食品工程原理復(fù)習(xí)題及答案

食品工程原理復(fù)習(xí)題及答案?一、選擇題1.流體在圓形直管中作層流流動，如果流量等不變，只是將管徑增大一倍，則阻力損失變?yōu)樵瓉淼模ǎ?。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16答案：D解析：層流時，阻力損失與管徑的四次方成反比。設(shè)原來管徑為d，流量為qv，根據(jù)泊謖葉方程$h_f=32μqvL/（πd^4）$，管徑增大一倍變?yōu)?d后，$h_f'=32μqvL/（π(2d)^4）=h_f/16$。

2.離心泵銘牌上標(biāo)明的揚程是指（）。A.功率最大時的揚程B.最大流量時的揚程C.泵的最大揚程D.效率最高時的揚程答案：D解析：離心泵銘牌上標(biāo)明的揚程是指效率最高時的揚程。

3.當(dāng)被測流體的絕對壓力（）外界大氣壓力時，所用的測壓儀表稱為真空表。A.大于B.小于C.等于D.不確定答案：B解析：絕對壓力小于外界大氣壓力時，表的讀數(shù)為負值，此表為真空表。

4.對流傳熱速率等于系數(shù)×推動力，其中推動力是（）。A.兩流體的溫度差B.流體溫度和壁溫度差C.同一流體的溫度差D.兩流體的速度差答案：B解析：對流傳熱推動力是流體主體溫度與壁面溫度之差。

5.吸收操作的依據(jù)是（）。A.液體均向擴散B.氣體擴散C.易溶氣體在溶劑中溶解度不同D.流體對流答案：C解析：吸收操作是利用氣體混合物中各組分在溶劑中溶解度的差異來分離氣體混合物的。

6.在精餾塔中，加料板以上的塔段稱為（）。A.精餾段B.提餾段C.進料段D.混合段答案：A解析：加料板以上的塔段，上升蒸汽中易揮發(fā)組分不斷增濃，稱為精餾段。

7.過濾操作中，濾液流動遇到的阻力主要是（）。A.過濾介質(zhì)阻力B.濾餅阻力C.過濾介質(zhì)和濾餅阻力之和D.不確定答案：C解析：過濾阻力包括過濾介質(zhì)阻力和濾餅阻力，其中濾餅阻力是主要的。

8.干燥過程中，物料表面的水分汽化速率主要取決于（）。A.物料性質(zhì)B.干燥介質(zhì)的溫度和濕度C.干燥介質(zhì)的流速D.以上都是答案：D解析：物料表面水分汽化速率受物料性質(zhì)、干燥介質(zhì)溫度、濕度、流速等多種因素影響。

二、填空題1.流體在管內(nèi)作湍流流動時，其摩擦系數(shù)λ與______和______有關(guān)。答案：雷諾數(shù)Re；管壁相對粗糙度ε/d解析：湍流時，摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re和管壁相對粗糙度ε/d有關(guān)。2.離心泵的工作點是______曲線與______曲線的交點。答案：離心泵的特性；管路特性解析：工作點是泵特性曲線與管路特性曲線的交點。3.某設(shè)備進、出口測壓儀表中的讀數(shù)分別為p1（表壓）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，則兩處的絕對壓力差為______mmHg。答案：1900解析：$p_絕1=p_表1+p_大$，$p_絕2=p_大p_真2$，壓力差=$p_絕1p_絕2=p_表1+p_真2=1200+700=1900mmHg$。4.對一定組成的二元體系，精餾壓力越大，則相對揮發(fā)度______，塔操作溫度______，對分離______。答案：越小；越高；不利解析：壓力增大，相對揮發(fā)度減小，塔溫升高，分離難度增大。5.吸收操作中，溫度______，壓力______，將有利于吸收的進行。答案：降低；升高解析：降低溫度、升高壓力有利于氣體溶解，利于吸收。6.過濾常數(shù)K與______和______有關(guān)。答案：過濾介質(zhì)阻力；濾餅比阻解析：過濾常數(shù)K與過濾介質(zhì)阻力和濾餅比阻有關(guān)。7.干燥過程中，若物料中含有結(jié)合水和非結(jié)合水，當(dāng)干燥推動力相同時，干燥速率______水的干燥速率大于______水的干燥速率。答案：非結(jié)合；結(jié)合解析：非結(jié)合水較易去除，干燥速率非結(jié)合水大于結(jié)合水。

