新食品工程原理复习题及答案.docx
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新食品工程原理复习题及答案
一、填空题：
1.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为__2.0m.s-1____。
2.流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍;如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。
2；1/4
3.离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。
出口阀
4.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________.4905w
5.用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近__饱和水蒸汽；_的温度，而传热系数K值接近___空气____的对流传热系数。
6.实现传热过程的设备主要有如下三种类型___、__、___.间壁式蓄热式直接混合式
7.中央循环管式蒸发器又称__标准式__。
由于中央循环管的截面积__较大_____。
使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的____要小__，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的____自然__循环。
8.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为__22kg.s-1__,平均流速为_2.8m.s-1______。
9.球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是__粒子所受合力的代数和为零_。
滞流沉降时，其阻力系数=__24/Rep___.
10.某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃,而环境温度为20℃,采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。
（注:
大型容器可视为平壁）1140w
11.非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。
12.设离心机转鼓直径为1m，转速n=600转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快___201___倍。
13.在以下热交换器中,管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。
本题目有题图：
titu081.bmp
14.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WI＿＿WII，所需传热面积AI＿＿＿AII。
（大于，等于，小于）
大于，小于
15.多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以实现_____________再利用。
为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽
16.物料干燥时的临界水份是指＿由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水份大。
17.如右图所示：
已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则△p=500_N.m-2,ξ=_1（两测压点A.B间位差不计）
本题目有题图：
titu141.bmp
18.板框压滤机主要由__滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按1—2—3—2—1—2—3—2—1的顺序排列组成。
19.去除水份时固体收缩最严重的影响是在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层，因而降低了干燥速率。
20.多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低，以使前一效引出的_二次蒸汽作后一效加热用，以实现_二次蒸汽_再利用。
21.恒定的干燥条件是指空气的＿湿度、温度、速度＿以及＿与物料接触的状况＿都不变。
22.物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小__等因素有关。
二、选择题：
1.当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为（）B.
A.气体的粘度太小B.气体的密度太小C.气体比液体更容易起漩涡D.气体破坏了液体的连续性
2.降膜式蒸发器内溶液是（C）流动的。
A.自然循环；B.强制循环；C.不循环
3.当空气的t=t=t时，说明空气的相对湿度φ（A）。
A.=100%；B.＞100%；C.＜100%
4.如图，U形管压差计测得：
（A）。
A.A.B间的阻力损失
B.A.B间的压强差
C.A.B间的位头差加阻力损失
D.A.B间位头差
本题目有题图：
titu014.bmp
5.用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（C）。
A.发生了气缚现象B.泵特性曲线变了C.管路特性曲线变了
6.稳定传热是指传热系统内各点的温度（B）。
A.既随时间而变，又随位置而变B.只随位置而变，但不随时间而变
C.只随时间而变，但不随位而变。
7.在干燥流程中，湿空气经预热器预热后，其温度（A），相对湿度（B）。
A.升高；B.降低；C.不变
8.干燥器进口的温度计最小分度是0.1℃，下面是同一温度时的几种记录，哪一种是正确的（D）。
A.75℃;B.75.0℃;C.75.014℃;D.74.98℃。
9.下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则（）。
（1）U形压差计读数
A.Rab＞RcdB.Rab＝Rcd
C.Rab＜RcdD.不定
（2）液体通过ab与cd段能量损失______。
A.hab＞hcdB.hab＝hcd
C.hab＜hcdD.不定
（3）ab与cd两段压差______。
A.ΔPab＞ΔPcdB.ΔPab＝ΔPcd
C.ΔPab＜ΔPcdD.不定
（4）R值表示_______。
A.ab段的压差值B.ab段位能变化
C.ab段流动能量损失D.ab段压差值及流动能量损失
本题目有题图：
titu012.bmp
（1）B.
（2）B.
（3）C.（4）C.
