Bài giảng Vật lý thực phẩm: Chương 2 - PGS. TS. Trần Thị Định và TS. Vũ Thị Hạnh

Bài giảng Vật lý thực phẩm: Chương 2 Truyền khối trong công nghệ thực phẩm, cung cấp cho người học những kiến thức như: Định nghĩa và phân loại; Biểu diễn thành phần pha; Cân bằng pha; Cơ chế quá trình truyền khối; Động lực quá trình truyền khối. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 2: Truyền khối CNTP  Định nghĩa phân loại  Biểu diễn thành phần pha  Cân pha  Cơ chế trình truyền khối  Động lực trình truyền khối I Định nghĩa phân loại 1.1 Định nghĩa – Truyền khối (mass transfer) q trình di chuyển vật chất từ vị trí sang vị trí khác pha hay từ pha sang pha khác pha tiếp xúc trực tiếp với – Hệ • Là nhiều vật thể tách để nghiên cứu Tất phần ngồi hệ gọi mơi trường • Hệ kín: trọng tâm hệ khơng chuyển động, khơng có trao đổi nhiệt khối lượng với mơi trường • Hệ hở: trọng tâm hệ chuyển động, có trao đổi nhiệt khối lượng với mơi trường • Hệ đoạn nhiệt: khơng trao đổi nhiệt với mơi trường • Hệ lập: khơng có trao đổi lượng với môi trường – Pha • Là tập hợp phần đồng thể hệ, điểm pha có tính chất nhiệt động, vật lý, hoá học thành phần nhau, pha có bề mặt phân cách, qua bề mặt tính chất hệ biến thiên đột ngột • Vd: nước lỏng nước đá tạo thành hệ dị thể hai pha: rắn lỏng I Định nghĩa phân loại – Cấu tử • Là hợp phần mà thành phần pha hệ xác định nồng độ 1.2 Phân loại – Hấp thu (absorption): q trình hút khí chất lỏng (dung mơi) Hấp thu (thể tích) ≠ hấp phụ (bề mặt) • VD: làm khí, tách hỗn hợp khí thành cấu tử riêng biệt – Hấp phụ (adsorption): trình hút chất khí hay lỏng (adsorbent) chất rắn xốp (absorbate), vật chất từ pha khí, lỏng vào pha rắn • Hấp phụ (adsorption) giải hấp phụ (desorption) • Hấp phụ vật lý hấp phụ hố học – Chưng cất (distillation): q trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt nhờ chênh lệch nhiệt độ sôi, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại • VD: tách ethanol từ hỗn hợp sau lên men, tách tinh dầu, tách muối I Định nghĩa phân loại – Trích ly (extraction): q trình tách chất hịa tan chất lỏng hay chất rắn chất lỏng hay chất rắn khác • Trích ly lỏng - lỏng (liquid – liquid extraction) • Trích ly lỏng -rắn (solid – phase extraction) • VD: tách tinh dầu, tinh chế protein, lọc nước… – Kết tinh (cystallization): trình tách chất rắn dung dịch, vật chất từ pha lỏng vào pha rắn • VD: kết tinh đường từ mật mía, – Hịa tan (dissolution): q trình vật chất từ pha rắn sang lỏng – Sấy khơ (drying): q trình tách nước khỏi vật liệu ẩm, vật chất từ pha rắn hay lỏng vào pha khí • VD: sấy ngũ cốc, quả… II Biểu diễn thành phần pha 2.1 Nồng độ (concentration) • Nồng độ phần mol cấu tử i pha lỏng pha khí Pha lỏng (pha x) L x i L Pha khí (pha y) Gi y G • Nồng độ tỷ số mol cấu tử i pha x pha y Pha lỏng Li X  L  Li Pha khí Y Gi G  Gi – Li, Gi : Số mol/lưu lượng mol cấu tử i pha x, pha y (mol/h) – L, G : Số mol/lưu lượng mol pha x, pha y (mol/h) II Biểu diễn thành phần pha 2.1 Nồng độ (concentration) • Nồng độ phần mol cấu tử i pha lỏng pha khí Pha lỏng (pha