習題解答-食工原理

1、(接傳熱 22)熱負荷 Q ms1 cp1 (T1 T2)1.25 1.9 103 (350 300)118.8kW冷卻水用量:ms2Qc p2 (t 2 t1 )3118.8 104.174 103 (320 290)0.949kg/s平均溫度差為 tm逆t1t2In (半)t230 1030ln(w)18.2C350 300320 290301011b d11 d110.00250.0252.5mm，管子數(shù)37根，管長3米。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽,自飽和溫度46C冷卻到10C。CS2在殼程冷凝,其流量為300kg/h ,冷凝潛熱為351.6kJ/kg。冷卻水在管程流動，進

2、口溫度為5 C,出口溫度為 32C，逆流流動。已知CS2在冷凝和冷卻時的傳熱系數(shù)分別為K1 = 291W/(m 2 K)及K?二174W/(m 2 K)。問此換熱器是否適用？(傳熱面積 A及傳熱系數(shù)均以外表面積計)第四章 蒸發(fā)1、用一單效蒸發(fā)器將 2500kg/h的NaOH水溶液由10%濃縮到25% （均為質量百分數(shù)），已知加 熱蒸氣壓力為450kPa,蒸發(fā)室內壓力為101.3kPa,溶液的沸點為115C,比熱容為3.9kJ/（kg）,熱損失為20kW試計算以下兩種情況下所需加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。（1）進料溫度為25C; （2）沸點進料。解：（1）求水蒸發(fā)量W應用式（4-1 ） W

3、F（1 x）2500（1 占1）1500kg/h（2）求加熱蒸汽消耗量應用式（4-4 ） DFC(t1 t。)Wr Qr由書附錄查得 450kPa和115C下飽和蒸汽的汽化潛熱為2747.8和2701.3kJ/kg5648.78 105 4.05 1067.2 1042747.81820kg/h則進料溫度為25 C時的蒸汽消耗量為:2500 (115 25) 1500 2701.3 20 36002747.8單位蒸汽消耗量由式（4-5a ）計算，貝U 1.21W1500 2701.3 20 3600原料液溫度為115 C時d21500kg/h2747.8單位蒸汽消耗量D2 1.0W由以上計算結

4、果可知，原料液的溫度愈高，蒸發(fā)1 kg水所消耗的加熱蒸汽量愈少。2、試計算30% （質量百分數(shù)）的NaOH水溶液在60 kPa （絕）壓力下的沸點。解:tA T人T查蒸汽在600kPa下的飽和溫度為85.6 C,汽化潛熱為 2652kJ/kgA由式（4-9 ）& f 常可求。其中f由式（4-10 ）求得，即0.01622(T 273)2r0.0162(85SL2652.10.785查附錄常為160C 則& 常=160-100=60 C60 0.78547.1 C即 tA 85.6 47.1 132.7 CCaCl2水溶液，已知完成液濃度為35.7 % （質分數(shù)），密度為3、在一常壓單效蒸發(fā)器中

5、濃縮 1300kg/m3,若液面平均深度為 1.8m，加熱室用0.2MPa （表壓）飽和蒸汽加熱，求傳熱的有效溫差。解：確定溶液的沸點 t1計算A查附錄p=101.3kPa, T =100C , r =2677.2 kJ/kgA 115 10015 C計算Apavpav g h2101.3 1031300 9.81 1.821.128 3 kPa查附錄 當pav=1.128 103kPa時，對應的飽和蒸汽溫度Tpav=102.7 CA 102.7 1002.7 Cin(3)取 A 1 C溶液的沸點t1 T A A A 10015 2.7 1118.7 c則傳熱的有效溫度差t為：0.4MkPa

6、（表壓）飽和蒸汽的飽和蒸汽溫度T=133.4 C查附錄 常壓下35軸勺CaCb水溶液的沸點近似為tA 115 Ct T t1133.4 118.714.7 C食工原理復習題及答案一、填空題：1. 圓管中有常溫下的水流動，管內徑d=100mm測得其中的質量流量為15.7kg.s -1,其體積流量為3 1 1_0.0157m .s - .平均流速為 _ 2.0m.s -。2. 流體在圓形管道中作層流流動，如果只將流速增加一倍，則阻力損失為原來的 _2_倍；如果只將管徑增加一倍，流速不變，則阻力損失為原來的_1/4_ 倍。3. 離心泵的流量常用 出口閥調節(jié)。4. 某輸水的水泵系統(tǒng)，經(jīng)管路計算得，需泵

7、提供的壓頭為 He=25m水柱,輸水量為20kg.s -1,則泵的有效功率為4905w.5. 用飽和水蒸汽加熱空氣時，換熱管的壁溫接近 飽和水蒸汽 的溫度，而傳熱系數(shù)K值接近空氣的對流傳熱系數(shù)。6. 實現(xiàn)傳熱過程的設備主要有如下三種類型 間壁式、蓄熱式、直接混合式.7. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器又稱 標準式 。由于中央循環(huán)管的截面積 較大。使其內單位容積的溶液所占有的傳熱面積比其它加熱管內溶液占有的 要小 ,因此，溶液在中央循環(huán)管和加熱管內受熱不同而引起密度差異，形成溶液的 自然 循環(huán)。8. 圓管中有常溫下的水流動，管內徑d=100mm測得中的體積流量為0.022m3.s -1,質量流量為 _1 1

