食品工程原理习题.pdf

第一章第一章 流体力学流体力学 1 1 椰子油流过一内径为 20mm 的水平管道 其上装有一收缩管 将管径逐渐收缩至 12mm 如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为 800Pa 试求椰子油的 流量 1 2 牛奶以 2 10 3m3 s的流量流过内径等于 27mm的不锈钢管 牛奶的粘度为 2 12 10 3Pa s 密度为 1030kg m3 试确定管内流动是层流还是紊流 1 3 用泵输送大豆油 流量为 1 5 10 4m3 s 管道内径为 10mm 已知大豆油的粘度为 40 10 3Pa s 密度为 940kg m3 试求从管道一端至相距 27m的另一端之间的压力降 1 4 试求稀奶油以 6m s的速度流过管道时 因摩擦而引起的压力降 管道直径 mm 长 100m 为水力光滑的不锈钢管 已知稀奶油的密度为 1000kg m5238 3 粘度为 12 10 3Pa s 1 7 某离心泵安装在高于井内水面 5 5m的地面上 吸水量为 40m3 h 吸水管尺寸为 mm 包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为 4 5J kg 试求泵入口处 的真空度 当地大气压为 1 0133 10 4114 5Pa 1 8 用离心泵将密度为 1200kg m3的水溶液由敞开贮槽A送至高位槽B 已知离心泵吸入 管路上各种流动阻力之和J kg 压出管路的 10 s f L 30 D f L J kg 两槽液面 维持恒定 其间垂直距离为 20m 每小时溶液的输送量为 30m3 若离心泵效率为 0 65 求泵的轴功率 1 9 每小时将 10m3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽 管路直径为mm 全系统直管长度为 100m 其上装有一个全开闸阀 一个全开截止阀 三个标准弯头 两个阻力可以不计的活接头 两槽液面恒定 其间垂直距离为 20m 取管壁粗糙度为 0 25mm 水的密度为 1000kg m 357 3 粘度为 1 10 3Pa s 试求泵的效率为 70 时的轴功 率 1 10 用泵将开口贮槽内密度为 1060kg m3 粘度为 1 1 10 3Pa s的溶液在稳定流动状态 下送到蒸发器内 蒸发空间真空表读数为 40kPa 溶液输送量为 18m3 h 进蒸发器水平 管中心线高于贮槽液面 20m 管路直径357 mm 不包括管路进 出口的能量损失 直管和管件当量长度之和为 50m 取管壁粗糙度为 0 02mm 试求泵的轴功率 泵的效 率为 65 1 14 拟用一台 3B57 型离心泵以 60m3 h的流量输送常温的清水 已查得在此流量下的允 许吸上真空Hs 5 6m 已知吸入管内径为 75mm 吸入管段的压头损失估计为 0 5m 试求 1 若泵的安装高度为 5 0m 该泵能否正常工作 该地区大气压为 9 81 104Pa 2 若该泵在海拔高度 1000m的地区输送 40 的清水 允许的几何安装高度为若干米 当地大气压为 9 02 104Pa 第二章第二章 传热传热 2 1 一食品冷藏室由内层为 19 mm厚的松木 中层为软木层 外层为 51 mm厚的混凝土 所组成 内壁面温度为 17 8 混凝土外壁面温度为 29 4 松木 软木和混凝土的 平均热导率分别为 0 151 0 043 3 0 762 W m K 要求该冷藏室的热损失为 15W m2 求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度 2 2 某平壁炉的炉壁由内层为 460 mm 厚的耐火砖 外层为 230 mm 厚的绝缘砖所组成 炉的内壁面温度为 1 400 外壁面温度 100 已知耐火砖和绝缘砖的热导率与温 度的关系分别为 0 9 0 000 7 T 0 3 0 000 3 T W m K 式中 T 可取为相应层材料 的平均温度 单位为 求导热的热通量及两砖接触面处的温度 2 3 为减少热损失 在外径为 150 mm的饱和蒸汽管道外加有保温层 已知保温材料的热 导率 0 103 0 000 198 T 式中T为 蒸汽管外壁温度为 180 要求保温层外壁温度 不超过 50 每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1 10 4 kg m s 以下 问保温层厚度应为多少 计算时可假定蒸汽在 180 下冷凝 2 4 有一蒸汽管外径为 25 mm 管外包有两层保温材料 每层厚均为 25 mm 外层与内 层保温材料的热导率之比为 5 此时的热损失为 Q 今将内 外两层材料互换位置 且 设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变 则热损失为 Q 求 Q Q 说明何种材 料放在里层为好 2 8 压强为 101 33 kPa 温度为 28 9 的冷空气 以 0 61 m s 的流速平行流过长 宽均 为 254 mm 