食工原理9-13章习题答案-冯骉
第九章 多级分离操作
9-1 正庚烷（A ）和正辛烷（B ）的饱和蒸气压数据如下：
t /℃ 98.4 105.0 110.0 115.0 120.0 125.6
p A 0/kPa 101.3 125.3 140.0 160.0 180.0 205.3
p B 0/kPa 44.4 55.6 64.5 74.8 86.0 101.3
试在总压101.3kPa 下计算气液平衡组成，并作出t -x -y 图。
解： x A =(p -p B 0)/(p A 0-p B 0) y A =p A 0x A /p 计算得下表：
t /℃ 98.4 105.0 110.0 115.0 120.0 125.6
x A 100 65.6 48.7 31.1 16.3 0
y A 100 81.1 67.4 49.1 28.9 0
9-2 在常压下将某二元混合液其易挥发组分为0.5（摩尔分数，下同），分别进行闪蒸和简单蒸馏，要求液
化率相同均为1/3，试分别求出釜液和馏出液组成，假设在操作范围内气液平衡关系可表示为：y =0.5x +0.5。
解：（1）闪蒸 y =qx /(q -1)-x F /(q -1) （1）
y =0.5x +0.5 （2）
由（1）得： y =-0.5x +0.75 （3）
由（2）与（3）得：-0.5x +0.75=0.5x +0.5 x =0.75-0.5=0.25
解得x =x W =0.25 y =0.5×0.25+0.5=0.625
（2）简单蒸馏 因为液化率为1/3，故若原料液为1kmol ，则W =1/3kmol 0986.13ln 15.01ln 21d 5.015.05.0d *d )ln(0.5W 5.0W F
W W ==--=--=-+=-=???x x x x x x x x x x x y x W F (x W -1)/(-0.5)=1.732 x W -1=-0.866 x W =0.134
由 F =1kmol ，W =1/3kmol 可得D =2/3kmol
1×0.5=x W ×(2/3)+(1/3)×0.134 x D =0.683
9-3 在连续操作的常压精馏塔中分离乙醇水溶液，每小时于泡点下加入料液3000kg ，其中含乙醇30%(质量分数，下同)，要求塔顶产品中含乙醇90%，塔底产品中含水99%。试求：塔顶、塔底的产品量(分别用kg/h ，kmol/h 表示)。
解： F '=3000 kg/h x F '=0.3 x D '=0.9
F '=D '+W ' F’x F '=D 'x D '+W 'x W '
3000=D '+W ' 3000×0.3=D '×0.9+W ×0.01
D '=977.5 kg/h W '=3000-977.5=2022.5kg/h
x D =(90/46)/(90/46+10/18)=0.779 x F =(30/46)/(30/46+70/18)=0.144
x W =(1/46)/(99/18+1/46)=0.004 M F =0.144×46+(1-0.144)×18=22.03kg/kmol
M D =0.78×46+0.22×18=39.84kg/kmol M W =0.004×46+0.996×18=18.11kg/kmol
D=D’/M D=977.5/39.84=24.54kmol/h W=2022.5/18.11=111.68kmol/h
解：F'=3000kg/h x F'=0.03 x D'=0.9
F'=D'+W' F’x F'=D'x D'+W'x W'
3000=D'+W' 3000×0.03=D'×0.9+W×0.01
D'=67.42kg/h W'=3000-67.42=2932.58kg/h
x D=(90/46)/(90/46+10/18)=0.779 x F=(3/46)/(3/46+70/18)=0.012
x W=(1/46)/(99/18+1/46)=0.004 M F=0.012×46+(1-0.012)×18=18.34kg/kmol
M D=0.78×46+0.22×18=39.84kg/kmol M W=0.004×46+0.996×18=18.11kg/kmol
D=D’/M D=977.5/39.84=1.69kmol/h W=2932.58/18.11=161.93kmol/h
9-4 某精馏塔操作中，已知操作线方程为精馏段y=0.723x+0.263，提馏段y=1.25x-0.0187，若原料以饱和蒸汽进入精馏塔中，试求原料液、精馏段和釜残液的组成和回流比。
解：R/(R+1)=0.723 R-0.723R=0.723 R=2.61
x D/(R+1)=0.263 x D=0.63×(2.61+1)=0.95
提馏段操作线与对角线交点坐标为：y=x=x W故x W=0.0748
由两操作线交点得：0.723x+0.263=1.25x-0.0187 x=0.535
y=0.723×0.535+0.263=0.65 ∴x F=y=0.65 （因q=0，q线为水平线）
9-5 用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h，易挥发组分x F=0.5，泡点进料，塔顶产品x D=0.95，塔底釜液x W=0.05（皆为摩尔分数），操作回流比R=1.8，该物系的平均相对挥发度错误！未找到引用源。=2.5。求：(1)塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；（2）提馏段下降液体量（kmol/h）；（3）分别写出精馏段和提馏段的操作线方程。
解：（1）F=D+W Fx F=Dx D+Wx W
100=D+W100×0.5=D×0.95+W×0.05
得：D=50 kmol/h W=50kmol/h
（2）L=RD=1.8×50=90 kmol/h L'=L+qF=90+1×100=190kmol/h (q=1)
（3）y n+1=Rx n/(R+1)+x D/(R+1)=0.643x n+0.340
y m+1’=L’x m'/(L’-W)-Wx W/(L’-W)=1.357x m'-0.0179
9-6 在常压连续精馏塔中，分离某二元混合物。若原料为20℃的冷料，其中含易挥发组分0.44（摩尔分数，下同），其泡点温度为93℃，塔顶馏出液组成x D为0.9，塔底釜残液的易挥发组分x W为0.1，物系的平均相对挥发度为2.5，回流比为2.0。试用图解法求理论板数和加料板位置，（已知原料液的平均汽化潜热r m=31900kJ/kmol，比热容为c p=158kJ/kmol）。若改为泡点进料，则所需理论板数和加料板位置有何变化？从中可得出什么结论?
