吉林大学食品工程原理第六章分解.ppt

第六章 蒸发、结晶、冷冻、冷冻浓缩 1.浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶剂部分分离的过程。 2.蒸发：利用溶质和溶剂的挥发度差异，用加入热能的方法是溶剂汽化，而溶质则为非挥发性的，从而达到分离的目的。 3.冷冻浓缩：利用稀溶液与固态溶剂在凝固点下的平衡关系，使溶剂从溶液中结晶析出，从而达到分离。 第一节 蒸 发 食品浓缩的目的： 1.除去食品中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。 2.提高制品浓度，增加制品的保藏性。 3.作为干燥或更完全的脱水的预处理过程。 4.作为结晶操作的预处理。 （二）食品物料蒸发的特点 （1）热敏性 （2）腐蚀性 （3）粘稠性 （4）结垢性 （5）泡沫性 （6）易挥发组分 4 混流法 效数多时，也可采用顺流和逆流并用的操作，称为混流法，这种流程可协调两种流程的优缺点，适于粘度极高料液的浓缩。 问题： 为什么多效蒸发太多级会失去意义？ 第二节 结 晶 结晶：一般来说，凡是从匀相中形成固体颗粒者，统称为结晶。 结晶过程： 1.从水溶液中结晶 2.稀溶液中水的冻结 3.控制结晶操作使制品获得某些流变学特性。 一、基本概念与结晶原理 2、对原料冷却因溶解度下降而达到过饱和。 2.溶解度和溶解度曲线 溶解度：一定条件下，溶质在某溶剂中可以溶解的最大数量称为溶质的溶解度。 常用的表示方法： 质量分数 — kg溶质/100kg溶剂 体积质量浓度 — kg/L 影响晶体成长的因素 1）搅拌速度： ↑促进 2）T： ↑，促进，降低粘度，得到均匀晶体 3）过饱和度： ↑促进 二 结晶方法与设备 （一）工业结晶方法 1.直接冷却法 2.蒸发浓缩法 3.绝热蒸发法 结晶过程的实质 将稀溶液变成过饱和溶液，然后析出结晶。 达到过饱和有两种方法: 1、用蒸发移去溶剂; （一）结晶过程 结晶要经历两个步骤，首先要产生称为晶核的微观晶粒，作为结晶的核心，称为成核过程；其次是晶核长大，称为成长过程。两个阶段都以浓度差作为推动力。 从溶液中结晶出来的晶粒和余留下来的溶液所构成的混合物称为晶糊。 去除晶粒后余下的溶液称为母液。 晶体按晶格结构可分为七个晶系：六方晶系、四方晶系、 三斜晶系、单斜晶系、三方晶系、正交晶系、立方晶系。 简单六方 六方晶系 简单四方 体心四方 四方晶系 （二）晶体的形状 底心单斜 简单单斜 单斜晶系 简单三斜 三斜晶系 三方晶系 简单三方 简单立方 体心立方 面心立方 立方晶系 在理想条件下，晶体的长大保持相似性。联结多边形顶点的虚线相交于某一中心点，此点即为结晶中心点（也即原始晶核的位置）。任一晶面的成长速度指的是该晶面沿其法向方向离结晶中心移动的速度。除晶形为正多面体外，一般晶体各晶面的成长速度是不一样的。 1.溶液的相平衡 在一定温度下，将溶液放入溶剂中，由于分子的热运动，必然发生两个过程： 物质的沉积：溶质分子从液体中扩散到固体表面进行沉积。 固体的溶解：溶质分子扩散进入液体内部； （三）溶解度与溶液的过饱和度 溶液的相平衡图通常以温度为纵座标、溶液浓度为横座标表示。相图中一般有两条平衡曲线，在低浓度区的平衡曲线称为溶液的冰点曲线，高浓度区的平衡曲线是溶解度曲线，两曲线的交点称为低共熔点。 蔗糖水溶液的相平衡 几种无机物在水中的溶解度曲线 溶解度曲线有三种类型： ①随温度升高而明显增大; ②受温度的影响不显著; ③溶解度曲线有折点，主要是由于物质的组成有所改变; 溶解度曲线对操作的指导意义： (1)对于溶解度曲线随温度变化敏感的物质，可选用变温方法结晶分离； (2)溶解度随温度变化缓慢的物质，可采用移除一部分溶剂的方法分离。 溶解度曲线 溶液的过饱和与超溶解度曲线 溶液的过饱和与介稳区 过饱和溶液：溶质浓度超过该条件下的溶解度时，该溶液称为过饱和溶液。 过饱和曲线可分成三个区： 稳定区 不稳区 介稳区 溶解度曲线以上的区域 溶解度曲线以下的区域 过饱和区 ※结晶操作通常都在介稳区中进行 ※溶质只有在过饱和溶液中才能析出 晶核－过饱和溶液中最初生成的微小晶粒，晶体成长过程中必不可少的。 成核方式 初级成核：过饱和溶液中的自发成核现象 二次成核：向介稳态过饱和溶液中加入晶种，会有新晶核产生。 溶液达到过饱和状态是结晶的前提； 过饱和度是结晶的推动力。 （四）晶核的形成 （1）晶种起晶法 将溶液的过饱和系数保持在介稳区，投入一定大小和数量的晶种细粉，溶液中的过量溶质便在晶种表面上析出，最后达到预期大小的晶体。 （2）自然起晶法 当溶液的过饱和度甚高（不稳定区域），由于匀相内部分子的局部快速