食品工程原理 考题例题

1、热风干燥的基本流程热风干燥的基本流程8.3A 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算1.1.水分蒸发量和产品量水分蒸发量和产品量)w(m)w(mm2s21111211211wwmm22111wwwmW2.2.干燥空气用量干燥空气用量 对进出干燥器的水分作衡算：对进出干燥器的水分作衡算：W)x(xm)HL(Hs211212HHWL以以 绝对干燥物料作物料衡算绝对干燥物料作物料衡算122111wwmmWLl 设称作单位空气用量，称作单位空气用量，kgd/kgw8.3B 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算1.1.耗热量耗热量222120cmLhQ)Wcc(mLhQsLws1L12202WcQ)(cm

2、)hL(hQws121HHl)/W(cmqss122蒸发蒸发1kg水相应物料升温所需热量水相应物料升温所需热量, J/kgw102cqq)hl(hqwLs2.2.热效率热效率)hl(hhqhQhWvvv01qL=QL/W令：令：q=Q/W 称单位热耗，称单位热耗，J/kgw112202WcQ)(cm)hL(hQwLs则则例例8-3 用回转干燥器干燥湿糖，进料湿糖湿基用回转干燥器干燥湿糖，进料湿糖湿基含水量为含水量为1.28% ,温度为温度为31，每小时生产湿基，每小时生产湿基含水量为含水量为0.18%的产品的产品4000kg,出料温度出料温度36。所用空气的温度所用空气的温度20，湿球温度为，

3、湿球温度为17，经加，经加热器加热至热器加热至97后进入干燥室，排出干燥室的后进入干燥室，排出干燥室的空气温度为空气温度为40，湿球温度，湿球温度32。已知产品的。已知产品的比热容为比热容为1.26kJ/(kgK)。试求：试求：（1）水分蒸发量；）水分蒸发量；（2）空气消耗量；）空气消耗量；（3）加热器所用表压）加热器所用表压100kPa的加热蒸汽消耗量；的加热蒸汽消耗量；（4）干燥器的散热损失；）干燥器的散热损失；（5）干燥器的热效率。）干燥器的热效率。（1）水分蒸发量）水分蒸发量44.6kg/h0.012810.00180.0128400011212wwwmW（2）空气用量）空气用量 查图

4、查图7-20湿空气的湿空气的h-H图，得图，得dv2dv10/kg0.028kg/kg0.011kgHHH/hkg102.620.0110.02844.6d312HHWL（3）加热器中蒸汽用量）加热器中蒸汽用量由由h-H图可查得图可查得 h0=49kJ/kgd, h1=125kJ/kgd, Tw1=38 h2=113kJ/kgd解解kJ/h1019849)(125102.62)3301hL(hQ90kg/h2205101983hQSv（4）干燥器的散热损失）干燥器的散热损失（5）干燥器的热效率）干燥器的热效率0.54210198240544.63QhWv112202Wc)(cm)hL(hQQw

5、sL1.26400049)(1132620198000kJ/h1012.0314.1744.631363 例例: 用气流干燥器将湿基含水量用气流干燥器将湿基含水量w1=5的食品的食品物料干燥到物料干燥到w2=0.25,产品量产品量m2=1000kg/h。加热介。加热介质用质用T0=20，0=0.80的新鲜空气经加热器加热到的新鲜空气经加热器加热到T1=140，进入干燥器，出口温度，进入干燥器，出口温度T2=95，物料，物料入口温度入口温度1=50，出口温度，出口温度2=80，干物料比，干物料比热容热容cs=1.256kJ/(kg.K)。 若此干燥过程为绝热干燥过程，求水分蒸若此干燥过程为绝热干

6、燥过程，求水分蒸发量发量W，空气用量，空气用量l和热消耗和热消耗q； 若已知干燥器表面散热若已知干燥器表面散热QL=33.4MJ/h，试求出，试求出 口空气的湿含量口空气的湿含量H2以及此实际干燥过程的以及此实际干燥过程的l和和q。解：解：绝热干燥过程绝热干燥过程50kg/h0.0510.00250.05100011212wwwmWwd12/kg56kg0.0120.03011HHlq =l(h1-h0）= 56(173-50) = 6.89103kJ/kgw(2)实际干燥过程实际干燥过程qL = QL/W = 33400/50 = 668kJ/kgw在在h-H图上，查图上，查T0=20，0=

