2023年研究生类农学硕士联考(M.Agr.)食品工程原理历年高频考题带答案难题附详解

2023年研究生类农学硕士联考(M.Agr（图片大小可自由调整）第1卷一.历年考点试题黑钻版(共50题)1.有一蒸汽管外径为25mm，管外包有两层保温材料，每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为5，此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q'，求Q'/Q，说明何种材料放在里层为好。2.灰体的基本特征是______。A.透过率为零B.反射率为零C.吸收率不为零D.吸收率为零3.如果两组分的挥发性相等，则不能用普通蒸(精)馏的方法分离。4.灰体是______。5.某厂有两个规格完全一样的列管换热器，拟作为气体冷却器用。曾以其中一个进行实验，每小时可将一定量的气体自80℃冷却到60℃；冷却水温度自20℃升到30℃。气体在管内与冷水呈逆流流动。经计算知基于列管内表面的总传热系数Ki为40W/(m2·℃)。

现请你给出这两个换热器的流程安排，使气体的出口温度最低。

其他已知条件：

(1)气体处理量及冷却水进、出每个换热器的温度不变；

(2)可忽略管壁、冷却水对流热阻及管壁两侧的污垢热阻；

(3)气体温度改变引起的物性变化可忽略；

(4)传热温差可按算术平均温差计；

(5)气体的对流传热系数可按下式计算：

6.有一分离A、B双组分理想溶液的常压精馏塔，如图所示，操作参数如下，进料量F=157kmol/h，饱和液体进料，料液中含易挥发组分A的摩尔分率=0.3(摩尔分率，下同)，塔顶流出液量40kmol/h，其组成=0.96，回流量=80kmol/h，回流液温度40℃。塔顶第一层板上温度82.5℃，测得塔内的平均压力=102.7kPa，已知塔釜的传热面积为60m2，总传热系数K=2280kJ/(m2·h·℃)，相对挥发度α=2.5。计算此时塔釜间接加热蒸气的温度为多少?

附：溶液的汽化潜热为30400kJ/kmol，平均比热容为155kg/(kmol·℃)，纯组分A的饱和蒸汽压与温度的关系为

p0，kPa；t，℃。7.用如图所示的方法测定乙醇在101.3kPa、25℃下在空气中的扩散系数。开始时乙醇液面距管口高10mm，到乙醇液面下降5mm时共用26500s。假设管口上方空气中乙醇蒸气分压为零，求扩散系数。

已知25℃乙醇的饱和蒸汽压为8.0kPa，密度为780kg/m3。

8.泵的允许安装高度是指______。9.拟用一台3857型离心泵以60m3/h的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允许吸上真空Hs=5.6m，已知吸入管内径为75mm，吸入管段的压头损失估计为0.5m。试求：

(1)若泵的安装高度为5.0m，该泵能否正常工作?该地区大气压为9.81×104Pa；

(2)若该泵在海拔高度1000m的地区输送40℃的清水，允许的几何安装高度为若干米?当地大气压为9.02×104Pa。10.沉降分离的依据是______。11.对相同的浓缩要求，单效蒸发比多效蒸发的温差损失______。12.若理想气体的温度为227℃，则体积膨胀系数为______；13.某离心泵在一定转速下的特性曲线方程为：H=38.5-1.58×105Q2，式中：H的单位为m，Q的单位为m3/s。今有一输水系统，其吸入设备中液面上方的真空度为20kPa，排出设备中液面上方的表压强为100kPa，排出设备中液面比吸入设备中液面高5.0m，两设备间用68mm×4mm的管子相连，吸入管长度20m，排出管长度300m(以上长度均包括局部阻力的当量长度)。若此系统用上述水泵输送20℃的清水，摩擦系数取为0.028。求输水量与所需的有效功率。

附：20℃水的密度ρ=1000(kg/m3)。14.在热风干燥中，恒速干燥阶段必是表面汽化控制。15.某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：

