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

该管末端分接两个处于同一水平面的支管，支管直径与总管相同，各支管均装有一相同的球阀（ζ=6.4），因支管很短，除球阀的局部阻力外，其他阻力可以忽略。高位槽水位恒定，水面与支管出口的垂直距离为6m 。试求开一个阀门和同时开两个阀门管路系统的流量。

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第二章 流体输送机械

一、名词解释 1 离心泵的气蚀现象 2 泵的工作点

3 离心泵的安装高度

4 离心泵的切割定律和比例定律 二、填空

1 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的( )下，输送( )时的性能曲线。 2 离心泵的实际工作压头和流量不仅与( )的特性曲线有关，还与( )的特性曲线有关。

3 离心泵压头的大小取决于( )、( )和( )。 4 离心泵的工作点由( )曲线和( )曲线共同决定。

5 为防止发生( )现象，泵的安装高度不能太高，可采取( )，( )等措施提高泵的安装高度。

6 管路系统主要由( )，( )和( )等组成。

7 泵的内部损失主要由( )，( )和( )引起。 三、选择

1 离心泵铭牌上标明的扬程是指( )。

A. 功率最大时的扬程 B. 最大流量时的扬程 C. 泵的最大扬程 D. 效率最高时的扬程

2 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )

A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 3 两台相同的泵串联工作时，其压头( )一台泵单独工作时的两倍。

A. > B. < C. =

4 正位移泵的流量与( )有关。

A. 泵的转速与结构 B. 管路阻力 C. 泵的压头 5 离心泵的压头、流量均与流体的( )无关。

A. 黏度 B黏度密度 C. 温度

6 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 7 余隙系数越大，压缩比越大，则容积系数( )。

A. 越小 B. 越大 C. 不变

8 正位移泵的压头与( )有关。

A. 泵的转速 B. 管路阻力 C. 流量 四、简答

1 离心泵发生气蚀现象的原因是什么？危害是什么？应如何防止？ 2 根据离心泵的特性曲线图说明用其出口阀门调节管路流量的原理。 3 简述实际流体柏努利方程的物理意义。 4 简述离心泵的结构和工作原理。

5 简述用旁路阀调节往复泵流量的原理。

7

五、计算

1 已知离心泵吸入管内径为100mm，吸入管路总压头损失为12u2/2g（u为吸管内水的流速，m/s），泵入口处真空表读数为45.33kPa。试求吸水管内的流量（m3/h）。已知水的密度为103m3/kg。

2 用泵将密度为1.15g/cm3的盐水，以0.0056m3/min的流量由一敞口大原料贮槽送敞口高位槽中，管道出口比原料贮槽的液面高23m，吸入管内径为90mm，泵出口管内径为52.5mm。假如管路系统的摩擦损失为53.8J/kg，泵的效率为70%，试计算泵的扬程和功率。 3 用泵将82.2℃的热水以0.379m3/min的流量从一出口贮槽中吸上来，泵的入口管为内径50.8mm，长6.1m的40号钢管，有三个弯头。水从泵中流出来后经过一长61m，内径50.8mm的带两个弯头的管段后再排到大气中，排出口比贮槽的液面高6.1m。（1）计算总摩擦损失；（2）计算泵所作的的功；3.泵的有效功率。

4 用泵降体积流量为0.5m3/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。假如罐的压力保持在600kPa的表压下，试求泵的能量。忽略管道阻力。

8

第三章 非均相物系的分离

一、名词解释 1 非均相物系 2 临界粒径 3 重力沉降 4 离心沉降 5 沉降速度 6 过滤速率 二、填空

1 滤饼过滤有（ ）和（ ）两种典型的操作方式。在实际操作中常用（ ）的操作方式。

2 沉降室应做成（ ）形或在室内设置（ ）。 3 沉降室的生产能力与（ ）和（ ）有关。 4 除尘系统可以由（ ）、（ ）和（ ）组成。

5 在除尘系统中，含尘气体可先在（ ）中除去较大尘粒，然后在（ ）中除去大部分尘粒。

6 过滤有( )和( )两种基本方式。

7 板框过滤机的工作过程主要有( )，( )和( )等。

8 滤饼过滤开始后会迅速发生( )现象。在滤饼过滤中，真正起过滤作用的是( )。 9 滤饼阻力的大小主要取决于(过滤介质)及其( )。 10 非均相物系的分离遵循（ ）的基本规律。 三、选择