的冷冻肉的表面 肉的表面温度为 6 7 求冷空气与冻肉表面之间的对流 传热系数 2 16 烤炉内在烤一块面包 已知炉壁温度为 175 面包表面的黑度为 0 85 表面温度 为 100 表面积为 0 064 5 m2 炉壁表面积远远大于面包表面积 求烤炉向这块面包 辐射传递的热量 2 19 在逆流换热器中 用初温为 20 的水将 1 25 kg s的液体 比热容为 1 9 kJ kg K 密度为 850 kg m3 由 80 冷却到 30 换热器的列管直径为 25 mm 2 5 mm 水走 管内 水侧和液体侧的对流传热系数分别为 850 W m2 K 和 1 700W m2 K 污垢热阻可忽略 若水的出口温度不能高于 50 求水的流量和换热器的传热面积 2 22 在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油 温度为 160 的饱和蒸汽在壳 程冷凝 冷凝液在饱和温度下排出 食用油在管程流动 并由 20 加热到 106 列 管换热器尺寸为 列管直径为 19 mm 2 mm 管长为 4 m 共有 25 根管子 若换热 器的传热量为 125 kW 蒸汽冷凝传热系数为 7 000 W m2 K 油侧污垢热阻为 0 000 5 m2 K W 管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略 求管内油侧对流传热系数 又若油的流速增加一倍 此时若换热器的总传热系数为原来的 1 75 倍 求油的出口温度 假设油的物性不变 2 23 在列管换热器中用冷水冷却油 水在直径为 19 mm 2 mm的列管内流动 已知管 内水侧对流传热系数为 3 490 W m 2 K 管外油侧对流传热系数为 258 W m2 K 换热器在使用一段时间后 管壁两侧均有污垢形成 水侧污垢热阻为 0 000 26 m 2 K W 油侧污垢热阻为 0 000 176 m 2 K W 管壁的热导率为 45 W m K 求 1 基于管 外表面积的总传热系数 2 产生污垢后热阻增加的百分数 2 24 在一传热面积为 50 m2的单程列管换热器中用水冷却某种溶液 两流体呈逆流流动 冷水的流量为 33 000 kg h 温度由 20 升至 38 溶液的温度由 110 降至 60 若换热器清洗后 在两流体的流量和进口温度不变的情况下 冷水出口温度增至 45 求换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻 假设 1 两种情况下 流体物性可视为不 变 水的平均比热容为 4 187 kJ kg K 2 可按平壁处理 两种工况下两侧的对流 传热系数不变 3 忽略管壁热阻和热损失 2 30 某冷凝器的传热面积为 20 m2 用来冷凝 100 的饱和水蒸气 冷液进口温度为 40 流量为 0 917 kg s 比热容为 4 00 kJ kg K 换热器的总传热系数为 125W m2 K 求水蒸气冷凝量 第四章第四章 颗粒与流体之间的相对流动颗粒与流体之间的相对流动 4 1 用光滑小球在粘性流体中自由沉降可测定该液体的粘度 测试时用玻璃筒盛满待测 液体 将直径为 6mm的钢球在其中自由沉降 下落距离为 200mm 记录钢球的沉降时 间 现用此法测试一种密度为 1300 kg m3的糖浆 记录的沉降时间为 7 32 秒 钢球的 比重为 7 9 试求此糖浆的粘度 4 2 某谷物的颗粒粒径为 4mm 密度为 1400 kg m3 求在常温水中的沉降速度 又若此 谷物的淀粉粒在同样的水中的沉降速度为 0 1mm s 试求其粒径 4 3 气体中含有大小不等的尘粒 最小的粒子直径为 10 m 已知气体流量为 3000m3 h 标准态 温度为 500 密度为 0 43 kg m3 粘度为 3 6 10 5Pa s 尘粒的密度为 2000 kg m3 今有一降尘室 共有 5 层 求每层的沉降面积 4 10 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 在过滤表压 100kPa 下过滤 2h 头 1h得滤液量 8m3 假设硅藻土是不可压缩的 且忽略介质阻力不计 试 问 1 在第 2h内可得多少滤液 2 过滤 2h后用 2 m3清水 粘度与滤液相近 在 同样压力下对滤饼进行横穿洗涤 求洗涤时间 3 若滤液量不变 仅将过滤压差提 高 1 倍 问过滤时间为多少 4 若过滤时间不变 仅将过滤压强提高 1 倍 问滤液 量为多少 4 12 在 202 7kPa 2atm 操作压力下用板框过滤机处理某物料 操作周期为 3h 其中 过滤 1 5h 滤饼不需洗涤 已知每获 1 m3滤液得滤饼 0 05 m3 操作条件下过滤常数K 3 3 10 5m2 s 介质阻力可忽略 滤饼不可压缩 试计算 1 若要求每周期获 0 6 m3的 滤饼 需多大过滤面积 2 若选用板框长 宽的规格为 1m 1m 则框数及框厚分 别为多少 3 经改进提高了工作效率 使整个辅助操作时间缩短为 1h 则为使上述 板框过滤机的生产能力达到最大时 其操作压力应提高至多少 