8、22kg.s _,平均流速為2.8m.s_。9. 球形粒子在介質中自由沉降時，勻速沉降的條件是粒子所受合力的代數(shù)和為零。滯流沉降時，其阻力系數(shù) =_24/ Rep.10. 某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失，若容器外表溫度為 500 C ,而環(huán)境溫度為20C ,采用某隔熱材料,其厚度為240mm,入=0.57w.m-1.K-1 ,此時單位面積的熱損失為 _1140w。（注：大型容器可視為平壁）11. 非結合水份是主要以機械方式與物料相結合的水份。12. 設離心機轉鼓直徑為 1m轉速n=600轉.min-1，則在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器內沉降的速度快201倍。14. 用冷卻水

9、將一定量的熱流體由100C冷卻到40C，冷卻水初溫為15C，在設計列管式換熱器時，采用兩種方案比較，方案I是令冷卻水終溫為30 C，方案n是令冷卻水終溫為35 C，則用水量WI 大于WII，所需傳熱面積 AI 小于All 。（大于，等于，小于）15. 多效蒸發(fā)的原理是利用減壓的方法使后一效的蒸發(fā)壓力和溶液的沸點較前一效的為低以使前一效引出的二次蒸汽作后一效加熱用以實現(xiàn)二次蒸汽再利用。16. 物料干燥時的臨界水份是指由恒速干燥轉到降速階段的臨界點時，物料中的含水率它比物料的結合水份大_。17. 如右圖所示：已知,p 水=1000kg.m-3, p 空氣=1.29kg.m-3,R=51m口則厶 p

10、=_ 500 N.m2, E =_1_ （兩測壓點A.B間位差不計）18. 板框壓濾機主要由濾板、濾框、主梁（或支架）壓緊裝置等組成_,三種板按_ 1 2 3 21 2 3 21_ 的順序排列組成。19. 去除水份時固體收縮最嚴重的影響是在表面產(chǎn)生一種液體水與蒸汽不易滲透的硬層，因而降低了干燥速率。21. 恒定的干燥條件是指空氣的濕度、溫度、速度以及與物料接觸的狀況都不變。22. 物料的臨界含水量的大小與 物料的性質，厚度和恒速干燥速度的大小_等因素有關。四、問答題：1. 影響重力沉降速度的主要因素是什么？為了增大沉降速度以提高除塵器的生產(chǎn)能力，你認為可以采取什么措施？由重力沉降式 Ut=dp

11、2（ p s- p ）g/（18卩）可見，影響重力沉降速度 Ut的主要是dp和卩（Ut c dp, Ut * 1/ ，為提高Ut，在條件允許的情況下，可用濕法增大顆粒直徑。這樣可大大增大Ut,較可行的辦法是讓含塵氣體先冷卻，使其粘度下降，也可使Ut增大。2. 說明列管式換熱器的基本結構。由殼體、管束、管板、封頭等組成。3. 蒸發(fā)與加熱操作相比，有何特點？（1）蒸發(fā)的料液是溶有不揮發(fā)性溶質的溶液，在相同壓力下，其沸點比純溶劑的沸點高，溶液 濃度愈大，影響愈顯著。（2）蒸發(fā)時，要汽化大量溶劑，所以耗汽量大。（3）蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，如熱敏性，伴有結晶產(chǎn)生等，也會給蒸發(fā)過程帶來一定的影響。4

12、. 多效蒸發(fā)中，“最后一效的操作壓強是由后面的冷凝能力確定的?！边@種說法是否正確？冷凝器后使用真空泵的目的是什么？不對。蒸發(fā)室的操作壓強是根據(jù)工藝操作要求，料液的特性，經(jīng)濟效果等應方面而定的。最后 一效操作壓強是由后面冷凝器的真空度確定的，真空度太高時，導致冷凝器的T*太低，冷凝困難，這是決定最后一效的操作壓強時應考濾的。使用真空泵的目的是排除凝性氣體，維持蒸發(fā)器內要求的真空度。6. 有一高溫爐，爐內溫度高達 1000 C以上，爐內有燃燒氣體和被加熱物體，試定性分析從爐內向 外界大氣傳熱的傳熱過程。/t 內 1000X3V/ / /7爐壁爐內以對流和輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量傳給爐的 內壁面。在

13、爐壁內通過傳導傳熱，將熱量以爐的內壁面?zhèn)?到爐的外壁面，它與爐內對流與輻射傳熱相串聯(lián)。爐外通 過對流與輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱， 將熱量從爐的外壁面?zhèn)鞯酱?氣中，它與爐壁內的傳導傳熱相串聯(lián)，所以該傳熱過程的 特點是：（1）傳導、對流、輻射三種傳熱方式同時存在；（2）并聯(lián)、串聯(lián)的聯(lián)合傳熱同時存在。7. 工業(yè)生產(chǎn)中對溶液的濃縮，為何采用真空蒸發(fā)？因為：（1）加熱蒸汽壓力相同時，真空蒸發(fā)時溶液的沸點較低，則有效溫度差較大，可使傳熱 面積A減小。(2) 真空蒸發(fā)，可蒸發(fā)不耐高溫的溶液。(3) 真空蒸發(fā)，可利用低壓蒸汽或廢汽作加熱劑，(4) 真空蒸發(fā)時，由于溶液沸點低，設備的熱損失小。五、計算題：(密度為1.

