汽分壓差為推動(dòng)力的過(guò)程有兩種情況，膜蒸餾（MD ）和滲透蒸發(fā)（PV ）。（ 1）膜蒸餾 利用一張疏水性的微孔膜把溫度不同的冷熱兩股溶液分隔開，由于膜兩側(cè)存在一定的溫度差，可使熱側(cè)的水透過(guò)膜進(jìn)入冷側(cè)。傳質(zhì)過(guò)程 ：水分子在熱側(cè)膜表面處蒸發(fā)形成水蒸氣；水蒸氣透過(guò)膜的微孔從膜表面的熱側(cè)擴(kuò)散到冷側(cè)；傳遞到冷側(cè)膜表面的水蒸氣重新冷凝成水。膜蒸餾的主要優(yōu)點(diǎn)是可以 在極高的濃度下進(jìn)行 。現(xiàn)應(yīng)用于高純水、溶液脫水和揮發(fā)性有機(jī)溶液的分離。（ 2）滲透蒸發(fā) 滲透蒸發(fā)分離機(jī)理分為三部分，被分離物質(zhì)在膜表面上被有選擇地吸附并溶解；以擴(kuò)散的形式在

22、膜內(nèi)滲透；在膜的另一側(cè)，由于低壓汽化脫附而與膜分開。1.2.3以濃度為推動(dòng)力的過(guò)程（滲析）是利用多孔膜兩側(cè)溶液的濃度差使溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)通過(guò)膜孔擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)，從而得到分離的過(guò)程。主要應(yīng)用血液（人工腎）的解毒等。1.2.4以電位差為推動(dòng)力的過(guò)程（電滲析）是基于離子交換膜對(duì)陰陽(yáng)離子的選擇性，在直流電場(chǎng)的作用下使陰陽(yáng)離子分別透過(guò)相應(yīng)的膜以達(dá)到從溶液中分離電解質(zhì)的目的。反滲透的基本原理推滲透是由于 化學(xué)位梯度 的存在而引起的自發(fā)擴(kuò)散現(xiàn)象。反滲透的濃差極化現(xiàn)象透過(guò)快的組分2.3.1 濃差極化現(xiàn)象由于反滲透膜具選擇性，允許溶劑通過(guò)，這樣在膜高壓側(cè)表面上的溶質(zhì)逐漸積累，當(dāng)其濃度增大到超過(guò)溶液主體中溶

23、質(zhì)時(shí)，就形成了膜表面與溶液主體的濃度梯度，引起溶質(zhì)從膜表面向溶液主體擴(kuò)散，稱濃差極化現(xiàn)象。2.3.2 濃差極化對(duì)反滲透操作的影響透過(guò)慢的組膜表面溶質(zhì)濃度增大，使表面溶質(zhì)滲透通量膜增多，導(dǎo)致分離效率降低。膜表面溶質(zhì)濃度增大，使表面溶質(zhì)滲透壓增濃差極化高，水的滲透通量降低。膜表面局部濃度增大，使表面溶液趨于飽和，易形成結(jié)晶或凝膠，堵塞孔道。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使膜表面上形成偽膜，使膜功能完全喪失。改變操作條件控制濃度極化： 增加原料液的流速； 適當(dāng)提高操作溫度；3.3超濾的濃差極化現(xiàn)象3.3.1超濾的濃差極化現(xiàn)象超濾過(guò)程中，水透過(guò)而大分子溶質(zhì)被截留，聚積在膜處使附近濃度升高，為濃差極化。超濾濃差極化現(xiàn)象比反滲

24、透更嚴(yán)重。3.3.2減輕反滲透和超濾濃差極化的方法（ 1）回收率控制高回收率會(huì)使極化程度增加，所以回收率應(yīng)控制在較低的狀況下。（ 2） 流動(dòng)型態(tài)和流程控制流動(dòng)型態(tài)分層流、平流和湍流，層流極化程度增大，湍流最小為了減少極化狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)湍流。（ 3）填料法將直徑 29100 m 的小球放入被處理液體中，令其共同流經(jīng)反滲透器以減小濃差極化層厚度而增大滲透通量。（ 4）設(shè)置湍流促進(jìn)器是指可強(qiáng)化流動(dòng)型態(tài)的各類障礙物。電滲析基本原理電滲析用于處理電解質(zhì)溶液。在直流電場(chǎng)作用下，溶液中的離子選擇性地通過(guò)離子交換膜的過(guò)程。鹽水脫鹽應(yīng)用 ：在正負(fù)兩極間交替排列陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，稱膜堆，依次構(gòu)成濃縮室和淡

