食品工程原理复习题及答案

食品工程原理复习题及答案一、选择题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（）。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16答案：D解析：层流时，阻力损失与管径的四次方成反比。设原来管径为d，流量为qv，根据泊谡叶方程$h_f=32μqvL/（πd^4）$，管径增大一倍变为2d后，$h_f'=32μqvL/（π(2d)^4）=h_f/16$。

2.离心泵铭牌上标明的扬程是指（）。A.功率最大时的扬程B.最大流量时的扬程C.泵的最大扬程D.效率最高时的扬程答案：D解析：离心泵铭牌上标明的扬程是指效率最高时的扬程。

3.当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为真空表。A.大于B.小于C.等于D.不确定答案：B解析：绝对压力小于外界大气压力时，表的读数为负值，此表为真空表。

4.对流传热速率等于系数×推动力，其中推动力是（）。A.两流体的温度差B.流体温度和壁温度差C.同一流体的温度差D.两流体的速度差答案：B解析：对流传热推动力是流体主体温度与壁面温度之差。

5.吸收操作的依据是（）。A.液体均向扩散B.气体扩散C.易溶气体在溶剂中溶解度不同D.流体对流答案：C解析：吸收操作是利用气体混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的。

6.在精馏塔中，加料板以上的塔段称为（）。A.精馏段B.提馏段C.进料段D.混合段答案：A解析：加料板以上的塔段，上升蒸汽中易挥发组分不断增浓，称为精馏段。

7.过滤操作中，滤液流动遇到的阻力主要是（）。A.过滤介质阻力B.滤饼阻力C.过滤介质和滤饼阻力之和D.不确定答案：C解析：过滤阻力包括过滤介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼阻力是主要的。

8.干燥过程中，物料表面的水分汽化速率主要取决于（）。A.物料性质B.干燥介质的温度和湿度C.干燥介质的流速D.以上都是答案：D解析：物料表面水分汽化速率受物料性质、干燥介质温度、湿度、流速等多种因素影响。

二、填空题1.流体在管内作湍流流动时，其摩擦系数λ与______和______有关。答案：雷诺数Re；管壁相对粗糙度ε/d解析：湍流时，摩擦系数λ与雷诺数Re和管壁相对粗糙度ε/d有关。2.离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。答案：离心泵的特性；管路特性解析：工作点是泵特性曲线与管路特性曲线的交点。3.某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，则两处的绝对压力差为______mmHg。答案：1900解析：$p_绝1=p_表1+p_大$，$p_绝2=p_大p_真2$，压力差=$p_绝1p_绝2=p_表1+p_真2=1200+700=1900mmHg$。4.对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度______，塔操作温度______，对分离______。答案：越小；越高；不利解析：压力增大，相对挥发度减小，塔温升高，分离难度增大。5.吸收操作中，温度______，压力______，将有利于吸收的进行。答案：降低；升高解析：降低温度、升高压力有利于气体溶解，利于吸收。6.过滤常数K与______和______有关。答案：过滤介质阻力；滤饼比阻解析：过滤常数K与过滤介质阻力和滤饼比阻有关。7.干燥过程中，若物料中含有结合水和非结合水，当干燥推动力相同时，干燥速率______水的干燥速率大于______水的干燥速率。答案：非结合；结合解析：非结合水较易去除，干燥速率非结合水大于结合水。

三、简答题1.简述流体流动的连续性方程及其物理意义。答：连续性方程为$ρ_1u_1A_1=ρ_2u_2A_2$（稳定流动）。物理意义是：在稳定流动系统中，流体在各截面处的质量流量相等。即单位时间内通过管道任意截面的流体质量不变，反映了流体在流动过程中质量守恒的规律。2.离心泵启动前为什么要灌泵？答：离心泵启动前灌泵是为了排净泵内空气。因为离心泵工作时依靠叶轮高速旋转产生离心力使液体获得能量，如果泵内有空气，由于空气密度远小于液体，叶轮旋转产生的离心力不足以将空气排出，无法形成足够的真空度吸上液体，导致泵无法正常工作，所以启动前要灌泵排空气。3.简述精馏塔的工作原理。答：精馏塔利用混合物中各组分挥发度不同，在塔内经过多次部分汽化和部分冷凝，使气相中的易挥发组分浓度不断提高，液相中的难挥发组分浓度不断提高，从而实现混合物的分离。进料从塔的中部进入，在塔板上气相和液相充分接触，进行传质传热，上升蒸汽中易挥发组分不断增浓，从塔顶引出；下降液体中难挥发组分不断增浓，从塔底引出，得到较纯的轻组分和重组分产品。4.影响对流传热系数的因素有哪些？答：影响对流传热系数的因素有：（1）流体的种类及相变化情况，如液体、气体，有无相变等。（2）流体的物性，如密度、比热容、导热系数、粘度等。（3）流体的流动状态，层流或湍流。（4）流体流动的原因，强制对流或自然对流。（5）传热壁面的形状、大小及位置等。5.简述吸收操作中，选择吸收剂的原则。答：选择吸收剂的原则如下：（1）溶解度大，对溶质有较大的溶解度，以提高吸收速率和吸收容量。（2）选择性高，对溶质有良好的选择性，对其他组分溶解度小，便于分离。（3）挥发性低，减少吸收过程中吸收剂的挥发损失。（4）化学稳定性好，不与溶质及其他气体发生化学反应。（5）粘度低，便于输送和操作，降低流动阻力。（6）其他，如无毒、不易燃、价廉、来源丰富等。6.简述过滤操作中，过滤介质的作用及选择原则。答：过滤介质的作用是截留固体颗粒，使滤液通过，实现固液分离。选择原则如下：（1）具有足够的机械强度，能承受过滤压力和滤饼压力，不致破损。（2）具有良好的透气性，使滤液能顺利通过。（3）具有一定的耐腐蚀性，能抵抗滤液的化学侵蚀。（4）截留能力强，能有效截留所需分离的固体颗粒。（5）易清洗再生，可重复使用，成本低。7.简述干燥过程中，干燥介质的作用。答：干燥介质的作用主要有：（1）提供热量，使物料表面水分汽化，为干燥过程提供能量。（2）带走汽化的水分，使物料表面保持一定的湿度差，维持干燥过程的进行。通过不断将汽化的水分带走，保证干燥推动力，促进水分从物料内部向表面扩散并汽化。