三、簡答題1.簡述流體流動的連續(xù)性方程及其物理意義。答：連續(xù)性方程為$ρ_1u_1A_1=ρ_2u_2A_2$（穩(wěn)定流動）。物理意義是：在穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，流體在各截面處的質(zhì)量流量相等。即單位時間內(nèi)通過管道任意截面的流體質(zhì)量不變，反映了流體在流動過程中質(zhì)量守恒的規(guī)律。2.離心泵啟動前為什么要灌泵？答：離心泵啟動前灌泵是為了排凈泵內(nèi)空氣。因為離心泵工作時依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力使液體獲得能量，如果泵內(nèi)有空氣，由于空氣密度遠小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不足以將空氣排出，無法形成足夠的真空度吸上液體，導(dǎo)致泵無法正常工作，所以啟動前要灌泵排空氣。3.簡述精餾塔的工作原理。答：精餾塔利用混合物中各組分揮發(fā)度不同，在塔內(nèi)經(jīng)過多次部分汽化和部分冷凝，使氣相中的易揮發(fā)組分濃度不斷提高，液相中的難揮發(fā)組分濃度不斷提高，從而實現(xiàn)混合物的分離。進料從塔的中部進入，在塔板上氣相和液相充分接觸，進行傳質(zhì)傳熱，上升蒸汽中易揮發(fā)組分不斷增濃，從塔頂引出；下降液體中難揮發(fā)組分不斷增濃，從塔底引出，得到較純的輕組分和重組分產(chǎn)品。4.影響對流傳熱系數(shù)的因素有哪些？答：影響對流傳熱系數(shù)的因素有：（1）流體的種類及相變化情況，如液體、氣體，有無相變等。（2）流體的物性，如密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度等。（3）流體的流動狀態(tài)，層流或湍流。（4）流體流動的原因，強制對流或自然對流。（5）傳熱壁面的形狀、大小及位置等。5.簡述吸收操作中，選擇吸收劑的原則。答：選擇吸收劑的原則如下：（1）溶解度大，對溶質(zhì)有較大的溶解度，以提高吸收速率和吸收容量。（2）選擇性高，對溶質(zhì)有良好的選擇性，對其他組分溶解度小，便于分離。（3）揮發(fā)性低，減少吸收過程中吸收劑的揮發(fā)損失。（4）化學(xué)穩(wěn)定性好，不與溶質(zhì)及其他氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（5）粘度低，便于輸送和操作，降低流動阻力。（6）其他，如無毒、不易燃、價廉、來源豐富等。6.簡述過濾操作中，過濾介質(zhì)的作用及選擇原則。答：過濾介質(zhì)的作用是截留固體顆粒，使濾液通過，實現(xiàn)固液分離。選擇原則如下：（1）具有足夠的機械強度，能承受過濾壓力和濾餅壓力，不致破損。（2）具有良好的透氣性，使濾液能順利通過。（3）具有一定的耐腐蝕性，能抵抗濾液的化學(xué)侵蝕。（4）截留能力強，能有效截留所需分離的固體顆粒。（5）易清洗再生，可重復(fù)使用，成本低。7.簡述干燥過程中，干燥介質(zhì)的作用。答：干燥介質(zhì)的作用主要有：（1）提供熱量，使物料表面水分汽化，為干燥過程提供能量。（2）帶走汽化的水分，使物料表面保持一定的濕度差，維持干燥過程的進行。通過不斷將汽化的水分帶走，保證干燥推動力，促進水分從物料內(nèi)部向表面擴散并汽化。

四、計算題1.某水平直管，管內(nèi)徑為50mm，水在管內(nèi)以0.01m3/s的流量流動，已知水的密度為1000kg/m3，粘度為1mPa·s，試判斷水在管內(nèi)的流動類型。解：首先計算流速u：$q_v=Au$$A=πd^2/4=π×(0.05)^2/4=1.963×10^{3}m^2$$u=q_v/A=0.01/(1.963×10^{3})=5.09m/s$然后計算雷諾數(shù)Re：$Re=duρ/μ$$d=0.05m$，$ρ=1000kg/m3$，$μ=1×10^{3}Pa·s$$Re=0.05×5.09×1000/(1×10^{3})=2.545×10^5＞4000$所以水在管內(nèi)的流動類型為湍流。