1 在相同条件下,板框过滤机的洗涤速率为终了过滤速率的( )。 A.1/2；B.1/3；C.1/4

2 对于可压缩性滤饼,其压缩系数为( )。 A.s=0；B.s<1；C.s>1

3 过滤的推动力为( )。 A.浓度差；B.温度差；C.压力差

4 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表逐渐上升，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )。

A. 忘了灌水；B. 吸入管路堵塞；C. 压出管路堵塞；D. 吸入管路漏气 四、简答

1 简述旋风分离器的结构和设计原理。

2 简述影响重力沉降的因素(以斯托克斯区为例)。

3 设计一个含尘气体的分离系统，并简述各个设备的作用。 4 简述降尘室的结构和设计原理。

5 根据过滤基本方程，简述影响过滤的因素。 6 简述板框压滤机的工作过程。

7 设洗水的粘度和温度黏度液相同,试证明洗涤速率是最后过滤速率的1/4。 8 简述先恒速后恒压过滤的特点。 9 简述用试验法求过滤常数的方法。

9

五、计算

1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。已知20℃时空气的密度为1.205kg/m3，黏度为1.81×10-5Pa?s，水的黏度为1.5×10-3Pa?s。 2某悬浮液中固相密度为2930kg/m3，其湿饼密度为1930kg/m3，悬浮液中固相颗粒的质量分率为25g/升水。该悬浮液于400mm汞柱的真空度下用小型转筒真空过滤机做试验，测得过滤常数K=5.15×10-6m2/s。现用一直径为1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机生产。操作压力于试验相同，转速为1r/min，浸没角为125.5°，滤布阻力可忽略，滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力和滤饼的厚度。

3已知含尘气体中尘粒的密度为2000kg/m3。气体温度为375K，黏度为0.6cP，密度为0.46kg/m3。现用一标准型旋风分离器分离其中的尘粒，分离器的尺寸为D=400mm，h=D/2，B=D/4。含尘气体在进入排气管以前在分离器内旋转的圈数为N=5，气体流量Q=1000m3/h。试计算其临界粒径。

4预用沉降室净化温度为20℃流量为250m3/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要求净化后的空气不含有直径大于10μm的尘粒，试求所需净化面积为多大?若沉降室低面的宽为2m，长5m，室内需要设多少块隔板?已知20℃时，空气黏度为1.81×10-5Pa?s。

5若分别采取下列各项措施,试分析真空转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。（1）转筒尺寸按比例增大1倍；（2）转筒浸没度增大1倍；（3）操作真空度增大1倍；4.转速增大1倍。

6用单碟片的碟式离心机澄清含有颗粒的黏性液体，颗粒密度为1461kg/m3，溶液的密度为801kg/m，黏度为10P，离心机转筒的r2=0.02225m，r1=0.00716m，碟片的半锥角为45，如果转速为2300r/min，流量为0.002832m3/h。计算出口流体中最大颗粒的直径。

3

。

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第四章 粉碎 筛分 混合 乳化

一、名词解释 1 粉碎 2 粒度 3 球形度 4 筛分 5 混合 6 均匀度 7 乳化 8 均质 二、填空

1根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎被分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。 2物料粉碎时所受到的作用力包括（ ）、（ ）和（ ）三种。 3粉碎操作方法包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种。 4磨齿排列有四种方式，即（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 5整个混合过程存在（ ）、（ ）和（ ）三种混合方式。 6从结构来看，桨叶有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四种形式。

7固体混合机按照结构可分为（ ）和（ ）两种；按照操作方式可分为（ ）和（ ）。 8乳化液形成的方法基本上可分为（ ）和（ ）两种。 9均质机按其结构及上作原理大致可分为（ ）、（ ）、（ ）。 三、选择

1 对于中粉碎，成品粒度范围为( )。

A. 5-50mm B. 5-10mm C. 100μm以下 2 对于立方体形颗粒，球形度φs为（ ）。

A.1 B. 0.806 C. 0.65 3 当乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)（ ）时，此乳化剂为亲水性乳化剂。 A. ＞10 B. ＜10 C. =10 四、简答

1 食品加工中如何选用粉碎机？ 2 筛面的运动方式有哪些？

3 简述固体混和中的离析现象及防止方法。 4 影响乳化液稳定性的主要因素有哪些？ 5 乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些？ 6 简述肢体磨的结构及工作原理。 五、计算

1 试计算立方体形颗粒的球形度和形状系数。

2 如下表所示的粒度分布数据，试计算面积平均直径、体积平均直径和沙得平均直径。 粒度范围/μm 0~20 20~40 40~60 60~80 80~100 100~120 120~140 140~160 160~180 180~200 200~220 220~240 颗粒计数 5 20 50 106 95 88 52 26 10 6 4 2 3 lkg谷物从最初粒度4mm磨碎到最后粒度1mm需要能量4.6kJ。若将此谷物从最初状态磨碎至粒度为0.2mm，所需的能量是多少?

