食品工程原理思考题与习题

思考题与习题绪论一、填空1同一台设备的设计也许有多种方案，通常要用（）来拟定最终的方案。2单元操作中常用的五个基本概念涉及（）、（）、（）、（）和（）。3奶粉的生产重要涉及（）、（）、（）、（）、（）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、摩尔浓度表达。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。初始接种物中具有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具有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()流体称为抱负流体。2牛顿黏性定律表白，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，也许是()，也也许是()，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()；<()时为()。6流体在管道中的流动阻力可分为()和()两类。7当流体在圆管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为()。8根据雷诺数的不同，摩擦系数-雷诺数图可以分为()、()、()和()四个区域。9管路系统重要由()，()和()等组成。10局部阻力有()和()两种计算方法。三、选择 1 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，减少；B.升高，升高；C.减少，升高2 砂糖溶液的黏度随温度升高而()。A.增大；B.减小；C.不变3 层流时流体在圆管内的速度分布规律为()形式。A.二次曲线；B.直线；C.指数四、简答 1推导抱负流体的柏努利方程。2举例说明抱负流体柏努利方程中三种能量的转换关系。3简述流体流动状态的判断方法及影响因素。4如何用实验方法判断流体的流型？5说明管壁的粗糙度对流体流动阻力的影响。五、计算1某真空浓缩器上真空表的读数为15.5×103Pa，设备安装地的大气压强为90.8×103Pa，试求真空浓缩器内的绝对压强。2一敞口储槽内贮存有椰子油，其密度为910kg/m3，已知：Z1=0.6m，Z2=1.8m；槽侧壁安装的测压管上段液体是水，测压管开口通大气。求槽内油面的位置高度h。zz1z2h习题2附图3某设备进、出口的表压强分别为－13kPa和160kPa，本地大气压为101.3kPa，求该设备进、出口的压强差。4用一串联U形管压差计测量水蒸气锅炉水面上的蒸气压pv,U形管压差计指示液均为水银，连接两U形管压差计的倒U形管内充满水，已知从右至左四个水银面与基准水平面的垂直距离分别为h1=2.2m、h2=1m、h3=2.3m、h4=1.3m。锅炉水面与基准水平面的垂直距离为h5=3m。求水蒸气锅炉水面上方的蒸气压pv。水水h1h3h5h4h2pv汞习题4附图5试管内盛有10cm高的水银，再于其上加入6cm高的水。水银密度为13560kg/m3，温度为20℃，本地大气压为101kPa。求试管底部的压强。6在压缩空气输送管道的水平段装设一水封设备如图，其垂直细支管（水封管）用以排除输送管道内的少量积水。已知压缩空气压强为50kPa（表压）。试拟定水封管至少应插入水面下的最小深度h。papapapp′h0.6m8.6m习题7附图h习题6附图压缩空气水7贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油，油面高于槽底9.6m，油面上方通大气，槽侧壁下部开有一个直径为500mm的圆孔盖，其中心离槽底600mm。求作用于孔盖上的力。8如本题图所示,用套管式热互换器加热通过内管的果汁，已知内管为Φ33.5mm×3.25mm，外管为Φ6mm×3.5mm的焊接钢管。果汁密度为1060㎏/m3，流量为6000㎏/h；加热媒质为115℃的饱和水蒸气在外环隙间流动，其密度为0.9635㎏/m3，流量为120㎏/h。求果汁和饱和水蒸气的平均流速。果汁果汁饱和水蒸汽习题8附图9水流经一文丘里管如本题图示，截面1处的管内径为0.1m，流速为0.5m/s，其压强所产生的水柱高为1m；截面2处的管内径为0.05m。忽略水由1截面到2截面流动过程的能量损失，求1、2两截面产生的水柱高差h为多少米？1212h水习题9附图1m10某植物油流过一水平渐缩管段，管大头内径为20mm，小头内径为12mm，现测得这两截面间的压强差为1000Pa，该植物油的密度为950kg/m3，不计流动损失。求每小时油的质量流量。11从高位槽向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。规定料液在管内以1.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为2.2m(不涉及出口压头损失)。高位槽的液面应当比塔入口处高出多少米？hh习题11附图uu112u2习题10附图1220℃下水在50mm内径的直管中以3.6m/s的流速流动，试判断其流动类型。1337℃下血液的运动黏度是水的5倍。现欲用水在内径为1cm的管道中模拟血液在内径为5mm的血管中以15cm/s流动过程的血流动力学情况，实验水流速度应取为多少？14果汁在内径为d1的管路中作稳定流动，平均流速为u1，若将管径增长一倍，体积流量和其他条件均不变，求平均流速为本来的多少倍？15如本题图示，将离心泵安装在高于井内水面5米的地面上，输水量为50m3/h,吸水管采用Φ114×4㎜的电焊钢管，涉及管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf=5J/kg,本地大气压强为1.0133×105Pa。求该泵吸入口处的真空度。习题15附图5m习题15附图5m20m习题17附图习题16附习题16附图图112230m16用泵输送某植物油，管道水平安装，其内径等于10mm，流量为0.576m3/h，油的粘度为50黏度0-3Pas，密度为950kg/m3。试求从管道一端至相距30米的另一端之间的压力降。17用离心泵将某水溶液由槽A输送至高位槽B,两槽液面维持恒定并敞开通大气，其间垂直距离为20m。已知溶液密度为1200kg/m3，溶液输送量为每小时30m3,管路系统各种流动阻力之和∑hf=36J/kg,该泵的效率为0.65。