食品工程原理 考题例题.ppt

8 3干燥静力学 热风干燥的基本流程 8 3A干燥过程的物料衡算 1 水分蒸发量和产品量 2 干燥空气用量对进出干燥器的水分作衡算 以绝对干燥物料作物料衡算 称作单位空气用量 kgd kgw 8 3B干燥过程的热量衡算 1 耗热量 蒸发1kg水相应物料升温所需热量 J kgw 2 热效率 qL QL W 令 q Q W称单位热耗 J kgw 则 例8 3用回转干燥器干燥湿糖 进料湿糖湿基含水量为1 28 温度为31 每小时生产湿基含水量为0 18 的产品4000kg 出料温度36 所用空气的温度20 湿球温度为17 经加热器加热至97 后进入干燥室 排出干燥室的空气温度为40 湿球温度32 已知产品的比热容为1 26kJ kg K 试求 1 水分蒸发量 2 空气消耗量 3 加热器所用表压100kPa的加热蒸汽消耗量 4 干燥器的散热损失 5 干燥器的热效率 1 水分蒸发量 2 空气用量查图7 20湿空气的h H图 得 3 加热器中蒸汽用量 由h H图可查得h0 49kJ kgd h1 125kJ kgd Tw1 38 h2 113kJ kgd 解 4 干燥器的散热损失 5 干燥器的热效率 例 用气流干燥器将湿基含水量w1 5 的食品物料干燥到w2 0 25 产品量m2 1000kg h 加热介质用T0 20 0 0 80的新鲜空气经加热器加热到T1 140 进入干燥器 出口温度T2 95 物料入口温度 1 50 出口温度 2 80 干物料比热容cs 1 256kJ kg K 若此干燥过程为绝热干燥过程 求水分蒸发量W 空气用量l和热消耗q 若已知干燥器表面散热QL 33 4MJ h 试求出 口空气的湿含量H2以及此实际干燥过程的l和q 解 绝热干燥过程 q l h1 h0 56 173 50 6 89 103kJ kgw 2 实际干燥过程 qL QL W 33400 50 668kJ kgw 在h H图上 查T0 20 0 0 80 h0 50kJ kgd T1 140 h1 173kJ kgd H0 H1 0 012kgv kgd 过B点作等h线交T2 95 等温线与C 查得 H2 0 030kgv kgd 如图所示 则 n cw 1 qs qL 4 187 50 754 668 1213kJ kgw 在H1 H2间任取H HD 0 025 h hD h1 n HD H1 173 1213 0 025 0 012 10 2 103kJ kgw 由HD hD确定点D 作直线BD交T2 95 等温线于点C 查C 的H 2 0 024 kgd kgw q l h1 h0 83 173 50 10 2 103kJ kgw qs m2cs 2 1 W 1000 1 256 80 50 50 754kJ kgw 11 第二节干燥静力学 一 物料含水量的表示方法 1 湿基含水量w 即质量分数 定义 水分在湿物料中的质量分数 2 干基含水量X 即质量比 定义 水分质量与绝干物料质量之比 X w 1 w w X 1 X 两种含水量之间的换算关系为 12 L 绝干空气的消耗量 kg绝干气 s H1 H2 湿空气进 出干燥器时的湿含量 kg水气 kg绝干气 X1 X2 物料进 出干燥器时的干基含水量 kg水气 kg绝干料 G1 G2 物料进 出干燥器时的流量 kg湿物料 s G 绝干物料的流量 kg绝干料 s 通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所蒸出的水分量 空气消耗量 干燥产品的流量 二 干燥系统的物料衡算 13 1 水分蒸发量W 2 干空气消耗量L 连续干燥器作水分的物料衡算 以1s为基准 14 比空气用量 从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量 若新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热 由于加热前后空气的湿度不变 以H0表示进入预热器时的空气湿度 则 说明 比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关 而与干燥过程所经历的途径无关 原湿空气的消耗量为 15 3 干燥产品的流量G2 式中 w1 w2 物料进出干燥器时的湿基含水量 16 例8 1在一连续干燥器中 每小时处理湿物料1000kg 经干燥后物料的含水量有10 降至2 以热空气为干燥介质 初始湿度H1 0 008kg水 kg绝干气 离开干燥器时湿度为H2 0 05kg水 kg绝干气 假设干燥过程中无物料损失 试求 水分蒸发量 湿空气消耗量以及干燥产品量 解 1 水分蒸发量 将物料的湿基含水量换算为干基含水量 17 进入干燥器的绝干物料为 G G1 1 w1 1000 1 0 1 900kg绝干料 h 水分蒸发量为 W G X1 X2 900 0 111 0 0204 81 5kg水 h 2 空气消耗量 原湿空气的消耗量为 L L 1 H1 1940 1 0 008 1960kg湿空气 h 18 3 干燥产品量 习题 今有一干燥器 湿物料处理量为800kg h 要求物料干燥后含水量由30 减至4 均为湿基 干燥介质为空气 初温15 相对湿度为50 的H1 0 005kg水 kg绝干气 出干燥器时降温至45 相对湿度为80 的H2 0 052kg水 kg绝干气 试求 1 水分蒸发量W 2 空气消耗量 单位空气消耗量 3 干燥产品量 第二章连续性方程 管内稳定流动 