食品工程原理思考题与习题.docx
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食品工程原理思考题与习题
思考题与习题
绪论
一、填空
1同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用〔〕来确定最终的方案。
2单元操作中常用的五个基本概念包括〔〕、〔〕、〔〕、〔〕和〔〕。
3奶粉的生产主要包括〔〕、〔〕、〔〕、〔〕、〔〕等单元操作。
二、简答
1什么是单元操作？
食品加工中常用的单元操作有哪些？
2“三传理论”是指什么？
与单元操作有什么关系？
3如何理解单元操作中常用的五个基本概念？
4举例说明三传理论在实际工作中的应用。
5简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。
三、计算
1将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。
已知20％蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。
2在含盐黄油生产过程中，将60%（质量分数）的食盐溶液添加到黄油中。
最终产品的水分含量为15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。
3将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。
假设鲜橘汁进料流量为1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。
4在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸气温度℃℃。
求蒸气消耗量。
5在碳酸饮料的生产过程中，已知在0℃和1atm下，1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。
试计算该饮料中CO2的
（1）质量分数；
（2）摩尔分数。
忽略CO2和水以外的任何组分。
6采用发酵罐连续发酵生产酵母。
20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。
初始接种物中含有1.2%的酵母细胞，将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。
在发酵罐内，酵母以每2.9h增长一倍的生长速度稳定增长。
从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心别离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母，占发酵液中总酵母的97%。
试计算从离心机中别离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W（假设发酵液的密度为1000kg/m3）。
第一章流体流动
一、名词解释
1流体的黏性
2牛顿流体
3流体的稳定流动
4层流边界层
二、填空
1通常把（）流体称为理想流体。
2牛顿黏性定律说明，两流体层之间单位面积的（）与垂直于流动方向的（）成正比。
3流体在管道中的流动状态可分为（）和（）两种类型。
4在过渡区内，流体流动类型不稳定，可能是（），也可能是（），两者交替出现，与（）情况有关。
5流体的流动状态可用（）数来判断。
当其>（）时为（）；<（）时为（）。
6流体在管道中的流动阻力可分为（）和（）两类。
7当流体在圆管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为（）。
8根据雷诺数的不同，摩擦系数-雷诺数图可以分为（）、（）、（）和（）四个区域。
9管路系统主要由（），（）和（）等组成。
10局部阻力有（）和（）两种计算方法。
三、选择
1液体的黏性随温度升高而（），气体的黏性随温度升高而（）。
A.升高，降低；B.升高，升高；C.降低，升高
2砂糖溶液的黏度随温度升高而（）。
A.增大；B.减小；C.不变
3层流时流体在圆管内的速度分布规律为（）形式。
A.二次曲线；B.直线；C.指数
四、简答
1推导理想流体的柏努利方程。
2举例说明理想流体柏努利方程中三种能量的转换关系。
3简述流体流动状态的判断方法及影响因素。
4如何用实验方法判断流体的流型？
5说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。
五、计算
1某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103Pa，设备安装地的大气压强为90.8×103Pa，试求真空浓缩器内的绝对压强。
2一敞口储槽内贮存有椰子油，其密度为910kg/m3，已知：
Z1，Z2=1.8m；槽侧壁安装的测压管上段液体是水，测压管开口通大气。
求槽内油面的位置高度h。
3某设备进、出口的表压强分别为－13kPa和160kPa，当地大气压为101.3kPa，求该设备进、出口的压强差。
4用一串联U形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv,U形管压差计指示液均为水银，连接两U形管压差计的倒U形管内充满水，已知从右至左四个水银面与基准水平面的垂直距离分别为h1=2.2m、h2=1m、h3=2.3m、h4=1.3m。
锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h5=3m。
求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压pv。
5试管内盛有10cm高的水银，再于其上加入6cm高的水。
水银密度为13560kg/m3，温度为20℃，当地大气压为101kPa。
求试管底部的压强。
6在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图，其垂直细支管〔水封管〕用以排除输送管道内的少量积水。