求泵的轴功率。18某饮料厂果汁在管中以层流流动，假如流量保持不变，问：（1）管长增长一倍；（2）管径增长一倍；（3）果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2（设密度变化极小）。试通过计算说明三种情况下摩擦阻力的变化情况。19植物油在圆形直管内作滞流流动，若流量、管长、液体物性参数和流动类型均不变，只将管径减至本来的2/5，由流动阻力而产生的能量损失为本来的多少倍？20用泵将密度为930kg/m3、黏度为4黏度mPas的某植物油送至贮槽，管路未装流量计，但已知A、B两处压力表的读数分别为pA=1.2MPa，pB=1.12MPa，两点间的直管长度为25m，用管直径为Φ89×3.5mm的无缝钢管，其间尚有3个90°的弯头。试估算该管路油的流量。21用一台轴功率为7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽（见右图），溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa·s。管子直径为Φ108×4mm、直管长度为70m、各种管件的当量长度之和为100m(不涉及进口和出口的阻力)，直管阻力系数为0.026。输送量为50m3/h,两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。泵的效率为65%。。试从功率角度考虑核算该泵能否完毕任务。6m习题23附图206m习题23附图20m习题21附图11221.6m习题20附图AB22一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。已知果汁密度为1030kg/m3，黏度为1.2×10-3Pa·s，蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50kPa,果汁输送量为16m3/h。进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20m，管直径为Φ57mm×3mm的冷轧不锈钢管，不涉及管路进、出口能量损失的直管及各管件当量长度之和为50m,管壁绝对粗糙度为0.02mm，本地大气压强为1×105Pa。求泵的轴功率PZ。23高位水槽底部接有一长度为30m（涉及局部阻力的当量长度）、内径为20mm的钢管，该管末端分接两个处在同一水平面的支管，支管直径与总管相同，各支管均装有一相同的球阀（ζ=6.4），因支管很短，除球阀的局部阻力外，其他阻力可以忽略。高位槽水位恒定，水面与支管出口的垂直距离为6m。试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。

第二章流体输送机械一、名词解释 1 离心泵的气蚀现象2 泵的工作点3 离心泵的安装高度4 离心泵的切割定律和比例定律二、填空 1 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的()下，输送()时的性能曲线。2 离心泵的实际工作压头和流量不仅与()的特性曲线有关，还与()的特性曲线有关。3 离心泵压头的大小取决于()、()和()。4 离心泵的工作点由()曲线和()曲线共同决定。5 为防止发生()现象，泵的安装高度不能太高，可采用()，()等措施提高泵的安装高度。6 管路系统重要由()，()和()等组成。7 泵的内部损失重要由()，()和()引起。三、选择 1 离心泵铭牌上标明的扬程是指()。A.功率最大时的扬程B.最大流量时的扬程C.泵的最大扬程D.效率最高时的扬程2一台实验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐减少为零，泵出口处的压力表也逐渐减少为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的因素是()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3 两台相同的泵串联工作时，其压头()一台泵单独工作时的两倍。A.>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，减少B.升高，升高C.减少，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 离心泵发气愤蚀现象的因素是什么？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。水从泵中流出来后通过一长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（）形或在室内设立（）。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重要有()，()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 滤饼阻力的大小重要取决于(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.s<1；C.s>13 过滤的推动力为()。A.浓度差；B.温度差；C.压力差4 一台实验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐减少为零，泵出口处的压力表逐渐上升，此时离心泵完全打不出水。发生故障的因素是()。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 简述用实验法求过滤常数的方法。五、计算1试计算直径d90μm,密度ρs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1.81×10-5Pa·s，水的黏度为1.5×10-3Pa·s。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实验，测得过滤常数K=5.15×10-6m2/s。现用一直径为1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机生产。