食品工程原理试题思考题与习题及答案.doc

思考题与习题绪论一、填空1 同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用（ ）来确定最终的方案。2 单元操作中常用的五个基本概念包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。3 奶粉的生产主要包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等单元操作。二、简答1 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？2 “三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？3 如何理解单元操作中常用的五个基本概念？4 举例说明三传理论在实际工作中的应用。5 简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。三、计算1 将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。已知20蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。2 在含盐黄油生产过程中，将60%(质量分数)的食盐溶液添加到黄油中。最终产品的水分含量为15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。3 将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。若鲜橘汁进料流量为1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。4 在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h，30的空气预热至66，所用加热蒸气温度143.4，离开预热器的温度为138.8。求蒸气消耗量。5 在碳酸饮料的生产过程中，已知在0和1atm下，1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。试计算该饮料中CO2的(1)质量分数；(2)摩尔分数。忽略CO2和水以外的任何组分。6 采用发酵罐连续发酵生产酵母。20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。初始接种物中含有1.2%的酵母细胞，将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。在发酵罐内，酵母以每2.9h增长一倍的生长速度稳定增长。从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母，占发酵液中总酵母的97%。试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W(假设发酵液的密度为1000kg/m3)。第一章 流体流动一、名词解释1 流体的黏性2 牛顿流体3 流体的稳定流动4 层流边界层二、填空1 通常把( )流体称为理想流体。2 牛顿黏性定律表明，两流体层之间单位面积的( )与垂直于流动方向的( )成正比。3 流体在管道中的流动状态可分为( )和( )两种类型。4 在过渡区内，流体流动类型不稳定，可能是( )，也可能是( )，两者交替出现，与( )情况有关。5 流体的流动状态可用( )数来判断。当其( )时为( )； B. C. =4正位移泵的流量与( )有关。A. 泵的转速与结构 B. 管路阻力 C. 泵的压头5离心泵的压头、流量均与流体的( )无关。A. 黏度 B黏度密度 C. 温度6液体的黏性随温度升高而( )，气体的黏性随温度升高而( )。A. 升高，降低 B. 升高，升高 C. 降低，升高7余隙系数越大，压缩比越大，则容积系数( )。A. 越小 B. 越大 C. 不变8正位移泵的压头与( )有关。A. 泵的转速 B. 管路阻力 C. 流量四、简答1离心泵发生气蚀现象的原因是什么？危害是什么？应如何防止？2根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。3简述实际流体柏努利方程的物理意义。4简述离心泵的结构和工作原理。5简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。五、计算1已知离心泵吸入管内径为100mm，吸入管路总压头损失为12u2/2g（u为吸管内水的流速，m/s），泵入口处真空表读数为45.33kPa。试求吸水管内的流量（m3/h）。已知水的密度为103m3/kg。2用泵将密度为1.15g/cm3的盐水，以0.0056m3/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中，管道出口比原料贮槽的液面高23m，吸入管内径为90mm，泵出口管内径为52.5mm。假如管路系统的摩擦损失为53.8J/kg，泵的效率为70%，试计算泵的扬程和功率。3用泵将82.2的热水以0.379m3/min的流量从一出口贮槽中吸上来，泵的入口管为内径50.8mm，长6.1m的40号钢管，有三个弯头。水从泵中流出来后经过一长61m，内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中，排出口比贮槽的液面高6.1m。（1）计算总摩擦损失；（2）计算泵所作的的功；3.泵的有效功率。4用泵降体积流量为0.5m3/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。假如罐的压力保持在600kPa的表压下，试求泵的能量。忽略管道阻力。第三章 非均相物系的分离一、名词解释1非均相物系2临界粒径3重力沉降4离心沉降5沉降速度6 过滤速率二、填空1滤饼过滤有（ ）和（ ）两种典型的操作方式。在实际操作中常用（ ）的操作方式。2沉降室应做成（ ）形或在室内设置（ ）。3沉降室的生产能力与（ ）和（ ）有关。4除尘系统可以由（ ）、（ ）和（ ）组成。5在除尘系统中，含尘气体可先在（ ）中除去较大尘粒，然后在（ ）中除去大部分尘粒。6过滤有( )和( )两种基本方式。7板框过滤机的工作过程主要有( )，( )和( )等。8滤饼过滤开始后会迅速发生( )现象。在滤饼过滤中，真正起过滤作用的是( )。9滤饼阻力的大小主要取决于(过滤介质)及其( )。10非均相物系的分离遵循（ ）的基本规律。三、选择1在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的( )。