已知压缩空气压强为50kPa〔表压〕。
试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。
7贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油，油面高于槽底9.6m，油面上方通大气，槽侧壁下部开有一个直径为500mm的圆孔盖，其中心离槽底600mm。
求作用于孔盖上的力。
mmmm，外管为Φ6mmmm的焊接钢管。
果汁密度为1060㎏/m3，流量为6000㎏/h；加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动，其密度为0.9635㎏/m3，流量为120㎏/h。
求果汁和饱和水蒸气的平均流速。
9水流经一文丘里管如此题图示，截面1处的管内径为0.1m，流速为0.5m/s，其压强所产生的水柱高为1m；截面2处的管内径为0.05m。
忽略水由1截面到2截面流动过程的能量损失，求1、2两截面产生的水柱高差h为多少米？
10某植物油流过一水平渐缩管段，管大头内径为20mm，小头内径为12mm，现测得这两截面间的压强差为1000Pa，该植物油的密度为950kg/m3，不计流动损失。
求每小时油的质量流量。
m（不包括出口压头损失）。
高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？
1220℃下水在50mm内径的直管中以3.6m/s的流速流动，试判断其流动类型。
1337℃下血液的运动黏度是水的5倍。
现欲用水在内径为1cm的管道中模拟血液在内径为5mm的血管中以15cm/s流动过程的血流动力学情况，实验水流速度应取为多少？
14果汁在内径为d1的管路中作稳定流动，平均流速为u1，假设将管径增加一倍，体积流量和其他条件均不变，求平均流速为原来的多少倍？
15如此题图示，将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上，输水量为50m3/h,吸水管采用Φ114×4㎜的电焊钢管，包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf=5J/kg,当地大气压强为1.0133×105Pa。
求该泵吸入口处的真空度。
16用泵输送某植物油，管道水平安装，其内径等于10mm，流量为0.576m3/h，油的粘度为50黏度0-3Pa⋅s，密度为950kg/m3。
试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。
17用离心泵将某水溶液由槽A输送至高位槽B,两槽液面维持恒定并敞开通大气，其间垂直距离为20m。
已知溶液密度为1200kg/m3，溶液输送量为每小时30m3,管路系统各种流动阻力之和∑hf=36J/kg,该泵的效率为0.65。
求泵的轴功率。
18某饮料厂果汁在管中以层流流动，如果流量保持不变，问：
〔1〕管长增加一倍；〔2〕管径增加一倍；〔3〕果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2〔设密度变化极小〕。
试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。
19植物油在圆形直管内作滞流流动，假设流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变，只将管径减至原来的2/5，由流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？
20用泵将密度为930kg/m3、黏度为4黏度mPa⋅s的某植物油送至贮槽，管路未装流量计，但已知A、B两处压力表的读数分别为pA=1.2MPa，pB=1.12MPa，两点间的直管长度为25m，用管直径为Φ89×3.5mm的无缝钢管，其间还有3个90°的弯头。
试估算该管路油的流量。
21用一台轴功率为7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽〔见右图〕，溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa·s。
管子直径为Φ108×4mm、直管长度为70m、各种管件的当量长度之和为100m（不包括进口和出口的阻力），直管阻力系数为0.026。
输送量为50m3/h,两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。
泵的效率为65%。
。
试从功率角度考虑核算该泵能否完成任务。
22一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。
已知果汁密度为1030kg/m3，黏度为1.2×10-3Pa·s，蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50kPa,果汁输送量为16m3/h，当地大气压强为1×105Pa。
求泵的轴功率PZ。
23高位水槽底部接有一长度为30m〔包括局部阻力的当量长度〕、内径为20mm的钢管，该管末端分接两个处于同一水平面的支管，支管直径与总管相同，各支管均装有一相同的球阀〔ζ=6.4〕，因支管很短，除球阀的局部阻力外，其他阻力可以忽略。
高位槽水位恒定，水面与支管出口的垂直距离为6m。
试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。
第二章流体输送机械
一、名词解释
1离心泵的气蚀现象
2泵的工作点
3离心泵的安装高度
4离心泵的切割定律和比例定律
二、填空
1产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的（）下，输送（）时的性能曲线。
2离心泵的实际工作压头和流量不仅与（）的特性曲线有关，还与（）的特性曲线有关。
3离心泵压头的大小取决于（）、（）和（）。
4离心泵的工作点由（）曲线和（）曲线共同决定。
5为防止发生（）现象，泵的安装高度不能太高，可采取（），（）等措施提高泵的安装高度。
6管路系统主要由（），（）和（）等组成。
