食品工程原理思考题与习题参考答案

绪论

一、填空 1、 经济核算

2、 物料衡算、经济核算、能量核算、物系的平衡关系、传递速率 3、 液体输送、离心沉降、混合、热交换、蒸发、喷雾干燥

二、简答

1、 在食品工程原理中，将这些用于食品生产工艺过程所共有的基本物理操作过程成为单元操作。例如，奶粉的加工从原料乳的验收开始，需要经过预热杀菌、调配、真空浓缩、过滤、喷雾干燥等过程；再如，酱油的加工，也包含大豆的浸泡、加热、杀菌、过滤等工序，这两种产品的原料、产品形式、加工工艺都有较大的不同，但却包含了流体的输送、物质的分离、加热等相同的物理操作过程。 2、“三传理论”即动量传递、热量传递和质量传递。

（1）动量传递理论。随着对单元操作的不断深入研究，人们认识到流体流动是一种动量传递现象，也就是流体在流动过程中，其内部发生动量传递。所以凡是遵循流体流动基本规律的单元操作都可以用动量传递理论去研究。

（2）热量传递理论。物体在加热或者冷却的过程中都伴随着热量的传递。凡是遵循传热基本规律的单元操作都可以用热量传递的理论去研究。

（3）质量传递理论。两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作都可以用质量传递的理论去研究。 例如，啤酒的灭菌（热量传递），麦芽的制备（动量传递，热量传递，质量传递）等。

三传理论是单元操作的理论基础，单元操作是三传理论具体应用。

3、单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。

物料衡算遵循质量守恒定律，是指对于一个生产加工过程，输入的物料总量必定等于输出的物料总质量与积累物料质量之和。能量衡算的依据是能量守恒定律，进入过程的热量等于离开的热量和热量损失之和。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以减小。为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。

4、流体流动过程包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。传热过程包括热交换、蒸发等。 传质过程包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 5、（略）

流体流动

一、名词解释

1、 流体流动时产生内摩擦力的性质

2、 剪应力与速度梯度的关系完全符合牛顿黏性定律的流体 3、 流场中任意点的流速不随时间变化的流动 4、壁面附近存在的较大速度梯度的流体层

二、填空 1、牛顿

2、剪切力、速度梯度 3、层流、湍流

4、层流、湍流、外界干扰

5、雷诺数、4000、湍流、2000、层流 6、直管阻力、局部阻力 7、μ平均=0.82max

8、层流区、过渡区、湍流区、完全湍流区 9、管子、管件、阀门

10、阻力系数法、当量长度法

三、选择 1、A 2、A 3、A

四、简答

1、 假设流体无黏性，在流动过程中无摩擦损失；流体在管道内作稳定流动；在管截面上液

体质点的速度分布是均匀的；流体的压力、密度都取在管截面上的平均值；流体质量流量为G，管截面积为A。

在管道中取一微管段dx，段中的流体质量为dm。作用此微管段的力有：

作用于两端的总压力分别为pA和－(p+dp)A；作用于重心的重力为gdm；

由于 dm=ρAdx， sinθdx＝dz

故作用于重心的重力沿x方向的分力为 gsinθdm=gρAsinθdx =gρAdz

作用于微管段流体上的各力沿x方程方向的分力之和为: pA－(p+dp)A－gρAdz＝－Adp－gρAdz

流体流进微管段的流速为u，流出的流速为（u＋du）。

流体动量的变化速率为 Gdu＝ρAudu 合并得: ρAudu＝－Adp－gρAdz → ρAudu＝－Adp－gρAdz gdzdpudu0对不可压缩流体，ρ为常数，对上式积分得

2pgzu2常数 称为柏努利方程式

2、gzu2常数上式表明：三种形式的能量可以相互转换，总能量不会有所增减，即

p2三项之和为一常数

3、影响流体流动类型的因素包括流体的流速u 、管径d、流体密度ρ、流体的黏度μ。u、d、ρ越大，μ越小，就越容易从层流转变为湍流。上述中四个因素所组成的复合数群duρ/μ，是判断流体流动类型的准则。这数群称为雷诺准数，用Re表示。Re≤2000，流动类型为层流；Re≥4000，流动类型为湍流；2000＜Re＜4000，流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。 4、（1）观察流体流动的情况：若流体的各质点均作轴向流动，则为层流；若有径向流动，则为湍流。

（2）测流体的流速u、黏度μ、密度ρ和管道直径d，计算Re=duρ/μ.Re≤2000，流动类型为层流；Re≥4000，流动类型为湍流；2000＜Re＜4000，流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流

5、层流运动时流体运动速度较慢，与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与ε无关，λ只与Re有关。层流时，λ在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。湍流运动时δb>ε，阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。δb< ε，Re δb   质点通过凸起部分时产生漩涡 能耗。

