东北农业大学继续教育-食品工程原理网上作业题

东北农业大学网络教育学院

食品工程原理网上作业题

作业题(一)一、填空题：.判断流体流动类型的准数是雷诺数Re,层流时ReW2000,湍流时Re>4000；.离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、效率及功率:.蒸汽压缩式制冷装置主要由蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀组成:.某容器内的绝对压强为200kPa,当地大气压为101.3kPa,则表压为98.7kPa；.常用的过滤介质有粒状介质、 织物状介质及多孔固体介质；.蒸发过程中，引起温度差损失的原因是溶液的沸点升高、液层静压效应及蒸汽流动的能量损失；.食品工程原理是以三大传递过程原理作为理论基础的，即、动量传递、质量传递及热量传递 ；.传热的基本方式为： 热传导、热对流及热辐射:.冷冻干燥是将湿物料降温冷冻，再在低于三相点压力的条件下供热，使固态冰直接升华 为水蒸气排除，最后提高温度进行解吸干燥:.理想溶液服从拉乌尔定律：理想气体服从道尔顿分压定律。二、名词解释：.粉碎：利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块、颗粒或粉末的单元操作。.热量传递：因温度差的存在而产生的能量传递，称为热量传递(heattransfer),简称传热。.蒸发：蒸发是指将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分气化并被排除从而将溶液浓缩的过程。.制冷；是现代食品工程的重要基础技术之一。制冷是指从低温物体吸热并将其转移到环境介质中的过程，使物体降温并保持比环境介质温度更低的低温条件。.蒸馏：蒸馏(distillation)是利用组分挥发度的不同，将流体混合物分离成较纯组分的单元操作。三、选择题：.如图，已知《=2d2,u2=4m/s,\等于_A—。A.u=1A.u=1m/s； B.u=0.5m/s； C.uj2m/s。.双组分精馏的精馏段操作线方程为：y=0.75x+0.23,则塔顶产品流出液中轻组分摩尔分数为A、46；B、0.92； C、230；D、A、46；B、0.92； C、230；D、4.6。.蒸汽压缩式制冷机制冷量为100kW,制冷剂循环量为0.10kg/s,压缩机单位理论功为200kJ/kg,压缩机效率丑=1则实际制冷因数为B。A.0.05；B.5.0；C.2.0；D.A.0.05；B.5.0；C.2.0；D.20。4..测得某空气一水系统，空气的相对湿度为98%,则该空气的干球温度4..测得某空气一水系统，空气的相对湿度为98%,则该空气的干球温度T,湿球温度Tw,绝热饱和温度Ts及露点温度Td之间的关系为BA、T=Tw=Ts=Td；A、T=Tw=Ts=Td；；B、T>T=Ts>Td；C、T>Tw>Ts>Td；D、T=Tw>Ts>Td。四、计算如图1所示，图1苹果汁输送系统解：（1）.取计算截面和基准面取贮槽液面1—1和高位槽液面2—2为两个计算截面，同时取贮槽液面1—1为基准面，则柏努利方四、计算如图1所示，图1苹果汁输送系统解：（1）.取计算截面和基准面取贮槽液面1—1和高位槽液面2—2为两个计算截面，同时取贮槽液面1—1为基准面，则柏努利方1p 1p、［为：Zg^ U2H 1+w=ZgH U2H 2+乙h1 21p 2 22p f式中：z1=0,z2=10；p1=p2；u产0,u2心0,因此，柏努利方程简化为w=zg+Zh2 f可以看出，只要求得总阻力损失即可计算泵的功率。（2）.计算阻力管路阻力包括直管阻力和局部阻力两部分，其中直管阻力为:ir_2lU22hf———•—

d2式中d=57—2X0.5=50mm=0.5m；l=50m流速q

u= -冗d2丁3000/(1000*60) =2.55m/s一(0.05)24摩擦系数人需要查摩狄图或利用经验公式计算，因此先计算雷诺数:Re二妞二0.05*2.55*1080二%8<20000.15用泵将密度为1080kg/m3、黏度0.15Pa-s的苹果汁从地下贮槽送到高位罐，果汁流量为300L/min。输出管出口比贮槽液面高10m,管道为“57X3.5的无缝钢管，管路中有一个底阀（可按摇板式止回阀计算），4个90°弯头，一个闸阀和一个标准阀，直管长度为50m,阀门按全开对待，已知泵的效率为70%。求泵的轴功率。所以:数为:64_X= —Re64918—0.0697,八d• 二0。697盛所以:数为:64_X= —Re64918—0.0697,八d• 二0。697盛若~二226.6/局部阻力计算有两种方法，当量长度法和阻力系数法，下面用阻力系数法，查表1—2,得到阻力系名称阻力系数进口0.5出口1.0底阀1.5闸阀全开0.17标准阀全开6.090°弯头0.75所以：SZ=0.5+1.0+1.5+0.17+6.0+4X0.75—12.17则局部阻力为： 2Lh'f=、&•u2=12.17x2.552=39.57J/Kg总阻力Shf=hf+Sh,=226.6+39.57=266.2J/Kg(3).计算泵的功率攻=zg+zh=9.8x10+226.2=364.2J/Kg2泵的有效功率Ne=qw=-300—x1087x364.2=1797.4W合1.8kWm1000x60泵的轴功率N=1.8/0.7—2.57kW。五、计算稳态下在单效蒸发器中浓缩苹果汁。已知原料液温度43.3℃,浓度10%,比热容3.90kJ/（kg-K）,进料流量0.65kg/s。蒸发室沸点60℃,完成液浓度80%。加热蒸汽绝对压力为300kPa。加热室传热系数为943W/（m2-K）。计算：（1）蒸发量和完成液流量；（2）加热蒸汽耗量；（3）蒸汽经济性；（4）换热面积。解：（1）由式（6-11）收)-Fwp/—065A0.10]

