海南大学食品工程原理第二学期复习资料Word格式.docx
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基本流程：
由两个组成部分，一是加热使水分气化，二是蒸气冷凝。
前者在蒸发器中进行，后者在冷凝器中完成。
设备特征：
有足够的蒸发空间，足够的加热面积，溶液沸腾，可内部循环，足够的分离空间，具冷凝装置，在规定的浓度时排出，能连续和稳定的工作。
⑶蒸发在食品工业中的用途；
应用：
获得浓缩溶液，利于保藏、包装、运输；
去除杂质，制取纯净溶剂；
为冷冻浓缩和结晶提供前期条件；
作为干燥工艺的预处理；
喷雾干燥的预处理工序。
⑷常用蒸发操作的方法及特点，单效蒸发和多效蒸发；
方法及特点：
1）常压蒸发和减压蒸发
减压蒸发优点：
①使溶液沸点降低，加大平均温度差；
②适于处理热敏性高的物料；
③系统热损失少。
缺点：
传热系数小，动力耗能较大。
2）单效蒸发和多效蒸发
蒸发过程根据二次蒸气是否再用作另一蒸发器的加热蒸气而分为单效和多效蒸发。
单效蒸发：
若二次蒸汽不被利用而直接将其冷凝称为单效蒸发。
多效蒸发：
二次蒸汽被利用一次称双效蒸发，利用二次称三效蒸发，类推至n效蒸发。
3）间歇蒸发和连续蒸发
间歇蒸发可分为：
①一次进性一次性出：
一次加够料液，加热时不加料，浓度和沸点随蒸发过程不断升高。
②连续进料一次性出：
加热时同时加料，保持料液面不变，但蒸发器中溶液的浓度和沸点随时间不断增大。
间歇式特点：
溶液浓度和沸点随时间而变化，且传热温度差和传热系数也随时间而变化，是非稳态过程。
连续式特点：
连续蒸发则是连续进料和出料，蒸发器中的液面和压力不变，蒸发器内各处的浓度与温度不随时间而变化，属稳态过程。
⑸多效蒸发的加料流程及特点（并流、逆流、平流）；
特点：
并流、逆流、平流、混流。
加料流程：
⑹食品工业蒸发的特点（结垢性、热敏性、粘稠性、腐蚀性、泡沫性）；
结垢性：
被蒸发的溶液易在加热面上产生垢层，是由于Ca2+、Mg2+、糖、蛋白质、果胶物质等受热沉积或变性沉淀所致。
污垢增加热阻，降低了传热系数，增加能耗。
热敏性：
物料在加热过程中因其成分多由蛋白质、脂肪、维生素、糖类等生物活性物质组成，受热易被破坏。
氧化、挥发、风味变、色变。
粘稠性：
被浓缩的溶液往往粘度较大，流动缓慢，易形成层流内层，传热速率降低。
浓度越大速率越低。
腐蚀性：
如水果汁多为酸性，会对设备造成腐蚀，故对设备选材有一定要求。
泡沫性：
多数食品溶液在加热蒸发时会产生泡沫，影响操作或造成浪费，应及时去除。
⑺二次蒸气，温差损失的概念及计算；
二次蒸气：
食品工业供热采用的多为水蒸气（也称生蒸气），且料液蒸发物也多为水蒸气，由此产生的水蒸气称为“二次蒸汽”。
排除二次蒸汽最常用的方法是冷凝。
温差损失：
蒸发过程中因溶液沸点升高引起的理论传热温差与实际传热温差的差，它表示的是蒸发推动力下降的数值。
温差损失在数值上为溶液沸点高于二次蒸汽温度的值，也即溶液沸点升高的值：
理论传热温差：
蒸发常用水蒸气作热源，其与二次蒸汽的区别是二者温位（或压强）不同。
在蒸发过程中，蒸发器加热蒸汽温度t和二次蒸汽的温度t′之温度差称为理论传热温差。
有效传热温差△tm：
是加热蒸气温度t与溶液真实沸点tf之差。
因溶液真实沸点tf高于二次蒸汽温度t′，故蒸发器中的有效传热温差要小于理论传热温差，二者之差称温差损失。
⑻单效蒸发的蒸发水量和热量计算、经济性比较；
蒸发水量W的衡算：
设原料液的质量流量为F（kg/s）、固形物质量分数为ω0 水蒸发量为W（kg/s），浓缩液中固形物质量分数为ω1，则溶质的衡算式为：
加热蒸气消耗量D的衡算：
蒸气作用于溶液时，涉及焓变、温变、潜热变，料温及沸点、比热容、加热蒸汽冷凝水温度等一系列与传热系数有关的参数，其实质是热量衡算。
在实际操作中，如将料液温度预先处理至沸点时进料，且忽略QL，则上式可变为：
其中，加热蒸气量为D（kg/s），物料比热容为Cp0（kJ/kg·
