《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：是指單位時間內所傳遞的物質的量或能量。

2.雷諾準數：雷諾將〃、d、小2組合成一個復合數群。口值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泵后所獲得的能量。

4.分離因數:同一顆粒在同種介質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__和的函數。（壓力，溫度）

3.某設備的真空表讀數為200mmHg,則它的絕對壓強為mmHg。當地大氣壓強為101.33X10,Pa。

（560mmHg）

4.在靜止的同一種連續(xù)流體的內部，各截面上與之和為常數。（位能，靜壓能）

5.轉子流量計讀取方便，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，則摩擦阻力損失為原來的倍。

（1/16）

9.實際流體在直管內流過時，各截面上的總機械能守恒，因實際流體流動時有

（不，摩擦阻力）

10.任何的過程速率均與該過程的推可力成一比，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的底閥，底閥為o（逆止閥）

12.是為了防止固體物質進入泵內，損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。（濾網）

13.離心泵工作時流體流速與壓力的變化為：

流體被甩出后機械旋轉逐漸擴大的

常壓流體‘泵殼通道高壓流體

所造成的氣壓的決心力

（低速流體、高速流體）

14.泵的穩(wěn)定工作點應是特性曲線與特性曲線式M的交點。（管路，泵或H-qJ

15.產品樣本上離心泵的性能曲線是在一定的下，輸送時的性能曲線。

（轉速，20℃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，則泵提供的流量__,揚程。

（減少：增大）

17.根據操作目的（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、超速離心機是根據的大小劃分的。（分離因數）

19,某設備進、出口的表壓分別為-12kPa和157kPa,當地大氣壓為101.3kPa,試求此設備進、出口的

壓力差為多少Pa。（答：-169kPa）"=%—%=T2-157=-169kPa

三.選擇題

1.在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動中，流體流速與管道的截面積（A）關系。

A.反比B.正比C.不成比

2.當流體在園管內流動時，管中心流速最大，層流時的平均速度與管中心的最大流速的關系為（B）。

A.U—3/2UmaxB.U-1/2UmaxC.11—0.8llmax

3.湍流的特征有（C）。

A.流體分子作布朗運動中B.流體質點運動毫無規(guī)則，且不斷加速

C.流體質點在向前運動中，同葉有隨機方向的脈動D.流體分子作直線運動

4.微差壓計要求指示液的密度差（C）0

A,大B.中等C.小D.越大越好

5.水由敞口恒液位的高位槽通過一管道流向壓力恒定的反應器，當管道上的閥門開度減小后，其水流量、

摩擦系數、管道總阻力損失將分別處于（D）。

A.增大、減小、不變B.減小、增大、增大

C.增大、減小、減小D.減小、增大、不變

6.當不可壓縮理想流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動時，右管子直徑縮小的地方，其靜壓

力（A）o

A,不變B,增大C,減小D,不確定

7.水在內徑一定的圓管中穩(wěn)定流動，若水的質量流量保持恒定，當水溫度升高時，Re值將（C）。

A.變大B.變小C.不變D.不確定

8.層流與湍流的本質區(qū)別是（D）。

A.湍流流速大于層流流速B.流動阻力大的為湍流，流動阻力小的為層流

C.層流的雷諾數小于湍流的雷諾數D.層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動

9.在流體阻力實驗中，以水作工質所測得的直管摩擦阻力系數與雷諾數的關系不適用于（B）在直管中的

流動。

A.牛頓型流體B.非牛頓型流體C.酒精D.空氣

10.一臺試驗用離心泵，開動不久，泵入口處的真空度逐漸降低為零，泵出口處的壓力表也逐漸降低為

零，此時離心泵完全打不出水。發(fā)生故障的原因是（D）。

A.忘了灌水B.吸入管路堵塞C.壓出管路堵塞D.吸入管路漏氣

11.離心泵停止操作時，宜（A）。

A.先關出口閥后停電B.先停電后關出口閥

C,先關出口閥或先停電均可D.單級泵先停電，多級泵先關出口質

12.離心泵銘牌上標明的揚程是指（B）.

