农学硕士联考食品工程原理2Word格式文档下载.docx

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由渗透压计算式，得：

πb=RT∑csi=8.314×

298×

2×

0.1709

=847（kPa）=0.847（MPa）

πp=RT∑csi=8.314×

0.00684

=33.9（kPa）=0.0339（MPa）

Δπ=0.847-0.0339=0.813（MPa）

[*]

（3）.溶质的渗透系数B。

（溶质的渗透系数B。

[*]）

0MPa压差和25℃下，有效面积5cm2的醋酸纤维素膜的纯水透过流量为0.1kg/h，对NaCl水溶液反渗透，料液摩尔分数为9×

10-3，溶液透过总量为0.07kg/h，测得透过液中NaCl的摩尔分数为1×

10-3，水溶液的密度近似于纯水。

NaCl水溶液的渗透压可表示为π=Bxs，B=255MPa。

求：

（1）.水的渗透系数A；

对于纯水试验，Δπ=0[*]）

（2）.料液侧膜表面NaCl的摩尔分数；

（料液侧膜表面NaCl的摩尔分数。

先计算透过液的渗透压：

π=Bxs=255×

1×

10-3=0.255（MPa）

因为溶液很稀，[*]，故有：

所以[*]

透过液中溶质盐的流量为：

Qs=Qpcp=0.07×

10-3×

0.0556×

58.5=2.277×

10-4（kg/h）

Qw=Qp-Qs=0.07-2.277×

10-4=0.06977（kg/h）

代入数据：

解得：

πSM=3.286（MPa）

将其代入π=255xs中，解得：

xs=xSM=0.0129）

在一传热面积为85m2的单效真空蒸发器中，将5000kg/h的某种水溶液从10%浓缩到40%。

蒸发器的操作压强为20kPa，加热蒸汽为100kPa，进料温度为25℃，比热容为3.90kJ/（kg·

℃）。

蒸发器的总传热系数为1100W/（m2·

℃），温差损失为10℃。

附：

20kPa和100kPa下水的饱和温度分别为60.1℃和99.6℃，汽化潜热分别为2355kJ/kg和2260kJ/kg。

8.01）

（1）.热损失占总传热量的百分数（即QL/Q）；

2.67）

（求QL/Q。

溶液的沸点为：

t1=T'

1+Δ=60.1+10=70.1（℃）

水分蒸发量为：

F=5000/3600=1.389（kg/s）

Q=KSΔT=1100×

85×

（99.6-70.1）=2.758×

106（W）

又由热量衡算，得：

Q=Wr'

+Fcp0（t1-t0）+QL

=1.042×

2355×

103+1.389×

3.90×

103×

（70.1-25）+QL

=2.698×

106+QL（W）

所以QL=2.758×

106-2.698×

106=6.00×

104（W）

（2）.加热蒸汽消耗量；

（求蒸汽消耗量D。

D=Q/r=2.758×

106/（2260×

103）

=1.22（kg/s））

（3）.浓缩液的流量。

（求浓缩液流量（F-W）。

F-W=1.389-1.042=0.347（kg/s））

用一常压、连续操作的单效蒸发器蒸发5%（质量）的水溶液，加料量为5000kg/h，进料温度为30℃，被浓缩到10%（质量）。

传热面积为100m2，用120℃的饱和水蒸气加热。

料液的比热为4.0kJ/（kg·

℃），温差损失为10℃，热损失可忽略。

常压下水的汽化潜热为2258kJ/kg。

（1）.水的蒸发量和浓缩液的量；

3.00）

（求W，（F-W）。

W=F（1-x0/x1）=1.389×

（1-5/10）=0.6945（kg/s）

所以F-W=1.389-0.6945=0.6944（kg/s））

（2）.蒸发器的传热系数。

（求K。

[*]

（1）

其中t1=Δ+T'