k），料液沸点为t1（k），进料温度为t0（K），水分蒸发量为W（kg/s）,进料质量流量为F（kg/s），加热蒸气汽化热为r（kJ/kg），二次蒸气汽化热为r′（kJ/kg），蒸发热量损失为QL（kJ/s,kW）。
经济性比较：
，即：
每一公斤蒸气可蒸发出一公斤水分
如果考虑到实际过程中有热损失等原因，可以取实际的 D/W≈1.1～1.2。
对某蒸发器而言，W/D＝e 称为加热蒸气的经济性。
其值表示了加热蒸气的利用率，是该蒸发器蒸发操作时是否合理、经济的重要指标。
经济性越大，操作的合理性就越高。
⑼了解多效蒸发的优化途径。
①真空蒸发；
②提高K值（去污垢、搅拌）；
③抽取二次蒸气（抽出蒸汽量<
补加蒸汽量）；
④二次蒸气的再压缩；
⑤冷凝水热量的利用。
⑽了解蒸发设备工作原理（P365~P373）。
多效蒸发原理:
若将多个蒸发器串联起来则可将前一蒸发器产生的二次蒸气引入到后一个蒸发器的加热室作为加热蒸气再利用。
这一过程称为多效蒸发。
多效蒸发时，后一效的蒸发器作为前一效的冷凝器，直至最后一效的二次蒸气送去冷凝。
3.结晶
⑴结晶的概念，结晶过程，过饱和现象，形成过饱和溶液的方法；
结晶：
由蒸气、溶液、熔融物中析出固态晶体的现象（操作），是固相从液相中部分分离的过程。
广义而言，是从均相体系中形成异相颗粒的过程。
结晶过程：
经过两个过程，晶核产生；
晶体成长。
结晶过程的发生须有浓度差存在，称过饱和度即浓度超过结晶临界点以上的部分。
过饱和现象：
理论上，在某温度下，当溶液中溶质的量超过溶解度时即有结晶析出。
但实际上是只有当溶质含量超过溶解度一定程度时才会有结晶析出。
即溶质含量超出溶解度仍未结晶的现象。
形成过饱和溶液的方法：
①降低温度；
②增加浓度。
⑵饱和度对结晶的影响；
溶液中溶质浓度大于其饱和度是结晶的必要条件。
饱和度又受到温度和溶液浓度的影响。
⑶结晶的物料衡算；
基于结晶前后的溶质质量总和不变，可得衡算内容及衡算方程式为：
作物料衡算时，要考虑晶体中是否含有结晶水。
若有，则w2要按溶质分子量与晶体分子量之比计算。
4.冷冻浓缩
——冷冻浓缩的概念，冻结曲线，杠杆法则及应用；
冷冻浓缩：
利用冰与水溶液之间固液相平衡的原理将溶剂分离而进行溶液浓缩的单元操作。
冻结曲线：
冻结曲线是指描述液态食品中溶质质量分数与其冻结点关系的曲线。
杠杆法则及应用：
如果已知冷冻开始时溶液的浓度，则用冻结曲线即可知其达一定低温时的平衡浓度，再根据杠杆法则即可求得冰晶量和浓缩液量。
设原料量为100kg，冰晶量为X，则浓缩液量为100－X。
5.冷冻过程
⑴冷却、冻结、制冷；
冷却：
使物料温度降低至冻结点以上的过程。
在此温度下进行的保藏称冷（却保）藏。
冻结：
使物料温度降低至冻结点以下的过程。
在此温度下进行的保藏称冻（结保）藏。
制冷：
利用某些物质物理状态改变时产生的冷效应而获得低温源的过程。
总体上分为自然制冷和人工制冷。
⑵过冷、过冷度；
过冷：
液体冷却到平衡的凝固点（或液相线温度）以下，而没有凝固的现象。
这是不稳定平衡状态，较平衡状态的自由能高，有转变成固态的自发倾向。
过冷度：
每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。
⑶解冻比冻结困难的原因；
①先外后内，液态吸热能力增强；
②Cpi＝0.5Cpw；
li＝4λw；
ai＝9aw
③冻结和解冻的温度要求不同；
④冻结时水分向胞外移动，组织持水力下降。
⑷水分冻结率公式的应用；
⑸最大冰晶生成带，食品制冷量的估算方法；
最大冰晶生成带：
水分冻结率变化最大的温度区域。
食品的最大冰晶生产带
放热量Q（kJ/kg）：
冷却放热——qc
冻结放热——qf
冻后放热——qi
⑹蒸气机械压缩制冷的原理，采用多级制冷的适用条件；
蒸气机械压缩制冷的原理：
低压低温的液态制冷剂吸收热量而沸腾蒸发，成为低温低压的蒸气；
经压缩成为高温高压气体；
再经冷凝成为高压常温的液体；
经膨胀成低温低压的液体；
吸热蒸发进入下一循环。
采用多级制冷的适用条件：
