第六章食品的浓缩与结晶方案.ppt

1、课程名称食品加工与保藏原理授课班级食品1431授课时间2015.11.11授课时数2本次内容食品的浓缩和结晶教具多媒体教学目标能力（技能）目标知识目标1.能区分平衡浓缩和非平衡浓缩。1.掌握食品浓缩意义、目的；2.掌握蒸发器的分类。单效、多效蒸发器特点。重点 浓缩作用难点不同多效蒸发器作用机理 能力训练方式方法讲解、问答、互动教学环节时间安排复习：5min讲解、互动：75min小结：5min看书巩固知识点：5min课外作业预习课堂考勤41参考资料食品加工与保藏原理课程名称食品加工与保藏原理授课班级食品1431授课时间2015.11.18授课时数2本次内容食品的浓缩和结晶教具多媒体教学目标能力（

2、技能）目标知识目标1.能进行多效蒸发的温差计算。1.掌握多效蒸发原理；2.掌握冷冻浓缩原理；3.了解冷冻浓缩特点。重点 浓缩原理难点多效蒸发温差分配能力训练方式方法讲解、问答、互动教学环节时间安排复习：5min讲解、互动：75min小结：5min看书巩固知识点：5min课外作业预习课堂考勤41参考资料食品加工与保藏原理食品浓缩的分类和目的食品的冷冻浓缩技术食品的膜浓缩技术 食品的结晶技术食品的蒸发浓缩技术一、食品浓缩的分类和目的 浓缩是从溶液中除去部分溶剂（通常是水）的操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合液的部分分离过程。按浓缩的原理分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。平衡浓缩平衡浓缩 利用两相

3、在分配上的某种差异而获得溶质浓缩液和溶剂的分离方法。如蒸发浓缩和冷冻浓缩。非平衡浓缩非平衡浓缩 利用半透膜的选择性来达到分离溶质与溶剂的过程。浓缩在食品工业中的其主要目的：浓缩在食品工业中的其主要目的：减少重量和体积减少重量和体积 浓缩去除食品中大量的水分，减少浓缩去除食品中大量的水分，减少食品包装、贮藏和运输费用。食品包装、贮藏和运输费用。可提高制品浓度，增大渗透压，降低水分活度，抑制可提高制品浓度，增大渗透压，降低水分活度，抑制微生物生长，延长保质期。微生物生长，延长保质期。作为干燥、结晶或完全脱水的预处理过程。作为干燥、结晶或完全脱水的预处理过程。降低食品脱水过程的能耗降低食品脱水过程的

4、能耗 。改善产品质量。改善产品质量。食品中可溶性固形物（质量分数）食品中可溶性固形物（质量分数）65%65%以上，且物料中有一以上，且物料中有一定酸度。即可用相对缓和巴氏杀菌进行消毒。定酸度。即可用相对缓和巴氏杀菌进行消毒。（一）蒸发浓缩 蒸发是食品工业中应用最广泛的浓缩方法之一，具有操操作简单，工艺成熟，设备投资低，浓缩效率高作简单，工艺成熟，设备投资低，浓缩效率高等优点。其原理是利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，利用热能使溶利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，利用热能使溶剂汽化，而溶质是非挥发性的则留在溶液中剂汽化，而溶质是非挥发性的则留在溶液中，从而达到分离的目的。蒸发浓缩主要指水溶蒸发浓缩主

5、要指水溶液的浓缩液的浓缩1.1.蒸发浓缩物料发生变化蒸发浓缩物料发生变化u成分变化、黏度增加；u结垢结垢 过度受热产生结块，焦化；可用高流速或加强设备清洗来减缓结垢生成。u起泡起泡 尤其是含蛋白质胶体较多的食物。u结晶结晶 妨碍热传递u腐蚀仪器2.蒸发浓缩的分类蒸发浓缩的分类根据对二次蒸汽的利用对二次蒸汽的利用分为 单效蒸发和多效蒸发；根据操作压力操作压力分为 常压蒸发、真空蒸发和加压蒸发；根据操作方式操作方式分为 间歇式蒸发、连续式蒸发和循环式蒸发。双效真空蒸发双效真空蒸发 设备设备 单效真空蒸发单效真空蒸发 设备设备 3.蒸发器的类型及选择蒸发器的类型及选择 蒸发器主要由加热室（器）加热室