五、计算题

1、绝对压强7.53×104Pa 2、高度1.92m 3、（略）

4、蒸汽压6.46×105Pa 5、管底压强1.15×105Pa 6、深度h≥5.1m 7、16.63 kN

8、u果汁= 2.75 m/s ；u蒸汽 = 26.21 m/s 9、高度差0.191m 10、qm=602kg/hr 11、h=2.315m 12、湍流

13、水流速度1.5cm/s 14、0.25倍

15、真空度为5.53×104Pa 16、p=959.5×103 Pa 17、Pz3572.3W3.6kW

18、（1）阻力为原来的2倍；（2）阻力为原来的一半；（3）阻力不变 19、39.06倍 20、（略）

21、该泵轴功率为7.5kw ＞ 完成输送任务所需功率7.01 kW ，故从功率角度考虑，该泵能完成输送任务。 22、PZ=1.39 kW

23、开一阀门时V=2.0m3/h；两阀门同时打开时V=2.17m3/h

第二章 流体输送机械

一、名词解释 1、当进口压力等于或小于环境温度下液体的饱和蒸汽压pv时，就会有蒸汽从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合的小气泡。气泡周围的压力大于饱和蒸汽压，产生了压差，在压差作用下气泡将以很高的速度打击离心泵的金属叶片，对叶片造成损伤，这种现象称为气蚀现象。 2、离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线He-Qe的交点M称为泵在该管路的工作点

3、离心泵若安装在贮槽液面之上，则离心泵入口中心到贮液面的垂直高度Hg，称为离心泵的安装高度。

4、切割定律：离心泵的流量之比等于叶轮直径之比；离心泵的压头之比等于叶轮直径之比的平方；离心泵的轴功率之比等于叶轮直径之比的三次方。比例定律：离心泵的流量之比等于转速之比；离心泵的压头之比等于转速之比的平方；离心泵的轴功率之比等于转速之比的三次方。

二、填空

1、转速、清水 2、泵、管路

3、泵的结构、转速、流量 4、泵的特性、所在管路的特性

5、气蚀、降低进口管段流速、降低进口管阻力 6、直管、管件、阀门

7、容积损失、机械损失、水力损失

三、选择 1、D 2、D 3、B 4、A 5、B 6、C 7、A 8、B

四、简答

1、气蚀现象的原因：离心泵进口压力等于或小于环境温度下液体的饱和蒸汽压pv时，就会有蒸汽从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合的小气泡。这些小气泡随液体流到高压区时，气泡周围的压力大于气泡内的饱和蒸汽压，从而产生压差。在该压差作用下，气泡受

压破裂而重新凝结。凝结过程中，液体质点从四周向气泡中心加速运动，在凝结的瞬间，质点相互撞击，产生很大的局部压力，造成管路系统的振动；同时，这些气泡将以很高的速度打击离心泵的金属叶片，对叶片造成损伤，这种现象称为气蚀现象。

危害：气蚀现象会造成管路系统的振动和离心泵叶片的损伤，离心泵在严重的气蚀状态下工作时，寿命会大大缩短。

防止：泵的安装位置不能太高，即Hg不能太大以保证泵入口处的压力p1大于液体输送温度下的饱和蒸汽压pv，就可避免气蚀现象的发生。

2、改变阀门开度以调节流量，实质是改变管路特性曲线。

(1) 如图1所示，当阀门关小时，管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，泵的工作点

由M移到M1。流量由QM减小到QM1；

(2) 当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移到M2，

流量增加到QM2。 1 H或He

M1

M 2 M2 H-Q

Q Q Q Q或Qe

M1

M

M2

图1 改变阀门开度调节流量的示意图

3、单位质量的流体在某一截面上所具有的总机械能与获得的能量之和等于在下一个截面上的总机械能与这两截面间消耗的能量之和。

4、离心泵的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。工作原理是叶轮旋转时，叶片就将机械能转化为液体的动能，由于离心力的作用液体从叶轮中心沿半径方向流向外周，因流道注射广，部分动能就转化为压力能，达到液体输送的目的。

5、在往复泵出口处装有旁路，如图2所示，当下游压力超过一定限度时安全阀将自动开启，往复泵出口总流量不变，只是通过支路的安全阀使部分液体回流从而达到改变排出管路流量的目的，以保证系统安全运转。这种方法简单方便，在生产上广泛使用，但造成一定的能力损失。

安全阀 旁路阀

图2 往复泵的流量调节

五、计算

1、吸水管内的流量1.56×10-2m3/s 2、扬程28.48m；功率42.82W

3、总摩擦损失20.49J/kg；泵所作的功80.33J；有效功率492.40W 4、泵的功率97.04W

第三章 非均相物系的分离

一、名词解释

1、物系内部有隔开两相的界面存在，界面两侧物料物理性质截然不同的物系称为非均相物系。

2、在旋风分离器分离中，理论上能被完全分离下来的最小颗粒直径。临界粒径是判断分离效率高低的重要依据。

3、通过重力作用使得分散相（颗粒）相对于连续相（流体）运动的过程称为重力沉降。若实现沉降的作用力是，则称为离心沉降。

4、通过惯性离心力作用使得分散相（颗粒）相对于连续相（流体）运动的过程称为离心沉降。

5、在颗粒的重力沉降过程中，在阻力、浮力与重力三个力达到平衡时的等速阶段，颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度。 6、通常将单位时间获得的滤液体积为过滤速率，而过滤速度为单位过滤面积上的过滤速率。