精馏段：y=0.8x+0.172

提馏段：y=1.3x-0.018

求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。16.用离心泵输送某饱和液体时，其允许吸上真空度为5.6m，实际安装高度为1.5m，则该泵不能正常工作。17.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2×105Pa，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2.7×104kg。已知蒸发器传热面积为100m2。已测得温差损失为14.6℃，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61℃，汽化潜热为2352.1kJ/kg；压强为2×105Pa，饱和温度为120.2℃。18.有一蒸汽管外径为25mm，管外包有两层保温材料，每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为5，此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q'，求Q'/Q，说明何种材料放在里层为好。19.分子间的引力是______具用黏性的主要原因；20.在解吸操作中，溶质的传递方向是______。21.亨利系数随温度的升高而______。22.沉降速度就是先慢，后快，最终达到速度不变。23.水分在湿物料中的存在哪几种形式?按干燥中被除去的难易程度(由难到易)排序。24.从分子扩散的角度看，吸收属于______扩散；25.设计一多级逆流接触浸出设备，以淡水为溶剂每小时处理4t炒咖啡豆以制造速溶咖啡。咖啡豆中可溶性固体含量为24%，含水量可忽略不计。离开设备的浸出液含溶解固体30%，每吨惰性固体持液1.7t，要求浸出液中有95%的可溶固体被回收，试确定：

(1)每小时生产的浸出液量；

(2)每小时所消耗的淡水量；

(3)若级效率为70%，求实际级数。26.多效蒸发的优点是______。27.______流量计是恒压差流量计；28.在逆流操作的设备中，将含油20%(质量百分数)的油籽进行浸出，离开末级的溢流含油量为50%，从此溶液中回收得油90%。若用某新鲜溶剂来浸出油籽，同时在底流中每1kg不溶性固体持有0.5kg溶液，试问在恒底流操作下所需理论级数是多少?29.为减少热损失，在外径150mm的饱和蒸汽管外覆盖厚度为80mm的保温层，保温材料的热导率λ=0.1+0.002T(式中T的单位为℃)。已知饱和蒸汽的温度为180℃(冷凝潜热为2019.3kJ/kg)，并测得距保温层中间即厚度为40mm处的温度为120℃。

(1)求保温层的外壁面温度；(2)单位管长蒸汽的冷凝量[kg/(m·s)]。30.浸出平衡是指溶液主体浓度达到了饱和浓度(溶解度)。31.水在圆形直管内层流流动时，平均流速是管中心流速的2倍。32.提高冷凝传热的温差，则冷凝传热量______。33.板框压滤机按钮数的装合顺序为______。A.1—2—3—2—1…B.1—2—3—3—2—1…C.1—2—2—3—2…D.1—2—3—2—3…34.001型离子交换树脂可与水溶液中的______离子进行交换。35.有一叶滤机，自始至终在某一恒压下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：(q+10)2=250(τ+0.4)。式中q以L/m2表示，τ以min表示。今在实际操作中，先在5min内使压差由零升至上述压差，其间过滤为恒速过滤，以后则维持该压力不变作恒压过滤，全部过滤时间为20min。试求：(1)每一循环中，每1m2过滤表面可得多少滤液?(2)过滤后用相当于滤液总量1/5的水洗涤滤饼，求洗涤时间(设滤饼不可压缩)。36.与单效蒸发相比，多效蒸发的特点是______。A.节约能源B.生产强度大C.设备投资高D.有效温差大37.有一套管换热器，内管为38mm×2mm的铜管，今以绝对压强为300kPa(饱和温度为133℃)的饱和水蒸气将管内的5000kg/h的某液体从33℃加热到75℃。现因某种原因，该液体的流率减小到1350kg/h，而要求进、出口温度不变。如仍使用原换热器进行换热，你将采取什么措施?并计算建议改变的项目。

已知两种流率下液体在管内均为湍流，且物性常数不变；蒸汽的冷凝对流传热系数值比液体的大得多，污垢热阻可以忽略不计。38.理想条件下，每蒸发1kg水分需消耗______kg加热水蒸气；39.选择萃取剂的要求是对所有的溶质都有大的溶解度。40.水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温度升高时，Re值将______。A.不变B.变小C.变大D.不确定41.流体在圆形直管内层流流动时，流动阻力与管道的粗糙度无关。42.全回流时，精馏塔理论板的分离能力最强，因此板效率最高。43.流体的流动形态可分为______几种。44.离子交换的选择性既与离子电荷的大小有关，也与离子的大小有关。45.把传质阻力简化成只有气膜阻力和液膜阻力的模型称为______。46.蒸汽的冷凝方式有______。47.料液黏度随浓度和温度变化较大时，若采用多效蒸发，则需采用______。A.顺流加料流程B.逆流加料流程C.平流加料流程D.无法确定48.提高压强，气体的扩散系数______；49.提高温度，湿空气的相对湿度______；50.流化床传热均匀的主要原因是______。第1卷参考答案一.历年考点试题黑钻版1.参考答案：两层圆筒壁的导热。

