农学硕士联考食品工程原理-2

1、农学硕士联考食品工程原理 -2( 总分： 96.01 ，做题时间： 90 分钟 )一、 B 计算题 /B( 总题数： 9，分数： 96.00)棕榈仁含油 50%。对 1t 的原料使用 1t 的己烷进行逆流接触浸出。假设残渣中油 和溶剂的量与全量之比为常数 0.5 。试问： (分数： 4.00 )(1) . 为了使油的浓度减少到 1%(干基) ，必需的理论级数是多少 ?(分数： 2.00 )正确答案：(物料中总油量(溶质)：A=1000X0.5=500(kg)惰性固体量：B=100"0.5=500(kg)溶剂量： S=V=1000(kg) 因为 * 所以底流量 L=500(kg) 全系

2、统物料衡算： F+S=E+B+LE=F+S-B-L=1000+1000-500-500 =1000(kg) 所以 * 由题意 R=0.01 则 * 解之，得 N=5.66)解析：(2) . 其他条件不变，若 1t 棕榈仁使用 2t 溶剂，则需理论级多少 ?(分数： 2.00)正确答案： ( 溶剂量加倍，其他不变 S=2000(kg) 因为 * 所以底流量 L=500(kg)E=F+S-B-L=1000+2000-500-500 =2000(kg) 所以* *由题意 R=0.01 则 * 解之，得 N=3.12)解析：含NaCI为10000mg/L的苦咸水在压力6.0MPa下进行反渗透试验，采用

3、有效面积 10亦的醋酸纤维素膜。在水温25C时，水流量为0.01mL/s，其溶质浓度为 400mg/L。设浓差极化很低，求：(分数：6.00)(1) . 脱盐率；(分数： 2.00)正确答案： ( 脱盐率。设盐溶液的密度与纯水的密度相同，均为1000kg/m3。先转换成摩尔浓度：*)解析：(2) .水的渗透系数A;(分数：2.00 )正确答案： ( 水的渗透系数 A。由渗透压计算式，得：n b=RTEc si =8.314X298X2X0.1709=847(kPa)=0.847(MPa)n p=RTEc si =8.314 X298X2X0.00684=33.9(kPa)=0.0339(MPa

4、) n =0.847-0.0339=0.813(MPa)*)解析：(3) .溶质的渗透系数Bo(分数：2.00 )正确答案： ( 溶质的渗透系数 B。 *)解析：0MPa压差和25°C下，有效面积5cm的醋酸纤维素膜的纯水透过流量为0.1kg/h，对NaCI水溶液反渗透，料液摩尔分数为9X 10-3，溶液透过总量为0.07kg/h，测得透过液中NaCI的摩尔分数为1X10-3，水溶液的密度近似于纯水。NaCI水溶液的渗透压可表示为 n =Bxs, B=255MP。求：(分数：6.00 )(1) .水的渗透系数A;(分数：2.00 )正确答案：(水的渗透系数Ao对于纯水试验，=0 正确

5、答案： ( 求 QL/Q 。溶液的沸点为：=T' 1+A =60.1+10=70.1( C)水分蒸发量为：F=5000/3600=1.389(kg/s) Q=KS T=1100X 85X(99.6-70.1)=2.758 X10 6(W)又由热量衡算，得：Q=Wr'+Fcp0(t 1-t 0)+QL=1.042X2355X10 3+1.389X3.90X10 3X(70.1 -25)+QL)解析：(2) . 料液侧膜表面 NaCI 的摩尔分数;(分数： 2.00 )正确答案：(料液侧膜表面NaCI的摩尔分数。先计算透过液的渗透压：n =Bxs=255X 1X10 -3 =0.2