二、填空

1、恒压过滤、恒速过滤、恒压过滤 2、扁平、多层水平隔板 3、底面积、沉降速度

4、重力降尘室、旋风分离器、袋滤器 5、重力降尘室、旋风分离器 6、滤饼过滤、深层过滤

7、进料过滤、滤饼洗涤、卸除滤饼 8、架桥、滤饼

9、过滤介质、滤饼的性质 10、流体力学

三、选择 1、C 2、B 3、C 4、D

四、简答

1、旋风分离器的主体上部为圆柱，下部为圆锥。气体进口管与圆柱部分相接，气体出口管

于上方中心插入圆柱部分，圆锥部分的底部为尘灰的出口。

旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气固混合物中分离出固相颗粒的设备。含尘气体由圆筒上部的进口管依切线方向进入，受器壁的约束而向下作螺旋运动。在惯性离心力的作用下，颗粒被抛向器壁而与气流分离，再沿器壁面落至锥底的排灰口。净化后的气体在中心轴附近由下而上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。 2、（1） 颗粒的浓度效应。但当颗粒浓度较高时，颗粒间会发生相互摩擦、碰撞等相互作用，且大颗粒也会拖曳着小颗粒下降，从而发生干扰沉降。 (2) 容器的壁效应。实际容器是一个有限的流体空间，当颗粒直径与壁直径相比差值较小时，容器的壁面和底面均增加颗粒沉降时的曳力，使颗粒和实际沉降速度较自由沉降速度低，称为壁效应。在斯托克斯定律区，器壁对沉降速度的影响可以修正。

(3)颗粒形状的影响。同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降要快一些。颗粒的球形度越小，对应于同一Ret值的阻力系数越大，但s值对的影响在滞流区并不显著，随着Ret的增大，这种影响逐渐变大。

(4)分散介质黏度f 的影响。黏度越大，越难以沉降。食品中有些悬浮液难以沉降分离，主要是因为黏度过大。

(5)两相密度差s-f的影响。两相密度差大则沉降速度就快，反之则慢。但对一定的悬浮液沉降而言，差值是很难改变的。

(6)流体分子运动的影响。当颗粒直径小到与流体分子的平均自由程相近时，颗粒可穿过流体分子的间隙，其沉降速度比理论值大。另外，细粒的沉降将受到流体分子碰撞的影响，当dp过小时，布朗运动的影响大于重力影响。

3、为了能分离含尘气体中不同大小的尘粒，可设计由重力降尘室、旋风分离器及袋滤器组成除尘系统。含尘气体先在重力降尘室中除去较大的尘室、然后在旋风分离器中除去大部分的尘粒，最后在袋滤器中除去较小的尘粒。当然可根据尘粒的粒度分布及除尘的目的要求，省去其中某个除尘设备。

4、常见的降尘室一般为扁平状的凹室，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室。当入口处含尘气流内的颗粒沿入口截面上分布均匀地进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。只要气体在降尘室内的停留时间少于或等于颗粒的沉降时间即可满足除尘要求。理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积及颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室高度H无关。

21sdVAp5、过滤基本方程为。该式表示过滤进程中任一瞬间的过滤速率与有关因dr'vVVe素间的关系式。由方程式可知p1s为过滤的推动力，r'v为过滤的阻力。首先过滤速度与

过滤面积有关，面积越大，过滤速度越快。过滤的速度与过滤介质两端的压力差有关，因此

可以通过增加两端的压力差来加强过滤。滤饼的可压缩系数越小，过滤越容易，因此可以通过加入助滤剂加强过滤。滤浆的黏度越大，过滤越慢；过滤除了与滤饼的特性有关外，还与过滤介质的性质有关。

6、板框式压滤机主要由许多滤板和滤框间隔排列而组成。板和框多做成正方形，角端开有小孔，装合压紧后即形成供滤浆或洗水流通的孔道，框的两侧覆以滤布。过滤时，悬浮液由

离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。洗涤滤饼时，洗水经由洗水通道进入滤板与滤布之间。洗涤结束后，旋开压紧装置并将板框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，重新组装，进行下一循环操作。

7、由于洗水里不含固相，故洗涤过程中滤饼厚度不变。因而，在恒定的压强差推动下洗涤速率基本为常数。影响洗涤速率的因素可根据过滤基本方程式来分析，则：dVAp。

dr'LLe对于一定的悬浮液，r’ 为常数。若洗涤推动力与过滤终了时的压强差相同，并假定洗水黏度与滤液黏度相近。板框压滤机采用的是横穿洗涤法，洗水横穿两层滤布及整个厚度的滤饼，流径长度约为过滤终了时滤液流动路径的两倍，而供洗水流通的面积又仅为过滤面积的一

2dV1dVKA半，因此可得：。即板框压滤机的洗涤速率约为过滤终了时dw4dE8(VVe)1s滤液流率的四分之一。

8、先恒速后恒压过滤阶段时，在过滤初期维持恒定速率，泵出口表压强逐渐升高。当表压强升至能使支路阀自动开启的给定数值，则开始有部分料浆返回泵的入口，进入压滤机的料浆流量逐渐减小，而压滤机入口表压强维持恒定，后阶段的操作则为恒压过滤。对于恒压阶

2222段，(VVR)2Ve(VVR)KA(R)。

9、滤饼和过滤介质的阻力可常用小型试验进行测定，求出过滤常数，然后进行大设备的设计计算。在某指定的压强差下对一定料浆进行恒压过滤可得到过滤常数K、qe、e。恒压过

2，而q=V/A，求出一组、V数据（9个以上最好）滤方程式变形后可得： d2，

dqKqKqe从而得到一系列相互对应的Δ与Δq之值。经回归，即可得qe、e和K。

第六章 传热学

一 名词解释

1.流体中质点发生相对位移而引起的热交换 2.由于密度差而进行的对流

3.依靠泵(风机)等外力作用进行的对流 4.以电磁波的形式进行的热量传递 5.吸收率为1的物体

二 填空

1.补偿圈、浮头、U形管

2.增加传热面积、增大传热温差、提高传热系数 3.分子的运动、固体、层流流体 4.温度差、热传导、热对流、热辐射 5. Re=duρ/μ、流体流动形态和湍动程度

6. Nu=α·d/λ、被决定准数，包括有对流传热系数α的准数。反映对流传热的强弱程度 7.有无相变、流动类型、放置方向、物理参数、管道形状 8.大于、小于 9.5％

三 选择 1. C 2. A 3. B 4. B

5. C 、 D

四 简答

1、流体的种类和相变化的情况、流体的流动状态、流体的流动原因、流体的物理性质、传热面的形状、大小及位置

2、(1)用于乳品、果汁饮料、清凉饮料及啤酒等食品的高温短时和超高温瞬时杀菌

（2）用于流体食品物料的快速冷却 3、传热速率公式Qkstm可以知道，影响间壁式换热器传热速率的因素有：总传热系数k、传热面积s、平均温度差tm.

