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(Momentumtransfer)：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(Heattransfer):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(Masstransfer):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(Sensibleheat)：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(Latentheat)：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。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cp、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。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(Boundwater)和非结合水分(Unboundwater)。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(Coolingcapacity)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。（2）制冷系数(Refrigerationcoefficient)是指单位功耗所能获得的冷量，也称制冷性能系数。它表示制冷循环中的制冷量Q与该循环所需消耗的功率P之比。水分结冰率与最大冰晶生成区各种食品冻结时，大部分水分是在靠近冰点的温度区域内形成冰晶体的，而到了后期，结冰率随温度而变化的程度不大。通常把水分结冰率变化最大的温度区域称为最大冰晶生成区，此温度区域对应的温度在-1～-5℃间。22.冻结对食品的影响1.物理性质变化(1)密度(2)比热容(3)热导率2.质构(Texture)的变化(1)汁液流失(2)干耗量3.冻结速率冻结速率可用食品热中心温度下降的速率(℃/min)或冰锋前进的速率(cm/h)表示。4.冻结时间估算目前常用的求解方法多数是先在一定假设条件下列出基本表达式，经修正后得到结果。23.膜的要求膜分离技术主要依靠推动力和分离膜，其中分离膜更是膜分离技术的核心。衡量标准如下：高的分离系数和渗透系数；足够的机械强度和柔韧性，同时又要求过滤阻力小；适用的pH和温度范围广；较强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；耐高温灭菌，耐酸碱清洗剂，稳定性高，适用寿命长；通过清洗，恢复通过性能好；制备方便，成本合理，便于工业化生产。24.增加传递速率的方法：①适当的提高温度来增加传质系数；②更换透析液，目的是降低c2的浓度；③比表面积较大的中空纤维透析装置。25.湿真密度树脂在水中充分膨胀后树脂颗粒的密度。交换容量交换容量是表征树脂性能的重要数据，它用单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附一价离子的毫摩尔数来表示。单位质量或单位体积树脂所能交换的离子摩尔数。全交换容量单位质量树脂中全部离子交换基团的数量（mmol/g）。工作交换容量一个周期中单位体积树脂实现的离子交换容量，即单位体积树脂从再生型基团转变为失效基团的量。单位：mol/kg(干树脂)或mmol/kg(干树脂)；mmol/L(湿树脂)滴定曲线离子交换树脂也有滴定曲线，它较全面地表征树脂功能团的性质。以每克干树脂所加入的KOH或HCl的量为横坐标，以平衡pH值为纵坐标，就得到滴定曲线。26.离子交换过程应包括下列五个步骤：A+离子自溶液中扩散到树脂表面；A+离子从树脂表面再扩散到树脂内部的活性中心；A+离子与RB在活性中心上发生复分解反应；解吸离子B+自树脂内部的话性中心扩散到树脂表面；B+离子再从树脂表面扩散到溶液中。27.影响交换速度的因素①颗粒大小颗粒减小无论对内部扩散控制或外部扩散控制的场合，都有利于交换速度的提高。②交联度交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部扩散就较容易。所以当内扩散控制时，降低树脂交联度，能提高交换速度。③温度温度越高，扩散系数增大，因而交换速度也增加。④离子的化合价离子的化合价越高，与树脂骨架(和扩散离子的电荷相反)间存在库仑引力越大，因此扩散速度就越小。原子价增加1价，内扩散系数的值就要减少一个数量级。⑤离子的大小小离子比大离子在树脂中的扩散速度快。⑥搅拌速度当液膜控制时，增加搅拌速度会使交换速度增加，但增大到一定程度后再继续增加转速，影响就比较小。⑦溶液浓度当溶液浓度为0.001mol/L时，一般为外扩散控制。当浓度增加时，交换速度也按比例增加。当浓度达到0.01mol/L左右时，浓度再增加，交换速度就增加得较慢。此时内扩散和外扩散同时起作用。当浓度再继续增加，交换速度达到极限值后就不再增大。此时已转变为内扩散控制。28.离子的水化半径离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，因此水化半径较小的离子越易吸附。依着水化半径的次序，可将各种离子对树脂的亲和力大小排成下列次序。对于一价阳离子Li+<Na+≈NH4+<Rb+<Cs+<Ag+<Ti+对于二价阳离子Mg2+≈Zn2+<Cu2+≈Ni2+<Co2+<Ca2+<Sr2+<Pb2+<Ba2+对于一价阴离子F-<HCO3-<Cl-<HSO3-<Br-<NO3-<I-<ClO4-29.离子交换树脂的主要用途除去离子性杂质分离、提纯药品（医药），回收各种金属（冶金