浙江大学新食品工程原理习题与答案.docx
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浙江大学新食品工程原理习题与答案
浙江大学食工原理复习题及答案
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.平均流速为
***答案
1140w
请在下图标明逆流和并流时，冷热
12.
降器内沉降的速度快
201
13.在以下热交换器中，管内为热气体,套管用冷水冷却
流体的流向。
本题目有题图：
titu081.bmp
略
14.用冷却水将一定量的热流体由100C冷却到40C,
换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为
35C,则用水量WIWII，所需传热面积AI
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
出的作后一效,以实现
冷却水初温为15C，在设计列管式
30C，方案n是令冷却水终温为All。
（大于，等于，小于）
500;
18.板框压滤机主要由
的顺序排列组成。
滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成
1—2—3—2—1—2—3—2—1
19.去除水份时固体收缩最严重的影响是,因而降低了
干燥速率。
***^答***
在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层。
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
答案
为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽
答案
湿度、温度、速度与物料接触的状况
22.物料的临界含水量的大小与
等因素有关。
物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小
、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（）
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
答案
B.
2.降膜式蒸发器内溶液是（）流动的。
A.
自然循环；B.
强制循环；C.不循环
***
C
3.
当空气的
t=t=t
时，说明空气的相对湿度0
A.
=100%
；B.
>100%;C.v100%
***
A
4.如图，U形管压差计测得：
（）
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：
tituO14.bmp
6.稳定传热是指传热系统内各点的温度（
A.
C.
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
只随时间而变，但不随位而变。
^答***
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>RedB.Rab=RLd
B.RabVRedD.不定
（2）液体通过ab与cd段能量损失
A.h
ab>hcdB.h
ab
=hcd
C.h
abVhcdD.
不定
（3）
ab与cd两段压差
。
A.
△Pab>△Pcd
B.
△Pab=△R）d
C.
△Pab<△Pcd
D.
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
***^答***
（1）
B.
（2）
B
（3）
C.
（4）
C
A.最大B.最小C.为零
答案
15.离心机的分离因数a愈大，表明它的分离能力愈（
A.差；B.强；C.低
答案
三、判断题：
食品工程单元操作是一种物理操作
）
^答***
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。
^答***
1.
（
2.
只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。
3.相对湿度$值大小可以反映空气的吸水汽的能力。
若$值大时，表示此空气吸水汽的能力强。
（）
答案***
x
压缩机的余隙大小与其生产能力有关（
答案***
Vx
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
4.
5.
）。
故余隙宜大（
）。
其洗涤速率=1/4过滤终了速率。
（）
答案
V
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。
答案***
V
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。
答案***
V
板框压滤机的洗涤速率等于过滤未了时的速率。
答案***
x
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）
6.
7.
8.
9.
冷凝器。
（
答案***
V
2分）题号8165第8章厢式干燥器的传热方式是热传导。
（答案***
x
流体流动状态的判断依据是雷诺数答案***
V
额外蒸汽的抽出其目的提高整个装置的经济程度。
答案***
V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。
答案***
x
10.
11.
12.
13.
***
知识点
）
400难度容易
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？
***答案***
由重力沉降式Ut=dp2（ps-p）g/（18卩）可见，影响重力沉降速度Ut的主要是dp和卩
（Ut*dp,Ut*1/□，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
2.
说明列管式换热器的基本结构。
^答
3.