14、用離心泵經(jīng)$ 57x 3.5mm的鋼管,將敞口貯槽內的有機溶劑800kg.m-3,粘度為20cp)輸送到反應器中。設貯槽內的液面離反應器內的液面高度保持16m,見附圖。4X 98100 Pa(表壓),有已知鋼管總長度(包括局部阻力當量長度)為25m,反應器內的壓力恒定為 機溶液輸送量為 6m.h -1,試確定泵提供的壓頭。取敞口貯槽液面為1-1截面，反應器內液面為2-2截面，在1-1與2-2截面間列柏努利方程，并以1-1截面為基準面：2 2gZ1+(u 1 /2) +(p 1 / p )+W = gZ 2 +(u 2 /2)+(p 2 / p )+ 工 hf22W=(Z2 - Z 1 )g+(

15、u2 -u 1 )/2+(p2 - p1 )/ p + 工 hf2工 hf =入(l+le )/d(u2 /2)2 -1u=(6/3600)/( n /4) x 0.05 =0.8488m.s u c u 2 0 Z1 =0Re=dup / 卩=0.05 x 0.8488 x 800/ (2 0 x 10-3 ) =1697.62000 則入=64/Re=64/1697.6=0.03772-1工 hf =0.0377 x (25/0.05) x (0.8488/2)=6.7904J.kg故 W=16X 9.81+4 x 98100/800+6.79=654J.kg -1H=W/g=66.7 m

16、3. 密度為1200kg.m-3的鹽水，以25ni.h -1的流量流過內徑為75mm的無縫鋼管。兩液面間的垂直距離為25m鋼管總長為120m,管件、閥門等的局部阻力為鋼管阻力的25%。試求泵的軸功率。假設:(1)摩擦系數(shù)入=0.03 ; (2)泵的效率耳=0.62 2Z1+(u 1 /2g) +(p 1 / p g)+He =Z 2 +(u 2 /2g) + (p 2 / p g)+ 工 Hfuu 2 0 ； Z 1 =0 ; u 1 u 2 0 Z 2 =25 m ; p 1= p2 He= Z 2 +E Hf = 25 +刀 Hf_ - 2刀Hf =(入 xi /d xu /2 g)x 1

17、.252u=V /A = 25/ ( 3600x 0.785 x( 0.07 5 )-1=1.573m.s_ - 2刀 H =( 0.03 x 120/0.075 x 1.573 / (2x 9.81 )x 1.25=7.567m鹽水柱He = 25+ 7.567 = 32.567mNe = Qe He p /102 = 25 x 32.567 x 1200 /(3600x 102)=2.66kwN 軸=Ne / n = 2.66/0.6 = 4.43kw6. 某燃燒爐的平壁由耐火磚(入=1.05w.m-1.K-1),絕熱磚(入=0.15w.m-1 .K-1 )和普通磚(入=0.8w.m-1.

18、K-1 )三種材料組成。已知耐火磚內側溫度為1273K,耐火磚與絕熱磚接觸面溫度 1213K,絕熱磚與普通磚接觸溫度 411K;普通磚厚 230mm設為穩(wěn)定熱傳導，問：(1)耐火磚和絕熱磚應砌2多厚才能保證熱損失不超過274w.m (2 )普通磚的外側溫度為多少？3耐=入耐xA t 耐/Q=1.05(1273-1213)/274=0.2299m3絕=入絕xA t 絕/Q=0.15(1213-411)/274=0.4391m t 普=Qx 普 / 入普=274x 0.23/0.8=78.78K411-t 外=78.78 t 外=332.2K7. 某車間有一臺換熱面積(以外表面積計)為 2.5 m

19、 2的單程列管換熱器。用180 C的熱廢氣預1 11熱輕油,輕油走管外，其流量為200kg.h,比熱為2kJ.kg .K ,溫度由30C升至80C。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70C。求：換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。2 -1-1A = 2.5m , Cp = 2kJ.kg .K tm = ( (180-80)-(70-30) / In (100/40)=65.5 C-1Q= 200X 2 X (80-30) = 20000kJ.hQ= KM tm-2 -1 -1 -2 -1 K = 20000/（65.5 X 2.5） = 122.2kJ.m .K .h =34w .m .K8. 在

20、單效真空蒸發(fā)器中，將流量為10000kg.h -1的某水溶液從10%連續(xù)濃縮至50%原料液溫度為31 C。估計溶液沸點升高為 7C,蒸發(fā)室的絕對壓強為 0.2kgf.cm -2。加熱蒸汽壓強為 2kgf.cm-2 -1（絕壓），其冷凝水出口溫度為79C。假設總傳熱系數(shù)為1000 w.m .K，熱損失可忽略。試求加熱蒸消耗量和蒸發(fā)器的傳熱面積。當?shù)卮髿鈮簽?kgf.cm -2。已知0.2kgf.cm -2時蒸汽飽和溫度為119.6 C,汽化59.7 C,汽化潛熱為 2356kJ.kg -1及焓2605.45kJ.kg -1 ; 2kgf.cm -2時蒸汽飽和溫度為1 1潛熱為 2206kJ.kg