操作压力于实验相同，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2023kg/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，规定净化后的空气不具有直径大于10μm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1.81×10-5Pa·s。5若分别采用下列各项措施,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具有颗粒的黏性液体，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。，假如转速为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涉及（）、（）和（）三种。3粉碎操作方法涉及（）、（）、（）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体可分为（）、（）、（）。三、选择1对于中粉碎，成品粒度范围为()。A.5-50mmB.5-10mmC.100μm以下2对于立方体形颗粒，球形度φs为（）。A.1B.0.806C.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.＞10B.＜10C.=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重要因素有哪些？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/μm0~2020~4040~6060~8080~100100~120120~140140~160160~180180~200200~220220~240颗粒计数5205010695885226106423lkg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重要有()和()。4 在流化床中，假如床层过高，可以增长()，破坏()，避免()现象发生。5气力输送的形式重要有()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；C．A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合用于输送细小、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运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1196kg/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。当空床流速为什么值时，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=1.44×10-4m，颗粒密度为ρs=1068kg/m3，液相黏度为μf.0246cP，密度为ρf=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1060kg/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：①流化床的临界流化速度和操作速度；②通过床层的压力降；③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2.36×10-2W/m·K5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1.04kN/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 强化传热的途径重要有（）、（）和（）等3 热传导是借助于（）来进行热量的传递的。热传导重要发生在（）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（），它表达（）。6 在对流传热中，努塞尔准数等于（），它表达（）。7 影响对流传热的因素重要有（）、（）、（）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,热阻重要集中在().A.间壁自身;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λ=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；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，在普通砖外表面增长一层厚度为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本来的减少百分之几？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=1.05W/（m2·℃）；厚度b1=0.23m；绝热砖：热导率=0.151W/（m2·℃）每块厚度b2=0.23m；普通砖：热导率=0.93W/（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λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m2·℃））。若规定每米管长的热损失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。7φ60mm×3mm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ti＞t0，球壁的热导率为λ。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φ86mm×1.5mm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/（s·m2）。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下：Pa·S；w/m·K；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φ25mm×2.5mm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λ=40W/（m2·℃）。