=0,6510.80,=0.57kg/s即:属于层流，因此人可以根据公式1—17计算（或查摩狄图），即:P=F-V=0.65-0.57=0.08kg/s(2)查Tj60.1℃时，rv=2355kJ/kg;(2)p=300kPa对应Ts=133.3℃,r「2168kJ/kg由式(6-15)：cVr+Fc(T—T) 0.57x2355+0.65x3.90(60.1-43.3)S=一= 2168 =0.64kg/sS(3)由式(6-17)： e=V/S=0.57/0・64=0.89

（4）由式（4）由式（6-18）：ASrA= s K(TASrA= s K(TS-T1)943x(133.3^60.1):20'm2、, >I.Mr八、计算用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为50kg/h,比热容Cp为3817J/@g咏），入口温度80℃,出口温度20℃。套管环隙逆流通冷水，入口温度10℃,出口温度17℃。传热系数K为568W/（m2・K）,求：（1）需要的冷却水量，（2）换热平均温差及换热面积，（3）若改顺流，两流体出入口温度同前，求（2）各值。解：（1）换热器内的热流量为①;qc（T-T）=50x3817x（80-20）=1.145x107J/h或①"I145xI07=3181W3600由热量衡算公式得① 1.145x107qmc—7 \= =391(qmcc(T-T)4186(17-10)(2)Th80f(2)Th80f20T17—10ATr_6310AT=63-10=28.8Km63In-4 ①103181A= = =0.194m2KAT 568x28.8(3)八80(3)八80f20T10f17AT70 3"m70-3记①3=21.3K3181八“0

=0.263m2568x21.3七、计算在一连续干燥器中，要求每小时将2000kg湿物料的湿基含水量由12%降至2%。采用热空气为干燥介质，进入干燥器前空气湿含量为0.01kgv/kgd，质，进入干燥器前空气湿含量为0.01kgv/kgd，温度为15℃,压力为101.3kPa。离开干燥器时空气湿含量为0.028kg/kg。求：（1）水分蒸发量；（2）湿空气用量；（3）干燥产品量。vd解：（1）水分蒸发量（2）干燥空气用量湿空气用量（3）干燥产品量0.12-0.02

2=2000x =204kg/h1-0.02204H2-H1 0.028-0.01=1.13x104kgd/hL=L(1+H)=1.13x104x(1+0.01)=1.14x104kg/h1二2000x二2000x1一0.121一0.02=1.80x103kg..h作业题（二）一、填空题：.食品工程原理是以三大传递过程原理作为理论基础的，即（动量传递）、（质量传递）和（热量传递）；.理想溶液服从（拉乌尔定律）；理想气体服从（道尔顿分压定律）；.某容器内的绝对压强为200kPa，当地大气压为101.3kPa，则表压为（98.7kPa ）；.离心泵的主要部件为（叶轮）、（泵壳）和（轴封装置）；.过滤介质有（粒状介质）、（织物状介质）、（多孔固体介质）；.传热的基本方式为：（热传导）、（热对流）和（热辐射）；.多效蒸发有三种操作流程，即（顺流）、（逆流）和（平流）；.流体流动型态可以分为（层流）和（湍流）。二、名词解释：.沉降；沉降是利用固体颗粒或液滴与流体间的密度差，使悬浮在流体中的固体颗粒或液滴借助于外场作用力产生定向运动，从而实现分散相与连续相分离的单元操作。.粉碎；利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块、颗粒或粉末的单元操作，称为粉碎。.干燥；干燥是利用热量使湿物料中水分等湿分被汽化除去，从而获得固体产品的操作。.吸收；在液体和气体接触过程中，气体中的组分溶解于液体的传质操作，称为吸收。.蒸发：蒸发是指将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分气化并被排除从而将溶液浓缩的过程。三、选择题:.流体在管内呈湍流流动时：」_A.ReN2000；B.ReN4000；C.2000<Re<4000o.参照下图，已知dj2d2，u2=4m/s,）等于A。A.u=1m/s； B.u=0.5m/s； C.u1A.u=1m/s； B.u=0.5m/s； C.u1=2m/s。.蒸汽压缩式制冷机制冷量为100kW,制冷剂循环量为0.10kg/s,压缩机单位理论功为200kJ/kg,则理论制冷因数为」_。A.0.05； B.5.0； C.2.0； D.20。.以下哪个不是离心泵的主要性能参数：_C 。A.流量B.转速C.流速D.功率.物料衡算的理论依据是_B_oA.傅里叶定律B.质量守恒定律 C.亨利定律D.能量守恒定律

