習題解答-食工原理

1、1(接傳熱 22)熱負荷Q ms1cp1(T1T2)1.25 1.9 103(350 300)118.8kW基于外表面積的總傳熱系數(shù)K12K1471.6W/(m K)總傳熱面積：3AQ118.8 1032A13.84m總管長：1A13.84176.3md 3.14 0.025空氣的進出口溫度不變，Itmtm習題 24 附圖則管長要增加 15%。冷凝潛熱為 351.6kJ/kg。冷卻水在管程流動，進口溫度為5 C,出口溫度為 32C，逆流流動。已知冷卻水用量:ms2Qcp2(t2t1)3118.8 104.174 103(320 290)0.949kg/s平均溫度差為 tm逆t1t2In(半)t

2、230 1030ln(w)18.2C350-300320290301011b d11 d110.00250.0252.5mm，管子數(shù) 37 根，管長 3 米。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽,自飽和溫度 46C 冷卻到 10C。CS2在殼程冷凝,其流量為 300kg/h ,18502CS2在冷凝和冷卻時的傳熱系數(shù)分別為K1= 291W/(m2K)及K?二174W/(m2K)。問此換熱器是否適用？(傳熱面積 A 及傳熱系數(shù)均以外表面積計)3第四章 蒸發(fā)1、用一單效蒸發(fā)器將 2500kg/h 的 NaOH 水溶液由 10%濃縮到 25% （均為質(zhì)量百分數(shù)），已知加 熱蒸氣壓力為 450kP

3、a,蒸發(fā)室內(nèi)壓力為 101.3kPa,溶液的沸點為 115C,比熱容為 3.9kJ/（kg）,熱損失為 20kW 試計算以下兩種情況下所需加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。（1）進料溫度為 25C; （2）沸點進料。解：（1）求水蒸發(fā)量W應用式（4-1） W F（1x）2500（1 占 1）1500kg/h（2）求加熱蒸汽消耗量由書附錄查得 450kPa 和 115C 下飽和蒸汽的汽化潛熱為2747.8 和 2701.3kJ/kg則進料溫度為 25 C 時的蒸汽消耗量為:2500 (115 25) 1500 2701.3 20 36002747.8單位蒸汽消耗量由式（4-5a ）計算，貝 U 1

4、.21W1500 2701.3 20 3600原料液溫度為 115 C 時D21500kg/h2747.8單位蒸汽消耗量 D21.0WNaOH 水溶液在 60 kPa （絕）壓力下的沸點。解:tAT人T查蒸汽在 600kPa 下的飽和溫度為 85.6 C,汽化潛熱為 2652kJ/kgA由式（4-9 ）&f?？汕?。其中f由式（4-10 ）求得，即應用式（4-4 ）DFC(t1t。)Wr Qr5648.78 1054.05 1067.2 1042747.81820kg/h由以上計算結(jié)果可知，原料液的溫度愈高，蒸發(fā)1 kg 水所消耗的加熱蒸汽量愈少。2、試計算 30% （質(zhì)量百分數(shù)）的4即 tA8

5、5.6 47.1 132.7 C3、在一常壓單效蒸發(fā)器中濃縮1300kg/m3,若液面平均深度為 1.8m，加熱室用 0.2MPa （表壓）飽和蒸汽加熱，求傳熱的有效溫差。解：確定溶液的沸點t10.01622(T 273)2r0.0162(85SL2652.10.785查附錄常為 160C 則&常=160-100=60 C60 0.78547.1CCaCl2水溶液，已知完成液濃度為35.7 % （質(zhì)分數(shù)），密度為5計算A查附錄p=101.3kPa,T=100C ,r=2677.2 kJ/kg查附錄 常壓下 35 軸勺 CaCb 水溶液的沸點近似為 tA115Ct T t1133.4 118.7

6、14.7 C食工原理復習題及答案一、填空題：1.圓管中有常溫下的水流動，管內(nèi)徑 d=100mm 測得其中的質(zhì)量流量為15.7kg.s-1,其體積流量為3 1 1_0.0157m .s-_.平均流速為 _ 2.0m.s-_。2.流體在圓形管道中作層流流動，如果只將流速增加一倍，則阻力損失為原來的 _2_倍；如果只將管徑增加一倍，流速不變，則阻力損失為原來的_1/4_ 倍。3. 離心泵的流量常用_出口閥_調(diào)節(jié)。4. 某輸水的水泵系統(tǒng)，經(jīng)管路計算得，需泵提供的壓頭為 He=25m 水柱,輸水量為 20kg.s-1,則泵的有效功率為_4905w_.5.用飽和水蒸汽加熱空氣時，換熱管的壁溫接近_飽和水蒸

7、汽_的溫度，而傳熱系數(shù)K值接近空氣_的對流傳熱系數(shù)。6.實現(xiàn)傳熱過程的設備主要有如下三種類型_間壁式、蓄熱式、直接混合式_.7.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器又稱 標準式 。由于中央循環(huán)管的截面積 較大_。使其內(nèi)單位容積的溶液所占有的傳熱面積比其它加熱管內(nèi)溶液占有的_要小 ,因此，溶液在中央循環(huán)管和加熱管內(nèi)受熱不同而引起密度差異，形成溶液的_自然 循環(huán)。8.圓管中有常溫下的水流動，管內(nèi)徑 d=100mm 測得中的體積流量為0.022m3.s-1,質(zhì)量流量為 _1 122kg.s _,平均流速為2.8m.s_。9.球形粒子在介質(zhì)中自由沉降時，勻速沉降的條件是粒子所受合力的代數(shù)和為零_。滯流沉降時，其阻力系數(shù)

