食品工程原理练习题.docx

传热练习题
1、 某加热器外面包了一层厚度为300mm的绝缘材料，该材料的热导率为0.16W/(m·℃)，已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm处为75℃，试求加热器外壁面的温度为多少？
2、 用套管换热器将果汁从80℃冷却到30℃，果汁比热为3.18kJ/kg℃，流量为240kg/h。冷却水与果汁呈逆流进入换热器，进口和出口温度分别为10℃和20℃，若传热系数为450W/m2℃，计算换热面积和冷却水用量。
3、 在一内管为Φ25mm×2.5mm的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为290K，对流传热系数为850W/(m2·K)，壳程中流量为1.25kg/s的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度分别为350K、300K，苯的对流传热系数为1700 W/(m2·K)，已知管壁的热导率为45 W/(m·K)，苯的比热容为cp=1.9 kJ/(kg·℃)，密度为ρ=880kg/m3。忽略污垢热阻。试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少（以外表面积计）？
4、 在一单程列管式换热器中，用130℃的饱和水蒸汽将36000kg/h的乙醇水溶液从25℃加热到75℃。列管换热器由90根Ф25mm×2.5mm，长3m的钢管管束组成。乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走壳程。已知钢的热导率为45W/(m·℃)，乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3，粘度为1.2×10－3Pa·s，比热为4.02kJ/(kg·℃)，热导率（即导热系数）为0.42W/(m·℃)，水蒸汽的冷凝时的对流传热系数为104W/(m2·℃)，忽略污垢层热阻及热损失。试问此换热器是否能完成任务（即换热器传热量能否满足将乙醇水溶液从25℃加热到75℃）？
已知：管内对流传热系数关联式为，。
干燥练习题
5、 某物料在连续理想干燥器中进行干燥。物料处理量为3600kg/h, 物料含水量由20%降到5%（均为湿基）。空气初始温度为20℃，湿度为0.005kg/kg绝干气，空气进干燥器时温度为100℃， 出干燥器时温度为40℃。试求：(1)空气消耗量；(2)预热器传热量。
6、 在某干燥器中干燥砂糖晶体，处理量为100kg/h，要求将湿基含水量由40%减至5%。干燥介质为干球温度20℃，相对湿度15%的空气，经预热器加热至80℃后送至干燥器内。空气在干燥器内为等焓变化过程，空气离开干燥器时温度为30℃，总压为101.3kPa。试求：⑴ 水分汽化量；⑵ 干燥产品量；⑶ 湿空气的消耗量；⑷ 加热器向空气提供的热量。（注：在常压下，20℃时水的饱和蒸汽压为2.335kPa）
7、 在理想干燥器中，将某物料从含水量5%干燥到0.5%（均为湿基）。干燥器生产能力为1.5kg湿原料/s。27℃，湿度为0.007kg水/kg绝干气的新鲜空气经预热器加热至100℃进入干燥器，出干燥器时温度为52℃。若干燥器的热损失可忽略不计，试求绝干空气消耗量及空气离开干燥器时的湿度。
8、 常压下（Pa=101.3 kPa），将干球温度为30 ℃、湿度为0.010 kg/kg干气的空气，经预热器加热后温度升高至120 ℃，然后将加热的空气送入干燥器中干燥物料。干燥的过程可视为等焓干燥过程，当空气离开干燥器的时候相对湿度达到60%。
⑴ 请将空气从进入预热器到离开干燥器的整个过程在下面湿空气的I-H图上表示出来；
⑵ 请根据第一问所作的图查出空气离开干燥器时的干球温度为 ℃，湿度为 kg/kg干气；
⑶ 请根据已知条件以及第二问的结果计算出含100 kg绝干空气的新鲜空气从进入预热器到离开干燥器的整个过程中空气中增加的水分质量为 kg
蒸馏练习题
9、 一常压操作的连续精馏塔中分离某理想溶液，原料液组成为0.4，馏出液和釜残液组成分别为0.95和0.05（均为轻组分的摩尔分数），操作条件下，物系的相对挥发度α＝2.0，若操作回流比R=1.5Rmin，泡点进料，塔顶为全凝器。试计算提馏段操作线方程。
10、 下图是双组分理想物系的温度组成图，物系从状态点O开始依次变化至A、P、D、Q点，请写出每个状态点下对应的气相和液相组成（注：若没有则不必写出）
状态点
x
y
O

