食品工程原理思考题与习题.docx
- 文档编号:17185475
- 上传时间:2023-07-22
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:31.81KB
食品工程原理思考题与习题.docx
《食品工程原理思考题与习题.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《食品工程原理思考题与习题.docx(20页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
食品工程原理思考题与习题
食品工程原理思考题与习题
思考题与习题
绪论
一、填空
1同一台设备的设计可能有多种方案,通常要用来确定最终的方案。
2单元操作中常用的五个基本概念包括、、、和。
3奶粉的生产主要包括、、、、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、摩尔浓度表示。
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%,含盐量%,试计算原料黄油中含水量。
3将固形物含量为%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℃,离开预热器的温度为℃。
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。
初始接种物中含有%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含有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)。
1
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()流体称为理想流体。
2牛顿黏性定律表明,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,可能是(),也可能是(),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();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管路系统主要(),()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,降低; B.升高,升高; C.降低,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推导理想流体的柏努利方程。
2举例说明理想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×103Pa,设备安装地的大气压强为×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=,Z2=;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。
2
z2h
z1
习题2附图
3某设备进、出口的表压强分别为-13kPa和160kPa,当地大气压为kPa,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=、h2=1m、h3=、h4=。
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
pv汞
h5
h3h1h4h2
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℃,当地大气压为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,其垂直细支管用以排除输送管道内的少量积水。
已知压缩空气压强为50kPa。
试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。
pa 压缩空气h
mp′水paphm
习题7附图习题6附图
7贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油,油面高于槽底m,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,用套管式热交换器加热通过内管的果汁,已知内管为Φ×,外管为Φ6mm×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㎏/m3,流量为120㎏/h。
求果汁和饱和水蒸气的平均流速。
3
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m,流速为m/s,其压强所产生的水柱高为1m;截面2处的管内径为m。
忽略水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?
h1m水1
2
习题9附图
10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。
要求料液在管内以m/s的速度流动。
设料液在管内压头损失为m(不包括出口压头损失)。
高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?
hu2u1
21
习题10附图习题11附图
1220℃下水在50mm内径的直管中以m/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,若将管径增加一倍,体积流量和其他条件均不变,求平均流速为原来的多少倍?
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,包括管路入口阻力在内的吸水管路上总能量损失为∑hf=5J/kg,当地大气压强为×105Pa。
求该泵吸入口处的真空度。
4
5m2120m2130
习题16附习题15附图
习题17附图
16用泵输送某植物油,管道水平安装,其内径等于10mm,流量为m3/h,油的粘度为50黏度0-3Pa?
s,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。
求泵的轴功率。
18某饮料厂果汁在管中以层流流动,如果流量保持不变,问:
管长增加一倍;管径增加一倍;果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2。
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,只将管径减至原来的2/5,流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?
20用泵将密度为930kg/m3、黏度为4黏度mPa?
s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=MPa,pB=MPa,两点间的直管长度为25m,用管直径为Φ89×的无缝钢管,其间还有3个90°的弯头。
试估算该管路油的流量。
21用一台轴功率为的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为×105Pa的密闭高位槽,溶液密度为1150kg/m3、黏度为×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(不包括进口和出口的阻力),直管阻力系数为。
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成任务。
2 2
B
6m20mA
1 1
习题21附图习题20附图
习题23附图
22一台效率为的离心泵将果汁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×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,不包括管路进、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,当地大气压强为1×105Pa。
求泵的轴功率PZ。
23高位水槽底部接有一长度为30m、内径为20mm的钢管,
5
*?
?
Y1?
Y21N?
ln?
(1?
S)?
S?
*1?
S?
Y1?
Y1
?
X2?
Y11ln?
ln21?
S?
X11?
S?
Y1式中S--吸收因数,S?
L/MG,下标1和2分别表示塔底和塔顶。
12填料塔逆流吸收操作过程中,若相平衡关系符合Henry定律y?
mx,试推导:
NOG?
?
Y11ln''?
Y1?
mG/L2?
?
