食品工程原理(江苏大学)1460565442 中国大学MOOC作业答案

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作业本学期食品工程原理手写作业 第二次伯努利方程手写作业和互批

1、 何为流体流动边界层，研究边界层有何意义？
评分规则: 近壁处流体，在壁面处紧贴壁面的流体速度为零，此层流体上方一层的流体速度不为零，因存在速度差异，流体质点发生动量交换，确定了本层流体的速度。依此类推，各层流体的速度都因动量交换后而确定，且离壁面越远速度越大，直至达到流体的主体部分速度u0，故在近壁面区域一段范围内，流体存在速度梯度。以流体质点速度为主体速度的0.99倍为界限的近壁区即为流体的边界层（boundary layer）。流体被分成两部分，即边界层部分和主体部分，主体部分的流体基本不受影响，一般只需着重考察边界层中流体的动量交换过程。边界层中的速度梯度大小代表了边界层中阻力的大小，也就代表传递动量的大小，所以固体壁面附近存在的流体边界层是阻力存在之处，研究此边界层对揭示流动阻力的规律具有重要意义。

2、 用常压高位槽向设备内供应20℃的水，水面保持恒定，输水管的内径为27mm，设备内的表压为30kPa，送水量要求为5m^3/h，从高位槽液面至伸入设备内的管出口端外的全部阻力损失为15.0u^2J/kg，u为管中流速，试求高位槽水面距出口管的高度。
评分规则: 解：V=(π/4)d2u，u=5/3600/(0.7850.0272)=2.427m/s由上下游1-1，2-2截面间列伯努利方程，2-2在管的外侧，考虑出口阻力损失，出口后的动能项为0，gz1+0+0=gz2+0+0+hf取z2=0，p1表=0，u2=0,u1=0,代入伯努利方程，得到gz1+0+0=0+301000/1000+0+15.02.4272z1=12.1m

3、 某冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg/m3，循环量为30m3/h，管路的直径相同，盐水由泵出口A处经两个串接的换热器而至高处B的能量损失为80.5J/kg，由B经管路至泵进口再至出口A的能量损失为39.2 J/kg，试计算：（1）若泵的效率为70%时，求泵的轴功率；（2）若A处的压强表读数为200.5kPa，A、B两点垂直高度为7m，求B处的压强表读数。
评分规则: 

4、 用粘度计测某液体食品的粘度，剪切速率为100s-1，剪切应力为4dyn/cm2，计算食品的粘度并用Pas、cP、P、kg/(m·s)和mPas表示；若液体食品的密度是1100kg/m3，求运动粘度，以St、cSt和m2/s为单位。
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第四次管路计算手写作业和互批

1、 什么是数学模型法，有几种类型，与量纲分析规划实验法有什么不同，离心泵的性能为什么要用实验测定，测定实验与量纲分析规划的实验有什么不同？
评分规则: 有纯数学模型法和半理论半经验的数学模型法。半理论半经验数学模型法是单元操作学研究复杂问题常用方法。该法针对复杂的物理现象，首先抓主要矛盾，进行简化，建立物理模型，使得物理模型能够体现实际问题的主要方面，然后列出数学方程，求解方程。方程中往往有模型参数，需要用实验测定求出模型参数，并对模型进行有效性证明，这与量纲分析规划实验并进行实验测定参数关系的目的明显不同。该法的难点在于必须深刻理解过程，对过程进行合理简化，同时在指定的某侧面与原过程保持等效，而最终的检验性实验则要比量纲分析后的搜索性实验简易。如果对过程的本质不能做恰如其分的简化，半理论半经验的数学模型法就无法得到正确应用，仍需要采用量纲分析规划实验方法，搜索参数关系。尽管得到了离心泵的数学模型，并解释了一些问题，但因为泵内的流动很复杂，理论与实际情况差异较大，数学模型得到的压头公式在实际问题中难以得到应用，还需通过实验实测离心泵的性能曲线，以供选用离心泵。直接测定参数之间的关系，而不是测定准数之间的关系。

2、 如何调节管路的工作点，调节方法各有何特点，哪种方法比较有效？
评分规则: 管路特性曲线方程和泵的特性曲线方程联立求解，可以得到离心泵的工作点。改变工作点的位置即可调节流量，方法有如下几种：（1）改变管路特性曲线的位置，包括增大减小斜率或上下平移此线；（2）改变泵的特性曲线，包括改变转速等。例如，要增加管路的阻力，可以关小阀门开度，阻力变大，管路曲线更陡，流量变小，相反流量则变大，而将转速从n1降到n2，工作点则发生变化。离心泵流量调节一定要注意节能，采用管路阀门调节简单易行，但能耗大。调节泵叶片转速的方法也可有效调节流量，但需要变速装置，一般大型泵采用此类方法。调节后的工作点一般应在高效区范围内。

3、 求管内气体流量在108×4mm的圆直管内用毕托管测流速。已知管内流体是50oC的空气，压强为200mmH2O（表压），外界大气压为1atm，气体粘度为0.0196cP，在测管轴心处umax时，U形管压差计读数R为10mm，压差计指示液为水，求管内气体流量。
评分规则: 

4、 求管内水的流量在内径为50mm的圆直管内装有孔径为25mm的孔板，管内流体是25℃清水，按标准测压方式以U形压差计测压差，指示液为汞，测得压差计读数R为500mm，求管内水的流量。
评分规则: 

