农学硕士联考食品工程原理2Word格式文档下载.docx
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由渗透压计算式,得:
πb=RT∑csi=8.314×
298×
2×
0.1709
=847(kPa)=0.847(MPa)
πp=RT∑csi=8.314×
0.00684
=33.9(kPa)=0.0339(MPa)
Δπ=0.847-0.0339=0.813(MPa)
[*]
(3).溶质的渗透系数B。
(溶质的渗透系数B。
[*])
0MPa压差和25℃下,有效面积5cm2的醋酸纤维素膜的纯水透过流量为0.1kg/h,对NaCl水溶液反渗透,料液摩尔分数为9×
10-3,溶液透过总量为0.07kg/h,测得透过液中NaCl的摩尔分数为1×
10-3,水溶液的密度近似于纯水。
NaCl水溶液的渗透压可表示为π=Bxs,B=255MPa。
求:
(1).水的渗透系数A;
对于纯水试验,Δπ=0[*])
(2).料液侧膜表面NaCl的摩尔分数;
(料液侧膜表面NaCl的摩尔分数。
先计算透过液的渗透压:
π=Bxs=255×
1×
10-3=0.255(MPa)
因为溶液很稀,[*],故有:
所以[*]
透过液中溶质盐的流量为:
Qs=Qpcp=0.07×
10-3×
0.0556×
58.5=2.277×
10-4(kg/h)
Qw=Qp-Qs=0.07-2.277×
10-4=0.06977(kg/h)
代入数据:
解得:
πSM=3.286(MPa)
将其代入π=255xs中,解得:
xs=xSM=0.0129)
在一传热面积为85m2的单效真空蒸发器中,将5000kg/h的某种水溶液从10%浓缩到40%。
蒸发器的操作压强为20kPa,加热蒸汽为100kPa,进料温度为25℃,比热容为3.90kJ/(kg·
℃)。
蒸发器的总传热系数为1100W/(m2·
℃),温差损失为10℃。
附:
20kPa和100kPa下水的饱和温度分别为60.1℃和99.6℃,汽化潜热分别为2355kJ/kg和2260kJ/kg。
8.01)
(1).热损失占总传热量的百分数(即QL/Q);
2.67)
(求QL/Q。
溶液的沸点为:
t1=T'
1+Δ=60.1+10=70.1(℃)
水分蒸发量为:
F=5000/3600=1.389(kg/s)
Q=KSΔT=1100×
85×
(99.6-70.1)=2.758×
106(W)
又由热量衡算,得:
Q=Wr'
+Fcp0(t1-t0)+QL
=1.042×
2355×
103+1.389×
3.90×
103×
(70.1-25)+QL
=2.698×
106+QL(W)
所以QL=2.758×
106-2.698×
106=6.00×
104(W)
(2).加热蒸汽消耗量;
(求蒸汽消耗量D。
D=Q/r=2.758×
106/(2260×
103)
=1.22(kg/s))
(3).浓缩液的流量。
(求浓缩液流量(F-W)。
F-W=1.389-1.042=0.347(kg/s))
用一常压、连续操作的单效蒸发器蒸发5%(质量)的水溶液,加料量为5000kg/h,进料温度为30℃,被浓缩到10%(质量)。
传热面积为100m2,用120℃的饱和水蒸气加热。
料液的比热为4.0kJ/(kg·
℃),温差损失为10℃,热损失可忽略。
常压下水的汽化潜热为2258kJ/kg。
(1).水的蒸发量和浓缩液的量;
3.00)
(求W,(F-W)。
W=F(1-x0/x1)=1.389×
(1-5/10)=0.6945(kg/s)
所以F-W=1.389-0.6945=0.6944(kg/s))
(2).蒸发器的传热系数。
(求K。
[*]
(1)
其中t1=Δ+T'
1=10+100=110(℃)
+Fcp0(t1-t0)
=(0.6945×
2258+1.389×
4×
(110-30))×
103
=2.013×
代入式
(1),得:
在单效蒸发器中浓缩苹果汁。
已知原料液温度43.3℃,浓度11%,比热3.9kJ/kg·
℃,进料流量0.67kg/s。
蒸发室沸点60.1℃,浓缩液浓度75%。
加热蒸汽压强为200kPa(表压),加热室传热系数为943W/m2·
℃。
假设可以忽略温度差损失和热损失,当地大气压按100kPa计。
饱和水蒸气表
压强/kPa
温度/℃
焓/(kJ/kg)
汽化热/(kJ/kg)
液体
蒸汽
9.0
20.0
200
300
43.3
60.1
120.2
133.3
181.6
251.51
493.71
560.38
2574.8
2606.4
2709.2
2728.5
2393.6
2354.9
