食品工程原理復(fù)習(xí)題及答案

食品工程原理復(fù)習(xí)題及答案?一、選擇題1.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)，如果流量等不變，只是將管徑增大一倍，則阻力損失變?yōu)樵瓉?lái)的（）。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16答案：D解析：層流時(shí)，阻力損失與管徑的四次方成反比。設(shè)原來(lái)管徑為d，流量為qv，根據(jù)泊謖葉方程$h_f=32μqvL/（πd^4）$，管徑增大一倍變?yōu)?d后，$h_f'=32μqvL/（π(2d)^4）=h_f/16$。

2.離心泵銘牌上標(biāo)明的揚(yáng)程是指（）。A.功率最大時(shí)的揚(yáng)程B.最大流量時(shí)的揚(yáng)程C.泵的最大揚(yáng)程D.效率最高時(shí)的揚(yáng)程答案：D解析：離心泵銘牌上標(biāo)明的揚(yáng)程是指效率最高時(shí)的揚(yáng)程。

3.當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力（）外界大氣壓力時(shí)，所用的測(cè)壓儀表稱為真空表。A.大于B.小于C.等于D.不確定答案：B解析：絕對(duì)壓力小于外界大氣壓力時(shí)，表的讀數(shù)為負(fù)值，此表為真空表。

4.對(duì)流傳熱速率等于系數(shù)×推動(dòng)力，其中推動(dòng)力是（）。A.兩流體的溫度差B.流體溫度和壁溫度差C.同一流體的溫度差D.兩流體的速度差答案：B解析：對(duì)流傳熱推動(dòng)力是流體主體溫度與壁面溫度之差。

5.吸收操作的依據(jù)是（）。A.液體均向擴(kuò)散B.氣體擴(kuò)散C.易溶氣體在溶劑中溶解度不同D.流體對(duì)流答案：C解析：吸收操作是利用氣體混合物中各組分在溶劑中溶解度的差異來(lái)分離氣體混合物的。

6.在精餾塔中，加料板以上的塔段稱為（）。A.精餾段B.提餾段C.進(jìn)料段D.混合段答案：A解析：加料板以上的塔段，上升蒸汽中易揮發(fā)組分不斷增濃，稱為精餾段。

7.過(guò)濾操作中，濾液流動(dòng)遇到的阻力主要是（）。A.過(guò)濾介質(zhì)阻力B.濾餅阻力C.過(guò)濾介質(zhì)和濾餅阻力之和D.不確定答案：C解析：過(guò)濾阻力包括過(guò)濾介質(zhì)阻力和濾餅阻力，其中濾餅阻力是主要的。

8.干燥過(guò)程中，物料表面的水分汽化速率主要取決于（）。A.物料性質(zhì)B.干燥介質(zhì)的溫度和濕度C.干燥介質(zhì)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質(zhì)、干燥介質(zhì)溫度、濕度、流速等多種因素影響。

二、填空題1.流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)λ與______和______有關(guān)。答案：雷諾數(shù)Re；管壁相對(duì)粗糙度ε/d解析：湍流時(shí)，摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re和管壁相對(duì)粗糙度ε/d有關(guān)。2.離心泵的工作點(diǎn)是______曲線與______曲線的交點(diǎn)。答案：離心泵的特性；管路特性解析：工作點(diǎn)是泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。3.某設(shè)備進(jìn)、出口測(cè)壓儀表中的讀數(shù)分別為p1（表壓）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，則兩處的絕對(duì)壓力差為______mmHg。答案：1900解析：$p_絕1=p_表1+p_大$，$p_絕2=p_大p_真2$，壓力差=$p_絕1p_絕2=p_表1+p_真2=1200+700=1900mmHg$。4.對(duì)一定組成的二元體系，精餾壓力越大，則相對(duì)揮發(fā)度______，塔操作溫度______，對(duì)分離______。答案：越??；越高；不利解析：壓力增大，相對(duì)揮發(fā)度減小，塔溫升高，分離難度增大。5.吸收操作中，溫度______，壓力______，將有利于吸收的進(jìn)行。答案：降低；升高解析：降低溫度、升高壓力有利于氣體溶解，利于吸收。6.過(guò)濾常數(shù)K與______和______有關(guān)。答案：過(guò)濾介質(zhì)阻力；濾餅比阻解析：過(guò)濾常數(shù)K與過(guò)濾介質(zhì)阻力和濾餅比阻有關(guān)。7.干燥過(guò)程中，若物料中含有結(jié)合水和非結(jié)合水，當(dāng)干燥推動(dòng)力相同時(shí)，干燥速率______水的干燥速率大于______水的干燥速率。答案：非結(jié)合；結(jié)合解析：非結(jié)合水較易去除，干燥速率非結(jié)合水大于結(jié)合水。