5、 密度1100kg/m3的果汁以1.5 m/s的平均流速流经32×2.5m，长为20 m的光滑管，，求：（1）及hf；（2）若流量不变，管子改为25×2.5mm，再求（1）
评分规则: 

6、 截止阀全开时管路的特性曲线用离心泵将常压水池中的50oC水输送至与水池水面高差为10m处，出水管处的表压强为98.1kPa，水的流量为60m3/h，输液管规格是102×3.5mm，安装1个全开标准截止阀，管长共45m（包括除截止阀外的全部局部阻力的当量管长），管壁绝对粗糙度为0.57mm，试求：（1）截止阀全开时管路的特性曲线；（2）将截止阀半开，输水流量为55 m3/h，再求管路的特性曲线。
评分规则: 

7、 求工作点流量IS65-40-200型离心泵在n=1450r/min时的“扬程～流量”曲线可近似用如下数学式表达：He=13.67－8.30×10-3V^2，式中He为扬程，m，V为流量，m3/h。用该泵将低位槽的水输至高位槽，输水管终端高于高位槽水面，已知低位槽水面与输水管终端的垂直高度差为4.0m，管长80m（包括局部阻力的当量管长），输水管内径40mm，摩擦系数λ=0.02，请用解方程法求工作点流量。
评分规则: 

8、 如何根据单泵的特性曲线方程，写出组合泵组的特性曲线方程？
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第三次流体阻力计算手写作业和互批

1、 如何理解层流时动量通量的计算公式？
评分规则: 

2、 量纲分析用于规划实验有何意义，此法为什么很重要？
评分规则: 

3、 你能定性绘出摩擦阻力系数图吗？
评分规则: 请参考摩擦阻力系数图，绘制一遍，加强记忆和理解。重点把握几个组成部分，包括坐标轴

4、 城市供水管路的设计应该注意什么问题，总管阻力损失的大小对用户用水有什么影响，如何有效供水？
评分规则: 应注意总管阻力大小和支管阻力大小的分配问题，以保证总管中的流量要随支管开放的多少而变化，以保证支管中的流量不互相干扰。如果总管阻力占全部阻力的次要部分，则总管中的流量可以随启用的支管数目的增加而增加，且支管内的流速几乎不降低，启用支管数目越多，获得的总流量越大，所以自来水公司应采用此种方式供水，故而一般要求采用大直径输水管。

5、 证明湍流的平均流速近似为管内最大流速的0.82倍（n=7时）
评分规则: 

6、 有一高位水槽，其水面离地面的高度为H，水槽下面接有内径53mm的普通壁厚水煤气钢管130m长，管路中有1只全开的闸阀，4只全开的截止阀，14只标准90°弯头，要求输水流量为10.5m3/h，设水温20℃，ε=0.2mm，求H；若已知H=20m，求输水的流量。
评分规则: 

7、 敞口高位水槽直径为2m，内部水位高3m，用内径40mm的水管连接至低位敞口水槽底部放水，低位水槽的底部与高位水槽底部间距为8m，低位水槽的直径为1m，设至管侧外的全部流动阻力损失为40u^2，u为管中水的流速，求低位水槽内的水位为2m时所需时间。
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第五次离心泵等颗粒沉降手写作业和互批

1、 如何定义阻力系数(曳力系数)，它与哪些因素有关
评分规则: 

2、 由欧根方程如何拓展到康采尼－卡曼（Kozeny-Carman）方程？
评分规则: 

3、 已知球形颗粒作最松散填装时，空隙率为0.48，作最紧密填装时，空隙率为0.26。流体通过均匀球形颗粒按最松散填装方式填装组成的固定床，且流速极慢，当颗粒直径减半，且为最紧密装填时，其它条件不变，此时单位床层高度的压降为原来的多少倍？
评分规则: 空隙率由0.48变为0.26，压降为原来的12.74倍，球的直径减少一半，压降为原来的4倍，故整个压降为原来的4×12.74=51倍。

4、 求最大安装高度IS100-80-160型离心泵，p0=8.6mH2O，水温150C，将水由低位槽吸入泵，由管路情况基本的性能，知V=60m3/h，查得hn=3.5m，已知吸入管阻力为2.3mH2O，求最大安装高度
评分规则: 

5、 试选择合适的离心泵某食品厂需用泵将水池中的20℃清水输送到100m管线远且高10m的常压设备中，流量要求为30m3/h，估计管件有90°弯头4只（阻力系数取1.1），带滤水网的底阀1只，标准截止阀全开2只（阻力系数取9.5），闸阀1只（阻力系数取4.5），试选择合适的离心泵。
评分规则: 

6、 某塔板冷模实验装置中有三块塔板，塔径D=1.5m，管路直径d=0.45m，要求塔内最大气速为2.5m/s，已知在最大气速下，通过每块塔板的阻力损失约为120mmH2O，孔板流量计的阻力损失为400mmH2O，整个管路的阻力损失约为300mmH2O，设空气温度为30℃，大气压为740mmHg，试选择一适用的通风机。
评分规则: 从风机样本查出9-27-101N07（n=2900r/min）满足要求，该机性能如下：全压1210mmH2O，风量17100m3/h，轴功率89kW。