6、55(MPa)因为溶液很稀， * ，故有：*所以*透过液中溶质盐的流量为：Qs=Qpcp=0.07X10-3X0.0556X58.5=2.277X10 -4(kg/h)-4Qw=Qp-Qs=0.07- 2.277X10-4=0.06977(kg/h)*代入数据：*解得：n sM=3.286(MPa)将其代入n =255xs中，解得：xs=xsM=0.0129)解析：(3) .溶质的渗透系数Bo(分数：2.00 )正确答案： ( 溶质的渗透系数 Bo *)解析：在一传热面积为85吊的单效真空蒸发器中，将5000kg/h的某种水溶液从10%& 缩到40%蒸发器的操作压强为20kPa,加热蒸

7、汽为100kPa,进料温度为25C, 比热容为3.90kJ/(kg C)。蒸发器的总传热系数为1100W/而C)，温差损失 为10C。求：附：20kPa和100kPa下水的饱和温度分别为60.1 C和99.6 C,汽化潜热分别为2355kJ/kg 和 2260kJ/kg 。(分数： 8.01 )(1) .热损失占总传热量的百分数(即QL/Q);(分数：2.67 )=2.698 X106+Q(W)所以 Ql=2.758 X10 6- 2.698 X 10 6=6.00 X 10 4(W) 【*)解析：(2) .加热蒸汽消耗量；(分数：2.67 )正确答案：(求蒸汽消耗量DoD=Q/r=2.758

8、 X10 6/(2260 X10 3)=1.22(kg/s)解析：(3) .浓缩液的流量。(分数：2.67 )正确答案：(求浓缩液流量(F-W) o F-W=1.389-1.042=0.347(kg/s)解析：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30C，被浓缩到10%质量)。传热面积为100吊，用120C的饱和水 蒸气加热。料液的比热为4.0kJ/(kg C)，温差损失为10C，热损失可忽略。求：附：常压下水的汽化潜热为2258kJ/kg。(分数：6.00)(1) .水的蒸发量和浓缩液的量；(分数：3.00 )正确答案：(求W (F-

9、W) oF=5000/3600=1.389(kg/s)W=F(1-X0/x 1)=1.389 X(1 -5/10)=0.6945(kg/s)所以 F-W=1.389-0.6945=0.6944(kg/s)解析：(2) .蒸发器的传热系数。(分数：3.00 )正确答案：(求Ko* (1)其中 t1=A +T' 1=10+100=110(C)Q=W+Fc p0(t 1-t 0)=(0.6945 X2258+1.389X4X(110-30) X 10 3=2.013 X106(W)代入式(1)，得：*)解析：在单效蒸发器中浓缩苹果汁。已知原料液温度43.3 C，浓度11%比热3.9kJ/kg

10、C,进料流量0.67kg/s。蒸发室沸点60.1 C，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/mC。求：假设可以忽略温度差损失和热损失，当地大气压按100kPa计。附：饱和水蒸气表压强/kPa温度/ C焓 /(kJ/kg)汽化热/(kJ/kg)液体蒸汽（分数：9.00 ）（1）.蒸发水量；（分数：3.00 ）9.043.3181.62574.82393.620.060.1251.512606.42354.9200120.2493.712709.22204.6300133.3560.382728.52168.1正确答案：（求WW=F（1-x°/x

11、i）=0.67 X（1 -11/75）=0.572（kg/s）解析：（2）.加热蒸汽消耗量；（分数：3.00 ） 正确答案：(求DQ=Wr'+FCp0(t i-t 0)=0.572 X 2354.9+0.67 X3.9 X(60.1-43.3)=1.391 X103(kJ/s)*)解析：(3) .传热面积。(分数：3.00 ) 正确答案：（求So *）解析：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80C,加热蒸汽表压105Pa,出料温 度为60C,蒸发器传热系数为1160W/（mK）,热损失可取为

12、5%温差损失可忽 略。附水蒸气数据：2X 105Pa时的温度为120%汽化潜热为2205.2kJ/kg ; 60C时二 次蒸汽的汽化潜热为2355.1kJ/kg。试求：（分数：18.00 ）（1）.蒸发水量和成品量；（分数：3.00 ）正确答案：（蒸发水量和成品量。蒸发水量：* 成品量：*）解析：（2）.加热蒸汽消耗量；（分数：3.00 )正确答案：（加热蒸汽消耗量。*)解析：（3）.蒸发器传热面积。（分数：3.00 )正确答案：（蒸发器传热面积。*）解析：（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16C，固形物含量为10.9%。产品排出温度为4