三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述流體流動(dòng)的連續(xù)性方程及其物理意義。答：連續(xù)性方程為$ρ_1u_1A_1=ρ_2u_2A_2$（穩(wěn)定流動(dòng)）。物理意義是：在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，流體在各截面處的質(zhì)量流量相等。即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道任意截面的流體質(zhì)量不變，反映了流體在流動(dòng)過(guò)程中質(zhì)量守恒的規(guī)律。2.離心泵啟動(dòng)前為什么要灌泵？答：離心泵啟動(dòng)前灌泵是為了排凈泵內(nèi)空氣。因?yàn)殡x心泵工作時(shí)依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力使液體獲得能量，如果泵內(nèi)有空氣，由于空氣密度遠(yuǎn)小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不足以將空氣排出，無(wú)法形成足夠的真空度吸上液體，導(dǎo)致泵無(wú)法正常工作，所以啟動(dòng)前要灌泵排空氣。3.簡(jiǎn)述精餾塔的工作原理。答：精餾塔利用混合物中各組分揮發(fā)度不同，在塔內(nèi)經(jīng)過(guò)多次部分汽化和部分冷凝，使氣相中的易揮發(fā)組分濃度不斷提高，液相中的難揮發(fā)組分濃度不斷提高，從而實(shí)現(xiàn)混合物的分離。進(jìn)料從塔的中部進(jìn)入，在塔板上氣相和液相充分接觸，進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，上升蒸汽中易揮發(fā)組分不斷增濃，從塔頂引出；下降液體中難揮發(fā)組分不斷增濃，從塔底引出，得到較純的輕組分和重組分產(chǎn)品。4.影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素有哪些？答：影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素有：（1）流體的種類及相變化情況，如液體、氣體，有無(wú)相變等。（2）流體的物性，如密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度等。（3）流體的流動(dòng)狀態(tài)，層流或湍流。（4）流體流動(dòng)的原因，強(qiáng)制對(duì)流或自然對(duì)流。（5）傳熱壁面的形狀、大小及位置等。5.簡(jiǎn)述吸收操作中，選擇吸收劑的原則。答：選擇吸收劑的原則如下：（1）溶解度大，對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度，以提高吸收速率和吸收容量。（2）選擇性高，對(duì)溶質(zhì)有良好的選擇性，對(duì)其他組分溶解度小，便于分離。（3）揮發(fā)性低，減少吸收過(guò)程中吸收劑的揮發(fā)損失。（4）化學(xué)穩(wěn)定性好，不與溶質(zhì)及其他氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（5）粘度低，便于輸送和操作，降低流動(dòng)阻力。（6）其他，如無(wú)毒、不易燃、價(jià)廉、來(lái)源豐富等。6.簡(jiǎn)述過(guò)濾操作中，過(guò)濾介質(zhì)的作用及選擇原則。答：過(guò)濾介質(zhì)的作用是截留固體顆粒，使濾液通過(guò)，實(shí)現(xiàn)固液分離。選擇原則如下：（1）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能承受過(guò)濾壓力和濾餅壓力，不致破損。（2）具有良好的透氣性，使濾液能順利通過(guò)。（3）具有一定的耐腐蝕性，能抵抗濾液的化學(xué)侵蝕。（4）截留能力強(qiáng)，能有效截留所需分離的固體顆粒。（5）易清洗再生，可重復(fù)使用，成本低。7.簡(jiǎn)述干燥過(guò)程中，干燥介質(zhì)的作用。答：干燥介質(zhì)的作用主要有：（1）提供熱量，使物料表面水分汽化，為干燥過(guò)程提供能量。（2）帶走汽化的水分，使物料表面保持一定的濕度差，維持干燥過(guò)程的進(jìn)行。通過(guò)不斷將汽化的水分帶走，保證干燥推動(dòng)力，促進(jìn)水分從物料內(nèi)部向表面擴(kuò)散并汽化。