A.功率最大時的揚程B.效率最高時的揚程

C.泵的最大揚程D.最大流量時的揚程

13.泵安裝地點的海拔越高，其（C

A.大氣壓力就越高，允許吸上真空高度就越高

B.大氣壓力就越高，允許吸上真空高度就越小

C.大氣壓力就越低，允許吸上真空高度就越小

D.大氣壓力就越低，允許吸上真空高度就越大

14.噴射泵是利用流體流動時（A）的相互轉換來吸送流體。

A.動能和靜壓能B.動能和位能C,靜壓能和位能

15.在一定流量下，流體在并聯(lián)管路中作穩(wěn)定連續(xù)流動，當并聯(lián)管路數目愈多，則（C）。

A.流體阻力損失越大B.流體阻力損失越小

C.流體阻力損失與并聯(lián)管數無關

16.在法定計量單位制種，粘度的單位（D）o

A.cPB,PC.g/（cm,s）D.Pas

17.以下表達式中正確的是（B）。

A.過濾速率與過濾面積A成正比B.過濾速率與過濾面積平方A?成正比

C.過濾速率與所得濾液體積V成正比D.過濾速率與虛擬濾液體積Vc成反比

18沉降速度在斯托克斯區(qū)即層流區(qū)，說明（Ch

A.粘性阻力、形體阻力都起作用B.粘性阻力、形體阻力都不起作用

C粘性阻力起主要作用D.形體阻力起主要作用

四.問答題

1.離心泵與往復泵通常可采用哪些方式進行流量調節(jié)？

答：離心泵進行流量調節(jié)通常有三種方法，即改變閥門的開度，改變泵的轉速與切削葉輪調節(jié)。

往復泵流量調節(jié)通常采用改變電機轉速，調節(jié)活塞往復的次數，旁路調節(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：①由于灌液不夠或底閥、泵殼密封不嚴密而漏液.使泵內存有空

氣發(fā)生生緋現象；②底閥或吸入管路堵塞：②安裝高度過高（生蝕）：④電機接線不正確致使葉輪

反轉。

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：①壓力測量⑴U型管壓差計，⑵斜管壓差計，⑶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P=Po+Pg"可得液柱高度表示的公式為：力二匕包

Pg

4.雷諾準數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：ReW2000時，為層流；Re24000時，為湍流：Re在2000-4000為過渡流。

5.看圖解釋流體輸送適宜管徑選擇？

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，流也也越小，所需泵功率會越小，

動力費越小；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，應根據具體

的設計需要，選用總費用最有的管徑，即適宜管徑。

6.離心泵工作原理？

答：先將泵殼內灌滿被輸送的液體。啟動泵軸帶動葉輪旋轉，葉片之間的液體隨葉輪一起旋轉，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，大部分動能轉變?yōu)殪o壓能Q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，泵殼的吸入口就矽成了一定的真空，外面的大

氣壓力迫使液體經底閥吸入管進入泵內，填補了液體排出后的空間。這樣，只要葉輪旋轉不停，液體就源

源不斷地被吸入與排出。

7.離心泵“氣縛”現象？

答：離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內存在空氣。由于空氣密度很小，所產生的離心力也很小。

此時，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內。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，過一段時間才會轉清？

答：當懸浮液中顆粒含量較多（體積〉1%）、顆粒尺寸比過濾介質孔徑小時，過濾開始會有部分顆粒迸

入過濾介質孔道里，迅速發(fā)生“架橋現象也會有少量顆粒穿過過濾介質而與濾液一起流走6隨著濾渣的逐

漸堆積，過濾介質上面會形成濾餅房。此后，濾餅層就成為有效的過濾介質而得到澄清的濾液。

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部冷、熱部分的密度不同而引起妁。

3.熱通量：單位時間、單位面積所傳遞的熱量6或熱流量與傳熱面積之比6

4.錯流：參與換熱的兩流體在傳熱面的兩側分別彼此呈垂直方向流動6

5.熱交換；兩個溫度不同的物體由于傳熱，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。

?.制冷因數￡:制冷量與所耗外功之比。

8.載冷劑（冷媒卜用于將制冷系統(tǒng)產生的冷量傳給被冷卻物體的中間介質。

9.凍結速率：凍結始溫和凍結終溫之差與凍結時間比值。

10.凍結速度：食品表面到中心間的最短距離與達到10℃后中心溫度降到冰點所需時間之比。

二.填空題

1.牛頓冷卻定律的表達式為，對流傳熱系數a的單位是。｛Q=aAAt,W/m2-K）

2.傅立葉定律是單位時間內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.寫出換熱基本方程;（Q=K4小）

4.當換熱器的傳熱量及總傳熱系數一定時，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200C,出口溫度120C,冷氣體進口溫度50C,兩