21、 及焓為 2708 kJ.kg 。溶液沸點 t1=T + =59.7+7=66.7 C蒸發(fā)量 W=F(1 (X0/X1 )=10000(1 (0.1/0.5) =8000kg.h-1溶液的比熱 Cp=4.187(1 X0)=4.187 X (1 0.1) =3.77kJ.kg-1.K-1由蒸發(fā)器的熱量衡算式知：Q=F Cp(t1 t0)+wr +Q 損-1=10000 X 3.77 X (66.7 31)+8000 X 2356 =20193890 kJ*h =5609414 w 由傳熱速率方程式知傳熱面積為：2A=Q/ K(T t)=5609414 / 1000 X (119.6 66.7)

22、=106 m加熱蒸汽量D=Q/r=20193890 /2206-1=9154 kg.h9. 現(xiàn)采用某單效真空蒸發(fā)器來濃縮某水溶液。已知進料量為10t.h -1，料液從15%農(nóng)縮至濃度為60%2（均為質量，沸點進料；加熱蒸汽壓力為300kN.m （絕壓）；冷凝水在飽和溫度下排出；冷凝器內的真空度為610mmHg各項溫度差損失分別為=2.5， =3.5， =1 C；熱損失為加熱蒸汽放出熱量的 5%傳熱系數(shù) K=2500w.m-2.K-1，試：（1）估算單位蒸汽耗量為多少？ （2）估算2蒸發(fā)器的傳熱面積為多少m?（ 3）若產(chǎn)品濃度達不到要求，你認為可采取什么措施？附：飽和水蒸汽性質壓力kN.m-2溫

23、度 C汽化潛熱kJ.kg2060.12454.93066.52333.7101.31002258.4300133.32168.1401.3143.52138.1設：當?shù)卮髿鈮簽?2101.3kN.m*答*(1)求D / wD =wX r +FX Cp(t1 -t0 )+QL /r沸點進料 t1=t0 ，且 QL =0.05D X r D / w = r / 0.95 r ,W=F(1-X0 /X1 )=10 X 102 (1-15/60)=7500kg.h-1由 P =300kN.m-2，查表得 r =2168.1kJ.kg-1 , T =133.3 C/ P =(760-610) X 101

24、.3/760=20kN.m, 查表得 T 冷=60.1 C，此冷凝器中二此蒸汽冷凝1溫度，而 T=T + ”=60.1+ 仁61.1C,查表得 r =2351.6kJ.kg D / W=2351.6/(0.95 X 2168.1)=1.142(2 )求 AA=Q/ ( kxA tm)=(D X r )/k(T- t1 )而 t1 =T + + ”=60.1+2.5+3.5+1=67.1C A=(1.142 X 7500X 2168.1) X 1000 / 3600 X 2500(133.3-67.1)=31.17m2(3 必須按設計要求控制好操作條件。 增加料液的循環(huán)速度(如暫停出料，料液回流

25、入器再循環(huán))。 可適當增大P ,以使T f,可使 tm f,以保證有足夠的所需的傳熱面積。 可適當提高冷凝器的真空度，使T J,則t1 J,有利于 tm f。11.水在內徑為250mm的鋼管內流動。已知截面 1 1處的流速為1m.s-1，測壓管中水柱高為 1m； 在截面2 2處管內徑為150mm試計算在截面1 1與2 2處產(chǎn)生的水柱高度差 h為多少m水柱？(忽略阻力損失)22 /2g)+(p 2 / p g)P1/ p P1/ pu 2 =u 1-1g= 1mH2Ou 1 = 1m.sg P2/ pg = u(d1/d2 ) 2 = 1X22 /2 g-u(250/150 )21 /2 g2=

26、 2.78m.s -1在截面1 1與2 2間列柏努利方程:2Z 1+(u 1 /2g) +(p 1 / p g) =Z 2 +(uZ h = P1/ pg P2/ pg21 /(2 X 9.81)2=2.78 / (2X 9.8 1 )=0.343mH2O13. 在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液，溶液量為1.4kg.s -1,比熱為2kJ. kg-1.K-1,走內管(規(guī)1160w.m2.K-1,冷卻水一側的對流傳熱系數(shù)為 ,求以傳熱外表面積為基準的總傳熱系數(shù)K和冷卻-1)。2.計算內管的外表面積和管長。格為0 25X 2.5mm),從150C冷卻到100C。冷卻水走套管環(huán)隙，從25C升溫至

27、60C ,水的比熱為 4.18kJ.kg -1.K-1。1.已知溶液一側的對流傳熱系數(shù)為930 w. m -2.K-1,忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失水的用量(kg.hQ=MsCpAT=1.4 X 2X 1000X (150-100) =1.4 X 105 w a idi)+1/ a3X 0.02)+1/930=2.15 X 10-* 答*溶液放熱1/K0=d0 / (=0.025/(1160-2 -1K0=464w.m .K冷卻水用量 Ms=Q/Cp(t2-t1)=1.4=0.957kg.s5X 10/4180(60-25)-1-1=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/