第七章第七章 吸收与蒸馏吸收与蒸馏 7 2 20 C的 100g水中溶解 1 gNH3 其组成用摩尔分数x 浓度c及摩尔比X表示时 各为 多少 7 5 100g水中溶解 1gNH3 从手册中查得 20 C时NH3的平衡分压为 986 6Pa 在此浓度以 内服从亨利定律 试求溶解度系数H 单位为kmol m3 kPa 和相平衡常数m 总压为 100kPa 7 7 含NH3体积分数 3 的空气 NH3混合气 在 20 C下用水吸收其中的NH3 塔内压力 为 203kPa NH3在水中的溶解度服从亨利定律 在操作温度下平衡关系为p 266 6x kPa 试求离塔氨水的最大浓度 以浓度C表示 7 11 混合气含CO2体积分数为 10 其余为空气 在 30 2MPa下 用水吸收 使CO2 的体积分数降到 0 5 水溶液出口组成X1 6X10 4 摩尔比 混合气体处理量为 2240m3 h 按标准状态T0 273 15K p0 101325Pa 塔径为 1 5m 亨利系数H 200MPa 液 相体积总传质系数KLa 50kmol m h kmol m3 求每小时用水量及填料层高度 7 19 在一连续操作的常压精馏塔中分离乙醇水溶液 每小时于泡点下加入料液 3000kg 其中含乙醇 3 质量分数 下同 要求塔顶产品中含乙醇 90 塔底产品中含水 99 试求 塔顶 塔底的产品量 分别用 kg h kmol h 表示 7 20 某连续精馏塔 泡点加料 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 7 21 用一连续精馏塔分离二元理想溶液 进料量为l00kmol h 易挥发组分xF 0 5 泡 点进料 塔顶产品xD 0 95 塔底釜液xw 0 05 皆为摩尔分数 操作回流比R 1 8 该 物系的平均相对挥发度 2 5 求 1 塔顶和塔底的产品量 kmol h 2 提馏段下降液体量 kmol h 3 分别写出精馏段和提馏段的操作线方程 第十一章第十一章 溶液浓缩溶液浓缩 蒸发蒸发 11 1 试估算固形物含量为 30 的番茄酱在常压和 95 990Pa 真空度下蒸发时的沸点升高 番茄酱的沸点升高数据可参考糖溶液 忽略静压引起的沸点升高 大气压强取标准大气 压 11 2 上题中若加热管长度为 4m 则沸点升高又为多少 计算时番茄酱的密度可近似取 为 1 000kg m3 11 3 在单效真空蒸发器内 每小时将 1 500kg牛奶从质量分数 15 浓缩到 50 已知进 料的平均比热容为 3 90kJ kg K 温度为 80 加热蒸汽表压 105Pa 出料温度为 60 蒸发器传热系数为 1 160W m2 K 热损失可取为 5 试求 1 蒸发水量和成 品量 2 加热蒸汽消耗量 3 蒸发器传热面积 11 7 在双效顺流蒸发器中浓缩脱脂牛奶 进料质量分数为 10 温度为 55 第一效 中沸点为 77 第二效中沸点为 68 5 末效排出浓奶的质量分数为 30 假定固形 物的比热容为 2kJ kg K 试近似估算离开第一效牛奶的质量分数 提示 以 100kg 进料为基准 作第二效的热量衡算 沸点升高可忽略 11 8 在双效顺流蒸发器内蒸发 1t h 质量分数为 10 的某溶液 溶液质量分数在第一效 内为 15 在第二效内为 30 第一效内的沸点为 108 第二效内为 75 第二效 二次蒸汽的绝对压强为 30kPa 设 15 溶液的比热容为 3 56kJ kg K 问料液由第一 效进入第二效时自蒸发的水分量是多少 此水分量占总水分蒸发量的百分之几 第十二章第十二章 食品干燥原理食品干燥原理 12 1 湿空气在压力 101 33kPa 温度 20 下 湿含量为 0 01kg kg干空气 试求 1 空气的 相对湿度 1 2 压力不变 将空气温度升高至 50 时的相对湿度 2 3 若温度仍为 20 将压力升高至 125kPa时的相对湿度 3 4 若温度仍为 20 压力升高至 250kPa 问 100m3原湿空气所冷凝的水分量 12 3 常压下温度为 30 湿含量为 0 024kg kg 干空气的湿空气 在预热器内被加热至 90 试在焓湿图上绘出空气状态的变化过程 又若湿空气的流量为 0 028kg s 求加 热湿空气所需要的热量 Q 12 4 在连续式逆流干燥器中 用热空气干燥某种固体湿物料 已知空气状态为 进入干 燥器时空气的湿含量为 0 01kg kg 干空气 焓为 120kJ kg 干空气 离开干燥器时空气的 温度为 38 物料状况为 进出干燥器时物料的含水量分别为 0 04kg kg 干物质和 0 002kg kg 干物质 进出口温度分别为 27 和 63 处理干物质量为 450kg h 干物质 比热容为 1 465kJ kg 假设干燥器的热损失为 5kW 试求空气流量 12 5 在常压连续理想干燥器中 用通风机将空气送至预热器 经 120 饱和蒸汽加热后 进入干燥器 已知空气状态为 进预热器前湿空气中水蒸气分压为 1 175kPa 温度为 15 进入干燥器时的温度为 90 离开干燥器时的温度为 50 物料状况为 进出 干燥器时物料的