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4 有带旋桨式搅拌桨的混合器来搅拌某工业产品。已知容器直径为1.63m，器内液层深度为1.5m，甘油的密度为1200kg/m3，黏度为16。若搅拌器转速为500r/min，测得电机功率为12kW，试求搅拌器的直径。

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第五章 流态化与气体输送

一、名词解释 1 悬浮速度 2 临界流化速度 3 流化数 4 密相流化床 5 夹带分离高度 6 气力输送 二、填空

1 按照流化状态，流态化可分为（ ）流态化和（ ）流态化两种形式。

2 为避免从床层中带出固体颗粒，流化床操作气速必须保持在( )和( )之间。 3 流化床中常见的不正常现象主要有( )和( )。

4 在流化床中，如果床层过高，可以增加( )，破坏( )，避免( )现象发生。

5 气力输送的形式主要有( )式气力输送、( )式气力输送和( )式气力输送三种。 6 同一气力输送装置，输送松散物料可选( )的混合比。 三、选择

1 在流态化阶段，流化床床层的压强降与( )有关。 A．流体流速； B．床层高度； C．A和B

2 当流体通过床层时分布不均匀，则大量流体与固体颗粒不能很好地接触，就会产生“短路”，这种现象称为（ ）。

A．沟流现象 B．断流现象 C．腾涌现象

3 就物料颗粒群在水平管道中的运动状态而言，停滞流又可称为（ ）。 A．均匀流 B．管底流 C．疏密流 D．集团流

4 下列哪种气力输送的形式适用于输送细小、贵重或危害性大的粉状物料。（ ） A．吸运式 B．压送式 C．混合式 D．循环式

5 利用两相流旋转时离心力的作用使物料与气流分离的卸料器为（ ）。 A．容积式 B．三角箱 C．离心式 D．压力式 四、简答

1 气力输送的特点是什么？

2 粮食工业中常采用的气力输送装置有哪些形式？有什么特点？ 3 物料颗粒在水平管的悬浮机理及运动状态如何？

4 影响物料在弯管中运动最终速度的因素有哪些?试分析论述一下。 5 在两相流理论中将其压损分为哪几部分？各代表什么意义？ 6 如何选择输送风速？ 五、计算

1 某物料密度为1196 kg/m3，直径为5mm，堆积成高度为0.3m的固定床层，空隙率为0.4.若20℃的空气流过流化床时，空床流速为0.5m/s，试求压力降。当空床流速为何值时，流化才开始？试求此时压力降值。

2 某物料颗粒的平均粒径为0.4mm，密度为1690kg/m3。气体的平均密度为1.4kg/m3，平均黏度为0.37cP。试求其临界流化速度。

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3 某固体颗粒为130目,临界粒径为dp=1.44×10-4m，颗粒密度为ρs=1068kg/m3，液相黏度为μf.0246cP，密度为ρf=0.98kg/m3，求最大流化速度。

4 鲜豌豆近似为球形，其直径为5mm，密度为1060 kg/m3。拟于-20℃冷气流中进行流化冷冻。豆床在流化前的床层高度为0.3m，空隙率为0.4.冷冻进行时，空气速度等于临界速度的1.6倍。试大体估计：①流化床的临界流化速度和操作速度；②通过床层的压力降；③试估算冷气流与颗粒表面之间的传热膜系数。已知-20℃空气的导热系数为2.36×10-2W/m·K 5 试近似计算某一压送式气力输送面粉设备的风机所需的功率。设备生产能力为每小时输送面粉20吨。面粉颗粒的平均粒径为0.18mm。已知从加料器到卸料器整个输送管线长度为30m（垂直的10m，水平的20m），中间有两只90°弯管。估计卸料器内、排气管内以及装置终点布袋过滤器的压力损失约为1.55kN/m2，同时估计从风机到加料器的压力损失约为1.04 kN/m2。假设系统内空气的平均密度为1.23kg/m3。

