食品工程原理 第五章 習(xí)題解答

食品工程原理第五章習(xí)題解答食品工程原理第五章習(xí)題解答食品工程原理第五章習(xí)題解答食品工程原理第五章習(xí)題解答編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話(huà)：傳真:郵編:第五章習(xí)題解答1.什么樣的溶液適合進(jìn)行蒸發(fā)答：在蒸發(fā)操作中被蒸發(fā)的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶劑的溶液。只要是在蒸發(fā)過(guò)程中溶質(zhì)不發(fā)生汽化的溶液都可以。2.什么叫蒸發(fā)為什么蒸發(fā)通常在沸點(diǎn)下進(jìn)行答：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稱(chēng)為蒸發(fā)。在蒸發(fā)操作過(guò)程中物料通常處于相變狀態(tài)，故蒸發(fā)通常在沸點(diǎn)下進(jìn)行。3.什么叫真空蒸發(fā)有何特點(diǎn)答：真空蒸發(fā)又稱(chēng)減壓蒸發(fā)，是在低于大氣壓力下進(jìn)行蒸發(fā)操作的蒸發(fā)處理方法。將二次蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器后排出，這時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)的二次蒸汽即可形成負(fù)壓。操作時(shí)為密閉設(shè)備，生產(chǎn)效率高，操作條件好。真空蒸發(fā)的特點(diǎn)在于：=1\*GB3①操作壓力降低使溶液的沸點(diǎn)下降，有利于處理熱敏性物料，且可利用低壓強(qiáng)的蒸汽或廢蒸汽作為熱源；=2\*GB3②對(duì)相同壓強(qiáng)的加熱蒸汽而言，溶液的沸點(diǎn)隨所處的壓強(qiáng)減小而降低，可以提高傳熱總溫度差；但與此同時(shí)，溶液的濃度加大，使總傳熱系數(shù)下降；=3\*GB3③真空蒸發(fā)系統(tǒng)要求有造成減壓的裝置，使系統(tǒng)的投資費(fèi)和操作費(fèi)提高。4.與傳熱過(guò)程相比，蒸發(fā)過(guò)程有哪些特點(diǎn)答：=1\*GB3①傳熱性質(zhì)為壁面兩側(cè)流體均有相變的恒溫傳熱過(guò)程。=2\*GB3②有些溶液在蒸發(fā)過(guò)程中有晶體析出、易結(jié)垢或產(chǎn)生泡沫、高溫下易分解或聚合；溶液的濃度在蒸發(fā)過(guò)程中逐漸增大、腐蝕性逐漸增強(qiáng)。二次蒸汽易挾帶泡沫。=3\*GB3③在相同的操作壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)要比純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)高，且一般隨濃度的增大而升高，從而造成有效傳熱溫差減小。=4\*GB3④減少加熱蒸汽的使用量及再利用二次蒸汽的冷凝熱、冷凝水的顯熱是蒸發(fā)操作過(guò)程中應(yīng)考慮的節(jié)能問(wèn)題。5.單效蒸發(fā)中，蒸發(fā)水量、生蒸氣用量如何計(jì)算答：蒸發(fā)器單位時(shí)間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)出的水分質(zhì)量，可用熱負(fù)荷來(lái)表示。也可作物料衡算求得。在蒸發(fā)操作中，加熱蒸汽冷凝所放出的熱量消耗于將溶液加熱至沸點(diǎn)、將水分蒸發(fā)成蒸汽及向周?chē)⑹У臒崃?。蒸汽的消耗量可通過(guò)熱量衡算來(lái)確定。6.何謂溫度差損失溫度差損失有幾種答：溶液的沸點(diǎn)溫度t往往高于二次蒸汽的溫度T’，將溶液的沸點(diǎn)溫度t與二次蒸汽的溫度T'之間的差值，稱(chēng)為溫度差損失。