由壳体、管束、管板、封头等组成。
蒸发与加热操作相比，有何特点？
^答
（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？
***^答***
T*
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
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
4）叶轮反
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$57x3.5mm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4X98100Pa（表压），有机溶液输送量为6nlh-1,试确定泵提供的压头。
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：
22
g乙+（U1/2）+（p1/p）+W=gZ2+（u2/2）+（p2/p）+工hf
22
W=（乙-Z1）g+[（u2-U1）/2]+[（p2-p1）/p]+工hf
2
工hf=入[（l+le）/d]（u2/2）
2-1
u=（6/3600）/[（n/4）x0.05]=0.8488m.su仟u2~0Z1=0
Re=dup/卩=0.05x0.8488x800/（20x10-3）=1697.6<2000则入=64/Re=64/1697.6=0.0377
2-1
工hf=0.0377x（25/0.05）x（0.8488/2）=6.7904J.kg
故W=16X9.81+4x98100/800+6.79=654J.kg-1
H=W/g=66.7m
2.20C的水以2.5m.s-1的流速流经①38x2.5mm的水平钢管，此管以锥形管与另一①53x
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
***^答***
按连续性方程：
22221
UB=UA（dA/dB）=2.5（0.033/0.047）=1.23m.s-
由柏式知：
R=（Pa-Pb）/（pg）=uB2/2g—uA2/2g+Lf
=1.23
22
/2g—2.5/2g+1.5
=-0.087m=-87mm负号Pb>Pa
3.密度为1200kg.m-3的盐水，以25吊巾-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）摩擦系数入=0.03;
（2）泵的效率耳=0.6
22
Zi+（ui/2g）+（pi/pg）+He=Z2+（u2/2g）+（p2/pg）+工Hf
u仟u2〜0;Z1=0;u仟u2~0Z2=25m;p1=p2
•••He=Z2+EHf=25+刀Hf
_-2
刀Hf=（入XI/dXU/2g）X1.25
2
u=V/A=25/（3600X0.785X（0.075））
1
=1.573m.s
_-2
刀H=（0.03X120/0.075X1.573/（2X9.81）X1.25
=7.567m盐水柱
He=25+7.567=32.567m
Ne=QeHep/102=25X32.567X1200/（3600X102）
=2.66kw
N轴=Ne/n=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,n=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20C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4叶试求：
（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：
P=1400kg.m-3
33
Qe=32X1000/1400=22.86m.h（Q=11〜25m/h）
2
He=△Z+Ap/pg+△u/2g+H=12+0+0+（1+4）=17m（H=21〜16m）因Q、H均在使用范围内，故适用
_2
（2）验吸液高度H安H安=Hsp'-u/2g-刀H吸
已知：
u/2g=0;刀H吸=1m;Hsp=6.4m
而Hsp'=HsXp水/p=6.4X1000/1400=4.57m
•H安=4.57-1=3.57m>2m
故吸液高度合适。
⑵验电机N电》Ne
而Ne=QeHep/102n=22.86X17X1400/102X0.665X3600
=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50C,粘度为2X10-5pa.s,密度为1.5kg/m3,而层粒的密度为3500kg.m-3，最小直径为10卩m沉降过程服从斯托克斯定律，试求：
（1）降尘室的面积为
多少ni?
（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？
***答案***
（1）求A
Ut=（10X10-6）2（3500－1.5）X9.81/（18X2X10-5）
=9.53X10-3m.s-1
3
V=V标T/T标=1500X（50+273）/273=1774.73m/h
-32
求LL=（A/b）=（52/4）=13m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。
A=V/Ut=（1774.73/3600）/（9.53X10-3）=52m2
（2）
某燃烧炉的平壁由耐火砖（入=1.05w.m-1.K-1）,绝热砖（入=0.15w.m-1.K-1）和普通砖（入
1273K,耐火砖与绝热砖接触面温度
（1）耐火砖
（3）6.
-1-1
=0.8w.m-1.K-1）三种材料组成。
已知耐火砖内侧温度为
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：
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？
***答案***
3耐=入耐t耐/Q=1.05（1273-1213）/274=0.2299m
3绝=入绝t绝/Q=0.15（1213-411）/274=0.4391m
△t普=QXS普/入普=274X0.23/0.8=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
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80C。
轻油与热气体作逆流流动。
热废气出口温度为70C。
求：
数。
2-1-1
=2.5m,Cp=2kJ.kg.K
△tm=（（180-80）-（70-30））/In（100/40）
=65.5C
-1
=200X2X（80-30）=20000kJ.h
=KAAtm
***答案***
A
Q
Q
•K=20000/（65.5X2.5）=122.2kJ.m-2.K-1.h-1=34w.m-2.K-1
8.
10%连续浓缩至50%。
原料
-2
0.2kgf.cm-2。
加热蒸汽压
（绝压），其冷凝水出口温度为79C。
假设总传热系数为
在单效真空蒸发器中，将流量为10000kg.h-1的某水溶液从
液温度为31C。
估计溶液沸点升高为7C,蒸发室的绝对压强为
强为2kgf.cm-2（绝压），其冷凝水出口温度为79C。
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59.7C,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119.6C,汽化潜热为2206kJ.kg-1及焓为2708kJ.kg-1。
溶液沸点t1=T'+△=59.7+7=66.7C
1
蒸发量W=F（1—（X0/X1）=10000（1—（0.1/0.5）=8000kg.h
溶液的比热Cp=4.187（1—X0）=4.187X（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
-1
=10000X3.77X（66.7—31）+8000X2356=20193890kJ*h=5609414w由传热速率方程式知传热面积为：
2
A=Q/〔K（T—t）〕=5609414/〔1000X（119.6—66.7）〕=106m
加热蒸汽量D=Q/r
=20193890/2206
-1
=9154kg.h
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《，△〃=3.5C,
△”'=1C；热损失为加热蒸汽放出热量的5%传热系数K=2500w.m2.K-1，试：
（1）估算单
2
位蒸汽耗量为多少？
（2）估算蒸发器的传热面积为多少m?
