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中国农业大学食品工程原理习题.pdf


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。第2章传热****题【2-1】一食品冷藏室由内层为19mm厚的松木,中层为软木层,外层为51mm厚的混凝土所组成。内壁面温度为-℃,℃。松木、,,/(m·K),要求该冷藏室的热损失为15W/m2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。【2-2】为减少热损失,在外径为150mm的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=+(式中T为℃),蒸汽管外壁温度为180℃,要求保温层外壁温度不超过50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4kg/(m·s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180℃下冷凝)。【2-3】试推导出中空球壁稳定热传导的关系式。现有一球形液氧储罐,内径为2m,内装液氧量占储罐容积的80%,储罐外用氧化镁保温,要求在104s内液氧蒸发量不超过1%,问保温层应多厚(忽略内侧及罐壁的热阻)?/(m·K),液氧的蒸发潜热为215kJ/kg,液氧的沸点为90K,液氧的度为密1140kg/m3,保温层外壁面温度为280K。【2-6】室内水平放置表面温度相同、长度相等的两根圆管,管内通有饱和水蒸气。两管均被空气的自然对流所冷却,假设两管间无相互影响。已知一管直径为另一管的5倍,且两管的(GrPr)值在104~109之间,求两管热损失的比值。【2-7】。求壁面温度为80℃和50℃时的冷凝传热系数各为多少?解释壁面温度对对流传热系数的影响。【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175℃,,表面温度为100℃,,炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射传递的热量。【2-9】试证明在稳定传热过程中,在两高、低温的固体平行平面间装置n片很薄的遮热板时,辐射传热量减少到原来未安装遮热板时的1/(n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等,平板之间的距离很小。【2-10】在逆流换热器中,用初温为20℃[/(kg·K)、度为密850kg/m3]由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为Φ25mm×,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/(m2·K)和1700W/(m2·K),污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃,求水的流量和换热器的传热面积。【2-11】在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝,冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动,并由20℃加热到106℃。列管换热器尺寸为:列管直径为Φ19mm×2mm、管长为4m,共有25根管子。若换热器的传热量为125kW,蒸汽冷凝传热系数为7000W/(m2·K),·K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍,,求油的出口温度。假设油的物性不变。【2-15】某气体混合物(比热容和热导率均未知)以90kg/h的流量流过套管换热器的内管,气体的温度由38℃被加热到138℃。内管内径为53mm,外管内径为78mm,,管外为水蒸气冷凝使管内壁温度维持在150℃。·s,其普兰特数为1,求套管换热器的管长。【2-17】直径为100、高mm65的罐头,内装的食品物性为:/(kg·K),密度10403,热导率kg/·W/(mK),初温为70℃,放入120℃的杀菌锅内加热,蒸汽对罐头的对流传热系数为80002·W/(mK),忽略罐头包装外皮的热阻,求加热时间分别为30,60,90min时罐头的中心温度。