28、l n(150-60(100-25)=82.35A =Q/(KO tm)=1.4 X 10 /(464 X 82.3)=3.67ml=A /( n d0 )=3.67/( nX 0.025)=46.7m14. 在單效蒸發(fā)器中，每小時將2000kg的某種水溶液從10%連續(xù)濃縮至30%蒸發(fā)操作的平均壓強 為0.4kgf.cm -2 (絕壓)，溶液的沸點為 80C。加熱蒸氣的壓強為 2.0kgf.cm -2 (絕壓)。原料液的比 熱為3.77kJ.kg -1 .K-1。熱損失為12000w。忽略濃縮熱。試求：(1)單位時間內蒸發(fā)的水分量； (2) 分別求算原料溫度為 30C、80C和120C時，單位

29、時間內所需的加熱蒸氣量。已知壓強為0.4kgf.cm及2.0kgf.cm -2時飽和蒸氣的氣化潛熱分別為-1 F-12635kJ.kg 及 2708kJ.kg。2319 kJ.kg -1及2206 kJ.kg -1,飽和蒸汽焓分別為(1) 單位時間內蒸發(fā)的水分量WW=F (1 X0/X1) =2000 (1 0.1/0.3 ) =1333kg .h(2) 單位時間內加熱蒸氣量DD=F Cp(t1 10) + wr+ Q 損/r原料溫度為30 C時蒸氣消耗量為D=2000 X 3.77(80 30) + 1333 X 2319+ 12000 X 3.6/2206 -1=1600kg.h單位蒸氣消

30、耗量為D/w=1600/1333=1.2同樣，原料液溫度為80 C時蒸氣消耗量及單位蒸氣消耗量分別為D=( 1333 X 2319+ 12000X 3.6 )-1/2206=1430 kg.hD/w=1430/1333=1.07原料液溫度為120 C時蒸氣消耗量及單位位蒸氣消耗量分別為-1D=2000 X 3.77(80 120) + 1333 X 2319+ 1200X 3.6/2206 =1293 kg.hD/w=1293/1333=0.9715. 某車間準備用一臺離心泵將儲槽內的熱水送到敞口的高位槽內，已知管子規(guī)格為60X 3.5mm鋼管，管內流速為 2m.s-1，吸入管路的能量損失為

31、19.6J.kg -1,壓出管路的壓頭損失為 4mH2O (均包括全部的局部阻力損失在內)，其余參數(shù)見附圖示。試求該泵提供的有效功率。定儲槽液面為1-1 ,且為基準面，高位槽液面為2-2 ,列 柏式：2 2gZ1+(U1/2) +(p1 / p )+We = gZ 2 +(u 2 /2)+ (p 2 / p )+ 工 hf_ - 、 1刀 hf =hf 吸+hf 壓=19.6+4 X 9.807=58.84J.kg -100 X 133 /980 +we=8 X 9.81+58.84-1 2We=150 J.kg ; Ms=n /4 X 0.053 X 2 X 980 =4.3kg.s -1

32、Ne=WeMs =.150 X 4.3=649 W17.某平壁工業(yè)爐的耐火磚厚度為0.213m，爐墻導熱系數(shù)入=1.038w.m-1.K-1。其外用導熱系數(shù)為0.07w.m-1.K-1的絕熱材料保溫。爐內壁溫度為980 C ,絕熱層外壁溫度為38 C ,(1)絕熱層的厚度；(2)耐火磚與絕熱層的分界處溫度。(1)q /A =( T1 T3) / (b 1/ 入 1+ b 2/ 入 2)=(980 38) / ( 0.213/1.038 +b 2 /0.07 )= 800得：b2= 0.068m(2)q /A =( T1 T2) / (b 1/ 入 1)=(980 T2) / (0.213/1.

33、038 )= 800得：T2 = 815C24. 某食品廠準備用一單效膜式蒸發(fā)器將番茄汁從12%濃縮至濃度為28%(均為質量)。蒸發(fā)器的傳熱面積為5甫，傳熱系數(shù)K=1500w.m2.K-1，加熱蒸汽的溫度采用 115C (其汽化潛熱為2221kJ.kg -1, 冷凝水在飽和溫度下排出)，蒸發(fā)室內蒸汽的溫度為 57.3 C,二次蒸汽的汽化潛熱為 2359kJ.kg -1 , 采用沸點進料，經(jīng)計算知： =0.7 C, ” =0;熱損失相當于蒸發(fā)器傳熱量的 5%問：(1)此蒸 發(fā)器每小時可處理多少 kg番茄汁？( 2)加熱蒸汽耗量為多少 kg.h - ?(1) 求 FF=W/ (1-X0/X1 )/

34、 Q=A.K(T - t1 )而 t=T + =57.3+0.7+0=58 C Q=5X 1500(115-58)=427500 w沸點進料 Q = D rWr +Q損 W=(0.95Q)/r=(0.95 X 427500)/(2359 X 1000 )-1 -1=0.172kg.s=619.8kg.h F=619.8/(1 12/28)=1084.65kg.h-1(2) 求 DD = Q / r =(427500 X 3600) / (2221 X 1000)-1=692.93kg.h食品工程原理復習題答案第一部分 動量傳遞(流動、輸送、非均相物系)一. 名詞解釋1. 過程速率：是指單位時間

