食品工程原理试题

食品工程原理试题一、单项选择题（每题2分，共20分）1.流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失变为原来的（）倍。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16答案：D解析：根据层流阻力损失公式\(h_f=32μuL/ρd^2\)（其中\(μ\)为粘度，\(u\)为流速，\(L\)为管长，\(ρ\)为密度，\(d\)为管径），流量不变时，流速与管径平方成反比。管径增大一倍，流速变为原来的1/4，阻力损失变为原来的\((1/4)^2=1/16\)倍。

2.离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。A.Q增大，η增大B.Q增大，η先增大后减小C.Q增大，η减小D.Q增大，η先减小后增大答案：B解析：离心泵有一个最佳工况点，在该点效率最高。当流量小于最佳工况点流量时，随着流量增大，效率增大；当流量大于最佳工况点流量时，随着流量增大，效率减小。

3.某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（）kmol/h。A.60B.66.7C.90D.100答案：B解析：根据物料衡算\(FxF=DxD+WxW\)，当\(W=0\)时，塔顶产量最大，即\(D_{max}=FxF/xD=100×0.6/0.9=66.7kmol/h\)。

4.传热过程中，当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。A.管避热阻B.污垢热阻C.热流体层流底层热阻D.冷流体层流底层热阻答案：B解析：当两侧流体对流传热系数较大时，管避热阻和热流体、冷流体层流底层热阻相对较小，污垢热阻可能成为影响传热过程的主要因素。

5.在恒速干燥阶段，物料的表面温度等于（）。A.空气的干球温度B.空气的湿球温度C.物料的初始温度D.物料的临界温度答案：B解析：在恒速干燥阶段，物料表面水分汽化速率等于水分蒸发速率，表面温度维持在空气的湿球温度。

6.以下哪种是理想流体（）。A.水B.空气C.没有黏性的流体D.不可压缩流体答案：C解析：理想流体是指没有黏性的流体。

7.精馏塔的进料热状态参数q值越大，提馏段操作线斜率（）。A.越大B.越小C.不变D.无法确定答案：A解析：进料热状态参数\(q=(HH_f)/(HH_c)\)（\(H\)为进料的焓，\(H_f\)为饱和液体进料焓，\(H_c\)为饱和蒸汽进料焓），\(q\)值越大，提馏段操作线斜率\((L'/V')=(L+qF)/(V(1q)F)\)越大。

8.对于间壁式换热器，热流体进出口温度分别为100℃和60℃，冷流体进出口温度分别为30℃和50℃，其对数平均温差为（）℃。A.30B.40C.50D.60答案：B解析：对数平均温差\(\Deltat_m=(\Deltat_1\Deltat_2)/\ln(\Deltat_1/\Deltat_2)\)，\(\Deltat_1=10050=50℃\)，\(\Deltat_2=6030=30℃\)，则\(\Deltat_m=(5030)/\ln(50/30)≈40℃\)。

9.以下不属于过滤介质的是（）。A.滤网B.滤布C.多孔陶瓷D.悬浮液答案：D解析：悬浮液是待过滤的物料，不是过滤介质。

10.在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走（）。A.管程B.壳程C.都可以D.无法确定答案：A解析：不洁净和易结垢的流体走管程便于清洗。

二、填空题（每题2分，共20分）1.流体在圆形管道中流动时，其雷诺数\(Re=\)（）。答案：\(duρ/μ\)（\(d\)为管径，\(u\)为流速，\(ρ\)为密度，\(μ\)为粘度）2.离心泵的主要性能参数有流量、扬程、（）、（）和效率。答案：功率、转速3.吸收操作的依据是（）。答案：气体混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异4.精馏塔的回流比R增大，精馏段操作线斜率（），塔顶产品浓度（）。答案：增大、提高5.传热的基本方式有（）、（）和辐射传热。答案：热传导、对流传热6.恒沸精馏和萃取精馏的主要区别在于（）。答案：恒沸精馏加入第三组分形成恒沸物，萃取精馏加入的第三组分不形成恒沸物7.干燥过程中，干燥介质的湿度\(H=\)（）。答案：水汽质量/绝干空气质量8.过滤操作中，过滤介质的作用是（）。答案：截留固体颗粒9.管壳式换热器中，两流体通过管束和壳体间实现热交换，其中一种流体在管内流动，称为（）；另一种流体在管外流动，称为（）。答案：管程流体、壳程流体10.离心泵安装高度超过允许安装高度时，会发生（）现象。答案：气蚀