13、0C，固形物含量为40%采用121C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38C。试求：（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21C，离开时为29.5 C,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121C时蒸汽的汽化潜热为2202.5kJ/kg ,38C温度时的汽化潜热为2405.6kg/kg。（分数：3.00 ）正确答案： (F=65/3600=0.0181kg/s(1) 产品和冷凝水的流量。 产品量：正确答案： ( 溶液的沸点：t 1=

14、T' 1+A =61+14.6=75.6( C)水分蒸发量： 由于沸点进料，其传热量为：Q=Wr'1+QL=1.02X7.5X2352.1X10=5.998X106(W)传热系数：*)解析：正确答案：(本题属于简单干燥过程。(1)求L和Q。 冷凝水量：W=F-L=0.0181- 4.92 X 10 -3=0.0131(kg/s)(2) 蒸汽消耗量。*(3) 冷却水流量。*) 解析：(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

15、C。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。附：绝压20kPa时，水的饱和温度为 60.1 C，汽化潜热为r'=2354kJ/kg 。(分数：3.00 )正确答案： (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：Q=Wr'=0.134X2354X10 3=315.4X103(W)传热温差为：*溶液的沸点为：ti=T' i+A =60.1+18=78.1( C)加热蒸汽温度为：T=At+t 1=31.5+78.1=

16、110(C)查得该温度下蒸汽压力为143kPa。 )解析：(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2X105Pa,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 X104kg。已知蒸发器传热面积为100卅。已测得温差损失为 14.6 C,假定热损失为总传热量的2%试求传热系数。附：21.33kPa下水的饱和温度为 61C，汽化潜热为2352.1kJ/kg ;压强为2X105Pa，饱和温度为120.2 C。 (分数： 3.00 )用温度为20C、湿度为0.005kg/kg绝干气

17、的新鲜空气，在常压绝热干燥器内将 湿物料自含水分50斯燥至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95C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 E30.00 )3.00 )（1）.在湿焓图上绘出空气状态变化过程示意图；（分数:正确答案：（在H-I图上空气状态变化过程如下图012所示：）解析：（2）.求预热器的耗热量；（分数：3.00 ） 正确答案：(求QPQ=L(I 1-I 0)(1)其中：10=(1.0+1.93H 0)t 0+2500Hb=(1.0+1.93 X 0.005) X 20+2500X0.005 =32.69(kJ/kg)

18、11=(1.0+1.93H Jt 1+2500H=(1.0+1.93 X 0.005) X 95+2500X0.005=108.4(kJ/kg 绝干气)由 I 1=I2=(1.0+1.93H 2) X40+2500H2可解得：H=0.02654(kg/kg 绝干气)除去的水分量：Q=L(I 1-I 0)等焓干燥，则I1 = I2,故Q=L(I 2-I 0)其中：10=(1.0+1.93H 0)t 0+2500H0=(1.0+1.93 X 0.00849) X(288 - 273)+2500X0.00849=36.5(kJ/kg 绝干气)12=(1.0+1.93H 2)t 2+2500H正确答案

19、： ( 画出流程示意图：干空气流量：*代入式(1)得：Q=3.30 X 10 4 X (108.4 -32.69)=2.50 X10 6(kJ/h)=694(kW)解析：(3).求新鲜湿空气的体积流量。(分数：3.00 ) 正确答案：（求V *）解析：（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 X10-3kg/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。求：（1）干空气的流率和预热器所提供的热量； 预热器出口空气的温度。（分数：3.00 ）=(1.0+1.93 X 0.02