7泵的内部损失主要由（），（）和（）引起。
三、选择
1离心泵铭牌上标明的扬程是指（）。
A.功率最大时的扬程B.最大流量时的扬程
C.泵的最大扬程D.效率最高时的扬程
2一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。
发生故障的原因是（）
A.忘了灌水B.吸入管路堵塞C.压出管路堵塞D.吸入管路漏气
3两台相同的泵串联工作时，其压头（）一台泵单独工作时的两倍。
A.>B.4正位移泵的流量与（）有关。
A.泵的转速与结构B.管路阻力C.泵的压头
5离心泵的压头、流量均与流体的（）无关。
A.黏度B黏度密度C.温度
6液体的黏性随温度升高而（），气体的黏性随温度升高而（）。
A.升高，降低B.升高，升高C.降低，升高
7余隙系数越大，压缩比越大，则容积系数（）。
A.越小B.越大C.不变
8正位移泵的压头与（）有关。
A.泵的转速B.管路阻力C.流量
四、简答
1离心泵发生气蚀现象的原因是什么？
危害是什么？
应如何防止？
2根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。
3简述实际流体柏努利方程的物理意义。
4简述离心泵的结构和工作原理。
5简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。
五、计算
1已知离心泵吸入管内径为100mm，吸入管路总压头损失为12u2/2g〔u为吸管内水的流速，m/s〕，泵入口处真空表读数为45.33kPa。
试求吸水管内的流量〔m3/h〕。
已知水的密度为103m3/kg。
233/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中，管道出口比原料贮槽的液面高23m，吸入管内径为90mm，泵出口管内径为52.5mm。
假设管路系统的摩擦损失为53.8J/kg，泵的效率为70%，试计算泵的扬程和功率。
33/min的流量从一出口贮槽中吸上来，泵的入口管为内径50.8mm，长6.1m的40号钢管，有三个弯头。
水从泵中流出来后经过一长61m，内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中，排出口比贮槽的液面高6.1m。
〔1〕计算总摩擦损失；〔2〕计算泵所作的的功；3.泵的有效功率。
43/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。
假设罐的压力保持在600kPa的表压下，试求泵的能量。
忽略管道阻力。
第三章非均相物系的别离
一、名词解释
1非均相物系
2临界粒径
3重力沉降
4离心沉降
5沉降速度
6过滤速率
二、填空
1滤饼过滤有〔〕和〔〕两种典型的操作方式。
在实际操作中常用〔〕的操作方式。
2沉降室应做成〔〕形或在室内设置〔〕。
3沉降室的生产能力与〔〕和〔〕有关。
4除尘系统可以由〔〕、〔〕和〔〕组成。
5在除尘系统中，含尘气体可先在〔〕中除去较大尘粒，然后在〔〕中除去大部分尘粒。
6过滤有（）和（）两种基本方式。
7板框过滤机的工作过程主要有（），（）和（）等。
8滤饼过滤开始后会迅速发生（）现象。
在滤饼过滤中，真正起过滤作用的是（）。
9滤饼阻力的大小主要取决于（过滤介质）及其（）。
10非均相物系的别离遵循〔〕的基本规律。
三、选择
1在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的（）。
2对于可压缩性滤饼,其压缩系数为（）。
A.s=0；B.s<1；C.s>1
3过滤的推动力为（）。
4一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表逐渐上升，此时离心泵完全打不出水。
发生故障的原因是（）。
A.忘了灌水；B.吸入管路堵塞；C.压出管路堵塞；D.吸入管路漏气
四、简答
1简述旋风别离器的结构和设计原理。
2简述影响重力沉降的因素（以斯托克斯区为例）。
3设计一个含尘气体的别离系统，并简述各个设备的作用。
4简述降尘室的结构和设计原理。
5根据过滤基本方程，简述影响过滤的因素。
6简述板框压滤机的工作过程。
7设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。
8简述先恒速后恒压过滤的特点。
9简述用试验法求过滤常数的方法。
五、计算
1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m33，黏度为1.81×10-5Pa·s，水的黏度×10-3Pa·s。
2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3，其湿饼密度为1930kg/m3，悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。
该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验，测得过滤常数K=5.15×10-6m2/s。
现用一直径为1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机生产。
操作压力于试验相同，转速为1r/min，浸没角为125.5°，滤布阻力可忽略，滤饼不可压缩。
试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。
3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。
气体温度为375K，黏度P3。
现用一标准型旋风别离器别离其中的尘粒，别离器的尺寸为D=400mm，h=D/2，B=D/4。
含尘气体在进入排气管以前在别离器内旋转的圈数为N=5，气体流量Q=1000m3/h。
试计算其临界粒径。
4预用沉降室净化温度为20℃流量为250m3/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要求净化后的空气不含有直径大于10μm的尘粒，试求所需净化面积为多大?