氣體物性數據可視為相同，不計熱損失時，冷氣體出口溫度為C。（130℃）

6.冷熱水通過間壁換熱器換熱，熱水進口溫度為鞏）℃,出口溫度為50C,冷水進口溫度為15℃,出口溫

度為53℃,冷熱水的流量相同，則熱損失占傳熱量的%。（5%）

7.總傳熱系數K值有三個來源：、和計算。（選取經驗值、實驗測定K值）

8.熱源溫度愈低，冷源溫度愈高，制冷因數越o（大）

9.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o（-18℃）

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。（單位時間）

12若流體內部有溫度差存在：當有動傳時必有。（熱傳）

三.選擇題

1.熱量傳遞的基本方式是（D）。

A.恒溫傳熱和穩(wěn)態(tài)變溫傳熱；B.導熱給熱和熱交換；

C.氣化、冷凝與冷卻；D.傳導傳熱、對流傳熱與輻射傳熱

2.穿過三層平壁的穩(wěn)定導熱過程，各層界面間接觸均勻，第一層兩側溫度120C和80C,第三層外表面溫

度為40℃,則第一層熱阻Ri和第二、三層熱阻R?、R?的大小為（C）。

A.R1>（R2+ROB.RI<（R2+R3）CR|=（R2+R3）D.無法比較

3.對流傳熱流量二系數x推動力，其中推動力是（B）.

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

4,雙層平壁定態(tài)熱傳導，兩層壁厚相同，各層的導熱系數分別為心和入2,其對應的溫度差為△「和AT?,

若AT|>AT2,則笛和九2的關系為（B

A.X|>X2B.X）<X2C.X|=X2D.無法確定

5.對一臺正在工作的列管式換熱器，已知ai=116w/m2.K,?2=11600w/m2.K,要提高傳熱系數（K）,

最簡單有效的途徑是（A）o

A.設法增大cuB.設法增大tx2C.同時增大tn和a2

6.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℃,方案II是令冷卻水終溫為35℃,則（C）。

A.用水量W|>W2,所需傳熱面積AI=A2B.用水量W|<W2,所需傳熱面積AI>A2

C用水量Wi>W2,所需傳熱面積A1VA2D.用水量Wi=W2,所需傳熱面積AI<A2

7.低溫（深度）冷凍是指在（D）。

A.O'C以下的B.-l8t以下的C.-100℃以上的D「10（rC以下的

8.衡量制冷機工作的標準是（A）。

A.制冷因數B.制冷劑C.制冷量

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，而空調制冷裝置卻安放在房間的上部？

答：1般房間室內換熱通常用自然對流給熱方式，而自然對流給熱的效果與換熱面的位置有關。采暖時

由于熱空%的氣體受熱后體積膨脹且密度減小。因此熱空％向加熱面上方流動：同時冷空戈因密度大于熱空

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生較強的自然對流，從而增加對流給熱效果。

同理，空調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.影響對流傳熱系數的主要因素？

答：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化。有相變化時對流傳熱系數比無相

變化時大的多；

②流體的物理性質：影響較大的物性有密度p、比熱Cp、導熱系數鼠粘度u等：

③流體的流運狀況：層流、過波流或湍流；自然對流，強制對流；

④傳熱表面的形狀、位置及大小：如管、板、管束、管徑、管長、管子排列方式、垂直放置或水平

放置等。

4?簡述食品冷凍機埋？

各；①在0℃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？

岸：熱流體流過管道時，在湍流主體中，流體劇烈擾動，形成漩渦，使質點強烈混合而交換熱量，溫度較

均勻，幾乎不存在溫度悌度；但在緊靠管嬖，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，

熱量傳遞以導熱方式進行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導熱系藪很小，故熱阻絲要集中層流底

層內。對管內層流流動，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

質點的對流，比較復雜。

6.換熱器的散熱損失是如何產生的？應如何來減少此熱損失？

等：由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外里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）

