食品工程原理习题解答

1、食品工程原理习题解答第五章习题解答1 .什么样的溶液适合进行蒸发？答：在蒸发操作中被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶剂的溶液 只要是在蒸发过程中溶质不发生汽化的溶液都可以。2 .什么叫蒸发？为什么蒸发通常在沸点下进行？答：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽， 从而使溶液中溶质浓度 提高的单元操作称为蒸发。在蒸发操作过程中物料通常处于相变状态， 故蒸发通 常在沸点下进行。3 .什么叫真空蒸发？有何特点？答：真空蒸发又称减压蒸发，是在低于大气压力下进行蒸发操作的蒸发处理 方法。将二次蒸汽经过冷凝器后排出，这时蒸发器内的二次蒸汽即可形成负压。 操作时为密闭设备，生产效率高，操作条件好。真

2、空蒸发的特点在于：操作压力降低使溶液的沸点下降， 有利于处理热敏性物料，且可利用低压 强的蒸汽或废蒸汽作为热源；对相同压强的加热蒸汽而言，溶液的沸点随所处的压强减小而降低， 可以 提高传热总温度差；但与此同时，溶液的浓度加大，使总传热系数下降；真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费和操作费提高。4 .与传热过程相比，蒸发过程有哪些特点？答：传热性质为壁面两侧流体均有相变的恒温传热过程。有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、 易结垢或产生泡沫、高温下易分解或聚合；溶液的浓度在蒸发过程中逐渐增大、 腐蚀性逐渐增强。二次蒸汽易挟带泡在相同的操作压强下，溶液的沸点要比纯溶剂的沸点高，且一般随浓度的

3、 增大而升高，从而造成有效传热温差减小。减少加热蒸汽的使用量及再利用二次蒸汽的冷凝热、 冷凝水的显热是蒸发 操作过程中应考虑的节能问题。5 .单效蒸发中，蒸发水量、生蒸气用量如何计算？答：蒸发器单位时间内从溶液中蒸发出的水分质量， 可用热负荷来表示。也 可作物料衡算求得。在蒸发操作中，加热蒸汽冷凝所放出的热量消耗于将溶液加热至沸点、将水分蒸发成蒸汽及向周围散失的热量。蒸汽的消耗量可通过热量衡算来确定。6 .何谓温度差损失？温度差损失有几种？答：溶液的沸点温度t往往高于二次蒸汽的温度T',将溶液的沸点温度t与 二次蒸汽的温度T'之间的差值，称为温度差损失。蒸发操作时，造成温度差损

4、失的原因有：因蒸汽压下降引起的温度差损失、因蒸发器中液柱静压强而引起的温度差损失'和因管路流体阻力引起的温度差损失0温度差损失的存在，将使传热推动力降低。扣除了溶液沸点升高值A 后的传热温差，叫做有效传热温度差。7 .何谓蒸发器的生产能力？何谓蒸发器的生产强度？怎样提高蒸发器的生产强度？答：蒸发器的生产能力是指单位时间内从溶液中蒸发出的水分质量，即蒸发量W。有时也用热负荷来表示。蒸发器的生产强度简称蒸发强度，是指单位时间、单位传热表面上蒸发出水 分的质量，以U表示。提高蒸发强度的基本途彳是提高总传热系数 K和传热温度差t。8 .蒸发时，溶液的沸点比二次蒸气的饱和温度高的原因是什么? 答

5、：溶液中的溶质使溶济蒸汽压下降引起的溶液沸点升高； 蒸发器中液柱静压强而引起的溶液沸点升高；因蒸气的流动阻力引起的溶液沸点升高。9 .多效蒸发中，“最后一效的操作压强是由后面的冷凝能力确定的。”这种说法是否正确？冷凝器后使用真空泵的目的是什么？答：不对。蒸发室的操作压强是根据工艺操作要求，料液的特性，经济效果 等应方面而定的。最后一效操作压强是由后面冷凝器的真空度确定的，真空度太高时，会导致冷凝器冷凝困难。冷凝器后使用真空泵的目的是去除不凝性气体。10 .为什么要采用多效蒸发？效数是否愈多愈好？答：在工业生产中，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热热源，后效的加热 室作为前效二次蒸汽的冷凝器，多效

6、蒸发操作仅第一效需要消耗生蒸汽。各效(末 效除外)的二次蒸汽都作为下一效蒸发器的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率 即经济性。随着多效蒸发效数的增加，温度差损失随之加大。因此多效蒸发的效数是有 一定限制的。11%浓缩至25% (均为质1120kg /h解：蒸发水分量：W F(1 x0)Xi0 112000 (1-)0.2511 .用一单效蒸发器将2000kg/h的NaCl水溶液由 量),试计算所需蒸发水分量。12 .在一蒸发器中，将2500kg/h的NaOH水溶液由8%浓缩至27% (均为质 量)。已知加热蒸汽压力为450kPa,蒸发室压力为100kPa的为绝压)。溶液沸 点为115C,比热为3