解：q=[r m+c p(t泡-t冷)]/r m=[31900+158×(93-20)]/31900=1.362
x0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0
y0 0.217 0.385 0.517 0.625 0.714 0.789 0.854 0.909 1.0
x D/(R+1)=0.9/(2+1)=0.3
由图解得共需7.4块（包括再沸器）理论板，从塔顶算起第3块理论板为加料板。
若q=1，则同法作图知：理论板数为8块（包括再沸器），从塔顶算起第4块理论板为加料板。
9-7 某精馏塔分离易挥发组分和水的混合物，q F=200kmol/h，x F=0.5（摩尔分数，下同），加料为气液混合物，气液摩尔比为2：3，塔底用饱和水蒸汽直接加热，离开塔顶的气相经全凝器，冷凝量1/2作为回流液体，其余1/2作为产品，已知q D=90kmol/h，x D=0.9，相对挥发度错误！未找到引用源。=2，试求：（1）塔底产品量q W和塔底产品组成x W；（2）提馏段操作线方程式；（3）塔底最后一块理论板上升蒸汽组成。
解：
n-1 （1）D=90kmol/h V=180kmol/h q=3/5
y n V'=V-(1-q)F=180-(1-3/5)×200=100kmol/h
n F+V’=D+W Fx F=Dx D+Wx W
y0x n=x W得W=200+100-90=210kmol/h
200×0.5=90×0.9+210x W x W=0.0905
（2）y m+1'=Wx m'/V'-Wx W/V'=210x m'/100-210×0.0905/100=2.1x m'-0.19
（3）y W=错误！未找到引用源。x W/[1+(错误！未找到引用源。-1)x W]=2×0.0905/(1+0.0905)=0.166
9-8 在常压连续提馏塔中分离某理想溶液，q F=100kmol/h，x F=0.5，饱和液体进料，塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求x D=0.7，x W=0.03，平均相对挥发度错误！未找到引用源。=3（恒摩尔流假定成立）。求：（1）操作线方程；（2）塔顶易挥发组分的回收率。
解：（1）恒摩尔流：F=L'，V'=V=D F V
全塔物料衡算F=W+D D
Fx F=Dx D+Wx W
W=29.9kmol/h D=70.1kmol/h L’ V’
y m+1'= L’x m'/V'-Wx W/V'=1.427x m'-0.0128 V’
（2）错误！未找到引用源。=Dx D/Fx F=70.1×0.7/(100×0.5)=98.1% L’ W
9-9 在连续精馏塔中分离某理想溶液，易挥发组分组成x F为0.5（摩尔分数，下同），原料液于泡点下进入塔内，塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品，塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为98%，若测得塔顶第因一层理论板的液相组成为0.79。试求：（1）操作回流比是最小回流比的多少倍？（2）若馏出液流量为100kmol/h，则原料液流量为多少？
解：（1）x D=0.95=y0x0=0.88
α=y(1-x)/[x(1-y)]=0.95×0.12/(0.88×0.05)=2.59
q=1 x q=x F=0.5
y q=错误！未找到引用源。x q/[1+(错误！未找到引用源。-1)x q]=2.59×0.5/(1+1.59×0.5)=0.721
R min=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.721)/(0.721-0.5)=1.03
x1=0.79 y1=αx1/[1+(错误！未找到引用源。-1)x1]=2.59×0.79/(1+1.59×0.79)=0.907
由分凝器作物料衡算得：(R+1)D×0.907=RD×0.88+D×0.95
0.907R＋0.907=0.88R+0.95 R=1.59
R/R min=1.59/1.03=1.55
（2）错误！未找到引用源。=Dx D/Fx F=0.98 0.98=100×0.95/(F×0.5) F=193.9kmol/h
9-10 在常压精馏塔中分离苯—甲苯混合物，进料组成为0.4（摩尔分数，下同），要求塔顶产品浓度为0.95，系统的相对挥发度为2.5。试分别求下列三种情况下的最小回流比：（1）饱和液体；（2）饱和蒸气；（3）气液两相混合物，气液的摩尔比为1：2。
解：（1）x q=0.4 y q=αx q/[1+(α-1)x q]=2.5×0.4/[1+(2.5-1)×0.4]=0.625
R min=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.625)/(0.625-0.4)=1.44
（2）y q=0.4 x q=y q/[α-(α-1)y q]=0.4/[2.5-(2.5-1)×0.4]=0.2105
R min=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.4)/(0.4-0.2105)=2.9
（3）q=2/3 x F=0.4 q线：y q=qx q/(q-1)-x F/(q-1)=1.2-2x q
与y q=αx q/[1+(α-1)x q]=2.5x q/(1+1.5x q) 联立解得
x q=0.3262 y q=0.5476
R min=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.5476)/(0.5476-0.3262)=1.86
9-11 在连续操作的板式精馏塔中分离某理想溶液，在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28，0.41和0.57，已知该物系的相对挥发度错误！未找到引用源。=2.5。试求三层板中较低两层的单板效率（分别用气相板效率和液相板效率表示）。
解：因全回流，故：y2=x1=0.57 y3=x2=0.41
y2*=2.5×0.41/(1+1.5×0.41)=0.635
y3*=2.5×0.28/(1+1.5×0.28)=0.493
E MV2=(y2-y3)/(y2*-y3)=(0.57-0.41)/(0.635-0.41)=0.711
E MV3=(0.41-0.28)/(0.493-0.28)=0.61
x2*=y2/[错误！未找到引用源。-(错误！未找到引用源。-1)y2]=0.57/(2.5-1.5×0.57)=0.347
x3*=0.41/(2.5-1.5×0.41)=0.218
E ML2=(x1-x2)/(x1-x2*)=(0.57-0.41)/(0.57-0.347)=0.716