4、（略）

5、套式换热器优点：构造简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减；适当的选择官内、外径，可使流体的流速较大；且双方的流体作严格的逆流，都有利于传热。

套式换热器缺点：管间接头较多，易发生泄漏；单位长度具有传热面积较小。

在需要传热面积不太大且要求压强较高或传热效果较好时，宜采用套管式换热器。

五 计算

1. t=1650-3649x， t=-1072+7.411061.49107x

2. 0.94W/(m℃)， 00.7 W/(m2℃) a-0.002

3.η=68.54%

4. q=19.38W/m2， 81℃ 5. 3， 70.3℃

6. b=0.071m， t=-204lnr-152.5 7. 33.51W

2(r1r0)Q(tit0)r1lnr08.

229.（略）

10. 3.01×105 W/(m2℃) 11.（略）

12.(1)1.13×10-2 W/(m2℃) （2）0.57×10-2 W/(m2℃) (3)1.18×10-2 W/(m2℃) 13.（略）

14 并流0.49m2，逆流0.42m2， 冷却水出口温度35℃，消耗量23.93Kg/h 15.（略） 16 1.15

17. 12.16kg， 24.67kg

61.875℃ 18. T270℃ t219. 89.8℃， 152.8kW

20. 红砖 T＝27℃， 密度＝0.93 21. 换热器1

22. 2.25m， 2.1kg/s

23. 并流： 130.65m2， 逆流：45.15 m2 24. 3.477m

25. K=730 W/(m2℃)， 123.8℃ 26.（略）

27. 44.8℃， 43.9℃ 28. L=3.2m， 87.2℃

第七章 制冷与食品冷冻

一、名词解释

1制冷是利用一些物质在相态改变时产生的冷效应而获得低温源的操作过程。

2制冷量也称制冷能力，是指在一定操作条件下（即一定的制冷剂温度、冷凝温度、过冷温度等），单位质量的制冷剂从被冷冻物获取的热量，以Q表示，单位为W

3在制冷装置中通过相态变化，不断循环产生冷效应的物质称制冷剂，也称制冷工质。 4制冷剂循环量。指单位时间内在制冷机中循环的制冷剂的流量。循环量也分以质量表示和容积表示两种。以质量表示的循环量G为 GQqQ ( kg/s ) h1h45制冷系数的理论值为

qh1h4wh2h1

6食品在冻结过程中，因食品中水分从表面蒸发，造成食品质量减少或品质下降，俗称“干

耗”。

二、填空

1 自由水、结合水 2 冷藏、冻藏、冻藏

3先降温达过冷状态、成核条件

4外部非稳态传热、内部非稳态传热

5被组织吸收重新回到原来的状态、常常就分离出来，成为汁液而流失、流失液则越多

三 简答

1制冷方式有：空气压缩式制冷、蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷均属于机械压缩制冷，而融解与溶解式制冷、固体升华制冷和液化气体制冷则属于非机械压缩制冷。

2若使卡诺循环逆向进行，则其压—容图和温—熵图上的方向与卡诺循环的相反，称为制冷循环，这即为制冷机的工作原理，是制冷技术的理论基础。逆卡诺循环是由四个可逆步骤组成，即两个等温过程（膨胀、压缩）和两个绝热过程（膨胀、压缩）。

3食品冻结过程中的温度分布为：外部传热的推动力是食品表面与冷冻介质的温度差。食品表面温度总的趋势是在温度差的作用下持续降低，传热推动力也随之逐渐减小。而在实际操作中，食品表面温度是不断变化的，且温度差直至冻结结束也不会缩小到可以忽略。这是因为表面传热温差与内部传热温差在整个冻结过程中是不断变化、密切相关的，且温度差消失的过程是极为缓慢的。

内部传热的推动力是食品表层与内部的温度差。冷冻开始时，食品中各部分的温度可视为均匀一致，当食品表面降温后，食品内部与表面形成了温度梯度，内部的热量逐渐向表面移动，使内部温度不断降低。

4水的冻结过程：水冻结成冰的一般过程是先降温达过冷状态，而后由于体系达到了热力学的成核条件，水将在冻结温度下形成冰晶体。

食品的冻结过程：各类食品都有一个初始的冻结温度，称为食品的初始冻结点，习惯上称食品的“冰点”。食品在冷冻过程中，由于食品中往往含有大量的水分，因此，当温度不断下降至冻结点后，食品中的水分将发生冻结，这一过程与水冻结成冰的过程大致相似。但由于食品可以被看成是由固体成分与水分构成的溶液体系，食品中的水分是作为溶液中的溶剂存在的，因此食品的冻结过程又有着自身的特点。根据溶液的依数特性，其初始冻结温度总是比纯水的冰点要低。食品中的水分含量和存在状态与食品的冻结点有密切的关系。一般而言，同一种食品的冻结点与其含水量呈正相关。