6、（器）和和分离室（器）分离室（器）两部分组成。加热室：加热室最初采用的是夹层式和蛇（盘）管式，后有各种板式、管式等换热器形式。为了强化传热，采用强制循环替代自然循环强制循环替代自然循环，也有采用带叶片的刮板薄膜发器和离心薄膜蒸发器等。蒸发器分离室：将二次蒸汽中夹带的雾沫分离出来。为了使雾沫中的液体回到料液中，分离室需具有足分离室需具有足够大的直径和高度以降低够大的直径和高度以降低蒸汽流速蒸汽流速，并有充分的机会使其返回到料液中。选择、设计蒸发器，要以料液的特性（热敏性、黏度等）料液的特性（热敏性、黏度等）作为重要依据，全面衡量，通常选用蒸发器要满足以下的基本要求：符合工艺要求，溶液的浓缩比适当

7、；传热系数高，有较高的热效率且能耗低；结构合理紧凑，操作、清洗方便，卫生、安全可靠；动力消耗要低;设备要便于检修，并有足够的机械强度。蒸蒸 发发 器器 的的 选选 用用物料热敏物料热敏性性制品黏制品黏度度适用的蒸发器类型适用的蒸发器类型说明说明无无低或中低或中等等管式、板式、固定圆锥式管式、板式、固定圆锥式水平管式不适合于结垢制品水平管式不适合于结垢制品无或小无或小高高真空锅、刮板膜式、旋转真空锅、刮板膜式、旋转圆锥式圆锥式琼胶、明胶、肉浸出液的浓缩琼胶、明胶、肉浸出液的浓缩采用间歇式采用间歇式热敏热敏低或中低或中等等管式、板式、固定圆锥式管式、板式、固定圆锥式包括牛奶、果汁等含适度固形包括牛

8、奶、果汁等含适度固形物的制品物的制品热敏热敏高高刮板膜式、固定圆锥式刮板膜式、固定圆锥式包括多数果汁浓缩液、酵母浸包括多数果汁浓缩液、酵母浸出液及某些药品。对浆状制出液及某些药品。对浆状制品只能用刮板膜式品只能用刮板膜式高热敏高热敏低低管式、板式、固定圆锥式管式、板式、固定圆锥式要求单效蒸发要求单效蒸发高热敏高热敏高高板式、固定圆锥式板式、固定圆锥式要求单效蒸发，包括橙汁浓缩要求单效蒸发，包括橙汁浓缩液、蛋白液、蛋白4.4.蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发单效真空蒸发单效真空蒸发 容易操作控制；可依据物料的粘性、热敏性等，控制蒸；发温度和蒸发速率；物料在不断地浓缩，其沸

9、点、黏度也随浓度的提高而增大；由于液层静压效应，液面下局部沸腾温度高于液面上的沸腾温度，引起局部结垢、焦化，严重影响热传递；热耗高，传热面积不能太大。1.多效真空蒸发的特点多效真空蒸发的特点 在真空条件下，液体的沸点低沸点低，有利于增大加热蒸汽与液体之间的温差，增大传热效率，减少传热面积；物料在较低温度下蒸发，可以减少对热敏性物料的破坏；便于采用低压蒸汽和废热蒸汽作为热源，降低能耗，提高生产效率。真空蒸发需要配备真空系统，会增大设备投资及动力消耗。顺流式顺流式料液蒸汽成品冷水至真空泵（a）2.多效蒸发的形式多效蒸发的形式 按照多效蒸发加料方式和蒸汽流动方向，可分为按照多效蒸发加料方式和蒸汽流动

10、方向，可分为顺流式、顺流式、逆流式和平流式逆流式和平流式三种多效蒸发。三种多效蒸发。成品加热蒸汽原料液（b）逆流式逆流式至真空泵冷水成品蒸汽冷凝水冷凝水冷凝水成品成品平流式平流式（a a）顺流法）顺流法 料液蒸汽成品冷水至真空泵 由于由于后一效蒸发室的压力比前一效低后一效蒸发室的压力比前一效低，料液在效间的，料液在效间的输送不用泵而可利用各效间的压力差；输送不用泵而可利用各效间的压力差；后一效料液的沸点后一效料液的沸点比前一效低比前一效低，当料液进入下一效时发生，当料液进入下一效时发生闪蒸闪蒸现象，产生较现象，产生较多的二次蒸汽；浓缩液的温度依次降低，对热敏性物料的多的二次蒸汽；浓缩液的温度依

11、次降低，对热敏性物料的浓缩有利；但随着逐效料液浓度增高，温度降低，黏度增浓缩有利；但随着逐效料液浓度增高，温度降低，黏度增大，传热系数下降，增加了末效蒸发的困难。大，传热系数下降，增加了末效蒸发的困难。成品加热蒸汽原料液（b）（b b）逆流法）逆流法 随着料液向前一效流动，浓度越来越高浓度越来越高，而蒸发温度温度也越来越高也越来越高，故各效料液黏度变化较小，有利于改善循环，提高传热系数。但高温加热面上的浓料液的局部过热易引起结垢和营养成分的破坏，且效间料液的输送需用泵来实现。与顺流相比，水分蒸发量稍低水分蒸发量稍低。逆流法适合黏度随温度和浓度变化大的料液的蒸发逆流法适合黏度随温度和浓度变化大的

