新食品工程原理復習試題及答案

PAGE29新食品工程原理復習題及答案一、填空題：1.圓管中有常溫下的水流動,管內(nèi)徑d=100mm,測得其中的質(zhì)量流量為15.7kg.s-1,其體積流量為_________.平均流速為______。***答案***0.0157m3.s-12.0m.s-12.流體在圓形管道中作層流流動,如果只將流速增加一倍,則阻力損失為原來的____倍;如果只將管徑增加一倍,流速不變,則阻力損失為原來的_____倍。***答案***2；1/43.離心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿調(diào)節(jié)。***答案***出口閥4.（3分）題號2005第2章知識點100難度容易某輸水的水泵系統(tǒng),經(jīng)管路計算得,需泵提供的壓頭為He=25m水柱,輸水量為20kg.s-1,則泵的有效功率為_________.***答案***4905w5.用飽和水蒸汽加熱空氣時，換熱管的壁溫接近____________的溫度，而傳熱系數(shù)K值接近____________的對流傳熱系數(shù)。***答案***飽和水蒸汽；空氣6.實現(xiàn)傳熱過程的設(shè)備主要有如下三種類型___________、_____________、__________________.***答案***間壁式蓄熱式直接混合式7.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器又稱_______________。由于中央循環(huán)管的截面積_______。使其內(nèi)單位容積的溶液所占有的傳熱面積比其它加熱管內(nèi)溶液占有的______________，因此，溶液在中央循環(huán)管和加熱管內(nèi)受熱不同而引起密度差異，形成溶液的_______________循環(huán)。***答案***標準式，較大，要小，自然8.圓管中有常溫下的水流動,管內(nèi)徑d=100mm,測得中的體積流量為0.022m3.s-1,質(zhì)量流量為_________,平均流速為_______。***答案***22kg.s-1;2.8m.s-19.球形粒子在介質(zhì)中自由沉降時，勻速沉降的條件是_______________。滯流沉降時，其阻力系數(shù)=____________.***答案***粒子所受合力的代數(shù)和為零24/Rep10.某大型化工容器的外層包上隔熱層,以減少熱損失,若容器外表溫度為500℃,而環(huán)境溫度為20℃,采用某隔熱材料,其厚度為240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此時單位面積的熱損失為_______。(注:大型容器可視為平壁)***答案***1140w11.非結(jié)合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***主要以機械方式與物料相結(jié)合的水份。12.設(shè)離心機轉(zhuǎn)鼓直徑為1m，轉(zhuǎn)速n=600轉(zhuǎn).min-1，則在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器內(nèi)沉降的速度快____________倍。***答案***20113.在以下熱交換器中,管內(nèi)為熱氣體,套管用冷水冷卻,請在下圖標明逆流和并流時,冷熱流體的流向。本題目有題圖：titu081.bmp***答案***略14.用冷卻水將一定量的熱流體由100℃冷卻到40℃，冷卻水初溫為15℃，在設(shè)計列管式換熱器時，采用兩種方案比較，方案Ⅰ是令冷卻水終溫為30℃，方案Ⅱ是令冷卻水終溫為35℃，則用水量WI＿＿WII，所需傳熱面積AI＿＿＿AII。（大于，等于，小于）***答案***大于，小于15.多效蒸發(fā)的原理是利用減壓的方法使后一效的蒸發(fā)壓力和溶液的沸點較前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以實現(xiàn)_____________再利用。***答案***為低、二次蒸汽、加熱用、二次蒸汽16.物料干燥時的臨界水份是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；它比物料的結(jié)合水份＿＿＿＿。***答案***由恒速干燥轉(zhuǎn)到降速階段的臨界點時，物料中的含水率;大17.如右圖所示：已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空氣=1.29kg.m-3,R=51mm,則△p=_____N.m-2,ξ=___（兩測壓點A.B間位差不計）本題目有題圖：titu141.bmp***答案***500；118.