东北农业大学继续教育-食品工程原理网上作业题

东北农业大学网络教育学院
食品工程原理网上作业题
作业题（一）
一、填空题：
1.判断流体流动类型的准数是雷诺数Re，层流时Re≤2000，湍流时Re＞4000；
2. 离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、效率及功率；
3. 蒸汽压缩式制冷装置主要由蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀组成；
4. 某容器内的绝对压强为200kPa，当地大气压为101.3kPa，则表压为98.7kPa；
5. 常用的过滤介质有＿粒状介质＿＿＿＿、＿织物状介质＿＿＿＿及＿多孔固体介质＿＿＿＿＿；
6. 蒸发过程中，引起温度差损失的原因是溶液的沸点升高、液层静压效应及蒸汽流动的能量损失；
7.
8. 传热的基本方式为：＿热传导、热对流及热辐射；
9.冷冻干燥是将湿物料降温冷冻，再在低于三相点压力的条件下供热，使固态冰直接
升华为水蒸气排除，最后提高温度进行解吸干燥；
10.
二、名词解释：
1. 粉碎：利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块、颗粒或粉末的单元操作。

2. 热量传递：因温度差的存在而产生的能量传递，称为热量传递(heat transfer)，简称传热。

3. 蒸发：蒸发是指将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分气化并被排除从
而将溶液浓缩的过程。

4. 制冷；是现代食品工程的重要基础技术之一。

制冷是指从低温物体吸热并将其转移到环境介质中
的过程，使物体降温并保持比环境介质温度更低的低温条件。

5. 蒸馏：蒸馏(distillation)是利用组分挥发度的不同，将流体混合物分离成较纯组分的单元操作。

三、选择题：
1. 如图，已知d1=2d2，u2=4 m/s，u1等于 A 。

A．u1=1 m/s； B．u1=0.5 m/s； C．u1=2 m/s。

2.双组分精馏的精馏段操作线方程为：y＝0.75x ＋ 0.23，则塔顶产品流出液中轻组分摩尔分数为
B 。

A、46；
B、0.92；
C、230；
D、4.6。

3. 蒸汽压缩式制冷机制冷量为100kW ，制冷剂循环量为0.10kg/s ，压缩机单位理论功为200 kJ/kg ，
压缩机效率
则实际制冷因数为 B 。

A ．0.05； B ．5.0； C ．2.0； D ．20。

4. .测得某空气一水系统，空气的相对湿度为98％，则该空气的干球温度T ，湿球温度T w ，绝热饱和温度T s 及露点温度T d 之间的关系为 B 。

A 、T =T w = T s =T d ；；
B 、T > T w = T s > T d ；
C 、T >T w > T s > T d ；
D 、T = T w > T s > T d 。

四、计算
如图1所示，用泵将密度为1080kg/m 3
、黏度0.15Pa·s的苹果汁从地下贮槽送到高位罐，果汁流量为300L/min 。

输出管出口比贮槽液面高10m ，管道为φ57×3.5的无缝钢管，管路中有一个底阀（可按摇板式止回阀计算），4个90°弯头，一个闸阀和一个标准阀，直管长度为50m ，阀门按全开对待，已知泵的效率为70％。

求泵的轴功率。

图1 苹果汁输送系统
解：（1）.取计算截面和基准面
取贮槽液面1－1和高位槽液面2－2为两个计算截面，同时取贮槽液面1－1为基准面，则柏努利方
程为： 式中：z 1＝0，z 2＝10；p 1＝p 2；u 1≈0，u 2≈0，因此，柏努利方程简化为
可以看出，只要求得总阻力损失即可计算泵的功率。

（2）.计算阻力
管路阻力包括直管阻力和局部阻力两部分，其中直管阻力为：
式中 d ＝57－2×0.5＝50mm ＝0.5m ；l ＝50m 流速
摩擦系数λ需要查摩狄图或利用经验公式计算，因此先计算雷诺数：
1=η221211221122f p p z g u w z g u h ρρ
+++=+++∑2f w z g h =+∑22
l u hf d =λ•223000/(100060) 2.55m/s (0.05)44v q u d ππ⨯===0.05 2.55108091820000.15
du Re ρμ⨯⨯===＜
属于层流，因此λ可以根据公式1－17计算（或查摩狄图），即：
所以： 局部阻力计算有两种方法，当量长度法和阻力系数法，下面用阻力系数法，查表1－2，得到阻力系数为：
名称 阻力系数
进口 0.5
出口 1.0
底阀 1.5
闸阀全开 0.17
标准阀全开 6.0
90°弯头 0.75
所以：Σζ＝0.5＋1.0＋1.5＋0.17＋6.0＋4×0.75＝12.17
则局部阻力为：
总阻力Σh f ＝h f ＋Σh’ ＝226.6+39.57=266.2 J/Kg
（3）. 计算泵的功率
泵的有效功率
泵的轴功率N =1.8/0.7＝2.57kW 。