12、料液的蒸发。（c c）平流法）平流法 平流法适用于在蒸发进行的同时有晶体析出的料液的平流法适用于在蒸发进行的同时有晶体析出的料液的浓缩，如食盐溶液的浓缩结晶。浓缩，如食盐溶液的浓缩结晶。有些多效蒸发同时采用顺流和逆流加料法，即某些效有些多效蒸发同时采用顺流和逆流加料法，即某些效采用顺流，而另些效采用逆流，充分利用其优点，这种蒸采用顺流，而另些效采用逆流，充分利用其优点，这种蒸发方法称为混流加料法，尤其适用于发方法称为混流加料法，尤其适用于料液黏度随浓度而显料液黏度随浓度而显著增加的料液蒸发著增加的料液蒸发。在多效蒸发流程中，有时将某一效的。在多效蒸发流程中，有时将某一效的二次蒸汽引出一部分用于

13、预热物料或用于其他加热目的。二次蒸汽引出一部分用于预热物料或用于其他加热目的。被引出的二次蒸汽称为额外蒸汽。从蒸发器中引出额外蒸被引出的二次蒸汽称为额外蒸汽。从蒸发器中引出额外蒸汽作为它用，是一项提高热能利用率和经济性的措施。汽作为它用，是一项提高热能利用率和经济性的措施。作业1.1.超高压、脉冲电场杀菌原理、特点。超高压、脉冲电场杀菌原理、特点。超高压原理超高压原理：高压下，蛋白质和酶发生变性，微生物细胞核膜被压成很多小碎片和原生质一起变为糊状，这种不可逆变化造成微生物死亡。特点特点：酸性食品（Ph4.6）：可作为巴氏杀菌辅助手段。对芽胞需结合其它方法使用。脉冲电场原理 1.将食品置于两个电

14、极间产生瞬间高压电场、高压电脉冲破破坏细胞膜，改变其通透性坏细胞膜，改变其通透性、从而杀死细菌。2.电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用，因而阻断了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行。同时，液体介质电离产生氧化性离子发生强烈氧化作用，能与细胞内物质发生一系列化学反应。特点特点P175P175：试述常见的食品物料的冻结方法及特点：试述常见的食品物料的冻结方法及特点P159：空气冻结法 间接接触冻结法 直接冻结法3.多效蒸发的温差分配多效蒸发的温差分配 若将第一效的加热蒸汽温度设为T1，冷凝器的冷凝温度为TK，则总温差为TT1TK，。在理想的情况下（无能量损失），有效温差T 等于

15、总温差；实际上，有效温差小于总温差。各效间有效温差的分配应符合下列比例关系：132123112233:nnnnQQQQTTTTK AK AK AK A A:传热面积；K:传热系数 各效面积相等原则各效面积相等原则 按此原则，各效传热面积A相等。使用相同的大小的蒸发器也便于制造、安装、检修和操作。此时132123123:nnnQQQQTTTTKKKK有效温差确定原则：有效温差确定原则：邻效间等压差原则邻效间等压差原则即各效之间的压力降相等。各效蒸发量按比例原则各效蒸发量按比例原则 若无额外蒸汽引出的顺流操作，各效水分蒸发量（W）可按经验比例进行初步估计：双效：W1W211.1 三效：W1W2W3

16、11.11.24.多效蒸发的效数多效蒸发的效数 多效蒸发充分利用热能，蒸发单位质量的水所消耗的蒸汽消耗多效蒸发充分利用热能，蒸发单位质量的水所消耗的蒸汽消耗降低，且效数越多，冷却水用量越少。但随着效数的增加，电耗、降低，且效数越多，冷却水用量越少。但随着效数的增加，电耗、泵、蒸发器、预热器等也随之增加。泵、蒸发器、预热器等也随之增加。用于脱脂乳真空浓缩的效数与其他消耗的关系用于脱脂乳真空浓缩的效数与其他消耗的关系指指 标标 蒸发效数蒸发效数1 12 23 34 4一次蒸汽消耗一次蒸汽消耗 /t/th h-1-16.876.873.233.232.072.071.571.57二次蒸汽消耗二次蒸汽

17、消耗 /t/t汽汽h h-1-10.8550.8550.4040.4040.2590.2590.1820.182电耗电耗 /kWkWh h 11.211.29.79.713.313.316.716.7电耗比电耗比 /kW/kWh ht t-1-1水水1.41.41.211.211.661.662.092.09冷却水耗量冷却水耗量 /m/m3 3h h5755752012011091097676换热器面积换热器面积 /m/m2 2126126185185230230300300预热器、灭菌器等预热器、灭菌器等2828404052525555冷凝器冷凝器5365361881881021027373

