食品工程原理

1《食品工程原理》复习题答案第三部分质量传递（干燥、传质、蒸馏、萃取、膜分离）一.名词解释1.质量传递：因浓度差而产生的扩散作用形成相内和相间的物质传递过程。2.介电加热干燥：是将要干燥的物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。3.临界含水量：物料干燥达临界点时的物料含水量。4.比焓：湿空气的焓为干空气的焓和水汽的焓之和。或称湿空气的热含量。5.干燥的表面汽化控制：物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率。6.分子扩散：单相内存在组分的化学势差，由分子运动而引起的质量传递。7.费克定律：单位时间通过单位面积物质的扩散量与浓度梯度成正比。8.挥发度：达到相平衡时，某组分在蒸汽中的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比。9.超临界流体：物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液态性质，同时还保留气体性能。10.萃取：使溶剂与物料充分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。或利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。二.填空题1.相对湿度φ：0≤φ≤1，φ越，空气吸湿的能力越强，越干燥。（小）2.物料的干燥过程是属于和相结合的过程。（传热、传质）3.干燥操作中，不饱和湿空气经预热器后湿度，温度。（不变，升高）4.在干燥操作中,物料中所含小于平衡水分的水分,称为。（不可去除水分）。5.密度、和是超临界流体的三个基本性质。（黏度、扩散系数）6.介于超滤和反渗透之间一种膜分离技术。（纳滤）7.纳滤是以为推动力的膜分离过程，是一个不可逆过程。(压力差)8.常见传质过程是_______引起。（浓度差）9.超临界状态既不是气体也不同于液体，属于状态。（流体）10.精馏过程就是利用混合液的各组分具有不同的,利用多次部分、多次部分的方法,将各组分得以分离的过程。（沸点或挥发度，汽化、冷凝）11.在湿空气的焓-湿图中,线以下的区域对干燥操作无意义。（饱和空气）12.超临界流体的密度接近于状态。（液体）三.选择题1.当物料含水量x大于临界含水量x0时，属（D）。A.干燥速率为零B.内部扩散控制C.降速干燥阶段D.恒速干燥阶段2.由湿球温度方程可知湿球温度Tw为（B）。A.干球温度、露点的函数B.干球温度、湿度的函数C.湿球温度、湿度的函数D.湿球温度、露点的函数3.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度(C)。A.愈高B.不变C.愈低D.不一定，尚与其它因素有关4.在一定温度下，物料的结合水与非结合水的划分，取决于（A）。A.物料的性质B.空气的状态C.空气的状态和物料的性质共同决定D.与影响因素有关5.在焓湿图上，已知湿空气的下列哪两个参数，可以查得其它未知参数(A)。A.(H，T)B.(Td，H)C.(pv，H)D.(h，Tw)6.蒸馏操作属于（B）A.传热B.传热加传质C.传质27.超临界萃取时的传质速率(A)其处于液态下的溶剂萃取速率。A.大于；B.小于；C.等于。8.超滤是利用孔径(C)的超滤膜来过滤含有大分子物质或微细粒子的溶液，使大分子物质或微细粒从溶液中分离出来。A.100μm；B.0.02~10μm；C.0.001~0.02μm。9.传质过程的阻力是（A）。A.扩散阻力B.热阻C.磨擦阻力四.问答题1.湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等?答：对于饱和的湿空气T＝Tw＝Td；对于不饱和的湿空气T＞Tw＞Td。2.测定湿球温度时，当水的温度不同时，对测量结果有无影响？为什么？答：无影响。若水温等于空气球温度时，则由于湿纱布表面的水分汽化而使其水温下降；若水温高也会降温（一方面供给水分汽化需要热量，一方面散热至空气中）；若水温低则水分汽化需要的热量就会从空气吸热，最终都会达到湿、热平衡。3.在对流干燥过程中,为什么说干燥介质—湿空气既是载热体又是载湿体？答：引物料中水分汽化需要热量，此热量由空气供给，而汽化的水汽又要靠空气带走（破坏其平衡状态），以便使干燥能稳定连续地进行。故湿空气在干燥过程中起到供热、去湿的作用。因此称湿空气既是载热体又是载湿体。4.简要说明对流干燥过程是一传热过程，又是一传质过程？答：湿空气预热可提高载热载湿的能力（湿含量不变，温度增加，相对湿度下降，传热传质推动力加大）。热空气传热给湿物料是一个传热过程，湿物料中的湿分汽化扩散至气体主体是一个传质过程。5．如何强化干燥过程？