食品工程原理思考题与习题

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%，含盐量%，试计算原料黄油中含水量。

3 将固形物含量为%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℃，离开预热器的温度为℃。

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%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( )； 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( )，( )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×103 Pa，设备安装地的大气压强为×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=，Z2=；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 。

2z2 hz1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 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=、h2=1m、h3=、h4=。

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h5h3 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。

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 hm p ′水 pa p h 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 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Φ×，外管为Φ6mm×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㎏/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m，流速为 m/s，其压强所产生的水柱高为1m；截面2处的管内径为 m。

忽略水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 12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 m/s的速度流动。

设料液在管内压头损失为 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 u12 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 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×105 Pa 。

求该泵吸入口处的真空度。

45 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 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。

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：管长增加一倍；管径增加一倍；果汁温度升高使黏度变为原黏度1/2。

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，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= MPa，pB= MPa，两点间的直管长度为25m，用管直径为Φ89×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 用一台轴功率为的库存离心泵将溶液从贮槽送至表压为×105Pa的密闭高位槽，溶液密度为1150kg/m3、黏度为×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。

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 2B6m 20 m A1 1习题21附图习题20附图习题23附图22 一台效率为的离心泵将果汁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×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20m ，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，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、内径为20mm的钢管， 5*??Y1?Y21N?ln?(1?S)?S? *1?S?Y1?Y1X2Y11lnln2 1SX11SY1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倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为/s：操作条件下的平衡关系为y＝，气相体积吸收总系数为Kya＝／(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、25℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度2%降至%。

该系统符合亨利定律，亨利系数为×104kPa。

若取吸收剂用量为理论最小用量的倍，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，出塔气中含氨，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=，试求：实际操作液气比与最小液气比的比值；传质单元数；若将出塔气中的摩尔分数降为，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/(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。