食品工程原理 第五章 习题解答.doc 5页

'《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。真空蒸发的特点在于：①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；②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；③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：①传热性质为壁面两侧流体均有相变的恒温传热过程。②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。二次蒸汽易挟带泡沫。③在相同的操作压强下，溶液的沸点要比纯溶剂的沸点高，且一般随浓度的增大而升高，从而造成有效传热温差减小。④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5 《食品工程原理》习题解答和因管路流体阻力引起的温度差损失。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Δ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径是提高总传热系数K和传热温度差。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：①溶液中的溶质使溶济蒸汽压下降引起的溶液沸点升高；②蒸发器中液柱静压强而引起的溶液沸点升高；③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.用一单效蒸发器将2000kg/h的NaCl水溶液由11%浓缩至25%（均为质量%），试计算所需蒸发水分量。解：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(均为绝压)。溶液沸点为115℃，比热为3.9kJ(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。①25℃进料；②沸点进料。解：5 《食品工程原理》习题解答①25℃进料②沸点进料13.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190kPa，蒸发压力为30kPa（均为绝压）。蒸发器内溶液沸点为78℃，蒸发器的总传热系数为1450W/(m2·℃)。沸点进料，热损失不计。试计算：①完成液量；②加热蒸汽消耗量；③传热面积。解：①完成液量②加热蒸汽消耗量：③传热面积：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)，加热蒸汽的温度采用115℃（其汽化潜热为2221kJ.kg-1，冷凝水在饱和温度下排出），蒸发室内蒸汽的温度为57.3℃，二次蒸汽的汽化潜热为2359kJ/kg，采用沸点进料，经计算知：△′=0.7℃，△″=0；热损失相当于蒸发器传热量的5%。求：①此蒸发器每小时可处理多少kg番茄汁？②加热蒸汽耗量为多少kg/h？解：①求F∵t1=T′+△′+△"=57.3+0.7+0=58℃∴Q=5×1500(115-58)=427500W∴∴②求D5 《食品工程原理》习题解答15.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△′=2.5℃，△″=3.5℃，△"""=1℃；热损失为加热蒸汽放出热量的5%，传热系数K=2500w/(m2·K)，试：①估算单位蒸汽耗量为多少？②估算蒸发器的传热面积为多少m2？③若产品浓度达不到要求，你认为可采取什么措施？解：蒸发量：①单位蒸汽耗量②蒸发器的传热面积：③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50%。原料液温度为31℃。估计溶液沸点升高为7℃，蒸发室的绝对压强为0.2kgf/cm2。加热蒸汽压强为2kgf/cm2（绝压），其冷凝水出口温度为79℃。假设总传热系数为1000w/(m2·K)，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1kgf/cm2。已知0.2kgf/cm2时蒸汽饱和温度为59.7℃，汽化潜热为2356kJ/kg及焓2605.45kJ/kg；2kgf/cm2时蒸汽饱和温度为119.6℃，汽化潜热为2206kJ/kg及焓为2708kJ/kg。答：溶液沸点：t1=59.7+7=66.7℃蒸发量：溶液比热：Cp=4.187×(1-x0)=4.17×(1-0.1)=3.77kJ/(kg·K)Q=FCp(t1-t0)+Wr′+QL=10000×3.77×(66.7-31)+8000×2356=20193890kJ/h=5609414W(1)蒸汽耗量D=Q/r=20193890/2206=9154kg/h(2)蒸发器的传热面积：5 《食品工程原理》习题解答17.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50℃，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1800W/(m2·℃)，当地大气压为101.33kPa。试计算：①蒸发水分量；②加热蒸汽用量；③蒸发器的传热面积解：①蒸发水分量常压下溶液蒸汽压下降引起的温度差损失：13.07℃℃蒸发器内液层中部压强为：查表得：3℃取：℃则料液沸点：T’=81.2+11.5+3+1=96.7℃②加热蒸汽用量③蒸发器的传热面积5'