农学硕士联考食品工程原理-1

1、农学硕士联考食品工程原理 -1( 总分： 91.00 ，做题时间： 90 分钟 )一、 B 计算题 /B( 总题数： 7，分数： 91.00)有一板框过滤机，其框内尺寸为I.OmX I.OmX0.035m,共25个滤框。在150kPa恒定压强差下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：q2=360t，式中，q以L/m2表示，t以min表示。今在实际操作中，仍过滤上述悬浮液。先以10min的时间进行恒速过滤，过滤压 强自表压为零升至300kPa。达到此压强后，即维持压强不变而继续过滤40min。滤饼不可压缩，滤饼不洗涤，卸饼、清理及装合等辅助操作时间为 28.8min。求：(分数： 9.00 )(

2、1) . 每一操作循环可得滤液多少 (m3)? (分数： 3.00 )正确答案： (求 V。 过滤机的过滤面积：2A=1xlX2X25=50(m ) 恒压段的过滤常数为：K=360X (3/1.5)=720(L/m2) 2/min恒速段的滤液量：* 后恒压段的过滤方程：*所以 q 2- 3600=720X 40*q=180(L/m 2) 总滤液量为：V=qA=180X 50=9000(L)=9(m 3)解析：(2) . 生产能力为多少 (m3/h)? (分数： 3.00 )正确答案： ( 求 Q。 *)解析：(3) . 如何才能获得最大生产能力 ?最大生产能力为多少 (m3 /h)? (分数：

3、 3.00 )正确答案： ( 求 Qmax。当t - t r=E t D=28.8min，可获得最大生产能力。此时q2-3600=720X28.8*q=156(L /m2)V=qA=156X 50=7800(L)=7.8(m 3)所以 *)解析：用一板框压滤机过滤某种悬浮液，每获得Im3滤液得滤饼0.05m3。在150kPa压强差下操作时，过滤常数 K=2.75X10-5m2/s ，过滤介质阻力可忽略，滤饼不可压 缩。 (分数： 24.00 )(1) . 若要求过滤 1h 获得 0.6m3 的滤饼，求所需的过滤面积；(分数： 3.00 )正确答案： ( 求过滤面积。过滤介质阻力可忽略的恒压过滤

4、方程为V=kA t其中，V=0.6/0.05=12m 正确答案： ( 忽略介质阻力，Ve=t e=0 求在第 2 小时内可得的滤液量。由恒压过滤方程V2=KA2t (1)可得* ，即* 所以 V2=11.31(m3)所以 V=AV1=11.31-8=3.31(m 3) 求洗涤时间。板框过滤机的洗涤：* (2)其中 KA2=V2/ t =82/1=64代入式 (2) 得：* 求条件改变后的过滤时间。因为滤饼为不可压缩，所以 s=0当V不变时，由式(1)可得：K1t 1=K2t 2*所以 * 求压强差提高 1 倍后的滤液量。过滤时间 t 不变时，有*所以 *)解析： . 有一叶滤机， 自始至终在某

5、一恒压下过滤某种悬浮液时， 得出如下过滤方程式： (q+10) 2=250( t +0.4) 。式中q以L/m2表示，t以min表示。今在实际操作中，先在5min内使压差由零升至上述压差，其间过滤为恒速过滤，以后则维持该压力不变作恒压过滤，全部过滤时间为20min。试求：(1)每一循环中，每1ni过滤表面可得多少滤液 ?(2) 过滤后用相当于滤液总量 1/5 的水洗涤滤饼，求洗涤时间 (设滤饼不可压缩 )。(分数： 3.00 ), K=2.75X 10-5m/s所以 12 2=2.75 X10-5 X3600A2A=38.1(m2)解析：(2) .若选用的板框为正方形，其边长为0.81m，试确

6、定板框数和板框的最小厚度；(分数：3.00 ) 正确答案：(求框数n和框厚5。*)解析：(3) .若操作压强差提高到 300kPa,求用该板框压滤机过滤1h所获得的滤液量。(分数：3.00 ) 正确答案： ( 求情况变化后的 V。 *)解析：(4) .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8用。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2小时内可得多少滤液?(2)过滤2h后用2用清水(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；(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 ?(