试求：①总传热系数Ko；②管外对流传热系数2增长一倍，总传热系数有何变化？③管内对流传热系数1增长一倍，总传热系数有何变化？13有一套管换热器，内管为φ25mm×1mm，外管为φ38mm×1.5mm。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φ89mm×3.5mm，流量为2023kg/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/（m2·K），水的对流传热系数c=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③假如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=2×104。假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于1∶2的矩形管，而流体的流速增长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φ14mm×8mm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边空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（Gr·Pr）=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/（m2·K）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数2=2023W/（m2·K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增长一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比本来增长了多少？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1.9kJ/(kg·℃)及4.18kJ/(kg·℃)。换热器的总传热系数为320W/(m2·℃)试求水的出口温度及传热量。20求直径d=70mm、长L=3m的钢管（其表面温度t1=227℃）的辐射热损失。假定此管被置于：（1）很大的红砖里，砖壁温度t2=27℃；（2）截面为0.3m×0.3m的砖槽里，t2=27℃，两端面的辐射损失可以忽略不计。21用175℃的热油将300kg/h的果汁由25℃加热至90℃，已知热油的比热容为2.61kJ/（kg·℃），其流量为360kg/h，今有以下两个换热器，传热面积为0.8m2。换热器1：K1=625W/(m2·℃)，单壳程双管程。换热器2：K2=500W/(m2·℃)，单壳程单管程。为满足所需的传热量应选用那一个换热器。22在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的蔗糖溶液由350K冷却至300K，冷却水在φ25mm×2.5mm的管内中流动，其进出口温度分别为290K和320K。已知水和蔗糖溶液的对流传热系数分别为0.85kW/(m2·℃)和2.7kW/(m2·℃)，又两侧污垢热阻忽略不计，试求所需的管长和冷却水消耗量。23在一列管换热器中，用初温为30℃的水将橘汁由120℃冷却到70℃，已知橘汁和水的流量分别为1×104（kg/h）和1.4×104（kg/h）。比热容分别为0.52（kcal/kg·℃）和0.46（kcal/kg·℃），传热系数K=100（kcal/m2·h·℃）试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。24在并流换热器中，用水冷却奶油。水的进出口温度分别为15℃和40℃，奶油的进出口温度分别为120℃和100℃。现因生产任务规定奶油的出口温度降至80℃，设奶油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求将此换热器的管长增至多少米才干满足规定？设换热器的热损失可忽略。25一传热面积为15m2的列管换热器，壳程用110℃饱和水蒸气将管程某溶液由20℃加热至80℃，溶液的解决量为2.5×104kg/h，比热容为4kJ/（kg·℃），试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后，由于污垢热阻增长，溶液出口温度降至72℃，若要出口温度仍为80℃，加热蒸气温度至少要多高？26用20.26kPa（表压）的饱和水蒸气将20℃的水预热至80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过，管子的尺寸为φ25mm×2.5mm。水蒸气冷凝的对流传热系数为104W/(m2·℃)，水侧污垢热阻为6×10-4(m2·℃)/W，蒸气侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求：（1）此换热器的总传热系数；（2）设备操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口温度只能升至70℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。27今欲于下列换热器中，将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃，出口温度为60℃。试求各种情况下的平均温度差。（1）单壳程，双管程（2）双壳程，四管程28有一单壳程双管程列管换热器，管外用120℃饱和蒸气加热，干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为φ38mm×2.5mm，总管数为200根，已知总传热系数为150W/（m2·℃），空气进口温度为26℃，规定空气出口温度为86℃，试求：（1）该换热器的管长应多少？（2）若气体解决量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为φ54×2mm，总管数减少20%，此时的出口温度为多少？（不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失）。