8、 =_24/ Rep_.10.某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失，若容器外表溫度為 500 C ,而環(huán)境溫度為A115 10015C計算Apavpavg h2101.3 1031300 9.81 1.821.1283kPa查附錄 當pav=1.128 103kPa 時，對應的飽和蒸汽溫度Tpav=102.7 CA102.7 1002.7Cin(3)取A1C溶液的沸點t1TA AA 10015 2.7 1118.7C則傳熱的有效溫度差t 為：0.4MkPa （表壓）飽和蒸汽的飽和蒸汽溫度T=133.4 C620C ,采用某隔熱材料,其厚度為 240mm,入=0.57w.m-1.K-1,

9、此時單位面積的熱損失為 _1140w_。（注：大型容器可視為平壁）11.非結(jié)合水份是_主要以機械方式與物料相結(jié)合的水份。_。12.設離心機轉(zhuǎn)鼓直徑為 1m 轉(zhuǎn)速 n=600 轉(zhuǎn).min-1，則在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器內(nèi)沉降的速度快_201_倍。14.用冷卻水將一定量的熱流體由100C 冷卻到 40C，冷卻水初溫為15C，在設計列管式換熱器時，采用兩種方案比較，方案 I 是令冷卻水終溫為30 C，方案 n 是令冷卻水終溫為35 C，則用水量7WI 大于WII，所需傳熱面積 AI 小于All。（大于，等于，小于）15.多效蒸發(fā)的原理是利用減壓的方法使后一效的蒸發(fā)壓力和溶液的沸點較前一效

10、的為低以使前一效引出的二次蒸汽作后一效加熱用以實現(xiàn)二次蒸汽再利用。16.物料干燥時的臨界水份是指_由恒速干燥轉(zhuǎn)到降速階段的臨界點時，物料中的含水率_它比物料的結(jié)合水份大_。17.如右圖所示：已知,p 水=1000kg.m-3, p 空氣=1.29kg.m-3,R=51m口則厶 p=_ 500 N.m2, E =_1_ （兩測壓點A.B 間位差不計）18.板框壓濾機主要由濾板、濾框、主梁（或支架）壓緊裝置等組成_,三種板按_ 1 2 3 21 2 3 21_ 的順序排列組成。19.去除水份時固體收縮最嚴重的影響是在表面產(chǎn)生一種液體水與蒸汽不易滲透的硬層，因而降低了干燥速率。21.恒定的干燥條件是

11、指空氣的濕度、溫度、速度以及與物料接觸的狀況都不變。22.物料的臨界含水量的大小與 物料的性質(zhì)，厚度和恒速干燥速度的大小_等因素有關(guān)。四、問答題：1.影響重力沉降速度的主要因素是什么？為了增大沉降速度以提高除塵器的生產(chǎn)能力，你認為可以采取什么措施？由重力沉降式 Ut=dp2（ p s- p ）g/（18 卩）可見，影響重力沉降速度 Ut 的主要是 dp 和卩（Ut c dp, Ut * 1/，為提高 Ut，在條件允許的情況下，可用濕法增大顆粒直徑。這樣可大大增大Ut,較可行的辦法是讓含塵氣體先冷卻，使其粘度下降，也可使Ut 增大。2.說明列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)。由殼體、管束、管板、封頭等組成。

12、3.蒸發(fā)與加熱操作相比，有何特點？（1）蒸發(fā)的料液是溶有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液，在相同壓力下，其沸點比純?nèi)軇┑姆悬c高，溶液 濃度愈大，影響愈顯著。（2）蒸發(fā)時，要汽化大量溶劑，所以耗汽量大。（3）蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，如熱敏性，伴有結(jié)晶產(chǎn)生等，也會給蒸發(fā)過程帶來一定的影響。4.多效蒸發(fā)中，“最后一效的操作壓強是由后面的冷凝能力確定的。”這種說法是否正確？冷凝器后使用真空泵的目的是什么？不對。蒸發(fā)室的操作壓強是根據(jù)工藝操作要求，料液的特性，經(jīng)濟效果等應方面而定的。最后 一效操作壓強是由后面冷凝器的真空度確定的，真空度太高時，導致冷凝器的 T*太低，冷凝困難，這是決定最后一效的操作壓強時應考濾的

13、。使用真空泵的目的是排除凝性氣體，維持蒸發(fā)器內(nèi)要求的真空度。6.有一高溫爐，爐內(nèi)溫度高達 1000 C 以上，爐內(nèi)有燃燒氣體和被加熱物體，試定性分析從爐內(nèi)向 外界大氣傳熱的傳熱過程。爐內(nèi)以對流和輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量傳給爐的 內(nèi)壁面。在爐壁內(nèi)通過傳導傳熱，將熱量以爐的內(nèi)壁面?zhèn)?到爐的外壁面，它與爐內(nèi)對流與輻射傳熱相串聯(lián)。爐外通 過對流與輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量從爐的外壁面?zhèn)鞯酱?氣中， 它與爐壁內(nèi)的傳導傳熱相串聯(lián)， 所以該傳熱過程的 特點是：（1）傳導、對流、輻射三種傳熱方式同時存在；（2）并聯(lián)、串聯(lián)的聯(lián)合傳熱同時存在。7.工業(yè)生產(chǎn)中對溶液的濃縮，為何采用真空蒸發(fā)？因為：（1）加熱蒸汽壓力相

