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生物科学食品工程原理复习题 作者： 日期：18 个人收集整理 勿做商业用途食品工程原理复习题一单选择题(1) 某液体在内径为d1的管路中稳定流动，其平均流速为u1，当它以相同的体积流量通过长度相等内径为d2（d2=d1/2)的管子时，流速将变为原来的_倍；流动为层流时，管子两端压力降pf为原来的_倍；湍流时(完全湍流区且管壁相对粗糙度相等） pf 为原来的_倍. A 4 B 16 C 32 D 8(2） 如图所示,用U形压差计与管道A、B两点相连。已知各图中管径、A、B间的管长L及管道中流体流量均相同,管内流体均为20水，指示液均为汞,则_. A R1R2 ， R1 = R2 = R4 B R1 = R2 = R3 = R4 C R1 = R2 R3 1表示组分A和B_，=1则表示组分A和B_.（7) 米糠油在管中作层流流动,若流量不变，、L不变,管径增加一倍，则摩擦阻力损失_。（8）1atm= mH2O= N/m2； 1cP= P= Pa.S（9) 在测定离心泵性能曲线的装置中，一般应在泵的进口处安装，泵出口处安装和，而在出口处，必须安装在之后，（前后关系是对液体流向而言).在出口管路上还应安装测量的仪表(或相应的装置）.（10) 离心泵用出口阀调节流量实质上是改变曲线，用改变转速来调节流量实质上是改变曲线,旋涡泵常采用方法来调节流量.(11） t05a02010由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热率愈大，则该壁面的热阻就愈_，其两侧的温度差愈_.（12) 在双效并流蒸发系统中，将10000kg/h的10稀溶液浓缩到50,总蒸发水量为kg/h;若第一效的蒸发水量为3800kg/h,则出第一效溶液的浓度为。(13) 在相同的液相浓度下，易溶气体溶液上方的分压较_,难溶气体溶液上方的分压较_。（大，小)(14)设计精馏塔时，若增大系统压强,则其相对挥发度将_,塔顶温度将_，塔釜温度将_。15 阻力实验，测阀门的局部阻力如图所示，阀门的阻力= mm水柱。16举出五种间壁式换热器_、_、_、_、_。17有一台单效蒸发器。原来的加热介质为压力为0。5 MPa的饱和蒸汽，沸点加料,若改用压力为0。4MPa的饱和蒸汽加热,其生产强度将_，原因是_；单位蒸汽消耗量将_,原因是_.18在双效并流蒸发系统中,将10000kg/h的10稀溶液浓缩到50,总蒸发水量为kg/h；若第一效的蒸发水量为3800kg/h，则出第一效溶液的浓度为.19 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的HOG将,NOG将（增加，减少，不变)。20 某二元混合物，其中A为易挥发组分。液相组成xA=0.4，相应的泡点为t1；汽相组成，相应的露点为t2。则t1与t2大小关系为_。三问答题1在相同的操作条件和相同的蒸发任务下，试从理论上（假设传热系数均等，无温差损失。)比较单效蒸发与多效蒸发(单效蒸发器的传热面积与多效中单个蒸发器的传热面积相同）: 生产能力相同否？； 生产强度相同否?； 在并流加料的多效蒸发中，一般各效的总传热系数逐渐减少，为什么蒸发量却逐效略有增加?2如图示，用一单级悬臂式B型离心泵，将水由槽A送到槽B.试问:(1）为了调节流量,拟装一调节阀,应装在何处?并说明理由。（2)调节阀开大时试说明装在泵进口和出口处的真空表及压力表将如何变化？3 现拟做传热实验,以饱和水蒸气加热空气，冷凝水在饱和蒸汽温度下排除.采用套管换热器，换热面积Ai已知,试问： （1）如何确定流程、流向； （2)写出以表示的传热速率方程; （3）若要测定值，应测定哪些参数；测得值后，如何定性考查值对否？ （4）现要提高值，应该采取什么措施最方便?为什么？四计算题 如图所示输水系统。已知：管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，压出管路总长80m，管路摩擦系数=0。025，管子内径为0。05m，水的密度=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求：泵轴功率N轴的值?压力表的读数为多少kgf/cm2。