食品工程原理問答

1.單元操作的應(yīng)用及特點若干個單元操作串聯(lián)起來組成一個工藝過程。均為物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或其物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。同一食品生產(chǎn)過程中可能會包含多個相同的的單元操作。單元操作用于不同的生產(chǎn)過程其基本原理相同，進(jìn)行該操作的設(shè)備也可以通用。有食品安全、衛(wèi)生、保持食品色、香、味的特殊要求。2.三傳理論動量傳遞(Momentumtransfer)：流體流動時，其內(nèi)部發(fā)生動量傳遞，故流體流動過程也稱為動量傳遞過程。凡是遵循流體流動基本規(guī)律的單元操作，可以用動量傳遞的理論去研究。熱量傳遞(Heattransfer):物體被加熱或冷卻的過程也稱為物體的傳熱過程。凡是遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作，可以用熱量傳遞的理論去研究。質(zhì)量傳遞(Masstransfer):兩相間物質(zhì)的傳遞過程即為質(zhì)量傳遞。凡是遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元操作，可以用質(zhì)量傳遞的理論去研究。3.系統(tǒng)定義及分類系統(tǒng)(system)是指任何可以用真實或假想的邊界包圍起來的規(guī)定的空間或物質(zhì)限定的數(shù)量。邊界可以是固定的，也可以是移動的。4.顆粒大小和攪拌對溶解速率有影響原因：由大塊改為許多小快，能使固體食鹽與溶液的接觸面積增大；由不攪拌改為攪拌，能使溶液質(zhì)點對流。其結(jié)果能減小溶解過程的阻力。5.顯熱和潛熱顯熱(Sensibleheat)：是兩個不同溫度物體間的能量傳遞，或由于溫度的原因存在于物體中的能量。潛熱(Latentheat)：是與相變關(guān)聯(lián)的能量，如從固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時的融解(融化)熱，以及從液態(tài)轉(zhuǎn)為蒸氣時的汽化熱。6.由食品中液態(tài)水重量摩爾濃度計算冷凍過程焓變1.純水凍結(jié)時，在冰點發(fā)生從液態(tài)水到冰的相變。2.由水全部轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，過程沒有顯熱損失。3.食品中所有的水溶性成分都對冰點降有貢獻(xiàn)。泵的流量調(diào)節(jié)①改變閥門的開度；②改變泵的轉(zhuǎn)速；③改變泵的葉輪直徑。8.傳熱的基本方式物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。熱對流僅發(fā)生在流體中。強制對流：因泵（或風(fēng)機）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強制對流。自然對流：由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對位移，這種對流稱為自然對流。流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)。任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。實際上，上述三種傳熱方式很少單獨出現(xiàn)，而往往是相互伴隨著出現(xiàn)的。9.影響對流傳熱系數(shù)的主要因素①流體的狀態(tài)：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相變時對流傳熱系數(shù)比無相變化時大的多；②流體的物理性質(zhì)：影響較大的物性如密度р、比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù)λ、黏度μ等；③流體的運動狀況：層流、過渡流或湍流；④流體對流的狀況：自然對流，強制對流；⑤傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻?、板、管束、管徑、管長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。10.膜狀冷凝：由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕壁面，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此種冷凝稱為滴狀冷凝。在實際生產(chǎn)過程中，多為膜狀冷凝過程。11.影響冷凝傳熱的因素：不凝性氣體的影響：在蒸汽冷凝時不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對流傳熱系數(shù)降低。蒸汽流速和流向的影響冷卻壁面的高度及布置方式的影響流體物性的影響12.