25、化室。滲析的基本原理膜兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)或溶劑在濃度差的推動(dòng)下透過(guò)膜。電滲析的基本原理溶液中的離子在電位差的推動(dòng)下，通過(guò)荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過(guò)程的基本原理：陽(yáng)膜：帶負(fù)電的陽(yáng)離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜液膜分離技術(shù)由于固體膜存在選擇性低和通量小的缺點(diǎn)，故人們?cè)噲D用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過(guò)膜的擴(kuò)散系數(shù)增大、膜的厚度變小,從而使透過(guò)速度躍增 ,并再現(xiàn)生物膜的高度選擇性遷移。這樣,在60 年代中期誕生了一種新的膜分離技術(shù)液膜分離法(Liquid membrane separation), 又稱液膜萃取法(Liquid membrane extraction) ，這是一種以

26、液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動(dòng)力的膜分離操作。它與溶劑萃取雖然機(jī)理不同、但都屬于液-液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過(guò)程。5.4液膜分離技術(shù)的特點(diǎn)分離速度較快。因液膜薄，乳化滴小，故表面積大。較高選擇性。設(shè)備簡(jiǎn)單。第十一章溶液濃縮溶液濃縮1 蒸發(fā) 2 結(jié)晶 3 冷凍結(jié)晶1.1蒸發(fā)操作及其特點(diǎn)蒸發(fā)操作 ：使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作。生蒸汽 ：蒸發(fā)操作中熱源常采用新鮮的飽和水蒸汽。二次蒸汽 ：從溶液中蒸出的蒸汽稱二次蒸汽。單效蒸發(fā) ：二 次蒸汽在蒸發(fā)過(guò)程中應(yīng)不斷被移出，若將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作。多效蒸發(fā) ：若將二次蒸汽利用其冷凝熱的操作。 蒸汽

27、壓力 ：蒸發(fā)操作可在加壓、常壓、低壓條件下進(jìn)行。 真空蒸發(fā) ：工業(yè)上蒸發(fā)操作在減壓下進(jìn)行的操作。真空蒸發(fā)特點(diǎn)：沸點(diǎn)下降。總傳熱溫系數(shù)下降。因粘度增加，提高了總傳熱溫差蒸發(fā)操作費(fèi)用提高。蒸發(fā)過(guò)程特點(diǎn)（ 1）傳熱性質(zhì)：屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫差的傳熱過(guò)程。（ 2）溶液性質(zhì) ：有些溶液在蒸發(fā)中有結(jié)晶析出，易結(jié)垢和生泡沫，高溫易分解，粘度增加等。（ 3）溶液沸點(diǎn)改變 ：含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，溶液沸點(diǎn)會(huì)增加。（ 4）泡沫夾帶：二次蒸汽中夾帶大量液沫，冷凝前必須除去。（ 5）能源利用 ：蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽，如何利用它的潛熱應(yīng)考慮。食品物料蒸發(fā)具有的特點(diǎn)（ 1）熱敏性 ：因是生物

28、物料，在高溫下或長(zhǎng)時(shí)間易破壞，發(fā)生變質(zhì)、氧化作用，應(yīng)嚴(yán)格控制溫度和加熱時(shí)間。（ 2）腐蝕性 ：果酸等能對(duì)設(shè)備造成腐蝕，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮耐酸材料。（ 3）粘稠性 ：生物多是大分子，粘度較高，隨蒸發(fā)粘度還會(huì)增加。（ 4）泡沫性 ,某些食品在沸騰時(shí)易形成穩(wěn)定的泡沫，可使用表面活性劑加以控制。（ 5）結(jié)垢性 ：食品中的鈣、鎂等離子沉淀，糖、蛋白等變性，焦化等，成垢。（ 6）易揮發(fā)性：液體食品中的芳香成分和風(fēng)味成分比水大。1.2.1溶液的沸點(diǎn)和溫度差損失 溶液沸點(diǎn)的升高：在一定壓力下，溶液的沸點(diǎn)較純水的高，兩者沸點(diǎn)之差稱溶液沸點(diǎn)的升高。同一溶液沸點(diǎn)升高隨濃度增加和液柱升高而上升。設(shè)加熱蒸汽溫度為T ，二次蒸