7、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 ?(分数： 3.00 )正确答案：(求过滤20min的滤液量。由已知的恒压方程：(q+10) 正确答案：(设在扩散的任意时刻T ,液面离杯口的距离(扩散距离)为Z,取d T时间间隔对物料作衡算，并结合扩散的规律解决之。单向扩散，有：* (1)在d T时间内，液面高度降低 dz，对乙醇作衡算：NAQ d t = Q dz p /Ma或【* (2)将式(1)代入式(2)，积分可得：* (3)式中：T=273+25=298K; PB2=101.3-0=101.3kPa ; pB!=101.3-8.0=93.3kPa;=250( t +

8、0.4)可得：qe=10L/m2, t e=0.4min , K=250L2/(mD=1.19X10-5 (m2/s)解析：(8) .混合气含CQ体积分数为10%其余为空气。在30C、2MPa下用水吸收，使CO的体积分数降到0.5%， 水溶液出口组成X!=6X10-4(摩尔比)。混合气体处理量为 2240nVh(标准状态)，塔径为1.5m。亨利系数 min)先恒速的过滤方程为：*即口当 t =5min 时*解得：qR=20.5(L/m 2)先恒速后恒压的过滤方程：*即(q 2-20.5 2)+2(q- 20.5) X 10=250X(20 -5)解得：qR=58.4(L/m 2)(2) 求洗涤

9、时间。叶滤机的洗涤：*所以*)解析：(6) .有一转筒真空过滤机，每分钟转2周，每小时可得滤液 4用。若滤布阻力忽略不计，问每小时要获得5m滤液，转鼓每分钟应转几周？此时转鼓表面的滤饼厚度为原来的几倍？假定所用的真空度不变。(分数:3.00 ) 正确答案：(滤布阻力忽略不计时，生产能力： * (1) 由式(1)可得：* 所以*转鼓每转1周得到 的滤液体积为：* 滤饼厚度*所以*)解析：(7) .用如图所示的方法测定乙醇在101.3kPa、25'C下在空气中的扩散系数。开始时乙醇液面距管口高10mm到乙醇液面下降5mm时共用26500s。假设管口上方空气中乙醇蒸气分压为零，求扩散系数。已

10、知25C乙醇的饱和蒸汽压为 8.0kPa，密度为780kg/mZ1=0.01m， Z2=0.015m； p =780kg/m，MA=46kg/kmol ;代入式，得：。(分数：3.00 )E=2Xl05kPa,气相体积总传质系数 Ka=0.0139kmol/(m 3 h kPa)。求每小时用水量及填料层高度。(分数:3.00 )正确答案: ( 先求用水量。物料衡算关系:V(Y1-Y 2)=L(X 1-X2)其中:*a=PT KGa=2000X0.0139=27.78kmol/(m3 h)Q =( n /4)d 2=0.7854 X1.5 2=1.766(m2)*所以 z=HogXNog=1.8

11、3 X5.35=9.80(m)解析:气体混合物中溶质的浓度 Y1=0.02( 摩尔比 ) ,入塔液体为纯溶剂,气液平衡关系» * ,为Y=X。求：(分数：6.00 )(1) .当液气比L/V=2.0，溶质的回收率为 99%寸的传质单元数(分数：3.00 )正确答案： ( 求 NOG。* (1)其中 *代入式 (1) ，可得：*)解析：(2) . 当液气比 L/V=0.8 时，溶质的回收率最大可达多少 ?(分数： 3.00 )正确答案：(*，求n A，max。*方法 1 ：公式法*Ztb,则NOgTs(因为HOg为有限值)所以 *即*所以 n A，maxT0.8 即溶质的回收率最大可达

12、 0.8 。方法 2：直接求解* (2)何时丫2最小呢？参见下图，显然，当操作线与丫1的交点位于平衡线上时，丫2最小，而X最大。而*溶质的衡算：L(Xl, max-0)=V(Y 1-丫2，min)所以 *代入式 (2) ，得：*)解析：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收空气混合物中的A,操作液气比为2.1时，A的回收率为95%已知物系的浓度较低，A在两相间的平衡关系为Y正确答案： ( 最小回流比。因系泡点进料，故 q=1 ，则Xq=xF=0.3将其代入气液平衡方程 正确答案： ( 求 Rmin。*其中， XD=0.9 ，泡点进料， q=1，则 Xq=XF=0.4 ，=1.18