第七章制冷与食品冷冻一、名词解释1制冷2单位制冷量3制冷剂4制冷剂循环量5制冷系数6干耗二、填空1()是可以冻结成冰晶的水分，而()与固形物结合在一起，冷冻时很难冻结成冰晶。2食品冷冻分为()和()两种形式。其中()可使食品长期贮藏。3水冻结成冰的一般过程是()，而后由于体系达成了热力学的()条件，水将在冻结温度下形成冰晶体。4根据对冷冻介质与食品接触的基本方式，冷冻过程包含()和()两个过程。5食品经冻结后再解冻，其组织中的冰晶体将融化成水，它不易()，这部分水将()。食品组织中水分重新分派的量越多，则()。三、简答1常用的制冷方式有哪些？各有什么特点？2简述逆卡诺循环。3简述冻结过程中食品温度的分布特点。4简述水与食品的冻结过程。5分析冻结对食品品质的影响。6分析比较食品冻结的方法。7举例说明常见食品的冻结设备四、计算1已知一食品的含水率为78%，冻结后固体成分和冰的质量分数为0.22、0.65，其密度分别为1010、920，试估算该食品冻结后热导率、比热容和热扩散率的值。2已知某食品含水82%，初始冻结点为－1.2℃，冻结完毕时温度为－10℃，试估算该食品中未冻结水分的质量分数。3某球状食品的直径为0.05m，密度为1030kg/m3，水分质量分数为0.68。现需在隧道式送风冻结器中经－23℃的冷空气冻结，食品开始冻结时的温度已经被冷却至冻结点－1.8℃，食品的融化热为220kJ/kg，冻结后食品的热导率为1.08W/(m·K)，冻结时对流传热系数为65W/(m2·K)。试分别计算将该食品冻结至平均温度达－12℃时和中心温度达－6℃时的冷冻时间。4含水75%，长、宽、厚分别为1m、0.5m、0.3m的牛肉块状食品在冷冻器中被－30℃的冷空气冻结。表面对流传热系数为40W/(m2·K)，牛肉初始温度为－1.8℃，牛肉冻结后的热导率为1.5W/(m·K)，密度980kg/m3，计算将牛肉冻结到－10℃时所需时间。55cm厚的牛肉胴体在－30℃的冷冻间里被冻结。产品含水73%，密度970，冻牛肉热导率为1.1W/(m·K)，初始冻结点为－1.75℃，冻结前后的焓差为250kJ/kg，表面传热系数为50W/(m2·K)，试用Plank方程式估计其冻结时间。6某冷冻食品加工厂需在16h内冻结10t猪肉半胴体。猪肉水分质量分数w=0.72，初始冻结点温度Tf=－1.9℃，现规定在－28℃的冷风冻结装置中冻结，试计算猪肉胴体从初始温度为5℃开始，降温至其中心温度为－10℃时所需的制冷量(kW)。

第八章蒸发一、名词解释1蒸发2多效蒸发3蒸发操作的有效温差二、填空1一定压强下，溶液的沸点较纯水()，两者沸点之差，称为溶液的()。2浓缩是()和()均匀混合液的部分分离过程。3要维持连续的蒸发过程，一方面要不断地()；另一方面还要不断地()。4蒸发过程中温差损失重要由()、()和()引起。5多效蒸发规定后效（）和（）小于前效的。6欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高其（）和（）。7影响液柱沸点升高的因素重要有（）和（）。8由于（）和（），所以实际每蒸发1kg水要消耗1kg以上的蒸气。9常用的多效蒸发流程有（）加料、（）加料、（）加料和（）加料。10在并流加料的多效蒸发中，蒸发室压强逐效（），沸点逐效（），前效进入后效时（），浓度（），传热系数（）。三、简答1试推导单效蒸发加热蒸气耗量的表达试。2多效蒸发的温差分派的实质是什么？通常应考虑哪些原则？3设计并绘出牛奶浓缩系统的流程和重要设备，并说明其特点和工作原理。四、计算1在一薄膜蒸发器中，将具有12%(质量分数，下同)蕃茄汁的浓缩到25%，蕃茄汁最高允许温度为57℃，这也就是浓缩液的温度。料液在38℃进入蒸发器，加热用的是172.4kPa的饱和蒸气。总传热系数为3407W/(cm2·℃)，传热面积为4.6m2，估计原料液比热容为3.98kJ/(kg·℃)，忽略沸点升高。计算蕃茄汁进入蒸发器的进料速度。2在单效真空蒸发器中，将流率为10000kg/h的某水溶液从10%浓缩到50%。原料液温度为31℃，估计沸点升高为7℃，蒸发室的绝对压强为20kPa，加热蒸气的绝对压强为200kPa(绝压)，冷凝水出口温度为79℃。已知总传热系数为1000W/(m2·℃)，热损失可忽略。试估算加热蒸气耗量和蒸发器的传热面积。3在单效蒸发器内将某种无机盐水溶液从4%浓缩为16%。原料液解决量为2500kg/h、温度为20℃。加热蒸气的绝对压强为200kpa，T=120℃，汽化热r=2205kJ/kg，二次蒸气绝对压强为15kpa，温度T'=53.5℃，汽化热r'=2370kJ/kg，基于传热外表面积的总传热系数为1200w/(m2·℃)，由于溶液蒸气压下降及液层静压效应而引起的温度差损失之和(△'+△")=7℃，冷凝液在饱和温度下排出，水的比热容cpw=4.18kJ/(kg·℃)。忽略热损失和稀释热效应，求：(1)加热蒸气消耗量D；(2)蒸发器传热面积S。4在单效蒸发中，每小时将2023kg的某水溶液从10%连续浓缩到30%(均为质量比例)。蒸发操作的平均压强为0.4kgf/cm2，相应的溶液沸点为80℃，加热蒸气绝对压强为2.0kgf/cm2，原料液的比热容为3.77kJ/(kg·℃)，蒸发器的热损失为12023W。假设溶液的稀释热可以忽略，试求：(1)蒸发量；(2)原料液温度为30℃时的加热蒸气耗量。T=74.3℃，r=2313.9kJ/kg，T=120℃，r=2205.2kJ/kg。5一个连续操作的单效蒸发，用来浓缩9072kg/h的盐溶液，料液的浓度为1%(质量)，温度为37.8℃，浓缩液出口浓度为1.5%(质量)，蒸发室压力为101.3kPa，加热蒸气是143.3kPa下的饱和蒸气。总传热系数为1704W/(m2·℃)。计算二次蒸气流量、浓缩液量以及所需的传热面积。假设溶液的沸点和水相同。忽略热损失。6在单效蒸发器中，将15%的某水溶液连续浓缩至25%。原料液流量为20230kg/h，温度为75℃。蒸发操作的平均压力为50kPa，溶液的沸点为87.5℃，加热蒸气的绝对压力为200kPa。若蒸发器的总传热系数为1000W/(m2·℃)，热损失为蒸发器传热量的5%，试求蒸发器的传热面积和蒸气耗量。设溶液的平均比热容为4.2kJ/kg·℃。7在单效蒸发器中，将1300kg/h的某水溶液从10%浓缩到35%，原料液温度为50℃，比热容为3.15kJ/(kg·℃)。蒸发室的平均操作压强为15kPa，加热蒸气压强为120kPa(绝压)，流率为1000kg/h。试估算该蒸发器的总传热系数。已知蒸发器的总传热面积为10m2，热损失可忽略。8使用双效并流循环蒸发器，每小时将流量为10000kg、浓度为10%的黄瓜汁浓缩到50%。原料液于第一效溶液沸点129.6℃下进入蒸发系统。第一效加热蒸气的绝对压强为500kPa，冷凝器中的绝对压强为20kPa。各效的总传热系数分别为1200W/(m2·K)、700W/(m2·K)。原料液的比热容为3.64kJ/(kg·℃)。估计加热管内液面高度为1.5m。各效溶液的密度分别为1100kg/m3、1280kg/m3。各效冷凝液在蒸气饱和温度下排出。试计算蒸发量、各效蒸发量、加热蒸气消耗量及换热面积。