假设沉降室低面的宽为2m，长5m，室内需要设多少块隔板?
已知20℃时，空气黏度为1.81×10-5Pa·s。
5假设分别采取以下各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。
已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。
〔1〕转筒尺寸按比例增大1倍；〔2〕转筒浸没度增大1倍；〔3〕操作真空度增大1倍1倍。
6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体，颗粒密度为1461kg/m3，溶液的密度为801kg/m3，黏度为10P，离心机转筒的r2=0.02225m，r1=0.00716m，碟片的半锥角为45。
，如果转速为2300r/min3/h。
计算出口流体中最大颗粒的直径。
第四章粉碎筛分混合乳化
一、名词解释
1粉碎
2粒度
3球形度
4筛分
5混合
6均匀度
7乳化
8均质
二、填空
1根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎被分为〔〕、〔〕、〔〕和〔〕四种。
2物料粉碎时所受到的作用力包括〔〕、〔〕和〔〕三种。
3粉碎操作方法包括〔〕、〔〕、〔〕和〔〕四种。
4磨齿排列有四种方式，即〔〕、〔〕、〔〕和〔〕。
5整个混合过程存在〔〕、〔〕和〔〕三种混合方式。
6从结构来看，桨叶有〔〕、〔〕、〔〕和〔〕四种形式。
7固体混合机按照结构可分为〔〕和〔〕两种；按照操作方式可分为〔〕和〔〕。
8乳化液形成的方法基本上可分为〔〕和〔〕两种。
9均质机按其结构及上作原理大致可分为〔〕、〔〕、〔〕。
三、选择
1对于中粉碎，成品粒度范围为（）。
A.5-50mmB.5-10mmC.100μm以下
2对于立方体形颗粒，球形度φs为〔〕。
3当乳化剂的亲水亲油平衡值（HLB）〔〕时，此乳化剂为亲水性乳化剂。
A.＞10B.＜10C.=10
四、简答
1食品加工中如何选用粉碎机？
2筛面的运动方式有哪些？
3简述固体混和中的离析现象及防止方法。
4影响乳化液稳定性的主要因素有哪些？
5乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些？
6简述肢体磨的结构及工作原理。
五、计算
1试计算立方体形颗粒的球形度和形状系数。
2如下表所示的粒度分布数据，试计算面积平均直径、体积平均直径和沙得平均直径。
粒度范围/μm
0~20
20~40
40~60
60~80
80~100
100~120
120~140
140~160
160~180
180~200
200~220
220~240
颗粒计数
5
20
50
106
95
88
52
26
10
6
4
2
3lkg谷物从最初粒度4mm磨碎到最后粒度1mm需要能量4.6kJ。
假设将此谷物从最初状态磨碎至粒度为0.2mm，所需的能量是多少?