14、同時，真空蒸發(fā)時溶液的沸點較低，則有效溫度差較大，可使傳熱 面積 A 減小。/t內(nèi)1000X3V/ / /7爐壁8(2)真空蒸發(fā)，可蒸發(fā)不耐高溫的溶液。(3)真空蒸發(fā)，可利用低壓蒸汽或廢汽作加熱劑，(4)真空蒸發(fā)時，由于溶液沸點低，設備的熱損失小。五、計算題：1.用離心泵經(jīng)$ 57x 3.5mm 的鋼管,將敞口貯槽內(nèi)的有機溶劑800kg.m-3,粘度為 20cp)輸送到反應器中。設貯槽內(nèi)的液面離反應器內(nèi)的液面高度保持16m,見附圖。已知鋼管總長度(包括局部阻力當量長度)為 25m,反應器內(nèi)的壓力恒定為 機溶液輸送量為6m.h-1,試確定泵提供的壓頭。取敞口貯槽液面為 1-1 截面，反應器內(nèi)液面

15、為2-2 截面，在 1-1 與 2-2 截面間列柏努利方程，并以 1-1 截面為基準面：2 2gZ1+(u1/2) +(p1/ p )+W = gZ2+(u2/2)+(p2/ p )+ 工 hf22W=(Z2- Z1)g+(u2-u1)/2+(p2- p1)/ p + 工 hf2工 hf =入(l+le )/d(u2/2)2 -1u=(6/3600)/( n /4) x 0.05 =0.8488m.s ucu2 0 Z1=0Re=dup / 卩=0.05 x 0.8488 x 800/ (2 0 x 10-3) =1697.62000 則入=64/Re=64/1697.6=0.03772-1工

16、 hf =0.0377 x (25/0.05) x (0.8488/2)=6.7904J.kg故 W=16X 9.81+4 x 98100/800+6.79=654J.kg-1H=W/g=66.7 m3.密度為 1200kg.m-3的鹽水，以 25ni.h-1的流量流過內(nèi)徑為75mm 的無縫鋼管。兩液面間的垂直距離為 25m 鋼管總長為 120m,管件、閥門等的局部阻力為鋼管阻力的25%。試求泵的軸功率。假設:(1)摩擦系數(shù)入=0.03 ; (2)泵的效率耳=0.62 2Z1+(u1/2g) +(p1/ p g)+He =Z2+(u2/2g) + (p2/ p g)+ 工 Hfuu2 0 ；

17、Z1=0 ; u1 u2 0 Z2=25 m ; p1= p2 He= Z2+E Hf = 25 +刀 Hf_ - 2刀 Hf =(入 xi /d xu /2 g)x 1.252u=V /A = 25/ ( 3600 x 0.785 x( 0.07 5 )-1=1.573m.s_ - 2刀 H =( 0.03 x 120/0.075 x 1.573 / (2x 9.81 )x 1.25=7.567m 鹽水柱He = 25+ 7.567 = 32.567mNe = Qe He p /102 = 25 x 32.567 x 1200 /(3600 x 102)=2.66kwN 軸=Ne / n =

18、 2.66/0.6 = 4.43kw6.某燃燒爐的平壁由耐火磚(入=1.05w.m-1.K-1),絕熱磚(入=0.15w.m-1.K-1)和普通磚(入(密度為4X 98100 Pa(表壓),有9=0.8w.m-1.K-1)三種材料組成。已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1273K,耐火磚與絕熱磚接觸面溫度 1213K,絕熱磚與普通磚接觸溫度 411K;普通磚厚 230mm 設為穩(wěn)定熱傳導，問：(1)耐火磚和絕熱磚應砌2多厚才能保證熱損失不超過274w.m (2 )普通磚的外側(cè)溫度為多少？3 耐=入耐 xA t 耐/Q=1.05(1273-1213)/274=0.2299m3 絕=入絕 xA t 絕/Q=0.

19、15(1213-411)/274=0.4391m t 普=Qx 普 / 入普=274x 0.23/0.8=78.78K411-t 外=78.78 t 外=332.2K7.某車間有一臺換熱面積(以外表面積計)為 2.5 m2的單程列管換熱器。用180 C 的熱廢氣預1 11熱輕油,輕油走管外，其流量為 200kg.h,比熱為 2kJ.kg .K ,溫度由 30C 升至 80C。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70C。求：換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。2-1-1A = 2.5m , Cp = 2kJ.kg .K tm = ( (180-80)-(70-30) / In (100/40)=65.

20、5 C-1Q= 200X 2 X (80-30) = 20000kJ.hQ= KM tm-2 -1 -1 -2 -1 K = 20000/（65.5 X 2.5） = 122.2kJ.m .K .h =34w .m .K8.在單效真空蒸發(fā)器中，將流量為10000kg.h-1的某水溶液從 10%連續(xù)濃縮至 50%原料液溫度為 31 C。估計溶液沸點升高為 7C,蒸發(fā)室的絕對壓強為 0.2kgf.cm-2。加熱蒸汽壓強為 2kgf.cm-2-1（絕壓），其冷凝水出口溫度為79C。假設總傳熱系數(shù)為1000 w.m .K，熱損失可忽略。試求加熱蒸消耗量和蒸發(fā)器的傳熱面積。當?shù)卮髿鈮簽?kgf.cm-2