13、X。吸收过程为气膜控制，总传质系数Ka与气体流率的0.8次方成正比。 (分数： 6.00 )(1) .今气体流率增加20%,而液体流率及气、液进口组成不变，试求：A的回收率有何变化？单位时间内被吸收的A量增加多少？(分数：3.00)正确答案： ( 原操作条件下的传质单元数NOG：* (1)其中： 1/A=mV/L=1.18/2.1=0.562， X2=0，*代入式 (1) 得：*气体流量增加 20%时的操作效果V'=1.2VKYa=CV0.8*所以*代入式 (1) 得：*解得：n '=92.4% G=G*Ga=V'(Y 1-Y' 2)-v(Y 1-Y2)=V&#

14、39;Y 1 n '-VY 1 n =Yi(V' n '-V n )*)解析：(2) .若气体流率，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将A回收率由原来的95滙高至98%，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍?(分数： 3.00)正确答案：(当吸收率由95%!高至98%,由于气体流率没变，因此对于气膜控制的吸收过程HOg不变，塔高Z不变，故Nog仍为5.10，即*用试差法求解上式得：(1/A)"=0.301由 (1/A)"=(mV/L)"=0.301得： *所以 *即吸收剂用量应!高到原来用量的 1.87 倍。)解析：由一块理论板与

15、塔釜组成的连续精馏塔中，每小时向塔釜加入甲醇组成为0.3(摩尔分率，下同)的水溶液100kmol,泡点进料，要求塔顶馏出液中甲醇的浓度为 0.8，塔顶采用全凝器，回流液为饱和液体。已知甲醇对水的相对挥发度为 4.6，操作回流比为最小回流比的 8倍。求： (分数： 9.00)(1) . 最小回流比；(分数： 3.00)得： yq=0.663正确答案： ( 泡点进料， q=1。(1) 求回流比 R。由* 求取其他值有不同方法。方法 1 结合 xy 图的作图法：* 进料组成 xF。 两操作线交点的横坐标即是：y=0.8x F+0.172 ；y=1.3x F-0.018两式联立，解得： xF=0.38

16、。 馏出液的组成 xD。 精馏段操作线方程与对角线方程联立：y=0.8x D+0.172 ；y=xD两式联立，解得： xD=0.86 釜液的组成 xW。 提馏段操作线方程与对角线方程联立：y=0.8x W+0.172 ；y=xW两式联立，解得： xW=0.06 方法 2 由方程直接求解。求 xD。由 *(2) 求 xW。由*) 解析：(2) . 塔底残液组成；(分数： 3.00 ) 正确答案： ( 塔底残液组成。R=8Rin=8X 0.377 3.0 精馏段操作线方程为*即 y n+1=0.75xn+0.20 (2)将yi=XD=0.8代入式(1)，得： x1=0.465将其代入式 (2) ，

17、得：y2=yw=0.550再将其代入式 (1) ，可得：x2=xw=0.210)解析：(3) . 每小时获得的塔顶产品量。(分数： 3.00)正确答案： ( 每小时获得的塔顶产品量。 全塔总物料衡算： 100=D+W (3) 甲醇的物料衡算：100X0.3=0.8D+0.21W (4) (3)、(4)两式联立，可解得： D=15.3(kmol/h), W=84.7(kmol/h)解析：某混合物在一常压连续精馏塔中进行分离。进料中易挥发组分 A 含量为 0.4( 摩 尔分率，下同)流量为100kmol/h，要求塔顶馏出液中含 A为0.9 , A的回收率不 低于 0.9 。泡点进料，取回流比为最小

18、回流比的 1.5 倍，塔釜间接蒸汽加热，且 知系统的相对挥发度为 a =2.5。试求：(分数：20.00)(1).塔顶产品量D，塔底产品量 W及组成Xw；(分数：4.00 ) 正确答案： ( 求 D， W， xW。由* 得：*所以 D=40(kmol/h)W=F-D=100-40=60(kmol/h)*)解析：(2). 最小回流比；(分数： 4.00 ) 正确答案： ( 操作线方程。 精馏段操作线方程 正确答案： ( 单级吸附，有： 提馏段操作线方程 * 其中：L'=L+qF=RD+qF=1.833K40+1xi00=173.3(kmol/h)所以*)解析：分数： 4.00 )y=1.