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第六章 传热学

一、名词解释 1 对流传热 2 自然对流 3 强制对流 4 热辐射 5 黑体

二、填空

1 常用的列管换热器的温度补偿方式有（ ）、（ ）和（ ）等。 2 强化传热的途径主要有（ ）、（ ）和（ ）等

3 热传导是借助于（ ）来进行热量的传递的。热传导主要发生在（ ）或（ ）中。 4 热量的传递是由于（ ）而引起的。根据传热原理，传热有（ ）、（ ）和（ ）三种

方式。

5 在对流传热中，雷诺准数等于（ ），它表示（ ）。 6 在对流传热中，努塞尔准数等于（ ），它表示（ ）。 7 影响对流传热的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）等。 8 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃， 在设计列管式

换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30℃， 方案II是令冷却水终温为35℃，则用水量 W1（ ）W2，所需传热面积A1（ ）A2（大于、小于、等于）。 9 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度

为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的（ ）％（冷热水物性数据视为相同）

三、选择

1 在与等温面垂直的方向上，( )

A.温度梯度最大 B.温度梯度较小 C.没有温度梯度

2 液体的沸腾传热应控制在( )区,以获得较大的传热膜系数. A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流

3 在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作( ). A.多;B.少;C.相同

4 间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中, 热阻主要集中在( ). A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体

5 已知圆筒壁(外半径为r3)上两层保温材料的温度分布曲线如图示:A 层的导热系数 ( )B层的导热系数；应将( )放在内层保温效果好。(A,B 两层厚度相等)。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. A 层

四、简答

1 简述影响对流传热系数的因素。

2 举例说明板式换热器在食品中的应用。

3 根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。

15

4 举例说明套管式换热器在食品中的应用。 5 简述套式换热器的特点及其应用。

五、计算

1 某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650℃，外表面温度t2=300℃，平壁材料热导率λ=0.815+0.00076t，W/(m2·℃)。若将热导率分别按常量（取平均热导率）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。

2 用平板法测定材料的热导率。平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。所加热量由加至电热器的电压和电流算出，平板两侧的表面温度用热电偶测得（见附表）。已知材料的导热面积为0.02m2，其厚度为0.01m，测得的数据如下，试求：

（1）材料的平均热导率?；

（1） 设该材料的热导率为???0(1?a't)，试求?0和a'。

电热器

电压/V

140 114

电流/A 2.8 2.28

材料表面温度/℃ 高温侧 300 200

低温侧 100 50

3 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其热导率分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/(m2·℃)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的热导率不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？ 4 红砖平壁墙，厚度为500mm，一侧温度为200℃，另一侧为30℃。设红砖的平均热导率取0.57W/(m2·℃)，试求：

（1）单位时间、单位面积导过的热量； （2）距离高温侧350mm处的温度。 5 某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。

耐火砖：热导率?1=1.05 W/（m2·℃）；

厚度b1=0.23m；

绝热砖：热导率?2=0.151 W/（m2·℃） 每块厚度b2=0.23m； 普通砖：热导率?3=0.93 W/（m2·℃） 每块厚度b3=0.24m；

若已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃，而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃，试问：

（1）绝热层需几块绝热砖？ （2）此时普通砖外侧温度为多少？

6 在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m2·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。

16

7 φ60mm×3mm铝合金管（热导率按钢管选取），外包一层厚30mm石棉后，又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/（m2·℃）和0.04W/（m2·℃）。又已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换，互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变，则此时每米管长上损失的冷量为多少？

8 空心球内半径为r1、温度为ti，外半径为r0、温度为t0，且ti＞t0，球壁的热导率为λ。试推导空心球壁的导热关系式。

9 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m，直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。

10 在长为3m，内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/（s·m2）。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下：

S；??0.692w/m·K；cp?3.865kJ/（kg·℃）。 ??890?10?5Pa·

试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。

11 有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动，由20℃被加热至80℃，果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时，传热系数有何变化。

12 热空气在冷却管管外流过，2=90W/(m2·℃)，冷却水在管内流过，

2

℃）。冷却管外径1=1000W/（m·

do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m2·℃）。试求：

①总传热系数Ko；

②管外对流传热系数2增加一倍，总传热系数有何变化？ ③管内对流传热系数1增加一倍，总传热系数有何变化？

13 有一套管换热器，内管为φ25mm×1mm，外管为φ38mm×1.5mm。冷水在环隙内流过，用以冷却内管中的高温气体，水的流速为0.3m/s，水的入口温度为20℃，出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。

14 有一不锈钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。糖浆的对流传热系数h=230W/（m2·K），水的对流传热系数c=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。

