食品工程原理復(fù)習(xí)題

1、單元操作的應(yīng)用及特點(diǎn)？1、若干個單元操作串聯(lián)起來組成一個工藝過程。2、均為物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或其物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。3、同一食品生產(chǎn)過程中可能會飽含多個相同的的單元操作。4、單元操作用于不同的生產(chǎn)過程其基本原理相同，進(jìn)行該操作的設(shè)備也可以通用。單元操作按其理論基礎(chǔ)可分為下列三類： （1）流體流動過程（2）傳熱過程（3）傳質(zhì)過程三傳理論1、動量傳遞(momentum transfer)：流體流動時，其內(nèi)部發(fā)生動量傳遞，故流體流動過程也稱為動量傳遞過程。凡是遵循流體流動基本規(guī)律的單元操作，到可以用動量傳遞的理論去研究。2、熱量傳遞(heat transfer): 物體被加熱或冷卻

2、的過程也稱為物體的傳熱過程。凡是遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作，到可以用熱量傳遞的理論去研究。3、質(zhì)量傳遞(mass transfer): 兩相間物質(zhì)的傳遞過程即為質(zhì)量傳遞。凡是遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元操作，到可以用質(zhì)量傳遞的理論去研究。 單元操作與三傳的關(guān)系“三傳理論”是單元操作的理論基礎(chǔ)，單元操作是“三傳理論”的具體應(yīng)用。同時，“三傳理論”和單元操作也是食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。國際單位制中的單位是由基本單位、輔助單位和具有專門名稱的導(dǎo)出單位構(gòu)成的。物料衡算的步驟：（1）根據(jù)題意畫出各物流的流程示意圖，物料的流向用箭頭表示，并標(biāo)上已知數(shù)據(jù)與待求量。（2）規(guī)定衡算基準(zhǔn)，一般選用單位進(jìn)料量或排料

3、量、時間及設(shè)備的單位體積等作為計(jì)算的基準(zhǔn)。在較復(fù)雜的流程示意圖上應(yīng)圈出衡算的范圍，列出衡算式，求解未知量。平衡關(guān)系可用來判斷過程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的限度。顆粒大小和攪拌對溶解速率有影響：原因：由大塊改為許多小快，能使固體食鹽與溶液的接觸面積增大；由不攪拌改為攪拌，能使溶液質(zhì)點(diǎn)對流。其結(jié)果能減小溶解過程的阻力過程的傳遞速率與推動力成正比，與阻力成反比流體: 在剪應(yīng)力作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體，流體是氣體與液體的總稱。質(zhì)點(diǎn)：由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備 尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。 工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究流體。流體的特征：具有流動性； 無固定形狀，隨容器形

4、狀而變化； 受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運(yùn)動。不可壓縮流體：流體的體積如果不隨壓力及溫度變化，這種流體稱為不可壓縮流體。可壓縮流體：流體的體積如果隨壓力及溫度變化，則稱為可壓縮流體。質(zhì)量力：萬有引力、達(dá)朗貝爾力表面力：壓力、剪力壓力：流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。 壓力的特性： 流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面； 任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反；作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。壓力的單位: 帕斯卡, pa, n/m2 (法定單位); 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, atm; 某流體在柱高度; bar（巴）或kgf/cm2等。 表壓絕對壓力大氣壓力 真空度

5、大氣壓力絕對壓力 粘性：流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為粘性運(yùn)動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運(yùn)動而產(chǎn)生的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力或粘滯力。流體運(yùn)動時內(nèi)摩擦力的大小，體現(xiàn)了流體粘性的大小。 牛頓粘性定律：指示液的選?。?指示液與被測流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 其密度要大于被測流體密度。 應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 質(zhì)量流速 ：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。穩(wěn)定流動：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時間變化： 不穩(wěn)定流動：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時間變化：位能：流體受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流體所

6、具有的位能為zg（j/kg）。 理想流體是指流動中沒有摩擦阻力的流體。 利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：管內(nèi)流體的流量； 輸送設(shè)備的功率； 管路中流體的壓力； 容器間的相對位置等。位能基準(zhǔn)面的選?。罕仨毰c地面平行； 宜于選取兩截面中位置較低的截面； 若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線的水平面。 截面的選?。号c流體的流動方向相垂直； 兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動； 截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在