5、（略）

6食品冻结的方法有：空气冻结法，由于空气的热导率低，导热性能差，加之与食品间的换热系数小，从而食品冻结所需的时间较长。但空气资源丰富，对食品和机械材料无不良影响，所用设备也较为简单，因此用空气作介质进行食品冻结仍是目前应用最为广泛的冻结方法；间接接触冻结法，对于固态物料，可将其冻结成平板状、片状、颗粒状，有的也可冻结成物料原形单体。对于液态物料，通过与冷壁紧密接触换热，冻结成半融状态；直接接触冻结法，基于直接接触冻结法的特殊性，特别是对未加包装的食品的冻结，要求冷冻工质无毒、无异味和使用安全，对食品的性质、成分、色泽等不产生影响。

7转筒式冻结装置，这是一种较新型的接触式连续化的冻结装置。其主体为一可旋转圆筒，由不锈钢材料制成。转筒内部空间供制冷剂直接蒸发或载冷剂通过而制冷降温，其外表面则成为冷壁，与物料进行热交换，使物料冻结。转筒的转速可根据食品冻结所需时间进行调节。

冻结装置工作时，食品物料呈散开状由入口被送至转筒表面，由于转筒表面温度很低，

食品立即被冷冻粘结在转筒上面，进料传送带再对其施加一定压力，使之与转筒更好地接触。转筒每旋转一个周期，即完成一次冻结过程。当冻品转到进料传送带下方的处时被刮刀刮下，落在出料传送带上被输送到包装生产线，完成连续化的冻结生产。该装置的特点是占地面积小，结构紧凑，冻结速度快，损耗小，生产效率较高。

第八章 蒸发

一、名词解释

1、将溶液加热至沸腾，溶剂部分汽化，从而将溶质浓缩的单元操作

2、蒸发操作的一种。特点是几个蒸发器连接起来操作，前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽。可以节约加热蒸汽。每一蒸发器称作一效。 3、热流体的温度与冷流体在该压强下沸点的差值

二、填空

1 高、沸点升高 2 溶质、溶剂

3 加入物料、引出二次蒸气

4 沸点升高、静压效应、管路阻力 5 操作压强、溶液沸点 6 总传热系数、传热温差 7 液层有气泡、液体流速过高 8 温差损失、二次蒸汽的汽化热 9 并流、逆流、平流、混流

10 下降、下降、放出潜热、上升、下降

三、简答

1、 对单效蒸发器作物料的热量衡算，得DHFh0WH(FW)h1DhwQL

WH(FW)h1Fh0QLD

Hhw式中D——加热蒸气的消耗量，kg/h、H——加热蒸气的焓，kJ/kg、h0——原料液的焓，

kJ/kg、H’——二次蒸气的焓， kJ/kg、h1——完成液的焓， kJ/kg、hw——冷凝水的焓，kJ/kg QL——热损失， kJ/h

若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则H-hw=r

则上式变为DWH(FW)h1Fh0QL

r式中 r——加热蒸气的汽化热，kJ/kg 2、（略） 3、（略）

四、计算

1、 进料速度2511kg/h

2、 加热蒸气耗量11040.7kg/h 3、 (1)加热蒸气耗量2207.2kg/h

(2)传热面积18.9m2 4、（1）蒸发量1333.3kg/h

（2）加热蒸气消耗量1592.6kg/h 5、（1）蒸发量3024kg/h (2)浓缩液量6048kg/h (3)传热面积150 m2

6、 （1）传热面积174.9m2 （2）蒸气耗量9280.7kg/h

2

7、 总传热系数679.0W/m℃ 8、（略）

第九章 传质原理与吸收

一、名词解释

1. 吸收：根据混合气体各组分在液相中溶解度的不同而将其分离的单元操作

2. 对流传质：(1)是湍流主体的涡流扩散和相界面附近的分子扩散的总称；(2)发生在运动着的流体与相界面之间的传质过程

3 扩散系数：即分子扩散系数，物质的特性常数之一，同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。

4. 液膜控制：对于难溶气体，传质阻力主要集中在液膜一侧，此时吸收为液膜控制.

5. 分子扩散：(1)依靠分子的热运动而进行的扩散。主要发生在\"静止\"的或作层流流动的流体中；(2)简称为扩散，是在一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。

6. 涡流扩散：在有浓度差时，凭籍流体质点的湍动和涡流而传递物质的现象

二、填空

1 液相平衡分压、吸收 2 相平衡、液气比 3 不变、减少、不变

4 大于、上方、增大、远离、增大 5 减少、靠近

6 Na=kC(p-pi)、Na=KC(p-pe) 7 27

三、选择 1 B 2 A 3 B

4 B 5 C 四、简答

1 （1）以pp*表示总推动力的吸收速率方程式：

令p*为与液相主体浓度C成平衡的气相分压，p为吸收质在气相主主体中的分压，若吸收系统服从亨利定律，或在过程所涉及的浓度区间内平衡关系为直线，则p*根据双膜理论，相界面上两相互成平衡，则：piC HCi H将上两式分别代入液相吸收速率方程式NAKL(CiC)得：