E ML3=(0.41-0.28)/(0.41-0.218)=0.677
9-12 有两股二元溶液，摩尔流量比F1：F2=1：3，浓度各为0.5和0.2（易挥发组分摩尔分数，下同），拟在同一塔内分离，要求馏出液组成为0.9，釜液组成为0.05，两股物料均为泡点，回流比为2.5。试比较以下两种操作方式所需的理论板数：（1）两股物料先混合，然后加入塔内；（2）两股物料各在适当位置分别加入塔内。平衡关系见下表：
x0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0
y0 0.217 0.382 0.517 0.625 0.714 0.785 0.854 0.909 1.0
解：（1）x F=(1/4)×0.25+(3/4)×0.2=0.275
x D/(R+1)=0.9/(2.5+1)=0.9/3.5=0.257
若二股料混合后再加入塔内，则所需理论板数图解得11.5块（包括再沸器）。
（2）二股料分别加入，将精馏塔分三段：
y n+1=Rx n/(R+1)+x D/(R+1)
b1=x D/(R+1)=0.257 b2=(Dx D-F1x F1)/[(R+1)D]
第二条操作线斜率：y s+1''=(L+F1)x s/[(R+1)D]+(Dx D-F1x F1)/[(R+1)D]
F1+F2=D+W F1x F1+F2x F2=Dx D+Wx W
取F1=100kmol/h F2=300kmol/h
y n+1'=L’/(L’-W)x n'- WX W/(L'-W')
400=D+W50+300×0.2=0.9D+0.05W
W=294.1 kmol/h, D=105.9 kmol/h
b2=(Dx D-F1x F1)/[(R+1)D]=(105.9×0.9-100×0.5)/(3.5×105.9)=0.122
从图可作图求出理论板数为9块（包括再沸器）
从上述计算结果可得出：当达到同样的分离程度，分批量分别从适当位置加入比两股料混合后一起加入，所需的理论板数少，即设备投资费用少。
9-13 用常压连续精馏塔分离某理想溶液，相对挥发度为2.5，泡点进料，料液含易挥发组分0.5（摩尔分数，下同），要求x D=0.9，x W=0.1，回流比为2，塔顶气相用全凝器至20℃后再回流，回流液泡点83℃，比热容140kJ/(kmol.K)，汽化热3.2×104kJ/kmol。求所需理论板数。
解：设F=100 kmo 解得D=50kmol/h W=50kmol/h
因R=2 L=RD=2×50=100kmol/h
q'=[r+c p(t s-t)]/r= [3.2×104+140(83-20)]/(3.2×104)= 1.28
离开第一层板的液体流量为：L"=Lq'=1.28×100=128kmol/h
进入第一板的气体流量为：V=L"+D=128+50=178kmol/h
精馏段操作线方程为：y n+1=L”x
括再沸器），从第4块理论板加料。
9-14 提馏塔是只有提馏段的塔，今有一含氨5%（摩尔分数）的水溶液，在泡点下进入提馏塔顶部，以回收氨。塔顶气体冷凝后即为产品。要求回收90%的氨，塔釜间接加热，排出的釜液中含氨小于0.664%，已知操作范围内平衡关系可近似用y=6.3x表示。试求：（1）所需理论板数；（2）若该塔由若干块气相默弗里板效率均为0.45的实际板组成，问需几块实际塔板；（3）该塔的总效率。
解：（1）设F=1 kmol/h Dx D/Fx F=0.9
F=D+W W=F-D Fx F=Dx D+Wx W
0.05=Dx D+(F-D)×0.00664 0.05-0.9×0.05=(1-D)×0.00664
1-D=0.753 D=0.247 kmol/h
0.247x D/0.05=0.9 x D=0.182
由恒摩尔流假设：V’=D L’=F W=F-D
故操作线：y’m+1=L’x’m/V’-Wx W/V’=x’m/0.247-0.753×0.00664/0.247=4.04858x’m-0.02
逐板计算：y1=x D=0.182 x1=y1/6.3=0.0289
y2=4.04858x1-0.02=0.097 x2=y2/6.3=0.0154
y3=4.04858x2-0.02=0.0423 x3=y3/6.3=0.00671
故约需3块理论板（含再沸器）。
(2)设操作线为：y’m+1=ax’m-b
与(y’m-y’m+1)/(mx’m-y’m+1)=E mV联立得：
y’m+1=ay’m/(a-E mV a+E mV m)-E mV mb/(a-E mV a+E mV m)=0.8y’m-0.0112
y W=mx W=6.3×0.00664=0.04183
而y1=x D=0.182 y2=0.1344
y3=0.09632 y4=0.06586 y5=0.0415 （3）E T=N T/N P=2/4=0.5 9-15 某常压连续精馏塔每小时制取55%的醋酸200kg，原料液为醋酸水溶液，含醋酸31%，泡点进料，被蒸出的水中含有2%的醋酸，回流比为4，试求理论板数。以上所有浓度均为质量分数，常压下醋酸水溶液的平衡数据如下（含水质量分数）： x'/% 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 y'/% 6.8 16.1 29.6 41.8 52.8 62.0 70.0 77.0 85.0 92.5 解：将质量分数换算成摩尔分数： x0.122 0.27 0.455 0.588 0.69 0.769 0.833 0.886 0.93 0.968 y0.196 0.39 0.584 0.705 0.789 0.845 0.886 0.918 0.95 0.976 x F=(69/18)/(69/18+31/60)=0.88 x D=(98/18)/(98/18+2/60)=0.994 x W=(45/18)/(45/18+55/60)=0.73 x D/(R+1)=0.994/(4+1)=0.199 由图可知，N T=11（包括再沸器），在第9块板进料。 9-16 在常压下以连续泡罩精馏塔分离甲醇—水混合液，料液中含甲醇30%，残液中含甲醇不高于2%，馏出液含甲醇95%（以上均为摩尔分数），已知：每小时得馏出液2000kg，采用的回流比为最小回流比的1.8倍，进料为饱和液体。试求：（1）板效率为40%时所需的塔板数及进料板位置；（2）加热蒸汽压力为1.5atm （表压）时的蒸汽消耗量；（3）塔的直径和高度。给出平衡数据如下，空塔速度取1m/s（x—液相中甲醇的摩尔分数，y—气相中甲醇的摩尔分数，t—温度）。 t/℃x/% y/% t/℃x/% y/% 100 0.0 0.0 75.3 0.40 0.729 96.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.779 93.4 0.04 0.234 71.2 0.60 0.825 91.