食品工程原理思考题与习题.docx
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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。
假设鲜橘汁进料流量为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℃℃。
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别离器中,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%。
试计算从离心机中别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)。
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牛顿黏性定律说明,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15.5×103Pa,设备安装地的大气压强为90.8×103Pa,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=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。
3某设备进、出口的表压强分别为-13kPa和160kPa,当地大气压为101.3kPa,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。
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13560kg/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50kPa〔表压〕。
试确定水封管至少应插入水面下的最小深度h。
7贮油槽中盛有密度为960㎏/m3的食用油,油面高于槽底9.6m,油面上方通大气,槽侧壁下部开有一个直径为500mm的圆孔盖,其中心离槽底600mm。
求作用于孔盖上的力。
mmmm,外管为Φ6mmmm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。
9水流经一文丘里管如此题图示,截面1处的管内径为0.1m,流速为0.5m/s,其压强所产生的水柱高为1m;截面2处的管内径为0.05m。
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?
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。
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?
1220℃下水在50mm内径的直管中以3.6m/s的流速流动,试判断其流动类型。
1337℃下血液的运动黏度是水的5倍。
现欲用水在内径为1cm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,假设将管径增加一倍,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如此题图示,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=5J/kg,当地大气压强为1.0133×105Pa。
求该泵吸入口处的真空度。
16用泵输送某植物油,管道水平安装,其内径等于10mm,流量为0.576m3/h,油的粘度为50黏度0-3Pa⋅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20m。
已知溶液密度为1200kg/m3,溶液输送量为每小时30m3,管路系统各种流动阻力之和∑hf=36J/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,假设流量、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930kg/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=1.2MPa,pB=1.12MPa,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Φ108×4mm、直管长度为70m、各种管件的当量长度之和为100m(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。
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1030kg/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50kPa,果汁输送量为16m3/h,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,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。
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. 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。 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。 233/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。 假设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。 33/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。 43/h的水以0.1m/s的速度从10m下的加热罐中抽至水龙头处。 假设罐的压力保持在600kPa的表压下,试求泵的能量。 忽略管道阻力。 第三章非均相物系的别离 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非均相物系的别离遵循〔〕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()。 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()。 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简述旋风别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别离系统,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。 五、计算 1试计算直径d90μm,密度ρs为3000kg/m33,黏度为1.81×10-5Pa·s,水的黏度×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P3。 现用一标准型旋风别离器别离其中的尘粒,别离器的尺寸为D=400mm,h=D/2,B=D/4。 含尘气体在进入排气管以前在别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? 假设沉降室低面的宽为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假设分别采取以下各项措施,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/m3,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/min3/h。 计算出口流体中最大颗粒的直径。 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.5-50mmB.5-10mmC.100μm以下 2对于立方体形颗粒,球形度φs为〔〕。 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.>10B.<10C.=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 3lkg谷物从最初粒度4mm磨碎到最后粒度1mm需要能量4.6kJ。 假设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? 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。 假设搅拌器转速为500r/min,测得电机功率为12kW,试求搅拌器的直径。 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夹带别离高度 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为防止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(),防止()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以下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别离的卸料器为〔〕。 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1196kg/m3℃的空气流过流化床时,空床流速为/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/m33,平均黏度P。 试求其临界流化速度。 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ρf3,求最大流化速度。 4鲜豌豆近似为球形,其直径为5mm,密度为1060kg/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外表之间的传热膜系数。 已知-20℃空气的导热系数为2.36×10-2W/m·K 2,同时估计从风机到加料器的压力损失约为1.04kN/m23。 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,() 2液体的沸腾传热应控制在()区,以获得较大的传热膜系数. 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(). 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(). 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
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