NAKLH(pip*)或

NApip*…① KLHNAppi…② KG气相速率方程式NAKG(ppi)也可改写成

①+②得N（A11）pp* KLHKG令

111 则NAk（…③ gpp*）kgKLHKGkg：气相总吸收系数；③即为以为总推动力的吸收速率方程式，也可称为气（pp*）相总吸收速率方程式。

（2）以C*C表示总推动力的吸收速率方程式

以C*代表与气相分压p成平衡的液相浓度，若系统服从亨利定律，或在过程所涉及的浓度范围内平衡关系为直线，则：p若将N（AC*C，p* HH11）pp*两端皆乘以H，可得： KLHKGN（A1H）c*c KLKG令

1H1 则：NAkL(c*c)，kL：液相总吸收系数 KLKGkLc*c为总推动力的吸收速率方程式，也可称为液相总吸收速率方程式，总系数kL的

倒数为两膜总阻力。

（3）以YY*表示总推动力的吸收速率方程式

在吸收计算中，当溶质浓度较低时，通常以摩尔比表示浓度较为方便。若操作总压强为P，根据分压定律可知吸收质在气相中的分压为：

P=Py，又yYYY*，故pP，同理：p*P 1Y1Y1Y*式中r*为液相浓度X成平衡的气相浓度。将此两式代入NAk（ gpp*）则NAk（gpkgpYY*(YY*) ，即NAp）(1Y)(1Y*)1Y1Y*令KYkgp(1Y)(1Y*)，则NAKY(YY*) KY：气体总吸收系数

（4）以X*X表示总推动力的吸收速率方程式

令液相浓度以摩尔比X表示，与气相浓度Y成平衡的液相浓度以X*表示，因为Ci=Cx，又xXXX*，故CiC，同理C*C 1X1X1X*X*X将上两式代入NAkL(c*c)，则NAkL(CC)

1X*1XkLc(X*X)

(1X*)(1X)即NA令

kLcKX，则NAKX(X*X)，KX为液相总吸收系数。

(1X*)(1X)使用范围：因推导吸收速率方程式时，都是以气液浓度保持不变为前提的，因此只适合于描述定态操作的吸收塔内任一截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。 2. Fick定律，即JADABdCA DZJA.:物质A在Z方向上的分子扩散通量 dCA：物质A的浓度梯度 DZDAB：物质A在介质B的分子扩散系数

3. 吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。压力相差越大，过程的推动力越大，随着吸收过程的进行，实际分压与溶质分压相差越来越小，过程的推动力也越来越小。当气相中溶质的实际分压等于与液相成平衡的溶质分压时，吸收过程的推动力由气相向液相转移的溶质与由液相向气相转移的溶质数量相等，达到动态平衡，吸收过程结束。

4、（略）

5、解：Y=L/V*X+(Y1-L/V*x1)

以逆流操作的填料塔为例：

在塔内，气体自下而上，其浓度由Y1逐渐变至Y2，液体自上而下，其浓度由X2逐渐变至X1，那么，在定态状况下，填料层中各个横截面上的气、液浓度Y与X的关系由m-n截面与塔底端面之间做组分A的衡算，得到： VY+LX1=VY1+LX

或 Y= L/V*X+(Y1-L/V*x1) (1)

若在m-n截面与塔面顶端做组分A的衡算，则： Y= L/V*X+(Y2-L/V*x2) （2） 由于：VY1+L1X2=V1Y2+LX1 （1）、（2）等价，为逆流吸收塔的操作线方程式，它表示塔内任一横截面上的气相浓度Y与液相浓度Y之间成直线关系，直线的斜率为L/V，且此直线通过B(X1、Y1)及T(X2、Y2)两点。标绘在左图中。BT即为逆流吸收塔的操作线。操作线上任何一点A代表着塔内相应截面上的液、气浓度X、Y，端点B代表填料层底部端面，即塔底的情况，端点T代表填料层顶部端面，即塔顶的情况。

6. 双膜理论：当液体湍流流过固体溶质表面时，固-液间传质阻力全部集中在液体内紧靠两相界面的一层停滞膜内，此膜厚度大于滞流内层厚度，而它提供的分子传质阻力恰等于吸收操作中实际存在的对流传质阻力。

双膜理论在实际中适当描述具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质过程。按照这一理论的基本概念所确定的传质速率关系，至今仍是传质设备设计计算的主要依据。但是，它不适合于不具有固定相界面的多传质设备，此时停滞膜的设想不能反映传质过程的实际机制。

第十章 蒸 馏

一、名词解释

1液沫夹带：当汽相负荷较大时，气泡数急剧增加，液汽接触的湍动程度增加，形成泡沫接触状态，既有液体连续相中的大量气泡，也溅出许多小液滴的现象。

2气-液相平衡：溶液与其上方蒸汽达到平衡时气、液两相各组分组成的关系。 3（略）

4最小回流比：回流比减小，两操作线向平衡线移动，达到指定分离程度所需的理论塔板数增多，当两操作线的交点位于平衡线上时，则需要无穷多的阶梯才能达到d点。相应的回流比称为最小回流比。

5泡点回流：若塔顶上升的蒸汽冷凝后全部回流至塔内称为泡点回流。 6挥发度：纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。