五计算题 有一列管式换热器, 装有252.5mm 钢管300 根， 管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20加热到85, 选用108 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸气的冷凝给热系数为1104W/(m2K)， 管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计， 而且不计热损失.已知空气在平均温度下的物性常数为cp=1kJ/(kgK), =2.85102W/(mK）,=1。9810-5(PaS), Pr=0。7。试求: （A)空气在管内的对流给热系数； (B)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准）； （C)通过计算说明该换器能否满足需要? (D)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。六计算题 用清水吸收氨空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度 y1=0。01（摩尔分率），吸收率90%，气液平衡关系 y = 0。9x。试求：(1) 溶液最大出口浓度；(2） 最小液气比;（3) 当吸收剂的用量为最小吸收剂用量的2倍时的传质单元数；（4） 气相总传质单元高度为0。5 m时的填料层高度.七计算题 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料,进料量100kmol/h，加料组成为50，塔顶产品组成xD=95%，产量D=50kmol/h，塔釜间接蒸汽加热。回流比R=2Rmin，设全部塔板均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度。求: （1）最小回流比Rmin； (2）精馏段和提馏段的上升蒸汽量； （3）列出该情况下提馏段操作线方程。八计算题 j01c20091 在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为60mm，吸入管长度为6m,压出管长度为13米,两段管路的摩擦系数均为=0.03，压出管装有阀门,其阻力系数为=6。4,管路两端水面高度差为10m，泵进口高于水面2m,管内流量为0.012m3/s试求：泵的扬程；泵进口处断面上的压强为多少；如果是高位槽中的水沿同样管路流回，不计泵内阻力,是否可流过同样流量。(用数字比较）注:标准弯头的局部阻力系数=0.75,当地大气压强为760mmHg，高位槽水面维持不变。九计算题 16的盐水以3840kg/h的流率通过套管换热器的内管而被加热。内管为382。5mm的钢管，每段长6m。105的热水以4m3 /h的流率在环隙内流过，而被冷却至48。两流体作逆流流动。热水对管壁的对流给热系数o 为 5000W/（m2）,已知盐水物性(平均温度下）=1200kg/m3 ,cp =3。3kJ/（kg），=0.9510 3 Pas，=0。56W/（m)，管内外污垢热阻分别为Rs1 =1/3788 (m2)/W,Rs o =1/3846 （m2）/W。求盐水出口温度和所需套管的段数。忽略管壁热阻及热损失。（热水在平均温度下的cp=4.18kJ/(kg） ,=1000 kg/m3)十计算题 今拟在一逆流操作的填料塔中，用纯矿物油吸收混合气中的溶质，进口混合气中溶质含量为1。5%（体积)，要求吸收率为85，操作条件下的平衡关系y = 0。5x。试求：（1) 出口矿物油中溶质的最大浓度；(2) 最小液气比；(3) 取吸收剂用量为最小用量的3倍时的传质单元数； （4) 气相总传质单元高度为1m时的填料层高度。十一计算题用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h，进料组成为0.4(摩尔分率，下同），馏出液组成为0.9,残液组成为0。1,相对挥发度为2.5，饱和液体进料.塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。操作回流比为3。试求:（1）馏出液及残液量;（2）塔釜每小时产生的蒸汽量为多少kmol?(3)离开塔釜上一块理论板液相组成为多少？