導熱系數較小的絕熱材料（或不同的兩種導熱系數較小的絕熱材料），使傳熱機阻增大，外壁面溫度降低，從

而減小了散熱損失。

第三部分質量傳遞（干燥、傳質、蒸儲、萃取、膜分離）

一.名詞解釋

1.質量傳遞：因濃度差而產生的擴散作用形成相內和相間的物質傳遞過程。

2.介電加熱干燥：是將要干燥的物料置于高頻電場內，由于高頻電場的交變作用使物料加熱而達到干燥

的目的。

3,臨界含水量；物料干燥達臨界點時的物料含水量。

4.比愴；濕空氣的焰為千空氣的始和水汽的給之和。或稱濕空氣的熱含量。

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部擴散的速率9

6.分子擴散：單相內存在組分的化學勢差，由分子運劫而引起的質量傳遞。

7.費克定律：單位時間通過單位面積物質的爐散量與濃度梯度成正比。

&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)性城，同時還保留氣體性能。

10.萃取：使溶劑與物料充分接觸，將物料中的細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,相對濕度中；中越，空氣吸濕的能力越強，越干燥，（小）

2.物料的干燥過程是屬于和相結合的過程。（傳熱、傳質）

3.干燥操作中，不飽和濕空氣經預熱器后濕度,溫度o（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。（黏度、擴散系數）

6.介于超濾和反滲透之間一種膜分離技術。（納渡）

?,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.精憎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.在濕空氣的焰-濕圖中,線以下的區(qū)域對干燥操作無意義。（飽和空氣）

12.超臨界流體的密度接近于狀態(tài)。（液體）

三.選擇題

1.當物料含水量x大于臨界含水量初時，屬（D）。

A.干燥速率為零B.內部擴散控制

C.降速干燥階段D.恒速干燥階段

2.由濕球溫度方程可知濕球溫度幾為（B）。

A.干球溫度、露點的函數B.千球溫度、濕度的函數

C.濕球溫度、濕度的函數D.濕球溫度、露點的函數

3.對于一定干球溫度的空氣，當其相對濕度愈低時，其濕球溫度（C）.

A.愈高B.不變C.愈低D.不一定，尚與其它因素有關

4.在一定溫度下，物料的結合水與非結合水的劃分，取決于（A）0

A.物料的性質B,空氣的狀態(tài)

C,空氣的狀態(tài)和物料的性質共同決定D,與影響因素有關

5.在熠濕圖上，己知濕空氣的下列哪兩個參數，可以查得其它未知參數（A）。

A.（H,T）B.（乃，H）C.（pv,H）D.（/?,TJ

6.蒸鐳操作屬于（B）

A.傳熱B.傳熱加傳質C.傳質

7.超臨界萃取時的傳質速率（A）其處于液態(tài)下的溶劑萃取速率。

A.大于：B.小于：C.等于。

8?超濾是利用孔徑（C）的超濾膜來過濾含有大分子物質或微細粒子的溶液，使大分子物質或微細粒從溶

液中分離出來。

A.lOOgm；B.0.02~10|im；C.0.001-0.02M1。

9.傳質過程的阻力是（A工A.打散阻力B.熱阻C.磨擦阻力

四.問答題

L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？

客：對于飽和的濕空氣T=Tw=Td：

對于不飽和的濕空氣TAT,>Td.

2.測定濕球溫度時，當水的溫度不同時，對測量結果有無影響？為什么？

各：無影響。若水溫等于空氣球溫度時，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，為什么說干燥介質一濕空氣既是載熱體又是載濕體？

客：引物料中水分汽化需要熱量，此熱量由空氣供給，而汽化的水汽又要素空氣帶走（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

是載溫體。

4.簡要說明對流干燥過程是??傳熱過程，又是一傳質過程？

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過程。

5.如何強化干燥過程？

答：強化干堞過程要依據干煤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：增大熱空生的流速：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（變小）、厚度（減薄）或將物料充分分散于氣流中來增大

其汽、固兩相的接觸面積或加強攪拌等措施來提高干燥速率。

6.濕物料經干燥后達不到產品含水量的要求（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水量要求，可適當提高熱空氣的溫度或降低其濕度，或采用加大氣流速

度等措施來強化干燃過程，使物料含水量達到要求。

若在降速干煤階段達不到含水量要求，則應想法改變汽、固兩相接觸方式，如加強物料層攪拌或改變物

料的大小（變小、減萍）等來達到。當然延長干燥時間也是解決方法之一，但這不是好方法，因為這樣做會

使產量減小g

7.對萃取法與蒸儲法提取應用特點進行比較？

答：①萃取法用于混合物中各組分沸點接近或形成恒沸物，用一般蒸惚法不能分禺或很不經濟；

②萃取法用于溶質的濃度很低且為難揮發(fā)組分，用蒸錨法所消耗的熱量很大；

③萃取法可用于熱敏性混合物的分離，用蒸儻法易受熱破壞。

8.對萃取法與蒸鋪法二者進行比較？

答：都是傳質過程，蒸餡法適用于液體，萃取法適用于液體和固體。

①蒸饋法：分離液體混合物，是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各級分在相同的壓力、溫度下，其