＊本题hab＝R1（ρs－ρ）/ρ
hab＝hcd＝R2（ρs－ρ）/ρ
R1＝R2
ΔPcd/ρｇ＝hcd＝R1（ρ－ρ）/ρ
ΔPab/ρｇ＝R2（ρs－ρ）/ρ－ｌ
10.由于泵内存有气体，启动离心泵而不能送液的现象，称为（）现象。
A.气蚀B.气缚C.喘振
B
11.一台试验用离心泵，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
D.
12.多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效温度差就（）。
A.越小；B.越大；C.不变
A
13.已知物料的临界含水量为0.2kg水.kg-1绝干料，空气的干球温度为t，湿球温度为tm，露点为td，现将该物料自初始含水量X1=0.45kg水.kg-1绝干料干燥至X2=0.1kg水.kg-1绝干料，则在干燥末了时物料表面温度ｔ表：
（）。
A.t表>tm;B.t表=td;
C.t表=tm;D.t表=t。
A
14.往复压缩机的最大压缩比是容积系数（）时的压缩比。
A.最大B.最小C.为零
C
15.离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈（）。
A.差；B.强；C.低
B
三、判断题：
1.食品工程单元操作是一种物理操作,只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。
（）
√
2.当空气状态一定时，可用物料的结合水分来判断干燥能否进行的最大限度。
（）
×
3.相对湿度φ值大小可以反映空气的吸水汽的能力。
若φ值大时，表示此空气吸水汽的能力强。
（）
×
4.压缩机的余隙大小与其生产能力有关（）。
故余隙宜大（）。
√×
5.板框压滤机采用横穿法洗涤时，若洗涤压差=最终过滤压差，洗涤液粘度=滤液粘度，则其洗涤速率=1/4过滤终了速率。
（）
√
6.由溶液沸点造成温度差损失等于溶液的沸点与相同压力下水的沸点之差。
（）
√
7.物料的临界含水量是划分等速干燥和降速干燥阶段的分界点。
（）
√
8.板框压滤机的洗涤速率等于过滤未了时的速率。
（）
×
9.在多效蒸发操作中，后一效蒸发器的加热室就相当于前一效的蒸发器产生的二次蒸汽的冷凝器。
（）
√
10.（2分）题号8165第8章知识点400难度容易
厢式干燥器的传热方式是热传导。
（）
×
11.流体流动状态的判断依据是雷诺数Re。
（）
√
12.额外蒸汽的抽出其目的提高整个装置的经济程度。
（）
√
13.当空气状态一定时，可用物料的结合水分来判断干燥能否进行的最大限度。
（）
×
四、问答题：
1.影响重力沉降速度的主要因素是什么？
为了增大沉降速度以提高除尘器的生产能力，你认为可以采取什么措施？
由重力沉降式Ut=dp2（ρs-ρ）g/（18μ）可见，影响重力沉降速度Ut的主要是dp和μ（Ut∝dp，Ut∝1/μ，为提高Ut，在条件允许的情况下，可用湿法增大颗粒直径。
这样可大大增大Ut，较可行的办法是让含尘气体先冷却，使其粘度下降，也可使Ut增大。
2.说明列管式换热器的基本结构。
由壳体、管束、管板、封头等组成。
3.蒸发与加热操作相比，有何特点？
（1）蒸发的料液是溶有不挥发性溶质的溶液，在相同压力下，其沸点比纯溶剂的沸点高，溶液浓度愈大，影响愈显著。
（2）蒸发时，要汽化大量溶剂，所以耗汽量大。
（3）蒸发的溶液本身具有某些特性，如热敏性，伴有结晶产生等，也会给蒸发过程带来一定的影响。
4.多效蒸发中，“最后一效的操作压强是由后面的冷凝能力确定的。
”这种说法是否正确？
冷凝器后使用真空泵的目的是什么？
不对。
蒸发室的操作压强是根据工艺操作要求，料液的特性，经济效果等应方面而定的。
最后一效操作压强是由后面冷凝器的真空度确定的，真空度太高时，导致冷凝器的T*太低，冷凝困难，这是决定最后一效的操作压强时应考滤的。
使用真空泵的目的是排除凝性气体，维持蒸发器内要求的真空度。