(1)

其中：r1=12.5×10-3m，r2=37.5×10-3m，r3=62.5×10-3m

将热导率大的放在外层，λ2=5λ1，代入式(1)得：

(2)

将热导率大的放在内层，得：

(3)

(3)/(2)得：

显然，将热导率大的放在外层(或将热导率小的放在内层)热损失较小。2.参考答案：AC3.参考答案：A4.参考答案：能以相同的吸收率且部分地吸收所有波长范围内的辐射能的物体5.参考答案：两个换热器的排列有两种：并联和串联

(1)先计算并联时的情况。

以上标“'”表示两个换热器并联时的情况，

并联时基于管内表面的总传热系数K'i

由题意，可得：

或

(1)

两台换热器并联时，每台的气体流量为实验情况时的1/2，因此

由式(1)可得：

所以

实验时使用一台的传热速率为：

Q=KiSiΔTm=Whcph(Th1-Th2)

(2)

其中：

并联使用时其中一台的传热速率为：

(3)

其中：

(4)

(3)/(2)得：

代入数据，得：

解得T'h2=57.6(℃)

总传热量增加的百分数：

(2)串联时的情况。

以上标“"”表示两个换热器串联时的情况。

串联时基于管内表面的总传热系数K"i仍为40W/(m2·℃)

这时出第一台换热器的气体温度即为进第二台换热器的气体温度，故：

Q"=K"iSiΔT"m=Whcph(T"h1-T"h2)

(5)

第二台换热器的平均温差为：

(5)/(2)得：

代入数据，得：

解得T"h2=47.3(℃)

总传热量增加的百分数：

6.参考答案：因塔底再沸器内为恒温差传热(一侧为水蒸气冷凝，一侧为溶液沸腾)，因此传热速率方程为：

QB=KS(Ts-tbW)

所以

(1)

由上式可以看出，要求出Ts，必先求出QB和tbw。因此，求出这两个值是本题的关键。

W=F-D=157-40=117(kmol/h)

FxF=DxD+WxW

xW=(57×0.3-40×0.96)/117=0.0744

对于理想溶液，有

所以

所以

由经验公式得：

即tbW=109.3(℃)

注意：当塔外回流不是泡点回流时，塔内外回流量不同。对如图所示的虚线框做总物料和总能量衡算，有：

V1+L=V2+L。

(1)

V1H+LI=V2H+L0IR

(2)

由式(1)得：

V2-V1=L-L0

(1)'

由式(2)得：

(V2-V1)H=LI-L0IR

(2)'

将式(1)'代入式(2)'，得：

(L-L0)H=LI-L0IR

所以

由此式可以看出：若为泡点回流，即tb1=tR，则L=L0，即塔内外回流量相等；若为冷液体回流，即tb1＞tR，则L＞L0，即塔内回流量大于塔外回流量。而精馏段操作线方程中的回流比指的是塔内回流比。

所以

所以L=1.217L0=1.217×80=97.36(kmol/h)

QB=V'rB=[(L+D)+(q-1)F]

泡点进料，q=1

所以QB=(97.36+40)×30400=4.18×106(kJ/h)

将tbW、QB之值代入式(1)，得：

Ts=4.18×106/(2280×60)+109.3=140(℃)

即塔底再沸器内加热用饱和水蒸气的温度为140℃。7.参考答案：设在扩散的任意时刻τ，液面离杯口的距离(扩散距离)为z，取dτ时间间隔对物料作衡算，并结合扩散的规律解决之。

单向扩散，有：

(1)

在dτ时间内，液面高度降低dz，对乙醇作衡算：

NAΩdτ=Ωdzρ/MA

或

(2)

将式(1)代入式(2)，积分可得：

(3)

式中：

T=273+25=298K；PB2=101.3-0=101.3kPa；pB1=101.3-8.0=93.3kPa；

z1=0.01m，z2=0.015m；ρ=780kg/m3，MA=46kg/kmol；

代入式(3)，得：

D=1.19×10-5(m2/s)8.参考答案：泵的吸入口轴线至供液贮槽液面的最大垂直距离9.参考答案：20℃和40℃时水的饱和蒸汽压分别为2.335kPa和7.377kPa。

(1)若泵的安装高度为5.0m，该泵能否正常工作?