蒸發(fā)操作時(shí)，造成溫度差損失的原因有：因蒸汽壓下降引起的溫度差損失、因蒸發(fā)器中液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失和因管路流體阻力引起的溫度差損失。溫度差損失的存在，將使傳熱推動(dòng)力降低。扣除了溶液沸點(diǎn)升高值Δ后的傳熱溫差，叫做有效傳熱溫度差。7.何謂蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力何謂蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度怎樣提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度答：蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)出的水分質(zhì)量，即蒸發(fā)量W。有時(shí)也用熱負(fù)荷來(lái)表示。蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度簡(jiǎn)稱(chēng)蒸發(fā)強(qiáng)度，是指單位時(shí)間、單位傳熱表面上蒸發(fā)出水分的質(zhì)量，以U表示。提高蒸發(fā)強(qiáng)度的基本途徑是提高總傳熱系數(shù)K和傳熱溫度差。8.蒸發(fā)時(shí)，溶液的沸點(diǎn)比二次蒸氣的飽和溫度高的原因是什么答：=1\*GB3①溶液中的溶質(zhì)使溶濟(jì)蒸汽壓下降引起的溶液沸點(diǎn)升高；=2\*GB3②蒸發(fā)器中液柱靜壓強(qiáng)而引起的溶液沸點(diǎn)升高；=3\*GB3③因蒸氣的流動(dòng)阻力引起的溶液沸點(diǎn)升高。9.多效蒸發(fā)中，“最后一效的操作壓強(qiáng)是由后面的冷凝能力確定的?！边@種說(shuō)法是否正確冷凝器后使用真空泵的目的是什么答：不對(duì)。蒸發(fā)室的操作壓強(qiáng)是根據(jù)工藝操作要求，料液的特性，經(jīng)濟(jì)效果等應(yīng)方面而定的。最后一效操作壓強(qiáng)是由后面冷凝器的真空度確定的，真空度太高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致冷凝器冷凝困難。冷凝器后使用真空泵的目的是去除不凝性氣體。10.為什么要采用多效蒸發(fā)效數(shù)是否愈多愈好答：在工業(yè)生產(chǎn)中，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱熱源，后效的加熱室作為前效二次蒸汽的冷凝器，多效蒸發(fā)操作僅第一效需要消耗生蒸汽。各效(末效除外)的二次蒸汽都作為下一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率即經(jīng)濟(jì)性。隨著多效蒸發(fā)效數(shù)的增加，溫度差損失隨之加大。因此多效蒸發(fā)的效數(shù)是有一定限制的。11.用一單效蒸發(fā)器將2000kg/h的NaCl水溶液由11%濃縮至25%（均為質(zhì)量%），試計(jì)算所需蒸發(fā)水分量。解：蒸發(fā)水分量：12.在一蒸發(fā)器中，將2500kg/h的NaOH水溶液由8%濃縮至27%（均為質(zhì)量%）。已知加熱蒸汽壓力為450kPa，蒸發(fā)室壓力為100kPa(均為絕壓)。溶液沸點(diǎn)為115℃，比熱為kJ(kg/K)，熱損失為70kW。試計(jì)算以下兩種情況的加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。=1\*GB3①25℃進(jìn)料；=2\*GB3②沸點(diǎn)進(jìn)料。解：=1\*GB3①25℃進(jìn)料=2\*GB3②沸點(diǎn)進(jìn)料13.用一單效蒸發(fā)器將1500kg/h的水溶液由5％濃縮至25％（均為質(zhì)量％）。加熱蒸汽壓力為190kPa，蒸發(fā)壓力為30kPa（均為絕壓）。