（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C
汽化潜热kJ.kg
20
60.1
2454.9
30
66.5
2333.7
101.3
100
2258.4
300
133.3
2168.1
401.3
143.5
2138.1
设：
当地大气压为
-2
101.3kN.m
***^答
***
（1）
求D/w
D=[w
Xr'
+FXCp（t1-
t0）+QL]/r
•••沸点进料t1=t0，且QL=0.05DXr
/•D/w=r'/0.95r,
2-1
W=F（1-X0/X1）=10X10（1-15/60）=7500kg.h
21
由P=300kN.m-，查表得r=2168.1kJ.kg-,T=133.3C
2
•/P'=[（760-610）X101.3]/760=20kN.m,查表得T冷=60.1C,此冷凝器中二此蒸
1
汽冷凝温度，而T'=T'+△”'=60.1+仁61.1C,查表得r'=2351.6kJ.kg-
•••D/W=2351.6/（0.95X2168.1）=1.142
（2）求A
A=Q/（kXAtm）=（DXr）/[k（T-t1）]
而t1=T'+△'+△"+△”'=60.1+2.5+3.5+仁67.1C
•A=（1.142X7500X2168.1）X1000/[3600X2500（133.3-67.1）]
2
=31.17m
（3[①必须按设计要求控制好操作条件。
2增加料液的循环速度（如暂停出料，料液回流入器再循环）。
3可适当增大P，以使Tf,可使△tmf,以保证有足够的所需的传热面积。
4可适当提高冷凝器的真空度，使T'J,则t1J,有利于△tmf。
10.某小组在干燥实验中测得：
湿纸板G仁50g,G2=48g,干燥时间At=2'10〃。
已知纸
板的绝干量Gd=30g,尺寸：
150X100x7mm试求其对应的干燥速率和平均干基含水量为多少？
答案
X平均=（X1+X2）/2
X1=（G1-Gd）/Gd=（50-30）/30=0.6667kg水.kg-绝干料
X2=（G2-Gd）/Gd=（48-30）/30=0.6kg水.kg-1绝干料
•••X平均=（0.6667+0.6）/2=0.6334kg水.kg-1绝干料
干燥速率U:
U=△W/AAt
2
A=2（0.15x0.1+0.15x0.007+0.1x0.007）=0.0335m
-42-1
•U=（50-48）/（1000x0.0335x130）=4.592x10kg.m.s
11.水在内径为250mm的钢管内流动。
已知截面1-1处的流速为1m.s-1，测压管中水柱高为1m在截面2-2处管内径为150mm试计算在截面1-1与2-2处产生的水柱高度差h为多少m水柱？
（忽略阻力损失）
答案
本题目有题图：
titu031.bmp
在截面1-1与2—2间列柏努利方程:
Z
2
1+（u1/2g）+（p1/pg）=Z2+（u
2
2/2g）+（p2/pg）
Z
2=Z1
P1/
-1
pg=1mH2Ou1=1m.s
•P1/
pg-P2/pg=u22/2g-u
21/2g
22
U2=u1（d1/d2）=1x（250/150）=2.78m.s
•-h=P1/pg-P2/pg
22
=2.78/（2x9.81）-1/（2x9.81）
=0.343mH2O
12.某厂准备建一个降尘室来净化常压，温度为40C的含尘空气流，气体进入降尘室的
流速保持在0.15m.s-1,而微粒在室内的沉降速度为0.025m.s-1,现依厂房面积分配，降尘室
只允许做成宽为3m,高为2mo问：
（1）降尘室的最小长度应为多少m?
（2）降尘室的最大
生产能力为多少标准m.h-1?
（3）若因厂房面积有限，降尘室的长度仅允许为你计算的最小
长度的一半，你认为应采取计什么措施来完成此净制任务？
***^答***
（1）求最小长度L
•/（L/u）>（H/Ut）••L>（uH/Ut）=0.15x2/0.025=12m
（2）最大生产能力V标
3131
V实=AUt=LbU£=12X3X0.025=0.9m.s-=3240mh-
3i
V标=V实T标/T实=3240X273/（40+273）=2826m.h-
（3）若L只能为原来的一半时，为完成同样的生产任务，可在降尘室中间加一隔
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