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15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。

3 将固形物含量为7.08%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143.4℃，离开预热器的温度为138.8℃。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1.2%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2.9h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( )；<( )时为( )。 6 流体在管道中的流动阻力可分为( )和( )两类。 7 当流体在圆管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( )。

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 管路系统主要由( )，( )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15.5×103 Pa，设备安装地的大气压强为90.8×103 Pa，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=0.6m，Z2=1.8m；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

z2 h

z1

习题2附图

3 某设备进、出口的表压强分别为－13 kPa和160 kPa，当地大气压为101.3 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=2.2m、h2=1m、h3=2.3m、h4=1.3m。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

h3 h1 h4 h2

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13560 kg/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（水封管）用以排除输送管道内的少量积水。已知压缩空气压强为50 kPa（表压）。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

8.6 m p ′ 水 pa p h 0.6 m

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9.6 m，油面上方通大气，槽侧壁下部开有一个直径为500 mm的圆孔盖，其中心离槽底600 mm 。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Φ33.5mm×3.25mm，外管为Φ6mm×3.5mm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0.9635㎏/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0.1 m，流速为0.5 m/s，其压强所产生的水柱高为1m；截面2处的管内径为0.05 m。忽略水由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？

h 1m 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1.5 m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为2.2 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？

h u2 u1

2 1

习题10附图 习题11附图

12 20℃下水在50 mm 内径的直管中以3.6 m/s的流速流动，试判断其流动类型。

13 37℃下血液的运动黏度是水的5倍。现欲用水在内径为1 cm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 = 5 J/kg,当地大气压强为1.0133×105 Pa 。求该泵吸入口处的真空度。

4

5 m 2 1 20m 2 1 30

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0.576 m3/h，油的粘度为50黏度0-3 Pa?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由槽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20 m 。已知溶液密度为1200 kg/m3 ，溶液输送量为每小时30 m3 ,管路系统各种流动阻力之和 ∑hf = 36 J/kg ,该泵的效率为0.65 。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：（1）管长增加一倍；（2）管径增加一倍；（3）果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2（设密度变化极小）。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，由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930 kg/ 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=1.2 MPa，pB=1.12 MPa，两点间的直管长度为25m，用管直径为Φ89×3.5mm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7.5kw的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为0.2×105Pa的密闭高位槽（见右图），溶液密度为1150kg/m3、黏度为1.2×10-3Pa·s。管子直径为Φ108×4 mm、直管长度为70 m、各种管件的当量长度之和为100 m (不包括进口和出口的阻力)，直管阻力系数为0.026。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

6m 1.6m 20 m A

1 1

习题21附图 习题20附图

习题23附图

22 一台效率为0.65的离心泵将果汁由开口贮槽输送至蒸发器进行浓缩。已知果汁密度为1030 kg/m3，黏度为1.2×10-3Pa·s，蒸发器液面上蒸发空间的真空表读数为50 kPa ,果汁输送量为16 m3/h。进蒸发器的水平管中心线高于开口贮槽液面20 m ，管直径为Φ57mm×3 mm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0.02mm ，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（包括局部阻力的当量长度）、内径为20mm的钢管，

5

*??Y1?Y21N?ln?(1?S)?S? *1?S?Y1?Y1????

?X2?Y11ln?ln2 1?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1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为1.1m/s：操作条件下的平衡关系为y＝1.2X，气相体积吸收总系数为Kya＝0.0611kmol／(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101.3kPa、25℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。该系统符合亨利定律，亨利系数为5.52×104kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2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0.03（摩尔分数，下同），出塔气中含氨0.003，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=1.2x，试求： （1）实际操作液气比与最小液气比的比值； （2）传质单元数；