22 某无相变的流体，通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2·℃)，流体的Re=2×104。假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于1∶2的矩形管，而流体的流速增加0.5倍，试问对流传热系数有何变化？

15 某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部进入，上部溢出，通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5℃，钢管外壁温度为56℃，试求冷水的对流传热系数。

16 室内有二根表面温度相同的蒸气管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（Gr·Pr）=108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少？

17 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直

17

放置，管外壁的温度维持96℃，试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放，冷凝的蒸气量又为多少？

18有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数1=50W/（m2·K）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数2=2000W/（m2·K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少？

19 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s，进口温度为110℃；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃。热油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg·℃)及4.18 kJ/(kg·℃)。换热器的总传热系数为320W/(m2·℃)试求水的出口温度及传热量。

20 求直径d=70mm、长L=3m的钢管（其表面温度t1=227℃）的辐射热损失。假定此管被置于：（1）很大的红砖里，砖壁温度t2=27℃；（2）截面为0.3m×0.3m的砖槽里，t2=27℃，两端面的辐射损失可以忽略不计。

21 用175℃的热油将300kg/h的果汁由25℃加热至90℃，已知热油的比热容为2.61kJ/（kg·℃），其流量为360kg/h，今有以下两个换热器，传热面积为0.8m2。

换热器1：K1=625 W/(m2·℃)，单壳程双管程。 换热器2：K2=500 W/(m2·℃)，单壳程单管程。 为满足所需的传热量应选用那一个换热器。

22 在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的蔗糖溶液由350K冷却至300K，冷却水在φ25mm×2.5mm的管内中流动，其进出口温度分别为290K和320K。已知水和蔗糖溶液的对流传热系数分别为0.85 kW/(m2·℃)和2.7 kW/(m2·℃)，又两侧污垢热阻忽略不计，试求所需的管长和冷却水消耗量。

23 在一列管换热器中，用初温为30℃的水将橘汁由120℃冷却到70℃，已知橘汁和水的流

44量分别为1×10（kg/h）和1.4×10（kg/h）。比热容分别为0.52（kcal/kg·℃）和0.46（kcal/kg·℃），

传热系数K=100（kcal/m2·h·℃）试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。 24 在并流换热器中，用水冷却奶油。水的进出口温度分别为15℃和40℃，奶油的进出口温度分别为120℃和100℃。现因生产任务要求奶油的出口温度降至80℃，设奶油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求？设换热器的热损失可忽略。

25 一传热面积为15m2的列管换热器，壳程用110℃饱和水蒸气将管程某溶液由20℃加热至80℃，溶液的处理量为2.5×104kg/h，比热容为4kJ/（kg·℃），试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后，由于污垢热阻增加，溶液出口温度降至72℃，若要出口温度仍为80℃，加热蒸气温度至少要多高？

26 用20.26kPa（表压）的饱和水蒸气将20℃的水预热至80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过，管子的尺寸为φ25mm×2.5mm。水蒸气冷凝的对流传热系数为104W/(m2·℃)，水侧污垢热阻为6×10-4(m2·℃)/W，蒸气侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求：

（1）此换热器的总传热系数；

（2）设备操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口温度只能升至70℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。

27 今欲于下列换热器中，将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃，出口温度为60℃。试求各种情况下的平均温度差。

18

（1）单壳程，双管程 （2）双壳程，四管程

28 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120℃饱和蒸气加热，干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为φ38mm×2.5mm，总管数为200根，已知总传热系数为150 W/（m2·℃），空气进口温度为26℃，要求空气出口温度为86℃，试求：

（1）该换热器的管长应多少？

（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为φ54×2mm，总管数减少20%，此时的出口温度为多少？（不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失）。

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第七章 制冷与食品冷冻

一、名词解释 1 制冷

2 单位制冷量 3 制冷剂

4 制冷剂循环量 5 制冷系数 6 干耗 二、填空

1 ( )是可以冻结成冰晶的水分，而( )与固形物结合在一起，冷冻时很难冻结成冰晶。 2 食品冷冻分为( )和( )两种形式。其中( )可使食品长期贮藏。

3 水冻结成冰的一般过程是( )，而后由于体系达到了热力学的( )条件，水将在冻结温度下形成冰晶体。

4 根据对冷冻介质与食品接触的基本方式，冷冻过程包含( )和( )两个过程。

5 食品经冻结后再解冻，其组织中的冰晶体将融化成水，它不易( )，这部分水将( )。食品组织中水分重新分配的量越多，则( )。 三、简答

1 常用的制冷方式有哪些？各有什么特点？ 2 简述逆卡诺循环。

3 简述冻结过程中食品温度的分布特点。 4 简述水与食品的冻结过程。 5 分析冻结对食品品质的影响。 6 分析比较食品冻结的方法。 7 举例说明常见食品的冻结设备 四、计算