压缩比大于8，或需要低于－30℃以下的制冷环境或冷蒸气压强大于1.2MPa。
6.了解热力杀菌的有关原理，D值、F值、Z值。
巴氏杀菌
热杀菌
高温灭菌（阿氏杀菌）
商业无菌：
用高温灭菌的方法，杀死食品中致病菌、腐败菌和绝大多数微生物，使残存的非致病菌在食品正常贮藏条件下不能生长繁殖。
杀菌对象菌：
指作为确定杀菌达到指标的几种具有代表性的微生物。
D值：
在一定的致死温度条件下，杀死90％微生物所需的加热时间。
F值：
罐头食品杀菌中，确定达到商业无菌的理论杀菌值（时间、min）。
当杀菌温度为121.1℃时记为F0。
Z值：
某温度下对应杀菌致死时间的常用对数值变化为1时所对应的温度变化量。
第七章传质应用
1.传质
⑴传质概念，传质的推动力，N、J表示的传质通量的区别；
传质：
物质从一相向另一相转移的过程——质量传递,食品工程中重要的传质过程：
气体吸收、吸附、离子交换膜分离，固液浸提、萃取超临界流体萃取，蒸馏、精馏，干燥。
传质的推动力：
质量传递的推动力是浓度差（温度，压力，电场）。
传质通量------传质速率：
单位时间通过垂直于传质方向单位面积上物质的量，是传质速度与浓度的乘机。
N——以绝对速度表示。
ni=ρiuin=∑nikg/（㎡·
s）
Ni=ciuiN=∑Nikmol/（㎡·
J——以扩散速度表示。
jI=ρi（ui－u）j=∑jkg/（㎡·
Ji=ci（ui－u）J=∑Jikmol/（㎡·
⑵分子扩散、涡流扩散、对流扩散的含义，主体流动与扩散流的区别，单向扩散和等分子逆向扩散举例；
分子扩散（分子传质）：
因浓度差引起的仅靠分子无规则热运动而产生的宏观统计结果的传质现象。
传质速率与浓度梯度的大小成正比。
涡流扩散：
依靠流体湍动和漩涡而引起的质点物质的扩散。
对流扩散：
指两相界面间因流体流动引起的物质传递过程。
主体流动与扩散流的区别：
扩散流是微观运动的宏观表现，传递的是组分A或B；
主体流动是宏观运动，携A、B流向界面2。
单向扩散和等分子逆向扩散举例：
P/PBM（C/CBM）的作用如顺水推舟。
即主体流动将加强分子扩散，使其通量加大，故称为“漂流因子”或移动因子。
当A组分浓度很小时，P/PBM≈1，则单向扩散近于等分子扩散。
例如：
理想态的精馏、离子交换属于等分子双向扩散；
结晶、吸收、吸附、浸取属于单向扩散（如下图）。
对传质设备的基本要求：
设法增加两相充分接触的机会。
①增加相间接触面积；
②增大湍动程度；
③相间有较大的推动力（物理、浓度）；
④传质后能分离完全；
⑤结构简单，操作方便，能耗小等。
⑶填料塔和板式塔的特性及特点
填料塔特性（微分传质设备）：
塔内以填料为气液接触的元件，液体自上而下在填料上分布，形成大面积液膜，气体自下而上与液体充分接触，进行传质。
塔内浓度沿塔高呈连续性变化，且自上而下逐渐增加，故称之为连续性接触式气液交换设备，也称微分接触式传质设备
结构简单，压降低，适于真空蒸馏，属大气量的气液传质设备，填料种类选择多，耐腐蚀
板式塔特性板（分级传质设备）：
在塔中设置带孔道的塔板，可供上升气体通过并与下降的液体在塔板上充分接触，液体靠自然重力下降，气体靠压强上升，在宏观上气液呈逆流接触状态，塔内溶液浓度自上而下逐渐增加。
因每板上气液呈错流交换，呈分级状，故称之为分级接触式传质设备。
空塔气速高，生产能力大气液比范围较广，放大生产稳定性好，结构复杂，压降高。
2.吸收与解吸
●吸收的概念及在食品工业中的应用举例，吸收传质方向的判定。
吸收：
依不同气态组分在溶剂中溶解度的差异，用适当的液体与混合气体接触，使气体中的一个或几个组分溶解于溶剂中，形成溶液，而难溶组分保留在气相中，从而达到使混合气体分离的单元操作。
概念：
液体—吸收剂；
被溶解的气态组分—吸收质，不被吸收的组分—惰性气体（载体）。
食品工业中的应用：
碳酸饮料、净化气体、水果香精的回收、氢化油脂制造、CO2气体在葡萄酒表面吸收起抑菌保藏作用。
传质方向：
视溶质气体在气相中的分压pA与其液相平衡分压p﹡的大小比较而定。
3.蒸馏