沸騰對流傳熱系數(shù)的影響因素（1）溫度差：溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù)，應(yīng)盡量在核狀沸騰階段操作。（2）操作壓力：提高操作壓力可提高液體的飽和溫度，從而使液體的黏度及表面張力均下降，有利于氣泡的生成與脫離壁面，其結(jié)果是強化了對流傳熱過程。（3）流體物性：氣泡離開表面的快慢與液體對金屬表面的浸潤能力及液體的表面張力的大小有關(guān)，表面張力小，潤濕能力大的液體，形成的氣泡易脫離表面，對沸騰傳熱有利。此外λ、μ、ρ等也有影響。（4）加熱面的狀況：加熱面的材料、粗糙度的影響。13.生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動的四種方式：并流：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相同的方向流動。逆流：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相對的方向流動。錯流：參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)彼此呈垂直方向流動。折流：簡單折流：一側(cè)流體只沿一個方向流動，而另一側(cè)的流體作折流，使兩側(cè)流體間有并流與逆流的交替存在。復(fù)雜折流：參與熱交換的雙方流體均作折流。14.強化傳熱的途徑（1）加大傳熱面積——加大傳熱面積可以增大傳熱量，但設(shè)備增大，投資和維費也隨之增加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金屬管。（2）增加平均溫度差——在理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦法，但受客觀條件（蒸汽壓強、氣溫、水溫）和工藝條件（熱敏性、冰點）的限制。提高蒸汽壓強，設(shè)備造價會隨之提高。在一定氣源壓強下，可以采取降低管道阻力的方法來提高加熱蒸汽的壓強。在一定條件下也可采用逆流代替并流。（3）減少傳熱阻力①減少壁厚或使用熱導(dǎo)率較高的材料；②防止污垢形成或經(jīng)常清除污垢；③加大流速，提高湍動程度，減少層流內(nèi)層的厚度均有利于提高對流傳熱系數(shù)。15.溶液的沸點升高與溫度差損失造成溫度差損失的原因有：因蒸汽壓下降引起的溫度差損失Δ′因蒸發(fā)器中液柱靜壓強而引起的溫度差損失Δ′′因管路流體阻力引起的溫度差損失Δ′′′溫度差損失的存在，將使傳熱推動力降低。蒸發(fā)器改進(jìn)與發(fā)展1.開發(fā)新型蒸發(fā)器；2.改善蒸發(fā)器內(nèi)液體的流動狀況；3.改進(jìn)溶液的性質(zhì)。17.提高熱效率的措施1.使離開干燥器的空氣溫度降低，濕度增加（注意吸濕性物料）；2.提高熱空氣進(jìn)口溫度（注意熱敏性物料）；3.廢氣回收，利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料；4.注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失。18.結(jié)合水分與非結(jié)合水分劃分依據(jù)：根據(jù)濕物料與水分的結(jié)合方式和水分除去的難易程度，可把物料中水分分為結(jié)合水分(Boundwater)和非結(jié)合水分(Unboundwater)。結(jié)合水分可以分為化學(xué)結(jié)合水和物化結(jié)合水?；瘜W(xué)結(jié)合水分：經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)按一定比例存在于干物料內(nèi)部，與干物料結(jié)合牢固，若去除這部分水分會引起物料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的變化，這部分水分不是干燥所要求排除的，如結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分。19.影響干燥速率的因素（對對流干燥而言）濕物料的性質(zhì)與形狀：包括物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、形狀大小、料層厚薄及水分結(jié)合方式。濕物料的濕度：物料的水分活度與濕度有關(guān)，因而影響干燥速率。濕物料的溫度：溫度與水分的蒸汽壓和擴散系數(shù)有關(guān)。干燥介質(zhì)的狀態(tài)：溫度越高，相對濕度越低，干燥速率越大。干燥介質(zhì)的流速：由邊界層理論可知，流速越大，氣膜越薄，干燥速率越大。介質(zhì)與物料的接觸狀況：主要是指介質(zhì)的流動方向。流動方向垂直于物料表面時，干燥速率最快。20.制冷量與制冷系數(shù)（1）制冷量(Coolingcapacity)是制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷效應(yīng)，也稱制冷能力，即在一定操作條件下，單位時間制冷劑從被冷凍目標(biāo)物中取出的熱量，以Q表示之，單位為W。