第4章颗粒与流体之间的相对流动****题【4-1】用光滑小球在粘性流体中自由沉降可测定该液体的粘度。测试时用玻璃筒盛满待测液体,直径为将6mm的钢球在其中自由沉降,下落距离为200mm,记录钢球的沉降时间。现用此法测试一种密度为1300kg/m3的糖浆,,,试求此糖浆的粘度。【4-2】某谷物的颗粒粒径为4mm,密度为1400kg/m3。求在常温水中的沉降速度。,试求其粒径。【4-3】气体中含有大小不等的尘粒,最小的粒子直径为10μm。已知气体流量为3000m3/h(标准态),温度为500℃,,×10-5Pa?s,尘粒的密度为2000kg/m3。今有一降尘室,共有5层,求每层的沉降面积。【4-5】一降尘室长5m,宽3m,高4m,内部用隔板分成20层,用来回收含尘气体中的球形固体颗粒,操作条件下含尘气体的流量为36000m3/h,,。尘粒密度为4300kg/m3,试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。【4-7】液体食用油经水洗设备之后,进入沉降槽进行油-水分离。假定从洗涤器出来的混和物中,油以球滴出现,,物料中油和水的质量比为1:4,分离后的水相可认为绝不含油。已知料液流量为2t/h,,油温和水温均为38℃。试求沉降槽的沉降面积(假定沉降符合斯托克斯定律)。【4-10】用某板框过滤机过滤葡萄糖溶液,加入少量硅藻土作助滤剂。在过滤表压100kPa下过滤2h,头1h得滤液量8m3。假设硅藻土是不可压缩的,且忽略介质阻力不计,试问:(1)在第2h内可得多少滤液?(2)过滤2h后用2m3清水(粘度与滤液相近),在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤,求洗涤时间;(3))若滤液量不变,仅将过滤压差提高1倍,问过滤时间为多少?(4)若过滤时间不变,仅将过滤压强提高1倍,问滤液量为多少?【4-11】有一叶滤机,自始至终在某一恒压下过滤某种悬浮液时,得出如下过滤方程式:(q+10)2=250(t+)。式中q以L/m2表示,τ以min表示。今在实际操作中,先在5min内使压差由零升至上述压差,其间过滤为恒速过滤,以后则维持该压力不变作恒压过滤,全部过滤时间为20min。试求:(1)每一循环中,每1m2过滤表面可得多少滤液?(2)过滤后用相当于滤液总量1/5的水洗涤滤饼,求洗涤时间(设滤饼不可压缩)。【4-13】有一转筒真空过滤机,每分钟转2周,每小时可得滤液4m3。若滤布阻力忽略不计,问每小时要获得5m3滤液,转鼓每分钟应转几周?此时转鼓表面的滤饼厚度为原来的几倍?假定所用的真空度不变。【4-16】鲜豌豆近似球形,其直径6mm,密度1080kg/m3,拟于-20℃冷气流中进行流化冷冻。,,冷冻时空气速度(空床)。试估计:(1)流化床的临界速度和操作速度;(2)通过床层的压力降。第7章吸收与蒸馏****题【7-1】—空气混合物的大容器。系统温度25℃,。左侧容器内氨的分压强为20kPa,右侧容器内氨的分压为5kPa。已知25℃,×10-5m2/s,设扩散为稳定扩散,试按两种扩散模式分别计算其传质速。率【7-4】10℃时氧在水中的溶解度的表达式为p*=×106x,式中p*为氧在汽相中的平衡分压,kPa;x为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为21%,,每m3水中可溶解多少g氧?【7-6】用清水吸收混合气中的NH,进入常压吸收塔的气体含NH3体积分数为6%,%,。此物系的33平衡关系为Y*=。汽液逆流流动,试求塔顶、塔底处汽相推动力各为多少?【7-10】用煤油从苯蒸汽与空气的混合物中回收苯,要求回收99%。入塔的混合气中,含苯2%(摩尔分数)。入塔的煤油中,%。,操作温度为50℃,压力为100kPa。平衡关系为Y*=,总传质系数Kya=/(m3·s)。/(m2·s)。求填料层高度。【7-12】某厂有一填料塔,直径880mm,填料层高6m,所用填料为50mm瓷拉西环,乱堆。每小时处理2000m3混合气(体积按25℃),其中含***摩尔分数为5%。用清水作溶剂。%***,塔底送出来的溶液每千克含***。根据上述测试数据计算汽相体积总传质系数Kya。操作条件下的平衡关系为Y*=。