7、大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動的湍動程度。 流動邊界層：存在著較大速度梯度的流體層區(qū)域，即流速降為主體流速的99以內(nèi)的區(qū)域。 邊界層厚度：邊界層外緣與壁面間的垂直距離。邊界層區(qū)（邊界層內(nèi)）：沿板面法向的速度梯度很大，需考慮粘度的影響，剪應(yīng)力不可忽略。主流區(qū)（邊界層外）：速度梯度很小，剪應(yīng)力可以忽略，可視為理想流體 。邊界層分離的必要條件： 流體具有粘性； 流動過程中存在逆壓梯度邊界層分離的后果：產(chǎn)生大量旋渦； 造成較大的能量損失。直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部

8、地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。 減少流動阻力的途徑：管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；盡量不安裝不必要的管件和閥門等； 管徑適當(dāng)大些。設(shè)計(jì)型計(jì)算步驟： 設(shè)計(jì)要求：規(guī)定輸液量vs，確定一經(jīng)濟(jì)的管徑及供液點(diǎn)提供的位能z1(或靜壓能p1)。 給定條件：（1）供液與需液點(diǎn)的距離，即管長l； （2）管道材料與管件的配置，即e及 ； （3）需液點(diǎn)的位置z2及壓力p2； （4）輸送機(jī)械 we。選擇適宜流速-確定經(jīng)濟(jì)管徑安裝及優(yōu)缺點(diǎn)：（1）安裝在穩(wěn)定流段，上游l>10d，下游l>5d；（2）結(jié)構(gòu)簡單，制造與安裝方便 ；（3）能量損失較大 。 泵的分類，按工作原理分：葉片式泵 往 復(fù) 泵

9、 旋轉(zhuǎn)式泵 按用途分：清水泵 油泵 耐腐蝕泵 雜質(zhì)泵離心泵的選用：（1）根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型（2）確定管路流量和所需外加壓頭。 q¬生產(chǎn)任務(wù)，h ¬管路的特性方程。 （3）根據(jù)所需q和h確定泵的型號 查性能表或曲線，要求泵的h和q與管路所需相適應(yīng)。 若需q有變，以最大q為準(zhǔn)，h應(yīng)以最大q值查找。 若泵的h和q與管路所需不符，在鄰型號中找h和q都稍大一點(diǎn)的。 若幾個型號都行，應(yīng)選在操作條件下h最高者若液體性質(zhì)與清水相差大，則應(yīng)對所選泵的特性曲線和參數(shù)進(jìn)行校正，看是否能滿足要求。 為保險(xiǎn)，所選泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。 離心泵的安裝與操作安裝：安裝高度應(yīng)小于允許安

10、裝高度 盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝于出口管路。 操作：啟動前應(yīng)灌泵，并排氣。 應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動泵 停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪 經(jīng)常檢查軸封情況 往復(fù)泵的操作要點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) （1）適用場合與流體(q不太大，h較高，非腐蝕和懸浮物)（2）安裝高度有一定的限制（3）有自吸作用，啟動前無需要灌泵 （4）一般不設(shè)出口閥，有也必須打開啟動 （5）往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)方法：用旁路閥調(diào)節(jié)流量改變曲柄轉(zhuǎn)速氣體輸送機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 ：氣體輸送壓力不高，但量大，動力消耗大產(chǎn)生高壓氣體：終到設(shè)備壓力高生產(chǎn)真空：上游設(shè)備負(fù)壓操作氣體輸送機(jī)械的一般特點(diǎn) 動力消耗大 設(shè)備體積龐大

11、 特殊性氣體的可壓縮性 離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 葉輪直徑較大適應(yīng)大風(fēng)量葉片數(shù)較多 葉片有平直、前彎、后彎不求高效率時前彎機(jī)殼內(nèi)逐漸擴(kuò)大的通道及出口截面常為為矩形 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)或物體內(nèi)溫度不同而引起的，根據(jù)傳熱機(jī)理不同，傳熱的基本方式有三種：熱傳導(dǎo) 對流 輻射強(qiáng)制對流： 因泵（或風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強(qiáng)制對流。 自然對流： 由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對位移，這種對流稱為自然對流。因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。溫度場：空間中各點(diǎn)在某一瞬間的溫度分布，稱為溫度場。傳熱速率（熱流量）：單位時間通過傳熱面積的熱量。用q表示，單位w (j