7全塔效率：理论塔板数NT与实际塔板数NR之比称为塔板效率，用ET表示

8蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型单元操作。

9精馏：精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时多次地进行部分气

化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。

10相对挥发度：指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。 11回流比：L与D的比值。

二、填空 1、（略） 2、泡点 3、（略）

4、塔板、冷凝器、再沸器 5、1.1~2

6、简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏 7、（略）

8、精馏段、提馏段 9、逐步计算法、图解法

10、鼓泡态、泡沫态、喷射态 11、填料塔、板式塔 12、（略） 13、（略）

14、恒摩尔汽化、恒摩尔溢流 15、回流、再沸器 16、（略）

三、选择题 1、C 2、B 3、A 4、A 5、C 6、B 7、B 8、A 9、A 10、B

四、简答题 1、（1）进料状态：进料状态决定q值的大小。 （2）回流比 （3）塔板数

2、进料量对塔板数没有影响。塔板数与进了状态有关。

3、通常，进料状况有5 种情况：冷液体进料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽进料。

（1）冷液体进料：原料温度<加热板上沸腾液的温度(料温<板温(泡点))。q﹥1，q线斜率q/

（q-1）﹥0，q线为从点e伸向右上方的直线。

（2）泡点进料：进料温度与板温相等(料温=泡点=板温， 近似) q值表示进料中液体量占总进料量的分率。Q=1，q/（q-1）=∞，q线竖直向上。

（3）汽液混合物进料：原料液已被汽化一部分(料温 > 板温)。0﹤q﹤1，q/（q-1）﹤0，q线斜率为负，伸向左上方。

（4）饱和蒸汽进料：原料加热至饱和蒸汽( 料温 > 板温 ) 。q=0，q线斜率为0，q线为水平线。

（5）过热蒸汽进料：原料加热至过热蒸汽(料温 > 板温) 。q﹤0，q/（q-1）﹥0，此时q线伸向左下方。

4、对于正常曲线，在最小回流比下，q点在平衡线上，则由平衡方程得： xqy q1(1)xqxDyq1xDa(1xD) RminxDyqyqxqa11xq Rminxqyqxq 对某些进料状态，上式可进一步简化。 泡点进料时，xq=xF，则 1xDa(1xD)Rmin a1xF1xF

1axD1xD饱和蒸汽进料时，yq=yF，则 R miny1y1a1FF

5、对于正常曲线（如图），设d点坐标为(xq，yq)，则由精馏段的斜率可知： xDyqxDyqRminRmin R1xxyqxqminDq

对于非正常曲线，过a或c点作平衡线的切线，根据切点坐标求Rmin。 6、（略）

五、计算

1、p=99.76kPa

2、当p=100kPa时：α=2.51，yA=0.63，yB=0.37 当p=10kPa时：α=3.27，yA=0.69，yB=0.31 3、（1）将混合液看做理想溶液时，α=Pa*/Pb*，与x无关。 （2）根据相平衡公式，有实测的x、y，α=αx/【1+（α-1）x】。 4、q=0.4 5、（1）简单蒸馏：F/W=1.45，F=145kmol

（2）平衡蒸馏：F=27.28mol/s，V=10.57mol/s 6、（略） 7、（1）R=3，Xd =0.82 （2）Xw =0.105 8、q=1.075

9、（1）L=33.52mol/s，V=44.69 mol/s，L’=61.502 mol/s，V’=44.892 mol/s （2）L=44.69mol/s，V=55.86 mol/s，L’=72.536 mol/s，V’=55.926 mol/s 10、（略）

11、R=3，Xf=0.45，Xd=0.82，Xw=0.09 12、（1）精馏段方程：y=0.714x+0.271，提馏段方程：y=1.31x-0.03 （2）精馏段方程：y=0.714x+0.271，提馏段方程：y=1.86x-0.086 （3）精馏段方程：y=0.714x+0.271，提馏段方程：y=1.522x-0.0522 13、（1）q=0.33 （2）Xf=0.44 （3）q（0.36，0.48） 14、（略） 15、（略）

16、理论塔板数为4，加料板为2

17、理论板数为4，w=2.75mol/s，回收率为97.4% 18、（略）

19、题目不完整 20、（略） 21题目不对 22、（1）Xd=0.75，Xw=0.25

（2）V=34.725 mol/s ，V’=48.615 mol/s （3）提馏段方程为y=1.2x-0.05

第十一章 干燥

一、名词解释

1、指含单位质量干空气的湿空气的焓。根据干空气及液态水在0℃时焓为零作基准，对于温度为t 及湿度为H的湿空气，其焓包括有0℃的水变为0℃的水汽所需的潜热及湿空气由0℃升温至t℃所需的显热之和。

2、在一定的温度及总压下，湿空气的水汽分压pv 与同温度下水的饱和蒸汽压ps 之比的百分数，称为相对湿度。

3、不饱和空气的湿空气在湿含量H不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度。

4、在空气的绝热降温增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，此时的温度为该空气的绝热饱和温度。

5、大量不饱和的流动空气与湿球温度计接触，湿球温度计表面由一层饱和的气膜包围，蒸汽压大于流动空气的蒸汽压，导致纱布表面的水分汽化，汽化水分所需的潜热，首先只能取自湿纱布中水的潜热，因而使水温下降。当水温低于空气中的干球温度时，热量则由空气传向纱布中的水分，其传热速率随着两者温差增大而增大，最后当由空气传入纱布的传热速率恰好等于自纱布表面汽化水分需的传热速率时，则两者达到平衡状态，这时湿纱布中的水温即保持衡定。

6、当一定温度t、相对湿度的不饱和湿空气流过某湿物料表面时，由于湿物料表面水的蒸汽压大于空气中水蒸汽分压，则湿物料的水分向空气中汽化，直到物料表面水的蒸汽压与空气中水蒸汽分压相等时为止，即物料中的水分与该空气中水蒸汽达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件(t、)下物料的平衡水分