板框壓濾機主要由____________________________________________，三種板按__________________的順序排列組成。***答案***濾板、濾框、主梁（或支架）壓緊裝置等組成1—2—3—2—1—2—3—2—119.去除水份時固體收縮最嚴重的影響是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿___＿＿＿＿，因而降低了干燥速率。***答案***在表面產(chǎn)生一種液體水與蒸汽不易滲透的硬層。20.多效蒸發(fā)的原理是利用減壓的方法使后一效的蒸發(fā)壓力和溶液的沸點較前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以實現(xiàn)_____________再利用。***答案***為低、二次蒸汽、加熱用、二次蒸汽21.恒定的干燥條件是指空氣的＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿都不變。***答案***濕度、溫度、速度與物料接觸的狀況22.物料的臨界含水量的大小與_______________________________________________________等因素有關(guān)。***答案***物料的性質(zhì)，厚度和恒速干燥速度的大小二、選擇題：1.當離心泵內(nèi)充滿空氣時，將發(fā)生氣縛現(xiàn)象，這是因為()A.氣體的粘度太小B.氣體的密度太小C.氣體比液體更容易起漩渦D.氣體破壞了液體的連續(xù)性***答案***B.2.降膜式蒸發(fā)器內(nèi)溶液是（）流動的。A.自然循環(huán)；B.強制循環(huán)；C.不循環(huán)***答案***C3.當空氣的t=t=t時，說明空氣的相對濕度φ（）。A.=100%；B.＞100%；C.＜100%***答案***A4.如圖，U形管壓差計測得：()。A.A.B間的阻力損失B.A.B間的壓強差C.A.B間的位頭差加阻力損失D.A.B間位頭差本題目有題圖：titu014.bmp***答案***A5.用離心泵從河中抽水，當河面水位下降時，泵提供的流量減少了，其原因是（）。A.發(fā)生了氣縛現(xiàn)象B.泵特性曲線變了C.管路特性曲線變了***答案***C6.穩(wěn)定傳熱是指傳熱系統(tǒng)內(nèi)各點的溫度（）。A.既隨時間而變，又隨位置而變B.只隨位置而變，但不隨時間而變C.只隨時間而變，但不隨位而變。***答案***B7.在干燥流程中，濕空氣經(jīng)預熱器預熱后，其溫度（），相對濕度（）。A.升高；B.降低；C.不變***答案***A、B8.干燥器進口的溫度計最小分度是0.1℃，下面是同一溫度時的幾種記錄，哪一種是正確的()。A.75℃;B.75.0℃;C.75.014℃;D.74.98℃。***答案***D9.下圖中高位槽液面保持恒定，液體以一定流量流經(jīng)管路，ab與cd兩段長度相等，管徑與管壁粗糙度相同，則()。（1）U形壓差計讀數(shù)A.Rab＞RcdB.Rab＝RcdC.Rab＜RcdD.不定（2）液體通過ab與cd段能量損失______。A.hab＞hcdB.hab＝hcdC.hab＜hcdD.不定（3）ab與cd兩段壓差______。A.ΔPab＞ΔPcdB.ΔPab＝ΔPcdC.ΔPab＜ΔPcdD.不定（4）R值表示_______。A.ab段的壓差值B.ab段位能變化C.ab段流動能量損失D.ab段壓差值及流動能量損失本題目有題圖：titu012.bmp***答案***（1）B.（2）B.（3）C.（4）C.＊本題hab＝R1（ρs－ρ）/ρhab＝hcd＝R2（ρs－ρ）/ρR1＝R2ΔPcd/ρｇ＝hcd＝R1（ρ－ρ）/ρΔPab/ρｇ＝R2（ρs－ρ）/ρ－ｌ10.由于泵內(nèi)存有氣體，啟動離心泵而不能送液的現(xiàn)象，稱為（）現(xiàn)象。A.氣蝕B.氣縛C.喘振***答案***B11.一臺試驗用離心泵，開動不久，泵入口處的真空度逐漸降低為零，泵出口處的壓力表也逐漸降低為零，此時離心泵完全打不出水。發(fā)生故障的原因是()A.忘了灌水B.吸入管路堵塞C.壓出管路堵塞D.吸入管路漏氣***答案***D.12.多效蒸發(fā)中，由于溫度差損失的影響，效數(shù)越多，溫度差損失越大，分配到每效的有效溫度差就（）。A.越??；B.越大；C.不變***答案***A13.已知物料的臨界含水量為0.2kg水.kg-1絕干料，空氣的干球溫度為t，濕球溫度為tm，露點為td，現(xiàn)將該物料自初始含水量X1=0.45kg水.kg-1絕干料干燥至X2=0.1kg水.kg-1絕干料，則在干燥末了時物料表面溫度ｔ表：()。A.t表>tm;B.t表=td;C.t表=tm;D.t表=t。***答案***A14.往復壓縮機的最大壓縮比是容積系數(shù)（）時的壓縮比。A.最大B.最小C.