第九章传质原理与吸取一、名词解释 1吸取2对流传质3扩散系数4液膜控制5分子扩散6涡流扩散二、填空 1若溶质在气相中的分压大于其()，就会发生()过程。2某气体用水吸取时，在一定浓度范围内，其气-液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用（）常数表达，而操作线的斜率可用（）表达。3对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增长时，亨利系数（），相平衡常数m（），溶解度系数H（）。（增长、减少、不变）。4由于吸取过程气相中的溶质分压总（）液相中溶质的平衡分压，所以吸取操作线总是在平衡线的（）。增长吸取剂用量，操作线的斜率（），则操作线向（）平衡线的方向偏移，吸取过程推动力（y-ye）（）。5在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸取剂用量，则传质推动力将（），操作线将（）平衡线。6用Δp为推动力的气膜传质速率方程有两种，以传质分系数表达的传质速率方程为（），以总传质系数表达的传质速率方程为（）。7某炉气含SO28.1％（体积分数），在一条件下测得与其成平衡的溶液浓度为0.003（摩尔分数），则其相平衡常数值为（）。三、选择 1采用填料塔进行气体吸取，当操作线和平衡线相交(或相切)时，()。A.塔底吸取液浓度最高；B.吸取剂用量最少；C.吸取速率最高2若气相溶质分压大于其液相平衡分压,就会发生()过程。A.吸取；B.解吸；C.平衡3总压不太高时，一定温度下气、液两相的平衡关系服从()。A.Raoult；B.Henry；C.Fick4()是等分子反向扩散过程.A.吸取；B.精馏；C.干燥5根据双膜理论，吸取质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为（）。、A.两相界面存在的阻力；B.气液两相主体中的扩散的阻力；C.气液两相滞流层中分子扩散的阻力四、简答 1根据双膜理论推导总吸取速率方程式，并讨论其使用范围。2根据Fick定律，简述传质速率与哪些因素有关。3简述相平衡与吸取过程的关系。4写出并流接触时吸取踏操作线方程，并在Y-X图上画出相应的操作线。5推导吸取操作线方程。6双膜理论的基本论点是什么?对实际生产具有何指导意义?五、计算1浓度为0.02(摩尔分数)的稀氨水在20℃时氨平衡分压为1．666kPa，氨水上方的总压强为常压，在此浓度下相平衡关系服从享利定律，氨水的密度可近似取为1000kg/m3，试求亨利系数E、H和m的数值。2含氨9%（摩尔分数）的空气-氨混合气与5%（摩尔分数）的稀氨水充足接触，在操作条件下平衡关系为y=0.97x。试问当上述两相接触时发生吸取还是解吸？气、液相浓度各自最大限度是多少？3常压下，30℃条件下，于填料塔中用清水逆流吸取空气-SO2。已知入塔混合气中含SO2为5%（体积分数），出塔气中SO2为0.2%（体积分数）；出塔吸取液中每100g含SO2为0.356g。若操作条件下气-液相平衡为y=47.87x，试求塔底和塔顶处的吸取推动力，分别以△y、△x、△p和△c表达。425℃及1atm下，含CO220％(体积分数，下同)、空气80％的气体1Nm3与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触，进行传质。问CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压各为多少?若上述过程在5atm下进行，求其结果。5一浅盘内盛有2mm厚的水层，在25℃的恒温下逐渐蒸发并扩散到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气层，此层外空气中的水蒸气分压为0.98kPa。扩散系数为2.65*10-5m2/s，大气压强为101.33kPa，求蒸干水层所需时间。6一填料塔中用水吸取氨-空气混合气中的低浓度氨。采用ф50×50×4.5(mm)瓷拉西环填料，不规则堆放，比表面积为93m2/m3，空隙串为0.8，操作压力为101.3kPa，温度为10℃。混合气的空塔流速为0.5m/s，密度为1.25kg/m3，黏度近似地空气黏度。氨在黏度中的扩散系数为0.155cm2/s。求气相吸取分系数ky。7在压力为100kN/m2、温度为30℃下，用水吸取氨的平衡关系符合亨利定律。亨利常数＝134kN/m2。在稳定操作条件下，吸取设备中某一位置上的气相浓度为y＝0.1（摩尔分数），液相浓度为z＝0.05（摩尔分数）。以△y为推动力的气相传质系数ky＝3.84×10-4kmo1/m2·s，以△x为推动力的液相传质系数kx＝1.02×10-2kmo1/m2·s。试问：(1)以△y为推动力的气相总传质系数Ky为多少？(2)此种吸取是液膜控制还是气膜控制?为什么？(3)该位置上气液界面处的气、液两相浓度为多少？8在吸取塔内用水吸取混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃、压强101.3kPa。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07kPa，液相中甲醇浓度为2mol/m3。甲醇在水中的溶解度系数H=1.955kmol/(m3·kPa）。液膜吸取分系数kL=2.08×105m/s，气膜吸取分系数kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)。试计算该截面上的吸取速率。9若吸取过程为低组成气体吸取，试推导：10已知,相平衡关系为，试证明：和11试证明低浓度逆流吸取系统，若气-液平衡关系在操作范围内为一直线，以下关系成立：式中S--吸取因数，，下标1和2分别表达塔底和塔顶。