7、干燥过程中物料的含水量随时间不断的变化，单位时间单位重量物料失去的水分量为物料干燥速率。

8、一定温度和相对湿度的不饱和湿空气干燥某湿物料，除去的物料中超出平衡水分的那一部分水分为自由水分。

9、在干燥过程中，物料内外的温度不一致，温度梯度促使水分传递(称为热湿导)，方向是从高温到低温。与此同时，湿物料表面水分不断汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，使得物料内部湿度梯度形成，促使物料内部的水分向表面移动。当物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率时，为表面汽化控制。

二、填空 1 小 、 大 2 内部扩散

3 结合水、非结合水 4 露点、温度

5 预热阶段、恒速干燥阶段、 降速干燥阶段 6 0.0488、165.58

7 不饱和湿空气、不变、升高、温球 8 减小、增加湿度

9 离心分离、过滤、沉降 10 1.62、0.598

三 选择 1 B 2 B 3 A 4 B 5 B 6 B 7 B 8 A 9 D

四 简答

1、 流体的运动对传热过程有强烈影响。当边界层中的流动完全处于层流状态时，垂直于流动方向上的热量传递虽然只能通过流体内部的导热，但流体的流动造成了沿流动方向的温度变化，使壁面处的温度梯度增加，因而促进了传热。当边界层中的流动是湍流时，壁面附近的流动结构包括湍流区、过渡区和层流底层。湍流区垂直于流动方向上的热量传递除了热传导外，主要依靠不同温度的微团之间剧烈混合，即依靠对流传热。

2 热风干燥过程中，热风既是载热体也是载湿体。一方面热风提供给湿物料热量，使得水分加热蒸发；另一方面由于湿物料中水分蒸汽压大于热空气中水分分压，使得物料中水分蒸发到热空气中，被热风带走。使得物料干燥。

3 干燥包括预热阶段、恒速干燥阶段及降速干燥阶段。预热阶段空气热量主要用于物料的

加热，水分蒸发量较少，时间较短暂，通过减小物料颗粒来增强预热效果。恒速干燥阶段物料含水量迅速下降，干燥速度最大，物料表面温度等于干燥介质的湿球温度，空气热量全部用于水分的汽化，空气显热等于水分的汽化潜热，所去除的水分为非结合水分，物料内部水分扩散速度大于或等于水分表面汽化速度，干燥处于表面汽化控制状态。可通过减小物料颗粒，增加空气的流动速度并使空气垂直进入物料内部，增加空气的相对湿度等措施来强化干燥。降速干燥阶段干燥速度开始下降，物料表面温度大于空气的干球温度并逐渐上升。空气热量除了用于水分的蒸发外，还要用于物料的升温，所除去的水分有结合水分和非结合水分，干燥开始进入内部扩散控制状态，此阶段不宜盲目强化干燥条件，但可通过减小物料颗粒，使物料流动方向与空气方向相反等措施来强化干燥速度。

4 根据物料与水分结合力的状况，可将物料中所含水分分为结合水分与非结合水分。结合水分包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。它是籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。 非结合水分包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关

5 绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，称此温度为该空气的绝热饱和温度。在湿空气中，将温度计的感温部分包以纱布，置于一定温度和湿度的湿空气中，经一段时间达到稳定后，温度计所反映的温度称为是空气的湿球温度。绝热饱和温度与湿球温度是两个完全不的概念。但是两者都是湿空气状态(t和H)的函数。特别是对空气－水气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在此关系。

6 湿空气的焓-湿图以湿度为横坐标，空气的焓为纵坐标。为了不使这些线群拥挤在一起，提高读数的准确度，两轴的夹角为135°。图上共有等湿度线、等焓线、等温线、等相对湿度线、水蒸汽分压线五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度H的湿空气状态。且由两个相互独立的参数就可确定空气的状态。

7 当湿空气的湿度Ｈ为一定值时，温度越高，其相对湿度φ值越低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力越强，故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。

气流干燥过程，即湿物料与热气流的对流过程，由传热和传质两个过程组成。当湿物料与热空气相接触时，热空气将热能传递至湿物料表面，再由表面传递至内部，这个过程就是传热过程；与此同时，湿物料中的水分从物料内部以液态或气态扩散到物料表面，由物料表面通过气膜扩散到热空气中去，这是一个传质过程。

8 降速干燥阶段

积分边界条件：降速开始时τ=0，X=Xc；终了时τ=τ2 ，X=X2；

220GX2dXGXcdX dAXcUAX2U式中U——降速阶段的瞬时干燥速率，kg/m2·s。

连接临界点C与平衡含水量E的直线来代替降速阶段的干燥速率，该近似方法认为在

降速干燥阶段，干燥速率与物料中的自由水分成正比，即：

UkXGdXkX(XX*) AdUc

Xc-X*式中 X*——平衡含水量

kX——系数，直线CE的斜率

XX* UUc*XcX因此降速干燥阶段的干燥时间为：

220GX2dXG(XcX*)X2dXdXc(XX*)AXcUAUc**XXG(XcX)lncAUcX2X*

五 计算

1、相对湿度0.252；水蒸气分压7851.85Pa；露点41.5℃；湿空气的比热容1.10964KJ/Kg 2、湿度0.0102Kg/kG；露点14.5℃ 3、25倍 4、（略） 5、（略）

6、干燥时间26500s

7、空气流量1555.72Kg干空气/h 8、(1)5.71h；(2)10.01h 9、（略） 10、（略） 11、（略） 12、（略）