⑴蒸馏的分类，蒸馏和精馏的概念，自由度计算公式；
蒸馏distiling：
利用液体中组分具挥发性而成为蒸气的特性，借不同组分挥发成气态能力的差异，分离液体混合物的单元操作。
精馏rectify：
溶液受热沸腾气化后，易挥发组分在气相中的浓度高，难挥发组分在液相中的浓度高，若经多次气化和冷凝，最终在气相中得到较纯的易挥发组分，在液相中得到高浓度难挥发组分，这一单元操作即为精馏。
相率和拉乌尔定律：
相律是研究相平衡关系的基本规律，是确定气液平衡参数的理论基础。
当相平衡时：
F（自由度数）=N（分组数）-Φ（相数）。
⑵用相对挥发度α判别体系能否用蒸馏进行分离的数值范围；
此式意义：
可用于衡量某体系是否适于用蒸馏的方法进行分离。
通常情况下，如用y、x表示易挥发组分，α≥1,α越大越利于用蒸馏的方法分离；
当α=1,y＝x，混合物不宜用一般蒸馏法分离。
一般情况下，α 是温度、压强和浓度的函数，T升高α略减；
当压强增加α也略减。
※食品工业中物料相对挥发度变化不是很大。
⑶精馏中回流比的概念及其产生的影响（全回流、适宜回流比、R大、R小的影响）。
L为回流量，D为产品量，R＝L/D称回流比。
回流比的影响：
R增大，塔内的气液两相的推动力加大，分离所需的理论塔板数减少，说明分离效率高，但所消耗的能量加大。
R为无穷大时称全回流。
此时精馏、提馏线与对角线重合。
在生产中无实际意义，只用来开工初期测定全塔效率或进行研究。
R减小，分离效果差，能耗小。
因此需选择合适的回流比，以塔效率和达到产品的要求为评价标准。
第九章食品干燥原理
（1）去湿，去湿方法，狭义干燥和广义干燥；
目的：
保藏性能、运输性能、加工性能。
去湿（dehumidification）：
用各种方法去除食品原料、半成品、成品中绝大部分水分的操作。
去湿方法：
机械法、理化法、热能法。
广义干燥：
将物料中水分汽化排除的操作。
狭义干燥：
将固体中水分汽化排除的操作。
副作用：
营养、组织、外观、复水。
（2）目前常用的食品干燥方法；
按压力状况分为——真空、常压；
按操作方式分为——间歇、连续；
按传热方式分为——气流、传导、辐射干燥。
特殊干燥法——冷冻干燥（真空冷冻、冷冻升华）喷雾干燥、高频介电干燥。
补充：
干燥过程中既有热量传递又有质量传递；
食品工业中最具规模化应用的是气流干燥；
食品工业中干燥所用的能量为热能或电磁能。
（3）RH在干燥中的意义，湿球温度计温度形成原理及作用，判断干燥过程在水分大量逸出时物料温度的方法；
RH在干燥中的意义：
越小越容纳多的水蒸气，反之无能力容纳湿空气。
RH大的气体不能作干燥介质。
湿球温度计温度形成原理：
当湿球置于未饱和空气中时湿球表面水分蒸发，此汽化过程要吸收热量，故使水温下降，此时外界热量因温度差而向湿球转移。
如果外界传给水的热量小于汽化吸热，则水温继续下降。
当外界热量补偿能力增加到足以与汽化吸收热量平衡时，湿球水温将不再发生变化则此时温度即为湿空气的湿球温度。
湿球温度的意义：
①表示了物料处在水分大量蒸发时物料的温度；
②可据此判断空气的湿度；
③可用于计算湿空气的湿度。
判断干燥过程在水分大量逸出时物料温度的方法：
当加热温度为200℃时，大量外逸湿空气的温度为106℃，若此时湿球温度为65℃，则物料的温度必不超过65℃。
（4）湿基含水量和干基含水量的概念及二者间的换算；
湿基含水质量分数
干基含水质量分数
换算
（5）水分蒸发量的计算；
（6）内扩散和外扩散，表面汽化控制与内部汽化控制；
外扩散——物料受热后表面水分汽化，蒸汽压上升。
与环境空气蒸气压形成压差，水蒸气必向外扩散。
内扩散——因温度梯度作用，引起内部水分双向移动；
同时因表面水分蒸发引起的dw/dx导致水分向外扩散。
表面汽化控制——因表面汽化作用受阻而使得内部水分扩散受阻的现象。
内部扩散控制——因内部扩散受阻而引起表面水分蒸发受阻的现象。
（7）干燥特性曲线的变化规律及相互关系。
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