18、总热交换面积总热交换面积 /m/m2 2690690413413384384428428 多效真空蒸发浓缩可以节省蒸发的蒸汽消耗，且随效多效真空蒸发浓缩可以节省蒸发的蒸汽消耗，且随效数的增加，耗汽量不断下降。但并非效数越多越好，在数的增加，耗汽量不断下降。但并非效数越多越好，在食品工业中，目前食品工业中，目前应用最多的是应用最多的是3 35 5效效真空蒸发，工业真空蒸发，工业上采用最多的也只有上采用最多的也只有7 7效，即效数是有限的，其原因：效，即效数是有限的，其原因：物料性质的限制物料性质的限制 （物料初始温度和最终温度）（物料初始温度和最终温度）设备费用增加设备费用增加 （维护、安装费用

19、等）（维护、安装费用等）温差损失增加（损失温差可能等于总温差）温差损失增加（损失温差可能等于总温差）5.多效蒸发过程中的节能措施多效蒸发过程中的节能措施 设计开发新型蒸发设备（扭流管）；蒸汽再压缩蒸发；利用余热预热物料或用于其他加热目的。蒸汽在压缩蒸发过程中，利用各种压缩方法，将二次蒸汽的热力状态提高到接近原来的生蒸汽状态，是多效蒸发过程中最为常用的节能措施。一、概一、概 述述 冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。即将水溶液中的一部分以冰的形式析出，将水溶液中的一部分以冰的形式析出，并将其从液相中分离出去而使溶液浓缩并将其从液相中分离出去而使溶液浓缩。冷冷 却却冷冻浓缩

20、的流程图冷冻浓缩的流程图原料液原料液结结 晶晶分分 离离浓缩液浓缩液冰冰 晶晶特点：特点：1.产品需再次进行热处理或冷冻保藏；2.溶液黏度增加，分离困难；3.除去溶剂时溶质也有损失，成本高。适合对象：适合对象：热敏性液态食品、生物制药、要求保留天然色香味的饮料及中草药浸提液等。结晶时避免局部过冷结晶时避免局部过冷为了更好地使操作时形成的冰晶不混有溶质，分离时又不致使冰晶夹带溶质，造成过多的溶质损失在一些二元体系中，在升温过程中，两组分能以任何比例互相熔成一个液相。如果两个组分以适当比例混合，在某一温度下两个固体组某一温度下两个固体组分可同时熔化分可同时熔化，且这个温度通常低于每一纯组分的温度，

21、该温度叫低共熔温度冷冻浓缩原理冷冻浓缩原理温温度度温温度度溶质溶质水水最低共熔点最低共熔点A 原理原理：此法溶液在浓度上有限度，当溶液中溶质浓度溶质浓度超过低共熔浓度超过低共熔浓度时，过饱和溶液冷却的结果表现为溶质转溶质转化为晶体化为晶体析出。这种操作不但不会提高溶液中溶质的浓度，反而降低了溶质的浓度。但当溶液中所含溶质的浓度低于溶液中所含溶质的浓度低于共熔浓度时，则冷却结果表现为溶剂（水）变成晶体（冰共熔浓度时，则冷却结果表现为溶剂（水）变成晶体（冰晶）析出晶）析出。与此同时，剩下溶液中的溶质浓度就大大提高。冷冻浓缩和结晶是相反的过程冷冻浓缩和结晶是相反的过程X（浓度）T（温度）（温度）DE

22、FCABX1X2A1冷冻浓缩过程示意图（冷冻浓缩过程示意图（P241P241）设原溶液的总量为M，浓缩后，冰晶的量为G，浓缩液为P，根据溶质的物料平衡，有：12()GP XPX 冰晶量与浓缩液量之比等于线段BC与线段FC的长度之比，这个关系也即是化学工程中精馏分离的“杠杆法则杠杆法则”。MX1=PX2 当溶液的浓度大于低共熔点浓度时，如果冷却溶液，则当溶液的浓度大于低共熔点浓度时，如果冷却溶液，则析出的是溶质，使溶液变稀，即所谓传统的结晶操作。由析出的是溶质，使溶液变稀，即所谓传统的结晶操作。由此可见冷冻浓缩工艺和结晶工艺是相反的过程。要应用冷此可见冷冻浓缩工艺和结晶工艺是相反的过程。要应用冷