2204.6
2168.1
9.00)
(1).蒸发水量;
(求W。
W=F(1-x0/x1)=0.67×
(1-11/75)=0.572(kg/s))
(求D。
+Fcp0(t1-t0)=0.572×
2354.9+0.67×
3.9×
(60.1-43.3)
=1.391×
103(kJ/s)
(3).传热面积。
(求S。
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%。
已知进料的平均比热容为3.90kJ/(kg·
K),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/(m2·
K),热损失可取为5%,温差损失可忽略。
附水蒸气数据:
105Pa时的温度为120%,汽化潜热为2205.2kJ/kg;
60℃时二次蒸汽的汽化潜热为2355.1kJ/kg。
试求:
18.00)
(1).蒸发水量和成品量;
(蒸发水量和成品量。
蒸发水量:
[*]成品量:
(加热蒸汽消耗量。
(3).蒸发器传热面积。
(蒸发器传热面积。
(4).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℃,固形物含量为10.9%。
产品排出温度为40℃,固形物含量为40%。
采用121℃蒸汽加热,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℃。
(1)产品和冷凝水的流量;
(2)加热蒸汽消耗量(热损失不计);
(3)若冷却水进冷凝器时温度为21℃,离开时为29.5℃,求其流量。
附:
桃浆进料比热容可取为3.9kJ/(kg·
K),冷却水比热容取为4.187kJ/(kg·
K)。
温度为121℃时蒸汽的汽化潜热为2202.5kJ/kg,38℃温度时的汽化潜热为2405.6kg/kg。
(F=65/3600=0.0181kg/s
(1)产品和冷凝水的流量。
产品量:
冷凝水量:
W=F-L=0.0181-4.92×
10-3=0.0131(kg/s)
(2)蒸汽消耗量。
(3)冷却水流量。
(5).临时需要将850kg/h的某种水溶液从15%连续浓缩到35%。
现有一传热面积为10m2的小型蒸发器可供使用。
原料液在沸点下加入蒸发器,估计在操作条件下溶液的各种温度差损失为18℃。
蒸发室的真空度为80kPa。
假设蒸发器的总传热系数为1000W/(m2·
K),热损失可以忽略。
试求加热蒸汽压强。
当地大气压为100kPa。
绝压20kPa时,水的饱和温度为60.1℃,汽化潜热为r'
=2354kJ/kg。
(F=850/3600=0.236(kg/s)。
总水分蒸发量:
由于沸点进料,且忽略热损失,则传递的热量为:
=0.134×
2354×
103=315.4×
103(W)
传热温差为:
1+Δ=60.1+18=78.1(℃)
加热蒸汽温度为:
T=Δt+t1=31.5+78.1=110(℃)
查得该温度下蒸汽压力为143kPa。
)
(6).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%,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,经3h试验后得蒸发的水分量为2.7×
104kg。
已知蒸发器传热面积为100m2。
已测得温差损失为14.6℃,假定热损失为总传热量的2%,试求传热系数。
21.33kPa下水的饱和温度为61℃,汽化潜热为2352.1kJ/kg;
压强为2×
105Pa,饱和温度为120.2℃。
(溶液的沸点:
1+Δ=61+14.6=75.6(℃)
水分蒸发量:
由于沸点进料,其传热量为:
1+QL=1.02×
7.5×
2352.1×
=5.998×
传热系数:
用温度为20℃、湿度为0.005kg/kg绝干气的新鲜空气,在常压绝热干燥器内将湿物料自含水分50%干燥至5%(均为湿基)。
湿物料处理量为1500kg/h,空气在预热器内被加热到95℃后送入干燥器,预热器的热损失可忽略,空气出干燥器的温度为40℃。
30.00)
(1).在湿焓图上绘出空气状态变化过程示意图;
(在H-I图上空气状态变化过程如下图0→1→2所示:
(2).求预热器的耗热量;
(求QP。
QP=L(I1-I0)
(1)
其中:
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0=(1.0+1.93×
0.005)×
20+2500×
0.005
=32.69(kJ/kg)
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.93×