四、计算题1.某水平直管，管内径为50mm，水在管内以0.01m³/s的流量流动，已知水的密度为1000kg/m³，粘度为1mPa·s，试判断水在管内的流动类型。解：首先计算流速u：$q_v=Au$$A=πd^2/4=π×(0.05)^2/4=1.963×10^{3}m^2$$u=q_v/A=0.01/(1.963×10^{3})=5.09m/s$然后计算雷诺数Re：$Re=duρ/μ$$d=0.05m$，$ρ=1000kg/m³$，$μ=1×10^{3}Pa·s$$Re=0.05×5.09×1000/(1×10^{3})=2.545×10^5＞4000$所以水在管内的流动类型为湍流。

2.用一离心泵将敞口贮槽中的水输送到某高位槽，两槽液位差为10m，管路系统的压头损失为5m，流量为0.01m³/s，泵的效率为60%，求泵的轴功率。已知水的密度为1000kg/m³。解：泵的扬程$H=Δz+h_f=10+5=15m$泵的有效功率$P_e=ρgq_vH$$=1000×9.81×0.01×15=1471.5W$泵的轴功率$P=P_e/η=1471.5/0.6=2452.5W=2.45kW$

3.在一连续精馏塔中，分离苯甲苯混合液。进料量为100kmol/h，进料中苯的摩尔分数为0.5，要求塔顶产品中苯的摩尔分数为0.95，塔底产品中苯的摩尔分数为0.05。试求塔顶和塔底产品的流量。解：根据物料衡算：进料：$F=100kmol/h$，$x_F=0.5$塔顶：$D$，$x_D=0.95$塔底：$W$，$x_W=0.05$总物料衡算：$F=D+W$，即$100=D+W$易挥发组分物料衡算：$Fx_F=Dx_D+Wx_W$$100×0.5=D×0.95+W×0.05$将$W=100D$代入上式得：$100×0.5=D×0.95+(100D)×0.05$$50=0.95D+50.05D$$0.9D=45$$D=50kmol/h$$W=10050=50kmol/h$

4.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的氨。混合气流量为1000m³/h（标准状态），氨的体积分数为0.05，要求氨的回收率为95%。已知操作条件下的气液平衡关系为$y=1.2x$，气相总传质单元高度$H_OG=1.5m$，求所需的填料层高度。解：进口气相组成$y_1=0.05$回收率$η=95\%$则出口气相组成$y_2=y_1(1η)=0.05×(10.95)=0.0025$进口液相组成$x_2=0$由气液平衡关系$y=1.2x$，当$y_2=0.0025$时，$x_1=y_2/1.2=0.0025/1.2=0.00208$气相总传质单元数$N_OG=(y_1y_2)/Δy_m$$Δy_1=y_1mx_1=0.051.2×0=0.05$$Δy_2=y_2mx_2=0.00251.2×0=0.0025$$Δy_m=(Δy_1Δy_2)/ln(Δy_1/Δy_2)=(0.050.0025)/ln(0.05/0.0025)=0.0125$$N_OG=(0.050.0025)/0.0125=3.8$填料层高度$Z=H_OG×N_OG=1.5×3.8=5.7m$

5.某板框压滤机，框的尺寸为635mm×635mm×25mm，共10个框，在300kPa的压力差下过滤某悬浮液，过滤常数$K=2×10^{5}m²/s$，$q_e=0.01m³/m²$。试求过滤至滤框完全充满滤渣所需的时间。解：滤框总体积$V=10×0.635×0.635×0.025=0.1m³$过滤面积$A=2×10×0.635×0.635=8.065m²$滤框充满时的滤液体积$q=V/A=0.1/8.065=0.0124m³/m²$根据过滤方程$(q+q_e)^2=Kθ$$q_e=0.01m³/m²$，$K=2×10^{5}m²/s$$(0.0124+0.01)^2=2×10^{5}θ$$θ=(0.0124+0.01)^2/(2×10^{5})=2299.2s=38.32min$

6.在常压连续干燥器中，干燥某种湿物料。已知湿物料的处理量为1000kg/h，含水量由40%降至5%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温为20℃，湿度为0.009kg水/kg绝干气，经预热器加热至120℃后进入干燥器，离开干燥器时温度为40℃，湿度为0.039kg水/kg绝干气。试求：（1）水分蒸发量$W$；（2）绝干空气用量$L$；（3）干燥器的热效率$η$。解：（1）湿物料中绝干物料质量$G_1=1000×(10.4)=600kg/h$干燥后湿物料质量$G_2=G_1