食品工程原理复习资料

Fe大题计算：mainly蒸发、蒸馏、干燥

may制冷、传热/综合传热（e.g Q=KAΔT m）

第八章蒸发

将含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质溶度提高的单元操作成为蒸发（evaporation）或浓缩，所采用的设备称为蒸发器。

蒸发操作中的热源常采用新鲜的饱和水蒸气，又称生蒸气。从溶液中蒸出的空气称为二次蒸气，以区别生蒸气。

蒸发过程中的二次蒸气直接冷凝而不被再利用的称为单效蒸发。若将二次蒸汽引入另一蒸发器作为热源，这样的蒸发操作称为多效蒸发。

溶液与纯水的沸点之差称为沸点升高，一般而言，稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液升高值较大。

对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。

蒸发过程中引起温度差损失的原因：

①溶液的蒸气压下降（沸点升高）

②加热管内液柱静压强

③管路流体阻力

多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸气作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸气的冷凝器，仅第一次需要消耗生蒸气，这就是多效蒸发的操作原理。

蒸发量与传热量成正比，多效蒸发并没有提高蒸发量，只是节约了加热蒸气。在相同的操作条件下，多效蒸发器任意一效的生产能力并不比其传热面积相等的单效蒸发器的生产能力高。

1 顺流法

蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。

优点：（1）在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间流动不需用泵；

（2）料液的沸点依效序递降，使前效料进入后效时放出显热，供一部分水汽化；

（3）料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对热敏性物料有利。

缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在后二效中尤为严重。

2 逆流法

料液与蒸气流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸气的流向仍是由第一效顺序至末效。

优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，传热系数较大。

缺点：（1）各效间需用泵输送；

（2）无自蒸发；

（3）高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。

第十章蒸馏

原理：在热能驱动下，利用混合液中各组分具有不同的挥发能力，使各组分在气、液两相中的组成比发生改变，即易挥发组分（轻组分）在气相中浓度增大，难挥发组分（重组分）在液相中浓缩。蒸馏就是利用混合物中各组分挥发能力的差异，将各组分分开的单元操作。

蒸馏按操作方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏及特殊精馏等多种方法；按操作压力分为加压蒸馏、常压蒸馏和真空蒸馏；按操作是否连续可分为连续精馏和间歇精馏；按原料

中所含组分数目可分为双组份（二元）蒸馏及多组分（多元）蒸馏。

二元蒸馏是分离的基础

常压下双组分的连续精馏

根据溶液中同分子间和异分子间作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液。理想溶液是指一种分子间相互吸引力不因混合而有所变化，形成的混合溶液无容积效应，也无热效应的混合溶液。

当α>1时，表示组分A较B容易挥发，α愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。

当α=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法加以分离。

T-x-y图：1.只有气液混合区才能分离

2.全部冷凝或蒸发起不到分离作用

3.上曲线是露点线，下曲线是泡点线

X-y图：1.越往上，温度越低

2.平衡曲线离对角线越远，越利于精馏分离

硝酸--水：最高恒沸点121.9℃

乙醇--水：最低恒沸点.78.15℃

恒沸点处相对挥发度为1

如果经过某一塔板的气、液两相充分混合，在离开该板时气、液两相温度相等、组成达到平衡，这样的塔板称为理论板（theoretical tray）。

恒摩尔气流：每层塔板上升的气相摩尔流量不变

恒摩尔液流：每层塔板下降的液相摩尔流量不变

恒摩尔流应满足的条件：1.各组分的摩尔汽化热相等

2.气、液接触时因温度不同，可以忽略交换的显热

3.塔设备保温良好，热损失可以忽略不计

第一相线, q > 1, 冷液体进料；

垂直线, q = 1, 泡点进料；

第二相线, 0 < q <1, 汽液混合物进料；

水平线, q = 0, 饱和蒸汽进料；

第三相线, q < 0, 过热蒸汽进料。

蒸气温度越高，则q越小，则精馏段板数增加，提馏段板数较少，则进料口降低。

第十一章干燥

干燥（drying）是利用能量除去固体物料中的湿分的单元操作，是食品加工的重要单元操作之一。

脱水（dehydration）与去湿

干燥是传质与传热的单元操作

当pv=0时，φ=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。

当pv=ps时，φ=1，表示湿空气为饱和空气。

相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，φ值与越小，则吸湿能力越大。

湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气的吸湿能力。 露点 Dew Point

不饱和的空气在湿含量Ｈ不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点(Dew Point),用符号 td 表示。

在露点时，空气的湿度为饱和湿度，φ=1。

湿空气的湿度越大，td 越高。 干球温度 t ：空气的温度

湿球温度tw ：不饱和空气的湿球温度tw 低于干球温度t 。

对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。

图示为一绝热饱和器，设有温度为t ，湿度为Ｈ的不饱和空气在绝热饱和器内与大量水接触，水用泵循环，若设备保温良好，则热量只在汽液两相之间传递，而对周围环境是绝热的。这时可认为水温完全均匀，故水向空气中汽化时所需的潜热，只能取自空气中的显热，这样，空气的温度下降，而湿度增加，即空气失去显热，而水汽将此部分热量以潜热的形式带回空气中，故空气的焓值可视为不变（忽略水汽的显热），这一过程为空气的绝热降温增湿过程及等焓过程。 绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再 下降，而等于循环水的温度，称此温度为该空气的绝热饱和温度， 用符号tas 表示，其对应的饱和湿度为Ｈas ，此刻水的温度亦为 tas 。 在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽

化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其

焓值不变。 对于不饱和湿空气： t>tas （或tw ）>td 对于饱和的湿空气： t ＝ tas （或tw ） ＝td 等温线： 等焓线：

干燥过程分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。

恒速干燥阶段：如BC 段所示（AB 段为物料预热段，此段所需时间很短，一般并入BC 段考虑）。

此阶段特点：

除去的水分是非结合水；

属于表面汽化控制阶段；

物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度；

干燥速率的大小，主要取决于空气介质的性质，而与湿物料的性质关系很小。 空气 tas ，Has ，I2 空气 t ，H ，I1 补充水 tas 水 t a s