29、汽溫度為T，溶液沸點(diǎn)為t，則總溫差為： t0=T- T實(shí)際傳熱溫差：t =T-t 溫度差損失 ：兩者之差為蒸發(fā)器溫度差損失 = t0 - t = t - T 造成溫度差損失的原因（ 1）因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失 因溶液含不揮發(fā)溶質(zhì)，其蒸汽壓比純水低，所以溶液沸點(diǎn)比純水高，即沸點(diǎn)升高。（ 2）由液層靜壓效應(yīng)而引起的溫度差損失 蒸發(fā)器內(nèi)沸騰一般先在加熱管附近開始，處于不同深度的溶液受到不同的靜壓強(qiáng)，所以溶液內(nèi)部的沸點(diǎn)比液面處高。兩者之差即為由液層靜壓引起的溫度差損失。分析：溶液內(nèi)部平均壓強(qiáng)Pm=Po+gh /2 一般 tm 和 to 可直接由Po 和 Pm 查水的飽和溫（ 3）由于管路流

30、動(dòng)阻力而引起的差損失=tmto-（相對(duì)應(yīng)Po 和Pm）在多效蒸發(fā)中二次蒸汽由前效經(jīng)管路輸送，因管道阻力使二次蒸汽壓稍有下降，溫度也相應(yīng)下降，一般約 1 度。這種損失即為因管路流動(dòng)阻力而引起的差損失 。1.3.1 多效蒸發(fā)原理多效蒸發(fā)時(shí)要求后效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經(jīng)濟(jì)性。錯(cuò)誤觀點(diǎn)：多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。多效蒸發(fā)流程1 順流法蒸氣和料液的

31、流動(dòng)方向一致，均從第一效到末效。在操作過(guò)程中，蒸發(fā)室的壓強(qiáng)依效序遞減，料液在效間流動(dòng)不需用泵；料液的沸點(diǎn)依效序遞降，使前效料進(jìn)入后效時(shí)放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對(duì)熱敏性物料有利。結(jié)晶 ： 是液相或氣相生成形狀一定、分子有規(guī)律排列的晶體現(xiàn)象。是利用溶質(zhì)之間溶解度的差別進(jìn)行分離純化的一種擴(kuò)散分離操作。2.1.1.2結(jié)晶過(guò)程（ 1）結(jié)晶過(guò)程溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來(lái)，要經(jīng)歷兩個(gè)步驟。成核 ：首先要產(chǎn)生被稱為晶核的微小晶粒作為結(jié)晶的核心。晶體成長(zhǎng) ：晶核長(zhǎng)大，成為宏觀的晶體。（ 2）結(jié)晶條件必須以濃度差即溶液的 過(guò)飽和 度作為推動(dòng)力。溶液的過(guò)飽和度大小直接影響成

32、核和晶體成長(zhǎng)過(guò)程的快慢。過(guò)程的快慢影響晶體產(chǎn)品的粒度分布。2.1.1.4過(guò)飽和溶液與介穩(wěn)區(qū)過(guò)飽和溶液 ：濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解度，即達(dá)到固、液平衡稱為飽和溶液；而溶液含有超過(guò)飽和量的溶質(zhì)，為過(guò)飽和溶液。 飽和溶液與過(guò)飽和溶液的濃度差稱為過(guò)飽度。溶液的過(guò)飽度和是結(jié)晶過(guò)程的推動(dòng)力。 介穩(wěn)區(qū) :完全純凈的過(guò)飽和溶液在不受任何干擾及刺激的條件，則可在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持過(guò)飽和狀態(tài)而不變，稱之為介穩(wěn)狀態(tài)。介穩(wěn)態(tài)是一個(gè)范圍和區(qū)域。過(guò)飽和與結(jié)晶關(guān)系：見圖。AB線為具有正溶解度特性的溶解度曲線，CD線表示溶液過(guò)飽和且能自發(fā)產(chǎn)生晶核的濃度曲線，稱超溶解度曲線。將右圖分三個(gè)區(qū)，即穩(wěn)定區(qū)、介穩(wěn)區(qū)和不穩(wěn)區(qū)。 應(yīng)用各種結(jié)晶