7、0.80, h0=50kJ/kgdT1=140 ，h1=173kJ/kgd，H0=H1=0.012kgv/kgd。过过B点作等点作等h线交线交T2=95等温线与等温线与C，查得，查得H2=0.030kgv/kgd, 如图所示。则：如图所示。则：T1T2T0hHABCDC=0=0n = cw1-qs-qL = 4.18750-754-668 = -1213kJ/kgwvkgkJHHhhn/121311在在H1H2间任取间任取 H = HD = 0.025h= hD = h1+n(HD-H1) = 173-1213(0.025-0.012) = 10.2103kJ/kgw 由由HD,hD确定点确定

8、点D,作直线作直线BD交交T2 = 95等温线于等温线于点点C,查查C的的H2=0.02483012. 0024. 01112HHlkgd/kgwq = l(h1-h0) = 83(173-50) = 10.2103kJ/kgwqs = m2cs(2-1)/W = 10001.256(80-50)/50 = 754kJ/kgw11第二节第二节 干燥静力学干燥静力学一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法 1. 湿基含水量湿基含水量w（即质量分数）（即质量分数）定义：定义：水分在湿物料中的质量分数水分在湿物料中的质量分数湿物料的总质量湿物料中水分的质量w2. 干基含水量干基含水量X（即质

9、量比）（即质量比）定义：定义：水分质量与绝干物料质量之比水分质量与绝干物料质量之比量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量XX=w/(1-w) w=X/(1+X)两种含水量之间两种含水量之间的换算关系为的换算关系为12新鲜空气新鲜空气L，H1干燥产品干燥产品G2，X2废气废气L，H2湿物料湿物料G1，X1L绝干空气的消耗量，绝干空气的消耗量，kg绝干气绝干气/s；H1，H2湿空气进、出干燥器时的湿含量，湿空气进、出干燥器时的湿含量，kg水气水气/kg绝干气；绝干气；X1，X2物料进、出干燥器时的干基含水量，物料进、出干燥器时的干基含水量，kg水气水气/kg绝干料；绝干料；G1，G2物料进、出干

10、燥器时的流量，物料进、出干燥器时的流量，kg湿物料湿物料/s；G绝干物料的流量，绝干物料的流量，kg绝干料绝干料/s。 通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所。 二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算 131. 水分蒸发量水分蒸发量W 2. 干空气消耗量干空气消耗量 L2112()()=L HHG XXW122121()G XXWLHHHH连续干燥器作水分的物料衡算，以连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。为基准。 2112()()WL HHG XX14：从湿物料中气化从湿物料中气化1kg1kg水分所需的干空气量。水分所需的干空气

11、量。211LlWHH 若新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空若新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空气的湿度不变，以气的湿度不变，以H H0 0表示进入预热器时的空气湿度，则表示进入预热器时的空气湿度，则021211HHHHl原湿空气的消耗量为：原湿空气的消耗量为：)1 ()1 (01HLHLL153. 干燥产品的流量干燥产品的流量G2)1 ()1 (1122wGwGG21121)1 (wwGG式中式中, w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量。物料进出干燥器时的湿基含水量。16例例8-18-1 在一连续干燥器中，每小时处理湿物料在一连续干燥器中，每小时处理湿物料

12、1000kg，经干燥后，经干燥后物料的含水量有物料的含水量有10%降至降至2%。以热空气为干燥介质，初始湿。以热空气为干燥介质，初始湿度度H1=0.008kg水水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05 kg水水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、湿空气消耗量以及干燥产品量。湿空气消耗量以及干燥产品量。绝干料水绝干料水kgkgwwXkgkgwwX/0204. 002. 0102. 01/111. 01 . 011 . 01222111解：（解：（1）水分蒸发量）水分蒸发量：将物料的湿基含水