20、92) X(317 -273)+2500X0.0292=119.5(kJ/kg 绝干气 )QP=1.342X(119.5 -36.5)=111.4(kW)(2) 求 t 1。因为I1=(1.0+1.93H 1)t 1+2500H1=(1.0+1.93 X0.00849)t 1+2500X0.00849=I2=119.5(kJ/kg 绝干气)解得：t i=96.7C)解析：(5) .温度为20C,湿度为0.01kg/kg绝干气的湿空气，在预热器内被加热到 85C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35C，估计每蒸发1kg水干燥器净收入的热量为-1591J。新鲜湿空气的流

21、率为 2.78kg/s ，求水分汽化速率。(分数： 3.00)正确答案： (水分汽化量 (速率)为W=L(H2-H1) (1)由于 L'=L(1+H 0)所以 L=L'/(1+H 0)=2.78/(1+0.01)=2.75(kg绝干气 /s)而 H=H , £ =-1591kJ/kg 汽化水I1=(1.0+1.93H 1)t 1+2500H1=(1.0+1.93 X0.01)X85+2500X0.01=111.6(kJ/kg)将其代入 (1) 求 l 和 qP。I0=(1.0+1.93H 0)t 0+2500H0=(1.0+1.93 X0.006)X18+2500X0

22、.006 =33.2(kJ/kg 绝干气 )I2=(1.0+1.93H 2)t 2+2500H2=(1.0+1.93 X0.0575)X58+2500X0.0575=208.2(kJ/kg 绝干气 )l=L/W=1/(H 2-H1)=1/(0.0575-0.006)=19.42(kg 绝干气 /kg 汽化水 )理论干燥器，I 1=I 2qP=l(I 1-I 0)=l(I 2-I 0)=19.42X (208.2 -33.2)=3400(kJ/kg 汽化水 )正确答案： ( 第一种情况： 将物料湿基含水量转换为干基含水量：*绝干物料量：G=G(1- 3 1)=0.8 X(1 -0.05)=0.7

23、60(kg/s)汽化水分量：W=GC(X1-X2)=0.76 X(0.05263 -0.0101)=0.03232(kg/s) 画出流程示意图。I 0=(1.0+1.93H 0)t 0+2500H0=(1.0+1.93 X0.005)X20+2500X0.005=32.69(kJ/kg 绡干气 )I 1=(1.0+1.93H 0)t 1+2500H0=(1.0+1.93 X0.005)X90+2500X0.005=103.4(kJ/kg 绝干气 ) 因其为理想干燥过程，也即等焓干燥过程，故I 1=I 2。I2=(1.0+1.93H 2)t 2+2500H2=(1.0+1.93H 2) X55+

24、2500H2 =103.4(kJ/kg 绝干气 )解得： H2=0.01857(kg/kg 绝于气)绝干空气流量：*预热器耗热量：QP=L(H1-H0)=2.382 X(103.4 -32.69)=168.4(kW) 干燥器的热效率： 中，得：* (2)I2=(1.0+1.93H 2) X 35+2500H2 (3)(2) 、(3) 式联立，解得：H2=0.0222(kg/kg 绝干气 )I 2=92.2(kJ/kg 绝干气 )将H2之值代入(1)式中，得：W=2.75X(0.0222 -0.01)=0.0336(kg/s)解析：(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

25、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18C，湿度为0.006kg/kg绝干气；离开干燥器时的温度为 58C，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。 求： (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。(分数：3.00 )(2) 求 t 1。因为 I i=(1.0+1.93H i)t i+2500H=(1.0+1.9 3X0.045)t i+2500X0.045=I2=208.2(kJ/kg 绝干气 )解得：11=88.1 C(

26、3) 求 l R。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Ir，则有：第二种情况：干燥流程如下：*对混合点m用混合公式，设新鲜空气中绝干空气量为L,则有:*代入数据，得：* (1)正确答案： ( 将物料湿基含水量转换为干基含水量：*绝干物料量：G=G(1- 3 1)=100X(1 -0.5)=50(kg/h)汽化水分量：W=GC(X1-X2)=50X(1 -0.02041)=48.98(kg/s)本题为非等焓干燥过程：*代入数据，得：£ =0-146+209=-63(kJ/kg汽化水)I 1=(1.0+1.93H 0)t 1+2500H0=(1.0+1.9