7、 求空气出口温度一单动单缸空气压缩机排气绝对压力为8kgf/cm2，活塞行程90mm，缸径240mm，曲轴转速1500r/min，，绝热指数k=1.4，空气初始温度=10℃，求：（1）空气出口温度；（2）生产能力及原动机功率。
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作业本学期食品工程原理手写作业 第六次过滤和流化床手写作业和互批

1、 某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需要过滤时间为τ，假设在过滤压强变化范围内，滤饼的空隙率没有显著变化，单位滤液的滤饼体积可以看作不变。试推算下列情况下的过滤时间τ′是原来过滤时间τ的倍数：（1）s=0，压差减少一半，其他条件不变；（2）s=0.5，压差减少一半，其他条件不变；（3）s=1，压差减少一半，其他条件不变；（4）s=0，压差减少一半，温度由20℃（μ=1.0mPas）升至40℃（μ=0.653mPa·s）；（5）若压差提高一倍，上述各结果又是多少？
评分规则: （1）～（4）分别为2；1.414；1；1.306；（5）分别为0.5；0.707；1；0.327。

2、 如何用实验测定滤饼的压缩指数s和比阻常数r0？
评分规则: 

3、 提高流化质量的常用措施有哪些
评分规则: 答：提高流化质量的常用措施有（1）分布板应有足够阻力，工业生产用的气体分布板形式很多，常见的有直流式、侧流式和填充式等；（2）在流化床的不同高度上设置若干层水平挡板、挡钢或垂直管束等内部构件，构件的作用是抑制空穴变大，改善气体在床层中的停留时间分布，减少气体返混和强化两相间的接触；（3）采用小粒径、宽度分布的颗粒，颗粒的尺寸和粒度分布对流化床的流动特性有重要影响，小粒径、宽分布的颗粒特别是细粉能起“润滑”作用，可提高流化质量，经验表明能够达到良好的流化的颗粒尺寸在20~500μm范围内。

4、 气力输送的主要优点有哪些
评分规则: 1）可进行长距离、任意方向的连续击中输送和分散输送，劳动生产，而且结构简单、紧凑，占地面积小，使用、维修方便。2）输送对象物料范围广，粉状、颗粒状、块状、片状物料均可。温度可高达500摄氏度。3）输送过程中可同时进行混合、粉碎、分级、干燥、加热、冷却等操作。4）输送中可避免物料受潮、污染或混入杂质，保持质量和卫生，且没有粉尘飞扬，保证操作卫生良好。

5、 某降尘室底面积A，高度H，对流量为V的气体理论上能100%除去的最小粒径为d，现在降尘室内加入n块隔板，将降尘室分隔，设沉降发生在Stokes区。回答下列问题：（1）若要求理论上100%除去的最小粒径仍为d，求此时气体的处理量；（2）若气体的处理量不变，求此时理论上100%除去的最小粒径；（3）若气体的处理量不变，求对粒径为d/4的粒子在加隔板前后理论上被除去的百分率。
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作业本学期食品工程原理手写作业 第七次热传导和热对流手写作业和互批

1、 平板、圆柱、球体及多层平板、多层圆柱、多层球体传热通量的计算公式如何统一于一个公式？
评分规则: 

2、 温度梯度的严格定义是什么？
评分规则: 温度梯度为温度的最大方向导数

3、 稳态对流传热的量纲分析的步骤及结论各是什么？
评分规则: 

4、 增加对流传热系数和阻力增加之间有什么关系，如何克服这一矛盾？
评分规则: 流速增加会增加对流传热系数，不同的情况有不同的增加规律，增加流速也会增加阻力，且高度湍流时，阻力与流速的平方成正比。因此，要注意这两者之间的协调，研究其它增加对流传热系数的有效方法。

5、 为了改善传热过程，应该注意从哪些方面入手？
评分规则: 传热过程的强化是指提高冷、热流体间的传热速率。由传热速率方程可知，要增大传热速率，需提高传热系数K，增大传热面积A和平均传热温差Δtm。（1）增大传热平均温度差Δtm增大传热平均温度差Δtm，可以提高换热器的传热速率。平均温差的大小取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动形式，因此利用增大平均传热温差Δtm来强化传热有限，通常可采用如下措施提高传热平均温差： 两侧变温情况下，尽量采用逆流流动； 提高加热剂T1的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的压力来提高其饱和温度）；降低冷却剂t1的温度。（2）增大总传热系数K在强化传热中应重点考虑的是通过增大总传热系数K，提高换热器的传热速率。总传热系数的计算公式为由总传热系数的计算公式可知，欲提高总传热系数，就须减小管壁两侧的对流传热热阻、污垢热阻和管壁热阻。应根据情况确定影响传热过程的主要热阻，并采取相应措施减小热阻，提高总传热系数。对流传热热阻经常是影响传热过程的主要热阻。对间壁式换热器，管壁两侧的热阻最重要，因此为减小热阻可采取如下方法：① 尽可能利用有相变的热载体（α大）；② 选用l大的材料的管子；③ 减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；④ 提高较小一侧的对流传热系数α。对于无相变流体的传热，可增大流体的流速，在流体流动的管内加扰流元件，改变传热面形状和增加粗糙度，都可提高对流传热系数α。（3）增加单位体积的传热面积增加传热面积，可以提高换热器的传热速率，但增大传热面积不能依靠增大换热器的尺寸来实现，应通过改进设备结构来提高单位体积的传热面积。增加传热面积可能会导致设备增大，投资和维修费用随之增加，是否增大传热面积应依据经济权衡来决定。通常采用如下措施增加单位体积的传热面积：① 直接接触传热，可增大A和湍动程度，使总传热速率增加；② 采用高效新型换热器。在传统的间壁式换热器中，除夹套式外，其他都为管式换热器。管式换热器的共同缺点是结构不紧凑，单位换热面积所提供的传热面小，金属消耗量大，但随工业的发展，陆续出现了不少的高效紧凑的换热器并逐渐趋于完善。这些换热器基本可分为三类，第一类是在管式换热器的基础上加以改进，在管子表面上装径向或轴向翅片；第二类是采用各种板状换热表面；第三类是采用热管作为换热原件。