13一吸收塔于常压下操作.用清水吸收焦炉气中的氨。
焦炉气处理量为5000标准m3/h,
氨的浓度为10g/标准m3,要求氨的回收率不低于99%:
水的用量为最小用量的倍,焦炉气入塔温度为30℃,空塔气速为/s:
操作条件下的平衡关系为y=,气相体积吸收总系数为Kya=/(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在逆流操作的吸收塔中,于、25℃下用清水吸收混合气中的H2S,将其浓度2%降至%。
该系统符合亨利定律,亨利系数为×104kPa。
若取吸收剂用量为理论最小用量的倍,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,用清水逆流吸收氨-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,出塔气中含氨,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=,试求:
实际操作液气比与最小液气比的比值;传质单元数;
若将出塔气中的摩尔分数降为,其他操作条件不变,该塔是否合用?
吸收过程的设计型计算16流率为/(s·m2)的空气混合气中含氨体积分数为2%,拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。
塔顶淋入摩尔分数为的稀氨水溶液,设计采用的液气比为最小液气比的倍,操作范围内物系服从亨利定律y=,所用填料的总传质系数Kya=/(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某吸收塔用25mm×25mm的瓷环作填料.充填高度5m,塔径1m.用清水逆流吸收流量为2250m3/h的混合气。
混合气中含有丙酮体积分数为5%,塔顶逸出废气含丙酮体积分数降为%,塔底液体中每千克水带有60g丙酮。
操作在、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,用清水吸收空气-NH3混合物个的NH3。
混合空气中门NH3的分压为.经处理后,降为,入塔混合气的流量为1000kg/h,塔内操作条件为20℃,。
NH3-H2O系统的平衡关系为y=,试求:
26
(1)此塔中NH3的回收率为多大?
(2)当吸收利用量为最小用量的2倍时,吸收剂用量和溶液出口浓度各为多少?
19有一吸收塔填料曾高3m,20℃,下用清水逆流吸收混于空气中的氨,混合气体的质量流率为580kg/m2.h,含氨6%,吸收率为99%;水的质量流率为770kg/m2.h。
操作条件下平衡关系为y=,kya与气相质量流率的次方成正比,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能保持原来的吸收率:
操作压强增加一倍液体流量增加一倍气体流量增加一倍
20在一逆流填料吸收塔中,用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分。
已知入塔气体组成为(摩尔比),吸收剂用量为最小用量的倍,操作条件下气液平衡关系为Y=,溶质回收率为%,现要求将溶质回收率提高到%,试问溶剂用量应为原用量的多少倍?
假设该吸收过程为气膜控制。
27
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精馏装置主要包括(),()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理论塔板数的确定方法有两种,即( )和( )。
10精馏操作中塔板上汽液接触状态主要有()、()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,()。
28
A.Q>1; =1; C.QA.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,要完成一定的分离目的,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,表明该混合物().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=相应的泡点为t1,与之相平衡的汽相组成ya=,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利用温度-组成图说明精馏原理。
五、计算
1在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82℃,在该温度下,两组分的饱和蒸气压分别为pA=及pB=,取样得液面上方气相中组分A的摩尔分数为的。
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
t?
lgpB?
?
t式中,p的单位为kPa,t的单位为℃。
苯—甲苯混合液可视为理想液体。
3甲醇(A)-水(B)体系的蒸气压以及下的气液平衡数据如下表所示。
若将该混合液作为理想溶液,求其相对挥发度?
随组成x的变化,又按实测的x?
y关系求?
随x的变化,以上结果说明什么?
习题3附表t/℃0pA/kPa0pB/kPa 70758090100 29
x0 1y0 4苯—甲苯混合液初始组成为(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x=、气相组成y=,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,在下进行简单蒸馏,最终所得液相产物中易挥发组分的摩尔分数为。
试求:
(1)所得气相产物的量和平均组成;
(2)如改为平衡蒸馏,液相产物组成也为时,所得气相产物的量和组成(己知此体系为理想体系,相对挥发度为)
6在压强为下,正己院﹑正庚烷物系的平衡数据如下:
t/℃xy3036404650565800试求:
(1)正己烷组成为(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。
溶液处于什么状态?