12、/s)。熱通量（熱流密度）：單位時間通過單位傳熱面積的熱量q ，單位w/m2單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為12cm，中間夾層厚10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/m·k，絕緣材料的熱導(dǎo)率為0.04w/m·k，墻外表面溫度為10 ，內(nèi)表面為-5 ，試計(jì)算進(jìn)入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。解： 根據(jù)題意，已知t1=10 ，t4=-5 ，b1=b3=0.12m，b2=0.10m，1= 3= 0.70w/m·k， 2= 0.04w/m·k。按熱流密度公式計(jì)算q：按溫度差分

13、配計(jì)算t2、t3求保溫層的臨界直徑：假設(shè)保溫層內(nèi)表面溫度為t1，環(huán)境溫度為tf，保溫層的內(nèi)、外半徑分別為r1和r0，保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為，保溫層外壁與空氣之間的對流傳熱系數(shù)為。解：熱損失為：分析：當(dāng)r1不變、r0增大時，熱阻r1增大，r2減小，因此有可能使總熱阻（r1+r2）下降，導(dǎo)致熱損失增大。上式對r0求導(dǎo)，可求出當(dāng)q最大時的臨界半徑，即解得 r0=/ 所以，臨界半徑為 rc=/ 或 dc=2/ 在一f60×3.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.07w/m·，外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.15w/m·?，F(xiàn)

14、用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500，最外層表面溫度為80，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45w/m·。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。 解：每米管長的熱損失式中:r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09m保溫層界面溫度t3 解得 t3=131.2 對流傳熱：是在流體流動進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動情況密切相關(guān)。 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素：1 流體的狀態(tài)：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相 變時對流傳熱系數(shù)比無相變化

15、時大的多； 2 流體的物理性質(zhì)：影響較大的物性如密度、比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù) 、粘度等；3 流體的運(yùn)動狀況：層流、過渡流或湍流；4 流體對流的狀況：自然對流，強(qiáng)制對流；5 傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻堋?、管束、管徑、管 長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 常壓下，空氣以15m/s的流速在長為4m，60×3.5mm的鋼管中流動，溫度由150升到250。試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。 解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對流 定性溫度 t=（150+250）/2=200 查200時空氣的物性數(shù)據(jù)（附錄）如下 cp=1.026×103j/kg. =0.03928w/m. =2

16、6.0×10-6n.s/m2 =0.746kg/m3 pr=0.68 特性尺寸 d=0.060-2×0.0035=0.053m l/d=4/0.053=75.5>50 re=du/=(0.053×15 ×0.746)/(0.6 ×10-5) =2.28 ×104> 104(湍流) pr=cp/=(1.026 ×103 ×26.0 × 10-5)/0.03928=0.68 本題中空氣被加熱,k=0.4代入 nu=0.023re0.8pr0.4 =0.023×(22800)0.8

17、5;(0.68)0.4 =60.4 w/m2· 例：一套管換熱器，套管為89×3.5mm鋼管，內(nèi)管為25×2.5mm鋼管。環(huán)隙中為p=100kpa的飽和水蒸氣冷凝，冷卻水在內(nèi)管中渡過，進(jìn)口溫度為15，出口為85。冷卻水流速為0.4m/s，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。 解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動 定性溫度 t=（15+35）/2=25 查25時水的物性數(shù)據(jù)（見附錄）如下 ： cp=4.179×103j/kg· =0.608w/m· =90.27×10-3n·s/m2 =997kg/m3 re=du/=(0.02&#

18、215;0.4 ×997)/(90.27 ×10-5）=8836 re在230010000之間，為過渡流區(qū) pr=cp/=(4.179 ×103 ×90.27 × 10-5)/60.8 × 10-2 =6.2 a可按式 nu=0.023re0.8prn 進(jìn)行計(jì)算，水被加熱，n=0.4。校正系數(shù)f 對流傳熱系數(shù)蒸汽冷凝有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。膜狀冷凝：由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕避免，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此