揮發(fā)性能不同（或沛點不同）來實現分離目的。

或者說利用液體混合物各組份沸點（或揮發(fā)度）不同，將物質多次部分氣化與部分冷凝，從而使液體混

合物分離與提純的過程。

②萃取法：使溶劑與物料充分接觸，將物料中的組分溶出并與物料分離的過程6

或者說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0

第四部分計算題

1.［緒論習題?2］將固形物含量為14%的碎果在混合器中與糖和果膠混合，質量比例為碎果：糖：果膠二1：

1.22：0.0025.然后將混合物蒸發(fā)得固形物含量67%的果醬6對1000kg的碎果進料，可得多少果醬，蒸出水

多少千克。（答；果醬2033.58kg和蒸出水188.92kg）

解；加入的總物料質量為；

加果十加獨+=1000X1+1000X1.22+1000X0.0025

=1000+1220+2.5=2222.5（kg）

設混合蒸發(fā)后得到的果醬為加醬（山，蒸出的水分為W（kg）,則

總物料衡算：加%+W=2222.5

固形物衡算：x67%=1000x0.14+1220+2.5

%二2033.58（kg）W=］88.92（kg）

答：可得果醬2033.58kg和蒸出水188.92kg.

2.［習題1?4］某一套管換熱器，其內管為633.5、3.25!11111外管為660'3.511111】。內管流過密度為1150kg/m3,流量

為50OOkg/h鹽水。管隙間流壓力（絕壓）為0.5MPa,平均溫度為0七，流量為160kg/h的氣體。標準狀態(tài)下氣

體密度為L2kg/m3,試求液體和氣體的流速分別為若干m/s?（答：U=2.11m/5；U=5.69m/s）

解：d內=33.5—3.25x2=27mm.d外=60—3.5x2=53mm；

對液體：心R一乂5。。。/嚶二Z1MS,

4加內71150x^x0.0272

對氣體：八=與082二四出空二5.92kg.m3,

Po441.01325X105

4二A外一4=(［外2—DJ)=^(0.0532-0.03352)=1.32xl03m2

160/3600

=5.69m-s-1

1.32x10-3x5.92

鹽水一^

氣體

答:液體流速為2.11m/s,氣體流速為5.69m/sm。

34習題1?9］已知水在管中流動。在截面1處的流速為0.5m/s。管內徑為0.2m,由于水的壓力產生水柱高為1m：

在截面2處管內徑為0.1m。試計算在截面1、2處產生水柱高度差h為多少？（忽略水由1到2處的能量損失）

（答：0.191m）

解;

對截面1與截面2列伯努利方程:

22

?..Py_?2ft

---1--------1---

2gpg2gpg

99

―一4_〃2二〃「

=pg2g

222

,,APP}-P2u^u}2-0.5niQ1

pgPg2g2x9.8

答：水柱高度差h為0.191m。

3

4.［例題］水在20C時的物理性質g=1.005x10-3Pa.s,p=998.2kg/m以27m3/h的流量流過規(guī)格為（|）88.5x4mm,

長度為100m的鋼管，判定水的流型？若;.=0.0261,求所產生的阻力損失。（答；為湍流，阻力損失35J/kg.,

或壓頭損失3.57m,或壓力損失l.34xlO，Pa）

解;①先判定流型:管內徑d=88,5—4x2=80,5mm=0Q805m

q27/3600一，

u=—v=------------r=1.47m/s

A0.785x0.08052

「dup0.0805xl.47x998.2..八八八....

Re=---=------------------=1.18ox110a5Re>4000,為海流

"1.005x10-3

4=0.026建處苴

②"/=A—35J/kg

d20.0805x2

I2

100x1.47

或4=2--=0.0261x=3.57用

f

d2g0.0805x2x9.81

oog2x1472

：0.0261x=13397.58Pa=1.34x104Pa

或尸f=phf=X———=

,"d20.0805x2

答：為湍流，阻力損失35J/kg.