蒸發(fā)器內(nèi)溶液沸點(diǎn)為78℃，蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1450W/(m2·℃)。沸點(diǎn)進(jìn)料，熱損失不計(jì)。試計(jì)算：=1\*GB3①完成液量；=2\*GB3②加熱蒸汽消耗量；=3\*GB3③傳熱面積。解：=1\*GB3①完成液量=2\*GB3②加熱蒸汽消耗量：=3\*GB3③傳熱面積：14.某食品廠(chǎng)準(zhǔn)備用一單效膜式蒸發(fā)器將番茄汁從12%濃縮至濃度為28%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。蒸發(fā)器的傳熱面積為5m2，傳熱系數(shù)K=1500W/(m2·K)，加熱蒸汽的溫度采用115℃（其汽化潛熱為，冷凝水在飽和溫度下排出），蒸發(fā)室內(nèi)蒸汽的溫度為℃，二次蒸汽的汽化潛熱為2359kJ/kg，采用沸點(diǎn)進(jìn)料，經(jīng)計(jì)算知：△′=℃，△″=0；熱損失相當(dāng)于蒸發(fā)器傳熱量的5%。求：=1\*GB3①此蒸發(fā)器每小時(shí)可處理多少kg番茄汁=2\*GB3②加熱蒸汽耗量為多少kg/h解：=1\*GB3①求F∵t1=T′+△′+△"=++0=58℃∴Q=5×1500(115-58)=427500W∴∴=2\*GB3②求D15.現(xiàn)采用某單效真空蒸發(fā)器來(lái)濃縮某水溶液。已知進(jìn)料量為10t/h，料液從15%濃縮至濃度為60%（均為質(zhì)量%），沸點(diǎn)進(jìn)料；加熱蒸汽壓力為300kN/m2（絕壓）；冷凝水在飽和溫度下排出；冷凝器內(nèi)的真空度為610mmHg，各項(xiàng)溫度差損失分別為△′=℃，△″=℃，△'''=1℃；熱損失為加熱蒸汽放出熱量的5%，傳熱系數(shù)K=2500w/(m2·K)，試：=1\*GB3①估算單位蒸汽耗量為多少=2\*GB3②估算蒸發(fā)器的傳熱面積為多少m2=3\*GB3③若產(chǎn)品濃度達(dá)不到要求，你認(rèn)為可采取什么措施解：蒸發(fā)量：=1\*GB3①單位蒸汽耗量=2\*GB3②蒸發(fā)器的傳熱面積：=3\*GB3③適當(dāng)增加蒸發(fā)器持液量；提高回執(zhí)蒸氣溫度；降低二次蒸氣溫度。16.在單效真空蒸發(fā)器中，將流量為10000kg·h-1的某水溶液從10%連續(xù)濃縮至50%。原料液溫度為31℃。估計(jì)溶液沸點(diǎn)升高為7℃，蒸發(fā)室的絕對(duì)壓強(qiáng)為kgf/cm2。加熱蒸汽壓強(qiáng)為2kgf/cm2（絕壓），其冷凝水出口溫度為79℃。假設(shè)總傳熱系數(shù)為1000w/(m2·K)，熱損失可忽略。試求加熱蒸消耗量和蒸發(fā)器的傳熱面積。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?kgf/cm2。已知kgf/cm2時(shí)蒸汽飽和溫度為℃，汽化潛熱為2356kJ/kg及焓kg；2kgf/cm2時(shí)蒸汽飽和溫度為℃，汽化潛熱為2206kJ/kg及焓為2708kJ/kg。答：溶液沸點(diǎn)：t1=+7=℃蒸發(fā)量：溶液比熱：Cp=×(1-x0)=×=kJ/(kg·K)Q=FCp(t1-t0)+Wr′+QL=10000××+8000×2356=kJ/h=5609414W(1)蒸汽耗量D=Q/r=/2206=9154kg/h(2)蒸發(fā)器的傳熱面積：17.欲用一標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器將10%的NaOH水溶液濃縮至25%。加料量為12t/h。原料液的比熱為K，進(jìn)料溫度為50℃，加熱室內(nèi)溶液的密度為1200kg·m3。料液平均高度為，蒸發(fā)室內(nèi)真空度為，加熱蒸汽壓力為300kPa。熱損失可取35kW，總傳熱系數(shù)為1800W/(m2·℃)，當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>