為零***答案***C15.離心機的分離因數(shù)α愈大，表明它的分離能力愈（）。A.差；B.強；C.低***答案***B三、判斷題：1.食品工程單元操作是一種物理操作,只改變物質(zhì)的物理性質(zhì)而不改變其化學性質(zhì)。（）***答案***√2.當空氣狀態(tài)一定時，可用物料的結(jié)合水分來判斷干燥能否進行的最大限度。（）***答案***×3.相對濕度φ值大小可以反映空氣的吸水汽的能力。若φ值大時，表示此空氣吸水汽的能力強。（）***答案***×4.壓縮機的余隙大小與其生產(chǎn)能力有關(guān)（）。故余隙宜大（）。***答案***√×5.板框壓濾機采用橫穿法洗滌時，若洗滌壓差=最終過濾壓差，洗滌液粘度=濾液粘度，則其洗滌速率=1/4過濾終了速率。（）***答案***√6.由溶液沸點造成溫度差損失等于溶液的沸點與相同壓力下水的沸點之差。（）***答案***√7.物料的臨界含水量是劃分等速干燥和降速干燥階段的分界點。()***答案***√8.板框壓濾機的洗滌速率等于過濾未了時的速率。（）***答案***×9.在多效蒸發(fā)操作中，后一效蒸發(fā)器的加熱室就相當于前一效的蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝器。（）***答案***√10.（2分）題號8165第8章知識點400難度容易廂式干燥器的傳熱方式是熱傳導。（）***答案***×11.流體流動狀態(tài)的判斷依據(jù)是雷諾數(shù)Re。（）***答案***√12.額外蒸汽的抽出其目的提高整個裝置的經(jīng)濟程度。()***答案***√13.當空氣狀態(tài)一定時，可用物料的結(jié)合水分來判斷干燥能否進行的最大限度。（）***答案***×四、問答題：1.影響重力沉降速度的主要因素是什么？為了增大沉降速度以提高除塵器的生產(chǎn)能力，你認為可以采取什么措施？***答案***由重力沉降式Ut=dp2(ρs-ρ)g/(18μ)可見，影響重力沉降速度Ut的主要是dp和μ（Ut∝dp，Ut∝1/μ，為提高Ut，在條件允許的情況下，可用濕法增大顆粒直徑。這樣可大大增大Ut，較可行的辦法是讓含塵氣體先冷卻，使其粘度下降，也可使Ut增大。2.說明列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)。***答案***由殼體、管束、管板、封頭等組成。3.蒸發(fā)與加熱操作相比，有何特點？***答案***（1）蒸發(fā)的料液是溶有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液，在相同壓力下，其沸點比純?nèi)軇┑姆悬c高，溶液濃度愈大，影響愈顯著。（2）蒸發(fā)時，要汽化大量溶劑，所以耗汽量大。（3）蒸發(fā)的溶液本身具有某些特性，如熱敏性，伴有結(jié)晶產(chǎn)生等，也會給蒸發(fā)過程帶來一定的影響。4.多效蒸發(fā)中，“最后一效的操作壓強是由后面的冷凝能力確定的?！边@種說法是否正確？冷凝器后使用真空泵的目的是什么？***答案***不對。蒸發(fā)室的操作壓強是根據(jù)工藝操作要求，料液的特性，經(jīng)濟效果等應(yīng)方面而定的。最后一效操作壓強是由后面冷凝器的真空度確定的，真空度太高時，導致冷凝器的T*太低，冷凝困難，這是決定最后一效的操作壓強時應(yīng)考濾的。使用真空泵的目的是排除凝性氣體，維持蒸發(fā)器內(nèi)要求的真空度。5.如圖所示的2B31型離心泵裝置中，你認為有哪些錯誤？并說明原因。本題目有題圖：TITU157.bmp***答案***圖中錯誤有：1）無底閥，無法灌液且易堵塞；2）安裝高度15m過高，因常壓下送水理論上最大的吸上高度為10.33m而實際由于存在阻力，不可能達到如此高度；3）吸入管徑比排出管徑小，因流速增大而引起損失能量增大易發(fā)生氣蝕在現(xiàn)象；4）葉輪反轉(zhuǎn)；無法排液；6.有一高溫爐，爐內(nèi)溫度高達1000℃以上，爐內(nèi)有燃燒氣體和被加熱物體，試定性分析從爐內(nèi)向外界大氣傳熱的傳熱過程。本題目有題圖：titu185.bmp***答案***爐內(nèi)以對流和輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量傳給爐的內(nèi)壁面。在爐壁內(nèi)通過傳導傳熱，將熱量以爐的內(nèi)壁面?zhèn)鞯綘t的外壁面，它與爐內(nèi)對流與輻射傳熱相串聯(lián)。爐外通過對流與輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量從爐的外壁面?zhèn)鞯酱髿庵校c爐壁內(nèi)的傳導傳熱相串聯(lián)，所以該傳熱過程的特點是：（1）傳導、對流、輻射三種傳熱方式同時存在；（2）并聯(lián)、串聯(lián)的聯(lián)合傳熱同時存在。