21、。已知 0.2kgf.cm-2時蒸汽飽和溫度為59.7 C,汽化潛熱為 2356kJ.kg-1及焓 2605.45kJ.kg-1; 2kgf.cm-2時蒸汽飽和溫度為1 1潛熱為 2206kJ.kg 及焓為 2708 kJ.kg 。溶液沸點 t1=T + =59.7+7=66.7 C蒸發(fā)量 W=F(1 (X0/X1 )=10000(1 (0.1/0.5) =8000kg.h-1溶液的比熱 Cp=4.187(1 X0)=4.187 X (1 0.1) =3.77kJ.kg-1.K-1由蒸發(fā)器的熱量衡算式知：Q=F Cp(t1 t0)+wr +Q 損-1=10000 X 3.77 X (66.7

22、31)+8000 X 2356 =20193890 kJ*h =5609414 w 由傳熱速率方程式知傳熱面積為：2A=Q/ K(T t)=5609414 / 1000 X (119.6 66.7)=106 m加熱蒸汽量 D=Q/r=20193890 /2206-1=9154 kg.h9.現(xiàn)采用某單效真空蒸發(fā)器來濃縮某水溶液。已知進料量為 10t.h-1，料液從 15%農(nóng)縮至濃度為 60%119.6 C,汽化102（均為質(zhì)量，沸點進料；加熱蒸汽壓力為300kN.m （絕壓）；冷凝水在飽和溫度下排出；冷凝器內(nèi)的真空度為 610mmHg 各項溫度差損失分別為=2.5， =3.5， =1 C；熱損失

23、為加熱蒸汽放出熱量的 5%傳熱系數(shù) K=2500w.m-2.K-1，試：（1）估算單位蒸汽耗量為多少？ （2）估算2蒸發(fā)器的傳熱面積為多少m?（ 3）若產(chǎn)品濃度達不到要求，你認為可采取什么措施？附：飽和水蒸汽性質(zhì)壓力 kN.m-2溫度 C汽化潛熱 kJ.kg2060.12454.93066.52333.7101.31002258.4300133.32168.1401.3143.52138.1設：當?shù)卮髿鈮簽?2101.3kN.m*答*(1) 求 D / wD =wX r +FX Cp(t1 -t0 )+QL /r沸點進料 t1=t0 ，且 QL =0.05D X r D / w = r / 0

24、.95 r ,11W=F(1-X0 /X1 )=10 X 102(1-15/60)=7500kg.h-1由 P =300kN.m-2，查表得 r =2168.1kJ.kg-1, T =133.3 C/ P =(760-610) X 101.3/760=20kN.m, 查表得 T 冷=60.1 C，此冷凝器中二此蒸汽冷凝1溫度，而 T=T + ”=60.1+ 仁 61.1C,查表得 r =2351.6kJ.kg D / W=2351.6/(0.95 X 2168.1)=1.142(2 )求 AA=Q/ ( kxA tm)=(D X r )/k(T- t1 )而 t1 =T + + ”=60.1+

25、2.5+3.5+1=67.1C A=(1.142 X 7500X 2168.1) X 1000 / 3600 X 2500(133.3-67.1)=31.17m2(3 必須按設計要求控制好操作條件。2增加料液的循環(huán)速度(如暫停出料，料液回流入器再循環(huán))。3可適當增大 P ,以使 T f,可使 tm f,以保證有足夠的所需的傳熱面積。4可適當提高冷凝器的真空度，使T J,則 t1 J,有利于 tm f。11.水在內(nèi)徑為 250mm 的鋼管內(nèi)流動。已知截面 1 1 處的流速為 1m.s-1，測壓管中水柱高為 1m； 在截面 2 2 處管內(nèi)徑為 150mm 試計算在截面 1 1 與 2 2 處產(chǎn)生的

26、水柱高度差 h 為多少 m 水柱？(忽略阻力損失)在截面 1 1 與 2 2 間列柏努利方程:2Z1+(u1/2g) +(p1/ p g) =Z2+(uZ h = P1/ pg P2/ pg2=2.78 / (2X 9.8 1 )=0.343mH2O13.在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液， 溶液量為 1.4kg.s-1,比熱為 2kJ. kg-1.K-1,走內(nèi)管(規(guī)格為 0 25X 2.5mm),從 150C 冷卻到 100C。冷卻水走套管環(huán)隙，從 25C 升溫至 60C ,水的比熱為 4.18kJ.kg-1.K-1。1.已知溶液一側(cè)的對22/2g)+(p2/ p g)P1/ p P1/

27、pu 2 =u 1-1g= 1mH2Ou 1 = 1m.sg P2/ pg = u(d1/d2 )2= 1X22 /2 g-u(250/150 )21 /2 g2= 2.78m.s-121 /(2 X 9.81)1160w.m2.K-1,冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為 ,求以傳熱外表面積為基準的總傳熱系數(shù)K 和冷卻-1)。2.計算內(nèi)管的外表面積和管長。12流傳熱系數(shù)為930 w. m-2.K-1,忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失水的用量(kg.h* 答*溶液放熱1/K0=d0 / (=0.025/(1160-2 -1K0=464w.m .K冷卻水用量 Ms=Q/Cp(t2-t1)Q=MsCpAT=1.