五、计算
稳态下在单效蒸发器中浓缩苹果汁。

已知原料液温度43.3℃，浓度10%，比热容3.90kJ/(kg ·K)，进料流量0.65kg/s 。

蒸发室沸点60℃，完成液浓度80%。

加热蒸汽绝对压力为300kPa 。

加热室传热系数为943W/（m 2
·K ）。

计算：（1）蒸发量和完成液流量；（2）加热蒸汽耗量；（3）蒸汽经济性；（4）换热面积。

解：（1）由式（6-11） 0.1010.6510.57/0.80F P w V F kg s w ⎛⎫⎛⎫=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
P = F – V =0.65-0.57=0.08kg/s
（2）查 T 1=60.1℃时，r V =2 355kJ/kg;
p=300kPa 对应T S =133.3℃，r S =2168kJ/kg
由式（6-15）：
1()V F F S Vr Fc T T S r +-=0.5723550.65 3.90(60.143.3)0.64kg /s 2168
⨯+⨯-== （3）由式（6-17）： e=V /S=0.57/0.64=0.89
64640.0697918
Re λ=＝＝22
50 2.550.0697226.6J/Kg 20.052
l u hf d =λ•=•=222.55'12.1739.57J/Kg 22u h f =ξ•=⨯=∑∑29.810226.2364.2 J/Kg
f w z
g
h =+=⨯+=∑3001087364.21797.4 W 1.8kW 100060
m Ne q w ==⨯⨯=≈⨯
（4）由式（6-18）：
3
210.6421681020.1m ()943(133.360.1)
S S Sr A=K T -T ⨯⨯==⨯-
六、计算
用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为50kg/h ，比热容Cp 为3817J/（kg •K ）,入口温度80℃，出口温度20℃。

套管环隙逆流通冷水，入口温度10℃，出口温度17℃。

传热系数K 为568W/（m2•K ），求：（1） 需要的冷却水量，（2） 换热平均温差及换热面积，（3） 若改顺流，两流体出入口温度同前，求（2）各值。

解：（1）换热器内的热流量为
()()7125038178020 1.14510/mh ph h h q c T T J h Φ=-=⨯⨯-=⨯
或
由热量衡算公式得
（2） （3）
七、计算
在一连续干燥器中，要求每小时将2000kg 湿物料的湿基含水量由12%降至2%。

采用热空气为干燥介质，进入干燥器前空气湿含量为0.01kg v /kg d ，温度为15℃，压力为101.3kPa 。

离开干燥器时空气湿含量为0.028kg v /kg d 。

求：（1）水分蒸发量；（2）湿空气用量；（3）干燥产品量。

解：（1）水分蒸发量 121
20.120.02=2000 =204kg/h 110.02
w w W m w --=⨯-- （2）干燥空气用量 4d 212041.1310kg /h 0.0280.01
W L H H ===⨯-- 湿空气用量
'441(1) 1.1310(1+0.01)=1.1410 kg/h L L H =+=⨯⨯⨯
（3）干燥产品量
7
1.145103181W 3600⨯Φ==()()7
12 1.14510391kg/h)41861710mc pc c c q c T T Φ⨯===--（10
631028.8K 63ln 10m T -∆==231810.194m 56828.8m A K T Φ===∆⨯h c T T T ∆638020
→1710←h c T T T ∆708020
→1017→3
70321.3K 70ln 3m T -∆==231810.263m 56821.3m A K T Φ===∆⨯
31212110.122000 1.8010kg h 110.02
w m m w --==⨯=⨯-- 作业题（二）
一、填空题：
1. 食品工程原理是以三大传递过程原理作为理论基础的，即（ 动量传递 ）、（ 质量传递 ）和（ 热量传递 ）；
2. 理想溶液服从（ 拉乌尔定律 ）；理想气体服从（ 道尔顿分压定律 ）；
3. 某容器内的绝对压强为200kPa ，当地大气压为101.3kPa ，则表压为（ 98.7kPa ）；
4. 离心泵的主要部件为（叶轮）、（泵壳）和（轴封装置）；
5. 过滤介质有（ 粒状介质）、（织物状介质）、（多孔固体介质）；
6. 传热的基本方式为：（热传导）、（ 热对流）和（热辐射）；
7. 多效蒸发有三种操作流程，即（ 顺流）、（逆流）和（平流）；
8. 流体流动型态可以分为（层流）和（ 湍流）。