1=10+100=110（℃）

+Fcp0（t1-t0）

=（0.6945×

2258+1.389×

4×

（110-30））×

103

=2.013×

代入式

（1），得：

在单效蒸发器中浓缩苹果汁。

已知原料液温度43.3℃，浓度11%，比热3.9kJ/kg·

℃，进料流量0.67kg/s。

蒸发室沸点60.1℃，浓缩液浓度75%。

加热蒸汽压强为200kPa（表压），加热室传热系数为943W/m2·

℃。

假设可以忽略温度差损失和热损失，当地大气压按100kPa计。

饱和水蒸气表

压强/kPa

温度/℃

焓/（kJ/kg）

汽化热/（kJ/kg）

液体

蒸汽

9.0

20.0

200

300

43.3

60.1

120.2

133.3

181.6

251.51

493.71

560.38

2574.8

2606.4

2709.2

2728.5

2393.6

2354.9

2204.6

2168.1

9.00）

（1）.蒸发水量；

（求W。

W=F（1-x0/x1）=0.67×

（1-11/75）=0.572（kg/s））

（求D。

+Fcp0（t1-t0）=0.572×

2354.9+0.67×

3.9×

（60.1-43.3）

=1.391×

103（kJ/s）

（3）.传热面积。

（求S。

在单效真空蒸发器内，每小时将1500kg牛奶从质量分数15%浓缩到50%。

已知进料的平均比热容为3.90kJ/（kg·

K），温度为80℃，加热蒸汽表压105Pa，出料温度为60℃，蒸发器传热系数为1160W/（m2·

K），热损失可取为5%，温差损失可忽略。

附水蒸气数据：

105Pa时的温度为120%，汽化潜热为2205.2kJ/kg；

60℃时二次蒸汽的汽化潜热为2355.1kJ/kg。

试求：

18.00）

（1）.蒸发水量和成品量；

（蒸发水量和成品量。

蒸发水量：

[*]成品量：

（加热蒸汽消耗量。

（3）.蒸发器传热面积。

（蒸发器传热面积。

（4）.在某次试验研究中，桃浆以65kg/h的流量进入连续真空蒸发器进行浓缩。

进料温度为16℃，固形物含量为10.9%。

产品排出温度为40℃，固形物含量为40%。

采用121℃蒸汽加热，二次蒸汽在间壁式冷凝器中冷凝，离开冷凝器的冷凝水温度为38℃。

（1）产品和冷凝水的流量；

（2）加热蒸汽消耗量（热损失不计）；

（3）若冷却水进冷凝器时温度为21℃，离开时为29.5℃，求其流量。

附：

桃浆进料比热容可取为3.9kJ/（kg·

K），冷却水比热容取为4.187kJ/（kg·

K）。

温度为121℃时蒸汽的汽化潜热为2202.5kJ/kg，38℃温度时的汽化潜热为2405.6kg/kg。

（F=65/3600=0.0181kg/s

（1）产品和冷凝水的流量。

产品量：

冷凝水量：

W=F-L=0.0181-4.92×

10-3=0.0131（kg/s）

（2）蒸汽消耗量。

（3）冷却水流量。

（5）.临时需要将850kg/h的某种水溶液从15%连续浓缩到35%。

现有一传热面积为10m2的小型蒸发器可供使用。

原料液在沸点下加入蒸发器，估计在操作条件下溶液的各种温度差损失为18℃。

蒸发室的真空度为80kPa。

假设蒸发器的总传热系数为1000W/（m2·

K），热损失可以忽略。

试求加热蒸汽压强。

当地大气压为100kPa。

绝压20kPa时，水的饱和温度为60.1℃，汽化潜热为r'