28、4 X 2X 1000X (150-100) =1.4 X 105w aidi)+1/ a3X 0.02)+1/930=2.15 X 10-13=1.4=0.957kg.s5X 10/4180(60-25)-1-1 tm=(150-60)-(100-25)/l n(150-60(100-25)=82.35A =Q/(KO tm)=1.4X10 /(464X82.3)=3.67ml=A /( n d0 )=3.67/( nX 0.025)=46.7m14.在單效蒸發(fā)器中，每小時將2000kg 的某種水溶液從 10%連續(xù)濃縮至 30%蒸發(fā)操作的平均壓強 為 0.4kgf.cm-2(絕壓)，溶液的沸

29、點為 80C。加熱蒸氣的壓強為 2.0kgf.cm-2(絕壓)。原料液的比 熱為 3.77kJ.kg-1.K-1。熱損失為 12000w。忽略濃縮熱。試求：(1)單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量；(2) 分別求算原料溫度為 30C、80C 和 120C 時，單位時間內(nèi)所需的加熱蒸氣量。已知壓強為0.4kgf.cm(1)單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量 WW=F (1 X0/X1) =2000 (1 0.1/0.3 ) =1333kg .h(2)單位時間內(nèi)加熱蒸氣量 DD=F Cp(t1 10) + wr+ Q 損/r原料溫度為 30 C 時蒸氣消耗量為D=2000 X 3.77(80 30) + 1333 X 2

30、319+ 12000 X 3.6/2206-1=1600kg.h單位蒸氣消耗量為D/w=1600/1333=1.2同樣，原料液溫度為 80 C 時蒸氣消耗量及單位蒸氣消耗量分別為D=( 1333 X 2319+ 12000X 3.6 )-1/2206=1430 kg.hD/w=1430/1333=1.07原料液溫度為 120 C 時蒸氣消耗量及單位位蒸氣消耗量分別為-1D=2000 X 3.77(80 120) + 1333 X 2319+ 1200X 3.6/2206 =1293 kg.hD/w=1293/1333=0.9715.某車間準備用一臺離心泵將儲槽內(nèi)的熱水送到敞口的高位槽內(nèi)，已知管

31、子規(guī)格為60X 3.5mm鋼管，管內(nèi)流速為 2m.s-1，吸入管路的能量損失為 19.6J.kg-1,壓出管路的壓頭損失為 4mH2O (均包括全部的局部阻力損失在內(nèi))，其余參數(shù)見附圖示。試求該泵提供的有效功率。定儲槽液面為 1-1 ,且為基準面，高位槽液面為 2-2 ,列 柏式：2 2及 2.0kgf.cm-2時飽和蒸氣的氣化潛熱分別為-1 F-12635kJ.kg 及 2708kJ.kg。2319 kJ.kg-1及 2206 kJ.kg-1,飽和蒸汽焓分別為14gZ1+(U1/2) +(p1/ p )+We = gZ2+(u2/2)+ (p2/ p )+ 工 hf_ - 、 1刀 hf =

32、hf 吸+hf 壓=19.6+4 X 9.807=58.84J.kg-100 X 133 /980 +we=8 X 9.81+58.84-1 2We=150 J.kg ; Ms=n /4 X 0.053 X 2 X 980 =4.3kg.s-1 Ne=WeMs =.150 X 4.3=649 W17.某平壁工業(yè)爐的耐火磚厚度為0.213m，爐墻導熱系數(shù)入=1.038w.m-1.K-1。其外用導熱系數(shù)為0.07w.m-1.K-1的絕熱材料保溫。爐內(nèi)壁溫度為980 C ,絕熱層外壁溫度為38 C ,(1)絕熱層的厚度；(2)耐火磚與絕熱層的分界處溫度。倍。(1/16 )15(1)q /A =( T

33、1 T3) / (b 1/ 入 1+ b 2/ 入 2)=(980 38) / ( 0.213/1.038 +b 2 /0.07 )= 800得：b2= 0.068m(2)q /A =( T1 T2) / (b 1/ 入 1)=(980 T2) / (0.213/1.038 )= 800得：T2 = 815C24. 某食品廠準備用一單效膜式蒸發(fā)器將番茄汁從12%濃縮至濃度為 28%(均為質(zhì)量)。蒸發(fā)器的傳熱面積為 5 甫，傳熱系數(shù) K=1500w.m2.K-1，加熱蒸汽的溫度采用 115C (其汽化潛熱為 2221kJ.kg-1, 冷凝水在飽和溫度下排出)， 蒸發(fā)室內(nèi)蒸汽的溫度為 57.3 C

34、,二次蒸汽的汽化潛熱為 2359kJ.kg-1, 采用沸點進料， 經(jīng)計算知： =0.7 C, ”=0;熱損失相當于蒸發(fā)器傳熱量的 5%問：(1)此蒸 發(fā)器每小時可處理多少 kg 番茄汁？( 2)加熱蒸汽耗量為多少 kg.h-?(1)求 FF=W/ (1-X0/X1 )/ Q=A.K(T - t1 )而 t=T + =57.3+0.7+0=58 C Q=5X 1500(115-58)=427500 w沸點進料 Q = D rWr +Q 損W=(0.95Q)/r=(0.95 X 427500)/(2359 X 1000 )-1 -1=0.172kg.s=619.8kg.hF=619.8/(1 12

35、/28)=1084.65kg.h-1(2)求 DD = Q / r =(427500 X 3600) / (2221 X 1000)-1=692.93kg.h食品工程原理復習題答案第一部分 動量傳遞(流動、輸送、非均相物系)一.名詞解釋1. 過程速率：是指單位時間內(nèi)所傳遞的物質(zhì)的量或能量。2. 雷諾準數(shù)：雷諾將u、d、口、p組合成一個復合數(shù)群。Re直的大小可以用來判斷流動類型。3. 揚程(壓頭)：是指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。4. 分離因數(shù)：同一顆粒在同種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值。二.填空題1. 理想流體是指_的流體。(黏度為零)2. 對于任何一種流體，其密度是_和_的