35、內所傳遞的物質的量或能量。2. 雷諾準數(shù)：雷諾將u、d、口、p組合成一個復合數(shù)群。Re直的大小可以用來判斷流動類型。3. 揚程(壓頭)：是指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。4. 分離因數(shù)：同一顆粒在同種介質中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值。二. 填空題1. 理想流體是指的流體。(黏度為零)2. 對于任何一種流體，其密度是 和的函數(shù)。(壓力，溫度)3. 某設備的真空表讀數(shù)為 200mmHg則它的絕對壓強為mmHg。當?shù)卮髿鈮簭姙?01.33 X 103Pa。(560mmH)4. 在靜止的同一種連續(xù)流體的內部，各截面上 與之和為常數(shù)。(位能，靜壓能)5. 轉子流量計讀取方便，精確，流體阻力

36、，不易發(fā)生故障；需 安裝。(小，垂直)6. 米糠油在管中作流動，若流量不變，管徑不變，管長增加一倍，則摩擦阻力損失為原來的 倍。(2)7. 米糠油在管中作層流流動，若流量不變，管徑、管長不變，油溫升高，粘度為原來的1/2，則摩擦阻力損失為原來的 倍。(1/2 )8. 米糠油在管中作層流流動，若流量不變，管長不變，管徑增加一倍，則摩擦阻力損失為原來的 9. 實際流體在直管內流過時， 各截面上的總機械能 守恒 因實際流體流動時有 。（不,摩擦阻力）10. 任何的過程速率均與該過程的推動力成_比，而與其阻力成 _比。（正，反）11. 在離心泵吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的底閥，底閥為 。（逆止閥）12.

37、是為了防止固體物質進入泵內，損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。（濾網(wǎng)）13. 離心泵工作時流體流速與壓力的變化為）逐漸擴大的高壓流體 泵殼通道（低速流體、高速流體）特性曲線式M勺交點。（管路，泵或H-qv）_下，輸送時的性能曲線。（轉速，20 C常壓流體 流體被甩岀后（）機械旋轉、流 所造成的氣壓）的離心力14. 泵的穩(wěn)定工作點應是特性曲線與_15. 產(chǎn)品樣本上離心泵的性能曲線是在一定的 的水或水）16. 用離心泵向鍋爐供水，若鍋爐中的壓力突然升高，則泵提供的流量，揚程。（減少；增大）17. 根據(jù)操作目的（或離心機功能），離心機分為過濾式、 和三種類型。（沉降式、分離式）18. 常速離心機、高

38、速離心機、超速離心機是根據(jù) 的大小劃分的。（分離因數(shù)）19. 某設備進、出口的表壓分別為-12 kPa和157 kPa，當?shù)卮髿鈮簽?01.3 kPa，試求此設備進、出口的壓力差為多少Pa。（答：-169kPa） P P進P出12 157169 kPa四.問答題1. 離心泵與往復泵通?？刹捎媚男┓绞竭M行流量調節(jié)？答：離心泵進行流量調節(jié)通常有三種方法，即改變閥門的開度，改變泵的轉速與切削葉輪調節(jié)。往復泵流量調節(jié)通常采用改變電機轉速，調節(jié)活塞往復的次數(shù)，旁路調節(jié)。2 當離心泵啟動后不吸液，其原因主要有哪些？答：離心泵啟動后不吸液可能的原因：由于灌液不夠或底閥、泵殼密封不嚴密而漏液使泵 內存有空氣發(fā)

39、生氣縛現(xiàn)象；底閥或吸入管路堵塞；安裝高度過高（氣蝕）：電機接線不正確致使葉輪反轉。3. 食品廠中應用靜力學基本方程式的方法有哪些？寫出用液柱高度表示的公式？答：壓力測量 U型管壓差計，斜管壓差計，微差壓計； 液面測量； 確定液封高度。由靜力學基本方程式 p P gh可得液柱高度表示的公式為：h 丄一g4. 雷諾準數(shù)的物理意義及判斷流動類型？答：物理意義：慣性力與黏性力之比。判斷類型：Re 4000時，為湍流；Re在2000-4000為過渡流。5. 看圖解釋流體輸送適宜管徑選擇？答：要考慮到總費用最省的原則。一般來講，管徑越大，流速越小，流阻也越小，所需泵功率 會越小，動力費越??；隨著管徑增大，

40、動力費減少。但管徑增大，購買鋼管的設備費投入會增大。 所以，應根據(jù)具體的設計需要，選用總費用最省的管徑，即適宜管徑。6. 離心泵工作原理？答：先將泵殼內灌滿被輸送的液體。啟動泵軸帶動葉輪旋轉，葉片之間的液體隨葉輪一起旋 轉，在離心力的作用下，液體沿著葉片間的通道從葉輪中心進口處被甩到葉輪外圍，以很高的速 度流入泵殼，液體流到蝸形通道后，由于截面逐漸擴大，大部分動能轉變?yōu)殪o壓能。于是液體以 較高的壓力，從壓出口進入壓出管，輸送到所需的場所。當葉輪中心的液體被甩出后，泵殼的吸 入口就形成了一定的真空，外面的大氣壓力迫使液體經(jīng)底閥吸入管進入泵內，填補了液體排出后 的空間。這樣，只要葉輪旋轉不停，液體