=2354kJ/kg。

（F=850/3600=0.236（kg/s）。

总水分蒸发量：

由于沸点进料，且忽略热损失，则传递的热量为：

=0.134×

2354×

103=315.4×

103（W）

传热温差为：

1+Δ=60.1+18=78.1（℃）

加热蒸汽温度为：

T=Δt+t1=31.5+78.1=110（℃）

查得该温度下蒸汽压力为143kPa。

）

（6）.对某糖类真空蒸发器的传热系数进行实际测定。

蒸发器内料液质量分数为50%，加热蒸汽的压强为2×

105Pa，分离室内真空度为80kPa，大气压强可取为101330Pa。

沸点进料，经3h试验后得蒸发的水分量为2.7×

104kg。

已知蒸发器传热面积为100m2。

已测得温差损失为14.6℃，假定热损失为总传热量的2%，试求传热系数。

21.33kPa下水的饱和温度为61℃，汽化潜热为2352.1kJ/kg；

压强为2×

105Pa，饱和温度为120.2℃。

（溶液的沸点：

1+Δ=61+14.6=75.6（℃）

水分蒸发量：

由于沸点进料，其传热量为：

1+QL=1.02×

7.5×

2352.1×

=5.998×

传热系数：

用温度为20℃、湿度为0.005kg/kg绝干气的新鲜空气，在常压绝热干燥器内将湿物料自含水分50%干燥至5%（均为湿基）。

湿物料处理量为1500kg/h，空气在预热器内被加热到95℃后送入干燥器，预热器的热损失可忽略，空气出干燥器的温度为40℃。

30.00）

（1）.在湿焓图上绘出空气状态变化过程示意图；

（在H-I图上空气状态变化过程如下图0→1→2所示：

（2）.求预热器的耗热量；

（求QP。

QP=L（I1-I0）

（1）

其中：

I0=（1.0+1.93H0）t0+2500H0=（1.0+1.93×

0.005）×

20+2500×

0.005

=32.69（kJ/kg）

I1=（1.0+1.93H1）t1+2500H1=（1.0+1.93×

95+2500×

=108.4（kJ/kg绝干气）

由I1=I2=（1.0+1.93H2）×

40+2500H2

可解得：

H2=0.02654（kg/kg绝干气）

除去的水分量：

干空气流量：

代入式

（1）得：

QP=3.30×

104×

（108.4-32.69）=2.50×

106（kJ/h）=694（kW））

（3）.求新鲜湿空气的体积流量。

（求V。

（4）.在常压理论干燥器中，从湿物料中去除水分的速率为0.0278kg水/s。

进入预热器的湿空气温度为288K，湿度为8.49×

10-3kg/kg绝干气，离开干燥器的湿空气温度为317K，湿度为0.0292kg/kg绝干气。

（1）干空气的流率和预热器所提供的热量；

（2）预热器出口空气的温度。

（本题属于简单干燥过程。

（1）求L和QP。

QP=L（I1-I0）

等焓干燥，则I1=I2，故

QP=L（I2-I0）

I0=（1.0+1.93H0）t0+2500H0

=（1.0+1.93×

0.00849）×

（288-273）+2500×

0.00849

=36.5（kJ/kg绝干气）

I2=（1.0+1.93H2）t2+2500H2

0.0292）×

（317-273）+2500×

0.0292

=119.5（kJ/kg绝干气）

QP=1.342×

（119.5-36.5）=111.4（kW）

（2）求t1。

因为

I1=（1.0+1.93H1）t1+2500H1

0.00849）t1+2500×

=I2=119.5（kJ/kg绝干气）

t1=96.7（℃））

（5）.温度为20℃，湿度为0.01kg/kg绝干气的湿空气，在预热器内被加热到85℃后进入干燥器，干燥器中没有补充热量。

空气离开干燥器时的温度为35℃，估计每蒸发1kg水干燥器净收入的热量为-1591kJ。

新鲜湿空气的流率为2.78kg/s，求水分汽化速率。

（水分汽化量（速率）为

W=L（H2-H1）

（1）

由于L'

=L（1+H0）

所以L=L'

/（1+H0）=2.78/（1+0.01）=2.75（kg绝干气/s）

而H1=H0，ε=-1591kJ/kg汽化水

0.01）×

85+2500×

0.01

=111.6（kJ/kg）

将其代入[*]中，得：

[*]

（2）

I2=（1.0+1.93H2）×

35+2500H2（3）

（2）、（3）式联立，解得：

H2=0.0222（kg/kg绝干气）

I2=92.2（kJ/kg绝干气）

将H2之值代入

（1）式中，得：

W=2.75×

（0.0222-0.01）=0.0336（kg/s））

（6）.某干燥过程由于工艺要求，采用部分废气循环，即废气返回一部分与新鲜空气混合后再进入预热器。

新鲜空气的温度为18℃，湿度为0.006kg/kg绝干气；

离开干燥器时的温度为58℃，湿度为0.0575kg/kg绝干气。

要求混合气体（循环的废气+新鲜空气）的湿度为0.045kg/kg绝干气，设干燥器为理论干燥器。

（1）蒸发1kg水分所需的新鲜空气量和热量；

（2）混合气体离开预热器的温度；

（3）废气循环量。

（画出流程示意图：

（1）求l和qP。

0.006）×

18+2500×

0.006

=33.2（kJ/kg绝干气）

I2=（1.0+1.93H2）t2+2500H2=（1.0+1.93×

0.0575）×

58+2500×

0.0575

=208.2（kJ/kg绝干气）

l=L/W=1/（H2-H1）=1/（0.0575-0.006）

=19.42（kg绝干气/kg汽化水）

理论干燥器，I1=I2

qP=l（I1-I0）=l（I2-I0）

=19.42×

（208.2-33.2）=3400（kJ/kg汽化水）

因为I1=（1.0+1.93H1）t1+2500H1=（1.0+1.93×

0.045）t1+2500×

0.045

=I2=208.2（kJ/kg绝干气）

t1=88.1℃

（3）求lR。

以1kg汽化水为基准，对混合点m用混合公式，设循环废气中绝干空气量为lR，则有：

即[*]

所以lR=60.6（kg绝干气/kg汽化水）

l'

R=l（1+H2）=60.6×

（1+0.0575）=64.1（kg废气/kg汽