上述情况下每小时可回收多少千克***?若把填料层加高3m,可以多回收多少***?【7-14】(摩尔分数,下同)分别进行闪蒸和简单蒸馏,要求液化相为率1/3,试分别求出釜液和馏出液组成,假设在操作范围内汽液平衡关系可表示为y=+。【7-15】某连续精馏塔,泡点加料,已知操作线方程如下:精馏段y=+=-、馏出液、釜液组成及回流比。【7-18】在常压连续精馏塔中,分离某二元混合物,若原料为20℃的冷料,(摩尔分数,下同),其泡点温度为93℃,,,,,试用图解法求理W论板数和加料板位置,已知:原料液的平均汽化潜热为rm=31900kJ/kmol,比热容cp=158kJ/(kmol·K),若改为泡点进料,则所需理论级数和加料板位置有何变化?从中可得出什么结论?【7-21】某精馏塔分离易挥发组分和水的混合物F=200kmol/h,x=(摩尔分数,下同)F,加料为汽液混合物,汽液摩尔比为2∶3,塔底用饱和蒸汽直接加热,离开塔顶的汽相经全凝器冷凝1/2量作为回流液体,其余1/2量的液相作为产品,已知,D=90kmol/h,x=,D相对挥发度α=2,试求:①塔底产品量W和塔底产品组成x;W②提馏段操作线方程式;③塔底最后一块理论板上升蒸汽组成。【7-23】在连续操作的板式精馏塔中分离某理想混合液。,,已知该物系的相对挥发度α=,试求三层板中较低两层的单板效率(分别用汽相板效率和液相板效率表示)。第8章液体吸附与离子交换****题【8-1】用活性碳对某糖液脱色,,脱色率要求达80%。,。试求:(1)用两级平流接触吸附法脱色,单位体积原料需活性碳的用量。(2)用两级逆流吸附法脱色,单位体积原料活性碳的用量。【8-3】含糖量62%的糖浆于90℃下进行活性碳脱色试验,平衡时,测得实验数据如下:活性碳用量/g活性碳051015202530(m3糖浆)-1脱色率(%)0487286909296若要求糖液最终脱色率达到98%,试求:(1)弗罗因德利希公式中的常数n。(2)单级固定床吸附时每1000m3原糖浆所需活性碳的用量。(3)两级逆流操作时每10003原糖浆m所需活性的碳用量。(4)两级平流操作每10003原糖浆m所需活性碳的用量。【8-6】#阳离子树脂处理质量分数为30%的CaCl溶液,流量为3m3/h,,处理温度25℃。交换柱用HCl溶液再生,再生后用原水正洗,拟用2台交换柱,试求:(1)每台交换柱的直径和高度;(2)每台交换柱的树脂量;(3)树脂的有效工作容量;(4)交换柱的操作时间。第9章浸出和萃取****题【9-1】设计一多级逆流接触浸出设备,以淡水为溶剂每小时处理4t炒咖啡豆以制造速溶咖啡。咖啡中可溶出固体含量为24%,含水量可忽略不计。离开设备的浸出液含溶解固体30%,要求浸出液中有95%的可溶固体被回收,试确定:(1)每小时生产的浸出液量;(2)每小时所耗的淡水量;(3)若级效率为70%,,求级数。【9-2】在逆流操作的设备中,将含油20%(质量百分数)的油籽进行浸出,离开末级的溢流含油量为50%,从此溶液中回收得油90%。若用某新鲜溶剂来浸出油籽,,试问在恒底流操作下所需理论级数是多少?(用三角相图法求解)【9-3】在多级逐流接触设备中,以汽油为溶剂进行大豆浸出操作,以生产豆油。若大豆最初含油晕为18%,最后浸出液含油40%,原中料总含油的90%被浸出,试计算必需的级数。假设在第一级混合器中,大豆所含的油全被浸出。又设每级均达平衡,且每级沉降分离后的底流豆渣中持有相当于一半固体量的溶液。【9-4】25℃时,醋酸(A)——庚醇-3(B)——水(S)的平衡数据如本题附表所示。试求:(1)在三角形相图上绘出溶解度曲线;在直角坐标上绘出分配曲线。(2)由50kg醋酸、50kg庚醇—3和100k***组成的混合液的坐标点位置。试确定混合液经过充分混合并静置分层后,平衡的两液层的组成和质量。(3)上述两液层的分配系数κ及选择性系数β。А从(4)上述混合液中蒸出多少k***才能成为均相混合液****题9-4附表1溶解度曲线数据(质量百分比)醋酸(A)庚醇-3(B)水(S)醋酸(A)庚醇-3(B)水(S)-4附表2联结线数据(质量百分比)水层庚醇–3层水层庚醇–【9-5】在单级萃取装置中,用纯水萃取含醋酸30%(质量百分率,下同)的醋酸—庚醇-3混合液1000kg,要求萃余相中醋酸组成不大于10%。操作条件下的平衡数据见****题9-6。