食品工程原理题目

解：（1）冷却段的热流量为

Q1qm1cp1(T1T2)冷凝段的热流量为

5001.86103(8030)1.29104W 3600Q2qm1r5003901035.24104W 3600冷却水用量为 qm2Q1Q21.291045.421040.639 kg/s (t2t1)cp2(4520)4.2103设在冷却段与冷凝段交界处冷却水的温度为t′，则 Q21.29104tt12024.8℃

qm2cp20.6394200根据各有关温度可画出换热器的操作线，如附图所示。 冷却段的对数平均温度差及所需传热面积为 tm1(T1t)(T2t1)(8024.8)(3020)26.5℃

8024.8T1tlnln3020T2t1Q11.29104A14.9m2

K1tm110026.5冷凝段的对数平均温差及所需传热面积为 tm2(T1t)(T1t2)

T1tlnT1t2(8024.8)(8045)44.3℃

8024.8ln804518附图 Q25.42104A22.4m2

K2tm250044.3所需总传热面积为

AA1A24.92.47.3m2

所需冷却水用量为 qm2Q1Q21.291045.421040.639kg/s 3(t2t1)cp2(4520)4.210

（2）若采用并流方式，为达到冷却要求，冷却水的最高出口温度为30℃，故冷却水的最小用量为

qm2,minQ1Q21.291045.421041.6kg/s

3(t2maxt1)cp2(3020)4.210所需传热面积为无穷大。

答：分别为：S=7.3m2，qm =0.639kg/s，qm2=1.6kg/s

5.在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成0.35（易挥发组分摩尔分率，下同），饱和蒸气加料。塔顶采出率

为40%，且已知精馏段

操作线方程为y=0.75x+0.20，试求：（1）．提馏段操作线方程：（2）．若塔顶第一板下降

的液相组成为0.7，求该板的气相默夫里效率Emv1。

试题：

如图所示，某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120Kg/m3 的溶液送至高位槽内，槽内表 压强为3.92×104Pa，需要的送液量为120 m3/h，输送管路为φ 140×4.5mm 的钢管，其 计算总长度为140m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差Δ z＝ 11m，摩擦系数λ 为0.03。试问能否送用n＝2900r/min、Q＝132m3/h、H＝30m 的离心水

泵？（溶液性质与水相近）

例：用泵把20℃的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300 l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用φ57×3.5mm的无缝钢管，直

管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准 弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持 恒定。试求泵的轴功率。设泵的效率为70%。

将7%的某种水溶液在常压单效蒸发器中连续浓缩到24%，原料液的温度为20℃。估计出因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为3.5℃，因液柱静压强而引起的温度差损失3.0℃。加热蒸汽压强为294.3KPa（绝压）；蒸发器的传热外表面积S0为43m2，基于外表面积的总传热系数K0为1100W/（m2. ℃）,热损失为蒸发器传热量的5%。已查出在常压及294.3KPa时水蒸气饱和温度分别为100℃及132.9℃。汽化潜热分别为2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。求：完成液的流量Kg/h。（假设浓缩热可忽略） 解：（1）溶液的沸点t1=T =100+3.5+3=106.5℃ (1分)

（2）溶液的比热Cp=Cpw（1-x0）=4.187（1-0.07）=3.894KJ/（Kg. ℃） (1分) （3）蒸发器的传热速率为Q

5

Q=K0S0（T-t1）=1100×43×（132.9-106.5）=12.49×10W （2分） （4）热量衡算知：

/

①Q=1.05〔F.Cp,0(t1-to)+W.r〕 (2分) ②W=F（1-

Xo0.07）=F（1-）=0.71F （1分）代入①式得： 0.24X110005

③1.05〔F×3.894×（106.5-20）+0.71F×2258〕×=12.49×10

360010005

即 1.05（336.83F+0.71F×2258）×=12.49×10

3600

1940F=4282285.7 ；F=2207.4Kg/h （3分）

（5）完成液流量为F-W=2207.4-0.71×2207.4=640.15Kg/h （1分）

常压下以温度为20℃、相对湿度为60%的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90℃后送入干燥器，离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg/kg绝干气。每小时有1100kg温度为20℃、湿基含水量为3%的湿物料的平均比热容为3.28kg/(kg绝干料?℃)。忽略预热器向周围的热损失速度为1.2kw。试求：