5.如图所示的2B31型离心泵装置中，你认为有哪些错误？
并说明原因。
本题目有题图：
TITU157.bmp
图中错误有：
1）无底阀，无法灌液且易堵塞；
2）安装高度15m过高，因常压下送水理论上最大的吸上高度为10.33m而实际由于存在阻力，不可能达到如此高度；
3）吸入管径比排出管径小，因流速增大而引起损失能量增大易发生气蚀在现象；4）叶轮反转；无法排液；
6.有一高温炉，炉内温度高达1000℃以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。
本题目有题图：
titu185.bmp
炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。
在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。
炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：
（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；
（2）并联、串联的联合传热同时存在。
7.工业生产中对溶液的浓缩，为何采用真空蒸发？
*****答案*****
因为：
（1）加热蒸汽压力相同时，真空蒸发时溶液的沸点较低，则有效温度差较大，可使传热面积A减小。
（2）真空蒸发，可蒸发不耐高温的溶液。
（3）真空蒸发，可利用低压蒸汽或废汽作加热剂，
（4）真空蒸发时，由于溶液沸点低，设备的热损失小。
五、计算题：
1.用离心泵经φ57×3.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶剂（密度为800kg.m-3,粘度为20cp）输送到反应器中。
设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。
已知钢管总长度（包括局部阻力当量长度）为25m，反应器内的压力恒定为4×98100Pa（表压）,有机溶液输送量为6m3.h-1,试确定泵提供的压头。
本题目有题图：
titu027.bmp
取敞口贮槽液面为1-1截面，反应器内液面为2-2截面，在1-1与2-2截面间列柏努利方程，并以1-1截面为基准面：
gZ1+（u12/2）+（p1/ρ）+W=gZ2+（u22/2）+（p2/ρ）+Σhf
W=（Z2–Z1）g+[（u22-u12）/2]+[（p2–p1）/ρ]+Σhf
Σhf=λ[（l+le）/d]（u22/2）
u=（6/3600）/[（π/4）×0.052]=0.8488m.s-1u1≈u2≈0Z1=0
Re=duρ/μ=0.05×0.8488×800/（20×10-3）=1697.6<2000
则λ=64/Re=64/1697.6=0.0377
Σhf=0.0377×（25/0.05）×（0.84882/2）=6.7904J.kg-1
故W=16×9.81+4×98100/800+6.79=654J.kg-1
H=W/g=66.7m
2.20℃的水以2.5m.s-1的流速流经Φ38×2.5mm的水平钢管，此管以锥形管与另一Φ53×3mm的水平钢管相连，如图所示。
在锥形管两侧A.B处各插入一垂直玻璃管，以观察两截面的压强。
若水流经A.B两截面间的能量损失为1.5J.kg-1,求两玻璃管的水面差（以mm表示）,并在附图上画出两玻璃管中水面的相对位置。
本题目有题图：
titu164.bmp
按连续性方程：
uB=uA（d2A/dB2）=2.5（0.0332/0.0472）=1.23m.s-1
由柏式知：
R=（PA-PB）/（ρg）=uB2/2g－uA2/2g+Lf=1.232/2g－2.52/2g+1.5
=-0.087m=-87mm负号PB＞PA
3.密度为1200kg.m-3的盐水，以25m3.h-1的流量流过内径为75mm的无缝钢管。
两液面间的垂直距离为25m，钢管总长为120m，管件、阀门等的局部阻力为钢管阻力的25％。
