東北農(nóng)業(yè)大學繼續(xù)教育-食品工程原理網(wǎng)上作業(yè)題

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食品工程原理網(wǎng)上作業(yè)題

作業(yè)題(一)一、填空題：.判斷流體流動類型的準數(shù)是雷諾數(shù)Re,層流時ReW2000,湍流時Re>4000；.離心泵的主要性能參數(shù)包括流量、揚程、轉(zhuǎn)速、效率及功率:.蒸汽壓縮式制冷裝置主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥組成:.某容器內(nèi)的絕對壓強為200kPa,當?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa,則表壓為98.7kPa；.常用的過濾介質(zhì)有粒狀介質(zhì)、 織物狀介質(zhì)及多孔固體介質(zhì)；.蒸發(fā)過程中，引起溫度差損失的原因是溶液的沸點升高、液層靜壓效應及蒸汽流動的能量損失；.食品工程原理是以三大傳遞過程原理作為理論基礎的，即、動量傳遞、質(zhì)量傳遞及熱量傳遞 ；.傳熱的基本方式為： 熱傳導、熱對流及熱輻射:.冷凍干燥是將濕物料降溫冷凍，再在低于三相點壓力的條件下供熱，使固態(tài)冰直接升華 為水蒸氣排除，最后提高溫度進行解吸干燥:.理想溶液服從拉烏爾定律：理想氣體服從道爾頓分壓定律。二、名詞解釋：.粉碎：利用機械力將固體物料破碎為大小符合要求的小塊、顆?；蚍勰┑膯卧僮?。.熱量傳遞：因溫度差的存在而產(chǎn)生的能量傳遞，稱為熱量傳遞(heattransfer),簡稱傳熱。.蒸發(fā)：蒸發(fā)是指將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分氣化并被排除從而將溶液濃縮的過程。.制冷；是現(xiàn)代食品工程的重要基礎技術之一。制冷是指從低溫物體吸熱并將其轉(zhuǎn)移到環(huán)境介質(zhì)中的過程，使物體降溫并保持比環(huán)境介質(zhì)溫度更低的低溫條件。.蒸餾：蒸餾(distillation)是利用組分揮發(fā)度的不同，將流體混合物分離成較純組分的單元操作。三、選擇題：.如圖，已知《=2d2,u2=4m/s,\等于_A—。A.u=1A.u=1m/s； B.u=0.5m/s； C.uj2m/s。.雙組分精餾的精餾段操作線方程為：y=0.75x+0.23,則塔頂產(chǎn)品流出液中輕組分摩爾分數(shù)為A、46；B、0.92； C、230；D、A、46；B、0.92； C、230；D、4.6。.蒸汽壓縮式制冷機制冷量為100kW,制冷劑循環(huán)量為0.10kg/s,壓縮機單位理論功為200kJ/kg,壓縮機效率丑=1則實際制冷因數(shù)為B。A.0.05；B.5.0；C.2.0；D.A.0.05；B.5.0；C.2.0；D.20。4..測得某空氣一水系統(tǒng)，空氣的相對濕度為98%,則該空氣的干球溫度4..測得某空氣一水系統(tǒng)，空氣的相對濕度為98%,則該空氣的干球溫度T,濕球溫度Tw,絕熱飽和溫度Ts及露點溫度Td之間的關系為BA、T=Tw=Ts=Td；A、T=Tw=Ts=Td；；B、T>T=Ts>Td；C、T>Tw>Ts>Td；D、T=Tw>Ts>Td。四、計算如圖1所示，圖1蘋果汁輸送系統(tǒng)解：（1）.取計算截面和基準面取貯槽液面1—1和高位槽液面2—2為兩個計算截面，同時取貯槽液面1—1為基準面，則柏努利方四、計算如圖1所示，圖1蘋果汁輸送系統(tǒng)解：（1）.取計算截面和基準面取貯槽液面1—1和高位槽液面2—2為兩個計算截面，同時取貯槽液面1—1為基準面，則柏努利方1p 1p、［為：Zg^ U2H 1+w=ZgH U2H 2+乙h1 21p 2 22p f式中：z1=0,z2=10；p1=p2；u產(chǎn)0,u2心0,因此，柏努利方程簡化為w=zg+Zh2 f可以看出，只要求得總阻力損失即可計算泵的功率。（2）.計算阻力管路阻力包括直管阻力和局部阻力兩部分，其中直管阻力為:ir_2lU22hf———?—