33、法的注意若冷卻或蒸發(fā)過(guò)快，得到大量小晶體；若冷卻或蒸發(fā)過(guò)慢，則得到大晶體。對(duì)溶液充分?jǐn)嚢?，可保持晶體大小均勻。連續(xù)結(jié)晶操作可保持晶體大小符合要求。為保持晶體粒度，采用冷卻時(shí)應(yīng)力求冷卻均勻。冷凍濃縮 ：是利用冰與水溶液之間的固液相平衡原理的一種濃縮方法。即當(dāng)溶液中所含溶質(zhì)濃度低于共熔濃度時(shí)，則冷卻結(jié)果為溶劑（水份）成晶體（冰）析出，隨著溶劑成晶體析出的同時(shí)，余下溶液中的溶質(zhì)濃度顯然提高了，此即是冷凍濃縮的原理。水分凍結(jié)時(shí)，具有排斥溶質(zhì)析出，保持冰晶純凈的現(xiàn)象，稱為溶質(zhì)脫除作用冷凍濃縮應(yīng)用（優(yōu)點(diǎn)） ：適用于熱敏性食品的濃縮，可防止食品中芳香物質(zhì)的揮發(fā)損失。冷凍濃縮主要缺點(diǎn)：冷凍濃縮過(guò)程本身不殺菌滅

34、酶。制品受低共熔濃度限制，受冰晶與濃縮液分離的難易程度影響。濃度越高，粘度越大， 分離越難。過(guò)程中會(huì)造成不可避免的溶質(zhì)損失。3.1.2.2層狀凍結(jié)方法過(guò)程 ： 是一種單向凍結(jié)，在管式、 板式以及轉(zhuǎn)鼓式、帶式設(shè)備中進(jìn)行。晶層依次沉積在先前由同一溶液形成的晶層之上，一般為針狀或棒狀。特點(diǎn) 隨濃度漸增， 晶尖處過(guò)冷度逐漸降低，晶尖生長(zhǎng)減慢，晶體直徑逐漸增大。晶體平均直徑與水分的分子擴(kuò)散系數(shù)及溶液的粘度有關(guān)，粘度越大， 平均直徑越小。在平行的晶體間存在著液層，此層厚度與濃度有關(guān)。水分凍結(jié)時(shí)，具有排斥溶質(zhì)析出，保持冰晶純凈的現(xiàn)象，稱為溶質(zhì)脫除作用。3.1.2.2懸浮凍結(jié)方法是在受 攪拌 的冰晶懸浮液中進(jìn)

35、行的。如是連續(xù)操作，則晶體粒度與溶液濃度、主體過(guò)冷度、晶體停留時(shí)間等有關(guān)。懸浮凍結(jié)影響因素提高溶質(zhì)濃度，冰晶成長(zhǎng)速率降低在溶液過(guò)冷度低值范圍內(nèi)，成長(zhǎng)速率與主體過(guò)冷度成正比。晶體尺寸大于 50m 時(shí)，成長(zhǎng)速率不隨晶體大小而變。連續(xù)晶體生產(chǎn)，平均晶體粒度與停留時(shí)間成正比。懸浮凍結(jié) 在懸浮凍結(jié)操作中，如將小冰晶懸浮液與大冰晶懸浮液混合，主體溫度將介于大、小晶體的平衡溫度之間。由于主體溫度高于小晶體的平衡溫度，小晶體溶解；相反大晶體長(zhǎng)大。因此若冷點(diǎn)處所產(chǎn)生的小晶核立即從該處移出并與含大晶體溶液混合，則所以小晶核溶解，這種以消耗小晶體為代價(jià)而使大晶體成長(zhǎng)的作用，常為工業(yè)懸浮凍結(jié)操作所采用。第十二章食品干