7、.9 kJ(kg/K),热损失为70kW。试计算以下两种情况的加热 蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。25 c进料；沸点进料。X00.08解：W F(1 ) 2500 (1- ) 1759kg / hX10.2725 c进料D FCo(ti-to) W Ql 2500 3.9(115-25) 1759 2221 70 2240kg / h r2128e D/W 2240/1759 1.27沸点进料D竺一Q1759 2221 7021281836kg / h7e D/W 1836/1759 1.0413.用一单效蒸发器将1500kg/h的水溶液由5%浓缩至25% （均为质量） 加热蒸汽压力为190kP

8、a,蒸发压力为30kPa （均为绝压）。蒸发器内溶液沸点为 78C,蒸发器的总传热系数为1450W/（m2 ：C）。沸点进料，热损失不计。试计算：完成液量；加热蒸汽消耗量；传热面积。解：W F(1 x0)Xi15000.05(1 )1200kg / h 0.25完成液量 F W 300kg / h分由门如行、之汕珏目Wr' 1200 2334加热烝汽洎耗重：D - 1267kg / hr 2210传热面积：A -Q- K tmDr1267 2210_ o 2 48.3m K(T t1)1450 /1000 (118 78)14.某食品厂准备用一单效膜式蒸发器将番茄汁从12%浓缩至浓度为

9、28%（均为质量分数）。蒸发器的传热面积为5m2,传热系数K=1500W/（m2 K）,力口热 蒸汽的温度采用115C （其汽化潜热为2221kJ.kg1,冷凝水在饱和温度下排出）， 蒸发室内蒸汽的温度为57.3C,二次蒸汽的汽化潜热为 2359kJ/kg,采用沸点进 料，经计算知：' =0.7C, =0；热损失相当于蒸发器传热量的 5%0求：此蒸发器每小时可处理多少kg番茄汁？加热蒸汽耗量为多少kg/h?解：求F, Q AK (T L)th +' + "=57.3+0.7+0=58 CQ=5X 1500(115-58)=427500W二 FQ 0.95- r'

10、;619.8 d 0.12 1 -0.280.95 42750030.172kg/s 619.8kg/h2359 101084.65kg/h求DD Q 427500 3600 692.93kg/hr 2221 100015 .现采用某单效真空蒸发器来浓缩某水溶液。已知进料量为 10t/h,料液从 15%浓缩至浓度为60% (均为质量)，沸点进料；加热蒸汽压力为300kN/m2 (绝 压)；冷凝水在饱和温度下排出；冷凝器内的真空度为610mmHg,各项温度差损 失分别为' =2.5C, =3.5 C, ”'=1C；热损失为加热蒸汽放出热量的 5%, 传热系数K=2500w/(m2

11、 K),试:估算单位蒸汽耗量为多少？估算蒸发器的传热面积为多少 m2?若产品浓度达不到要求，你认为可采取什么措施？解：蒸发量：x0W F(1 ) 10000Xi0.15(1) 7500kg / h0.60单位蒸汽耗量1.142D r' 2351W r 0.95 2168 0.95蒸发器的传热面积:Q Wr'7500 2351 10002A 29.6mK tm K(T t1)2500 (133.3 60.1 2.5 3.5 1) 3600适当增加蒸发器持液量；提高回执蒸气温度；降低二次蒸气温度16 .在单效真空蒸发器中，将流量为10000kg h-1的某水溶液从10%连续浓缩至5

12、0%。原料液温度为31Co估计溶液沸点升高为 7C,蒸发室的绝对压强为 0.2 kgf/cm2。加热蒸汽压强为2 kgf/cm2 (绝压)，其冷凝水出口温度为79C。假 设总传热系数为1000 w/(m2K),热损失可忽略。试求加热蒸消耗量和蒸发器的 传热面积。当地大气压为1 kgf/cm2。已知0.2 kgf/cm2时蒸汽饱和温度为59.7 C, 汽化潜热为2356kJ/kg及始2605.45kJ/kg; 2 kgf/cm2时蒸汽饱和温度为119.6C , 汽化潜热为2206kJ/kg及始为2708 kJ/kg。答：溶液沸点：t1=59.7+7=66.7C蒸发量： W F(1 0) 1000

13、0 (1 010) 8000kg / h x10.50溶液比热：Cp=4.187X (1-xo)=4.17X(1-0.1)=3.77 kJ/(kg K) Q=FCp(t1-t0)+Wr' +Ql=10000X 3.77X (66.7-31)+8000X 2356=20193890kJ/h=5609414W(1)蒸汽耗量D=Q/r=20193890/2206=9154 kg/h(2)蒸发器的传热面积：5609414K tm1000 (119.6 66.7)106m217 .欲用一标准式蒸发器将10%的NaOH水溶液浓缩至25%。加料量为12t/h。原料液的比热为 3.76kJ/K,进料温度为 50C,加热室内溶液的密度为 1200kg m3。料液平均高度为1.4m,蒸发室内真空度为51.3kPa,加热蒸汽压力 为300kPa。热损失可取35kW,总传热系数为1800 W/(m2 -C),当地大气压为 101.33 kPa 试计算：蒸发水分量；加热蒸汽用量；蒸发器的传热面积解：蒸发水分量Xc0.10W F(1 -0) 12000 (1- ) 7200kg / hx10.25常压下溶液蒸汽压下降引起的温度差损失：13.07C,_ _ 20.0162(T273) a 11.5 c蒸发器内液层中部压强为:,PglPm P -查表得："