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.870 89.2 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915 87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.958 84.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.979 81.7 0.20 0.579 64.5 1.0 1.0 78.0 0.30 0.665 解：（1）从图读出：x q=x F=0.3，y q=0.665 R min=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.665)/(0.665-0.3)=0.780 R=1.8×0.780=1.41 x D/(R+1)=0.95/(1.41+1)=0.394 作图可知理论板数N T=8（含再沸器）实际板数N R=7/0.4=17.5≈18块 从塔顶开始算起，第N R1=5.2/0.4=13块为加料板 （2）M D=0.95×32+0.05×18=30.34kg/kmol D=2000/30.34=65.92kmol/h V'=V=(R+1)D=2.41×65.92=158.87kmol/h 再沸器内的溶液可近似看作水，其潜热为2258kJ/kg，加热蒸汽的汽化潜热r'=2185.4kJ/kg G=V'r/r’=158.87×2258×18/2185.4=2955kg/h （3）x D=0.95 t D=65℃x W=0.02 t W=96.4℃，故平均温度为80.7℃ q v=22.4×158.87×(80.7+273)/(273×3600)=1.2825m3/s D T=(4q v/错误！未找到引用源。u)0.5=(1.2825/0.785×1)0.5=1.28m 取板间距0.3m，（因不易发泡）则H=18×0.3=5.4m 9-17 在30℃时测得丙酮（A）—醋酸乙酯（B）—水（S）的平衡数据如下表（均以质量分数表示）。（1）在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线；（2）已知混合液是由醋酸乙酯（B）20kg，丙酮（A）10kg，水（S）10kg组成，求两共轭相的组成及量。 丙酮（A）—醋酸乙酯（B）—水（S）平衡数据： 醋酸乙酯（萃余相）水相（萃取相） 丙酮(%) 醋酸乙酯(%) 水(%) 丙酮(%) 醋酸乙酯(%) 水(%) 0 96.5 3.5 0 7.4 92.6 4.8 91.0 4.2 3.2 8.4 88.5 9.4 85.6 5.0 6.0 8.0 86.0 13.5 80.5 6.0 9.5 8.3 82.2 16.6 77.2 6.2 12.8 9.2 78.0 20.0 73.0 7.0 14.8 9.8 75.4 22.4 70.0 7.6 17.5 10.2 72.3 27.8 62.0 10.2 21.2 11.8 67.0 32.6 51.0 13.4 26.4 15.0 58.6 解：（1）见附图 （2）含丙酮25%，水25%，见M点。 E点：丙酮19.5%，水69%，醋酸乙酯11.5% R点：丙酮27%，水9.5%，醋酸乙酯63.5% 由丙酮的物料衡算：E×0.195+(40-E)×0.27=10 E=10.7kg R=40-E=29.3kg 9-18 在上题的物系中，若（1）当萃余相中x A=20%时，分配系数k A和选择性系数错误！未找到引用源。；（2）于100kg含35%丙酮的原料中加入多少kg的水才能使混合液开始分层；（3）要使（2）项的原料液处于两相区，最多能加入多少kg水；（4）由12 kg醋酸乙酯和8 kg水所构成的混合液中，尚需加入若干kg丙酮即可使此三元混合液成为均匀相混合液。 解：（1）萃余相：x A=20%，x B=73%，x S=7% 萃取相：y A=14.8%，y B=9.8%，y S=75.4% k A=y A/x A=0.148/0.2=0.74 错误！未找到引用源。=y A x B/x A y B=0.148×0.73/(0.2×0.098)=5.51 （2）连接FS交溶解度曲线于D、C二点，读得： x DA=0.307，x DS=0.124，x DB=0.569，x CA=0.04，x CS=0.883，x CB=0.077 对溶液D作A的衡算M D×0.307=35，M D=114 ∴应加入14kg水方开始分层 （3）对溶液C作A的衡算M C×0.04=35，M C=875 ∴最多能加入775kg水 （4）原溶液含水40%，(图上G点)，连AG交溶解度曲线于M点读得：x MA=0.37，x MS=0.253，x MB=0.377 对B作衡算M M×0.377=12 M M=31.8kg 故应加入11.8kg丙酮 9-19 在25℃下用甲基异丁基甲酮（MIBK）从含丙酮35%（质量分数）的水溶液中萃取丙酮，原料液的流量为1500kg/h。试求：（1）当要求在单级萃取装置中获得最大组成的萃取液时，萃取剂的用量为若干kg/h；（2）若将（1）求得的萃取剂用量分作二等分进行多级错流萃取，试求最终萃余相的流量和组成；（3）比较（1）和（2）两种操作方式中丙酮的回收率。 附：溶解度曲线数据（质量分数） 丙酮(A) 水(B) MIBK(S) 丙酮(A) 水(B) MIBK(S) 0 2.2 97.8 48.4 18.8 32.8 4.6 2.3 93.1 48.5 24.1 27.4 18.9 3.9 77.2 46.6 32.8 20.6 24.4 4.6 71.0 42.6 45.0 12.4 28.9 5.5 65.6 30.9 64.1 5.0 37.6 7.8 54.6 20.9 75.9 3.2 43.2 10.7 46.1 3.7 94.2 2.1 47.0 14.8 38.2 0 98.0 2.0 联结线数据（丙酮的质量分数） 水层MIBK层水层MIBK层 5.58 10.66 29.5 40.0 11.83 18.0 32.0 42.5 15.35 25.5 36.0 45.5 20.6 30.5 38.0 47.0 23.8 35.3 41.5 48.0 解：（1）作溶解度曲线和辅助线。在AB边上定F点（A的浓度为35%）。连FS，从S出发作溶解度曲线的切线，交AB边于E'，切点为E，借助辅助线作与E共轭的R点，连RE与FS交于M点，M点组成为：x A=21%，x S=40.5%，x B=38.5% 1500×0.35=M×0.21 M=2500kg/h ∴应加入1000kg/h的溶剂 （2）设加入的溶剂量为500kg/h 第一级x MA=1500×0.35/2000=0.2625 由此求得FS线上M1点。 