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作业本学期食品工程原理手写作业 第八次换热过程计算手写作业和互批

1、 不稳态热传导的计算除了算图法外，还有其他方法吗？各有什么优点？
评分规则: 几种规则形状物体的热传导的计算还可以用EXCEL表格根据公式进行计算。算图法比较简单、直观，但读图有一定的误差。公式EXCEL计算精度较高，但计算过程复杂，需要使用计算机。

2、 是否保温层越厚，热量损失就越小，为什么？
评分规则: 答：不是。有一个临界保温层厚度，低于此厚度，保温层越厚，外表面积越大，散热越多，热量损失反而大。大于此临界厚度，才会越厚越保温。

3、 在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为140℃的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动，并由25℃加热到110℃。列管换热器尺寸为：列管直径为Φ19mm×2mm、管长为4m，共有25根管子。若换热器的传热量为125kW，蒸汽冷凝传热系数为5000W/(m2·K)，油侧污垢热阻为4.0×10-4m2·K/W，管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略，求管内油侧对流传热系数。
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5、 用夹层锅加热水，水量为500kg，由25℃加热到100℃，取水的比热容为 cp=4.187 kJ/(kg·K)，加热介质为130℃的饱和蒸汽，设蒸汽为饱和冷凝，温度不变，设传热系数为500W/(m2·K)，换热面积为1.5m2，若不计热损失，求加热所需时间。
评分规则: 

6、 某容器中装有100℃的食品料液3000kg，比热为2.5 kJ/(kg·K)，需要通过换热蛇管用冷水使其冷却到70℃。已知冷却水的初温为25℃，流量为1000kg/h，比热为4.187 kJ/(kg·K)，换热面积为5 m2，传热系数为200W/(m2·K)。求将料液冷却到规定温度所需的时间。
评分规则: 

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8、 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过，温度由150℃降至80℃；壳程冷却用软水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流，已知气体侧的对流传热系数远小于冷却水侧的对流传热系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体的平均比热为1.02 kJ/（kg·K），水的比热为4.17 kJ/（kg·K），不计温度变化对比热的影响。试求：（1）冷却水用量；（2）如进口水温上升为20℃，仍用原设备要达到相同的气体冷却程度，求此时出口水温和冷却水用量。
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第九次蒸发和冷冻手写作业和互批

1、 蒸发操作中的物料会发生什么变化，蒸发器如何才能适应蒸发过程中物料特性的变化？
评分规则: 随着浓度的升高，会发生粘度增大、结晶、结垢、沸点升高等变化，影响加工过程和产品的品质。要针对上述变化，采用加强循环、真空蒸发、刮板等相应的操作形式。

2、 液层静压效应引起的温差损失采用纯水的有关数据进行计算，是否合理？
评分规则: 基本合理，可以简化计算。尽管静压会引起溶液沸点升高，但沸点升高引起的温度差损失与用纯水的有关数据进行计算的结果相差不大，可以简化计算。

3、 为什么要采用多效蒸发，如何确定多效蒸发的效数？
评分规则: 将蒸发产生的二次蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，以节省生蒸汽的用量为采用多效蒸发的主要目的。多效蒸发的效数不会是无限多，效数受经济和技术两方面原因限制：经济上，蒸发设备增加，费用增加，需要考虑节省蒸汽的费用能否补偿因效数增加而增加的设备和操作费用；技术上需要考虑每一效都有温度差损失，效数多时总温度差损失有可能很大，使每效分到传热推动力变小或为零，蒸发过程无法进行，故多效蒸发的效数不能无限多，一般为2～4效。

4、 制冷在食品工业中有什么重要地位，在制冷循环中外界为什么要提供一定的能量？
评分规则: 食品原料因其具有易氧化、腐败、热敏性等特性，故一些加工有低温要求，如冷冻制品、速冻制品加工、食品冷藏、冷冻浓缩、冷冻干燥、需冷车间的空气调节、冷藏库、啤酒发酵、味精厂等电点池降温等生产环节都需要冷源只有外界补充一定的能量，才能使过程的熵变由小于零变成大于零，热量除去过程才能进行下去。

5、 采用标准型蒸发器蒸发苹果汁。稳态时原料的进料流量为3.0t/h，浓度从进料的11%（质量）蒸发到75%。稀果汁和浓果汁的比热容分别为3.9kJ/(kg·oC)和2.3 kJ/(kg·oC)。生蒸汽的压强为304.42kPa。进料温度为43.3oC。产品在蒸发器内的沸点为62.2oC。总传热系数为943W/(m2·oC)。如果忽略沸点升高，请计算浓缩产品的质量流量、生蒸汽量、蒸汽经济性和换热面积。
评分规则: 

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作业本学期食品工程原理手写作业 第十次传质基础手写作业和互批