2.用一離心泵將敞口貯槽中的水輸送到某高位槽，兩槽液位差為10m，管路系統(tǒng)的壓頭損失為5m，流量為0.01m3/s，泵的效率為60%，求泵的軸功率。已知水的密度為1000kg/m3。解：泵的揚程$H=Δz+h_f=10+5=15m$泵的有效功率$P_e=ρgq_vH$$=1000×9.81×0.01×15=1471.5W$泵的軸功率$P=P_e/η=1471.5/0.6=2452.5W=2.45kW$

3.在一連續(xù)精餾塔中，分離苯甲苯混合液。進料量為100kmol/h，進料中苯的摩爾分數(shù)為0.5，要求塔頂產(chǎn)品中苯的摩爾分數(shù)為0.95，塔底產(chǎn)品中苯的摩爾分數(shù)為0.05。試求塔頂和塔底產(chǎn)品的流量。解：根據(jù)物料衡算：進料：$F=100kmol/h$，$x_F=0.5$塔頂：$D$，$x_D=0.95$塔底：$W$，$x_W=0.05$總物料衡算：$F=D+W$，即$100=D+W$易揮發(fā)組分物料衡算：$Fx_F=Dx_D+Wx_W$$100×0.5=D×0.95+W×0.05$將$W=100D$代入上式得：$100×0.5=D×0.95+(100D)×0.05$$50=0.95D+50.05D$$0.9D=45$$D=50kmol/h$$W=10050=50kmol/h$

4.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣中的氨?；旌蠚饬髁繛?000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氨的體積分數(shù)為0.05，要求氨的回收率為95%。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為$y=1.2x$，氣相總傳質(zhì)單元高度$H_OG=1.5m$，求所需的填料層高度。解：進口氣相組成$y_1=0.05$回收率$η=95\%$則出口氣相組成$y_2=y_1(1η)=0.05×(10.95)=0.0025$進口液相組成$x_2=0$由氣液平衡關(guān)系$y=1.2x$，當(dāng)$y_2=0.0025$時，$x_1=y_2/1.2=0.0025/1.2=0.00208$氣相總傳質(zhì)單元數(shù)$N_OG=(y_1y_2)/Δy_m$$Δy_1=y_1mx_1=0.051.2×0=0.05$$Δy_2=y_2mx_2=0.00251.2×0=0.0025$$Δy_m=(Δy_1Δy_2)/ln(Δy_1/Δy_2)=(0.050.0025)/ln(0.05/0.0025)=0.0125$$N_OG=(0.050.0025)/0.0125=3.8$填料層高度$Z=H_OG×N_OG=1.5×3.8=5.7m$

5.某板框壓濾機，框的尺寸為635mm×635mm×25mm，共10個框，在300kPa的壓力差下過濾某懸浮液，過濾常數(shù)$K=2×10^{5}m2/s$，$q_e=0.01m3/m2$。試求過濾至濾框完全充滿濾渣所需的時間。解：濾框總體積$V=10×0.635×0.635×0.025=0.1m3$過濾面積$A=2×10×0.635×0.635=8.065m2$濾框充滿時的濾液體積$q=V/A=0.1/8.065=0.0124m3/m2$根據(jù)過濾方程$(q+q_e)^2=Kθ$$q_e=0.01m3/m2$，$K=2×10^{5}m2/s$$(0.0124+0.01)^2=2×10^{5}θ$$θ=(0.0124+0.01)^2/(2×10^{5})=2299.2s=38.32min$

6.在常壓連續(xù)干燥器中，干燥某種濕物料。已知濕物料的處理量為1000kg/h，含水量由40%降至5%（均為濕基）。干燥介質(zhì)為空氣，初溫為20℃，濕度為0.009kg水/kg絕干氣，經(jīng)預(yù)熱器加熱至120℃后進入干燥器，離開干燥器時溫度為40℃，濕度為0.039kg水/kg絕干氣。試求：（1）水分蒸發(fā)量$W$；（2）絕干空氣用量$L$；（3）干燥器的熱效率$η$。解：（1）濕物料中絕干物料質(zhì)量$G_1=1000×(10.4)=600kg/h$干燥后濕物料質(zhì)量$G_2=G_1