19、中冷凝稱為滴狀冷凝。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，多為膜狀冷凝過程。蒸汽冷凝時的傳熱推動力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。工業(yè)上沸騰的方法有兩種：管內(nèi)沸騰 大溶積沸騰（池內(nèi)沸騰）根據(jù)傳熱溫差的變化，可將液體沸騰傳熱過程分為以下四個階段：自然對流階段 泡核沸騰階段 膜狀沸騰階段 穩(wěn)定臘狀沸騰階段熱輻射能 物質(zhì)受熱激發(fā)起原子的復(fù)雜運(yùn)動，進(jìn)而向外以電磁波的形式發(fā)射并傳播的能量。食品熱 加工分直接加熱和間接加熱。一列管式換熱器，由Ø25×2.5mm的鋼管組成。管內(nèi)為co2，流量為6000kg/h，由55冷卻到30。管外為冷卻水，流量為2700kg/h，進(jìn)口溫度為20。co2與冷卻水呈逆流流動。

20、已知水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為3000w/m2·k，co2 側(cè)的對流傳熱系數(shù)為40 w/m2·k 。試求總傳熱系數(shù)k，分別用內(nèi)表面積a1，外表面積a2表示。 解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45w/m·k 取co2側(cè)污垢熱阻ra1=0.53×10-3m2·k/w 取水側(cè)污垢熱阻ra2=0.21×10-3m2·k/w以內(nèi)、外表面計(jì)時，內(nèi)、外表面分別用下標(biāo)1、2表示。 生產(chǎn)上換熱器內(nèi)流體流動方向大致可分為下列四種情況：并流 逆流 錯流 折流 例 現(xiàn)用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動，進(jìn)口溫度為100,出口溫度為160；某反應(yīng)物在管內(nèi)流動，進(jìn)

21、口溫度為250，出口溫度為180。試分別計(jì)算并流與逆流時的平均溫度差。 解：并流 逆流逆流操作時，因t2/ t1< 2，則可用算術(shù)平均值例 在一由Ø25×2.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫氣體，進(jìn)口500,出口400。管外為p=981kn/m2壓力（絕壓）的水沸騰。已知高溫氣體對流傳熱系數(shù)a1=250w/ m2·，水沸騰的對流傳熱系數(shù)a2=10000 w/ m2·。忽略管壁、污垢熱阻。試求管內(nèi)壁平均溫度tw及管外壁平均tw。 解：(a) 總傳熱系數(shù) 以管子內(nèi)表面積s1為基準(zhǔn) (b) 平均溫度差 在p=981 kn/m2，水的飽和溫度為17

22、9 (c)計(jì)算單位面積傳熱量 q/s1=k1tm =242×271=65580w/ m2 (d)管壁溫度 t-熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值 t=(500+400)/2=450 管內(nèi)壁溫度 管外壁溫度強(qiáng)化傳熱的目的：以最小的傳熱設(shè)備獲得最大的生產(chǎn)能力。強(qiáng)化傳熱的途徑：1、加大傳熱面積 加大傳熱面積可以增大傳熱量，但設(shè)備增大，投資和維費(fèi)也隨之增加?？刹捎贸崞蚵菪崞艽嫫胀ń饘俟?。2、增加平均溫度差 在理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦法，但受客觀條件（蒸汽壓強(qiáng)、氣溫、水溫）和工藝條件（熱敏性、冰點(diǎn)）的限制。提高蒸汽壓強(qiáng)，設(shè)備造價會隨之提高。在一定氣源壓強(qiáng)

23、下，可以采取降低管道阻力的方法來提高加熱蒸汽的壓強(qiáng)。在一定條件下也可采用逆流代替并流。3、減少傳熱阻力 （1）減少壁厚或使用熱導(dǎo)率較高的材料；（2）防止污垢形成或經(jīng)常清除污垢；（3）加大流速，提高湍動程度，減少層流內(nèi)層的厚度均有利于提高對流傳熱系數(shù)。換熱器的分類，按傳熱方式分：間壁式、混合式為防止殼體和管束受熱膨脹不同導(dǎo)致的設(shè)備變形、管子扭彎或松脫，常采用熱補(bǔ)償?shù)姆椒?，主要有以下幾種：浮頭補(bǔ)償：換熱器兩端管板之一不固定在外殼上（此端稱為浮頭），當(dāng)管子受熱或受冷時，連同浮頭一起自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。補(bǔ)償圈補(bǔ)償：在外殼上焊上一個補(bǔ)償圈。當(dāng)外殼和管子熱脹冷縮時，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性形變，達(dá)到補(bǔ)償?shù)?/p>