三、简答题（每题10分，共30分）1.简述流体流动的连续性方程及其物理意义。答案：连续性方程：\(u_1A_1=u_2A_2\)（对于不可压缩流体）或\(ρ_1u_1A_1=ρ_2u_2A_2\)（对于可压缩流体），其中\(u\)为流速，\(A\)为管道截面积，\(ρ\)为密度。物理意义：它表明在稳定流动中，流体流经各截面的质量流量相等。即流体既不能在管道中积累，也不能在管道中产生，其质量流量是守恒的。2.简述精馏塔的工作原理。答案：精馏塔是利用混合物中各组分挥发度不同，将液体混合物多次部分汽化和部分冷凝，使气相中的轻组分浓度不断提高，液相中的重组分浓度不断提高，从而实现分离的目的。精馏塔内有精馏段和提馏段，进料后，上升蒸汽与回流液体在塔板上进行传质传热，轻组分不断汽化上升，重组分不断冷凝下降。塔顶得到高纯度的轻组分产品，塔底得到高纯度的重组分产品。3.简述影响对流传热系数的因素有哪些？答案：（1）流体的种类：不同流体的物理性质不同，对流传热系数差异较大。（2）流体的相态变化：有相变的对流传热系数大于无相变的。（3）流体的流动状态：湍流时对流传热系数大于层流。（4）流体的物性：如密度、粘度、比热容、导热系数等。（5）传热面的形状、大小和位置：如圆形、方形管道，管径大小，垂直或水平放置等。（6）流体的流速：流速越大，对流传热系数越大。

四、计算题（每题15分，共30分）1.用离心泵将20℃的水从低位槽输送到高位槽，两槽液位差为15m，管路系统的压头损失为5m，流量为30m³/h。已知泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度\(ρ=1000kg/m³\)）解：（1）计算泵的扬程\(H\)\(H=z+h_f=15+5=20m\)（2）计算泵的有效功率\(P_e\)\(q_V=30m³/h=30/3600m³/s\)\(P_e=ρgq_VH=1000×9.8×(30/3600)×20≈1633.3W\)（3）计算泵的轴功率\(P\)\(P=P_e/η=1633.3/0.6≈2722.2W=2.72kW\)

2.在连续精馏塔中，精馏段操作线方程为\(y=0.75x+0.2075\)，试求：（1）回流比\(R\)；（2）馏出液组成\(x_D\)；（3）进料热状态参数\(q=1\)时，提馏段操作线方程。解：（1）精馏段操作线方程\(y=\frac{R}{R+1}x+\frac{x_D}{R+1}\)对比\(y=0.75x+0.2075\)可得：\(\frac{R}{R+1}=0.75\)，解得\(R=3\)（2）\(\frac{x_D}{R+1}=0.2075\)，将\(R=3\)代入得\(x_D=0.83\)（3）当\(q=1\)时，\(L'=L=RD\)，\(V'=V=(R+1)D\)，\(W=FD\)提馏段操作线方程为：\(y'=\frac{L'}{V'}x'\frac{Wx_W}{V'}\)\(L'=3D\)，\(V'=4D\)，\(W=FD\)\(y'=\frac{3D}{4D}x'\frac{(FD)x_W}{4D}\)由物料衡算\(FxF=DxD+WxW\)可得\(x_W=\frac{FxFDxD}{W}\)代入提馏段操作线方程整理得：\(y'=1.33x'0.33\frac{FxFDxD}{FD}\)已知\(xD=0.83\)，假设进料组成\(xF=0.5\)（未给出，自行假设），\(F=100kmol/h\)（自行假设），\(D=66.7kmol/h\)（第一题计算结果，此处假设进料量为100kmol/h时的塔顶最大产量）\(x_W=\frac{100×0.566