1已知一食品的含水率为78%，冻结后固体成分和冰的质量分数为0.22、0.65，其密度分别为1010、920，试估算该食品冻结后热导率、比热容和热扩散率的值。

2已知某食品含水82%，初始冻结点为－1.2℃，冻结完成时温度为－10℃，试估算该食品中未冻结水分的质量分数。

3某球状食品的直径为0.05 m，密度为1030 kg/m3，水分质量分数为0.68。现需在隧道式送风冻结器中经－23℃的冷空气冻结，食品开始冻结时的温度已经被冷却至冻结点－1.8℃，食品的融化热为220 kJ/kg，冻结后食品的热导率为1.08 W/(m·K)，冻结时对流传热系数为65 W/(m2·K)。试分别计算将该食品冻结至平均温度达－12℃时和中心温度达－6℃时的冷冻时间。

4 含水75%，长、宽、厚分别为1m、0.5m、0.3m的牛肉块状食品在冷冻器中被－30℃的冷空气冻结。表面对流传热系数为40 W/(m2·K)，牛肉初始温度为－1.8℃，牛肉冻结后的热导率为1.5 W/(m·K)，密度980 kg/m3，计算将牛肉冻结到－10℃时所需时间。

5 5cm厚的牛肉胴体在－30℃的冷冻间里被冻结。产品含水73%，密度970，冻牛肉热导率为1.1 W/(m·K)，初始冻结点为－1.75℃，冻结前后的焓差为250 kJ/kg，表面传热系数为50 W/(m2·K)，试用Plank方程式估计其冻结时间。

6 某冷冻食品加工厂需在16h内冻结10t猪肉半胴体。猪肉水分质量分数w = 0.72，初始冻

20

结点温度Tf =－1.9℃，现要求在－28℃的冷风冻结装置中冻结，试计算猪肉胴体从初始温度为5℃开始，降温至其中心温度为－10℃时所需的制冷量(kW)。

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第八章 蒸发

一、名词解释 1 蒸发 2 多效蒸发

3 蒸发操作的有效温差 二、填空

1 一定压强下，溶液的沸点较纯水( )，两者沸点之差，称为溶液的( )。 2 浓缩是( )和( )均匀混合液的部分分离过程。

3 要维持连续的蒸发过程，一方面要不断地( )；另一方面还要不断地( )。 4 蒸发过程中温差损失主要由( )、( )和( )引起。 5 多效蒸发要求后效（ ）和（ ）小于前效的。

6 欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高其（ ）和（ ）。 7 影响液柱沸点升高的因素主要有（ ）和（ ）。 8 由于（ ）和（ ），所以实际每蒸发1kg水要消耗1kg以上的蒸气。 9 常用的多效蒸发流程有（ ）加料、（ ）加料、（ ）加料和（ ）加料。 10 在并流加料的多效蒸发中，蒸发室压强逐效（ ），沸点逐效（ ），前效进入后效时（ ），浓度（ ），传热系数（ ）。 三、简答

1 试推导单效蒸发加热蒸气耗量的表达试。

2 多效蒸发的温差分配的实质是什么？通常应考虑哪些原则？

3 设计并绘出牛奶浓缩系统的流程和主要设备，并说明其特点和工作原理。 四、计算

1 在一薄膜蒸发器中，将含有12%(质量分数，下同)蕃茄汁的浓缩到25%，蕃茄汁最高允许温度为57℃，这也就是浓缩液的温度。料液在38℃进入蒸发器，加热用的是172.4kPa的饱和蒸气。总传热系数为3407W/(cm2·℃)，传热面积为4.6m2，估计原料液比热容为3.98kJ/(kg·℃)，忽略沸点升高。计算蕃茄汁进入蒸发器的进料速度。 2 在单效真空蒸发器中，将流率为10000kg/h的某水溶液从10%浓缩到50%。原料液温度为31℃，估计沸点升高为7℃，蒸发室的绝对压强为20kPa，加热蒸气的绝对压强为200kPa(绝压)，冷凝水出口温度为79℃。已知总传热系数为1000W/(m2·℃)，热损失可忽略。试估算加热蒸气耗量和蒸发器的传热面积。