各相的组成是多少?
(3)将溶液加热到什么温度才能全部汽化为饱和蒸气?
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y?
?
;提馏段操作线方程为y?
?
。
试求:
(1)此塔的操作回流比R和馏出液组成xD;
(2)饱和液体进料条件下的釜液组成xw。
8在常压连续精馏塔中,分离含甲酸为(摩尔分数)的甲酸—水混合液。
试求进料温度40℃时的q值。
已知进料泡点温度为℃。
操作条件下甲酸的汽化热为1055kJ/kg、比热容为/(kg﹒℃);水的汽化热为2320KJ/kg,比热容为/(kg·℃)。
9某连续精馏塔料液流量100kmo1/h,组成xF为,泡点加料,馏出液组成xD为,釜残液组成xW为(均为摩尔分数)。
试求:
(1)采取回流比为3时,精馏段与提馏段的气、液流量L与V和L?
与V?
;
(2)回流比增加为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。
要求馏出液含甲醇95%.釜液含甲醇不超过2%。
已知泡点回流,并选取回流比为,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:
y?
?
提馏段:
y?
?
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理想浴液。
已知原料组成为,要求塔顶产品组成为,塔釜残液组成为,操作回流比为,试绘出下列进料状况下的精馏段、提馏段操作线方程:
(1)Q=;
(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。
30
13在连续精馏塔中,已知精馏段操作线方程和Q线方程为
y?
?
(a)y(b)
试求:
进料热状态参数Q; 原料液组成xF;
精馏段操作线和提馏段操作线的交点坐标xq和yq
14含甲醇(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,要求馏出液的组成为。
塔底的相对挥发度为。
试求:
(1)产品量;
(2)残液中甲醇含量;
(3)塔内下往上数塔釜以上第一块理论板上液体组成。
15利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。
塔顶馏出液中含苯,塔底釜残液含苯〔以上均为摩尔分数),回流比为。
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,塔顶产品含甲醇,釜液含甲醇(均为摩尔分数)。
设计选用回流比为,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。
物系的相对挥发度为,塔顶不回流。
试求:
(1)欲得塔顶产物的组成为60%时所需的理论板数;
(2)在设计条件下塔板数不限,塔顶产物可能达到的最高含量xDmax。
19某两元混合物含易挥发组分(摩尔分率),用精馏方法加以分离,所用精馏塔具有8块理论板,加料板为第3块,塔顶设有全凝器,泡点回流,泡点进料。
在操作条件下,平衡关系如附图所示,要求塔顶组成为,轻组分回收率为90%。
试求:
为达到分离要求所需要的回流比为多少;
20用一常压连续精榴馏塔分离含苯的苯—甲苯混合液。
要求馏出液中含苯,釜液含苯(以上均为质量分数),原料流量为15000kg/h,操作回流比为,进料温度为25℃,加热蒸气压力为137kPa(表压),全塔效率为50%,塔的热损失可忽略不计,回流液为泡点液体。
求:
(1)所需实际板数和加料板位置;
31
(2)蒸馏釜的热负荷及加热蒸气用量;
(3)冷却水的进出口温度分别为27℃和37℃,求冷凝器的热负荷及冷却水用量。
21一连续精馏塔用以分离某双组分混合液。
两组分的相对挥发度为。
已知怕馏段操作线方程为y?
?
。
塔顶采用全冷凝器,冷凝液在饱和温度下回流入塔。
如果测得塔顶第一层塔板的板效率EmL,1=。
试确定离开塔顶第二层塔板的气相组成。
22用连续精馏塔分离某双组分混合液。
进料为饱和蒸气,其中两组分的摩尔数之比为1︰1,塔顶、塔底的产品量之也为1:
1。
现处理量为50kmol/h。
精馏段操作线方程为y?
?
。
试求:
(1)馏出液和釜液组成;
(2)精确段上升气量;(3)提馏段上升气量;(4)提馏段操作线方程式;
(5)如果平均相对挥发度加,塔顶第一层塔板的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 食品 工程 原理 思考题 习题
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)