41、就源源不斷地被吸入與排出。7. 離心泵“氣縛”現(xiàn)象？答：離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內。雖啟動離心泵，但不能輸送液體。8. 為什么濾餅過濾開始時，濾液有一點混濁，過一段時間才會轉清？答：當懸浮液中顆粒含量較多（體積1%）、顆粒尺寸比過濾介質孔徑小時，過濾開始會有部分顆粒進入過濾介質孔道里，迅速發(fā)生“架橋現(xiàn)象”。也會有少量顆粒穿過過濾介質而與濾液一起流走。隨著濾渣的逐漸堆積，過濾介質上面會形成濾餅層。此后，濾餅層就成為有效的過濾介質而 得到澄清的濾液。第二部分熱量傳遞（傳熱、制冷）一. 名詞解

42、釋1. 對流傳熱：通過流體內分子的定向流動和混合而導致熱量的傳遞。2. 自然對流：若流體的運動是由于流體內部冷、熱部分的密度不同而引起的。3. 熱通量：單位時間、單位面積所傳遞的熱量。或熱流量與傳熱面積之比。4. 錯流：參與換熱的兩流體在傳熱面的兩側分別彼此呈垂直方向流動。5. 熱交換：兩個溫度不同的物體由于傳熱，進行熱量的交換。6. 穩(wěn)定恒溫傳熱： 兩種流體進行熱交換時，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時間兩種流體 的溫度皆不變化。7. 制冷因數(shù)：制冷量與所耗外功之比。8. 載冷劑（冷媒）：用于將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量傳給被冷卻物體的中間介質。9. 凍結速率：凍結始溫和凍結終溫之差與凍結時間比值

43、。10. 凍結速度：食品表面到中心間的最短距離與達到10C后中心溫度降到冰點所需時間之比。二. 填空題21. 牛頓冷卻定律的表達式為 ，對流傳熱系數(shù)a的單位是 （Q=a AA t , W/m-K）2. 傅立葉定律是單位時間內的傳熱量與垂直于熱流方向的導熱截面面積和溫度梯度成。（正比）3. 寫出換熱基本方程（Q=KA t）4. 當換熱器的傳熱量及總傳熱系數(shù)一定時，采用 操作，所需的傳熱面積較小。（逆流）5. 冷、熱氣體在間壁換熱器中換熱，熱氣體進口溫度200 C,出口溫度120C，冷氣體進口溫度50C,兩氣體物性數(shù)據(jù)可視為相同，不計熱損失時，冷氣體出口溫度為 C。（130C）6. 冷熱水通過間壁

44、換熱器換熱，熱水進口溫度為90 C,出口溫度為50C，冷水進口溫度為15C,出口溫度為53C，冷熱水的流量相同，則熱損失占傳熱量的 %。（5%7. 總傳熱系數(shù)K值有三個來源： 、和計算。（選取經(jīng)驗值、實驗測定 K值）8. 熱源溫度愈低，冷源溫度愈高，制冷因數(shù)越 。（大）9. 制冷劑的放熱量包括冷卻、 、三個階段放熱量。（冷凝、過冷）10. 一般凍藏食品溫度在_。（ 18C）11. 食品冷凍時 所放出的熱量是確定制冷設備大小的主要依據(jù)。（單位時間）12若流體內部有溫度差存在：當有動傳時必有 。（熱傳）四.問答題1. 簡述傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱，三者之間有何不同？傳導熱是固體或靜止流體的分子

45、運動或分子振動傳遞熱量。對流傳熱則是流體質點發(fā)生相對位 移來傳遞熱量。輻射傳熱是高溫物體以電磁波形式向空間發(fā)射能量來傳遞熱量。2. 房屋采暖時的暖氣裝置為什么通常放在下部，而空調制冷裝置卻安放在房間的上部？答：一般房間室內換熱通常用自然對流給熱方式，而自然對流給熱的效果與換熱面的位置有關。 采暖時由于熱空氣的氣體受熱后體積膨脹且密度減小。因此熱空氣向加熱面上方流動；同時冷空氣 因密度大于熱空氣而下降至加熱面附近，即在加熱面上方的較大空間有利于產(chǎn)生較強的自然對流， 從而增加對流給熱效果。同理，空調等制冷裝置安放在房間上部的原因也是增強自然對流效果。3. 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素？答：流體的狀態(tài)

46、：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變化。有相變化時對流傳熱系 數(shù)比無相變化時大的多； 流體的物理性質：影響較大的物性有密度p、比熱G、導熱系數(shù)入、粘度卩等； 流體的流運狀況：層流、過渡流或湍流；自然對流，強制對流； 傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻?、板、管束、管徑、管長、管子排列方式、垂直放 置或水平放置等。4. 簡述食品冷凍機理？答：在0C以下低溫，微生物生命活動顯著受抑制，防食品腐?。?氧化和酶反應速度顯著下降； 水分活度降低。5. 試述對流傳熱的機理？答：熱流體流過管道時，在湍流主體中，流體劇烈攏動，形成漩渦，使質點強烈混合而交換熱量， 溫度較均勻，幾乎不存在溫度梯度；但在緊靠管壁

47、，有一層很薄的作層流流動的流體層（層流底層），在這層薄層內，熱量傳遞以導熱方式進行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導熱系數(shù)很小， 故熱阻絲要集中層流底層內。對管內層流流動，熱量傳遞也是主要靠導熱。但由于溫度存在（軸向 的，徑向的），有密度差，會引起質點的對流，比較復雜。6. 換熱器的散熱損失是如何產(chǎn)生的？應如何來減少此熱損失？答：由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外壁面不斷通過對流和輻射傳將熱 量傳給換熱器周圍的空氣而散失，即產(chǎn)生散熱損失。為了減少散熱損失，一般在換熱器外壁面上包 上一層（或兩層）導熱系數(shù)較小的絕熱材料（或不同的兩種導熱系數(shù)較小的絕熱材料），使傳熱熱阻增大，