7.工業(yè)生產(chǎn)中對溶液的濃縮，為何采用真空蒸發(fā)？*****答案*****因為：（1）加熱蒸汽壓力相同時，真空蒸發(fā)時溶液的沸點較低，則有效溫度差較大，可使傳熱面積A減小。（2）真空蒸發(fā)，可蒸發(fā)不耐高溫的溶液。（3）真空蒸發(fā)，可利用低壓蒸汽或廢汽作加熱劑，（4）真空蒸發(fā)時，由于溶液沸點低，設(shè)備的熱損失小。五、計算題：1.用離心泵經(jīng)φ57×3.5mm的鋼管,將敞口貯槽內(nèi)的有機溶劑(密度為800kg.m-3,粘度為20cp)輸送到反應(yīng)器中。設(shè)貯槽內(nèi)的液面離反應(yīng)器內(nèi)的液面高度保持16m，見附圖。已知鋼管總長度(包括局部阻力當量長度)為25m，反應(yīng)器內(nèi)的壓力恒定為4×98100Pa(表壓),有機溶液輸送量為6m3.h-1,試確定泵提供的壓頭。本題目有題圖：titu027.bmp***答案***取敞口貯槽液面為1-1截面，反應(yīng)器內(nèi)液面為2-2截面，在1-1與2-2截面間列柏努利方程，并以1-1截面為基準面：gZ1+(u12/2)+(p1/ρ)+W=gZ2+(u22/2)+(p2/ρ)+ΣhfW=(Z2–Z1)g+[(u22-u12)/2]+[(p2–p1)/ρ]+ΣhfΣhf=λ[(l+le)/d](u22/2)u=(6/3600)/[(π/4)×0.052]=0.8488m.s-1u1≈u2≈0Z1=0Re=duρ/μ=0.05×0.8488×800/(20×10-3)=1697.6<2000則λ=64/Re=64/1697.6=0.0377Σhf=0.0377×(25/0.05)×(0.84882/2)=6.7904J.kg-1故W=16×9.81+4×98100/800+6.79=654J.kg-1H=W/g=66.7m2.20℃的水以2.5m.s-1的流速流經(jīng)Φ38×2.5mm的水平鋼管，此管以錐形管與另一Φ53×3mm的水平鋼管相連，如圖所示。在錐形管兩側(cè)A.B處各插入一垂直玻璃管，以觀察兩截面的壓強。若水流經(jīng)A.B兩截面間的能量損失為1.5J.kg-1,求兩玻璃管的水面差（以mm表示）,并在附圖上畫出兩玻璃管中水面的相對位置。本題目有題圖：titu164.bmp***答案***按連續(xù)性方程：uB=uA（d2A/dB2）=2.5(0.0332/0.0472)=1.23m.s-1由柏式知：R=(PA-PB)/(ρg)=uB2/2g－uA2/2g+Lf=1.232/2g－2.52/2g+1.5=-0.087m=-87mm負號PB＞PA3.密度為1200kg.m-3的鹽水，以25m3.h-1的流量流過內(nèi)徑為75mm的無縫鋼管。兩液面間的垂直距離為25m，鋼管總長為120m，管件、閥門等的局部阻力為鋼管阻力的25％。試求泵的軸功率。假設(shè)：（1）摩擦系數(shù)λ＝0.03；（2）泵的效率η＝0.6***答案***Z1+(u12/2g)+(p1/ρg)+He=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHfu1≈u2≈0;Z1=0;u1≈u2≈0Z2=25m;p1＝p2∴He＝Z2＋∑Hf＝25＋∑Hf∑Hf＝（λ×ｌ/d×ｕ2/2ｇ）×1.25ｕ＝Ｖ/A＝25/（3600×0.785×（0.075）2）＝1.573m.s-1∑H＝（0.03×120/0.075×1.5732/（2×9.81）×1.25＝7.567m鹽水柱He＝25＋7.567＝32.567mNe＝QeHeρ/102＝25×32.567×1200/（3600×102）＝2.66kwN軸＝Ne/η＝2.66/0.6＝4.43kw4.某臺離心泵銘牌上列出的性能為：Q=11～25m3/h,H=21～16m,η=66.5%,Hsp=6.4m，配套電機功率N電=2.2kw。今欲用它來將密度為1400kg.m-3的20℃液體（其它物性與水相近），從貯槽內(nèi)送到某一高位槽中，要求的輸送量為32t/h,輸送流程如圖示，若已知吸入管路和壓出管路的阻力分別為1m和4m。試求：（1）此泵能否適用于此輸送流程？（2）圖中所示的吸上高度是否恰當？（吸上管路動壓頭可略）（3）此泵配套的電機要不要更換？本題目有題圖：titu192.bmp***答案***（1）求此泵能否適用？已知：ρ=1400kg.m-3Qe=32×1000/1400=22.86m3.h(Q=11～25m3/h)He=△Z＋△p/ρg＋△u2/2g＋Hf=12＋0＋0＋(1＋4)=17m(H=21～16m)因Q、H均在使用范圍內(nèi)，故適用（2）驗吸液高度H安H安=Hsp’-u2/2g-∑Hf吸已知：u2/2g=0;∑H吸=1m；Hsp=6.4m而Hsp’=Hs×ρ水/ρ=6.4×1000/1400=4.57m∴H安=4.57-1=3.57m>2m故吸液高度合適。