1、 相内传质系数和相际传质系数有何区别，它们与传热系数有何表达形式的相似？
评分规则: 相内传质系数对应于相内推动力，即主体浓度与界面浓度差，相际传质系数对应于相际浓度差，即一相主体浓度与另一相浓度所对应的平衡相的平衡浓度之差，这样，两者在物理本质上不同。与传热系数K的表达形式相似之处在于，1/K均可以代表总阻力，且由各分阻力相加得到。相内传质系数的倒数相当于分阻力。

2、 什么是两相浓度差，什么是“平衡浓度”，如何正确求取？
评分规则: 指两相的浓度差，但由于两相属于不同的物理范畴，为使得两者能相减，应该将第二相的浓度按平衡关系折算到第一相的浓度。平衡浓度是按相平衡关系计算得到的一相浓度换算成另一相浓度的换算浓度。

3、 单元操作学引入“理论级”有何意义？
评分规则: 过程或设备一般为传质流体提供多个相互接触的场所如多块塔板、多个釜、槽或多个单位高度的填料，其中的每一个单元可称为“级”。实际的“级”上过程过于复杂，无法或难于计算，于是将其理想化为“理论级”模型，认为未达平衡的两相在“理论级”级接触传质后离开时已达平衡，此为理论级概念，有些场合也称为“理论板”、“平衡级”。“理论级”实际是一种数学模型，此模型提供一把“尺子”，用于表征一个理论级的分离程度，即一个理论级所能形成的浓度差，因为其值变化，故尺子长短不一。用此尺子可以简单“量”出为实现总分离任务确定的总浓度差所需的总理论板数。

4、 传质模型常见的有几种，如何理解？
评分规则: 传质模型通常有双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型等。注意过程是稳态还是非稳态，有无膜？有膜时是稳态还是非稳态，无膜时汽液界面更新是如何实现的等关键问题。

5、 吸收的目的和基本依据是什么，吸收的主要操作费用花费在哪里？
评分规则: 吸收的目的有：分离混合气体以获得一个或几个组分；除去有害组分以净化气体；制取成品；废气处理和尾气回收等。它利用气体中各组分在某种溶剂中溶解度的不同而使混合气体得以分离。吸收操作的逆过程称为脱吸（或解吸），在吸收塔之后，一般还有脱吸塔，主要用于将溶剂再生回收供给吸收塔，或经脱吸塔后取得有用的溶质。操作费用主要为气体消耗的动力，吸收剂循环分离费用等。

6、 选择吸收溶剂的主要依据是什么？
评分规则: 从经济和技术考虑，选择溶剂应满足溶解度大、选择性（对溶质）好、不易挥发、腐蚀性小、化学稳定性好、粘度低、比热容小、无毒、不易燃、不易爆、价廉易得等条件。

7、 E、m、H三者各自与温度、总压有何关系？三者之间有何关系？
评分规则: 

8、 在100kPa、298K的条件下氨与空气的混合气体装在一直径为5mm、长度为0.1m的管子中，进行等摩尔反方向扩散，扩散系数为6.87*10^-5m2/s。已知管子两端氨的分压分别为6 kPa和2 kPa，试计算：①氨的扩散通量，②空气的扩散通量，③在管子的中点截面上氨和空气的分压。
评分规则: 

9、 浅盘内盛有水深8mm，在101.3kPa、293K下向大气蒸发。假定传质阻力相当于5 mm厚的静止气层，气层外的水蒸气分压可以忽略，扩散系数2.56*10^-5m2/s，求水蒸发完所需的时间。
评分规则: 

10、 
评分规则: 

11、 某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气—A混合气中的A。总压为1大气压。已知塔底气相中含A 2.5%（摩尔分率），水中含A的浓度为2×10^-5（摩尔分率）。试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动力。5℃时 E=3.19×10^4kPa，30℃时 E=6.17×10^4kPa。
评分规则: 

12、 在总压为101.33kPa，温度为25℃时，若100克水中含氨1克，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求E、H、m的值（对稀水溶液密度为1000kg/m^3）
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第十一次吸收塔高和蒸馏相平衡手写作业和互批

1、 吸收塔高度计算中，将HOG与NOG分开，有什么优点？
评分规则: 将一个传质单元高度的填料作为一个“传质单元”，可以和“理论板”进行类比，也相当于一把“尺子”，对总填料高度进行分割，分割的次数就是传质单元数，这样表述和计算，就比较方便。

2、 有哪几种NOG的计算方法，用对数平均推动力法和吸收因数法求NoG的条件各是什么？
评分规则: 有对数平均推动力法、公式法、梯级法、图解积分方法、分段近似对数平均推动力法等计算方法。平衡线和操作线为直线

3、 请给出双组分溶液蒸馏时的自由度，在已知总压和汽相组成y时，如何求取液相组成x和物系温度？
评分规则: 自由度为2根据已知，可以求出pA，再求出pB。根据x的表达式，设一个温度t，由安托因方程求出饱和蒸气压，代入x的表达式得到x，此时根据拉乌尔定律可求出另一个pA，比较两个pA是否相等，不等时继续试差计算。可采用二分法设定温度值。

4、 用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04（mol分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为y=2.5x，试求：（1）L/G为(L/G)min的倍数；（2）所需塔高H；（3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时塔高应增加多少。
评分规则: 