十二计算题 j01b20183（20分） 如图所示,槽内水位维持不变。槽底部与内径为100mm钢管相连,管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。（1)当闸阀关闭时测得=600mm，=1500mm；当闸阀部分开启时,测得=400mm,=1400mm,管路摩擦系数取0。02，入口处局部阻力系数取0.5，问每小时从管中流出水量为多少m3。(2）当阀全开时（取闸阀全开Le/d=15，=0.018),测压点处的静压强为若干N/m2(表压）。十三计算题 j05b20101（20分） 16的盐水以3840kg/h的流率通过套管换热器的内管而被加热。内管为382.5mm的钢管，每段长6m.105的热水以4m3 /h的流率在环隙内流过，而被冷却至48。两流体作逆流流动。热水对管壁的对流给热系数o 为 5000W/（m2)，已知盐水物性（平均温度下)=1200kg/m3 ，cp =3.3kJ/（kg)，=0。9510 3 Pas,=0。56W/（m）,管内外污垢热阻分别为Rs1 =1/3788 (m2）/W，Rs o =1/3846 （m2）/W。求盐水出口温度和所需套管的段数。忽略管壁热阻及热损失。(热水在平均温度下的cp=4.18kJ/（kg） ,=1000 kg/m3)十四计算题 j08a10011(10分)用清水吸收氨空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度 y1=0.01（摩尔分率)，吸收率90%，气液平衡关系 y = 0。9x。试求：(1)溶液最大出口浓度；(2）最小液气比;（3）当吸收剂的用量为最小吸收剂用量的2倍时的传质单元数；（4）气相总传质单元高度为0。5 m时的填料层高度。十五计算题 j09a10107（10分)某一正在操作的连续精馏塔,有塔板15块,塔顶设为全凝器,用于分离苯一甲苯混合液。混合液中含苯40，泡点进料，馏出液含苯90%，残液含苯5%(以上皆为摩尔分率)，塔釜间接蒸汽加热。（1）求最小回流比Rmin;（2）如采用回流比R=3.92，求理论塔板数Ne及总板效率ET。 参考答案一单选择题(1） A;B；C(2） B（3) C（4) B（5)A) D） D）(6） b a(7) A（8）C9A10 A C11C12B13 A、D、E （各1分）14b a b15c16 B17 B G18 B19 D20 B21 减小 增大22 理由： 二填空题（1)图略。(2) 196。2Pa；小（3） N/m2 风机提供给每m3气体的能量(4) 传热速率下降引起。根据Q = KADtm 分析，可能有几种情况:1、 蒸汽压力下降，Dtm减小;2、 蒸汽侧有不凝气,使冷凝给热系数a大幅度地下降,K减小;3、 水侧污垢积累，污垢热阻增大，K减小； 4、冷凝水排除器不通畅，有积水现象,使K减小。(5) 液相 气相 气膜 塔底(6） 或，可以分离,不能用普通精馏方法加以分离.(7)p2 /p1 = 1/16(8） 10.33；1.0133105;0。01；0。001（9）真空表 压力表 调节阀 压力表 出口阀 流量（10)管路特性 泵的性能 调节回流支路的阀的（11)小, 小（12) 8000Kg/h 16。13（13)小，大（14）变小,变大,变大(15） 126（16) 套管式换热器,列管式换热器，夹套式换热器，板式换热器,螺旋板式换热器,蛇管式换热器，板翅式换热器等任选五种。（17) 下降 传热温差减小;基本不变 二种压力蒸汽的冷凝潜热基本相同 每空0。5分(18) 8000Kg/h 16.13%（19) 不变；增加 （20) 三问答题1 （1) 相同 (2) 理论上多效蒸发的生产强度约为单效的1/n (3) 因由前一效进入后一效的料液呈过热状态，所以部份料液自行蒸发， 产生了较多的二次蒸汽2 装在泵的出口。因装在吸入管在阀关小时容易导致汽蚀发生，损坏叶轮,所以。（2分）在00与11之间列伯努利方程 （3分）gZ+U2/2+P/+hf=Const 阀开大时,U， 而 U导致hf和U2/2，从而导致P/ 即：p1上的读数（真空度）增大(而绝对压力下降)。在00与22之间列伯努利方程式： Ws+E0=gZ+U2/2+P/+hf 阀开大使U导致U2/2和hf 另一方面泵的新工作点处He下降（亦即Ws下降）,故P/也下降，压力表2的读数p2也降低。