24、目的。u形管補(bǔ)償：將管子兩端都固定在同一管板上，每根管子可以自由伸縮，與其他管子和外殼無關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：容易制造、生產(chǎn)成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適于高壓流 體，維修清洗方便。 缺點(diǎn)：結(jié)合面較多，易泄漏。板式換熱器是以板壁為換熱壁的換熱器，常見的有平板式、螺旋板式、旋轉(zhuǎn)刮板式以及夾套式換熱器。優(yōu)點(diǎn)： 總傳熱系數(shù)高，污垢熱阻亦較小； 結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大； 操作靈活性大，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)板片數(shù)目以增減傳熱面積或以調(diào)節(jié)流道的辦法，適應(yīng)冷、熱流體流量和溫度變化的要求； 加工制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。 缺點(diǎn)： 允許操作壓力較低，最高不超過1961kpa，否則容易滲漏； 操作溫度不能太高，

25、因受墊片耐熱性能的限制； 處理量不大，因板間距小，流道截面較小，流速亦不能過大。 蒸汽管道的外徑為壁面220 mm ,其上覆蓋一層厚為200 mm 的保溫層。蒸汽管外表面溫度為177 ，保溫層外表面溫度為40 ，保溫材料 = 0.52 + 9×10-4 t (w/m·) 。求 每米管長之熱損失。 解： 分離變量積分帶有攪拌器的牛奶加熱槽內(nèi)有20°c的牛奶200，槽內(nèi)有傳熱面積0.5m²的蛇管?，F(xiàn)以120°c的蒸汽通入蛇管進(jìn)行加熱。求：牛奶的升溫規(guī)律（ 即 t = f(t) ）。 已知：k = 460 w/m2·ºc ，cp

26、= 3.85kj/kg·ºc 。解：此問題為攪拌槽內(nèi)以衡溫工質(zhì)加熱的情形，由 將 th=120 ºc t0 = 20 ºc ，k = 460 w/m2·ºc，a = 0.5 m2，cp= 3.85kj/kg·ºc 等代入上式，得： 分散相： 分散物質(zhì)。在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。連續(xù)相： 分散介質(zhì)。包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體。機(jī)械分離大致分為沉降和過濾兩種操作。過濾的操作基本方式有兩種：濾餅過濾和深層過濾。過濾介質(zhì)應(yīng)具有如下性質(zhì)：1）多孔性，液體流過的阻力?。?2）有足夠的強(qiáng)度； 3）耐腐蝕性和耐熱

27、性； 4）孔道大小適當(dāng)，能發(fā)生架橋現(xiàn)象。不可壓縮濾餅：若顆粒由不易變形的堅(jiān)硬固體組成，則當(dāng)壓強(qiáng)差增大時，濾餅的結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯變化，單位厚度濾餅的流動阻力可視作恒定，這類濾餅稱為不可壓縮濾餅?？蓧嚎s濾餅：若濾餅為膠體物質(zhì)時，當(dāng)壓強(qiáng)差增大時，濾餅則被壓緊，使單位厚度濾餅的流動阻力增大，此類濾餅稱為可壓縮濾餅。助濾劑：對于可壓縮濾餅，為了使過濾順利進(jìn)行，可以將質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏松濾餅的另一種固體顆?；烊霊腋∫夯蝾A(yù)涂于過濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層，使得濾液暢流，該種顆粒狀物質(zhì)就稱為助濾劑。助濾劑的基本要求：1）、能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性及較低的流體阻力。2）、具有化學(xué)穩(wěn)定性。3）、