试求泵的轴功率。
假设：
（1）摩擦系数λ＝0.03；
（2）泵的效率η＝0.6
Z1+（u12/2g）+（p1/ρg）+He=Z2+（u22/2g）+（p2/ρg）+ΣHf
u1≈u2≈0;Z1=0;u1≈u2≈0Z2=25m;p1＝p2
∴He＝Z2＋∑Hf＝25＋∑Hf
∑Hf＝（λ×ｌ/d×ｕ2/2ｇ）×1.25
ｕ＝Ｖ/A＝25/（3600×0.785×（0.075）2）
＝1.573m.s-1
∑H＝（0.03×120/0.075×1.5732/（2×9.81）×1.25
＝7.567m盐水柱
He＝25＋7.567＝32.567m
Ne＝QeHeρ/102＝25×32.567×1200/（3600×102）
＝2.66kw
N轴＝Ne/η＝2.66/0.6＝4.43kw
4.某台离心泵铭牌上列出的性能为：
Q=11～25m3/h,H=21～16m,η=66.5%,Hsp=6.4m，配套电机功率N电=2.2kw。
今欲用它来将密度为1400kg.m-3的20℃液体（其它物性与水相近），从贮槽内送到某一高位槽中，要求的输送量为32t/h,输送流程如图示，若已知吸入管路和压出管路的阻力分别为1m和4m。
试求：
（1）此泵能否适用于此输送流程？
（2）图中所示的吸上高度是否恰当？
（吸上管路动压头可略）（3）此泵配套的电机要不要更换？
本题目有题图：
titu192.bmp
（1）求此泵能否适用？
已知：
ρ=1400kg.m-3
Qe=32×1000/1400=22.86m3.h（Q=11～25m3/h）
He=△Z＋△p/ρg＋△u2/2g＋Hf=12＋0＋0＋（1＋4）=17m（H=21～16m）
因Q、H均在使用范围内，故适用
（2）验吸液高度H安H安=Hsp’-u2/2g-∑Hf吸
已知：
u2/2g=0;∑H吸=1m；Hsp=6.4m
而Hsp’=Hs×ρ水/ρ=6.4×1000/1400=4.57m
∴H安=4.57-1=3.57m>2m
故吸液高度合适。
（2）验电机N电≥Ne
而Ne=QeHeρ/102η=22.86×17×1400/102×0.665×3600
=2.23kw
即N电≥2.23kw＞2.2kw
故原配电机要更换
5.现要设计一降尘室来净制气体，要求降尘室的最大生产能力为1500标准m3/h，近似常压的含尘气体。
气体的温度为50℃，粘度为2×10-5pa.s，密度为1.5kg/m3，而层粒的密度为3500kg.m-3，最小直径为10μm，沉降过程服从斯托克斯定律，试求：
（1）降尘室的面积为多少m2？
（取整数）
（2）若此降尘室只允许做成宽4m，高2m，那么此降尘室的最小长度为多少m？
（3）如果厂房面积有限，要求降尘室的长度为你所计算出的最小长度的一半，你认为座采取什么措施来完成此任务？
（1）求A
Ut=（10×10-6）2（3500－1.5）×9.81/（18×2×10-5）
=9.53×10-3m.s-1
V=V标T/T标=1500×（50+273）/273=1774.73m3/h
A=V/Ut=（1774.73/3600）/（9.53×10-3）=52m2
（2）求LL=（A/b）=（52/4）=13m
（3）当长度缩小一半时，为完成此生产任务，可在降尘室中间加一隔板。
6. 某燃烧炉的平壁由耐火砖（λ=1.05w.m-1.K-1）,绝热砖（λ=0.15w.m-1.K-1）和普通砖（λ=0.8w.m-1.K-1）三种材料组成。
已知耐火砖内侧温度为1273K，耐火砖与绝热砖接触面温度1213K，绝热砖与普通砖接触温度411K；普通砖厚230mm，设为稳定热传导，问：
（1）耐火砖和绝热砖应砌多厚才能保证热损失不超过274w.m2
（2）普通砖的外侧温度为多少？
δ耐=λ耐×△t耐/Q=1.05（1273-1213）/274=0.2299m
δ绝=λ绝×△t绝/Q=0.15（1213-411）/274=0.4391m
△t普=Q×δ普/λ普=274×0.23/0.8=78.78K