四、計(jì)算題1.某水平直管，管內(nèi)徑為50mm，水在管內(nèi)以0.01m3/s的流量流動(dòng)，已知水的密度為1000kg/m3，粘度為1mPa·s，試判斷水在管內(nèi)的流動(dòng)類型。解：首先計(jì)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$然后計(jì)算雷諾數(shù)Re：$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$所以水在管內(nèi)的流動(dòng)類型為湍流。

2.用一離心泵將敞口貯槽中的水輸送到某高位槽，兩槽液位差為10m，管路系統(tǒng)的壓頭損失為5m，流量為0.01m3/s，泵的效率為60%，求泵的軸功率。已知水的密度為1000kg/m3。解：泵的揚(yáng)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$泵的軸功率$P=P_e/η=1471.5/0.6=2452.5W=2.45kW$

3.在一連續(xù)精餾塔中，分離苯甲苯混合液。進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5，要求塔頂產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95，塔底產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.05。試求塔頂和塔底產(chǎn)品的流量。解：根據(jù)物料衡算：進(jìn)料：$F=100kmol/h$，$x_F=0.5$塔頂：$D$，$x_D=0.95$塔底：$W$，$x_W=0.05$總物料衡算：$F=D+W$，即$100=D+W$易揮發(fā)組分物料衡算：$Fx_F=Dx_D+Wx_W$$100×0.5=D×0.95+W×0.05$將$W=100D$代入上式得：$100×0.5=D×0.95+(100D)×0.05$$50=0.95D+50.05D$$0.9D=45$$D=50kmol/h$$W=10050=50kmol/h$

4.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣中的氨?；旌蠚饬髁繛?000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氨的體積分?jǐn)?shù)為0.05，要求氨的回收率為95%。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為$y=1.2x$，氣相總傳質(zhì)單元高度$H_OG=1.5m$，求所需的填料層高度。解：進(jìn)口氣相組成$y_1=0.05$回收率$η=95\%$則出口氣相組成$y_2=y_1(1η)=0.05×(10.95)=0.0025$進(jìn)口液相組成$x_2=0$由氣液平衡關(guān)系$y=1.2x$，當(dāng)$y_2=0.0025$時(shí)，$x_1=y_2/1.2=0.0025/1.2=0.00208$氣相總傳質(zhì)單元數(shù)$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$填料層高度$Z=H_OG×N_OG=1.5×3.8=5.7m$

5.某板框壓濾機(jī)，框的尺寸為635mm×635mm×25mm，共10個(gè)框，在300kPa的壓力差下過(guò)濾某懸浮液，過(guò)濾常數(shù)$K=2×10^{5}m2/s$，$q_e=0.01m3/m2$。試求過(guò)濾至濾框完全充滿濾渣所需的時(shí)間。解：濾框總體積$V=10×0.635×0.635×0.025=0.1m3$過(guò)濾面積$A=2×10×0.635×0.635=8.065m2$濾框充滿時(shí)的濾液體積$q=V/A=0.1/8.065=0.0124m3/m2$根據(jù)過(guò)濾方程$(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.在常壓連續(xù)干燥器中，干燥某種濕物料。已知濕物料的處理量為1000kg/h，含水量由40%降至5%（均為濕基）。干燥介質(zhì)為空氣，初溫為20℃，濕度為0.009kg水/kg絕干氣，經(jīng)預(yù)熱器加熱至120℃后進(jìn)入干燥器，離開干燥器時(shí)溫度為40℃，濕度為0.039kg水/kg絕干氣。試求：（1）水分蒸發(fā)量$W$；（2）絕干空氣用量$L$；（3）干燥器的熱效率$η$。解：（1）濕物料中絕干物料質(zhì)量$G_1=1000×(10.4)=600kg/h$干燥后濕物料質(zhì)量$G_2=G_1