36、燥 食品干燥主要應(yīng)用 ：食品干燥是食品儲(chǔ)藏加工中的主要技術(shù)之一，通過(guò)干燥將食品中的大部分水分除去，達(dá)到降低水分活性，抑制微生物生長(zhǎng)與繁殖，延長(zhǎng)食品儲(chǔ)藏期的目的。 食品干燥方法 ：（ 1） 導(dǎo)熱干燥 ：熱通過(guò)與食品材料接觸的加熱面直接導(dǎo)入，使材料中的水分汽化排除，達(dá)到干燥的目的。導(dǎo)熱干燥要求加熱面與食品材料接觸良好，否則會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、焦化等現(xiàn)象。多用于加熱液體食品。 （ 2） 輻射干燥 ：熱量通過(guò)電磁波的形式由輻射加熱器傳遞給食品材料表面，再通過(guò)材料自身的熱量傳遞，使內(nèi)部的水分汽化。常用于具有較大面積的材料加熱，在食品工業(yè)應(yīng)用較多，除了具有脫水作用外，還有殺菌作用。（ 3） 介電加熱干燥 ：在高頻

37、電場(chǎng)中，食品材料中的水分子處于高速旋轉(zhuǎn)與震動(dòng)，由此產(chǎn)生的熱量使水分汽化，達(dá)到干燥的目的。高頻加熱 頻率 300 300 000MHz。微波加熱 915MHz 和 2450MHz 。水的介電常數(shù)比其他高，而物料內(nèi)部水分比表面多，吸能多，所以內(nèi)部溫度高于表面，傳熱與傳質(zhì)方向一致，干燥時(shí)間大大縮短，這是特點(diǎn) 。（ 4） 對(duì)流干燥 ：熱量以對(duì)流的方式傳遞給濕物料，使食品材料中的水分汽化，以達(dá)到干燥的目的。一般傳熱介質(zhì)是濕空氣。對(duì)流干燥成本低，是食品工業(yè)上應(yīng)用最普遍的干燥技術(shù)。是本章重點(diǎn)。濕空氣 ：是干空氣和水蒸氣的混合物。在食品干燥中，濕空氣起著傳熱與傳質(zhì)的作用，即濕空氣將熱量傳輸給食品，食品受熱后蒸

38、發(fā)出來(lái)的水分再由濕空氣攜帶出去。1.1絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度絕對(duì)濕度 ：?jiǎn)挝惑w積濕空氣中水蒸氣的含量。相對(duì)濕度 ：濕空氣中水蒸氣在未達(dá)到飽和狀態(tài)之前，常具有吸濕能力，為了表征濕空氣的吸濕能力，用 “濕度比 ”概念，即相對(duì)濕度。1.5干球溫度和濕球溫度干球溫度 ：在濕空氣中，用一般溫度計(jì)所測(cè)得的溫度稱為該空氣的干球溫度T，即該空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度 ：若將溫度計(jì)的感溫部分包以濕紗布，置于一定溫度和濕度的濕空氣中，經(jīng)一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定后，溫度計(jì)所反映的溫度就不再是濕空氣的真實(shí)溫度，而是另一低于干球溫度的溫度，稱該濕空氣的濕球溫度。濕球溫度形成原理濕紗布所含水分對(duì)主體濕空氣而言是少量的， 少量的水與大量

39、的空氣相接觸都會(huì)使水溫變化而達(dá)到穩(wěn)定的空氣濕球溫度。由于濕紗布上液態(tài)水表面始終存在著一層被水蒸氣所飽和的空氣層，此層濕含量必大于外圍不飽和濕空氣的濕含量，水分即不斷汽化并向空氣中傳遞，同時(shí)水分汽化需吸熱，使水溫降低，形成與外邊的溫差，同時(shí) 空氣熱又會(huì)傳到水中。最后空氣傳熱恰好等于水滴汽化熱，水溫維持不便，即濕球溫度。濕球溫度是濕空氣的一項(xiàng)基本狀態(tài)參數(shù)。1.6露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度 Td 是不飽和空氣在其總壓和濕度保持不變的情況下，而被冷卻降溫達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。濕物料的形態(tài)散粒狀：如谷物、各種油料種子；晶體：經(jīng)過(guò)濾分離后的各種晶體，如葡萄糖、檸檬酸、鹽等。塊狀：如馬鈴薯、胡蘿卜、面包等；片狀：如果