23、冻浓缩，溶液必须较稀，其浓度要小于低共熔浓度冻浓缩，溶液必须较稀，其浓度要小于低共熔浓度 。理论上，冷冻浓缩过程可以进行到低共熔点。但实际上，理论上，冷冻浓缩过程可以进行到低共熔点。但实际上，大多数食品没有明显的低共熔点，而且在此点远未达到之大多数食品没有明显的低共熔点，而且在此点远未达到之前，浓溶液的黏已经很高，其体积与冰晶相比甚小，就不前，浓溶液的黏已经很高，其体积与冰晶相比甚小，就不可能很好地将冰晶与浓溶液分离可能很好地将冰晶与浓溶液分离。由此可见，冷冻浓缩在。由此可见，冷冻浓缩在实际应用中也是有一定限度的。实际应用中也是有一定限度的。二、冷冻浓缩的分类二、冷冻浓缩的分类 工业上冷冻浓缩

24、过程根据结晶方式的不同，分为两种形式：1.在搅拌的冰晶悬浮液中进行，称为为悬浮结晶浓缩法；2.在管式、板式以及带式设备中进行的，称为渐进冷冻浓缩法。悬浮结晶浓缩法悬浮结晶浓缩法 悬浮结晶浓缩法又称为分散结晶浓缩法。其特征为无数自由悬浮于母液中的小冰晶，在带搅拌的低温罐中长大并不断排除，使母液浓度增加而实现浓缩。搅 拌 器进 料冷 媒再 结 晶 罐（成 熟 罐）循 环 泵 冰 融 解 液洗 净 塔 活 塞过 滤 器浓 缩 液刮 板 式 热 交 换 器循 环 泵 原 料 罐GrencoGrenco冷冻浓缩设备流程图冷冻浓缩设备流程图生成生成冰晶冰晶小冰晶溶小冰晶溶化，大冰化，大冰晶成长晶成长排除冰

25、排除冰晶，回晶，回收浓缩收浓缩液液 这一工艺应用到速溶咖啡、速溶茶、浓缩橙汁等的生这一工艺应用到速溶咖啡、速溶茶、浓缩橙汁等的生产，得到了高质量的产品。但由于投资大，成本高，引产，得到了高质量的产品。但由于投资大，成本高，引用该系统进行冷冻浓缩加工的厂家很有限。用该系统进行冷冻浓缩加工的厂家很有限。渐进结晶浓缩法渐进结晶浓缩法 又称层状结晶冻结浓缩法或标准冻结浓缩法，是一种沿着冷却面形成并成长为整体冰晶的冷冻浓缩方法。特点为：形成一整体冰晶，液固界面小，使得母液与冰晶的分离变得容易；装置简单，控制操作方便。良好设计将会显著降低冷冻浓缩成本。影响因素：影响因素：液相的搅拌速度 冰晶的前沿移动速度

26、和冻结初期的过冷却度 冷冻浓缩初期冰核的形成对环境条件、溶液物性等有较强的依赖性，因此初期过冷度极不稳定。(1)(2)(3)(5)(4)(6)(7)带搅拌的渐进冷带搅拌的渐进冷冻浓缩装置图冻浓缩装置图1 1原液；原液；2 2过滤器；过滤器；3 3搅拌器；搅拌器；4 4冷却机；冷却机；5 5冷煤；冷煤；6 6冰层；冰层；7 7流出液流出液(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)降膜式渐进冷冻浓缩装置降膜式渐进冷冻浓缩装置图图1冷却机；冷却机；2冰层；冰层；3冷煤；冷煤；4循环泵；循环泵；5流出液；流出液；6贮罐；贮罐；7过滤器；过滤器；8原液原液三、冷冻浓缩的应用三、冷冻浓缩的应用 冷冻

27、浓缩由于在应用过程中不使物料受热，因此所得制品热敏冷冻浓缩由于在应用过程中不使物料受热，因此所得制品热敏性物质不被破坏，生物活性几乎不受影响并在色、香味方面均得性物质不被破坏，生物活性几乎不受影响并在色、香味方面均得到最大限度地保留，显著地增进了产品品质。但由于浓缩极限的到最大限度地保留，显著地增进了产品品质。但由于浓缩极限的限制及操作成本较高的缺陷，使得其应用受到很大的限制。目前限制及操作成本较高的缺陷，使得其应用受到很大的限制。目前主要应用于高档果汁、高档饮品、生物制品以及调味品等的浓缩，主要应用于高档果汁、高档饮品、生物制品以及调味品等的浓缩，浓缩的制品或直接作为产品，或作为冷冻干燥的半

28、成品。浓缩的制品或直接作为产品，或作为冷冻干燥的半成品。应用分为：应用分为：单级冷冻浓缩单级冷冻浓缩 多级冷冻浓缩多级冷冻浓缩单级冷冻浓缩装置系统示意图单级冷冻浓缩装置系统示意图1旋转刮板式结晶器；2混合罐；3洗涤塔；4融冰装置；5贮罐；6泵产品产品制冷制冷剂剂蒸汽蒸汽水水原料原料12345661234567891011121314151617进料产品冰二级冷冻浓缩装置流程示意图二级冷冻浓缩装置流程示意图1、7贮料罐；2、8结晶器；3、9分离机；4、10、11、12泵；6进料管；14熔冰水进入管；15、17管路；16浓缩液分支管（自（自 学）学）盐水纯水半透膜（c）盐水纯水半透膜（a）渗透与反