5、 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨–空气混合气中的氨，混合气流量为0.025kmol/s，混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作的总压为101.3kPa，温度为293K，在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y*=1.2x，总传质系数Kya为0.0522kmol/(s·m3)。若塔径为1m，实际液气比为最小液气比的1.2倍。试求：①塔底液相浓度x1；②所需填料层高度H。
评分规则: 

6、 用一填料层高度为3m的吸收塔来测定传质单元高度，已知平衡关系为y*=0.25x，气体流量G=100kmol/(m2·h)，进口溶质浓度y1=0.052，吸收率92.3%；液体流量L=100kmol/(m2·h)，进口浓度x2=0，求传质单元高度为多少？若操作条件作下列变动，填料层高度分别应为多少？ ①气体流速增加一倍，y1、y2、x2均保持不变；②液体流速增加一倍，y1、y2、x2均保持不变。（假定气液量改变后，塔均能保持正常操作，且Kya=AG^0.7L^0.3）
评分规则: 

7、 
评分规则: 

8、 在用t-x-y图上表示出某组成的二元过冷理想溶液加热至过热蒸汽的过程。
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第十二次精馏手写作业和互批

1、 什么是相对挥发度，如何根据相对挥发度导出相平衡线方程？
评分规则: 

2、 什么是精馏，精馏操作必要条件是什么？
评分规则: 为使混合液体得到近乎完全分离，需要多次且同时进行部分汽化和冷凝，此种操作即为精馏。理论级及汽液两相回流(reflux)是精馏得以连续稳态进行的必要条件。

3、 不同的进料状态对精馏过程有什么影响，不同的进料位置对精馏过程有什么影响，不同的回流比对精馏过程有什么影响？
评分规则: 不同的进料状态，进料线的位置不同，与精馏段操作线的交点不同，使得提馏段的位置也不同，从而影响梯级数，即影响精馏过程。进料位置不同，所进料将与塔内物料混合，只有在组分相近时进料才会获得最佳效果。回流比将影响操作线的位置，回流比越大，操作线越靠近对角线，分离效果就好，但回流比大，塔底和塔顶的热负荷变大，对操作不利。

4、 什么是最小回流比？如何求最小回流比？
评分规则: 当操作线和相平衡线相切或相交时，分离的板数为无穷多，此时的回流比为最小回流比。可以用切线的斜率求，也可以用三线相交时的交点坐标，根据几何关系，用精馏段的斜率来求。

5、 A和B的混合液可作为理想溶液，其各纯组分的蒸汽压计算的安托因方程如下，试计算总压为760mmHg（绝压）下，温度为108℃时，A对B的相对挥发度。
评分规则: 

6、 某二元混合液含易挥发组分xF=0.24，泡点进料，间接蒸汽加热，经连续精馏塔分离，塔顶产品浓度xD=0.95，塔底产品浓度xw=0.03（均为易挥发组分的摩尔分率），设满足恒摩尔流假设，试计算塔顶产品的采出率D/F。若回流比R=3，泡点回流，写出精馏段与提馏段操作线方程。
评分规则: 

7、 一连续操作的精馏塔用于分离双组分混合物，已知原料液中含易挥发组分xF=0.4 (mol分率,下同），进料状态为气液混合物，其摩尔比为：气/液=3/2，所达分离结果为塔顶产品xD=0.97，塔釜残液xw=0.02，若该系统的相对挥发度α=2，试计算：①易挥发组分的回收率； ②最小回流比Rmin。
评分规则: 

8、 用一精馏塔分离乙醇52%（质量）的水溶液，操作线方程分别如下：精馏线：y=0.63 x+0.36提馏线：y=1.81x – 0.0097试求该塔操作的回流比、塔顶、塔底产品中轻组分的摩尔分率以及q值。
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第十三次萃取和湿空气性质手写作业和互批

1、 分配系数kA＜1,说明所选择的萃取剂合适还是不合适？怎样选择合适的萃取剂？
评分规则: 分配系数kA＜1,说明所选择的萃取剂不容易将A萃取到溶剂A中，如希望将A萃取出来，是不合适的。选择合适的萃取剂，应该使得A、B两组分有相对较大程度的分离，即溶剂的选择性系数要远大于1

2、 干燥过程的机理是什么？其热、质同传过程的推动力分别是什么？
评分规则: 干燥过程中的机理是传热和传质。在对流干燥过程中，作为干燥介质的热空气将热能传到物料表面，再由表面传到物料内部；水分从物料内部以液态或气态透过物料传递到表面，然后通过物料表面扩散到气流中。其热量传递的推动力是温度梯度、质量传递的推动力是物料表面水蒸气压与空气中水蒸气分压之差。物料干燥过程分为表面汽化控制和内部扩散控制，两者的传质速率一般不同，进行较慢的传质控制着干燥过程的速率。

3、 湿空气的干球温度、湿球温度、露点温度三者有何区别，在什么条件下三者数值相等？
评分规则: 干球温度是普通温度计测到的空气的温度。湿球温度是用湿球温度计测到的空气的温度，表征一种处于热质同传处于平衡状态时的湿的感温泡处的温度。露点是将湿空气等湿降温达到饱和状态时空气的温度。空气出于饱和状态时三者相等。