借助辅助线求出过M点的联结线，得R1，E1二点，连R1S： R1点组成：x1A=0.225，x1S=0.035，x1B=0.74 E1点组成：y1A=0.335，y1S=0.60，y1B=0.065 E1+R1=2000 0.225E1+0.335R1=1500×0.35 R1=1318kg/h E1=682kg/h 将R1与500kgS混合得M2，总量为1818 kg/h 其中含A：1318×0.225/1182=0.163，由此在R1S上得M2点。作过M2的联结线，R2、E2点组成： x2A=0.135，x2S=0.035，x2B=0.83 y2A=0.2，y2S=0.76，y2B=0.04 作A的衡算：R2×0.135+(1818-R2)×0.2=1818×0.163 R2=1034.9kg/h，E2=783.1kg/h （3）单级: 错误！未找到引用源。=Ey A/(1500×0.35) 由附图中读得E点组成：y A=0.25，y S=0.7，y B=0.05 R点x A=0.16，x S=0.028，x B=0.812 作A的衡算0.25E+(2500-E)×0.16=1500×0.35 E=1389kg/h ∴错误！未找到引用源。=1389×0.25/(1500×0.35)=66.1% 二级错流错误！未找到引用源。=1-R2x2A/(1500×0.35)=1-472.8×0.1/(1500×0.35)=91.0% 9-20 含15%（质量分数）的醋酸水溶液，其量为1200kg，在25℃下用纯乙醚进行两级错流萃取，加入单级的乙醚量和该级处理之质量比为1.5。试求各级萃取相和第二级萃余相的量，当蒸出乙醚后，求各级萃取液和第二级萃余液的组成。25℃下水—醋酸—乙醚系统的平衡数据如下： 水层乙醚层 水醋酸乙醚水醋酸乙醚 93.3 0 6.7 2.3 0 97.7 88.0 5.1 6.9 3.6 3.8 92.6 84.0 8.8 7.2 5.0 7.3 87.3 78.2 13.8 8.0 7.2 12.5 80.3 72.1 18.4 9.5 10.4 18.1 71.5 65.0 23.1 11.9 15.1 23.6 61.3 55.7 27.9 16.4 23.6 28.7 47.7 解：在三角形相图上作溶解度曲线和辅助线（本题的联结线可近似看作水平线，故亦可不作辅助线）由x F=0.15定F点，连FS M=2.5F=3000kg x M1A=1200×0.15/3000=0.056 由此定FS上M1点 作过M点的联结线，读得：x1A=0.06，x1S=0.07，x1B=0.87 y1A=0.06，y1S=0.89，y1B=0.05 作B的衡算0.87R1+(3000-R1)×0.05=1200×0.85 R1=1061 kg，∴E1=1939 kg （若作A的衡算，由于x A=y A，将无法求解） 则第二级萃取，连R1S，M2=2.5R1=2652.5kg x M2A=1061×0.06/2652.5=0.024 由此定M2点 R2：x2A=0.024，x2S=0.07，x2B=0.906 E2：y2A=0.024，y2S=0.94，y2B=0.036 作B的衡算0.906R2+(2652.5-R2)×0.036=1061×0.87 R2=951.2kg E2=1701.3kg 分别连E1S，E2S，R2S，延长交AB边，读得：E1'=0.51，E2'=0.35，R2'=0.028 9-21 含35%（质量分数）的醋酸水溶液，其量为1200kg/h，用纯乙醚作萃取剂在25℃下进行多级逆流萃取，萃取剂量为2000kg/h，要求最终萃余相中醋酸组成不大于7%，试用三角形坐标求出所需理论板数。平衡数据见上题。 解:：作溶解度曲线，在AB边上定F点，连FS x MA=1200×0.35/(1200+2000)=0.13 由此定FS线上M点 由R n=0.07，R n点，连R n M，延长交溶解度曲线于E1点，连FE1，R n S，延长交于A点, 作图N T=2 9-22 以厚度0.56mm的大豆压片，用乙烷进行豆油浸出试验，得如下数据： 浸出时间/min 0 30 40 50 60 70 残油量/(kg油/kg固体) 0.257 0.0179 0.0149 0.013 0.0117 0.0107 试估算2小时后的残油量，设q0=0.006 kg油/kg固体 解：E=(q-q0)/(q1-q0)=(8/错误！未找到引用源。2)exp(-错误！未找到引用源。2Dτ/C2) 即E=A exp(-Bτ)用题表中数据计算（q1=0.257）： τq E ln E回归得ln A=-2.394 30 0.0179 0.0474 -3.049 A=0.0912 40 0.0149 0.0355 -3.339 B=0.023 50 0.013 0.0279 -3.580 代入τ=120min 60 0.0117 0.0227 -3.785 得E=0.00575 70 0.0107 0.0187 -3.978 即q=0.00744kg油/kg固体 9-23 9-23大豆轧成不同厚度进行浸出试验，试验时间为20分钟，测得的残油数据如下： 厚度/mm 0.229 0.356 0.432 残油/(kg/kg干基) 0.0037 0.0069 0.012 试确定浸出速率与厚度的关系。 解：-d q/dτ=D i错误！未找到引用源。2(q-q0)/L2积分得(q-q0)/(q1-q0)=exp(-错误！未找到引用源。2D τ/L2) i 代入q a=0.0037，L a=2.29×10-4m q b=0.0069，L b=3.56×10-4m q c=0.012，L c=4.32×10-4m τ =1200s 联立解得D=3.15×10-11m2/s q0=0.00365kg/kg干基q1=0.06518kg/kg干基 9-24 某甜菜制糖厂，以水为溶剂每小时处理50t甜菜片，甜菜含糖12%，甜菜渣40%，出口溶液含糖15%，设浸出系统中，每一个浸出器内，溶液与甜菜片有充分时间达到平衡，而且每吨甜菜渣含溶液3t，今拟回收甜菜片中含糖的97%，问此系统需几个浸出器？ 解: 以1 h为计算基准，甜菜中含糖为50000×0.12=6000kg/h 出口溶液含糖量6000×0.97=5820kg/h 废粕含糖量6000×0.03=180kg/h 出口溶液总量E=5820/0.15=38800kg/h 底流量L=50000×0.4×3=60000kg/h 固体量50000×0.4=20000kg/h 废粕总量60000+20000=80000kg/h 溢流量V=38800+80000-50000=68800kg/h a=V/L=1.147 a1=E/L=38800/60000=0.6467 1/R1=1+a1(1-a n)/(1-a) 1/0.03=1+0.6467(1-1.147n)/(1-1.147) n=15.5→16个 9-25 在逆流设备中，将含油20%（质量）的油籽进行浸出，离开末级的溢流含油量为50%，从此溶液中回收得油90%。