在圖示裝置中，出水管直徑為（|）57x3.5mm。當閥門全閉時，壓力表讀數為30.4kPa,而在閥門開啟后,

壓力表讀數降至20.3kPa,設總壓頭損失為0.5m（水柱），求水的流量為若干m3/h?（答：22.8m3/h）

解：取水面為0—0'截面，壓力表處為1—1'截面，以壓力表管中心線為基港面6故4=0,4=0。

當閥門全關閉時：P.=30.4kPa,

由流體靜力學原理得：

Z（）g+媼=Z]g+二

pP

s

7P,30.4x10一

=>Zo=—=---------=3.1m

pg1000x9.8

當閥門打開后，在0-0'截面與1-1'截面間列伯努利方程：

Z-I------------1----------=Z.-------------1------------h

（l圖2g'能2gf'

式中“0=0,耳=20.3kPa,hf=0.5m水柱,

-1

=>?1=3.22m-s?

2〃（57-3.5x2）一｝3.22乂362.8m3,h'

qv=Au1=—dul=0G=2

44

答；水的流量為22.8n?/h

6.[2]某離心泵以159的水進行性能試驗，體積流量為540m泵出口壓力表的讀數為350kpa,泵入口真

空表的讀數為30kpa。若壓力表和真空表測壓截面間的垂直距離為350mm,吸入管和壓出管內徑分別為

350mm和310mm,試求泵的揚程。（答；39.2m）

33-1

解：qv=540mh'=0.15ms,

_q_4x0.15

v=1.99ms~

%-A2—3（0.31）2

qv4x0.15

i/i=—=-----:------77=1.56m?s

A尸乂（0.35），

2222

JJ.JJ“0—%.P\P?%一"l

H=ho+H\+HT?J+--------=%+—+—+--------

2g傀傀2g

八方350x630xl031.992-1.562的。

=0.35+---------+---------+-------------=39.2m。

1000x9.81000x9.82x9.8

答：泵的揚程.39.2m

7.［2?3］某離心泵的額定流量為16.8nP/h,揚程為18m°試問此泵是否能將密度為1060kg/m3,流量為15m3/h

的流體的液體,從敞口貯槽向上輸送到表壓為30kPa的設備中，敞口貯槽與高位設備的液位的垂直距離為8.5

m0已知管路的管徑為075,5mmX3.75mm,管長為124m（包括直管長度與所有管件的當量長度），摩擦

因數為0.03。（答；此泵可用）

4x15

解：u=—=1.15m'S-1

Anx(0.0755-0.00375x2)2x3600

2

Iuoc30x103124115

H=AZ+—+2----=8.5+—：-----+0.03-------:—=15.1m<18m

Pg1060x9.80.0682x9.8

答：離心泵的送液能力和揚程都大于管路系統(tǒng)所要求的，故此泵可用。

8.［緒論習題?4］在空氣預熱器中用蒸汽將流量1000kg/h,30P的空氣預熱至66七，空氣的平均比熱容

Cp=\mj/ksK,所用加熱蒸汽溫度143,4℃,離開預熱器的冷凝水溫度138,8*0（比給分別為；

h=2742.1U/^;h2=583.76U/^）o求蒸汽消耗量。（答:蒸汽消耗量1676kg/h.）

解:力=30℃和J=66。。間空氣的平均比熱容；g=L005kJ/kg-K

工=143.4。。,篤=138.8。。的水蒸氣比烯h=2742.1U/^;h2=583.76k//依

在無損失時，熱媒體的放熱速率應等于冷流體的吸熱速率，即：

心仙-色）=心￡*-八）

_夕加C/cL一'J_1000xL0Q5x(66—30)

=16.76依/力

九一也2742.1-583.76

答:蒸汽消耗量16.76kg/h.