4、 在25℃下，醋酸（A）—庚醇-3（B）—水（S）的平衡数据如本题附表所示。试求：①在三角形相图上绘出溶解度曲线；在直角坐标上绘出分配曲线；②由50kg醋酸、50kg庚醇-3和100kg水组成的混合液的坐标点的位置。试确定平衡时两液相层的组成和质量；萃余相XA=20.3%，XB=72.6%，XS=7.1%,萃取相yA=27.1%，yB=1.4%，yS=71.5%③上述两液层的分配系数kA及选择性系数β；④从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相混合液。
评分规则: 

5、 在单级萃取装置中，用纯水萃取含醋酸30%（质量分数，%；下同）的醋酸-庚醇-3混合液500kg，要求萃余相中萃取组成部大于10%。操作条件下的平衡数据见习题2。试求：①水的用量为多少千克；（766kg）②萃余相得量及醋酸的萃余率（即萃余相中的醋酸占原料液中醋酸的比例，%）
评分规则: 

6、 在常压下，试用公式计算温度为70℃、湿含量为0.053kgv/kgd的空气的比焓、相对湿度、湿比热容和比容。
评分规则: 

7、 已知湿空气的温度为20℃，水汽分压为2.335kPa，总压为101.3kPa，试求：（1）相对湿度；（2）将此空气分别加热到50℃和120℃时的相对湿度；（3）由以上计算结果可得出什么结论？
评分规则: 

8、 将含1kg绝干空气的空气A（tA=20℃, φA=0.30）与含2kg绝干空气的空气B（tB=90℃, φB=0.20）混合,得空气C。求（1）空气C的比焓和含湿量；（2）空气由状态A到状态C变化过程的焓湿比。
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第十四次干燥手写作业和互批

1、 空气在进入干燥器之前必须预热，为什么？
评分规则: 提高干燥介质的温度，降低干燥介质的相对湿度，使得干燥过程有良好的温度差推动力和空气的高容湿能力。

2、 何谓平衡水分、自由水分、结合水分及非结合水分，如何区分？
评分规则: 平衡水分是与一定的湿空气接触物料最终能达到的水分。自由水分是与一定的湿空气接触最终能去除的水分。结合水分是与物料以一定的方式相结合的水分。非结合水分则是与物料没有结合力的水分。

3、 食品干燥曲线分为几个阶段，分别由何种因素控制？
评分规则: 简单分为两个阶段，表面汽化阶段和降速干燥阶段。由表面汽化速率控制和内部扩散控制。

4、 平衡含水量如何测定，平衡时物料中的水蒸气压如何测定？
评分规则: 将物料放置在恒温恒湿环境中，若物料表面水蒸气分压大于其环境空气水蒸气分压时，则物料表面水分向空气中扩散。反之，当物料表面水蒸气分压小于其环境空气水蒸气分压时，则物料吸湿。当两者分压相等时，测得物料中的水分含量即为此温度和湿度下的平衡含水量。此时，空气中的水蒸气分压既是物料中的水蒸气压力。

5、 在常压下，测得湿空气的干球温度为30℃，相对湿度为50%，试求：（1）湿度；（2）露点；（3）焓；（4）将此状态空气加热到120℃所需的热量，已知空气的质量流量为400kg绝干空气/h；（5）每小时送入预热器的湿空气体积。
评分规则: 

6、 用热风干燥将切碎的胡椒的湿基含水量由0.90降至0.15。干燥介质为温度32℃，相对湿度0.30的新鲜空气经加热器加热至75℃，假定干燥过程为绝热干燥，要求离开干燥室的空气相对湿度为0.70，求(1)每1kg绝干料所需绝干空气量；（2）处理1000kg物料，加热器对空气供热多少？
评分规则: 

7、 在常压连续逆流干燥器中将某种物料自湿基含水量60%干燥至5%。采用如图所示的废气循环操作，即由干燥器出来的一部分废气和新鲜空气相混合，混合气经预热器加热到必要的温度后再送入干燥器。循环比（废气中绝干空气质量和混合气中绝干空气质量之比）为0.63。已知新鲜空气的状态为t0=25℃，H0=0.005 kg水/kg绝干气，空气预热后的温度t1为82℃，废气的状况为t2=50℃。初始湿物料的处理量为1000kg/h，其中绝干物料的比热容为3.28 kJ/（kg·K），初始湿物料的温度为15℃，干燥后物料的温度为40℃。求空气离开干燥器时的湿度H2、预热器中空气的湿度Hm、所需要的新鲜空气量L0、预热器的传热量Qp。设预热器的热损失可忽略，干燥器的热损失为1.2kW，干燥器不额外补充热量。水的汽化潜热为2490kJ/kg，绝干空气的比热容为1.01kJ/（kg·K），水气的比热容为1.88 kJ/（kg·K），水的比热容为4.187 kJ/（kg·K）。
评分规则: 

8、 某农产品经过5.5h恒定干燥后，其含水量由X1=0.35kg/kg降至X2=0.1kg/kg。若在相同条件下，将该农产品含水量由X1=0.35kg/kg降至X2=0.05kg/kg，试求需要干燥多长时间。物料的临界含水量Xe=0.15kg/kg、平衡含水量X=0.04kg/kg。假设在降速干燥段，干燥速率与物料的自由含水量（X-X）成正比。
评分规则: 

9、 某乳品厂用喷雾干燥器生产奶粉，每小时将湿基含水量为50%的牛奶100kg，干燥后奶粉的湿基含水量为2%。空气初始状态为25℃，相对湿度为80%，预热至150℃后送入干燥塔。排出废气的相对湿度为10%，设牛奶进入干燥室的温度为50℃，对外界的热损失为209kJ/kg水分，牛奶进出喷雾塔所带入的热量为146kJ/kg水分，求所需要的空气量。
评分规则: 