36、函數(shù)。(壓力，溫度)3. 某設備的真空表讀數(shù)為 200mmHg 則它的絕對壓強為mmHg。當?shù)卮髿鈮簭姙?101.33 X 103Pa。(560mmH)4. 在靜止的同一種連續(xù)流體的內(nèi)部，各截面上_與_之和為常數(shù)。(位能，靜壓能)5. 轉(zhuǎn)子流量計讀取方便，精確，流體阻力_，不易發(fā)生故障；需_安裝。(小，垂直)6. 米糠油在管中作流動，若流量不變，管徑不變，管長增加一倍，則摩擦阻力損失為原來的_倍。(2)7. 米糠油在管中作層流流動，若流量不變，管徑、管長不變，油溫升高，粘度為原來的1/2，則摩擦阻力損失為原來的_倍。(1/2 )8. 米糠油在管中作層流流動，若流量不變，管長不變，管徑增加一倍，

37、則摩擦阻力損失為原來的_169.實際流體在直管內(nèi)流過時， 各截面上的總機械能_守恒 因?qū)嶋H流體流動時有_。（不,摩擦阻力）10. 任何的過程速率均與該過程的推動力成_比，而與其阻力成 _比。（正，反）11. 在離心泵吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的底閥，底閥為_。（逆止閥）12._是為了防止固體物質(zhì)進入泵內(nèi)，損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。（濾網(wǎng)）13. 離心泵工作時流體流速與壓力的變化為常壓流體 流體被甩岀后（）機械旋轉(zhuǎn)、流 所造成的氣壓）的離心力14. 泵的穩(wěn)定工作點應是_特性曲線與_15. 產(chǎn)品樣本上離心泵的性能曲線是在一定的 的水或水）16. 用離心泵向鍋爐供水，若鍋爐中的壓力突然升高，則泵

38、提供的流量_，揚程_。（減少；增大）17. 根據(jù)操作目的（或離心機功能），離心機分為過濾式、_和_三種類型。（沉降式、分離式）18.常速離心機、高速離心機、超速離心機是根據(jù)_的大小劃分的。（分離因數(shù)）19. 某設備進、出口的表壓分別為-12 kPa 和 157 kPa，當?shù)卮髿鈮簽?101.3 kPa，試求此設備進、出口的壓力差為多少 Pa。（答：-169kPa）P P進P出12 157169 kPa四.問答題1.離心泵與往復泵通?？刹捎媚男┓绞竭M行流量調(diào)節(jié)？答：離心泵進行流量調(diào)節(jié)通常有三種方法，即改變閥門的開度，改變泵的轉(zhuǎn)速與切削葉輪調(diào)節(jié)。往復泵流量調(diào)節(jié)通常采用改變電機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)活塞往復的次

39、數(shù)，旁路調(diào)節(jié)。2 當離心泵啟動后不吸液，其原因主要有哪些？答：離心泵啟動后不吸液可能的原因：由于灌液不夠或底閥、泵殼密封不嚴密而漏液使泵 內(nèi)存有空氣發(fā)生氣縛現(xiàn)象；底閥或吸入管路堵塞；安裝高度過高（氣蝕）：電機接線不正確致使葉輪反轉(zhuǎn)。3. 食品廠中應用靜力學基本方程式的方法有哪些？寫出用液柱高度表示的公式？答：壓力測量 U 型管壓差計，斜管壓差計，微差壓計；2液面測量；3確定液封高度。由靜力學基本方程式pPgh可得液柱高度表示的公式為：h丄一g4.雷諾準數(shù)的物理意義及判斷流動類型？答：物理意義：慣性力與黏性力之比。判斷類型：Re 4000 時，為湍流；Re 在 2000-4000 為過渡流。5.

40、看圖解釋流體輸送適宜管徑選擇？）逐漸擴大的高壓流體 泵殼通道（低速流體、高速流體）特性曲線式 M 勺交點。（管路，泵或 H-qv）_下，輸送_時的性能曲線。（轉(zhuǎn)速，20 C17答：要考慮到總費用最省的原則。一般來講，管徑越大，流速越小，流阻也越小，所需泵功率 會越小，動力費越??；隨著管徑增大，動力費減少。但管徑增大，購買鋼管的設備費投入會增大。 所以，應根據(jù)具體的設計需要，選用總費用最省的管徑，即適宜管徑。6.離心泵工作原理？答： 先將泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體。 啟動泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)， 葉片之間的液體隨葉輪一起旋 轉(zhuǎn)， 在離心力的作用下，液體沿著葉片間的通道從葉輪中心進口處被甩到葉輪外圍，以很高

41、的速 度流入泵殼，液體流到蝸形通道后，由于截面逐漸擴大，大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。于是液體以 較高的壓力，從壓出口進入壓出管，輸送到所需的場所。當葉輪中心的液體被甩出后，泵殼的吸 入口就形成了一定的真空，外面的大氣壓力迫使液體經(jīng)底閥吸入管進入泵內(nèi)，填補了液體排出后 的空間。這樣，只要葉輪旋轉(zhuǎn)不停，液體就源源不斷地被吸入與排出。7. 離心泵“氣縛”現(xiàn)象？答：離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)。雖啟動離心泵，但不能輸送液體。8. 為什么濾餅過濾開始時，濾液有一點混濁，過一段時間才會轉(zhuǎn)清？答：當懸浮液中