40、蔬、肉類切片、餅干等。條狀：馬鈴薯?xiàng)l、豆角粉末狀：淀粉、奶粉膏糊狀：如芝麻糊液態(tài)：各種液體、懸浮液和乳濁液。（ 2）物料中水分含量表示法干基水分：為食品中含有水質(zhì)量與干物質(zhì)的質(zhì)量之比。濕基水分：濕基水分Mw 以濕物料的質(zhì)量為分母兩者換算關(guān)系：濕物料中水分的活度 濕物料中水分的活度：指濕物料在排除水分和吸收水分的能力和數(shù)量。對(duì)干燥速率有決定作用，是濕物料干燥的主要指標(biāo)。水分活度=水分蒸汽壓P/純水蒸汽壓Ps 對(duì)于純水，活度a0=1，對(duì)于物料水a(chǎn) 1。通常大于0.95 時(shí)，細(xì)菌繁殖很快，低于此值則受明顯抑制。低于0.75 時(shí)，可認(rèn)為生命活動(dòng)停止。平衡水分當(dāng)濕物料與一定溫度和濕度的空氣相接觸時(shí)，濕物

41、料將排除或吸收水分。濕物料與空氣充分接觸后，溫度等于空氣溫度，物料中水分份壓等于空氣中水蒸汽份壓。當(dāng)水分活度大于空氣相對(duì)濕度時(shí)，物料將失去水分。否則相反。平衡水分 Me ：物料與一定狀態(tài)的空氣成平衡時(shí)，最終必有一水分含量與之對(duì)應(yīng)，稱平衡水分。5.1 物料干燥機(jī)理（ 1）物料干燥過(guò)程的推動(dòng)力和阻力干燥過(guò)程推動(dòng)力水分梯度推動(dòng)力 ：當(dāng)濕物料受熱干燥時(shí)，水分汽化是從表面進(jìn)行，逐漸形成從物料內(nèi)部到表面的水分梯度。從而物料內(nèi)部的水分就以此梯度為推動(dòng)力，逐漸向表面轉(zhuǎn)移。溫度梯度推動(dòng)力：物料內(nèi)部溫度梯度也可以使物料內(nèi)部水分發(fā)生遷移，稱為熱濕導(dǎo) 。由于溫度不均，水分將從溫度高處向溫度低處轉(zhuǎn)移。方向是由外向內(nèi)。兩

42、種梯度均存在于物料內(nèi)部，兩者代數(shù)和；推動(dòng)力方向?qū)τ跓犸L(fēng)干燥和一般輻射干燥，物料內(nèi)部溫度梯度與水分梯度方向相反。對(duì)于接觸干燥和微波加熱干燥，兩種梯度方向一致。物料水分外部擴(kuò)散水分在物料內(nèi)部擴(kuò)散至表面后，便在表面汽化，并向氣相中傳遞。（ 2）表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制水分的內(nèi)部擴(kuò)散和外部擴(kuò)散是同時(shí)進(jìn)行的。但在不同干燥過(guò)程的不同時(shí)期，控制干燥速率的機(jī)理不一定相同。這是由于物料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、溫度以及氣相情況的影響所致。水分?jǐn)U散速率的快慢是控制過(guò)程的關(guān)鍵。取決于表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制。5.2 干燥速率和干燥特性曲線干燥速率 ：是單位時(shí)間內(nèi)被干燥物料所能汽化的水分。表達(dá)式：干燥特性曲線 ：包括水分隨時(shí)間而變化曲線；溫度隨時(shí)間而變化曲線；及干燥速率隨時(shí)間而變化曲線。曲線特點(diǎn) ：典型干燥