x) L x i L Pha khí (pha y) Gi y G • Nồng độ tỷ số mol cấu tử i pha x pha y Pha lỏng Pha khí Li X  L  Li Y Gi G  Gi • Nồng độ mol cấu tử I pha x pha y Pha lỏng (pha x) Li Cx  Vx Pha khí (pha y) Cy  Gi Vy II Biểu diễn thành phần pha • Nồng độ phần khối lượng cấu tử i pha x pha y Pha lỏng (pha x) Li x  L Pha khí (pha y) Gi G • Nồng độ tỷ số khối lượng cấu tử i pha x pha y Pha lỏng Pha khí X  y  Li L  Li Y Gi G  Gi • Nồng độ khối lượng cấu tử i pha x pha y Pha lỏng Pha khí Li CX  Vx Gi CY  Vy II Biểu diễn thành phần pha Li , Gi : số mol/lưu lượng mol cấu tử i pha x, pha y (mol, mol/h) L, G : số mol/lưu lượng mol pha x, pha y (mol, mol/h) Li , G i :số mol/lưu lượng khối lượng cấu tử i pha x & pha y (kg, kg/s) L, G : số mol/lưu lượng khối lượng pha x pha y (kg, kg/s) • Mối quan hệ nồng độ thành phần pha Pha lỏng (pha x) xx yy xx yy x MA x x 1 x  MA MB x.M A x xM A  (1  x) M B Pha khí (pha y) y MA y y 1 y  MA MB y y.M A yM A  (1  y ) M B II Biểu diễn thành phần pha • Mối quan hệ nồng độ thành phần pha Pha lỏng (pha x) xX y Y xX y Y X x Yy X x Y y Pha khí (pha y) x X 1 x Y x X 1 x y Y 1 y X x 1 X Y y 1Y x X 1 X y 1 y Y y 1Y II Biểu diễn thành phần pha • Mối quan hệ nồng độ thành phần pha Pha lỏng mct C%  mdd mct n M Pha khí PV  nRT n  N V n  N V mct  V mct  V n: số mol hỗn hợp; N: nồng độ mol (mol/L), ρ: tỷ khối (g/L) C: nồng độ %; P: áp suất (Pa), V: thể tích (m3); R: số khí 8.314 (J/mol K); T: nhiệt độ (K); II Biểu diễn thành phần pha 2.3 Thơng lượng (flux) • Thơng lượng: lượng vật chất qua đơn vị diện tích đơn vị thời gian • Hỗn hợp có hai cấu tử A, B – – – – – Thông lượng mol cấu tử A: N A  C A v A  C A ( A   )  x A N Thông lượng mol cấu tử B N B  CB vB  C B ( B   )  x B N Thông lượng mol hỗn hợp N  N A  N B Thông lượng khuếch tán mol cấu tử A: J A  C A u A Thông lượng khuếch tán mol cấu tử B : J B  C B u B J A  JB III Cân pha 3.1 Khái niệm • Giả thiết có pha Фx Фy, cấu Y M tử M phân bố chúng Ở t = 0, yM xM = 0, y • Khi chưa cân xảy trình khuếch tán cấu tử hai pha để đưa hệ trạng thái cân dC • Ở trạng thái cân bằng: v  0 Y X XM X* dt • Tại điều kiện xác định tồn mối quan hệ cân nồng độ cấu tử hai pha biểu diễn đường cân III Cân pha Gọi x, y nồng độ NH3 nước khơng khí vk vận tốc NH3 di chuyển từ pha khí vào pha lỏng vận tốc NH3 di chuyển từ pha lỏng vào pha khí NH3 + Khơng khí NH3 + Khơng khí Khi t = t1, vk > Khi t = 0, x = 0, y>0 y giảm dần, x tăng dần H2O H2O ... dịch, vật chất từ pha lỏng vào pha rắn • VD: kết tinh đường từ mật mía, – Hịa tan (dissolution): q trình vật chất từ pha rắn sang lỏng – Sấy khơ (drying): q trình tách nước khỏi vật liệu ẩm, vật. .. hay lỏng (adsorbent) chất rắn xốp (absorbate), vật chất từ pha khí, lỏng vào pha rắn • Hấp phụ (adsorption) giải hấp phụ (desorption) • Hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học – Chưng cất (distillation):... Định nghĩa phân loại 1.1 Định nghĩa – Truyền khối (mass transfer) trình di chuyển vật chất từ vị trí sang vị trí khác pha hay từ pha sang pha khác pha tiếp xúc trực tiếp với – Hệ • Là nhiều vật