12填料塔逆流吸取操作过程中，若相平衡关系符合Henry定律，试推导：13一吸取塔于常压下操作．用清水吸取焦炉气中的氨。焦炉气解决量为5000标准m3/h，氨的浓度为10g/标准m3，规定氨的回收率不低于99％：水的用量为最小用量的1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为1.1m/s：操作条件下的平衡关系为y＝1.2X，气相体积吸取总系数为Kya＝0.0611kmol／(m3·s)。试分别用对数平均推动力法及数学分析法求气相总传质单元数，再求所需的填料层高度。14在逆流操作的吸取塔中，于101.3kPa、25℃下用清水吸取混合气中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。该系统符合亨利定律，亨利系数为5.52×104kPa。若取吸取剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口液相组成x1。又若压强改为1013kPa而其他条件不变，再求L/V及x1。15常压下，用清水逆流吸取氨-空气混合气中的氨，已知填料层高度为6m，入塔混合气中含氨0.03（摩尔分数，下同），出塔气中含氨0.003，出塔溶液中氨的浓度为饱和浓度的80%，操作条件下的平衡关系为y=1.2x，试求：（1）实际操作液气比与最小液气比的比值；（2）传质单元数；（3）若将出塔气中的摩尔分数降为0.002，其他操作条件不变，该塔是否合用？吸取过程的设计型计算16流率为0.4kmol/(s·m2)的空气混合气中含氨体积分数为2％，拟用逆流吸取以回收其中95％的氨。塔顶淋入摩尔分数为0.0004的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x，所用填料的总传质系数Kya＝0.052kmo1/(s·m2)。试求：(1)液体在塔底的感尔分数x1(2)全塔的平均推动力△ym。(3)所需塔高17某吸取塔用25mm×25mm的瓷环作填料．充填高度5m，塔径1m．用清水逆流吸取流量为2250m3/h的混合气。混合气中具有丙酮体积分数为5％，塔顶逸出废气含丙酮体积分数降为0.26％，塔底液体中每公斤水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x。试求：(1)该塔的传质单元高度HOG及容积传质系数Kya；(2)每小时回收的丙酮量。18在一填料塔内，用清水吸取空气-NH3混合物个的NH3。混合空气中门NH3的分压为1333.21Pa．经解决后，降为133.32Pa，入塔混合气的流量为1000kg/h，塔内操作条件为20℃，101.325kPa。NH3-H2O系统的平衡关系为y=2.74x，试求：(1)此塔中NH3的回收率为多大?(2)当吸取运用量为最小用量的2倍时，吸取剂用量和溶液出口浓度各为多少?19有一吸取塔填料曾高3m，20℃，101.3kPa下用清水逆流吸取混于空气中的氨，混合气体的质量流率为580kg/m2．h，含氨6%（体积分数），吸取率为99%；水的质量流率为770kg/m2．h。操作条件下平衡关系为y=0.9x，kya与气相质量流率的0.7次方成正比，而受液体质量分率的影响甚小，可忽略。当操作条件分别作如下改变时，计算填料层高度应如何改变才干保持本来的吸取率（塔径不变，且假定不发生不正常的流动现象）：（1）操作压强增长一倍（2）液体流量增长一倍（3）气体流量增长一倍20在一逆流填料吸取塔中，用纯溶剂吸取混合气中的溶质组分。已知入塔气体组成为0.015(摩尔比)，吸取剂用量为最小用量的1.2倍，操作条件下气液平衡关系为Y＝0.8x，溶质回收率为98.3％，现规定将溶质回收率提高到99.5％，试问溶剂用量应为原用量的多少倍?假设该吸取过程为气膜控制。

第十章蒸馏一、名词解释 1 液沫夹带2 气-液相平衡3 全凝器4 最小回流比5 泡点回流6 挥发度7 全塔效率8 蒸馏9 精馏10 相对挥发度11 回流比二、填空 1 冷液体进料的理论板数较泡点进料()。2 ()进料时精馏段汽相摩尔流量与提溜段相等。3 精馏过程的回流比是指()，最小回流比是指()。4 精馏装置重要涉及()，()和()。5 工业生产中的操作回流比一般是最小回流比的()倍。6 按蒸馏操作方法不同，蒸馏可分为()、()、和()三大类。7 对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度()，塔操作温度()，对分离()。8 在精馏操作中，加料板以上的管段称为()，加料板以下的管段称为()。9 理论塔板数的拟定方法有两种，即()和()。10 精馏操作中塔板上汽液接触状态重要有()、()和()。其中以()接触的传质阻力最小。11 在一定温度下，溶液上方的蒸气中任一组分的()，等于此纯组分在改温度下的饱和蒸气压乘以它在溶液中的()。12 塔设备可分为()和()两大类.13 减少回流比使产品纯度()。14 ()和()总称为恒摩尔流假设。15 ()和()是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件。16 精馏塔自上而下各板的温度逐板()，易挥发组分的浓度逐板()。三、选择 1在精馏操作中，提高回流比则()。A.所需理论塔板数和产量下降；B.产品纯度上升；C.A和B2冷液体进料精馏段汽相摩尔流量较提溜段()。A.大；B.小；C.相等3精馏的进料热状态对()有影响.A.提馏段操作线方程；B.精馏段操作线方程;C.A和B4对于冷液体进料的精馏操作，()。A.Q>1；B.Q=1；C.Q<15在精馏操作中，()与进料状况有关。A.再沸器所需加热蒸气的用量；B.全凝器所需冷却水的用量；C.A和B6在板式塔精馏操作中，采用最小回流比时，理论塔板数()。A.无限多；B.最少；C.适宜7精馏操作中，回流比越大，要完毕一定的分离目的，所需()。A.塔径越大；B.塔板数越多；C.塔板数越少8冷液体进料时塔釜加热蒸气用量较泡点进料()。A.大；B.小；C.相同9相对挥发度为越大,表白该混合物().A.越易分离;B.越不易分离;C.不能用普通精馏方法分离.10某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xa＝0.6相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成ya＝0.7，相应的露点为t2，则（）。