48、外壁面溫度降低，從而減小了散熱損失。第三部分質量傳遞（干燥、傳質、蒸餾、萃取、膜分離）一.名詞解釋1. 質量傳遞：因濃度差而產(chǎn)生的擴散作用形成相內和相間的物質傳遞過程。2. 介電加熱干燥：是將要干燥的物料置于高頻電場內，由于高頻電場的交變作用使物料加熱而 達到干燥的目的。3臨界含水量：物料干燥達臨界點時的物料含水量。4. 比焓：濕空氣的焓為干空氣的焓和水汽的焓之和?；蚍Q濕空氣的熱含量。5. 干燥的表面汽化控制：物料中水分表面汽化的速率小于內部擴散的速率。6. 分子擴散：單相內存在組分的化學勢差，由分子運動而引起的質量傳遞。7. 費克定律：單位時間通過單位面積物質的擴散量與濃度梯度成正比。8.

49、揮發(fā)度：達到相平衡時，某組分在蒸汽中的分壓和它在平衡液相中的摩爾分率之比。9. 超臨界流體：物質處于其臨界溫度和臨界壓力以上狀態(tài)時，向該狀態(tài)氣體加壓， 氣體不會液化，只是密度增大，具有類似液態(tài)性質，同時還保留氣體性能。10. 萃?。菏谷軇┡c物料充分接觸，將物料中的組分溶出并與物料分離的過程?；蚶没旌衔?各組分對某溶劑具有不同的溶解度，從而使混合物各組分得到分離與提純的操作過程。二.填空題1. 相對濕度0： 01,0越，空氣吸濕的能力越強，越干燥。（小）2. 物料的干燥過程是屬于 和相結合的過程。（傳熱、傳質）3. 干燥操作中，不飽和濕空氣經(jīng)預熱器后濕度 ，溫度。（不變，升高）4. 在干燥操作

50、中，物料中所含小于平衡水分的水分，稱為。（不可去除水分）。5. 密度、和是超臨界流體的三個基本性質。（黏度、擴散系數(shù)）6. 介于超濾和反滲透之間一種膜分離技術。（納濾）7. 納濾是以 為推動力的膜分離過程，是一個不可逆過程。（壓力差）8. 常見傳質過程是 引起。（濃度差）9. 超臨界狀態(tài)既不是氣體也不同于液體，屬于 狀態(tài)。（流體）10. 精餾過程就是利用混合液的各組分具有不同的,利用多次部分 、多次部分的方法，將各組分得以分離的過程。（沸點或揮發(fā)度，汽化、冷凝）11. 在濕空氣的焓-濕圖中，線以下的區(qū)域對干燥操作無意義。（飽和空氣）12. 超臨界流體的密度接近于 狀態(tài)。（液體）四.問答題1.

51、濕空氣的干球溫度、濕球溫度、露點在什么情況下相等，什么情況下不等？答：對于飽和的濕空氣 T= Tw = Td； 對于不飽和的濕空氣 TTw Td。2. 測定濕球溫度時，當水的溫度不同時，對測量結果有無影響？為什么？答：無影響。若水溫等于空氣球溫度時，則由于濕紗布表面的水分汽化而使其水溫下降；若水 溫高也會降溫（一方面供給水分汽化需要熱量，一方面散熱至空氣中）；若水溫低則水分汽化需要的熱量就會從空氣吸熱，最終都會達到濕、熱平衡。3. 在對流干燥過程中，為什么說干燥介質一濕空氣既是載熱體又是載濕體？答：引物料中水分汽化需要熱量，此熱量由空氣供給，而汽化的水汽又要靠空氣帶走（破壞其 平衡狀態(tài)），以便

52、使干燥能穩(wěn)定連續(xù)地進行。故濕空氣在干燥過程中起到供熱、去濕的作用。因此稱 濕空氣既是載熱體又是載濕體。4. 簡要說明對流干燥過程是一傳熱過程，又是一傳質過程？答：濕空氣預熱可提高載熱載濕的能力（濕含量不變，溫度增加，相對濕度下降，傳熱傳質推 動力加大）。熱空氣傳熱給濕物料是一個傳熱過程，濕物料中的濕分汽化擴散至氣體主體是一個傳質過程。5. 如何強化干燥過程?答：強化干燥過程要依據(jù)干燥的不同階段而采取不同的措施。在等速干燥階段要使干燥速率 提高，其措施有：增大熱空氣的溫度、降低其濕度：增大熱空氣的流速；改變其接觸方式（如垂直 流過物料層效果比平行好，若將物料充分分散于氣流中更好）。在降速干燥階段，主要通過改變物料的尺寸（變?。⒑穸龋p?。┗驅⑽锪铣浞址稚⒂跉饬髦衼碓龃笃淦?、固兩相的接觸面積或加強攪拌等措施來提高干燥速率。6濕物料經(jīng)干燥后達不到產(chǎn)