42、顆粒含量較多（體積1%）、顆粒尺寸比過濾介質(zhì)孔徑小時，過濾開始會有部分顆粒進入過濾介質(zhì)孔道里，迅速發(fā)生“架橋現(xiàn)象”。也會有少量顆粒穿過過濾介質(zhì)而與濾液一起流走。隨著濾渣的逐漸堆積，過濾介質(zhì)上面會形成濾餅層。此后，濾餅層就成為有效的過濾介質(zhì)而 得到澄清的濾液。第二部分熱量傳遞（傳熱、制冷）一.名詞解釋1. 對流傳熱：通過流體內(nèi)分子的定向流動和混合而導致熱量的傳遞。2. 自然對流：若流體的運動是由于流體內(nèi)部冷、熱部分的密度不同而引起的。3. 熱通量：單位時間、單位面積所傳遞的熱量?；驘崃髁颗c傳熱面積之比。4. 錯流：參與換熱的兩流體在傳熱面的兩側(cè)分別彼此呈垂直方向流動。5. 熱交換：兩個溫度不同的

43、物體由于傳熱，進行熱量的交換。6. 穩(wěn)定恒溫傳熱： 兩種流體進行熱交換時，在沿傳熱壁面的不同位置上，在任何時間兩種流體 的溫度皆不變化。7. 制冷因數(shù)：制冷量與所耗外功之比。8. 載冷劑（冷媒）：用于將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量傳給被冷卻物體的中間介質(zhì)。9. 凍結(jié)速率：凍結(jié)始溫和凍結(jié)終溫之差與凍結(jié)時間比值。10. 凍結(jié)速度：食品表面到中心間的最短距離與達到10C 后中心溫度降到冰點所需時間之比。二.填空題21. 牛頓冷卻定律的表達式為_，對流傳熱系數(shù) a 的單位是_（Q=a AA t , W/m-K）2. 傅立葉定律是單位時間內(nèi)的傳熱量與垂直于熱流方向的導熱截面面積和溫度梯度成_。（正比）3. 寫出換

44、熱基本方程（Q=KA t）4. 當換熱器的傳熱量及總傳熱系數(shù)一定時，采用_ _操作，所需的傳熱面積較小。（逆流）5. 冷、熱氣體在間壁換熱器中換熱，熱氣體進口溫度200 C,出口溫度 120C，冷氣體進口溫度50C,兩氣體物性數(shù)據(jù)可視為相同，不計熱損失時，冷氣體出口溫度為_C。（130C）186. 冷熱水通過間壁換熱器換熱，熱水進口溫度為90 C,出口溫度為 50C，冷水進口溫度為 15C,出口溫度為 53C，冷熱水的流量相同，則熱損失占傳熱量的_%。（5%7. 總傳熱系數(shù) K 值有三個來源：_、_和計算。（選取經(jīng)驗值、實驗測定 K 值）8. 熱源溫度愈低，冷源溫度愈高，制冷因數(shù)越_。（大）9

45、. 制冷劑的放熱量包括冷卻、_、_三個階段放熱量。（冷凝、過冷）10. 一般凍藏食品溫度在_。（ 18C）11. 食品冷凍時_所放出的熱量是確定制冷設備大小的主要依據(jù)。（單位時間）12 若流體內(nèi)部有溫度差存在：當有動傳時必有_。（熱傳）四.問答題1.簡述傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱，三者之間有何不同？傳導熱是固體或靜止流體的分子運動或分子振動傳遞熱量。 對流傳熱則是流體質(zhì)點發(fā)生相對位 移來傳遞熱量。 輻射傳熱是高溫物體以電磁波形式向空間發(fā)射能量來傳遞熱量。2.房屋采暖時的暖氣裝置為什么通常放在下部，而空調(diào)制冷裝置卻安放在房間的上部？答：一般房間室內(nèi)換熱通常用自然對流給熱方式，而自然對流給熱的效

46、果與換熱面的位置有關(guān)。 采暖時由于熱空氣的氣體受熱后體積膨脹且密度減小。因此熱空氣向加熱面上方流動；同時冷空氣 因密度大于熱空氣而下降至加熱面附近，即在加熱面上方的較大空間有利于產(chǎn)生較強的自然對流， 從而增加對流給熱效果。同理，空調(diào)等制冷裝置安放在房間上部的原因也是增強自然對流效果。3.影響對流傳熱系數(shù)的主要因素？答：流體的狀態(tài)：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變化。有相變化時對流傳熱系 數(shù)比無相變化時大的多；2流體的物理性質(zhì)：影響較大的物性有密度p、比熱 G、導熱系數(shù)入、粘度卩等；3流體的流運狀況：層流、過渡流或湍流；自然對流，強制對流；4傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻堋濉⒐苁?、管

47、徑、管長、管子排列方式、垂直放 置或水平放置等。4. 簡述食品冷凍機理？答：在 0C 以下低溫，微生物生命活動顯著受抑制，防食品腐敗；2氧化和酶反應速度顯著下降；3水分活度降低。5. 試述對流傳熱的機理？答：熱流體流過管道時，在湍流主體中，流體劇烈攏動，形成漩渦，使質(zhì)點強烈混合而交換熱量， 溫度較均勻，幾乎不存在溫度梯度；但在緊靠管壁，有一層很薄的作層流流動的流體層（層流底層），在這層薄層內(nèi)，熱量傳遞以導熱方式進行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導熱系數(shù)很小， 故熱阻絲要集中層流底層內(nèi)。對管內(nèi)層流流動，熱量傳遞也是主要靠導熱。但由于溫度存在（軸向 的，徑向的），有密度差，會引起質(zhì)點的對流