3 在单效蒸发器内将某种无机盐水溶液从4%浓缩为16%。原料液处理量为2500kg/h、温度为20℃。加热蒸气的绝对压强为200kpa，T=120℃，汽化热r=2205kJ/kg，二次蒸气绝对压强为15kpa，温度T'=53.5℃，汽化热r'=2370kJ/kg，基于传热外表面积的总传热系数为1200w/(m2·℃)，由于溶液蒸气压下降及液层静压效应而引起的温度差损失之和(△'+△\)=7℃，冷凝液在饱和温度下排出，水的比热容cpw=4.18kJ/(kg·℃)。忽略热损失和稀释热效应，求：(1)加热蒸气消耗量D；(2)蒸发器传热面积S。

4 在单效蒸发中，每小时将2000kg的某水溶液从10%连续浓缩到30%(均为质量百分比)。蒸发操作的平均压强为0.4kgf/cm2，相应的溶液沸点为80℃，加热蒸气绝对压强为2.0kgf/cm2，原料液的比热容为3.77kJ/(kg·℃)，蒸发器的热损失为12000W。假设溶液的稀释热可以忽略，试求：(1)蒸发量；(2)原料液温度为30℃时的加热蒸气耗量。T=74.3℃，r=2313.9kJ/kg，T=120℃，r=2205.2kJ/kg。

5 一个连续操作的单效蒸发，用来浓缩9072kg/h的盐溶液，料液的浓度为1%(质量)，温度

22

为37.8℃，浓缩液出口浓度为1.5%(质量)，蒸发室压力为101.3kPa，加热蒸气是143.3kPa下的饱和蒸气。总传热系数为1704W/(m2·℃)。计算二次蒸气流量、浓缩液量以及所需的传热面积。假设溶液的沸点和水相同。忽略热损失。

6 在单效蒸发器中，将15%的某水溶液连续浓缩至25%。原料液流量为20000kg/h，温度为75℃。蒸发操作的平均压力为50kPa，溶液的沸点为87.5℃，加热蒸气的绝对压力为200kPa。若蒸发器的总传热系数为1000W/(m2·℃)，热损失为蒸发器传热量的5%，试求蒸发器的传热面积和蒸气耗量。设溶液的平均比热容为4.2kJ/kg·℃。

7 在单效蒸发器中，将1300kg/h的某水溶液从10%浓缩到35%，原料液温度为50℃，比热容为3.15kJ/(kg·℃)。蒸发室的平均操作压强为15kPa，加热蒸气压强为120kPa(绝压)，流率为1000kg/h。试估算该蒸发器的总传热系数。已知蒸发器的总传热面积为10m2，热损失可忽略。

8 使用双效并流循环蒸发器，每小时将流量为10000kg、浓度为10%的黄瓜汁浓缩到50%。原料液于第一效溶液沸点129.6℃下进入蒸发系统。第一效加热蒸气的绝对压强为500kPa，

22

冷凝器中的绝对压强为20kPa。各效的总传热系数分别为1200W/(m·K)、700W/(m·K)。原料液的比热容为3.64kJ/(kg·℃)。估计加热管内液面高度为1.5m。各效溶液的密度分别为

33

1100kg/m、1280kg/m。各效冷凝液在蒸气饱和温度下排出。试计算蒸发量、各效蒸发量、加热蒸气消耗量及换热面积。

23

第九章 传质原理与吸收

一、名词解释 1 吸收 2 对流传质 3 扩散系数 4 液膜控制 5 分子扩散 6 涡流扩散 二、填空

1 若溶质在气相中的分压大于其( )，就会发生( )过程。

2 某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气-液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用（ ）常数表示，而操作线的斜率可用（ ）表示。

3 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数（ ），相平衡常数m（ ），溶解度系数H（ ）。（增加、减少、不变）。

4 由于吸收过程气相中的溶质分压总（ ）液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的（ ）。增加吸收剂用量，操作线的斜率（ ），则操作线向（ ）平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y-ye）（ ）。

5 在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将（ ），操作线将（ ）平衡线。

6 用Δp为推动力的气膜传质速率方程有两种，以传质分系数表达的传质速率方程为（ ），以总传质系数表达的传质速率方程为（ ）。 7某炉气含SO28.1％（体积分数），在一条件下测得与其成平衡的溶液浓度为0.003（摩尔分数），则其相平衡常数值为（ ）。 三、选择