（3）若将出塔气中的摩尔分数降为0.002，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0.4kmol/(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0.0004的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的 1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x，所用填料的总传质系数Kya＝0.052kmo1/(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0.26％，塔底液体中每千克水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、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1333.21Pa．经处理后，降为133.32Pa，入塔混合气的流量为1000kg/h，塔内操作条件为 20℃，101.325kPa。NH3-H2O系统的平衡关系为y=2.74x，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℃，101.3kPa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%（体积分数），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=0.9x，kya与气相质量流率的0.7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（塔径不变，且假定不发生不正常的流动现象）： （1）操作压强增加一倍 （2）液体流量增加一倍 （3）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0.015(摩尔比)，吸收剂用量为最小用量的1.2倍，操作条件下气液平衡关系为Y＝0.8x，溶质回收率为98.3％，现要求将溶质回收率提高到99.5％，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。

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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B 2 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B 4 对于冷液体进料的精馏操作，( )。

28

A. Q>1； B.Q=1； C. Q<1 5 在精馏操作中，( )与进料状况有关。

A. 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B 6 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＝0.6相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成ya＝0.7，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＝107.6kPa及pB＝41.85kPa，取样得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95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0.4（摩尔分数）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

001206.35

t?220.241343.940 lgpB?60.78?t?219.580lgpA?6.032?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。（作为试差起点，100kPa和10kPa对应的泡点取为94.6℃和31.5℃）

3 甲醇(A)-水(B)体系的蒸气压以及101.3kPa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/kPa 0pB/kPa 064.5 101.3 24.5 70 123.3 31.2 75 149.6 38.5 80 180.4 47.3 90 252.6 70.1 100 349.8 101.3 29

x 0 0.02 0.06 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 0 0.1314 0.304 0.418 0.578 0.665 0.729 0.779 0.825 0.87 0.915 0.958 0.418 4 苯—甲苯混合液初始组成为0.5(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=0.41、气相组成y＝0.56，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0.4，在101.33kPa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0.30。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0.30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3.0)

6 在压强为101.3kPa下，正己院﹑正庚烷物系的平衡数据如下： t/℃ x y 30 1.0 1.0 36 0.715 0.856 40 0.524 0.776 46 0.374 0.624 50 0.214 0.449 56 0.091 0.228 58 0 0 试求：(1) 正己烷组成为0.5(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?0.75x?0.205；提馏段操作线方程为y?1.415x?0.041。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0.4(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75.3℃。操作条件下甲酸的汽化热为1055kJ/kg、比热容为2.68kJ/(kg﹒℃)；水的汽化热为2320 KJ/kg，比热容为4.19KJ/(kg·℃)。

9 某连续精馏塔料液流量100 kmo1/h，组成xF为0.4，泡点加料，馏出液组成xD为0.95，釜残液组成xW为0.03(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2.5，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?0.75x?0.205 提馏段：y?1.25x?0.020

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0.4，要求塔顶产品组成为0.95，塔釜残液组成为0.1（以上均为易挥发组分的摩尔分数），操作回流比为2.5，试绘出下列进料状况下的精馏段、提馏段操作线方程：

(1) Q=1.2；

(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?0.75?0.21 (a) y??0.5x?0.66 (b)

试求：（1）进料热状态参数Q； （2）原料液组成xF；

（3）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0.35(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0.93。塔底的相对挥发度为7.54。 试求：(1) 产品量；

(2) 残液中甲醇含量；

(3) 塔内由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)的料液于泡点由塔顶加入，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0.5。塔顶馏 出液中含苯0.9，塔底釜残液含苯0.1〔以上均为摩尔分数)，回流比为4.52。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0.35，塔 顶产品含甲醇0.95，釜液含甲醇0.04(均为摩尔分数)。设计选用回流比为1.5，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0.42（均为摩尔分数）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0.02。物系的相对挥发度为2.5，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0.4(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0.9，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0.4的苯—甲苯混合液。要求馏出液中含苯0.97，釜液含苯0.02(以上均为质量分数)，原料流量为15000kg/h，操作回流比为3.5，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；

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(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2.2l。已知怕馏段操作线方程为y?0.72x?0.25。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＝0.65。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?0.80x?0.15。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2.50，塔顶第一层塔板的板效率EmL,1＝0.60，离开塔顶第二层塔板的气相组成。