(2)驗電機N電≥Ne而Ne=QeHeρ/102η=22.86×17×1400/102×0.665×3600=2.23kw即N電≥2.23kw＞2.2kw故原配電機要更換5.現(xiàn)要設(shè)計一降塵室來凈制氣體，要求降塵室的最大生產(chǎn)能力為1500標準m3/h，近似常壓的含塵氣體。氣體的溫度為50℃，粘度為2×10-5pa.s，密度為1.5kg/m3，而層粒的密度為3500kg.m-3，最小直徑為10μm，沉降過程服從斯托克斯定律，試求：(1)降塵室的面積為多少m2？(取整數(shù))(2)若此降塵室只允許做成寬4m，高2m，那么此降塵室的最小長度為多少m？(3)如果廠房面積有限，要求降塵室的長度為你所計算出的最小長度的一半，你認為座采取什么措施來完成此任務(wù)？***答案***(1)求AUt=(10×10-6)2(3500－1.5)×9.81/(18×2×10-5)=9.53×10-3m.s-1V=V標T/T標=1500×(50+273)/273=1774.73m3/hA=V/Ut=(1774.73/3600)/(9.53×10-3)=52m2(2)求LL=(A/b)=(52/4)=13m(3)當長度縮小一半時，為完成此生產(chǎn)任務(wù)，可在降塵室中間加一隔板。6.某燃燒爐的平壁由耐火磚（λ=1.05w.m-1.K-1）,絕熱磚（λ=0.15w.m-1.K-1）和普通磚(λ=0.8w.m-1.K-1)三種材料組成。已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1273K，耐火磚與絕熱磚接觸面溫度1213K，絕熱磚與普通磚接觸溫度411K；普通磚厚230mm，設(shè)為穩(wěn)定熱傳導，問：(1)耐火磚和絕熱磚應(yīng)砌多厚才能保證熱損失不超過274w.m2(2）普通磚的外側(cè)溫度為多少？***答案***δ耐=λ耐×△t耐/Q=1.05(1273-1213)/274=0.2299mδ絕=λ絕×△t絕/Q=0.15(1213-411)/274=0.4391m△t普=Q×δ普/λ普=274×0.23/0.8=78.78K411-t外=78.78∴t外=332.2K7.某車間有一臺換熱面積（以外表面積計）為2.5m2的單程列管換熱器。用180℃的熱廢氣預熱輕油,輕油走管外,其流量為200kg.h-1,比熱為2kJ.kg-1.K-1,溫度由30℃升至80℃。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70℃。求：換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。***答案***A＝2.5m2,Cp＝2kJ.kg-1.K-1Δtm＝（(180-80)-(70-30)）/ｌｎ(100/40)＝65.5℃Q＝200×2×(80-30)＝20000kJ.h-1Q＝KAΔtm∴K＝20000/(65.5×2.5)＝122.2kJ.m-2.K-1.h-1=34ｗ.m-2.K-18.在單效真空蒸發(fā)器中，將流量為10000kg.h-1的某水溶液從10%連續(xù)濃縮至50%。原料液溫度為31℃。估計溶液沸點升高為7℃，蒸發(fā)室的絕對壓強為0.2kgf.cm-2。加熱蒸汽壓強為2kgf.cm-2（絕壓），其冷凝水出口溫度為79℃。假設(shè)總傳熱系數(shù)為1000w.m-2.K-1，熱損失可忽略。試求加熱蒸消耗量和蒸發(fā)器的傳熱面積。當?shù)卮髿鈮簽?kgf.cm-2。已知0.2kgf.cm-2時蒸汽飽和溫度為59.7℃，汽化潛熱為2356kJ.kg-1及焓2605.45kJ.kg-1；2kgf.cm-2時蒸汽飽和溫度為119.6℃，汽化潛熱為2206kJ.kg-1及焓為2708kJ.kg-1。***答案***溶液沸點t1=T′+△=59.7+7=66.7℃蒸發(fā)量W=F(1－(X0/X1)=10000(1－(0.1/0.5)=8000kg.h-1溶液的比熱Cp=4.187(1－X0)=4.187×(1－0.1)=3.77kJ.kg-1.K-1由蒸發(fā)器的熱量衡算式知：Q=FCp(t1－t0)+wr’+Q損=10000×3.77×(66.7－31)+8000×2356=20193890kJ*h-1=5609414w由傳熱速率方程式知傳熱面積為：A=Q/〔K(T－t)〕=5609414/〔1000×(119.6－66.7)〕=106m2加熱蒸汽量D=Q/r=20193890/2206=9154kg.h-19.現(xiàn)采用某單效真空蒸發(fā)器來濃縮某水溶液。已知進料量為10t.h-1，料液從15%濃縮至濃度為60%（均為質(zhì)量%），沸點進料；加熱蒸汽壓力為300kN.m-2（絕壓）；冷凝水在飽和溫度下排出；冷凝器內(nèi)的真空度為610mmHg，各項溫度差損失分別為△′=2.5℃，△″=3.5℃，△'''=1℃；熱損失為加熱蒸汽放出熱量的5%，傳熱系數(shù)K=2500w.m-2.K-1，試：（1）估算單位蒸汽耗量為多少？