48、，比較復雜。6. 換熱器的散熱損失是如何產(chǎn)生的？應如何來減少此熱損失？答：由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外壁面不斷通過對流和輻射傳將熱 量傳給換熱器周圍的空氣而散失，即產(chǎn)生散熱損失。為了減少散熱損失，一般在換熱器外壁面上包 上一層（或兩層）導熱系數(shù)較小的絕熱材料（或不同的兩種導熱系數(shù)較小的絕熱材料），使傳熱熱阻增大，外壁面溫度降低，從而減小了散熱損失。第三部分質(zhì)量傳遞（干燥、傳質(zhì)、蒸餾、萃取、膜分離）一.名詞解釋1.質(zhì)量傳遞：因濃度差而產(chǎn)生的擴散作用形成相內(nèi)和相間的物質(zhì)傳遞過程。2.介電加熱干燥：是將要干燥的物料置于高頻電場內(nèi)，由于高頻電場的交變作用使物料加熱而 達到干燥的目

49、的。3臨界含水量：物料干燥達臨界點時的物料含水量。4. 比焓：濕空氣的焓為干空氣的焓和水汽的焓之和?；蚍Q濕空氣的熱含量。5. 干燥的表面汽化控制：物料中水分表面汽化的速率小于內(nèi)部擴散的速率。196. 分子擴散：單相內(nèi)存在組分的化學勢差，由分子運動而引起的質(zhì)量傳遞。7. 費克定律：單位時間通過單位面積物質(zhì)的擴散量與濃度梯度成正比。8. 揮發(fā)度：達到相平衡時，某組分在蒸汽中的分壓和它在平衡液相中的摩爾分率之比。9. 超臨界流體：物質(zhì)處于其臨界溫度和臨界壓力以上狀態(tài)時，向該狀態(tài)氣體加壓， 氣體不會液化，只是密度增大，具有類似液態(tài)性質(zhì)，同時還保留氣體性能。10. 萃取：使溶劑與物料充分接觸，將物料中的

50、組分溶出并與物料分離的過程。或利用混合物 各組分對某溶劑具有不同的溶解度，從而使混合物各組分得到分離與提純的操作過程。二.填空題1. 相對濕度 0： 01,0 越_，空氣吸濕的能力越強，越干燥。（?。?. 物料的干燥過程是屬于_和_相結(jié)合的過程。（傳熱、傳質(zhì)）3. 干燥操作中，不飽和濕空氣經(jīng)預熱器后濕度_，溫度_。（不變，升高）4. 在干燥操作中，物料中所含小于平衡水分的水分，稱為_。（不可去除水分）。5. 密度、_和_是超臨界流體的三個基本性質(zhì)。（黏度、擴散系數(shù)）6._介于超濾和反滲透之間一種膜分離技術(shù)。（納濾）7. 納濾是以_為推動力的膜分離過程，是一個不可逆過程。（壓力差）8. 常見傳質(zhì)

51、過程是_引起。（濃度差）9. 超臨界狀態(tài)既不是氣體也不同于液體，屬于_狀態(tài)。（流體）10. 精餾過程就是利用混合液的各組分具有不同的,利用多次部分_、多次部分的方法，將各組分得以分離的過程。（沸點或揮發(fā)度，汽化、冷凝）11. 在濕空氣的焓-濕圖中，_線以下的區(qū)域?qū)Ω稍锊僮鳠o意義。（飽和空氣）12. 超臨界流體的密度接近于_狀態(tài)。（液體）四.問答題1. 濕空氣的干球溫度、濕球溫度、露點在什么情況下相等，什么情況下不等？答：對于飽和的濕空氣 T= Tw= Td； 對于不飽和的濕空氣 TTwTd。2. 測定濕球溫度時，當水的溫度不同時，對測量結(jié)果有無影響？為什么？答：無影響。若水溫等于空氣球溫度時，

52、則由于濕紗布表面的水分汽化而使其水溫下降；若水 溫高也會降溫（一方面供給水分汽化需要熱量，一方面散熱至空氣中）；若水溫低則水分汽化需要的熱量就會從空氣吸熱，最終都會達到濕、熱平衡。3. 在對流干燥過程中，為什么說干燥介質(zhì)一濕空氣既是載熱體又是載濕體？答：引物料中水分汽化需要熱量，此熱量由空氣供給，而汽化的水汽又要靠空氣帶走（破壞其 平衡狀態(tài)），以便使干燥能穩(wěn)定連續(xù)地進行。故濕空氣在干燥過程中起到供熱、去濕的作用。因此稱 濕空氣既是載熱體又是載濕體。4.簡要說明對流干燥過程是一傳熱過程，又是一傳質(zhì)過程？答：濕空氣預熱可提高載熱載濕的能力（濕含量不變，溫度增加，相對濕度下降，傳熱傳質(zhì)推 動力加大）。熱空氣傳熱給濕物料是一個傳熱過程，濕物料中的濕分汽化擴散至氣體主體是一個傳質(zhì)過程。5.如何強化干燥過程?20答：強化干燥過程要依據(jù)干燥的不同階段而采取不同的措施。在等速干燥階段要使干燥速率 提高，其措施有：增大熱空氣的溫度、降低其濕度：增大熱空氣的流速；改變其接觸方式（如垂直 流過物料層效果比平行好，若將物料充分分散于氣流中更好）。在降速干燥階段，主要通過改變物料的尺寸（變?。?、厚度（減?。┗?qū)⑽锪铣浞址稚⒂跉饬髦衼碓龃笃淦?、固兩相的接觸面積或加強攪拌等措施來提高干燥速率。6濕物料經(jīng)干燥后達不到產(chǎn)品含水量的要求（偏高），你認為應采取什么措施來解決它？答：若在等速干燥階段達不到含