13、量换算为干基含水量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量17进入干燥器的绝干物料为：进入干燥器的绝干物料为： G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料绝干料/h水分蒸发量为：水分蒸发量为： W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水水/h（2）空气消耗量）空气消耗量2181.51940/0.050.008WLkghHH绝干气原湿空气的消耗量为：原湿空气的消耗量为： L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气湿空气/h18（3）干燥产品量）干燥产品量121211 0.11000918.4/11 0.02wGGkg hw21

14、100081.5918.5/GGWkg h习题：今有一干燥器，湿物料处理量为习题：今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干。要求物料干燥后含水量由燥后含水量由30%减至减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，（均为湿基）。干燥介质为空气，初温初温15 ，相对湿度为，相对湿度为50%的的 H1=0.005kg水水/kg绝干气，绝干气，出干出干燥器时降温至燥器时降温至45 ，相对湿度为，相对湿度为80%的的 H2=0.052kg水水/kg绝干绝干气气。试求：（试求：（1）水分蒸发量）水分蒸发量W；（；（2）空气消耗量，单位空气消耗）空气消耗量，单位空气消耗量；（量；（3）干燥产品量。）

15、干燥产品量。第二章第二章 连续性方程连续性方程管内稳定流动管内稳定流动1122qm,1= qm,2A1u11= A2u22=qm不可压缩流体，不可压缩流体，=constconstA1u1 = A2u2 = qv2 22 22 21 12 21 14 44 4u ud du ud d22112dduu1.4C 柏努利方程的应用柏努利方程的应用1.求管道中流体的流量求管道中流体的流量例例1-4 输水系统如图所示。输水系统如图所示。452.5mm钢管钢管,已知已知2fuh1.6,试求水的体积流量。又欲使试求水的体积流量。又欲使水的流量增加水的流量增加30%，应将水箱水面升高多少？，应将水箱水面升高多

16、少？18m23m解解 (1)0(21表压 pp01ufhupgZwupgZ2222222111222222222uuuhu)zg(zf2.1212)zg(zu4.83m/s2.13)(89.81w = 02.1212)zg(zu4.83m/s2 2. .1 13 3) )( (8 89 9. .8 81 1224udqv4.830.040.7852/sm106.0733(2)若水的流量增加若水的流量增加30% ，则，则6.28m/s4.83m/s1.32u8.44m2.12221guzz11.44m8.4438.4421 zz水箱水面应升高水箱水面应升高3.44m811.

17、442.1212)zg(zu2.求输送设备的功率求输送设备的功率 例例1-5 牛奶输送系统如图所示。泵效牛奶输送系统如图所示。泵效率为率为65%，管道，管道342mm,牛奶密度为牛奶密度为1080kg/m3,质量流量为质量流量为4.5t/h，阻力损失，阻力损失为为50J/kg,试计算泵的功率。试计算泵的功率。01u解解fhuppzzgw2)(2212121.64m/s0.030.785)/1080(4500/36004222d/qAqumvPa108.8)(412vmvmaapppppp206J/kg5021.641080108.81.5)(99.8124w258W36004500206mew

18、qP397W258/0.65 /PPe1.5m9mPvm=88kPa21习题习题1（p.78） 求离心泵的压头求离心泵的压头H吸入管吸入管d1 = 350mm,吸入口吸入口pvm = 29.3kPa,排出管排出管d2 = 310mm，排出口排出口pg = 350kPa，两表间垂直距离，两表间垂直距离350mm,流量流量540m3/h解解1.56m/s0.350.785540/360021u1.99m/s0.310.785540/360022u9.8121.561.999.819993793000.352222gugpzHp = pg + pvm = 350+29.3 = 379.3 kPa=3

19、9.1m2.3A 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 离心泵吸入口中心到贮液面的垂直高度离心泵吸入口中心到贮液面的垂直高度Hg 防止汽蚀的产生，要求防止汽蚀的产生，要求p1pv ,使泵使泵Hg受限。受限。 汽蚀：汽蚀：当当p1pv,液体沸腾汽液体沸腾汽化，又被压缩，化，又被压缩，V ,液体质液体质点急剧补位冲击对泵叶片的点急剧补位冲击对泵叶片的损伤损伤 求求Hg 常用两法：通过常用两法：通过允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs汽蚀余量汽蚀余量h1.允许吸上真空高度允许吸上真空高度HsgppHas10-0和和1-1间伯努利方程：间伯努利方程：fgHgugpHgp22110fH液体经吸入管的压头损失