3（）饱和水蒸气走环隙,空气走管程.蒸汽可从任一侧通入，无逆流、并流之分。(）i i m 2 =w 2 -2 1 =w 1 1 m = （2 1 )/Ln(2 /1 ）（)测定饱和水蒸气温度、1、2和Wh 或Wc ，所测值应与空气的对流给热系数相近。（4）设法提高管内空气的流速最方便 此时 i , 而i ui0.8四计算题 Na=Ne/ Ne=WWe W=101000/3600=2。778kg/s We-泵对单位质量流体所做的有效功。 为此：选取1-1与22截面，并以 1-1截面为基准面。在两截面间作机械能衡算： gZ1+(p1/)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/)+（u22/2）+hfZ1=0 Z2=2+18=20M p1=p2=0 u1=u2=0 We=gZ2+hfhf=（L/d）（u2/2) u=（V/3600）/（/4）d2=（10/3600）/（0。7850.052）=1.415m/s hf=0.025（100/0.05）(1.4152/2）=50。06J/kg We=9。8120+50。06=246.25J/kg Ne=WWe=2.778246。25=684J/s Na =Ne/0.8=684/0.8=855W再就3-3与2-2截面作机械能衡算，并取33为基准面 gZ3+（p3/)+（u32/2)=gZ2+（p2/)+（u22/2)+hf，压 Z3=0 Z2=18 p2=0 u2=0p3/=gZ2+hf，压(u32/2）=9。8118+(L压/d）（u32/2)-(u32/2)=176.58+0。025(80/0.05）（1.4152/2）-(1.4152/2) =215.6J/kgp3=1000215。6=215.6103Pa p3=215。6103/（9。81104）=2.198kgf/cm2 （表)五计算题（1） Re=dG/=0.028000/（36000.7850.022300)（1.9810-5） =2。38104104 Pr=0.7 L/d=2/0。025=80 =0.023(/d)Re0.8Pr0。4=0。023(2。85102/0.02)(2.38104）0.80。70。4 =90。1W/(m2） （2) 1/K1=1/a1+d1/(a2d2）=1/104+25/（90.120）=0.01397（m2)/W K1=71.6W/(m2） （3) Q=W2cp2(t2-t1)=（8000/3600)103（85-20）=1。44105W tm=(10820）-(108-85）/Ln(108-20)/(10885）=48。4 A1=nd1L=3003.140。0252=47。1m2Q=K1A1/tmA1=Q/K1tm=1。44105/（71。648.4)=41。6 m2 A1A1 满足要求 （4) 求壁温Tw壁的热阻忽略 Tw=tw空气平均温度tm=（20+85)/2=52.5 （T-Tw）/(1/ a1）=(Twtm）/d1/（ a2d 2)即（108-Tw)/（1104）=(Tw-52。5)/25/（90。120） Tw=107.6 即壁温接近外侧蒸汽温度(或大的一侧流体的温度）六计算题 j08a10011 (题分：10)属低浓气体吸收(1） 溶液最大出口浓度为x1e (2） （2) (4)七计算题 (1) (3) 提馏段操作线方程为： 八计算题 u=V/（/4)d2=0.012/（/4)0。062=4.24m/s 吸入管阻力损失:Shf.s=0。5u2/2g+0.75u2/2g+0。03(6/0。06)（4.242/2g)=（0.5+0。75+3)4。242/（29.81)=3。90m 压出管阻力损失Shf.D =(20。75+6。4+1+0.0313/0.06）4.242/2g=14。1m 故泵的扬程为H=Z+p/(g）+ Shf =28m在泵进口断面上，从液面至此截面列伯努利方程：0=pb/（g)+2+4。242/（29。81)+ Shf。s = pb/（g)+2+0.92+3.9 pb=0。682at（真）当高位槽沿原路返回时,在槽面与水面间列伯努利式：10=Shf,s+Shf，D10=（0。5+0.75+0。03（6/0.06）+20.75+6.4+1+0.03(13/0。