二、名词解释：
1. 沉降；沉降是利用固体颗粒或液滴与流体间的密度差，使悬浮在流体中的固体颗粒或液滴借助于
外场作用力产生定向运动，从而实现分散相与连续相分离的单元操作。

2. 粉碎；利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块、颗粒或粉末的单元操作，称为粉碎。

3. 干燥；干燥是利用热量使湿物料中水分等湿分被汽化除去，从而获得固体产品的操作。

4. 吸收；在液体和气体接触过程中，气体中的组分溶解于液体的传质操作，称为吸收。

5. 蒸发：蒸发是指将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分气化并被排除从而将溶液浓缩的过程。

三、选择题：
1. 流体在管内呈湍流流动时： B 。

A ．Re ≥2000；
B ．Re ≥4000；
C ．2000＜Re ＜4000。

2. 参照下图，已知d 1=2d 2，u 2=4 m/s ，u 1等于 A 。

A ．
．u 1=2 m/s 。

3. 蒸汽压缩式制冷机制冷量为100kW ，制冷剂循环量为0.10kg/s ，压缩机单位理论功为200 kJ/kg ， 则理论制冷因数为
B 。

A ．0.05； B ．5.0；
C ．2.0；
D ．20。

4. 以下哪个不是离心泵的主要性能参数： C 。

A. 流量
B. 转速
C. 流速
D. 功率
5. 物料衡算的理论依据是 B 。

A. 傅里叶定律
B. 质量守恒定律
C. 亨利定律
D. 能量守恒定律
1=η
四、计算
如图1所示，用泵将密度为1080kg/m 3
、黏度0.15Pa·s的苹果汁从地下贮槽送到高位罐，果汁流量为300L/min 。

输出管出口比贮槽液面高10m ，管道为φ57×3.5的无缝钢管，管路中有一个底阀（可按摇板式止回阀计算），4个90°弯头，一个闸阀和一个标准阀，直管长度为50m ，阀门按全开对待。

求泵的轴功率，设泵的效率为70％。

图1 苹果汁输送系统
解：（1）.取计算截面和基准面
取贮槽液面1－1和高位槽液面2－2为两个计算截面，同时取贮槽液面1－1为基准面，则柏努利方程为：
式中：z 1＝0，z 2＝10；p 1＝p 2；u 1≈0，u 2≈0，因此，柏努利方程简化为
可以看出，只要求得总阻力损失即可计算泵的功率。

（2）.计算阻力
管路阻力包括直管阻力和局部阻力两部分，其中直管阻力为：
式中 d ＝57－2×0.5＝50mm ＝0.5m ；l ＝50m
流速 摩擦系数λ需要查摩狄图或利用经验公式计算，因此先计算雷诺数：
属于层流，因此λ可以根据公式1－17计算（或查摩狄图），即：
所以： 局部阻力计算有两种方法，当量长度法和阻力系数法，下面用阻力系数法，查表1－2，得到阻力系数为：
名称 阻力系数
221211221122f p p z g u w z g u h ρρ
+++=+++∑2f w z g h =+∑22
l u hf d =λ•22
3000/(100060) 2.55m/s (0.05)44
v q u d ππ⨯=
==0.05 2.55108091820000.15
du Re ρμ⨯⨯===＜64640.0697918
Re λ=＝＝22
50 2.550.0697226.6J/Kg 20.052
l u hf d =λ•=•=
进口 0.5
出口 1.0
底阀 1.5
闸阀全开 0.17
标准阀全开 6.0
90°弯头 0.75
所以：Σζ＝0.5＋1.0＋1.5＋0.17＋6.0＋4×0.75＝12.17
则局部阻力为：
总阻力Σh f ＝h f ＋Σh ’ ＝226.6+39.57=266.2 J/Kg
（3）. 计算泵的功率
泵的有效功率
泵的轴功率N =1.8/0.7＝2.57kW 。