四、计算如图1所示，用泵将密度为1080kg/m4黏度0.15Pa-s的苹果汁从地下贮槽送到高位罐，果汁流量为300L/min。输出管出口比贮槽液面高10m,管道为“57X3.5的无缝钢管，管路中有一个底阀（可按摇板式止回阀计算），4个90°弯头，一个闸阀和一个标准阀，直管长度为0m,阀门按全开对待。求泵的轴功率，设泵的效率为70%。解：（1）.取计算截面和基准面图1苹果汁输送系统取贮槽液面1—1和高位槽液面2—2为两个计算截面，同时取贮槽液面1—1为基准面，则柏努利方程为:「一夕， ,1.pP,y,zg解：（1）.取计算截面和基准面图1苹果汁输送系统取贮槽液面1—1和高位槽液面2—2为两个计算截面，同时取贮槽液面1—1为基准面，则柏努利方程为:「一夕， ,1.pP,y,zg+—U2+r+w=zg+-u2H——2-+yh1 21p 2。22p f式中：Z]=0,z2=10；P1=P2；u产0,u2心0,因此，柏努利方程简化为w=zg+yh2 f可以看出，只要求得总阻力损失即可计算泵的功率。.计算阻力管路阻力包括直管阻力和局部阻力两部分，其中直管阻力为:hf八-•u2d2式中d=57—2X0.5=50mm=0.5m；l=50m流速qU= L-d2丁3000/(1000*60) =2.55m/s一(0.05)24摩擦系数人需要查摩狄图或利用经验公式计算，因此先计算雷诺数:Re二姐二0.05*2.55*1080二%8<20000.15属于层流，因此人可以根据公式1—17计算（或查摩狄图），即:64 64九= =——=0.0697所以:Re918hf=X-•竺=0.0697包-•2552=226.6J/Kgd2 0.05 2局部阻力计算有两种方法，当量长度法和阻力系数法，下面用阻力系数法，查表1—2,得到阻力系数为:名称阻力系数进口0.5出口1.0底阀1.5闸阀全开0.17标准阀全开6.090°弯头0.75进口0.5出口1.0底阀1.5闸阀全开0.17标准阀全开6.090°弯头0.75所以：SZ=0.5+1.0+1.5+0.17+6.0+4X0.75=12.17则局部阻力为： 中 255.h'f——1•u2=12,17x =39.57J/Kg总阻力Shf=hf+Ah'=226.6+39.57=266.2J/Kg(3).计算泵的功率w=z2g+zhf=9.8x10+226.2=364.2J/Kg泵的有效功率Ne=qw=-300—x1087x364.2—1797.4W合1.8kWm1000x60泵的轴功率N=1.8/0.7=2.57kW。五、计算在一连续干燥器中，要求每小时将2000kg湿物料的湿基含水量由12%降至2%。采用热空气为干燥介质，进入干燥器前空气湿含量为0.01kgv/kgd，温度为15℃,压力为101.3kPa。离开干燥器时空气湿含量为0.028kg/kg。求：（1）水分蒸发量；（2）湿空气用量；（3）干燥产品量。vd解：（1）水分蒸发量0.12-0.022=2000x =204kg/h1-0.02（2）干燥空气用量湿空气用量204H2湿空气用量204H2-H1 0.028-0.01—1.13x104kgd/h（3）干燥产品量L=L(1+H)=1.13x104x(1+0,01)=1.14x104kg/h1（3）干燥产品量1-w 1-0.12—1.80x103kg..1h1—1.80x103kg..1h1-0.02六、计算分用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为50kg/h,比热容cp为3817J/@g咏），入口温度80℃,出口温度20℃。套管环隙逆流通冷水，入口温度10℃,出口温度17℃。传热系数K为568W/（m2・K）,求：（1）需要的冷却水量，（2）换热平均温差及换热面积，（3）若改顺流，两流体出入口温度同前，求（2）各值。解：（1）换热器内的热流量为①—qc（T-T）=50x3817x（80-20）=1.145x107J/h或

①二 =3181W由热量衡算公式得=391(kg/h)_ ① _1.145=391(kg/h)%—c(T1-T2)—4186(17-10)(2)480—20T17—10ATr-63-10AT=63-10=28.8Km63(2)480—20T17—10ATr-63-10AT=63-10=28.8Km63In—10…一A二上KAT3181 =0.194m2568x