（2）估算蒸發(fā)器的傳熱面積為多少m2？（3）若產(chǎn)品濃度達不到要求，你認為可采取什么措施？附：飽和水蒸汽性質(zhì)壓力kN.m-2溫度℃汽化潛熱kJ.kg-12060.12454.93066.52333.7101.31002258.4300133.32168.1401.3143.52138.1設(shè)：當?shù)卮髿鈮簽?01.3kN.m-2***答案***（1）求D/wD=[w×r′+F×Cp(t1–t0)+QL]/r∵沸點進料t1=t0，且QL=0.05D×r∴D/w=r′/0.95r,W=F(1-X0/X1)=10×102(1-15/60)=7500kg.h-1由P=300kN.m-2，查表得r=2168.1kJ.kg-1，T=133.3℃∵P'=[(760-610)×101.3]/760=20kN.m2,查表得T冷=60.1℃，此冷凝器中二此蒸汽冷凝溫度,而T'=T'+△'''=60.1+1=61.1℃，查表得r′=2351.6kJ.kg-1∴D/W=2351.6/(0.95×2168.1)=1.142（2）求AA=Q/（k×△tm）=(D×r)/[k(T–t1)]而t1=T'+△'+△''+△'''=60.1+2.5+3.5+1=67.1℃∴A=(1.142×7500×2168.1)×1000/[3600×2500(133.3-67.1)]=31.17m2（3）①必須按設(shè)計要求控制好操作條件。②增加料液的循環(huán)速度（如暫停出料，料液回流入器再循環(huán)）。③可適當增大P，以使T↑，可使△tm↑，以保證有足夠的所需的傳熱面積。④可適當提高冷凝器的真空度，使T'↓，則t1↓，有利于△tm↑。10.某小組在干燥實驗中測得：濕紙板G1=50g,G2=48g,干燥時間△τ=2′10″。已知紙板的絕干量Gd=30g，尺寸：150×100×7mm。試求其對應(yīng)的干燥速率和平均干基含水量為多少？***答案***X平均=（X1＋X2）/2X1=（G1-Gd）/Gd=（50-30）/30=0.6667kg水.kg-1絕干料X2=(G2-Gd)/Gd=(48-30)/30=0.6kg水.kg-1絕干料∴X平均=(0.6667＋0.6)/2=0.6334kg水.kg-1絕干料干燥速率U：U=△W/A△τA=2(0.15×0.1＋0.15×0.007＋0.1×0.007)=0.0335m2∴U=(50-48)/(1000×0.0335×130)=4.592×10-4kg.m2.s-111.水在內(nèi)徑為250mm的鋼管內(nèi)流動。已知截面1－1處的流速為1m.s-1，測壓管中水柱高為1m；在截面2－2處管內(nèi)徑為150mm。試計算在截面1－1與2－2處產(chǎn)生的水柱高度差h為多少m水柱？（忽略阻力損失）本題目有題圖：titu031.bmp***答案***在截面1－1與2－2間列柏努利方程：Z1+(u12/2g)+(p1/ρg)=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)Z2=Z1P1/ρｇ＝1mH2O，ｕ1＝1m.s-1∴P1/ρｇ－P2/ρｇ＝ｕ22/2ｇ－ｕ21/2ｇｕ2＝ｕ1（d1/d2）2＝1×（250/150）2＝2.78m.s-1∴h＝P1/ρｇ－P2/ρｇ＝2.782/（2×9.81）－12/(2×9.81)＝0.343mH2O12.某廠準備建一個降塵室來凈化常壓，溫度為40℃的含塵空氣流，氣體進入降塵室的流速保持在0.15m.s-1，而微粒在室內(nèi)的沉降速度為0.025m.s-1，現(xiàn)依廠房面積分配，降塵室只允許做成寬為3m，高為2m。問：（1）降塵室的最小長度應(yīng)為多少m？（2）降塵室的最大生產(chǎn)能力為多少標準m3.h-1？（3）若因廠房面積有限，降塵室的長度僅允許為你計算的最小長度的一半，你認為應(yīng)采取計什么措施來完成此凈制任務(wù)？***答案***（1）求最小長度L∵(L/u)≥(H/Ut)∴L≥（uH/Ut)=0.15×2/0.025=12m（2）最大生產(chǎn)能力V標V實=AUt=LbUt=12×3×0.025=0.9m3.s-1=3240m3h-1V標=V實T標/T實=3240×273/(40＋273)=2826m3.h-1（3）若L只能為原來的一半時，為完成同樣的生產(chǎn)任務(wù)，可在降塵室中間加一隔板。13.在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液,溶液量為1.4kg.s-1,比熱為2kJ.kg-1.K-1,走內(nèi)管(規(guī)格為φ25×2.5mm),從150℃冷卻到100℃。冷卻水走套管環(huán)隙,從25℃升溫至60℃,水的比熱為4.18kJ.kg-1.K-1。1.