A.1/2；B.1/3；C.1/42对于可压缩性滤饼,其压缩系数为( )。A.s=0；B.s13过滤的推动力为( )。A.浓度差；B.温度差；C.压力差4一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表逐渐上升，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )。A. 忘了灌水；B. 吸入管路堵塞；C. 压出管路堵塞；D. 吸入管路漏气四、简答1简述旋风分离器的结构和设计原理。2简述影响重力沉降的因素(以斯托克斯区为例)。3设计一个含尘气体的分离系统，并简述各个设备的作用。4简述降尘室的结构和设计原理。5根据过滤基本方程，简述影响过滤的因素。6简述板框压滤机的工作过程。7设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。8简述先恒速后恒压过滤的特点。9简述用试验法求过滤常数的方法。五、计算1试计算直径d90m,密度s为3000kg/m3的固体颗粒分别在20的空气和水中的自由沉降速度。已知20时空气的密度为1.205kg/m3，黏度为1.8110-5Pas，水的黏度为1.510-3Pas。2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3，其湿饼密度为1930kg/m3，悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验，测得过滤常数K=5.1510-6m2/s。现用一直径为1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机生产。操作压力于试验相同，转速为1r/min，浸没角为125.5，滤布阻力可忽略，滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。气体温度为375K，黏度为0.6cP，密度为0.46kg/m3。现用一标准型旋风分离器分离其中的尘粒，分离器的尺寸为D=400mm，h=D/2，B=D/4。含尘气体在进入排气管以前在分离器内旋转的圈数为N=5，气体流量Q=1000m3/h。试计算其临界粒径。4预用沉降室净化温度为20流量为250m3/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要求净化后的空气不含有直径大于10m的尘粒，试求所需净化面积为多大?若沉降室低面的宽为2m，长5m，室内需要设多少块隔板?已知20时，空气黏度为1.8110-5Pas。5若分别采取下列各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。（1）转筒尺寸按比例增大1倍；（2）转筒浸没度增大1倍；（3）操作真空度增大1倍；4.转速增大1倍。6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体，颗粒密度为1461kg/m3，溶液的密度为801kg/m3，黏度为10P，离心机转筒的r2=0.02225m，r1=0.00716m，碟片的半锥角为45。，如果转速为2300r/min，流量为0.002832m3/h。计算出口流体中最大颗粒的直径。第四章 粉碎 筛分 混合 乳化一、名词解释1 粉碎2 粒度3 球形度4 筛分5 混合6 均匀度7 乳化8 均质二、填空1根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎被分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。2物料粉碎时所受到的作用力包括（ ）、（ ）和（ ）三种。3粉碎操作方法包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。4磨齿排列有四种方式，即（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。5整个混合过程存在（ ）、（ ）和（ ）三种混合方式。6从结构来看，桨叶有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种形式。7固体混合机按照结构可分为（ ）和（ ）两种；按照操作方式可分为（ ）和（ ）。8乳化液形成的方法基本上可分为（ ）和（ ）两种。9均质机按其结构及上作原理大致可分为（ ）、（ ）、（ ）。三、选择1 对于中粉碎，成品粒度范围为( )。A. 5-50mm B. 5-10mm C. 100m以下2 对于立方体形颗粒，球形度s为（ ）。A.1 B. 0.806 C. 0.653 当乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)（ ）时，此乳化剂为亲水性乳化剂。A. 10 B. 10 C. =10四、简答1 食品加工中如何选用粉碎机？2 筛面的运动方式有哪些？3 简述固体混和中的离析现象及防止方法。4 影响乳化液稳定性的主要因素有哪些？5 乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些？6 简述肢体磨的结构及工作原理。五、计算1 试计算立方体形颗粒的球形度和形状系数。2 如下表所示的粒度分布数据，试计算面积平均直径、体积平均直径和沙得平均直径。粒度范围/m02020404060608080100100120120140140160160180180200200220220240颗粒计数5205010695885226106423 lkg谷物从最初粒度4mm磨碎到最后粒度1mm需要能量4.6kJ。若将此谷物从最初状态磨碎至粒度为0.2mm，所需的能量是多少?4 有带旋桨式搅拌桨的混合器来搅拌某工业产品。已知容器直径为1.63m，器内液层深度为1.5m，甘油的密度为1200kg/m3，黏度为16。若搅拌器转速为500r/min，测得电机功率为12kW，试求搅拌器的直径。 第五章 流态化与气体输送一、名词解释1悬浮速度2 临界流化速度3流化数4密相流化床5夹带分离高度6 气力输送二、填空1 按照流化状态，流态化可分为（ ）流态化和（ ）流态化两种形式。2 为避免从床层中带出固体颗粒，流化床操作气速必须保持在( )和( )之间。3 流化床中常见的不正常现象主要有( )和( )。4 在流化床中，如果床层过高，可以增加( )，破坏( )，避免( )现象发生。5 气力输送的形式主要有( )式气力输送、( )式气力输送和( )式气力输送三种。6 同一气力输送装置，输送松散物料可选( )的混合比。三、选择1 在流态化阶段，流化床床层的压强降与( )有关。