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2、试计算30%（质量百分数）的NaOH水溶液在60kPa（绝）压力下的沸点。

T‘查蒸汽在600kPa下的饱和温度为85.6℃，汽化潜热为2652kJ/kg

由式（4-9）

可求。

其中f由式（4-10）求得，即

查附录

为160℃则

=160-100=60℃

℃

即

3、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCl2水溶液，已知完成液浓度为35.7％（质分数），密度为1300kg/m3，若液面平均深度为1.8m，加热室用0.2MPa（表压）饱和蒸汽加热，求传热的有效温差。

确定溶液的沸点t1

（1）计算

查附录p=101.3kPa,T‘=100℃,r’=2677.2kJ/kg

查附录常压下35%的CaCl2水溶液的沸点近似为

℃

（2）计算

查附录当pav=1.128103kPa时,对应的饱和蒸汽温度Tpav=102.7℃

（3）取

（4）溶液的沸点

则传热的有效温度差

为：

0.4MkPa（表压）饱和蒸汽的饱和蒸汽温度T=133.4℃

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___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_2___倍;

如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的__1/4___倍。

3.离心泵的流量常用＿＿＿出口阀＿＿＿＿＿调节。

4.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__1140w_____。

（注:

大型容器可视为平壁）

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。

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＿大于＿WII，所需传热面积AI＿小于＿＿AII。

（大于，等于，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__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。

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）

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。

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。

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。

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。

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？

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。

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

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）×

＝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

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。

***答案***

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'

+△'

=60.1+2.5+3.5+1=67.1℃

∴A=（1.142×

7500×

2168.1）×

1000/[3600×

2500（133.3-67.1）]

=31.17m2

（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T↑，可使△tm↑，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'

↓，则t1↓，有利于△tm↑。

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）

在截面1－1与2－2间列柏努利方程：

Z1+（u12/2g）+（p1/ρg）=Z2+（u22/2g）+（p2/ρg）

Z2=Z1

P1/ρｇ＝1mH2O，ｕ1＝1m.s-1

∴P1/ρｇ－P2/ρｇ＝ｕ22/2ｇ－ｕ21/2ｇ

ｕ2＝ｕ1（d1/d2）2＝1×

（250/150）2＝2.78m.s-1

∴h＝P1/ρｇ－P2/ρｇ

＝2.782/（2×

9.81）－12/（2×

9.81）

＝0.343mH2O

13.在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液,溶液量为1.4kg.s-1,比热为2kJ.kg-1.K-1,走内管（规格为φ25×

2.5mm）,从150℃冷却到100℃。

冷却水走套管环隙,从25℃升温至60℃,水的比热为4.18kJ.kg-1.K-1。

1.已知溶液一侧的对流传热系数为1160w.m-2.K-1,冷却水一侧的对流传热系数为930w.m-2.K-1,忽略管壁和污垢的热阻及热损失,求以传热外表面积为基准的总传热系数K和冷却水的用量（kg.h-1）。

2.计算内管的外表面积和管长。

溶液放热Q=MsCp△T=1.4×

1000×

（150-100）=1.4×

105w

1/K0=d0/（αidi）+1/α

=0.025/（1160×

0.02）+1/930=2.15×

10-3

K0=464w.m-2.K-1

冷却水用量Ms'

=Q/[Cp'

（t2-t1）]

=1.4×

105/[4180（60-25）]

=0.957kg.s-1=3445kg.h-1

△tm=[（150-60）-（100-25）]/ln[（150-60）/（100-25）]=82.3℃

A=Q/（K0△tm）=1.4×

105/（464×

82.3）=3.67m2

l=A/（πd0）=3.67/（π×

0.025）=46.7m

14.在单效蒸发器中，每小时将2000kg的某种水溶液从10%连续浓缩至30%，蒸发操作的平均压强为0.4kgf.cm-2（绝压），溶液的沸点为80℃。

加热蒸气的压强为2.0kgf.cm-2（绝压）。

原料液的比热为3.77kJ.kg-1.K-1。

热损失为12000w。

忽略浓缩热。

试求：

（1）单位时间内蒸发的水分量；

（2）分别求算原料温度为30℃、80℃和120℃时，单位时间内所需的加热蒸气量。

已知压强为0.4kgf.cm-2及2.0kgf.cm-2时饱和蒸气的气化潜热分别为2319kJ.kg-1及2206kJ.kg-1,饱和蒸汽焓分别为2635kJ.kg-1及2708kJ.kg-1。

（1）单位时间内蒸发的水分量W

W=F（1－X0/X1）=2000（1－0.1/0.3）=1333kg.h-1

（2）单位时间内加热蒸气量D

D={FCp（t1－t0）＋wr’＋Q损}/r

原料温度为30℃时蒸气消耗量为

D={2000×

3.77（80－30）＋1333×

2319＋12000×

3.6}/2206

=1600kg.h-1

单位蒸气消耗量为

D/w=1600/1333=1.2

同样，原料液温度为80℃时蒸气消耗量及单位蒸气消耗量分别为D=（1333×

3.6）/2206=1430kg.h-1

D/w=1430/1333=1.07

原料液温度为120℃时蒸气消耗量及单位位蒸气消耗量分别为

3.77（80－120）＋1333×

2319＋1200×

3.6}/2206=1293kg.h-1

D/w=1293/1333=0.97

15.某车间准备用一台离心泵将储槽内的热水送到敞口的高位槽内，已知管子规格为Φ60×

3.5mm钢管，管内流速为2m.s-1，吸入管路的能量损失为19.6J.kg-1,压出管路的压头损失为4mH2O（均包括全部的局部阻力损失在内）,其余参数见附图示。

试求该泵提供的有效功率。

定储槽液面为1-1，且为基准面，高位槽液面为2-2，列柏式：

gZ1+（u12/2）+（p1/ρ）+We=gZ2+（u22/2）+（p2/ρ）+Σhf

∑hf=hf吸+hf压=19.6+4×

9.807=58.84J.kg-1

∴-100×

133/980+we=8×

9.81+58.84

∴We=150J.kg-1;

Ms=π/4×

0.0532×

980=4.3kg.s-1

∴Ne=WeMs=.150×

4.3=649W

17.某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m，炉墙导热系数λ＝1.038w.m-1.K-1。

其外用导热系数为0.07w.m-1.K-1的绝热材料保温。

炉内壁温度为980℃,绝热层外壁温度为38℃,如允许最大热损失量为800w.m-2。

求:

（1）绝热层的厚度;

（2）耐火砖与绝热层的分界处温度。

（1）ｑ/A＝（T1－T3）/（ｂ1/λ1＋ｂ2/λ2）

＝（980－38）/（0.213/1.038＋ｂ2/0.07）＝800

得：

b2＝0.068m

（2）ｑ/A＝（T1－T2）/（ｂ1/λ1）

＝（980－T2）/（0.213/1.038）＝800

T2＝815℃

24.某食品厂准备用一单效膜式蒸发器将番茄汁从12%浓缩至浓度为28%（均为质量%）。

蒸发器的传热面积为5m2，传热系数K=1500w.m-2.K-1，加热蒸汽的温度采用115℃（其汽化潜热为2221kJ.kg-1，冷凝水在饱和温度下排出），蒸发室内蒸汽的温度为57.3℃，二次蒸汽的汽化潜热为2359kJ.kg-1，采用沸点进料，经计算知：

△′=0.7℃，△″=0；

热损失相当于蒸发器传热量的5%。

问：

（1）此蒸发器每小时可处理多少kg番茄汁？

（2）加热蒸汽耗量为多少kg.h-1？

（1）求F

F=W/（1-X0/X1）