已知溶液一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為1160w.m-2.K-1,冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為930w.m-2.K-1,忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失,求以傳熱外表面積為基準的總傳熱系數(shù)K和冷卻水的用量(kg.h-1)。2.計算內(nèi)管的外表面積和管長。***答案***溶液放熱Q=MsCp△T=1.4×2×1000×(150-100)=1.4×105w1/K0=d0/(αidi)+1/α=0.025/(1160×0.02)+1/930=2.15×10-3K0=464w.m-2.K-1冷卻水用量Ms'=Q/[Cp'(t2-t1)]=1.4×105/[4180(60-25)]=0.957kg.s-1=3445kg.h-1△tm=[(150-60)-(100-25)]/ln[(150-60)/(100-25)]=82.3℃A=Q/(K0△tm)=1.4×105/(464×82.3)=3.67m2l=A/(πd0)=3.67/(π×0.025)=46.7m14.在單效蒸發(fā)器中，每小時將2000kg的某種水溶液從10%連續(xù)濃縮至30%，蒸發(fā)操作的平均壓強為0.4kgf.cm-2（絕壓），溶液的沸點為80℃。加熱蒸氣的壓強為2.0kgf.cm-2（絕壓）。原料液的比熱為3.77kJ.kg-1.K-1。熱損失為12000w。忽略濃縮熱。試求：（1）單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量；（2）分別求算原料溫度為30℃、80℃和120℃時，單位時間內(nèi)所需的加熱蒸氣量。已知壓強為0.4kgf.cm-2及2.0kgf.cm-2時飽和蒸氣的氣化潛熱分別為2319kJ.kg-1及2206kJ.kg-1,飽和蒸汽焓分別為2635kJ.kg-1及2708kJ.kg-1。***答案***（1）單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量WW=F（1－X0/X1）=2000（1－0.1/0.3）=1333kg.h-1（2）單位時間內(nèi)加熱蒸氣量DD={FCp(t1－t0)＋wr’＋Q損}/r原料溫度為30℃時蒸氣消耗量為D={2000×3.77(80－30)＋1333×2319＋12000×3.6}/2206=1600kg.h-1單位蒸氣消耗量為D/w=1600/1333=1.2同樣，原料液溫度為80℃時蒸氣消耗量及單位蒸氣消耗量分別為D=（1333×2319＋12000×3.6）/2206=1430kg.h-1D/w=1430/1333=1.07原料液溫度為120℃時蒸氣消耗量及單位位蒸氣消耗量分別為D={2000×3.77(80－120)＋1333×2319＋1200×3.6}/2206=1293kg.h-1D/w=1293/1333=0.9715.某車間準備用一臺離心泵將儲槽內(nèi)的熱水送到敞口的高位槽內(nèi)，已知管子規(guī)格為Φ60×3.5mm鋼管，管內(nèi)流速為2m.s-1，吸入管路的能量損失為19.6J.kg-1,壓出管路的壓頭損失為4mH2O(均包括全部的局部阻力損失在內(nèi)）,其余參數(shù)見附圖示。試求該泵提供的有效功率。本題目有題圖：titu168.bmp***答案***定儲槽液面為1-1，且為基準面，高位槽液面為2-2，列柏式：gZ1+(u12/2)+(p1/ρ)+We=gZ2+(u22/2)+(p2/ρ)+Σhf∑hf=hf吸+hf壓=19.6+4×9.807=58.84J.kg-1∴-100×133/980+we=8×9.81+58.84∴We=150J.kg-1;Ms=π/4×0.0532×2×980=4.3kg.s-1∴Ne=WeMs=.150×4.3=649W16.噴水泉的噴嘴為一截頭圓錐體，其長度ｌ＝0.5m，其兩端的直徑d1＝40mm，d2＝20mm，豎直裝置。若把表壓為98.07kN.m-2的水引入噴嘴，而噴嘴的阻力損失為1.5mH2O，如不計空氣阻力，試求噴出的流量和射流的上升高度。水的密度為1000kg.m-3。***答案***本題目有題圖：titu050.bmp列1－1、2－2截面，以1－1面為基準的柏氏方程Z1+(u12/2g)+(p1/ρg)=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)Z1=0;p2=0由連續(xù)性方程：（π/4）d12ｕ1＝（π/4）d22ｕ2ｕ1＝（d1/d2）2ｕ2＝（20/40）2ｕ2＝ｕ2/4P1/ρｇ＝10m，Z2＝0.510＋1/2ｇ×（ｕ2/4）2＝0.5＋ｕ22/2ｇ＋1.58＝ｕ2/2ｇ－1/16×ｕ22/2ｇ＝（15/16）ｕ22/2ｇ∴ｕ2＝（8×9.81×2×16/15）1/2＝12.94m.s-1上升高度H=ｕ22/(2×9.81)=(12.94)2/(2×9.81)=8.53m17.