29、渗透原理图渗透与反渗透原理图（a）渗透；（b）渗透平衡；（c）反渗透纯水h渗透压半透膜（b）盐水进料液透过液膜P超滤原理图超滤原理图电渗析原理图电渗析原理图电极冲洗液电极冲洗液稀溶液浓缩液阳极阴极ACCACA一、溶解度和溶液中的相平衡一、溶解度和溶液中的相平衡什么是溶解度？什么是溶解度？物质的溶解度与它的化学性质、溶剂的性质及温度等物质的溶解度与它的化学性质、溶剂的性质及温度等有关。一定物质在一定溶剂中溶剂中的溶解度主要随温有关。一定物质在一定溶剂中溶剂中的溶解度主要随温度而变化，在一般情况下，压力的影响可不予考虑。度而变化，在一般情况下，压力的影响可不予考虑。物质的溶解度特征既表现为溶解度的

30、大小，物质的溶解度特征既表现为溶解度的大小，也表现为溶解度随温度的变化。也表现为溶解度随温度的变化。有些的溶解度随温度的升高而迅速增加，如有些的溶解度随温度的升高而迅速增加，如NaAcNaAc、CuSOCuSO4 45H5H2 2O O、NaCONaCO3 310H10H2 2O O、NaSONaSO4 410H10H2 2O O、NaHNaH2 2POPO4 412H2O12H2O、KClO4KClO4、C C5 5H H8 8O O4 4NNaHNNaH2 2O O（谷氨酸钠）、（谷氨酸钠）、C C6 6H H8 8O O7 7HH2 2O O（柠檬酸）等在水中的溶解就属于这种类型。（柠檬

31、酸）等在水中的溶解就属于这种类型。有些物质的溶解度随温度的升高，以中等速率增大，如有些物质的溶解度随温度的升高，以中等速率增大，如KClKCl、NaNONaNO3 3、NaHCONaHCO3 3、FeSOFeSO4 47H7H2 2O O和多数氨基酸等。和多数氨基酸等。还要一类物质，如还要一类物质，如NaClNaCl等，随温度的升高其溶解度只是微小的等，随温度的升高其溶解度只是微小的增加。增加。上述这些物质具有正溶解度特点，它们的溶解过程常需吸上述这些物质具有正溶解度特点，它们的溶解过程常需吸收热量，结晶是放热过程。收热量，结晶是放热过程。另有一类物质，其溶解度随温度的升高反而降低，即具有逆溶

32、另有一类物质，其溶解度随温度的升高反而降低，即具有逆溶解度，如解度，如CaSOCaSO4 4、NaNa2 2SOSO4 4在水中的溶解。在水中的溶解。它们在溶解过程常放出它们在溶解过程常放出热量，即放热溶解过程。热量，即放热溶解过程。许多物质的溶解曲线是连续的，中间没有断折，但也有些可许多物质的溶解曲线是连续的，中间没有断折，但也有些可形成水合物晶体的物质，它们的溶解度曲线有断折点（变态形成水合物晶体的物质，它们的溶解度曲线有断折点（变态点）。例如低于点）。例如低于32.432.4时，从硫酸钠水溶液中结晶出来的固体时，从硫酸钠水溶液中结晶出来的固体是是NaSONaSO4 410H10H2 2O

33、 O，而在这个温度以上结晶出来的固体却是无，而在这个温度以上结晶出来的固体却是无水水NaNa2 2SOSO4 4，这两种固体的溶解度曲线在转变点，这两种固体的溶解度曲线在转变点32.432.4处相交。处相交。柠檬酸的转折温度为柠檬酸的转折温度为36.636.6，在此温度之上结晶时，柠檬酸不，在此温度之上结晶时，柠檬酸不带结晶水，在此温度下结晶时，则带有一个分子的结晶水。一带结晶水，在此温度下结晶时，则带有一个分子的结晶水。一种物质可以有几个这样的变态点。例如，按温度的不同，硫酸种物质可以有几个这样的变态点。例如，按温度的不同，硫酸亚铁可以从水溶液中以亚铁可以从水溶液中以3 3种不同形式结晶出来