d2式中d=57—2X0.5=50mm=0.5m；l=50m流速q

u= -冗d2丁3000/(1000*60) =2.55m/s一(0.05)24摩擦系數(shù)人需要查摩狄圖或利用經(jīng)驗公式計算，因此先計算雷諾數(shù):Re二妞二0.05*2.55*1080二%8<20000.15用泵將密度為1080kg/m3、黏度0.15Pa-s的蘋果汁從地下貯槽送到高位罐，果汁流量為300L/min。輸出管出口比貯槽液面高10m,管道為“57X3.5的無縫鋼管，管路中有一個底閥（可按搖板式止回閥計算），4個90°彎頭，一個閘閥和一個標準閥，直管長度為50m,閥門按全開對待，已知泵的效率為70%。求泵的軸功率。所以:數(shù)為:64_X= —Re64918—0.0697,八d? 二0。697盛所以:數(shù)為:64_X= —Re64918—0.0697,八d? 二0。697盛若~二226.6/局部阻力計算有兩種方法，當量長度法和阻力系數(shù)法，下面用阻力系數(shù)法，查表1—2,得到阻力系名稱阻力系數(shù)進口0.5出口1.0底閥1.5閘閥全開0.17標準閥全開6.090°彎頭0.75所以：SZ=0.5+1.0+1.5+0.17+6.0+4X0.75—12.17則局部阻力為： 2Lh'f=、&?u2=12.17x2.552=39.57J/Kg總阻力Shf=hf+Sh,=226.6+39.57=266.2J/Kg(3).計算泵的功率攻=zg+zh=9.8x10+226.2=364.2J/Kg2泵的有效功率Ne=qw=-300—x1087x364.2=1797.4W合1.8kWm1000x60泵的軸功率N=1.8/0.7—2.57kW。五、計算穩(wěn)態(tài)下在單效蒸發(fā)器中濃縮蘋果汁。已知原料液溫度43.3℃,濃度10%,比熱容3.90kJ/（kg-K）,進料流量0.65kg/s。蒸發(fā)室沸點60℃,完成液濃度80%。加熱蒸汽絕對壓力為300kPa。加熱室傳熱系數(shù)為943W/（m2-K）。計算：（1）蒸發(fā)量和完成液流量；（2）加熱蒸汽耗量；（3）蒸汽經(jīng)濟性；（4）換熱面積。解：（1）由式（6-11）收)-Fwp/—065A0.10]

=0,6510.80,=0.57kg/s即:屬于層流，因此人可以根據(jù)公式1—17計算（或查摩狄圖），即:P=F-V=0.65-0.57=0.08kg/s(2)查Tj60.1℃時，rv=2355kJ/kg;(2)p=300kPa對應Ts=133.3℃,r「2168kJ/kg由式(6-15)：cVr+Fc(T—T) 0.57x2355+0.65x3.90(60.1-43.3)S=一= 2168 =0.64kg/sS(3)由式(6-17)： e=V/S=0.57/0?64=0.89

（4）由式（4）由式（6-18）：ASrA= s K(TASrA= s K(TS-T1)943x(133.3^60.1):20'm2、, >I.Mr八、計算用刮板式換熱器冷卻蘋果醬，蘋果醬質(zhì)量流量為50kg/h,比熱容Cp為3817J/@g詠），入口溫度80℃,出口溫度20℃。套管環(huán)隙逆流通冷水，入口溫度10℃,出口溫度17℃。傳熱系數(shù)K為568W/（m2?K）,求：（1）需要的冷卻水量，（2）換熱平均溫差及換熱面積，（3）若改順流，兩流體出入口溫度同前，求（2）各值。解：（1）換熱器內(nèi)的熱流量為①;qc（T-T）=50x3817x（80-20）=1.145x107J/h或①"I145xI07=3181W3600由熱量衡算公式得① 1.145x107qmc—7 \= =391(qmcc(T-T)4186(17-10)(2)Th80f(2)Th80f20T17—10ATr_6310AT=63-10=28.8Km63In-4 ①103181A= = =0.194m2KAT 568x28.8(3)八80(3)八80f20T10f17AT70 3"m70-3記①3=21.3K3181八“0