9.［例題］某冷庫壁內外層嵇壁厚各為12m,中間夾層填以絕熱材料厚10cm。磚的導熱系數為0.7V/（mK）,絕

熱材料導熱系數0.04W/（成）。墻的外表面溫度為IOC,內表面溫度為-5?c。試求進入冷庫的熱流密度及絕

緣材料與磚墻兩接觸面的溫度。（答：與穆墻兩接觸面的溫度分別為9.1C和Y.1C.）

解：已知1戶10℃,14=5cb產b3uO.i2m.b2三0.10mA產Q=0.70W/（m-K）,X2=0.04W/（m-K）

h一口

Q=瑞能527

豆+豆+T

0/700040/70

44A）

-QA0-5.27X—=9.1℃

=Z,4=)0.70

/3=/.-!2—=9.1-5.27x—=^.1℃

32=0.04

答;該冷庫壁的溫度降主要在絕熱材料層發(fā)生，與磚培兩接觸面的溫度分別為91℃和41℃。

10.【例題1在機0X3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導熱系數入=0.07W/

外層為20nlm的石棉層，其平均導熱系數入=0.15\W現用熱電偶測得管內壁的溫度為500。，

最外層表面溫度為80℃,管壁的導熱系數入=45W/（m?K）。試求每米管長的熱損失及保溫層界面的溫度。（答：

熱損失191W/m,保溫層界面的溫度132匕）

解：已知4=（0.060—2x0.0035）-2=0.0265〃?，“=0.0265+0.0035=0.03w

4=0.03+0.04=0.07rthr4=0.07+0.02=0.09/77

1.每米管長的熱損失

2-2珀-4)

L'1m豆+_LJ+_L$

2x3.14x(500-80)

一麗一

-In-----+----In----+----In-

450.02650.070.030.150.07

2.保溫層界面溫度匕

,2珀-3)

2x3.14x(500-幻

"114_L11G

1,0,031,0.07

—In—+—In—In-----+----In—

444為450.02650.070.03

解得：青132c

答；保溫層界面溫度132℃。

11.［例5?7］現用一列管式換熱器加熱原油，原油在管外流動，進口溫度為IQO'C,出口溫度為160C;某反應

物在管內流動，進口溫度為250V,出口溫度為180C。試分別計算并流與逆流時的平均溫度差。

（答:△器并二65七，△上圖出七）

初科,A_(250-100)-(180-160)_150-20

解；升沆△&=---——=------------------------=--------=65℃

150

In色111252d00in

AG180-16020

△八一46_(250[60)(180100)_90-80

逆流Az,?=85℃

1擋m90

M180-10080

答;逆流時的平均溫度差85°C比并流時65°C大°

12.［例5-8］用刮板式換熱器冷卻蘋果醬，蘋果醬質量流量為50kg/h,比熱容為3187J/kgK,進口溫度為80七,

出口溫度為20七。套管環(huán)隙逆流通冷水，比熱容為4186J/kgK,入口溫度為10*0,出口溫度為17七。傳熱系

數K為56編/10配。求需要的冷卻水流量；與并流進行換熱平均溫差及換熱面積比較。（答：冷卻水流量326kg/h;

逆流=28.8*0,換熱面積0.162/；/￡/21.3七，換熱面積0.22/）

解：1.先求傳熱量：

。二夕加￡力（「4）

=50x3187x(80-20)=9.56xl06J//z=2660W

9.56x10°

冷卻水流量：?“=:=326kg/h

c“（A工）4186(17-10)

2.逆流時熱流體K80~20

冷流體h17To

At.v：6310

(80-17)-(20-10)63-10

28.8°C或K

.80-17m63

In

20-10io

2660

A」=0.16調

KMm568x28.8

3.并流時熱流體A80-20

冷流體-10,17

A鐮703

(80-10)-(20-17)70-3

=21.3°C或K

.80-10,70

InIn

20-173

_Q_2660

A=0.220m2

一^^一568x21.3

答；冷卻水流量326kg/h;逆流△tm=28,8°C,換熱面枳0/62m2;并流△im=2L3°C,換熱面枳0,220?

逆流比并流時的平均溫度差大，所需換熱面積較小。

13.［例7?2］有一連續(xù)干燥器，要求將1200kg/h濕基含水量為10%的濕物料減至2%。干燥介質為空氣，進入干

燥器時濕含量0.008打，離開干燥器0.05kg〃kg干空氣。求：⑴水分蒸發(fā)fi：肌⑵空氣消耗量￡；（3）

干燥產品量。（答：水分蒸發(fā)量98kg/h,干燥空氣用量2330kgd/h,干燥產品量1100kg/h）

解：（1）水分蒸發(fā)量力

卬［■叱0.10-0.02

W=G.———-=1200x---------=98kg/h

1

\-w21-0.02

（2）干燥空氣用量Z

UZ

L=---=—————=2.33x10,依/人

H2-H.0.05-0.008"

（3）干燥產品量&

G,=Gf^^-=1200x1^2=1.lOxltf^//?

-“-叫1-0.02

答：水分蒸發(fā)量98kg/h,干燥空氣用量2330kgd/h,干燥產品量1100kg/h

14.［9?9］常壓下，空氣在溫庵為2