28、在操作壓強(qiáng)范圍內(nèi)具有不可壓縮性?？障堵剩簡挝惑w積床層中的空隙體積稱為空隙率。比表面積：單位體積顆粒所具有的表面積稱為比表面積。過濾操作在恒定壓強(qiáng)下進(jìn)行時稱為恒壓過濾。特點(diǎn)：濾餅不斷變厚； 阻力逐漸增加； 推動力p 恒定； 過濾速率逐漸變小。過濾設(shè)備，按操作壓強(qiáng)差分類：壓濾、吸濾和離心過濾往復(fù)活塞推渣離心機(jī)工作原理：在離心力作用下液體沿加料斗的錐形面流動，均勻地沿圓周分散到濾筐的過濾段。濾液透過濾網(wǎng)而形成濾渣層。活塞推渣器與加料斗一齊作往復(fù)運(yùn)動，將濾渣間斷地沿著濾筐內(nèi)表面向排渣口排出。排渣器的往復(fù)運(yùn)動是先向前推，馬上后退，經(jīng)過一段時間形成一定厚度的濾渣層后，再次向前推，如此重復(fù)進(jìn)行推渣。特點(diǎn)：分

29、離因數(shù)約為300700，其生產(chǎn)能力大，適用于分離固體顆粒濃度較濃、粒徑較大（0.15mm）的懸浮液，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。沉降速度（terminal velocity） ：也稱為終端速度，勻速階段顆粒相對于流體的運(yùn)動速度。 例：計(jì)算直徑為95mm，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20 的空氣和水中的自由沉降速度。解：在20 的水中： 20 水的密度為998.2kg/m3，粘度為1.005×10-3 pa×s 先設(shè)為層流區(qū)計(jì)算re，核算流型：假設(shè)正確，計(jì)算有效。絮凝劑（coagulant）：凡能促進(jìn)溶膠中微粒絮凝的物質(zhì)。常用絮凝劑：明礬、三氧化鋁、綠礬（硫酸亞鐵）、三

30、氯化鐵等。 溫度為20，壓力為0.101mpa，流量為2.5m3/s的含塵空氣，用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除塵。粉塵密度為2500kg/m3，試計(jì)算臨界粒徑。選擇合適的旋風(fēng)分離器，使之能100%的分離出6.5mm以上的粉塵。并計(jì)算壓損。解： 20，0.101mpa時空氣的： r=1.21kg/m3，m=1.81×10-5pa×s1、確定進(jìn)口氣速：ui=20m/s (15-20m/s)2、計(jì)算d和b：流量 v=aui=bhu b=d/5,h=3d/5 2.5=(d/5)×(3d/5)×20 d=1.041m 取 d=1100 mm 此時 3、 求dpc 4、求dp5

31、、 求d，使dpc=6.5 mmb=0.175，d=5b ，h=3d/5=3b=0.525，取ui=17m/s x=1.6，取x=2 d=5b=0.875，取d=800mm6、 校核由 v=bhu，b=d/5，h=3d/5，得 所以，所選分離器適用。液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降到錐形底的出口，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)旋流，經(jīng)上部中心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。水中含有極少量細(xì)小顆粒的懸浮液，想用管式高速離心機(jī)分離，使其中1m以上的顆粒全部除去。試求最大的懸浮液進(jìn)料量為多少。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓尺寸為：r1=5cm、r2=

32、8cm，h=60cm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)為12000rpm。懸浮液溫度為20，顆粒的密度為23000kg/m3。解：查得水在20時的 =10-3pa·s，=1000kg/m3，轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度 =2n/60=2(12000)/60=1257rad/s重力沉降速度 ut=gdp2(p-)/18 =9.81(10-6)2(2300-1000)/(18×10-3) =7.09×10-7m/s懸浮液的進(jìn)料量為螺旋式離心機(jī)工作原理：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)稍低。懸浮液通過螺旋輸送器的空心軸進(jìn)入機(jī)內(nèi)中部。沉積在轉(zhuǎn)鼓壁面渣，被螺旋輸送器沿斜面向上推到排出口而排出。