（2）制冷系數(shù)(Refrigerationcoefficient)是指單位功耗所能獲得的冷量，也稱制冷性能系數(shù)。它表示制冷循環(huán)中的制冷量Q與該循環(huán)所需消耗的功率P之比。水分結(jié)冰率與最大冰晶生成區(qū)各種食品凍結(jié)時，大部分水分是在靠近冰點的溫度區(qū)域內(nèi)形成冰晶體的，而到了后期，結(jié)冰率隨溫度而變化的程度不大。通常把水分結(jié)冰率變化最大的溫度區(qū)域稱為最大冰晶生成區(qū)，此溫度區(qū)域?qū)?yīng)的溫度在-1～-5℃間。22.凍結(jié)對食品的影響1.物理性質(zhì)變化(1)密度(2)比熱容(3)熱導(dǎo)率2.質(zhì)構(gòu)(Texture)的變化(1)汁液流失(2)干耗量3.凍結(jié)速率凍結(jié)速率可用食品熱中心溫度下降的速率(℃/min)或冰鋒前進(jìn)的速率(cm/h)表示。4.凍結(jié)時間估算目前常用的求解方法多數(shù)是先在一定假設(shè)條件下列出基本表達(dá)式，經(jīng)修正后得到結(jié)果。23.膜的要求膜分離技術(shù)主要依靠推動力和分離膜，其中分離膜更是膜分離技術(shù)的核心。衡量標(biāo)準(zhǔn)如下：高的分離系數(shù)和滲透系數(shù)；足夠的機械強度和柔韌性，同時又要求過濾阻力小；適用的pH和溫度范圍廣；較強的抗物理、化學(xué)和微生物侵蝕的性能；耐高溫滅菌，耐酸堿清洗劑，穩(wěn)定性高，適用壽命長；通過清洗，恢復(fù)通過性能好；制備方便，成本合理，便于工業(yè)化生產(chǎn)。24.增加傳遞速率的方法：①適當(dāng)?shù)奶岣邷囟葋碓黾觽髻|(zhì)系數(shù)；②更換透析液，目的是降低c2的濃度；③比表面積較大的中空纖維透析裝置。25.濕真密度樹脂在水中充分膨脹后樹脂顆粒的密度。交換容量交換容量是表征樹脂性能的重要數(shù)據(jù)，它用單位質(zhì)量干樹脂或單位體積濕樹脂所能吸附一價離子的毫摩爾數(shù)來表示。單位質(zhì)量或單位體積樹脂所能交換的離子摩爾數(shù)。全交換容量單位質(zhì)量樹脂中全部離子交換基團(tuán)的數(shù)量（mmol/g）。工作交換容量一個周期中單位體積樹脂實現(xiàn)的離子交換容量，即單位體積樹脂從再生型基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)槭Щ鶊F(tuán)的量。單位：mol/kg(干樹脂)或mmol/kg(干樹脂)；mmol/L(濕樹脂)滴定曲線離子交換樹脂也有滴定曲線，它較全面地表征樹脂功能團(tuán)的性質(zhì)。以每克干樹脂所加入的KOH或HCl的量為橫坐標(biāo)，以平衡pH值為縱坐標(biāo)，就得到滴定曲線。26.離子交換過程應(yīng)包括下列五個步驟：A+離子自溶液中擴散到樹脂表面；A+離子從樹脂表面再擴散到樹脂內(nèi)部的活性中心；A+離子與RB在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的話性中心擴散到樹脂表面；B+離子再從樹脂表面擴散到溶液中。27.影響交換速度的因素①顆粒大小顆粒減小無論對內(nèi)部擴散控制或外部擴散控制的場合，都有利于交換速度的提高。②交聯(lián)度交聯(lián)度越低樹脂越易膨脹，在樹脂內(nèi)部擴散就較容易。所以當(dāng)內(nèi)擴散控制時，降低樹脂交聯(lián)度，能提高交換速度。③溫度溫度越高，擴散系數(shù)增大，因而交換速度也增加。④離子的化合價離子的化合價越高，與樹脂骨架(和擴散離子的電荷相反)間存在庫侖引力越大，因此擴散速度就越小。原子價增加1價，內(nèi)擴散系數(shù)的值就要減少一個數(shù)量級。⑤離子的大小小離子比大離子在樹脂中的擴散速度快。⑥攪拌速度當(dāng)液膜控制時，增加攪拌速度會使交換速度增加，但增大到一定程度后再繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，影響就比較小。⑦溶液濃度當(dāng)溶液濃度為0.001mol/L時，一般為外擴散控制。當(dāng)濃度增加時，交換速度也按比例增加。當(dāng)濃度達(dá)到0.01mol/L左右時，濃度再增加，交換速度就增加得較慢。此時內(nèi)擴散和外擴散同時起作用。當(dāng)濃度再繼續(xù)增加，交換速度達(dá)到極限值后就不再增大。此時已轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)擴散控制。28.離子的水化半徑離子在水溶液中的大小應(yīng)用水化半徑來表征，因此水化半徑較小的離子越易吸附。依著水化半徑的次序，可將各種離子對樹脂的親和力大小排成下列次序。對于一價陽離子Li+<Na+≈NH4+<Rb+<Cs+<Ag+<Ti+對于二價陽離子Mg2+≈Zn2+<Cu2+≈Ni2+<Co2+<Ca2+<Sr2+<Pb2+<Ba2+對于一價陰離子F-<HCO3-<Cl-<HSO3-<Br-<NO3-<I-<ClO4-29.離子交換樹脂的主要用途除去離子性雜質(zhì)分離、提純藥品（醫(yī)藥），回收各種金屬（冶金