食品工程原理问答

1. 单元操作的应用及特点

❖若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。

❖均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性质。

❖同一食品生产过程中可能会包含多个相同的的单元操作。

❖单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可以通用。

❖有食品安全、卫生、保持食品色、香、味的特殊要求。

2. 三传理论

动量传递(Momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，可以用动量传递的理论去研究。

热量传递(Heat transfer):物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，可以用热量传递的理论去研究。

质量传递(Mass transfer):两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，可以用质量传递的理论去研究。

3. 系统定义及分类

系统(system)是指任何可以用真实或假想的边界包围起来的规定的空间或物质限定的数量。边界可以是固定的，也可以是移动的。

4. 颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响

原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对流。其结果能减小溶解过程的阻力。

5. 显热和潜热

显热(Sensible heat)：是两个不同温度物体间的能量传递，或由于温度的原因存在于物体中的能量。

潜热(Latent heat)：是与相变关联的能量，如从固态转为液态时的融解(融化)热，以及从液态转为蒸气时的汽化热。

6. 由食品中液态水重量摩尔浓度计算冷冻过程焓变

1.纯水冻结时，在冰点发生从液态水到冰的相变。

2.由水全部转变为冰前，过程没有显热损失。

3.食品中所有的水溶性成分都对冰点降有贡献。

7.泵的流量调节

①改变阀门的开度；

②改变泵的转速；

③改变泵的叶轮直径。

8. 传热的基本方式

物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。

流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中。

➢强制对流：

因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。

➢自然对流：

由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。

流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强

制对流。

因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。

所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。

实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴随着出现的。

9. 影响对流传热系数的主要因素

①流体的状态：液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。有相变时对流传热系数比无相变化时大的多；

②流体的物理性质：影响较大的物性如密度р、比热c p、导热系数λ、黏度μ等；

③流体的运动状况：层流、过渡流或湍流；

④流体对流的状况：自然对流，强制对流；

⑤传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。

10. 膜状冷凝：由于冷凝液能润湿壁面，因而能形成一层完整的膜。在整个冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻。

滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此种冷凝称为滴状冷凝。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。11. 影响冷凝传热的因素：

➢不凝性气体的影响：在蒸汽冷凝时不凝性气体在液膜表面形成一层气膜，使传热阻力加大，冷凝对流传热系数降低。

➢蒸汽流速和流向的影响

➢冷却壁面的高度及布置方式的影响

➢流体物性的影响

12. 沸腾对流传热系数的影响因素

（1）温度差：温度差是控制沸腾传热的重要参数，应尽量在核状沸腾阶段操作。

（2）操作压力：提高操作压力可提高液体的饱和温度，从而使液体的黏度及表面张力均下降，有利于气泡的生成与脱离壁面，其结果是强化了对流传热过程。

（3）流体物性：气泡离开表面的快慢与液体对金属表面的浸润能力及液体的表面张力的大小有关，表面张力小，润湿能力大的液体，形成的气泡易脱离表面，对沸腾传热有利。此外λ、μ、ρ等也有影响。

（4）加热面的状况：加热面的材料、粗糙度的影响。

13. 生产上换热器内流体流动的四种方式：

➢并流：

参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以相同的方向流动。

➢逆流：

参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以相对的方向流动。

➢错流：

参与换热的两种流体在传热面的两侧彼此呈垂直方向流动。

➢折流：

◆简单折流：一侧流体只沿一个方向流动，而另一侧的流体作折流，使两侧流体间有

并流与逆流的交替存在。

◆复杂折流：参与热交换的双方流体均作折流。

14. 强化传热的途径

（1）加大传热面积——加大传热面积可以增大传热量，但设备增大，投资和维费也随之增加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金属管。

（2）增加平均温度差——在理论上可采取提高加热介质温度或降低冷却介质温度的办法，但受客观条件（蒸汽压强、气温、水温）和工艺条件（热敏性、冰点）的限制。提高蒸汽压强，设备造价会随之提高。在一定气源压强下，可以采取降低管道阻力的方法来提高加热蒸汽的压强。在一定条件下也可采用逆流代替并流。

（3）减少传热阻力

①减少壁厚或使用热导率较高的材料；

②防止污垢形成或经常清除污垢；

③加大流速，提高湍动程度，减少层流内层的厚度均有利于提高对流传热系数。

15. 溶液的沸点升高与温度差损失

•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Δ′

•因蒸发器中液柱静压强而引起的温度差损失Δ′′

•因管路流体阻力引起的温度差损失Δ′′′

•温度差损失的存在，将使传热推动力降低。

16.蒸发器改进与发展

1.开发新型蒸发器；

2.改善蒸发器内液体的流动状况；

3.改进溶液的性质。

17. 提高热效率的措施

1.使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；

2.提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；

3.废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；

4.注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。

18. 结合水分与非结合水分

划分依据：根据湿物料与水分的结合方式和水分除去的难易程度，可把物料中水分分为结合水分(Bound water)和非结合水分(Unbound water)。

结合水分可以分为化学结合水和物化结合水。

化学结合水分：经过化学反应按一定比例存在于干物料内部，与干物料结合牢固，若去除这部分水分会引起物料的物理性质和化学性质的变化，这部分水分不是干燥所要求排除的，如结晶水的形态存在于固体物料之中的水分。

19. 影响干燥速率的因素（对对流干燥而言）

湿物料的性质与形状：包括物理结构、化学组成、形状大小、料层厚薄及水分结合方式。湿物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速率。

湿物料的温度：温度与水分的蒸汽压和扩散系数有关。

干燥介质的状态：温度越高，相对湿度越低，干燥速率越大。

干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥速率越大。

介质与物料的接触状况：主要是指介质的流动方向。流动方向垂直于物料表面时，干燥速率最快。

20. 制冷量与制冷系数

（1）制冷量(Cooling capacity)是制冷系统产生的冷效应，也称制冷能力，即在一定操作条件下，单位时间制冷剂从被冷冻目标物中取出的热量，以Q表示之，单位为W。