食品工程原理第五章习题解答

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''∆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：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：010.11(1)2000(1)1120kg /h 0.25

x W F x =-=⨯-=

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 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。

①25℃进料；

②沸点进料。 解：010.08(1)2500(1)1759kg /h 0.27

x W F x =-=⨯-=

①25℃进料

010(-)'2500 3.9(115-25)17592221702240kg /h 2128

L Fc t t Wr Q D r ++⨯+⨯+===/2240/1759 1.27e D W === ②沸点进料'17592221701836kg /h 2128

L Wr Q D r +⨯+=== /1836/1759 1.04e D W ===

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/(m 2·℃)。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：010.05(1)1500(1)1200kg /h 0.25

x W F x =-=⨯-= ①完成液量300kg /h F W =-= ②加热蒸汽消耗量：'120023341267kg /h 2210Wr D r ⨯=

== ③传热面积：211267221048.3m ()1450/1000(11878)

m Q Dr A K t K T t ⨯====∆-⨯-

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5m 2，传热系数K=1500W/(m 2·K)，加热蒸汽的温度采用115℃（其汽化潜热为，冷凝水在饱和温度下排出），蒸发室内蒸汽的温度为℃，二次蒸汽的汽化潜热为2359kJ/kg ，采用沸点进料，经计算知：△′=℃，△″=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

∵1()Q AK T t =-

t 1=T ′+△′+△"=++0=58℃

∴Q=5×1500(115-58)=427500W

∴30.954275000.95 0.172kg/s 619.8kg/h '235910

Q W r ⨯====⨯ ∴619.81084.65kg /h 0.1210.28

F ==- ②求D