允许安装高度公式：

(1)

式中，

p0=98.1kPa，pv=2.335kPa，∑hfs=0.5m

所以Δh=10.48-5.6=4.88(m)

代入式(1)，得：

实际安装高度(5.0m)大于允许安装高度(4.38m)，故该水泵不能正常工作。

(2)求1000m高度处泵的允许的安装高度。

由(1)知：Δh=4.88m

即在海拔1000m处水泵的安装高度不应该超过3.06m。10.参考答案：连续相与分散相的密度差异11.参考答案：小12.参考答案：0.002K-113.参考答案：输水量与所需的有效功率。

管路特性曲线方程为：

其中：

所以

泵的特性曲线方程为：

H=38.5-1.58×105Q2

(2)

工作点时，H=He，Q=Qe

式(1)、式(2)联立，解得：

Q=Qe=4.377×10-3(m3/s)=15.8(m3/h)

H=He=35.5(m)

故输水量为15.8m3/h。

有效功率：

Ne=HgρQ=35.5×9.81×1000×4.377×10-3=1520(W)14.参考答案：A15.参考答案：泡点进料，q=1。

(1)求回流比R。

由

求取其他值有不同方法。

方法1

结合x—y图的作图法：

①进料组成xF。

两操作线交点的横坐标即是：

y=0.8xF+0.172；y=1.3xF-0.018

两式联立，解得：xF=0.38。

②馏出液的组成xD。

精馏段操作线方程与对角线方程联立：

y=0.8xD+0.172；y=xD

两式联立，解得：xD=0.86

③釜液的组成xW。

提馏段操作线方程与对角线方程联立：

y=0.8xW+0.172；y=xW

两式联立，解得：xW=0.06

方法2由方程直接求解。

求xD。

由

(2)求xW。

由

(3)求xF。

由

(1)

由

(2)

因为

L'=L+qF=RD+qF=4D+F=4D+(D+W)=5D+W=13W/3

所以

将其代入式(1)，得：

所以

将其代入式(2)，得：

xF=0.4×0.86+0.6×0.06=0.3816.参考答案：A17.参考答案：溶液的沸点：

t1=T'1+Δ=61+14.6=75.6(℃)

水分蒸发量：

由于沸点进料，其传热量为：

Q=Wr'1+QL=1.02×7.5×2352.1×103

=5.998×106(W)

传热系数：

18.参考答案：两层圆筒壁的导热。

(1)

其中：r1=12.5×10-3m，r2=37.5×10-3m，r3=62.5×10-3m

将热导率大的放在外层，λ2=5λ1，代入式(1)得：

(2)

将热导率大的放在内层，得：

(3)

(3)/(2)得：

显然，将热导率大的放在外层(或将热导率小的放在内层)热损失较小。19.参考答案：液体20.参考答案：液相到气相21.参考答案：上升22.参考答案：B23.参考答案：水分在湿物料中的存在有三种形式：(1)机械结合水；(2)物理化学结合水；(3)化学结合水。按干燥中被除去的难易程度排序是：化学结合水＞物理化学结合水＞机械结合水。24.参考答案：单分子定向25.参考答案：物料中总溶质量：A=4×0.24=0.96(t/h)

惰性固体量：B=4×0.76=3.04(t/h)

持液量：L=BK=3.04×1.7=5.168(t/h)

浸出液量：

总物料衡算

4+S=3.04+5.168+3.04

S=V=7.248(t/h)

a=V/L=7.248/5.168=1.40

a1=E/L=3.04/5.168=0.588

新鲜溶剂，yS=0。

由得：

解得：N=7.83

实际级数：NR=N/η=7.83/0.7=11.2=12(圆整)

实际浸出级数为12个。

注意：在所有求实际级数的计算中，都要进行圆整。所谓圆整就是将计算所得级数数值的小数点部分进到个位数上去(不论小数点后十分位上的数是多大)。26.参考答案：节约生蒸汽(或节约能源)27.参考答案：转子28.参考答案：取F=100kg/h

物料中总油量(溶质)：A=100×0.2=20(kg/h)

惰性固体量：B=100×0.80=80(kg/h)

浸出液量：

持液量：L=BK=80×0.5=40(kg/h)

总物料衡算：

100+S=36+80+40

S=V=56(kg/h)

a=V/L=56/40=1.4

a1=E/L=36/40=0.90

新鲜溶剂，yS=0。

由得：