95+2500×
=108.4(kJ/kg绝干气)
由I1=I2=(1.0+1.93H2)×
40+2500H2
可解得:
H2=0.02654(kg/kg绝干气)
除去的水分量:
干空气流量:
代入式
(1)得:
QP=3.30×
104×
(108.4-32.69)=2.50×
106(kJ/h)=694(kW))
(3).求新鲜湿空气的体积流量。
(求V。
(4).在常压理论干燥器中,从湿物料中去除水分的速率为0.0278kg水/s。
进入预热器的湿空气温度为288K,湿度为8.49×
10-3kg/kg绝干气,离开干燥器的湿空气温度为317K,湿度为0.0292kg/kg绝干气。
(1)干空气的流率和预热器所提供的热量;
(2)预热器出口空气的温度。
(本题属于简单干燥过程。
(1)求L和QP。
QP=L(I1-I0)
等焓干燥,则I1=I2,故
QP=L(I2-I0)
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0
=(1.0+1.93×
0.00849)×
(288-273)+2500×
0.00849
=36.5(kJ/kg绝干气)
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2
0.0292)×
(317-273)+2500×
0.0292
=119.5(kJ/kg绝干气)
QP=1.342×
(119.5-36.5)=111.4(kW)
(2)求t1。
因为
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1
0.00849)t1+2500×
=I2=119.5(kJ/kg绝干气)
t1=96.7(℃))
(5).温度为20℃,湿度为0.01kg/kg绝干气的湿空气,在预热器内被加热到85℃后进入干燥器,干燥器中没有补充热量。
空气离开干燥器时的温度为35℃,估计每蒸发1kg水干燥器净收入的热量为-1591kJ。
新鲜湿空气的流率为2.78kg/s,求水分汽化速率。
(水分汽化量(速率)为
W=L(H2-H1)
(1)
由于L'
=L(1+H0)
所以L=L'
/(1+H0)=2.78/(1+0.01)=2.75(kg绝干气/s)
而H1=H0,ε=-1591kJ/kg汽化水
0.01)×
85+2500×
0.01
=111.6(kJ/kg)
将其代入[*]中,得:
[*]
(2)
I2=(1.0+1.93H2)×
35+2500H2(3)
(2)、(3)式联立,解得:
H2=0.0222(kg/kg绝干气)
I2=92.2(kJ/kg绝干气)
将H2之值代入
(1)式中,得:
W=2.75×
(0.0222-0.01)=0.0336(kg/s))
(6).某干燥过程由于工艺要求,采用部分废气循环,即废气返回一部分与新鲜空气混合后再进入预热器。
新鲜空气的温度为18℃,湿度为0.006kg/kg绝干气;
离开干燥器时的温度为58℃,湿度为0.0575kg/kg绝干气。
要求混合气体(循环的废气+新鲜空气)的湿度为0.045kg/kg绝干气,设干燥器为理论干燥器。
(1)蒸发1kg水分所需的新鲜空气量和热量;
(2)混合气体离开预热器的温度;
(3)废气循环量。
(画出流程示意图:
(1)求l和qP。
0.006)×
18+2500×
0.006
=33.2(kJ/kg绝干气)
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2=(1.0+1.93×
0.0575)×
58+2500×
0.0575
=208.2(kJ/kg绝干气)
l=L/W=1/(H2-H1)=1/(0.0575-0.006)
=19.42(kg绝干气/kg汽化水)
理论干燥器,I1=I2
qP=l(I1-I0)=l(I2-I0)
=19.42×
(208.2-33.2)=3400(kJ/kg汽化水)
因为I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.93×
0.045)t1+2500×
0.045
=I2=208.2(kJ/kg绝干气)
t1=88.1℃
(3)求lR。
以1kg汽化水为基准,对混合点m用混合公式,设循环废气中绝干空气量为lR,则有:
即[*]
所以lR=60.6(kg绝干气/kg汽化水)
l'
R=l(1+H2)=60.6×
(1+0.0575)=64.1(kg废气/kg汽
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- 农学 硕士 联考 食品 工程 原理