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第十一章 干燥

一 名词解释 1 湿空气的焓 2 相对湿度 3 露点

4 绝热饱和温度 5 湿球温度 6 平衡水分 7 干燥速率 8 自由水分

9 干燥的表面汽化控制 二 填空

1 相对湿度越( )，表示该空气偏离饱和程度越大，干燥推动力越( )。 2 在降速干燥过程中，其干燥为( )控制。

3 根据水分与固体物料间结合力的大小，可将其分为( )和( )。

4 湿空气的( )是不饱和蒸气在总压和湿度保持不变的情况下,而被冷却降温达到饱和状态时的( )。

5 物料的干燥过程一般包括( )，( )和( )三个阶段。

6 已知湿空气总压为101.3kN·m-3，温度为40℃，相对湿度为50%，已查出40℃时水的饱和蒸气压ps为7375N·m-3，则此湿空气的湿度H是( )kg水·kg-1绝干气，其焓是( )kJ·kg-1绝干气。

7 干燥操作中，干燥介质( )经预热器后湿度( )，温度( )。当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速对流干燥时，物料的表面温度等于( )温度。

8 湿空气经预热，相对湿度φ( )，对易龟裂物料，常采用( )方法来控制进干燥器的φ值。

9 在工业上湿物料一般都先用( )，( )或( )等机械方法去湿,然后再用干燥方法去湿而制成合格产品。

10 已知在ｔ＝50℃、p＝1atm时，空气中水蒸气分压pw＝55.3mmHg，则该空气的湿含量H＝( )；相对湿度φ＝( )。(50℃时,水的饱和蒸气压为92.51mmHg) 三 选择

1 对于不饱和湿空气，干球温度( )湿球温度( )露点温度。 A.<，<； B.>，>； C.=，= 2 在降速干燥过程中，物料( )。

A.表面水分汽化速度<内部扩散速度； B.表面温度>湿球温度； C.表面温度>干球温度. 3 在降速干燥过程中,被除去的水分主要是( )。

A.结合水分； B.非结合水分； C.孔隙中水分

4 将湿空气通过间壁式换热器预热后送入干燥室，是为了( )。

A.降低干燥介质的水分； B.降低干燥介质的相对湿度； C.增加空气的压强

5 空气温度为td，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，经一间接蒸气加热的预热器后，空气的温度为t1，湿度为H1，相对湿度为φ1，则( )。

A. H1＞Hd； B.φd＞φ1； C. H1＜Hd； D. φd＜φ1

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6 对于一定干球温度的空气，当其相对湿度越低时，其湿球温度：( )。

A.越高； B.越低； C. 不变； D. 不一定，尚与其它因素有关

7 空气温度为td，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，经一间接蒸气加热的预热器后，空气的温度为t1，湿度为H1，相对湿度为φ1，则( )

A.H1＞Hd； B.φd＞φ1； C.H1＜Hd； D.φd＜φ1

8 已知湿空气的下列哪两个参数，利用t-H图或H-I图，可以查得其他未知参数( )。 A. (tw，t)； B. (td，H)； C. (p，H)； D. (I，tw)

9 干燥器进口的温度计最小分度是 0.1℃，下面是同一温度时的几种记录，哪一种是正确的( )。

A. 75℃； B. 75.0℃； C. 75.014℃； D.74.98℃ 四 简答

1 简述对流传热原理。

2 热风干燥的基本原理是什么？

3 简述不同干燥阶段的特点及应采取的控制措施。 4 如何区分结合水分和非结合水分？

5 什么是湿空气的绝热饱和温度和湿球温度？两者有何关系。 6 简述湿空气的焓-湿图的构造。

7 试说明为什么在干燥过程中，湿空气作为干燥介质时，一般都经过预热才进入干燥器。简要说明对流干燥过程是一传热过程，又是一传质过程。 8 推导降速干燥时间的计算公式。 五 计算