（1） 水分蒸发量W；（2） 新鲜空气消耗量L0；

（3） 若风机装在预热器的新鲜空气入口处，求风机的风量； （4） 预热器消耗的热量Qp； （5） 干燥系统消耗的总热量Q； （6） 向干燥器补充的热量QD；

（7） 干燥系统的热效率。

（1） 水分蒸发量W W=G(X1-X2)

由于X1=ω1/(1-ω1)=0.03/(1-0.03)=0.0309kg/kg绝干料 X2=ω2/(1-ω2)=0.02/(1-0.02)≈0.002kg/kg绝干料 G=G1 (1-ω1)=1100(1-0.03)=1067kg绝干料/h 故 W=G(X1-X2)=1067(0.0309-0.002)=30.84kg水分/h

(2) 新鲜空气消耗量

先计算绝干空气消耗量L，即 L=W/ (H2-H1)

由H-I可查出，当时t0=20℃、φ0=60%, H0=0.009 kg/kg绝干气，故 L=30.84/ (0.022-0.009)=2372kg绝干气/h 因此，新鲜空气消耗量为

L0=L/ (1+H0)=2372(1+0.009)=2393kg新鲜空气/h (3) 风机进风量V″ V″ =LvH

新鲜湿空气的比容VH为

VH=(0.772+1.244H0) ×(273+t0)/273=(0.772+1.244×0.009) ×(20+273)/273 =0.841m3新鲜湿空气/kg绝干气

所以， V″ =2372×0.841=1995 m3新鲜湿空气/h

(4) 预热器中消耗的热量Qp 若忽略预热器的热损失，可用下式计算， Qp =L(I1-I0)

当t0=20℃、φ0=60%时，由H-I图查出I0=43kJ/h绝干气。空气离开预热器时t1=90℃、H1=H0=0.009kg/kg绝干气，由H-I图查出I1=115kJ/h绝干气，故 Qp =2372(115-43)=170800kJ/h=47.44×103W (5) 干燥系统消耗的总热量Q

Q=1.01L(t2-t0)+W(2490+1.88t2)+Gcm (θ2-θ1)+QL

=1.01×2372(45-20)+30.84(2490+1.88×45)+1067×3.28(60-20)+1.2×3600 =283600kJ/h=78.8Kw

(6) 向干燥器补充的热量QD

QD=Q-Qp=283600-170800=112800 kJ/h=31.3kW

(７)干燥系统的热效率η 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，可用下式计算， η=W(2490+1.88 t2)/Q×100%

=30.84(2490+1.88 ×45)/283600×100%=28%

例题 有一传热面积为30m2的单效蒸发器，将35℃，浓度为20%（质量）的NaOH溶液浓缩至50%（质量）。已知加热用饱和水蒸气的压力为294kN/m2（绝压），蒸发室内压力为19.6 kN/m2（绝压），溶液的沸点为100℃，又蒸发器的总传热系数为1000W/m2•k,热损失可取为传热量的3%，试计算加热蒸气消耗量D和料液处理量F。 (1) 加热蒸气消耗量D QQD Hhwr

由传热速率方程得：

Q=KA(T-t)=1000×30×(132.9-100)=9.87×105w/m2·℃

9.87105/1000 D0.455kg/s1640kg/h2728556.5

(2) 料液流量F

DH+Fh0=WH′+(F-W)h1+Dhw+QL

式中是D、H、H′、hw已知量，根据料液、完成液的温度和浓度查图得，原料液的焓h0=120kJ/kg，完成液的焓h1=540kJ/kg 又QL=0.03Q=0.03×9.87×105=29.6kw 代入已知数据

0.445×2728+120F=2681W+540(F-W)+0.455×556.5+29.6 整理后，得

420F+2141W=958.4

x F=0.56kg/s

WF(10)W=0.34kg/s x1