06)u2/2g u=3.16m/s V=8.9310-3m3/s 流量小于原值九计算题由两流体的热衡算得：410004。18（10548)=38403。3(t2-16) 解得 t2 =91.2传热速率方程式为: Q=Ko do Ltm 其中： tm =(48-16）-(105-91。2）/Ln（48-16）/(105-91.2）=21。6 Q=（3840/3600）3。3103 (91.216)=2.647105W Re=di G/=0。0333840/3600（/4）0。0332 /（0.9510 3 )=4.334104104 Pr=cp /3.3103 0.9510- 3 /0。56=5.6i=0。023(/d i )Re0.8 Pr0。4 =0.023(0。56/0。033）（4。334104)0.8 5。60.43983 W/(m2） Ko =1/(1/o do /(di i ）Ro Ri do /di ) （忽略管壁热阻)Ko =1/1/500038/(333983)1/384638/(333788)=950W/(m2)2.647105=9500.038L21.6 解得： L=108m 108/6=18段十计算题 属低浓气体吸收（1） 出口矿物油中溶质的最大浓度为：(2） 或 (3） (4)十一计算题 (1) 即 解之得： （2） （3) 提馏段操作线方程为： 设离开塔釜上一块理论板液相组成为xN，则 十二计算题 解：（1)当闸阀全关时,根据静力学关系: (ZA+h）g=RHgg 得水槽液位高度:ZA=RHg/h=0.613.61。5=6。66m （2) 闸阀部分开启时 列AA与BB截面伯努利方程式 ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB PB/g=（RHgh）/=(0。41。36104-1.41000)/1000=4。04m ZAPB/g=uB2/2g+(（L/d)+）uB2/2g=（1+（L/d）+）uB2/2g 6.66-4。04=（1+0。0215/0.1+0。5）uB2/2g=4.5uB2/2g uB=3。38 m/s V=(/4)d2u3600=0.7850。123.383600=95.5 m3/h (3)当闸阀全开时，列A-A与CC截面伯努利方程： ZA=uc2/2g+hfAC=（1+（L+Le)/d+)uc2/2g 6。66=（1+0。018（35/0.1+15）+0。5）uc2/2g 解得uc=4.02m/s 由A-A与B-B截面间伯努利方程式得： ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB =PB/g+(1+（L/d)+)uB2/2g PB/g=ZA-（1+(L/d)+)uB2/2g =6.66-（1+0.01815/0。1+0.5)4。02 2/（29.81）=3.20 m PB=3.2010009。81=3.14104N/m2十三 计算题由两流体的热衡算得：410004。18（105-48）=38403.3(t216) 解得 t2 =91.2传热速率方程式为: Q=Ko do Ltm 其中：tm =(48-16）(10591.2)/Ln（48-16)/(105-91。2)=21.6 Q=（3840/3600)3。3103 (91。2-16)=2.647105W Re=di G/=0.0333840/3600（/4）0。0332 /（0。9510- 3 ）=4.334104104 Pr=cp /3.3103 0。9510 3 /0。56=5。6i=0。023（/d i ）Re0.8 Pr0.4 =0。023（0。56/0。033）(4。334104）0.8 5.60。43983 W/（m2) Ko =1/（1/o do /（di i ）Ro Ri do /di ) (忽略管壁热阻)Ko =1/1/500038/（333983）1/384638/(333788）=950W/(m2)2.647105=9500.038L21。6 解得： L=108m 108/6=18段十四计算题 属低浓气体吸收(1）溶液最大出口浓度为x1e (2）（3） （4）十五计算题 （1)由xF=0.4，q=1作q线，与平衡线相交于点e，则由图上可知e点的横、纵座标分别为xe=0。4 、ye=0。62。 故 (2）精馏段操作线方程为： 在图上找到a点（0