19、3x-0.018 求(4) .操作时，若第一块板下降的液体中含A为0.82，求该板的气相默弗里板效率Emv i正确答案： ( 求 EMV，1 。*其中， yi=xD=0.9y2=0.6470x 1+0.3177=0.647 X 0.82+0.3177=0.8482*所以 *)解析：(5) . 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： 原料液、馏出液、釜液组成及回流比。(分数： 4.00 )将其代入式（2），得：Xf=0.4 X 0.86+0.6 X 0.06=0.38）解析：在连续精馏塔中，分离某理想溶液混合物，组成Xf为0.5（摩尔分数，下同

20、），原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分 的回收率为98%若测得塔顶第一层理想塔板的液相组成为 0.79。试求：（分数：17.00）（1）.操作回流比是最小回流比的多少倍？（分数：3.40）正确答案：（求R/Rmin。因为分凝器相当于一块理论板，故可应用气液平衡方程：*所以*对于塔内第一层理论板，可应用气液平衡方程求气相组成。*求回流比。方法一：物料衡算法。对如图所示的虚线框做总物料和易挥发组分的衡算，有v=l+dVy1=LxF+DxD*所以*方法二：直接用精馏段操作线方程。*所以*

21、所以 R=1.593泡点进料，q=1，则Xq=XF=0.5所以*R/Rmin=1.593/1.032=1.54）解析：（2）.若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？（分数：3.40）正确答案：（求Do由*，得：*）解析：（3）.有一分离A、B双组分理想溶液的常压精馏塔，如图所示，操作参数如下，进料量F=157kmol/h，饱和液体进料，料液中含易挥发组分 A的摩尔分率=0.3（摩尔分率，下同），塔顶流出液量40kmol/h，其组成=0.96， 回流量=80kmol/h，回流液温度40C。塔顶第一层板上温度 82.5 'C,测得塔内的平均压力=102.7kPa，已知塔釜的传

22、热面积为60点，总传热系数K=2280kJ/（m 2 h C），相对挥发度a =2.5。计算此时塔釜间接加热蒸气的温度为多少？附：溶液的汽化潜热为 30400kJ/kmol，平均比热容为155kg/（kmol C），纯组分 A的饱和蒸汽压与温度的p0，kPa; t，Co （分数：3.40 ）QB=KS(Ts-t bW) 所以 (1) (1) 由上式可以看出，要求出Ts，必先求出Q和tbw。因此，求出这两个值是本题的关键。W=F-D=157-40=117(kmol/h)FxF=DxD+WxWXw=(57X0.3 -40X0.96)/117=0.0744对于理想溶液，有 *所以 *所以 *由经验公

23、式得：*即 t bw=109.3C)注意：当塔外回流不是泡点回流时， 塔内外回流量不同。 对如图所示的虚线框做总物料和总能量衡算， 有： V1+L=V2+L。 (1)*V1H+LI=V2H+L0I R (2)由式(1) 得：V2-V1=L-L0 (1)'由式(2) 得：(V2-V1)H=LI-L 0I R (2)'将式 (1)' 代入式 (2)' ，得：(L-L 0)H=LI-L 0I R 所以 *由此式可以看出：若为泡点回流，即t b!=t R，则L=L,即塔内外回流量相等；若为冷液体回流，即 tbl > tR,则L> Lo,即塔内回流量大于塔外回流量。而精馏段操作线方程中的回流比指的是塔内回流比。所以 *所以 L=1.217L0=1.217X80=97.36(kmol/h)QB=V'r B=(L+D)+(q-1)F泡点进料， q=1所以 QB=(