20、，液体经吸入管的压头损失，mfgHgugpgpH22110fsgHguHH221 离心泵的离心泵的Hs值由制造厂在样本或说明书中给出值由制造厂在样本或说明书中给出如环境非标准大气压如环境非标准大气压,液体非温度液体非温度20水水,Hs应校正：应校正： 24010.HHHHvass大气压头大气压头饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头2.汽蚀余量汽蚀余量h 泵入口处液体的静压头与动压头之和超过其饱泵入口处液体的静压头与动压头之和超过其饱和蒸汽压头的某一最小指定值和蒸汽压头的某一最小指定值gp)gugp(hv2211fvgHhgpgpH0fgHgugpgpH221102.3B 离心泵的工作点离心泵的工作点1.管

21、路特性曲线管路特性曲线(m)HgugpzHf22令令gpzA 02gu2fHAHgu)dll(Hef22令令528dllgBe2vBqAHudqv2424dquv2528vef)qdll(gH2. 离心泵的工作点离心泵的工作点 将离心泵的特性曲线将离心泵的特性曲线II和管路特性曲线和管路特性曲线I绘制绘制在同一压头在同一压头-流量坐标图上流量坐标图上 两曲线相交点两曲线相交点M, 是是离心泵在该管路中的离心泵在该管路中的工作点工作点（duty point） 若工作点所对应效若工作点所对应效率在最高效率区，则率在最高效率区，则该工作点是适宜的该工作点是适宜的3. 流量调节流量调节 可以采用流量调

22、节改变可以采用流量调节改变管路特性曲线管路特性曲线,或者改变泵的特性曲线或者改变泵的特性曲线, 改变泵的改变泵的工作点工作点M,使工作点处于高效率区。使工作点处于高效率区。 例例 5-4 用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为流量为50kg/h，比热容比热容cp为为3817J/（kgK）,入口温度入口温度80，出口温度，出口温度20。套管环隙逆流通冷水，入口。套管环隙逆流通冷水，入口温度温度10，出口温度，出口温度17。传热系数。传热系数K为为568W/（m2K）求：求：（1） 需要的冷却水量；需要的冷却水量；（2） 换热平均温差及换热面积；换热平均温差

23、及换热面积；（3） 若改顺流，两流体出入口温度同前，若改顺流，两流体出入口温度同前， 求求(2)各值。各值。mhhphmhccpcmcTKATTcqTTcq)()(2112解解)T(Tcqhhphmh21J/h109.5620)(803817506)(12660W3600109.566326kg/h10)4186(17109.566)T(Tcqc1c2pcmc)2(2080 hT1017 cT1063T28.8K1063ln1063mT20.162m28.85682660mTKA)3(2080 hT1710 cT370T21.3K370ln370mT20.220m21.35682660AmTK

24、16的盐水以3960kg/h的流量通过套管换热器的内管被加热。105的热水以4000kg/h的流量在环隙内与盐水进行热交换被冷却至48 。已知盐水的平均比热容为3.300kJ/(kg);热水的平均比热容为4.174kJ/(kg).试求： 盐水的出口温度； 若该换热器的传热系数为500 W/（m2K），求换热器的传热面积（管外表面积）。 解：根据热量衡算原理 40004.174（10548）39603.3（t216） 解得t288.8 判断应为逆流操作 t110588.816.2t2481632 tm（t1t2）/ln (t1/ t2) （16.232）/ln16.2/3223.2 2m8 .2

25、22 .23500360048105310174. 44000mtKQA）（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

26、kJ.kg-1 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101.3kN.m-2 （1）求D / w D =wr+FCp(t1 t0 )+QL /r 沸点进料t1=t0 ，且QL =0.05Dr D / w = r/ 0.95 r , W=F(1-X0 /X1 )=10102 (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/(0.952168.1)=1.142（2）求A A=Q/（ktm ）=(D r )/k(T t1 ) 而t1 =T +=60.1+2.5+3.5+1=67