1 试用计算法求出湿空气的总压为1bar，温度70℃，湿含量为0.053kg/kg干空气的湿空气的热含量、水蒸气分压、相对湿度、湿比容和露点。

2 已知湿空气的总压为101.3Kpa，相对湿度为70%，干球温度为293K，试求：（1）湿度；（2）露点；（3） 每小时将100kg干空气从293K升温至370K时所需要的热量。

3 湿物料从含水量为50%干燥至25%时，从1kg原湿物料中除去的水分量为湿物料从含水量2%干燥至1%(均为湿基含水量)的多少倍？

4 干球温度为30℃，湿球温度为20℃的空气，经过加热器温度升高到50℃后送入干燥室干燥物料。试求：1. 原湿空气的湿含量、焓和相对湿度；2. 空气离开加热器时的湿含量、焓和相对湿度。

5 干球温度为35℃，湿球温度为20℃，经加热器温度升高到90℃后送至干燥器内，离开时的相对湿度为80%。总压为一个大气压，假设干燥器无热损。试求：（1）原湿空气的湿含量和焓；（2）空气离开加热器时的湿含量和焓；（3）100m3的湿空气在加热过程中焓的变化；（4）空气离开干燥器时的湿含量和焓；（5）100m3原湿空气经干燥器后所获得的水分。 6 在恒定干燥条件下干燥某物料，当其湿含量由0.33kg/kg干料降至0.09kg/kg干料时，共用了2.52×104s。物料的临界湿含量为0.16kg/kg干料。试求在同样的情况下，将该物料从0.37kg/kg干料降至0.07kg/kg干料时所需要的时间。忽略物料预热阶段所用的时间，已知降速阶段的干燥曲线为直线，已知平衡含水量为0.05kg/kg干料。

7 在连续逆流干燥器中，用热空气干燥某种固体湿物料。已知空气状态为：进干燥器时空气湿度为0.01kg/kg干气，空气焓为120 KJ/kg干气；出干燥器时空气的温度为38℃。物料状况为：进、出干燥器时物料的含水量分别为0.04kg水/kg绝干料和0.002kg水/kg绝干料；进、出口温度分别为27℃和63℃。绝干物料流量为450kg绝干料/h，绝干物料比热容为1.465KJ/(kg·℃)。假设干燥器的热损失为5KW，水的比热容为4.187KJ/(kg·℃)，试求空气流量。

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8 一种粒状不溶性物料放在0.61m×0.61m的盘内进行干燥，物料厚度为25.4mm。干燥是在恒速阶段进行的，侧面和底部与空气隔绝。空气以3.05m/s的速度平行流过顶部的干燥表面，其干球温度是60℃，湿球温度是29.4℃。盘内共放有11.3kg干固物，湿物料的含水量为0.35kg水/kg干固物，在恒速干燥阶段要求干燥到含水量为0.22(干基)。1. 计算干燥速率与所需的干燥时间；2. 如果物料厚度增加到44.5mm，计算所需的干燥时间。(α=0.0204u0.8，W/m2·K) 9 在常压连续干燥器中，空气经120℃饱和蒸气预热后送入干燥器以干燥某种湿物料。已知空气状况为：进预热器前空气水分分压为1.175kPa，温度为15℃，进干燥器前的温度为90℃，出干燥器时为50℃。物料状况为：初始水分为0.15kg水/kg干料，出干燥器时为0.01kg水/kg干料，干燥器生产能力为250kg/h(按干燥产品计算)，预热器总传热系数为50W/(m2·℃)，干燥系统的热损可忽略。试求：（1）所需空气的流量；（2）预热器的传热面积。

10 在常压干燥器中，将某物料从含水量5%干燥到0.5%(均为湿基)。干燥器的生产能力为7200kg干物料/h。已知物料进口温度为25℃，出口温度为65℃，热空气进干燥器的温度为120℃,湿度为0.007kg水/kg干空气，出干燥器的温度为80℃，空气初温为20℃。干物料的比热容为1.8kJ/(kg·℃), 若不计热损失,试求干空气的耗量及空气离开干燥器时的温度。 11 有一干燥器，将湿物料的含水量从40%干燥至5%(均为湿基含水量)。干燥器的生产能力为430kg干物料/h.空气的干球温度为20℃，相对湿度为40%，经预热器加热至100℃后进入干燥器饱和至相对湿度为60%排出.若干燥为等焓过程，试求在不计热损失的条件下所需空气及预热器供应的热量。