10、 某湿物料5kg，均匀地平摊在长0.4m，宽0.5m的平底浅盘内，并在恒定的空气条件下进行干燥，物料初始湿基含水量为20%，干燥2.5h后含水量降为7%，已知在此条件下物料的平衡含水量为1%，临界含水量为5%，并假定降速阶段的干燥速率与物料的自由含水量（干基）成直线关系，试求：（1）将物料继续干燥至含水量为3%，所需要的总干燥时间是多少？（2）现将物料均匀地平摊在两个相同的浅盘内，并在同样的空气条件下进行干燥，只需要1.6h即可将物料的水分降至3%，问物料的临界含水量有何变化？恒速干燥阶段的时间为多长？
评分规则: 

作业本学期食品工程原理手写作业 第一次绪论流体静力学手写作业和互批

1、 食品工业有哪些单元操作，如何理解这些单元操作内在本质的联系？
评分规则: 参考答案：有流体输送、粉碎、均质、乳化、搅拌、过滤、沉降、离心分离、加热、冷却、蒸发、结晶、冷冻、吸附、脱气、萃取、浸提、蒸馏、干燥、膜分离等。尽管单元操作种类繁多，但其原理本质上都统一于“三传（three-transfer）”过程原理，即动量传递（momentum transfer）、热量传递（heat transfer）和（物）质量传递（mass transfer）原理，因此，单元操作学的统一研究对象是隐含了“三传”原理的各单元操作。通过有选择地讨论可揭示“三传”原理和方法的若干单元操作，单元操作学应该能够实现对各种单元操作表达方法的统一。单元操作学的统一的研究方法是实验研究法和数学模型法。根据教材归一主线的描述，三传可以用一个统一的公式表示传递的通量，这说明，各单元操作其实高度统一，无论是过程通量计算，还是研究方法，均高度统一，甚至可以用一个统一的公式定性描述各单元操作的过程速率。

2、 定义和压强及和差压强有何方便之处，和压强差与实际压强差有何不同，用压差计测量得到的压差一般是什么压差，U形压差计测量水平管时的压差公式是否可以用于倾斜管的压差计算？
评分规则: 将和压强表达式中的两项压强放一起考虑，将和差压强中的三项压强放一起考虑，方便一些问题的表述。和压强差是两项压强之和的差值，实际压强是一项压强的差值。用压差计测量得到的压差一般是和压强差。U形压差计测量水平管时的压差公式不可以用于倾斜管的压差计算。

3、 流体流动时对流体的流速有何要求，为何会提出这些要求？
评分规则: 

4、 如何推导伯努利方程？
评分规则: 

5、 
评分规则: 

6、 食品工厂有一带搅拌器的混合槽，内装M=2800kg的t0=5℃的水，现以ws1=0.2kg/s的流量通入温度为T=100℃的饱和水蒸汽加热，水的平均比热取cp=4.187kJ/(kgK)，蒸汽的平均冷凝热r=2258kJ/kg，混合槽内瞬时水温均匀，设为t，热损失忽略不计。同时以ws2=0.05kg/s的流量排出瞬时温度为t的水。由于水蒸汽冷凝产生的水混合到槽中，所以槽内水的质量一直在变化。根据物料的微分衡算以及非稳态过程的热量衡算或焓衡算公式（即热量或焓的输入速率=热量或焓的输出速率+热量或焓的累积（或增加或减少）速率）可以列出槽内水的温度t和时间θ的微分方程，并可以根据初始条件求解。通过求解微分方程后回答，槽内水的温度达到100℃时，所需要的时间为多少？
评分规则: 2415s

7、 一搅拌槽中原盛有（质量分数）为15%的盐水3800kg。今以100kg/min 的质量流率向槽中加入质量分数为0.4%的盐水，同时以60kg/min 的质量流率由槽中排出混合后的溶液。设搅拌良好，槽中溶液充分混合，即槽中盐水的瞬时浓度等于排出的浓度。设盐水为组分A，水为组分B，已知θ = 0 时，aA0= 0.15，M0= 3800kg，w1=100kg/min, aA1= 0.004，θ = θ 瞬时，w2= 60kg/min, aA2= aA，θ = θ2时，aA2= 0.007。根据总物料质量衡算式和组分盐的质量衡算关系（均为输入速率等于输出速率加上槽内量的累积即变化速率），列出相应的微分方程，并联立求解。求槽中溶液质量分数降至0.7%时所需的时间θ2。
评分规则: 解题步骤参考以下解法：本题的答案为354.4min

8、 蒸汽锅炉上装有一复式U形水银测压计，如附图所示，截面2、4间充满水，已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m，z2=0.9m，z4=2.0m，z6=0.7m，z7=2.8m，试求锅炉内水面上的蒸汽压强。
评分规则: 

9、 
评分规则: 

10、 某空气压缩机的吸入管路直径为200mm，压出管路直径为80mm，吸入管内气体的压强为97.3kPa，温度为30oC，压出管路气体的压强为588.6kPa（表压），温度为80oC，已经测得吸入管内气体的平均流速为20m/s，试求压出管的流速、质量流速和压缩机的排气量（以质量流量表示）。
评分规则: 

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