A.t1＝t2；B.t1＜t2；C.t1＞t2四、简答 1 简述影响精馏操作产品纯度和产量的影响因素。2 进料量对塔板数有无影响?为什么?3 简述进料热状态对精馏操作的影响。4 简述用解析法求最小回流比的方法。5 简述用图解法求最小回流比的方法。6 运用温度-组成图说明精馏原理。五、计算1在密闭容器中将A、B两组分的抱负溶液升温至82℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为＝107.6kPa及＝41.85kPa，取样得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95的。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。2试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100kPa和10kPa的相对挥发度和平衡的气相组成。苯(A)和甲苯(B)的安托因方程分别为式中，的单位为kPa，t的单位为℃。苯—甲苯混合液可视为抱负液体。（作为试差起点，100kPa和10kPa相应的泡点取为94.6℃和31.5℃）3甲醇(A)-水(B)体系的蒸气压以及101.3kPa下的气液平衡数据如下表所示。若将该混合液作为抱负溶液，求其相对挥发度随组成的变化，又按实测的关系求随的变化，以上结果说明什么?习题3附表t/℃64.570758090100/kPa101.3123.3149.6180.4252.6349.8/kPa24.531.238.547.370.1101.300.020.060.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.13140.3040.4180.5780.6650.7290.7790.8250.870.9150.9580.4184苯—甲苯混合液初始组成为0.5(摩尔分数，下同)，在常压下加热到指定温度．测得平衡液相组成=0.41、气相组成＝0.56，试求该条件下的液相分率。5某两组分混合液100kmol，其中易挥发组分的摩尔分数为0.4，在101.33kPa下进行简朴蒸馏，最终所得液相产物中易挥发组分的摩尔分数为0.30。试求：(1)所得气相产物的量和平均组成；(2)如改为平衡蒸馏，液相产物组成也为0.30时，所得气相产物的量和组成(己知此体系为抱负体系，相对挥发度为3.0)6在压强为101.3kPa下，正己院﹑正庚烷物系的平衡数据如下：t/℃303640465056581.00.7150.5240.3740.2140.09101.00.8560.7760.6240.4490.2280试求：(1)正己烷组成为0.5(摩尔分数)的溶液的泡点温度及其平衡蒸气的组成；(2)将该溶液加热到45℃时。溶液处在什么状态?各相的组成是多少?(3)将溶液加热到什么温度才干所有汽化为饱和蒸气？这时蒸气的组成如何?7用精馏塔分离某二元混合物，已知精馏段操作线方程为；提馏段操作线方程为。试求：(1)此塔的操作回流比和馏出液组成；(2)饱和液体进料条件下的釜液组成w。8在常压连续精馏塔中，分离含甲酸为0.4(摩尔分数)的甲酸—水混合液。试求进料温度40℃时的值。已知进料泡点温度为75.3℃。操作条件下甲酸的汽化热为1055kJ/kg、比热容为2.68kJ/(kg﹒℃)；水的汽化热为2320KJ/kg，比热容为4.19KJ/(kg·℃)。9某连续精馏塔料液流量100kmo1/h，组成为0.4，泡点加料，馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.03(均为摩尔分数)。试求：(1)采用回流比为3时，精馏段与提馏段的气、液流量与和与；(2)回流比增长为4时，精馏段与提馏段的气、液流量分别变为多少。10今拟在常压操作的连续精馏塔中，将含甲醇35％、水65%(摩尔分率，下同)的混合液加以分离。规定馏出液含甲醇95%．釜液含甲醇不超过2%。已知泡点回流，并选取回流比为2.5，料液入塔温度为40℃。试求此情况下精馏段、提馏段操作线和加料线方程。11连续精馏塔的操作线方程如下：精馏段：提馏段：试求泡点进料时，原料液、馏出液、釜液组成及其回流比。12在一常压连续精馏塔中分离某抱负浴液。已知原料组成为0.4，规定塔顶产品组成为0.95，塔釜残液组成为0.1（以上均为易挥发组分的摩尔分数），操作回流比为2.5，试绘出下列进料状况下的精馏段、提馏段操作线方程：(1)Q=1.2；(2)气、液混合进料，气、液的摩尔流率各占一半；(3)饱和蒸气进料。13在连续精馏塔中，已知精馏段操作线方程和Q线方程为(a)(b)试求：（1）进料热状态参数Q；（2）原料液组成；（3）精馏段操作线和提馏段操作线的交点坐标和14含甲醇0.35(摩尔分数，下同)的甲醇水气液混合物，在常压连续精馏塔中分离。进料速率为100kmol/h，进料中蒸气量占1/2，操作回流比为3，进料中甲醇的96％进入馏出液中，规定馏出液的组成为0.93。塔底的相对挥发度为7.54。试求：(1)产品量；(2)残液中甲醇含量；(3)塔内由下往上数塔釜以上第一块理论板上液体组成。15运用常压提馏塔连续回收甲醇—水混合液中的甲醇。塔底采用直接饱和水蒸气加热，水蒸气流率为700kmol/h。含甲醇30%(摩尔分数，下同)的料液于泡点由塔顶加入，加料速率为1000kmol/h。塔底残液含甲醇不大于1％。假设为恒摩尔流。试求：(1)塔顶馏出液的浓度；(2)操作线方程式；(3)理论塔板数。16在常压填料塔中分离苯—甲苯混合液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5。塔顶馏出液中含苯0.9，塔底釜残液含苯0.1〔以上均为摩尔分数)，回流比为4.52。试求：(1)理论扳层数和加料板位置；(2)最小回流比及最少理论板层数。17设计一连续精馏塔，在常压下分离甲醇-水溶液贩15kmol/h。原料中含甲醇0.35，塔顶产品含甲醇0.95，釜液含甲醇0.04(均为摩尔分数)。设计选用回流比为1.5，泡点加料。间接蒸气加热。用作图法求所需的理论板数、塔釜蒸发量及甲醇回收率。设没有热损失。物系满足恒摩尔流假定。18含易挥发组分0.42（均为摩尔分数）的双组分混合液在泡点状态下连续加入精馏塔塔顶，釜液组成保持0.02。物系的相对挥发度为2.5，塔顶不回流。试求：(1)欲得塔顶产物的组成