=0.263m2568x21.3七、計算在一連續(xù)干燥器中，要求每小時將2000kg濕物料的濕基含水量由12%降至2%。采用熱空氣為干燥介質(zhì)，進入干燥器前空氣濕含量為0.01kgv/kgd，質(zhì)，進入干燥器前空氣濕含量為0.01kgv/kgd，溫度為15℃,壓力為101.3kPa。離開干燥器時空氣濕含量為0.028kg/kg。求：（1）水分蒸發(fā)量；（2）濕空氣用量；（3）干燥產(chǎn)品量。vd解：（1）水分蒸發(fā)量（2）干燥空氣用量濕空氣用量（3）干燥產(chǎn)品量0.12-0.02

2=2000x =204kg/h1-0.02204H2-H1 0.028-0.01=1.13x104kgd/hL=L(1+H)=1.13x104x(1+0.01)=1.14x104kg/h1二2000x二2000x1一0.121一0.02=1.80x103kg..h作業(yè)題（二）一、填空題：.食品工程原理是以三大傳遞過程原理作為理論基礎的，即（動量傳遞）、（質(zhì)量傳遞）和（熱量傳遞）；.理想溶液服從（拉烏爾定律）；理想氣體服從（道爾頓分壓定律）；.某容器內(nèi)的絕對壓強為200kPa，當?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，則表壓為（98.7kPa ）；.離心泵的主要部件為（葉輪）、（泵殼）和（軸封裝置）；.過濾介質(zhì)有（粒狀介質(zhì)）、（織物狀介質(zhì)）、（多孔固體介質(zhì)）；.傳熱的基本方式為：（熱傳導）、（熱對流）和（熱輻射）；.多效蒸發(fā)有三種操作流程，即（順流）、（逆流）和（平流）；.流體流動型態(tài)可以分為（層流）和（湍流）。二、名詞解釋：.沉降；沉降是利用固體顆粒或液滴與流體間的密度差，使懸浮在流體中的固體顆?；蛞旱谓柚谕鈭鲎饔昧Ξa(chǎn)生定向運動，從而實現(xiàn)分散相與連續(xù)相分離的單元操作。.粉碎；利用機械力將固體物料破碎為大小符合要求的小塊、顆粒或粉末的單元操作，稱為粉碎。.干燥；干燥是利用熱量使?jié)裎锪现兴值葷穹直黄?，從而獲得固體產(chǎn)品的操作。.吸收；在液體和氣體接觸過程中，氣體中的組分溶解于液體的傳質(zhì)操作，稱為吸收。.蒸發(fā)：蒸發(fā)是指將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分氣化并被排除從而將溶液濃縮的過程。三、選擇題:.流體在管內(nèi)呈湍流流動時：」_A.ReN2000；B.ReN4000；C.2000<Re<4000o.參照下圖，已知dj2d2，u2=4m/s,）等于A。A.u=1m/s； B.u=0.5m/s； C.u1A.u=1m/s； B.u=0.5m/s； C.u1=2m/s。.蒸汽壓縮式制冷機制冷量為100kW,制冷劑循環(huán)量為0.10kg/s,壓縮機單位理論功為200kJ/kg,則理論制冷因數(shù)為」_。A.0.05； B.5.0； C.2.0； D.20。.以下哪個不是離心泵的主要性能參數(shù)：_C 。A.流量B.轉(zhuǎn)速C.流速D.功率.物料衡算的理論依據(jù)是_B_oA.傅里葉定律B.質(zhì)量守恒定律 C.亨利定律D.能量守恒定律