答：强化干燥过程要依据干燥的不同阶段而采取不同的措施。在等速干燥阶段．要使干燥速率提高，其措施有：增大热空气的温度、降低其湿度：增大热空气的流速；改变其接触方式（如垂直流过物料层效果比平行好，若将物料充分分散于气流中更好）。在降速干燥阶段，主要通过改变物料的尺寸（变小）、厚度（减薄）或将物料充分分散于气流中来增大其汽、固两相的接触面积或加强搅拌等措施来提高干燥速率。6．湿物料经干燥后达不到产品含水量的要求（偏高），你认为应采取什么措施来解决它？答：若在等速干燥阶段达不到含水量要求，可适当提高热空气的温度或降低其湿度，或采用加大气流速度等措施来强化干燥过程，使物料含水量达到要求。若在降速干燥阶段达不到含水量要求，则应想法改变汽、固两相接触方式，如加强物料层搅拌或改变物料的大小（变小、减薄）等来达到。当然延长干燥时间也是解决方法之一，但这不是好方法，因为这样做会使产量减小。7.对萃取法与蒸馏法提取应用特点进行比较？答：①萃取法用于混合物中各组分沸点接近或形成恒沸物，用一般蒸馏法不能分离或很不经济；②萃取法用于溶质的浓度很低且为难挥发组分，用蒸馏法所消耗的热量很大；③萃取法可用于热敏性混合物的分离，用蒸馏法易受热破坏。8.对萃取法与蒸馏法二者进行比较？答：都是传质过程，蒸馏法适用于液体，萃取法适用于液体和固体。①蒸馏法：分离液体混合物，是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。或者说利用液体混合物各组份沸点（或挥发度）不同，将物质多次部分气化与部分冷凝，从而使液体混合物分离与提纯的过程。②萃取法：使溶剂与物料充分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。或者说利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。第四部分计算题38.[绪论习题-4]在空气预热器中用蒸汽将流量1000kg/h,30℃的空气预热至66℃，空气的平均比热容KkgJCp/1005，所用加热蒸汽温度143.4℃，离开预热器的冷凝水温度138.8℃(比焓分别为：kgkJkgkJ/76.583;/1.274221hh＝)。求蒸汽消耗量。（答:蒸汽消耗量16.76kg/h.）解:CtCt663021和间空气的平均比热容：KkgkJCp/005.1CTCT8.138,4.14321的水蒸气比焓：kgkJkgkJ/76.583;/1.274221hh＝在无损失时，热流体的放热速率应等于冷流体的吸热速率，即：hkghhttCqqttCqhhqCpmhmhCpmCmh/76.1676.5831.27423066005.11000)()(21121221答:蒸汽消耗量16.76kg/h.13.[例7-2]有一连续干燥器，要求将1200kg/h湿基含水量为10%的湿物料减至2%。干燥介质为空气，进入干燥器时湿含量0.008kg水/kg干空气，离开干燥器0.05kg水/kg干空气。求：(1)水分蒸发量Ｗ；(2)空气消耗量Ｌ；(3)干燥产品量。(答：水分蒸发量98kg/h，干燥空气用量2330kgd/h，干燥产品量1100kg/h)解：(1)水分蒸发量Ｗhkg(2)干燥空气用量ＬhkgHHWLd/1033.2008.005.098312(3)干燥产品量G2hkgwwGG/1010.102.0110.0112001132112答：水分蒸发量98kg/h，干燥空气用量2330kgd/h，干燥产品量1100kg/h14.[9-9]常压下，空气在温度为20℃、湿度为0.01kg水/kg绝干气的状态下被预热到120℃后进入理论干燥器，废气出口的湿度为0.03kg水/kg绝干气。物料的含水量由3.7%干燥至0.5%（均为湿基）。干空气的流量为8000kg干空气/h。试求：⑴每小时加入干燥器的湿物料量；⑵废气出口的温度。（答：4975kg/h，68.9℃）解：⑴1hkg160)01.003.0(8000)(12HHVW，物料衡算：)1()1(2211GGGC，WGG21，)1)(()1(2111WGG，得：22111GW，21211WG，1hkg4975005.0037.0005.011601G；⑵在理论干燥器中，12II，03.02500)03.088.101.1(01.02500120)01.088.101.1(2t解得废气出口温度C9.682t。答：每小时加入干燥器的湿物料量4975kg/h，废气出口的温度68.9℃4《食品工程原理》常用公式第三部分质量传递湿基含水量湿物料的总质量湿物料中水分的质量w干基含水量量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量x两种含水量之间的换算关系湿物料水kgkgxxw/1干物料水kgkg/1wwx干燥产品量211211wwGG水分蒸发量22111干燥空气用量12HHWL