12 用一转筒干燥器干燥某一滤渣产品，原料输入量为1000kg/h，原料湿基含水量为20%，离开干燥器的湿基含水量为6%。湿空气温度为30℃，相对湿度为80%，经蒸气加热至110℃后进入干燥器，离开时空气的温度为60℃，加热蒸气表压为100kPa，忽略热损失。试求：（1）产品流量；（2）空气耗量；（3）蒸气用量。

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第十二章 萃取

一、名词解释 1 萃取

2 超临界流体 3 超临界流体萃取 4 临界混溶点 二、填空

1 如图所示，点C代表的混合物中，溶质A的含量xA为( )，原溶剂B的含量xB为( )，溶剂S的含量xS为( )。点D所代表的混合物组成是xA为( )，xB为( )，xS为( )。

A

D

SBC

2 在A—B二元混合物M中，溶质A的质量分数为0.35。取M 50kg和35kg与B部分互溶的萃取溶剂S混合，达相平衡后，萃取液和萃余液中A的质量分数分别为0.25和0.1，萃取液的量为( )，萃余液的量为( )。

3超临界流体萃取根据采用的分离方法的不同，可以分为3种典型流程：( )，( )和( )。 4在超滤过程中，超滤膜对大分子溶质的截留作用主要是由于以下几个原因：①( )；②( )；③( )。 三、简答

1 什么是分配系数？什么是选择性系数？萃取操作中分配系数和选择性系数的意义是什么？

2对一定的物系， 辅助曲线是否只有一条？如何根据实验数据确定辅助曲线？如何根据辅助曲线确定两相平衡？

3试述超临界流体萃取的基本原理。 四、计算

1 单级浸取中，用50kg石油醚浸提40kg含油量为52%的花生，浸取为理想级，排出的底流N1=2.2，计算溢流量及其组成以及底流量。

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第十三章 膜分离

一、名词解释 1 反渗透 2 浓差极化

3 离子交换膜的交换容量 4 截留相对分子质量 二、填空

1在超滤过程中，超滤膜对大分子溶质的截留作用主要是由于以下几个原因：①( )；②( )；③( )。

2 电渗析时，阳离子交换膜只允许( )离子通过，而阴膜只允许( )离子通过。离子交换膜对离子的选择透过性主要来自于( )和( )。

3 反渗透膜由( )层和( )层组成，( )层决定了膜的分离性能，( )层只作为载体，不影响膜的分离性能。 三、简答

1 膜分离过程有哪些种类？它们各自的原理是什么？ 2 试比较超滤和反渗透操作的异同点。 3 超滤与常规过滤有哪些不同？

4 简述离子交换膜的选择性透过原理。

5 举例说明反渗透常与某些操作联合而组成一完整的分离工艺过程。 6 以分离NaCl水溶液为例，说明电渗析过程中的主要作用和次要作用。 四、计算

反渗透实验中，原液为25℃的NaCl水溶液，浓度为3.5kg/m3，密度为999.5kg/m3，渗透压为280kPa，反渗透压差为3.0MPa。所得透过液密度为997kg/m3，渗透压为8.10kPa。渗透率常数Kw=3.5×10-9kg/（Pa·m2·s），KS=2.5×10-7m/s。求水和NaCl透过膜的速率，溶质分离率和透过液的浓度。

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第十四章 食品工程原理的应用

1. 根据图0-1中乳粉的加工工艺以及工艺学等课程中学到的知识，讨论食品工程原理在乳

粉工程中的应用。

2. 根据前面章节所学的知识，结合火腿肠生产工艺，谈谈主要单元操作及其传递现象。

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