411-t外=78.78
∴t外=332.2K
7.某车间有一台换热面积（以外表面积计）为2.5m2的单程列管换热器。
用180℃的热废气预热轻油,轻油走管外,其流量为200kg.h-1,比热为2kJ.kg-1.K-1,温度由30℃升至80℃。
轻油与热气体作逆流流动。
热废气出口温度为70℃。
求：
换热器的热负荷和传热系数。
A＝2.5m2,Cp＝2kJ.kg-1.K-1
Δtm＝（（180-80）-（70-30））/ｌｎ（100/40）
＝65.5℃
Q＝200×2×（80-30）＝20000kJ.h-1
Q＝KAΔtm
∴K＝20000/（65.5×2.5）＝122.2kJ.m-2.K-1.h-1=34ｗ.m-2.K-1
8.在单效真空蒸发器中，将流量为10000kg.h-1的某水溶液从10%连续浓缩至50%。
原料液温度为31℃。
估计溶液沸点升高为7℃，蒸发室的绝对压强为0.2kgf.cm-2。
加热蒸汽压强为2kgf.cm-2（绝压），其冷凝水出口温度为79℃。
假设总传热系数为1000w.m-2.K-1，热损失可忽略。
试求加热蒸消耗量和蒸发器的传热面积。
当地大气压为1kgf.cm-2。
已知0.2kgf.cm-2时蒸汽饱和温度为59.7℃，汽化潜热为2356kJ.kg-1及焓2605.45kJ.kg-1；2kgf.cm-2时蒸汽饱和温度为119.6℃，汽化潜热为2206kJ.kg-1及焓为2708kJ.kg-1。
溶液沸点t1=T′+△=59.7+7=66.7℃
蒸发量W=F（1－（X0/X1）=10000（1－（0.1/0.5）=8000kg.h-1
溶液的比热Cp=4.187（1－X0）=4.187×（1－0.1）=3.77kJ.kg-1.K-1
由蒸发器的热量衡算式知：
Q=FCp（t1－t0）+wr’+Q损
=10000×3.77×（66.7－31）+8000×2356=20193890kJ*h-1=5609414w
由传热速率方程式知传热面积为：
A=Q/〔K（T－t）〕=5609414/〔1000×（119.6－66.7）〕=106m2
加热蒸汽量D=Q/r
=20193890/2206
=9154kg.h-1
9.现采用某单效真空蒸发器来浓缩某水溶液。
已知进料量为10t.h-1，料液从15%浓缩至浓度为60%（均为质量%），沸点进料；加热蒸汽压力为300kN.m-2（绝压）；冷凝水在饱和温度下排出；冷凝器内的真空度为610mmHg，各项温度差损失分别为△′=2.5℃，△″=3.5℃，△'''=1℃；热损失为加热蒸汽放出热量的5%，传热系数K=2500w.m-2.K-1，试：
（1）估算单位蒸汽耗量为多少？
（2）估算蒸发器的传热面积为多少m2？
（3）若产品浓度达不到要求，你认为可采取什么措施？
附：
饱和水蒸汽性质
压力kN.m-2温度℃汽化潜热kJ.kg-1
2060.12454.9
3066.52333.7
101.31002258.4
300133.32168.1
401.3143.52138.1
设：
当地大气压为101.3kN.m-2
（1）求D/w
D=[w×r′+F×Cp（t1–t0）+QL]/r
∵沸点进料t1=t0，且QL=0.05D×r
∴D/w=r′/0.95r,
W=F（1-X0/X1）=10×102（1-15/60）=7500kg.h-1
由P=300kN.m-2，查表得r=2168.1kJ.kg-1，T=133.3℃
∵P'=[（760-610）×101.3]/760=20kN.m2,查表得T冷=60.1℃，此冷凝器中二此蒸汽冷凝温度,而T'=T'+△'''=60.1+1=61.1℃，查表得r′=2351.6kJ.kg-1
∴D/W=2351.6/（0.95×2168.1）=1.142
（2）求A
A=Q/（k×△tm）=（D×r）/[k（T–t1）]
而t1=T'+△'+△''+△'''
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