四、計算如圖1所示，用泵將密度為1080kg/m4黏度0.15Pa-s的蘋果汁從地下貯槽送到高位罐，果汁流量為300L/min。輸出管出口比貯槽液面高10m,管道為“57X3.5的無縫鋼管，管路中有一個底閥（可按搖板式止回閥計算），4個90°彎頭，一個閘閥和一個標準閥，直管長度為0m,閥門按全開對待。求泵的軸功率，設泵的效率為70%。解：（1）.取計算截面和基準面圖1蘋果汁輸送系統(tǒng)取貯槽液面1—1和高位槽液面2—2為兩個計算截面，同時取貯槽液面1—1為基準面，則柏努利方程為:「一夕， ,1.pP,y,zg解：（1）.取計算截面和基準面圖1蘋果汁輸送系統(tǒng)取貯槽液面1—1和高位槽液面2—2為兩個計算截面，同時取貯槽液面1—1為基準面，則柏努利方程為:「一夕， ,1.pP,y,zg+—U2+r+w=zg+-u2H——2-+yh1 21p 2。22p f式中：Z]=0,z2=10；P1=P2；u產(chǎn)0,u2心0,因此，柏努利方程簡化為w=zg+yh2 f可以看出，只要求得總阻力損失即可計算泵的功率。.計算阻力管路阻力包括直管阻力和局部阻力兩部分，其中直管阻力為:hf八-?u2d2式中d=57—2X0.5=50mm=0.5m；l=50m流速qU= L-d2丁3000/(1000*60) =2.55m/s一(0.05)24摩擦系數(shù)人需要查摩狄圖或利用經(jīng)驗公式計算，因此先計算雷諾數(shù):Re二姐二0.05*2.55*1080二%8<20000.15屬于層流，因此人可以根據(jù)公式1—17計算（或查摩狄圖），即:64 64九= =——=0.0697所以:Re918hf=X-?竺=0.0697包-?2552=226.6J/Kgd2 0.05 2局部阻力計算有兩種方法，當量長度法和阻力系數(shù)法，下面用阻力系數(shù)法，查表1—2,得到阻力系數(shù)為:名稱阻力系數(shù)進口0.5出口1.0底閥1.5閘閥全開0.17標準閥全開6.090°彎頭0.75進口0.5出口1.0底閥1.5閘閥全開0.17標準閥全開6.090°彎頭0.75所以：SZ=0.5+1.0+1.5+0.17+6.0+4X0.75=12.17則局部阻力為： 中 255.h'f——1?u2=12,17x =39.57J/Kg總阻力Shf=hf+Ah'=226.6+39.57=266.2J/Kg(3).計算泵的功率w=z2g+zhf=9.8x10+226.2=364.2J/Kg泵的有效功率Ne=qw=-300—x1087x364.2—1797.4W合1.8kWm1000x60泵的軸功率N=1.8/0.7=2.57kW。五、計算在一連續(xù)干燥器中，要求每小時將2000kg濕物料的濕基含水量由12%降至2%。采用熱空氣為干燥介質(zhì)，進入干燥器前空氣濕含量為0.01kgv/kgd，溫度為15℃,壓力為101.3kPa。離開干燥器時空氣濕含量為0.028kg/kg。求：（1）水分蒸發(fā)量；（2）濕空氣用量；（3）干燥產(chǎn)品量。vd解：（1）水分蒸發(fā)量0.12-0.022=2000x =204kg/h1-0.02（2）干燥空氣用量濕空氣用量204H2濕空氣用量204H2-H1 0.028-0.01—1.13x104kgd/h（3）干燥產(chǎn)品量L=L(1+H)=1.13x104x(1+0,01)=1.14x104kg/h1（3）干燥產(chǎn)品量1-w 1-0.12—1.80x103kg..1h1—1.80x103kg..1h1-0.02六、計算分用刮板式換熱器冷卻蘋果醬，蘋果醬質(zhì)量流量為50kg/h,比熱容cp為3817J/@g詠），入口溫度80℃,出口溫度20℃。套管環(huán)隙逆流通冷水，入口溫度10℃,出口溫度17℃。傳熱系數(shù)K為568W/（m2?K）,求：（1）需要的冷卻水量，（2）換熱平均溫差及換熱面積，（3）若改順流，兩流體出入口溫度同前，求（2）各值。解：（1）換熱器內(nèi)的熱流量為①—qc（T-T）=50x3817x（80-20）=1.145x107J/h或

①二 =3181W由熱量衡算公式得=391(kg/h)_ ① _1.145=391(kg/h)%—c(T1-T2)—4186(17-10)(2)480—20T17—10ATr-63-10AT=63-10=28.8Km63(2)480—20T17—10ATr-63-10AT=63-10=28.8Km63In—10…一A二上KAT3181 =0.194m2568x