34、：种不同形式结晶出来：5656以下时是以下时是FeSOFeSO4 47H7H2 2O O；56566464之间时是之间时是FeSOFeSO4 44H2O4H2O；而；而6464以上以上则是则是FeSOFeSO4 4HH2 2O O。物质的溶解度特征，是决定物质结晶方法的理论依据。根据物质的溶解度特征，是决定物质结晶方法的理论依据。根据在不同温度下的溶解度数据还可算出结晶的理论产量。在不同温度下的溶解度数据还可算出结晶的理论产量。很多食品成分，如有机酸类、氨基酸和糖等，在水中均可形成溶很多食品成分，如有机酸类、氨基酸和糖等，在水中均可形成溶液，它们同样具有与盐所类似的溶解度曲线。多数糖、酸类的溶

35、解液，它们同样具有与盐所类似的溶解度曲线。多数糖、酸类的溶解度随温度的升高而增大。但对温度的敏感性范围不同。各种物质的度随温度的升高而增大。但对温度的敏感性范围不同。各种物质的溶解度数据可以在手册及专著中查得。由于物质的溶解度常受到溶溶解度数据可以在手册及专著中查得。由于物质的溶解度常受到溶液液pHpH值的影响，此外可溶性杂质的存在也会降低主要组分的溶解度，值的影响，此外可溶性杂质的存在也会降低主要组分的溶解度，因此不同物质的实际溶解度应由实验测定。因此不同物质的实际溶解度应由实验测定。2364.397 0.0730.0029.0353sttt149.9300.530st2259.8730.2

36、210.0003stt柠檬酸在水中的溶解度经验公式：柠檬酸在水中的溶解度经验公式：含结晶水含结晶水（t36.6）许多有机物晶体都有其溶解度与温度关系的经验公式，许多有机物晶体都有其溶解度与温度关系的经验公式，蔗糖在水中的溶解度（蔗糖在水中的溶解度（s）与温度（）与温度（t）的关系可用下式表示：）的关系可用下式表示：二、过饱和度与结晶的关系二、过饱和度与结晶的关系不稳区不稳区介稳区介稳区稳定区稳定区CADBHEGGFFF”G”温度温度浓浓度度溶液的过饱和度状态与结晶关系溶液的过饱和度状态与结晶关系ABAB为溶解度曲线为溶解度曲线其下面为不饱和溶液稳定期其下面为不饱和溶液稳定期其上面为饱和溶液区。

37、但还存在一其上面为饱和溶液区。但还存在一条曲线条曲线GGGG，将此区域分为介稳，将此区域分为介稳区和不稳定区。区和不稳定区。E EF FG GH H 为降温晶体析出过程；为降温晶体析出过程；E EFFG G 稳定蒸发晶体析出过程。稳定蒸发晶体析出过程。在介稳区不会有晶核产生核晶体析出，但在此区域的过饱和溶液中在介稳区不会有晶核产生核晶体析出，但在此区域的过饱和溶液中加入少量溶质晶体小颗粒，则这些小晶粒会长大，直至溶液到饱和平加入少量溶质晶体小颗粒，则这些小晶粒会长大，直至溶液到饱和平衡状态。衡状态。三、晶核的形成三、晶核的形成 晶核是过饱和溶液中新生成（析出）的微小晶体粒子，是晶体生长晶核是过

38、饱和溶液中新生成（析出）的微小晶体粒子，是晶体生长必不可缺少的核心。晶核可以由溶质的分子、离子形成，这些粒子相必不可缺少的核心。晶核可以由溶质的分子、离子形成，这些粒子相互聚合，形成线体、晶胚，以至成为一定粒度（如蔗糖晶核半径达到互聚合，形成线体、晶胚，以至成为一定粒度（如蔗糖晶核半径达到1.9nm1.9nm以上）的晶核。这个过程称为成核，工业上称为起晶。以上）的晶核。这个过程称为成核，工业上称为起晶。自然起晶法自然起晶法 刺激起晶法刺激起晶法 晶种起晶法晶种起晶法 结晶罐结晶罐四、影响晶体生长的因素四、影响晶体生长的因素 晶体生长速率可受到扩散控制，有时是受表面反应控制。晶体晶体生长速率可受

39、到扩散控制，有时是受表面反应控制。晶体生长速率既可表示晶体质量随时间的变化（质量速率）。也有用生长速率既可表示晶体质量随时间的变化（质量速率）。也有用各晶面的生长线速率表示，但它们都与溶液的过饱和度、温度、各晶面的生长线速率表示，但它们都与溶液的过饱和度、温度、压力、液相的搅拌强度和特性、各种场的作用、杂质的存在等有压力、液相的搅拌强度和特性、各种场的作用、杂质的存在等有关。关。1.1.过饱和度过饱和度 溶液的过饱和度（过饱和系数）或过冷度对晶体生长速率起着决定溶液的过饱和度（过饱和系数）或过冷度对晶体生长速率起着决定性的作用。晶体长大的推动力是晶体表面液膜的浓度差，过饱和度增性的作用。晶体长