1 采用填料塔进行气体吸收，当操作线和平衡线相交(或相切)时，( )。

A. 塔底吸收液浓度最高； B. 吸收剂用量最少； C. 吸收速率最高 2 若气相溶质分压大于其液相平衡分压,就会发生( )过程。

A. 吸收； B. 解吸； C. 平衡 3 总压不太高时，一定温度下气、液两相的平衡关系服从( )。

A. Raoult； B. Henry； C. Fick 4 ( )是等分子反向扩散过程.

A. 吸收； B. 精馏； C. 干燥 5 根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为（ ）。、 A. 两相界面存在的阻力；B. 气液两相主体中的扩散的阻力；C. 气液两相滞流层中分子扩散的阻力 四、简答

1 根据双膜理论推导总吸收速率方程式，并讨论其使用范围。 2 根据Fick定律，简述传质速率与哪些因素有关。 3 简述相平衡与吸收过程的关系。

4 写出并流接触时吸收踏操作线方程，并在Y-X图上画出相应的操作线。 5 推导吸收操作线方程。

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6 双膜理论的基本论点是什么?对实际生产具有何指导意义? 五、计算

1 浓度为0.02(摩尔分数)的稀氨水在20℃时氨平衡分压为1．666kPa，氨水上方的总压强为常压，在此浓度下相平衡关系服从享利定律，氨水的密度可近似取为1000kg/m3，试求亨利系数E、H和m的数值。

2 含氨9%（摩尔分数）的空气-氨混合气与5%（摩尔分数）的稀氨水充分接触，在操作条件下平衡关系为y=0.97x。试问当上述两相接触时发生吸收还是解吸？气、液相浓度各自最大限度是多少？ 3 常压下，30℃条件下，于填料塔中用清水逆流吸收空气-SO2。已知入塔混合气中含SO2为5%（体积分数），出塔气中SO2为0.2%（体积分数）；出塔吸收液中每100g含SO2为0.356g。若操作条件下气-液相平衡为y=47.87x，试求塔底和塔顶处的吸收推动力，分别以△y、△x、△p和△c表示。 4 25℃及1atm下，含CO220％(体积分数，下同)、空气80％的气体1Nm3与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触，进行传质。问CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压各为多少?若上述过程在5atm下进行，求其结果。 5 一浅盘内盛有2mm厚的水层，在25℃的恒温下逐渐蒸发并扩散到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气层，此层外空气中的水蒸气分压为0.98kPa。扩散系数为2.65*10-5m2/s，大气压强为101.33kPa，求蒸干水层所需时间。

6 一填料塔中用水吸收氨-空气混合气中的低浓度氨。采用ф50×50×4.5(mm)瓷拉西环填料，不规则堆放，比表面积为93m2/m3，空隙串为0.8，操作压力为101.3kPa，温度为10℃。混合气的空塔流速为0.5m/s，密度为1.25kg/m3，黏度近似地空气黏度。氨在黏度中的扩散系数为0.155cm2/s。求气相吸收分系数ky。 7 在压力为100kN/m2、温度为30℃下，用水吸收氨的平衡关系符合亨利定律。亨利常数＝134kN/m2。在稳定操作条件下，吸收设备中某一位置上的气相浓度为y＝0.1（摩尔分数），液相浓度为z＝0.05（摩尔分数）。以△y为推动力的气相传质系数ky＝3.84×10-4kmo1/m2·s，以△x为推动力的液相传质系数kx＝1.02×10-2kmo1/m2·s。试问： (1)以△y为推动力的气相总传质系数Ky为多少？ (2)此种吸收是液膜控制还是气膜控制?为什么？ (3)该位置上气液界面处的气、液两相浓度为多少？

8 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃、压强101.3kPa。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07kPa，液相中甲醇浓度为2mol/m3。甲醇在水中的溶解度系数H=1.955kmol/(m3·kPa）。液膜吸收分系数kL=2.08×105m/s，气膜吸收分系数kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)。试计算该截面上的吸收速率。 9 若吸收过程为低组成气体吸收，试推导：HOG?HG?1?HL S10已知NA?ky(y?yi)?kx(xi?x)?KY(y?ye)?Kx(xe?x),相平衡关系为

y?mx，试证明：

11m111????和 KykykxKxmkykx11 试证明低浓度逆流吸收系统，若气-液平衡关系在操作范围内为一直线，以下关系成立：

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*??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??Y11 ln''?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：

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(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，( )。

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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

1206.350 lgpA?6.032?t?220.240lgpB?60.78?001343.94

t?219.58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/℃ 0/kPa pA0/kPa pB064.5 101.3 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。

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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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