某平壁工業(yè)爐的耐火磚厚度為0.213m，爐墻導熱系數(shù)λ＝1.038w.m-1.K-1。其外用導熱系數(shù)為0.07w.m-1.K-1的絕熱材料保溫。爐內(nèi)壁溫度為980℃,絕熱層外壁溫度為38℃,如允許最大熱損失量為800w.m-2。求:（1）絕熱層的厚度;（2）耐火磚與絕熱層的分界處溫度。***答案***（1）ｑ/A＝（T1－T3）/（ｂ1/λ1＋ｂ2/λ2）＝（980－38）/（0.213/1.038＋ｂ2/0.07）＝800得：b2＝0.068m（2）ｑ/A＝（T1－T2）/（ｂ1/λ1）＝（980－T2）/（0.213/1.038）＝800得：T2＝815℃18.在φ57×3mm的蒸汽管(管材的λ1＝45w.m-1.K-1)外壁包了一層25mm厚,導熱系數(shù)λ2＝0.2w.m-1.K-1的石棉層。蒸汽管的內(nèi)壁溫度為175℃,石棉層外表面溫度為50℃,試求每米蒸汽管單位時間所損失的熱量。現(xiàn)欲在石棉層外再加一層導熱系數(shù)為λ3＝0.07w.m-1.K-1的氧化鎂保溫材料,使熱損失為原來的一半,設(shè)總溫度差保持不變,試問此保溫材料應(yīng)多厚?***答案***①熱損失的計算t1＝175℃t3=50℃Q＝(t1-t3)2πＬ/（(1/λ1)×ｌｎ(ｒ2/ｒ1)+(1/λ2)×ｌｎ(ｒ3/ｒ2)＝(170-50)×2×3.14×L/（1/45×ｌｎ((57/2)/((57-6)/2))+1/0.2×ｌｎ((57+50)/2)/(57/2))=239.1L(w)②溫度差不變,設(shè)厚度為xQ'＝Q/2Q'＝（(Δt)2πL）/（1/λ1×ｌｎｒ2/ｒ1+1/λ2×ｌｎｒ3/ｒ2+1/λ3×ｌｎ(ｒ3+x)/ｒ3）＝Q/2＝(1/2)Δt×2πL/（1/λ1×ｌｎ(ｒ2/ｒ1)+1/λ2×ｌｎ(ｒ3/ｒ2)）∴1/λ1ｌｎｒ2/ｒ1+1/λ2ｌｎｒ3/ｒ2+1/λ3ｌｎ(ｒ3+x)/ｒ3＝2（1/λ1ｌｎｒ2/ｒ1+1/λ2ｌｎｒ3/ｒ2）∴1/λ3ｌｎ(ｒ3-x)/ｒ3＝1/λ1ｌｎ(ｒ2/ｒ1)+1/λ2ｌｎｒ3/ｒ2+1/0.07×ｌｎ(107/2+x)/(107/2)＝1/45×ｌｎ(57/2)/((57-6)/2)+1/0.2×ｌｎ((57+50)/2)/(57/2)∴x=13.2(mm)19.濕度為0.02的濕空氣在預熱器中加熱到120℃后通入絕熱常壓(總壓P＝760mmHg)干燥器，離開干燥器時空氣的溫度為49℃。求離開干燥器時空氣的露點溫度ｔd。水的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)如下：溫度ｔ，℃30354045505560蒸汽壓P，mmHg31.842.1855.378.992.5118.0149.4***答案***Ｉ1=(1.01+1.88×0.02)×120+2490×0.02=175.5kJ.kg-1絕干氣絕熱干燥器中Ｉ1＝Ｉ2175.5=(1.01+1.88H2)×49+2490H2→H2=0.0488PS,td＝H2P/（0.622+H2）＝0.0488×760/(0.622+0.0488)=55.3mmHg由水蒸汽表ｔd=40℃20.如附圖所示，高位水槽液面恒定，距地面10m，水從Φ108×4mm鋼管流出。鋼管出口中心線與地面的距離為2m，管路的總阻力（包括進、出口等局部阻力損失）可按∑h=16.15u2J.kg-1計算，式中u為水在管內(nèi)的流速（m.s-1)。求（1）A-A'截面處的流速m.s-1？（2）水的流量為多少m3.h-1？本題目有題圖：titu172.bmp***答案***（1）定水槽液面為1-1，管出口外側(cè)為2-2，以地面為基準面，則：Z1g+P1/ρ+u12/2=Z2g+P2/ρ+u22/2+∑h10×9.807+0+0=2×9.807+0+(0.5+16.15)u2∴u=2.2m.s-1∵水在管內(nèi)連續(xù)流動dA=d,∴uA=u=2.2m.s-1（2）V=3600π×(0.1)2×2.2/4=62.17m3.h-121.40℃水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動，為保證水在流經(jīng)收縮管時不產(chǎn)生氣化現(xiàn)象，收縮管的管徑應(yīng)限制在多大？（不考慮流動阻力損失）。當?shù)卮髿鈮簽?7kN.m-2，40℃水的密度為992kg.m-3，飽和蒸汽壓Ps＝7.38kN.m-2。本題目有題圖：titu048.bmp***答案***列1－1與2－2截面間列柏努利方程：10=u22/2g,u2=(10×2g)1/2=14m/s列1-1及0-0間柏努利方程7+97×1000/992g=7.38×1000/992g+u20/2g解得u0=17.8m/s