试求:(1)水的用量为多少kg;(2)萃余相的量及醋酸的萃余率(即萃余相中的醋酸占原料液中醋酸的百分率)。第10章膜分离****题【10-1】利用卷式反渗透膜组件进行脱盐,操作温度为25℃,%,,%,。所采用的特种膜,×10-4g/()和16×10-6cm/s。假设膜两侧的传质阻力可忽略,对水的渗透压可用Van’tHoff渗透压公式计算,请分别计算水和盐的通量。【10-2】有某糖汁反渗透试验装置。%。采用的实验压力为50kg/cm2。·h,%。试计算反渗透膜的透过系数以及截留率。第11章溶液浓缩****题【11-1】试估算固形物含量为30%的番茄酱在常压和95990Pa真空度下蒸发时的沸点升高。番茄酱的沸点升高数据可参考糖溶液。忽略静压引起的沸点升高。大气压强取标准大气压。【11-2】在单效真空蒸发器内,每小时将1500kg牛奶从质量分数15%浓缩到50%。/(),温度为80℃,加热蒸汽表压105Pa,出料温度为60℃,蒸发器传热系数为1160W/(),热损失可取为5%。试求:(1)蒸发水量和成品量;(2)加热蒸汽消耗量;(3)蒸发器传热面积。【11-3】在某次试验研究中,桃浆以65kg/h的流量进入连续真空蒸发器进行浓缩。进料温度为16℃%。产品排出温度为40℃,固形物含量为40%。二次蒸汽在间壁式冷凝器中冷凝,离开冷凝器的冷凝水温度为38℃。试求:(1)产品和冷凝水的流量;(2)采用121℃蒸汽供热时的蒸汽消耗量(热损失不计);(3)若冷却水进冷凝器时温度为21℃,℃,求其流量。/(),/()。【11-5】对某糖类真空蒸发器的传热系数进行实际测定。蒸发器内料液质量分数为50%,密度为1220kg/m3。加热蒸汽的压强为2×105Pa,分离室内真空度为80kPa,大气压强可取为101330Pa。。沸点进料,×104kg。已知蒸发器传热面积为100m2。假定热损失为总传热量的2%,试求传热系数。【11-7】在双效顺流蒸发器内蒸发1t/h,质量分数为10%的某溶液。溶液质量分数在第一效内为15%,在第二效内为30%。第一效内的沸点为108℃,第二效内为75℃。第二效二次蒸汽的绝对压强为30kPa。设15%/()。问料液由第一效进入第二效时自蒸发的水分量是多少?此水分量占总水分蒸发量的百分之几?第12章食品干燥原理****题【12-1】、温度20℃下,,试求1)空气的相对湿度φ;2)压力不变,将空气温度升高至50℃时的相对湿度φ;3)若温度仍为20℃,12将压力升高至125kPa时的相对湿度φ;4)若温度仍为20℃,压力升高至250kPa,问100m33原湿空气所冷凝的水分量。【12-3】常压下温度为30℃、,在预热器内被加热至90℃,试在焓湿图上绘出空气状态的变化过程;,求加热湿空气所需要的热量Q。【12-4】在连续式逆流干燥器中,用热空气干燥某种固体湿物料,已知空气状态为:、焓为120kJ/kg干空气。离开干燥器时空气的温度为38℃。物料状况为:/kg干物质,进出口温度分别为27℃和63℃。处理干物质量为450kg/h。/(kg.℃)。设干燥器的热假损失为5kW,试求空气流量。【12-5】在常压连续理想干燥器中,用通风机将空气送至预热器,经120℃饱和蒸汽加热后进入干燥器。已知空气状态为:、温度为15℃,进入干燥器时的温度为90℃,离开干燥器时的温度为50℃。物料状况为:/kg干物质。干燥器生产干燥产品的能力为250kg/h,预热器的总传热系数为50W/(m2.℃),试求通风机的送风量和预热器的传热面积。【12-6】在逆流连续干燥器中,%%。物料进入干燥器时的温度为24℃,离开干燥器时的温度为40℃,。/(kg.℃)。空气的初始温度为25℃、,经预热器预热到90℃后送入干燥器,离开干燥器时的温度为35℃。试求空气消耗量、预热器的热功率和干燥器的热效率。设热假损失可以忽略不计。【12-8】在一常压连续干燥器中,,物料含水量由湿基5%干燥至1%。空气初始温度为20℃、,空气离开干燥器时的温度为55℃。为了保证干燥产品的质量,要求进入干燥器的空气温度不得高于90℃。试求以下两种情况下所需的空气量(kg干空气/s)和热耗量(kW),设干燥过程为理想过程。1)将新鲜空气预热到90℃进入干燥器中进行干燥;2)采用废气循环,循环气中干空气量为干燥器出口废气中干空气量的2/3,混合气温度为90℃,进入干燥器干燥。

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