A流体流速； B床层高度； CA和B2 当流体通过床层时分布不均匀，则大量流体与固体颗粒不能很好地接触，就会产生“短路”，这种现象称为（ ）。A沟流现象 B断流现象 C腾涌现象3 就物料颗粒群在水平管道中的运动状态而言，停滞流又可称为（ ）。A均匀流 B管底流 C疏密流 D集团流4 下列哪种气力输送的形式适用于输送细小、贵重或危害性大的粉状物料。（ ）A吸运式 B压送式 C混合式 D循环式5 利用两相流旋转时离心力的作用使物料与气流分离的卸料器为（ ）。A容积式 B三角箱 C离心式 D压力式四、简答1 气力输送的特点是什么？2 粮食工业中常采用的气力输送装置有哪些形式？有什么特点？3 物料颗粒在水平管的悬浮机理及运动状态如何？4 影响物料在弯管中运动最终速度的因素有哪些?试分析论述一下。5 在两相流理论中将其压损分为哪几部分？各代表什么意义？6 如何选择输送风速？五、计算1 某物料密度为1196 kg/m3，直径为5mm，堆积成高度为0.3m的固定床层，空隙率为0.4.若20的空气流过流化床时，空床流速为0.5m/s，试求压力降。当空床流速为何值时，流化才开始？试求此时压力降值。2 某物料颗粒的平均粒径为0.4mm，密度为1690kg/m3。气体的平均密度为1.4kg/m3，平均黏度为0.37cP。试求其临界流化速度。3 某固体颗粒为130目,临界粒径为dp=1.4410-4m，颗粒密度为s=1068kg/m3，液相黏度为f.0246cP，密度为f=0.98kg/m3，求最大流化速度。4 鲜豌豆近似为球形，其直径为5mm，密度为1060 kg/m3。拟于-20冷气流中进行流化冷冻。豆床在流化前的床层高度为0.3m，空隙率为0.4.冷冻进行时，空气速度等于临界速度的1.6倍。试大体估计：流化床的临界流化速度和操作速度；通过床层的压力降；试估算冷气流与颗粒表面之间的传热膜系数。已知-20空气的导热系数为2.3610-2W/mK5 试近似计算某一压送式气力输送面粉设备的风机所需的功率。设备生产能力为每小时输送面粉20吨。面粉颗粒的平均粒径为0.18mm。已知从加料器到卸料器整个输送管线长度为30m（垂直的10m，水平的20m），中间有两只90弯管。估计卸料器内、排气管内以及装置终点布袋过滤器的压力损失约为1.55kN/m2，同时估计从风机到加料器的压力损失约为1.04 kN/m2。假设系统内空气的平均密度为1.23kg/m3。第六章 传热学一、名词解释1对流传热2自然对流3强制对流4 热辐射5黑体二、填空1常用的列管换热器的温度补偿方式有（ ）、（ ）和（ ）等。2强化传热的途径主要有（ ）、（ ）和（ ）等3热传导是借助于（ ）来进行热量的传递的。热传导主要发生在（ ）或（ ）中。4热量的传递是由于（ ）而引起的。根据传热原理，传热有（ ）、（ ）和（ ）三种方式。5在对流传热中，雷诺准数等于（ ），它表示（ ）。6在对流传热中，努塞尔准数等于（ ），它表示（ ）。7影响对流传热的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）等。8用冷却水将一定量的热流体由100冷却到40，冷却水初温为15， 在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30， 方案II是令冷却水终温为35，则用水量 W1（ ）W2，所需传热面积A1（ ）A2（大于、小于、等于）。9冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90，出口温度为50，冷水进口温度为15，出口温度为53，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的（ ）（冷热水物性数据视为相同）三、选择1在与等温面垂直的方向上，( )A.温度梯度最大 B.温度梯度较小 C.没有温度梯度2液体的沸腾传热应控制在( )区,以获得较大的传热膜系数.A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流3在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作( ). A.多;B.少;C.相同4间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中, 热阻主要集中在( ). A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体5已知圆筒壁(外半径为r3)上两层保温材料的温度分布曲线如图示:A 层的导热系数 ( )B层的导热系数；应将( )放在内层保温效果好。(A,B 两层厚度相等)。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. A 层四、简答1简述影响对流传热系数的因素。2举例说明板式换热器在食品中的应用。3根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。4举例说明套管式换热器在食品中的应用。5简述套式换热器的特点及其应用。五、计算1 某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650，外表面温度t2=300，平壁材料热导率=0.815+0.00076t，W/(m2)。若将热导率分别按常量（取平均热导率）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。2 用平板法测定材料的热导率。平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。所加热量由加至电热器的电压和电流算出，平板两侧的表面温度用热电偶测得（见附表）。已知材料的导热面积为0.02m2，其厚度为0.01m，测得的数据如下，试求：（1）材料的平均热导率；（1） 设该材料的热导率为，试求和a。电热器材料表面温度/电压/V电流/A高温侧低温侧1402.83001001142.28200503 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其热导率分别为0.9W/（m）及0.7W/（m）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700，外表面温度为130。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/(m2)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740，外表面温度为90。