27、3 X0.016)X150+2500X0.016=194.6(kJ/kg 绝干气 )所以* (1)I2=(1.0+1.93H 2)X86.5+2500H2 (2)(1) 、(2) 式联立，解得：H2=0.040(kg/kg 绝干气 )I 2=193.2(kJ/kg 绝干气 )绝干空气流量：即 *所以I R=60.6(kg绝干气/kg汽化水)l' r=I(1+H 2)=60.6 x(1+0.0575)=64.1(kg 废气/kg 汽化水)解析：(7) . 在一常压连续干燥器中，湿物料处理量为 0.8kg/s ，物料含水量由湿基 5%干燥至 1%。空气初始温度为20C、湿含量为0.05kg

28、/kg干空气，空气离开干燥器时的温度为55C。为了保证干燥产品的质量，要求进入干燥器的空气温度不得高于90C。试求以下两种情况下所需的空气量(kg干空气/s)和热耗量(kW)及干燥器的热效率，设干燥过程为理想过程。(1)将新鲜空气预热到 90C进入干燥器中进行干燥；(2)采用废气循环，循环气中干空气量为干燥器出口废气中干空气量的2/3，混合气温度为90C，进入干燥器干燥。(分数： 3.00 )正确答案：(在整个干燥过程中，H, X均随时间而变，但HS不变(因系绝热干燥过程)。对上两式积分可求 得干燥时间，但对第一式而言，必须换成同一变量(X或H)。*对整个干燥器作水分的衡算，有：W=L(H-H

29、1)=Gc(X1-X2)(1)再对干燥器入口至任一截面作水分的衡算，有：L(H-H1)=Gc(X-X 2) (2)(2)/(1)，得：*代入数据，得：*所以 H=0.01225X+2.275X10 -3代入题给第一式，整理可得： (2)I m=(1.0+1.93H m) X90+2500Hm 12=(1.0+1.93H 2) X55+2500H2 (4)I m=I 2 (5)解式(1) (5)组成的方程组，得：H2=0.04790(kg/kg 绝干气 )Hm=0.03360(kg/kg 绝干气 )I m=I2=179.8(kJ/kg 绝干气 )I 1=179.8(kJ/kg 绝干气 )绝干空气

30、流量：*预热器耗热量：Q=L(Hi-H°)=0.7534 X (179.8 -32.69)=111(kW)干燥器的热效率：*计算表明：有废气循环后，干燥器的热效率将提高。 )解析：(8) .某乳品厂用喷雾干燥设备生产奶粉，每小时处理湿基含水量50%勺牛奶100kg,干燥后奶粉的湿基含水量为2%空气初始状态为25C，湿度为0.016kg/kg绝干气，预热至150C后进入喷雾塔。排出的废气温 度为86.5 'C,设牛奶进入干燥室的温度为50C，对外界的热损失为209kJ/kg水分，牛奶进出喷雾塔所带入的热量为 146kJ/kg 水分，求所需空气的体积流量。(分数： 3.00)干物

31、质干燥至0.005kg/kg干物质所需要的时间。该物料的临界含水量为0.125kg/kg干物质，平衡含水量近似为零。降速干燥阶段的曲线为直线。如果将空气速度由1m/s提高到3m/s，干燥时间又为多少？(分数:3.00 ) 正确答案：(由于X >Xc>X2，故干燥包含恒速与降速两段过程。总干燥时间： (3)要积分上式需找岀临界含水量Xc，由于在临界点时两段的速率相等：* 即：-3.41 X 10 -5Xc+3.76 X 10-5 =1.389 X 10 议解得：Xc=0.217(kg/kg 绝干料) (1)其中：G=1000kg 绝干料，U=3.06 X10 -4kg/(m 2 s), A=55nnXi=0.15kg/kg 绝干料，Xc=0.125kg/kg 绝干料，X2=0.005kg/kg 绝干料，X=0kg/kg 绝干料将以上数值代入(1)，得：*假