40、大的推动力是晶体表面液膜的浓度差，过饱和度增大，则可加大浓度差和结晶推动力，提高结晶速率。但过高的过饱和大，则可加大浓度差和结晶推动力，提高结晶速率。但过高的过饱和度会使料液黏度增加，反而会使结晶速率下降，使结晶过程操作变得度会使料液黏度增加，反而会使结晶速率下降，使结晶过程操作变得困难。困难。2.2.温度温度 温度不仅影响粒子的扩散速率和相界面上的反应速率，还影响溶液温度不仅影响粒子的扩散速率和相界面上的反应速率，还影响溶液的黏度、溶质的溶解度及过冷度、相邻界面上的比能等物化特性。对的黏度、溶质的溶解度及过冷度、相邻界面上的比能等物化特性。对同一物质，结晶温度对晶体成长的两个过程影响较大。在

41、较高温度下，同一物质，结晶温度对晶体成长的两个过程影响较大。在较高温度下，表面反应速率有较大的提高，而扩散速率增加有限，此时又扩散控制；表面反应速率有较大的提高，而扩散速率增加有限，此时又扩散控制；反之，在较低温度下，则转向表面反应控制。反之，在较低温度下，则转向表面反应控制。对于某些有不同结晶水的物质结晶，温度控制对结晶物的组成影响对于某些有不同结晶水的物质结晶，温度控制对结晶物的组成影响很大。如柠檬酸有一水结晶物与无水柠檬酸，若结晶温度超过很大。如柠檬酸有一水结晶物与无水柠檬酸，若结晶温度超过36.636.6，则会结晶出无水柠檬酸。要获得一水柠檬酸，就要小心控制体系温度则会结晶出无水柠檬酸

42、。要获得一水柠檬酸，就要小心控制体系温度不超过不超过3636。结晶温度对晶型也有影响。结晶温度对晶型也有影响。谷氨酸结晶析出温度对晶型的影响谷氨酸结晶析出温度对晶型的影响析出温度/、型含水量/纯度/10型19.809520型15.0394.830多数型并有少量型18.3295.540型和型各占一半30.892.350主要为型38.090.860型37.290.73.3.黏度黏度 结晶料液的黏度将影响溶质扩散到晶粒表面的速率，并使液膜增结晶料液的黏度将影响溶质扩散到晶粒表面的速率，并使液膜增厚，扩散距离增长。因此，黏度增大必将导致结晶速率下降。尤其是厚，扩散距离增长。因此，黏度增大必将导致结晶速

43、率下降。尤其是在工业结晶的末期，由于母液中杂质及黏度增加，使结晶速率受影响，在工业结晶的末期，由于母液中杂质及黏度增加，使结晶速率受影响，有时需采用加水稀释法来降低黏度，使晶体生长顺利进行，以提高结有时需采用加水稀释法来降低黏度，使晶体生长顺利进行，以提高结晶产量。晶产量。4.4.杂质的影响杂质的影响 结晶溶液中杂质的存在对结晶生长的影响比较复杂。有的杂质能完结晶溶液中杂质的存在对结晶生长的影响比较复杂。有的杂质能完全制止晶体的生长，有的则能促进生长，还有的能对同一晶体的不同全制止晶体的生长，有的则能促进生长，还有的能对同一晶体的不同晶面产生选择性的影响，从而改变晶习。有的杂质在很低的浓度下就

44、晶面产生选择性的影响，从而改变晶习。有的杂质在很低的浓度下就产生影响，而有的却需在相当高的浓度下才能起作用。产生影响，而有的却需在相当高的浓度下才能起作用。5.5.其他因素其他因素 适当的搅拌通常使结晶速率加快，这不仅与加速溶质的扩散有关，适当的搅拌通常使结晶速率加快，这不仅与加速溶质的扩散有关，而且由于搅拌作用碰撞作用使晶体破碎，增大其表面积，有利于溶质而且由于搅拌作用碰撞作用使晶体破碎，增大其表面积，有利于溶质的沉积。改变结晶环境，加入电场、磁场和超声场等也可加速结晶的的沉积。改变结晶环境，加入电场、磁场和超声场等也可加速结晶的进行以及结晶的质量。目前，此方面的研究和开发已成为工业结晶过进

45、行以及结晶的质量。目前，此方面的研究和开发已成为工业结晶过程研究的主要方向。程研究的主要方向。五、结晶的方法五、结晶的方法1.1.冷却结晶冷却结晶2.2.蒸发结晶蒸发结晶3.3.真空结晶真空结晶4.4.微波结晶微波结晶5.5.超声波结晶超声波结晶6.6.磁化结晶磁化结晶本本 章章 结结 束束人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。