4有带旋桨式搅拌桨的混合器来搅拌某工业产品。
已知容器直径为1.63m，器内液层深度为1.5m，甘油的密度为1200kg/m3，黏度为16。
假设搅拌器转速为500r/min，测得电机功率为12kW，试求搅拌器的直径。
第五章流态化与气体输送
一、名词解释
1悬浮速度
2临界流化速度
3流化数
4密相流化床
5夹带别离高度
6气力输送
二、填空
1按照流化状态，流态化可分为〔〕流态化和〔〕流态化两种形式。
2为防止从床层中带出固体颗粒，流化床操作气速必须保持在（）和（）之间。
3流化床中常见的不正常现象主要有（）和（）。
4在流化床中，如果床层过高，可以增加（），破坏（），防止（）现象发生。
5气力输送的形式主要有（）式气力输送、（）式气力输送和（）式气力输送三种。
6同一气力输送装置，输送松散物料可选（）的混合比。
三、选择
1在流态化阶段，流化床床层的压强降与（）有关。
A．流体流速；B．床层高度；C．A和B
2当流体通过床层时分布不均匀，则大量流体与固体颗粒不能很好地接触，就会产生“短路”，这种现象称为〔〕。
A．沟流现象B．断流现象C．腾涌现象
3就物料颗粒群在水平管道中的运动状态而言，停滞流又可称为〔〕。
A．均匀流B．管底流C．疏密流D．集团流
4以下哪种气力输送的形式适用于输送细小、贵重或危害性大的粉状物料。
〔〕
A．吸运式B．压送式C．混合式D．循环式
5利用两相流旋转时离心力的作用使物料与气流别离的卸料器为〔〕。
A．容积式B．三角箱C．离心式D．压力式
四、简答
1气力输送的特点是什么？
2粮食工业中常采用的气力输送装置有哪些形式？
有什么特点？
3物料颗粒在水平管的悬浮机理及运动状态如何？
4影响物料在弯管中运动最终速度的因素有哪些?
试分析论述一下。
5在两相流理论中将其压损分为哪几部分？
各代表什么意义？
6如何选择输送风速？
五、计算
1某物料密度为1196kg/m3℃的空气流过流化床时，空床流速为/s，试求压力降。
当空床流速为何值时，流化才开始？
试求此时压力降值。
2某物料颗粒的平均粒径为0.4mm，密度为1690kg/m33，平均黏度P。
试求其临界流化速度。
3某固体颗粒为130目,临界粒径为dp=1.44×10-4m，颗粒密度为ρs=1068kg/m3，液相黏度为μf.0246cP，密度为ρf3，求最大流化速度。
4鲜豌豆近似为球形，其直径为5mm，密度为1060kg/m3。
拟于-20℃冷气流中进行流化冷冻。
豆床在流化前的床层高度为0.3m，空隙率为0.4.冷冻进行时，空气速度等于临界速度的1.6倍。
试大体估计：
①流化床的临界流化速度和操作速度；②通过床层的压力降；③试估算冷气流与颗粒外表之间的传热膜系数。
已知-20℃空气的导热系数为2.36×10-2W/m·K
2，同时估计从风机到加料器的压力损失约为1.04kN/m23。
第六章传热学
一、名词解释
1对流传热
2自然对流
3强制对流
4热辐射
5黑体
二、填空
1常用的列管换热器的温度补偿方式有〔〕、〔〕和〔〕等。
2强化传热的途径主要有〔〕、〔〕和〔〕等
3热传导是借助于〔〕来进行热量的传递的。
热传导主要发生在〔〕或〔〕中。
4热量的传递是由于〔〕而引起的。
根据传热原理，传热有〔〕、〔〕和〔〕三种方式。
5在对流传热中，雷诺准数等于〔〕，它表示〔〕。
6在对流传热中，努塞尔准数等于〔〕，它表示〔〕。
7影响对流传热的因素主要有〔〕、〔〕、〔〕和〔〕等。
8用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30℃，方案II是令冷却水终温为35℃，则用水量W1〔〕W2，所需传热面积A1〔〕A2〔大于、小于、等于〕。
9冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的〔〕％〔冷热水物性数据视为相同〕
三、选择
1在与等温面垂直的方向上，（）
2液体的沸腾传热应控制在（）区,以获得较大的传热膜系数.
3在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作（）.
4间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中,热阻主要集中在（）.
5已知圆筒壁（外半径为r3）上两层保温材料的温度分布曲线如图示:
A层的导热系数（）B层的导热系数；应将（）放在内层保温效果好。
（A,B两层厚度相等）。
A.等于B.大于C.小于D.A层
四、简答
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