设两层砖的热导率不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？4 红砖平壁墙，厚度为500mm，一侧温度为200，另一侧为30。设红砖的平均热导率取0.57W/(m2)，试求： （1）单位时间、单位面积导过的热量； （2）距离高温侧350mm处的温度。5 某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。耐火砖：热导率=1.05 W/（m2）； 厚度b1=0.23m；绝热砖：热导率=0.151 W/（m2） 每块厚度b2=0.23m；普通砖：热导率=0.93 W/（m2） 每块厚度b3=0.24m；若已知耐火砖内侧温度为1000，耐火砖与绝热砖接触处温度为940，而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138，试问：（1）绝热层需几块绝热砖？ （2）此时普通砖外侧温度为多少？6 在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390，保温层外表面温度不大于40。保温材料的与t的关系为=0.1+0.0002t（t的单位为，的单位为W/（m2）。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。7 60mm3mm铝合金管（热导率按钢管选取），外包一层厚30mm石棉后，又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/（m2）和0.04W/（m2）。又已知管内壁温度为-110，软木外侧温度为10，求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换，互换后假设石棉外侧的温度仍为10不变，则此时每米管长上损失的冷量为多少？8 空心球内半径为r1、温度为ti，外半径为r0、温度为t0，且tit0，球壁的热导率为。试推导空心球壁的导热关系式。9 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10加热到50。预热器由一束长度为1.5m，直径为86mm1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。10 在长为3m，内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/（sm2）。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下：PaS；w/mK；kJ/（kg）。试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。11 有一列管式换热器，由38根25mm2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动，由20被加热至80，果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时，传热系数有何变化。12 热空气在冷却管管外流过，2=90W/(m2)，冷却水在管内流过， 1=1000W/（m2）。冷却管外径do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的=40W/（m2）。试求：总传热系数Ko；管外对流传热系数2增加一倍，总传热系数有何变化？管内对流传热系数1增加一倍，总传热系数有何变化？13 有一套管换热器，内管为25mm1mm，外管为38mm1.5mm。冷水在环隙内流过，用以冷却内管中的高温气体，水的流速为0.3m/s，水的入口温度为20，出口温度为40。试求环隙内水的对流传热系数。14 有一不锈钢制造的套管换热器，内管直径为89mm3.5mm，流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80冷却到50。冷却水在环隙从15升到35。糖浆的对流传热系数h=230W/（m2K），水的对流传热系数c=290W/（m2K）。忽略污垢热阻。试求：冷却水消耗量；并流和逆流操作时所需传热面积；如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。22 某无相变的流体，通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2)，流体的Re=2104。假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于12的矩形管，而流体的流速增加0.5倍，试问对流传热系数有何变化？15 某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为14mm8mm钢管组成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部进入，上部溢出，通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5，钢管外壁温度为56，试求冷水的对流传热系数。16 室内有二根表面温度相同的蒸气管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（GrPr）=108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少？17 饱和温度为100的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直放置，管外壁的温度维持96，试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放，冷凝的蒸气量又为多少？18有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120降至80，其对流传热系数1=50W/（m2K）。壳程的冷却水从15升至90，其对流传热系数2=2000W/（m2K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求水和空气的出口温度t2和T2，忽略流体物性参数随温度的变化；传热速率Q比原来增加了多少？19 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s，进口温度为110；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35。热油和水的平均比热容分别为1