A

P

D

Q

11、 用连续精馏塔每小时处理100kmol含苯40％和甲苯60％的混合液，要求馏出液中含苯90％，残液中含苯1％（组成均以kmol%计），试计算：
⑵ 馏出液和残液各多少kmol/h
⑵ 饱和液体进料时，已估算出塔釜每小时汽化量为132kmol，问回流比为多少
12、某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：
精馏段：y=0.8x+0.172
提馏段：y=1.3x-0.018
试求：原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
沉降练习题
13、 求密度为2360kg/m3，直径为60微米的球形颗粒在常温水中的沉降速度。
14、 密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20℃空气中层流沉降的最大颗粒直径是多少。
过滤练习题
15、 BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810 mm×810 mm×25 mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72×10-5 m2/s，qe=3.45×10-3 m3/m2，每滤出1 m3滤液的同时，生成0.148 m3的滤渣。求：
⑴ 滤框充满滤渣所需时间（min）；
⑵ 若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间为15 min，其生产能力为多少？（生产能力以每小时获得的滤液体积计）
16、 用某板框过滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土作助滤剂。在过滤表100kPa下过滤2h，头1h得滤液量为8m3。假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计，试问：
⑵ 在第2h内可得多少滤液？
⑵ 过滤2h后用2m3清水（黏度与滤液相近）在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间。
17、 某板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差下以恒压操作过滤一种悬浮液，2小时后得滤液4m3，介质阻力可略，滤饼不可压缩，求：①若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？②若在原压差下过滤4小时后用0.5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？
蒸发练习题
18、在单效真空蒸发器内，每小时将1500kg牛奶从质量分数15%浓缩到50%。已知进料量的平均比热容为3.90kJ/(kg·K)，温度为80℃，加热蒸汽表压0.1MPa，出料温度为60℃，蒸发器传热系数为1160 W/(m2·K)，热损失为5%。试求
⑴ 蒸发水量和成品量；
⑵ 加热蒸汽消耗量；
⑶ 蒸发器传热面积。
19、在单效膜式蒸发器中，每小时将20吨15%的某水溶液连续浓缩到25%，原料液温度为75℃，已知蒸发操作的平均压强（绝压）为50kPa（该压强下饱和蒸汽的汽化潜热为2304.5kJ/kg，饱和温度为81.2℃）；加热蒸汽压强为196.2KPa（绝压）（该压强下饱和蒸汽温度为119.6℃，汽化潜热为2206kJ/kg）若K为1000W/（m2. ℃），热损失为总传热量的5%，传热温度差损失为5.8℃。
求：（1）蒸发器的传热面积S；
（2）加热蒸汽用量D。
20、用一单效蒸发器将2500kg/h的某水溶液由10%浓缩到25%（均为质量百分数），原料液比热为3.9kJ/(kg·℃)。已知加热蒸气压力为200kPa（绝压），蒸发室内压力为40kPa（真空度），假设溶液的沸点升高为5℃，热损失为20kW。试计算进料温度为25℃时，加热蒸汽消耗量。当地大气压取100kPa。
流体输送练习题
20、用离心泵将20 ℃的水从敞口贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管路直径相同，均为Φ76 mm×2.5 mm。水流经吸入与压出管路（不包括喷头）的能量损失分别为∑Wf1=2u2及∑Wf2=10u2（J/kg），式中，u为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空度的读数为26.6 kPa，喷头处的压力为98.1 kPa（表压）。试求泵的有效功率（kW）。（20分）

21、在一定转速下测定离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm。当流量为30m3/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa，两测压口间的垂直距离为0.4m，轴功率为3.45kW。试计算泵的压头与效率。
160m
Δz
30m
22、如图所示，密度为800kg/m3、黏度为1.5mPa·s的液体，由敞口高位槽经Φ114mm×4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁相对粗糙度ε/d=0.002，试计算两槽液面的垂直距离。

制冷
23、有一立式、双缸氨压缩制冷机，其制冷量为Q0=4.186×105 kJ/h，其操作的蒸发温度T0=-15℃，冷凝温度Tk=＋25℃，过冷温度Tu＝＋20℃。(1) 请在下面NH3的lgp-h图上作出制冷循环示意图；(2) 已知压缩机的总效率为70%，计算：单位制冷量；制冷剂循环量；制冷剂放热量；压缩机消耗的理论功率和实际功率；理论制冷因（系）数εt和实际制冷因（系）数ε。
24、已知蒸发温度-15℃，冷凝温度为+30℃，过冷温度为+15℃，请在压焓图上画出蒸汽压缩式制冷循环的全过程，并查出h1，h2，h3，h4，v0并计算出理论制冷系数ε1。

五、计算题（60分，写在答题纸上）