33、澄清液從轉(zhuǎn)鼓另一端溢流出去。用途：用于分離固體顆粒含量較多的懸浮液，其生產(chǎn)能力較大。也可以在高溫、高壓下操作，例如催化劑回收。物質(zhì)在單相中的傳遞靠擴(kuò)散，發(fā)生在流體中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散兩種。分子擴(kuò)散：依靠分子的無規(guī)則熱運(yùn)動，主要發(fā)生在靜止或 層流流體中。 渦流擴(kuò)散：依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動和旋渦而傳遞物質(zhì)，主要 發(fā)生在湍流流體中。 物質(zhì)在湍流的流體中傳質(zhì)，主要憑藉湍流流體質(zhì)點(diǎn)的湍動和旋渦引起流體各部分之間的劇烈混合，在有濃度差存在的條件下，物質(zhì)朝著濃度降低的方向進(jìn)行傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散 對流傳質(zhì)是指發(fā)生在運(yùn)動著的流體與相截面之間的傳質(zhì)過程。在實(shí)際生產(chǎn)中，傳質(zhì)操作多發(fā)生在流體湍流的情況下，

34、此時的對流傳質(zhì)是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用的總和。吸收是氣體混合物與作為吸收劑的液體接觸，使氣體中的某一或某些組分溶于液體的操作。吸收是分離氣體混合物的重要單元操作之一。吸收操作的類型，按吸收過程是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分類：物理吸收、化學(xué)吸收 按吸收過程中體系的溫度變化分類：等溫吸收、非等溫吸收 按被吸收組分的數(shù)目分類：單組分吸收、多組分吸收使含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。 多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸

35、氣）的利用率，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因有：1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失2）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失 。 有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35，濃度為20%（質(zhì)量）的naoh溶液濃縮至50%（質(zhì)量）。已知加熱用飽和水蒸氣的壓力為294kn/m2（絕壓），蒸發(fā)室內(nèi)壓力為19.6 kn/m2（絕壓），溶液的沸點(diǎn)為100，又蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000w/m2k,熱損失可取為傳熱量的3%，試計(jì)算加熱蒸氣消耗量d和料液處理量f。解：根據(jù)加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得： 294 kn/m2（絕

36、壓）時：蒸氣焓h=2728kj/kg 冷凝水的焓hw=556.5kj/kg 汽化熱r=2171.5kj/kg 溫度t=132.919.6 kn/m2（絕壓）時： 蒸氣的焓h*=2605kj/kg 飽和溫度t=59.7 二次蒸氣的焓 h=2605+1.88×(100-59.7)=2681kj/kg, (1.88為水蒸氣的比熱,kj/kg·k)(1) 加熱蒸氣消耗量d 由傳熱速率方程得： q=ka(t-t)=1000×30×(132.9-100)=9.87×105w/m2·(2) 料液流量f dh+fh0=wh+(f-w)h1+

37、dhw+ql 式中是d、h、h、hw已知量，根據(jù)料液、完成液的溫度和濃度查圖得，原料液的焓h0=120kj/kg，完成液的焓h1=540kj/kg 又ql=0.03q=0.03×9.87×105=29.6kw代入已知數(shù)據(jù)0.445×2728+120f=2681w+540(f-w)+0.455×556.5+29.6整理后，得420f+2141w=958.4 得 f=0.56kg/s w=0.34kg/s(3) 不考慮溶液的濃縮熱時，求料液流量。已知溶質(zhì)的比熱cb=2.01kj/kg·kd(h-cpwt)=wh+(f-w)cp1t1-fc

38、p0to+ql cp0=4.187×(1-0.2)+2.01×0.2=3.75kj/kg·k cp1=4.187×(1-0.5)+2.01×0.5=3.1kj/kg·k則有 0.455×(2728-556.5) =(f-w)×3.1×100+2681w+29.6-f×3.75×35 178.7f+2371w=958.4將w=0.6f代入，解得 f=0.6kg/s w=0.36kg/s進(jìn)料狀況影響蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力：1)低于沸點(diǎn)進(jìn)料時，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點(diǎn)，因而降低了生產(chǎn)能力；2

39、)沸點(diǎn)進(jìn)料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分，其生產(chǎn)能力有所增加；3)高于沸點(diǎn)進(jìn)料時，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，使生產(chǎn)能力有所增加。 (1) 順流法優(yōu)點(diǎn)：在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強(qiáng)依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；料液的沸點(diǎn)依效序遞降，使前效料進(jìn)入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。缺點(diǎn)：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在 后二效中尤為嚴(yán)重。(2) 逆流法料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進(jìn)入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點(diǎn)：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