1 1 2 2 qm 1 qm 2 A1u1 1 A2u2 2 qm 不可压缩流体 const A1u1 A2u2 qv 1 4C柏努利方程的应用 1 求管道中流体的流量 例1 4输水系统如图所示 45 2 5mm钢管 已知 试求水的体积流量 又欲使 水的流量增加30 应将水箱水面升高多少 解 1 w 0 2 若水的流量增加30 则 2 求输送设备的功率 解 习题1 p 78 求离心泵的压头H 吸入管d1 350mm 吸入口pvm 29 3kPa 排出管d2 310mm 排出口pg 350kPa 两表间垂直距离350mm 流量540m3 h 解 p pg pvm 350 29 3 379 3kPa 39 1m 2 3离心泵的安装高度和工作点 2 3A离心泵的安装高度 离心泵吸入口中心到贮液面的垂直高度Hg 防止汽蚀的产生 要求p1 pv 使泵Hg受限 汽蚀 当p1 pv 液体沸腾汽化 又被压缩 V 液体质点急剧补位冲击对泵叶片的损伤 求Hg常用两法 通过允许吸上真空高度Hs汽蚀余量 h 1 允许吸上真空高度Hs 0 0 和1 1 间伯努利方程 液体经吸入管的压头损失 m 离心泵的Hs值由制造厂在样本或说明书中给出 如环境非标准大气压 液体非温度20 水 Hs应校正 大气压头 饱和蒸汽压头 2 汽蚀余量 h 泵入口处液体的静压头与动压头之和超过其饱和蒸汽压头的某一最小指定值 2 3B离心泵的工作点 1 管路特性曲线 令 令 2 离心泵的工作点 将离心泵的特性曲线II和管路特性曲线I绘制在同一压头 流量坐标图上 两曲线相交点M 是离心泵在该管路中的工作点 dutypoint 若工作点所对应效率在最高效率区 则该工作点是适宜的 3 流量调节 可以采用流量调节改变管路特性曲线 或者改变泵的特性曲线 改变泵的工作点M 使工作点处于高效率区 例5 4用刮板式换热器冷却苹果酱 苹果酱质量流量为50kg h 比热容cp为3817J kg K 入口温度80 出口温度20 套管环隙逆流通冷水 入口温度10 出口温度17 传热系数K为568W m2 K 求 1 需要的冷却水量 2 换热平均温差及换热面积 3 若改顺流 两流体出入口温度同前 求 2 各值 解 16 的盐水以3960kg h的流量通过套管换热器的内管被加热 105 的热水以4000kg h的流量在环隙内与盐水进行热交换被冷却至48 已知盐水的平均比热容为3 300kJ kg 热水的平均比热容为4 174kJ kg 试求 盐水的出口温度 若该换热器的传热系数为500W m2 K 求换热器的传热面积 管外表面积 解 根据热量衡算原理4000 4 174 105 48 3960 3 3 t2 16 解得t2 88 8 判断应为逆流操作 t1 105 88 8 16 2 t2 48 16 32 tm t1 t2 ln t1 t2 16 2 32 ln16 2 32 23 2 9 现采用某单效真空蒸发器来浓缩某水溶液 已知进料量为10t h 1 料液从15 浓缩至浓度为60 均为质量 沸点进料 加热蒸汽压力为300kN m 2 绝压 冷凝水在饱和温度下排出 冷凝器内的真空度为610mmHg 各项温度差损失分别为 2 5 3 5 1 热损失为加热蒸汽放出热量的5 传热系数K 2500w m 2 K 1 试 1 估算单位蒸汽耗量为多少 2 估算蒸发器的传热面积为多少m2 3 若产品浓度达不到要求 你认为可采取什么措施 附 饱和水蒸汽性质压力kN m 2温度 汽化潜热kJ kg 12060 12454 93066 52333 7101 31002258 4300133 32168 1401 3143 52138 1设 当地大气压为101 3kN m 2 1 求D wD w r F Cp t1 t0 QL r 沸点进料t1 t0 且QL 0 05D r D w r 0 95r W F 1 X0 X1 10 102 1 15 60 7500kg h 1由P 300kN m 2 查表得r 2168 1kJ kg 1 T 133 3 P 760 610 101 3 760 20kN m2 查表得T冷 60 1 此冷凝器中二此蒸汽冷凝温度 而T T 60 1 1 61 1 查表得r 2351 6kJ kg 1 D W 2351 6 0 95 2168 1 1 142 2 求AA Q k tm D r k T t1 而t1 T 60 1 2 5 3 5 1 67 1 A 1 142 7500 2168 1 1000 3600 2500 133 3 67 1 31 17m2 3 必须按设计要求控制好操作条件 增加料液的循环速度 如暂停出料 料液回流入器再循环 可适当增大P 以使T 可使 tm 以保证有足够的所需的传热面积 可适当提高冷凝器的真空度 使T 则t1 有利于 tm 摩擦因数图的分区 A 层流区 Re 2000 此区域流体作层流流动 与管壁面的粗糙度无关 而与Re成直线关系 64 Re A B 过渡区 2000 Re 4000 通常是将湍流时相应的曲线延伸查取 值 B C 湍流区 Re 4000 摩擦因数 是Re和管壁面相对粗糙度 d的函数 C D 完全湍流区 图中虚线以上的区域 曲线近乎水平直线 值基本上不随Re而变化 D 判断流体流动形态的依据 如何判断 通过实验对流体流动时内部质点的运动情况及各种因素对流体状态的影响进行了直接的观察 揭示了流体运动可分为层流和湍流两种判断根据雷诺实验 1 当Re 2000时 流体流动型态属于层流区 2 当Re 4000时 流体流动型态属于湍流区 3 当