五、计算
在一连续干燥器中，要求每小时将2000kg 湿物料的湿基含水量由12%降至2%。

采用热空气为干燥介质，进入干燥器前空气湿含量为0.01kg v /kg d ，温度为15℃，压力为101.3kPa 。

离开干燥器时空气湿含量为0.028kg v /kg d 。

求：（1）水分蒸发量；（2）湿空气用量；（3）干燥产品量。

解：（1）水分蒸发量 121
20.120.02=2000 =204kg/h 110.02
w w W m w --=⨯-- （2）干燥空气用量 4d 212041.1310kg /h 0.0280.01
W L H H ===⨯-- 湿空气用量
'441(1) 1.1310(1+0.01)=1.1410 kg/h L L H =+=⨯⨯⨯
（3）干燥产品量
3121
2110.122000 1.8010kg h 110.02
w m m w --==⨯=⨯-- 六、计算分 用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为50kg/h ，比热容cp 为3817J/（kg •K ）,入口温度80℃，出口温度20℃。

套管环隙逆流通冷水，入口温度10℃，出口温度17℃。

传热系数K 为568W/（m 2
•K ），求：
（1） 需要的冷却水量，（2） 换热平均温差及换热面积，（3） 若改顺流，两流体出入口温度同前，求
（2）各值。

解：（1）换热器内的热流量为 ()()7125038178020 1.14510/mh ph h h q c T T J h Φ=-=⨯⨯-=⨯
或
222.55'12.1739.57J/Kg 22u h f =ξ•=⨯=∑∑29.810226.2364.2 J/Kg
f w z
g
h =+=⨯+=∑3001087364.21797.4 W 1.8kW 100060
m Ne q w ==⨯⨯=≈⨯
由热量衡算公式得
（2） （3）
七、计算
稳态下在单效蒸发器中浓缩苹果汁。

已知原料液温度43.3℃，浓度10%，比热容3.90kJ/(kg ·K)，进料流量0.65kg/s 。

蒸发室沸点60.1℃，完成液浓度80%。

加热蒸汽压力为300kPa 。

加热室传热系数为943W/（m 2
·K ）。

计算：（1）蒸发量和完成液流量；（2）加热蒸汽耗量；（3）蒸汽经济性；（4）换热面积。

解：（1）由式（6-11） 0.1010.6510.57/0.80F P w V F kg s w ⎛⎫⎛⎫=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
P = F – V =0.65-0.57=0.08kg/s
（2）查 T 1=60.1℃时，r V =2 355kJ/kg;
p=300kPa 对应T S =133.3℃，r S =2168kJ/kg
由式（6-15）：
1()V F F S Vr Fc T T S r +-=0.5723550.65 3.90(60.143.3)0.64kg /s 2168
⨯+⨯-== （3）由式（6-17）： e=V /S=0.57/0.64=0.89
（4）由式（6-18）：
3
210.6421681020.1m ()943(133.360.1)
S S Sr A=K T -T ⨯⨯==⨯-
数 据 和 公 式 表
1. 局部阻力因数
名称 阻力系数
进口 0.5
7
1.145103181W 3600⨯Φ==()()7
12 1.14510391kg/h)41861710mc pc c c q c T T Φ⨯===--（10
631028.8K 63ln 10m T -∆==231810.194m 56828.8m A K T Φ===∆⨯h c T T T ∆638020
→1710←h c T T T ∆708020
→1017→3
70321.3K 70ln 3m T -∆==231810.263m 56821.3m A K T Φ===∆⨯
出口 1.0
底阀 1.5
闸阀全开 0.17
标准阀全开 6.0
90°弯头 0.75
2. 水的饱和蒸汽表
压力P/ kPa 温度T/℃汽化热ΔV h/（kJ/kg ）
19.9 60 2355
200 120.2 2205
300 133.3 2168
400 143.4 2138.5
3. 水的比热容 Cp＝
4.18kJ／（kg•K）。