若用某新鲜溶剂来浸出油籽，同时在底流中每1kg不溶性固体持有0.5kg溶液，试问在恒底流操作下所需的理论级数是多少（用三角形相图解）？ 解：作三角形相图，在AB边上由x FA=0.2定F点，在AS边上由y EA=0.5定E点。连BF，在BF上由底流中溶液：不溶性固体=1：2定L’点，使BL’：L’E=1：2。过L’点作AS边的平行线，即为底流曲线mn。作物料衡算：每100kg进料含惰性固体B80kg，油20kg。 溢流含油20×0.9=18kg, 溢流量为18/0.5=36kg 设溶剂量为S，其中18kg进入溢流(S-18)kg进入底流 底流量为： 80+(S-18)+(20-18)=64+S kg x WA=(20-18)/(64+S)=2/(64+S) x WB=80/(64+S) x WA/x WB=2/80=0.025 在AB边上定x WA/x WB=0.025的点，将该点与S相连，延长。同时连EF并延长，二线交于错误！未找到引用源。点。作理论级n=5 另解：以100kg进料为基准，其中含油20kg，固体80kg。 E=100×0.2×0.9/0.5=36kg L=100×(1-0.2)×0.5=40kg V=E+L+B-F=36+40+100×(1-0.2)-100=56kg a=V/L=56/40=1.4 a1=E/L=36/40=0.9 1/0.1=1+0.9×(1-1.4n)/(1-1.4) n=4.8 即5级 9-26 在多级逆流接触设备中，以汽油为溶剂进行大豆浸出操作，以生产豆油。若大豆最初含油量为18%，最后浸出液含油40%，且原料中全部含油有90%被抽出，试计算必需的级数。假设在第一级混合器中，大豆所含之油全被溶出，又设每级均达平衡，且每级沉降分离的底流豆渣中持有相当一半固体量的溶液。解：由x FA=0.18定F点（在AB边上），在AS边上由y EA=0.4定E点，连EF，连BE，在BE线上定L'，使BL'：L'E=1：2，过L'作AS的平行线mn，即底流曲线mn。每100kg进料含惰性固体82kg，油18kg。 溢流含油18×0.9=16.2kg 溢流量为16.2/0.4=40.5kg 设溶剂量为S，其中40.5-16.2=24.3kg进入溢流， (S-24.3)kg进入底流底流量为：82+16.2+S-24.3=73.9+S x WA=18×0.1/(73.9+S)=1.8/(73.9+S) x WB=82/(73.9+S) x WA/x WB=1.8/82=0.022 在AB边上定G点，连GS，延长交EF线于错误！未找到引用源。，作理论级，n=4 另解：以100kg进料为基准，其中含油18kg，固体82kg。 E=100×0.18×0.9/0.4=40.5kg L=100×(1-0.18)×0.5=41kg V=E+L+B-F=40.5+41+100×(1-0.18)-100=63.5kg a=V/L=63.5/41=1.549 a1=E/L=40.5/41=0.988 1/0.1=1+0.988×(1-1.549n)/(1-1.549) n=4.1 即5级 9-27 洗涤是一种与浸出相类似的操作，它们主要的区别在于，洗涤中的惰性固体是有价值的物质，而溶剂多半是水，今有50kg新鲜的酪朊凝乳，当沉淀和沥水后，发现持有60%的溶液，且此溶液中含有4.5%乳糖，然后凝乳以水多次洗涤，除去大部分乳糖，若洗涤共进行3次，每次洗涤水用量为90L，试计算干燥后酪朊的残糖量，若采用一次洗涤法，要达到同样的残糖量，问要用多少洗涤水？假定每次洗涤和沥水后，凝乳的持水量均为66%。 解：（1）原料含液体：50×0.6=30kg 固体：50×(1-0.6)=20kg 乳糖：50×0.6×0.045=1.35kg 第一次：w1=1.35/(30+90)=0.01125 分离后，固体为20kg，溶液20/(1-0.66)-20=38.8kg 第二次：w2=38.8×0.01125/(38.8+90)=0.00339 分离后，固体为20kg，溶液仍为38.8kg 第三次：w3=38.8×0.00339/(38.8+90)=0.001021 含糖38.8×0.001021=0.0396kg 干燥后含糖0.0396/(20+0.0396)=0.00198 （2）若用一次洗涤，由于溶液含糖为0.001021 溶液总量为： 1.35/0.001021=1322kg 应加入水：1322-30=1292kg 9-28 棕榈仁含油50%，对1t原料使用1t乙烷进行逆流接触浸出，假设残渣中油和溶剂的量与全量之比为常数0.5。试问：（1）为了使油的浓度减少到1%（干基），必须的理论级数是多少；（2）其他条件不变，若1 t 棕榈仁使用2t溶剂，需理论级多少；（3）1t原料仍使用1t溶剂，但残渣经压榨，且其组成点是溶液25%，脱油干固体75%所代表的线，若达到同样的要求，求所需的级数。 解：（1）F=1000kg，其中含油500kg，固体渣500kg。 V=S=1000kg，底流量为500/0.5=1000kg，∴溢流量E=1000kg 底流中液流量为L=1000×0.5=500kg a1=E/L=1000/500=2 a=V/L=1000/500=2 底流中油量为500×0.01=5kg ∴1/R=500/5=100 1/R=1+a1(1-a n)/(1-a) 即100=1+2×(2n-1)/(2-1) 解得n=5.7→6 （本题若用三角形相图求解，则EF线可视作水平线，所得结果相同）。 （2）V=S=2000kg，底流量仍为1000kg，其中液体量仍为500kg， 溢流量为E=2000kg， a1=E/L=2000/500=4 a=2000/500=4 100=1+4×(4n-1)/(4-1) n=3.1 →4 （3）V=S=1000kg，由题意在底流中溶液占1/4， 故L=500/3=166.7kg, E=500+1000-166.7=1333.3kg a1=E/L=1333.3/166.7=8 a=V/L=1000/166.7=6 100=1+8×(6n-1)/(6-1) n=2.3 →3 第十一章干燥与空气调节 11-1 已知湿空气的总压强为101.3kPa，温度为30℃，湿度为0.024kg/kg绝干空气，试计算其相对湿度、露点、绝热饱和温度、焓和空气中水汽的分压。 [解]（1）H=0.622p/(p T-p) 即0.024=0.622p/(101.3-p) 解得：p=3.763kPa 30℃下水的饱和蒸汽压p s=4.24kPa ?=p/p s=3.763/4.24=89% （2）因t d是将湿空气等湿冷却而达到饱和时的温度，则水蒸气分压为3.76kPa时的温度为： t d=27.5℃ （3）假设t as=28.4℃，由水蒸气表查得相应的水气分压p s为 3.87kPa，则湿空气的饱和湿度为：H as=0.622×3.87/(101.3-3.87)=0.0247 kg/kg绝干空气 比热容c p H=1.01+1.88H=1.01+1.88×0.024=1.055 kJ/kg绝干空气 t as=t-r0(H as-H)/c p H=30-2490×(0.0247-0.024)=28.35℃故与假设非常接近。 （4）I=(1.01+1.88H)t+2490H=(1.01+1.88×0.024)×30+2490×0.024=91.4 kJ/kg绝干空气 11-2 已知湿空气的温度为50℃，总压强为100kPa，湿球温度为30℃，试计算该湿空气以下各参数：（1）湿度；（2）相对湿度；（3）露点；（4）焓；（5）湿比热容。 [解]（1）由饱和水蒸气表查得，在t w=30℃时，水的饱和蒸汽压p s=4.25kPa，汽化潜热为r w=2423.7kJ/kg。在湿球温度下，空气的饱和湿度为： H w=0.622p s/(p T-p s)=0.622×4.25/(100-4.25)=0.0276kg/kg干空气 根据空气湿度计算式，可求得该空气的湿度为： H=H w-1.09(t-t w)/r w=0.0276-1.09×(50-30)/2423.7=0.0186kg/kg干空气 （2）由饱和水蒸气表查得，在t＝50℃下，水的饱和蒸汽压p s=12.34kPa。根据空气湿度计算式，可求得该空气中的水蒸汽分压为： p=p T H/(0.622+H)=100×0.0186/(0.622+0.0186)=2.904kPa 空气的相对湿度为：?=p/p s=2.904/12.34=23.5% （3）在露点下空气刚好达到饱和状态，空气中的水汽分压p=2.904kPa即为水在露点下的饱和蒸汽压，故由饱和水蒸气表查得，此空气的露点t d=23℃。 （4）I=(1.01+1.88×0.0186)×50+2500×0.0186=98.8 kJ/kg干空气 （5）v H=(1/29+0.0186/18)×22.4×(273+50)×101.3/(273×100)=0.954m3/kg干空气 11-3 若常压下某湿空气为20℃，湿度0.014673kg/kg绝干空气，试求：（1）湿空气的相对湿度；（2）湿空气的比体积；（3）湿空气的比定压热容；（4）湿空气的质量焓。若将上述空气加热到50℃，再分别求上述各项。 [解]（1）20℃时，由水的热力学性质表查出p s=2.3346kPa 0.014673=0.622×2.3346?/(101.3-2.3346?) 解得?=1=100% 该空气为水蒸气所饱和，不能作干燥介质用。 v H=(0.722+1.244H)×(273+t)/273=0.848m3/kg干空气 c H=1.01+1.88×0.014673=1.038kJ/(kg.K) I=(1.01+1.88×0.014673)×20+2490×0.014673=57.29kJ/kg干空气 （2）50℃时，水蒸气的饱和蒸汽压为12.34kPa 当空气从20℃加热到50℃时，湿度没有变化，故： 0.014673=0.622×12.34?/(101.3-12.34?) ?=18.92% 由计算结果看出，湿空气被加热后相对湿度降低了。 v H=(0.722+1.244×0.014673)×(273+50)/273=0.935m3/kg干空气 湿空气的比定压热容只是湿度的函数，因此20℃与50℃时的湿空气比定压热容相同。 I=(1.01+1.88×0.014673)×50+2490×0.014673=88.42kJ/kg干空气 11-4 将质量流量0.9kg干空气/s的湿空气A(t A=20℃，?A=0.80)与质量流量0.3㎏干空气/s的湿空气B （t B=80℃，?B=0.3）混合，求混合后空气的状态参量。 [解]由H－I图查得两种空气的湿含量和焓如下： H A=0.012kg/kg干空气I A=50kJ/kg干空气H B=0.103kg/kg干空气I B=350kJ/kg干空气 H m=(m A H A+m B H B)/(m A+m B)=(0.9×0.012+0.3×0.103)/(0.9+0.3)=0.035 kg/kg干空气 I m=(m A I A+m B I B)/(m A+m B)=(0.9×50+0.3×350)/(0.9+0.3)=125kJ/kg干空气 11-5 调节干燥需要的空气状态，干燥操作如图11-6所示。已知状态A：t A=30℃，t d=20℃，q v=500 m3/h 湿空气；状态B：通过冷凝器后，空气中的水分除去2㎏/h；状态C：通过加热器后，空气的温度t B=60℃，干燥器在常压﹑绝热条件下进行。水在不同温度下的饱和蒸汽压如下表： t/℃10 15 20 30 40 50 60 p s/kPa 1.2263 1.7069 2.3348 4.2477 7.3771 12.3410 19.9241 试求：（1）作空气状态变化图；（2）经过冷凝器后空气的温度和湿度；（3）经过加热器后空气的相对湿度。[解]（1）由于给出了状态A的露点，故可由其对应的蒸气压计算该状态的湿度H A，根据给出的冷凝水量和空气量可确定H B，冷凝器内空气状态的变化由A到B’到B。冷凝器除去空气中的部分水分后，送到加热器等湿升温到C点（60℃）。在干燥器的干燥过程中空气增湿，到达A点，形成一个循环过程。空气状态变化如附图。 （2）根据露点温度t d可从给出的水的饱和蒸汽压数据中查到p s=2.3348kPa，此值即为进入换热器l的空气的水蒸气分压p，因此： H A=0.622p s/(p T-p s)=0.622×2.3348/(101.3-2.3348)=0.01467kg/kg干空气 v H=(1/29+H A/18)×22.4×(273+30)/273=0.878m3/kg干空气 故q m=q v/v H=500/0.878=569.5kg/h 由物料衡算：q m’=q m(H A-H B)，所以：H B=H A-q m’/q m=0.014673-2/569.5=0.01116kg/kg干空气 （3）根据湿含量的定义，在空气达到饱和时：H B=0.622p s/(p T-p s) p s=H B p T/(0.622+H B)=0.01116×101.3/(0.622+0.01116)=1.785kPa 查得温度为t B=16℃。此时的p s等于C点的空气中的水蒸气分压p，另外，由t c=60℃，从给出的数据中查到水的饱和蒸汽分压p s=19.924kPa。因此，该处空气的相对湿度为： ?=p/p s=1.785/19.924=0.0896=8.96% 11-6 在一常压转筒干燥器中，将其物料从（湿基）含水量4.0%干燥到0.5%，干燥产品流量为600kg/h，空气进预热器前t0=25℃，相对湿度?0=55%，经过预热器加热到t1=85℃后再进入干燥器，出干燥器时t2=30℃。物料进干燥器时θ1=24℃，出干燥器时θ2=60℃，绝干物料的比定压热容为0.52kJ/(kg绝干物料.K)。假设干燥 器的热损失为18000kJ/h，（25℃时水的饱和蒸汽压=3.168kPa）。试求：（1）绝干空气的质量流量；（2）在单位时间内预热器中的传热量。 [解] X1=0.04/(1-0.04)=0.0417kg/kg绝干物料X2=0.005/(1-0.995)=0.005kg/kg绝干物料 G c=G2(1-w2)=600(1-0.005)=597kg绝干物料/h W=G c(X1-X2)=597(0.0417-0.005)=21.9kg/h p=jp s=0.55×3.168=1.7414kPa H0=H1=0.622×1.7414/(101.3-1.7414=0.0109kg/kg干空气 L(H2-0.0109)=21.9 （a） 热量衡算：L(I1-I2)=G c(I’2-I’1)+Q L Q p=L(I1-I0) I0=(1.01+1.88×0.0109)×25+2490×0.0109=52.9kJ/kg干空气 I1=(1.01+1.88×0.0109)×85+2490×0.0109=114.7kJ/kg干空气 I2=(1.01+1.88×H2)×30+2490H2=30.3+2546.4H2 I’1=(0.52+4.187×0.0417)×24=16.67kJ/kg绝干物料 I’2=(0.52+4.87×0.005)×60=32.46kJ/kg绝干物料 Q p=L(I1-I0)=L(114.7-52.9)=61.8L L(114.7-30.3-2546.4H2)=59.7×(32.46-16.67)+18000 L(84.4-2546.4H2)=27426.6 (b) 联立式（a）及式（b）解得：H2=0.0258kg/kg干空气 L=1468.7kg干空气/h Q p=L(I1-I0)=61.8L=90764.7kJ/h 11-7 用回转干燥器干燥湿糖，进料湿糖湿基含水量为1.28%，温度为31℃。每小时生产湿基含水量为0.18%的产品4000kg，出料温度36℃。所用空气的温度为20℃，湿球温度为17℃，经加热器加热至97℃后进入干燥室，排除干燥室的空气温度为40℃，湿球温度为32℃。已知产品的比热容为1.26kJ/(kg.K)。试求：（1）水分蒸发量；（2）空气消耗量；（3）加热器所用表压100kPa的加热蒸汽消耗量；（4）干燥器的散热损失；（5）干燥器的热效率。 [解]（1）W=G2(w1-w2)/(1-w1)=4000×(0.0128-0.0018)/(1-0.0128)=44.6kg/h （2）空气用量查湿空气的H－I图，得 H0=H1=0.011kg/kg干空气H2=0.028kg/kg干空气 则L=W/(H2-H1)=44.6/(0.028-0.011)=2.62×103kg干空气/h L’=L(1+H0)=2.62×103×(1+0.011)=2.65×103kg/h （3）由H－I图可查得：I0=49kJ/kg干空气I1=125kJ/kg干空气I2=113kJ/kg干空气 故Q=L(I1-I0)=2.62×103×(125-49)=198×103kJ/h 由书末附录的饱和水蒸气表可查得：表压100kPa的水汽化热r=2205kJ/kg，则加热器加热蒸汽用量：D=Q/r=198×103/2205=90kg/h （4）Q L=Q-L(I2-I0)-G2c p s(θ2-θ1)+Wc p wθ1 =198×103-2.62×103×(113-49)-400×1.26×(36-31)+44.6×4.17×31=12.0×103kJ/h （5）由H－I图可查得干燥空气的湿球温度t w=38℃，可由饱和水蒸气表查得对应此温度的汽化热为r=2405kJ/kg，则： η=Wr/Q=44.6×2405/(198×103)=0.542 11-8 某糖厂有一干燥器干燥砂糖结晶，每小时处理湿物料1000kg，干燥操作使物料的湿基含水量由40%减至5%。干燥介质是空气，初温为293K，相对湿度为60%，经预热器加热至393K后进入干燥器。设空气离开干燥器时的温度为313K，并假设已达到80%饱和。试求：（1）水分蒸发量；（2）空气消耗量和单位空气消耗量；（3）干燥收率为95%时的产品量；（4）如鼓风机装在新鲜空气进口处，鼓风机的风量应为多少？ [解]（1）W=G1(w1-w2)/(1-w2)=1000×(0.4-0.05)/[(1-0.05)×3600]=0.102kg/s （2）由湿空气的H——I图查得，当t0=293K和?0=60%时，H0=0.009kg/kg干空气；当t2=393 K和?2=80%时，H2=0.039kg/kg干空气。 L=W/(H2-H1)=W/(H2-H0)=0.102/(0.039-0.009)=3.41kg干空气/s l=L/W=1/(H2-H0)=1/(0.039-0.009)=33.3kg空气/kg水 （3）G 2=G 1-W =1000/3600-0.102=0.176kg/s G ’2=0.176×0.95=0.167kg/s （4）q v =Lv H =L (0.773+1.244H 0)×t 0/273=3.41×(0.733+1.224×0.009)×293/173=2.88m 3/s 11-9 在常压连续干燥器中将物料自含水量50%干燥至6%（均为湿基），采用废气循环操作，循环气量为从干燥器排出废气量的0.8，混合在预热器并经预热器预热到54℃，且为等焓增湿干燥过程。已知新鲜空气的状态t 0=25℃，H 0=0.005kg 水/kg 绝干空气，废气的状况为t 2=38℃，H 2=0.034kg 水/kg 绝干空气，求每小时干燥1000kg 湿物料所需的新鲜空气量及预热器的传热量。预热器的热损失不计。 [解] H m =0.2H 0+0.8H 2=0.2×0.005+0.8×0.034=0.0282kg/kg 干空气 I 0=(1.01+1.88×0.005)×25+2490×0.005=37.935kJ/kg 干空气 I 2=(1.01+1.88×0.034)×38+2490×0.034=125.47kJ/kg 干空气 I m =0.2I 0+0.8I 2=107.96 kJ/kg=(1.01+1.88H m )×t m +2490H m t m =35.5℃ W =G 1(w 1-w 2)/(1-w 2)=1000×(0.5-0.06)/(1-0.06)=468kg/h L =W /(H 2-H 0)=468/(0.034-0.005)=1.614×104kg 干空气/h L ’=L (1+H 0)=1.614×104×(1+0.005)=1.622×104kg/h Q p =(L /0.2)×(1.01+1.88×0.0282)×(54-35.5)=1.587×106kJ/h 11-10 某种颗粒状物料放在宽1200mm 的金属传送带上进行干燥，空气以2m/s 的速度垂直吹过物料层。空气预热到平均温度75℃，平均湿度为0.018㎏水蒸气/㎏干空气。试求表面蒸发阶段每小时从每米长的传送带上蒸发的水分量。 [解] v H =(0.773+1.244H )×(273+75)/273=(0.773+1.244×0.018)×(273+75)/273=1.01m 2/kg 干空气 L w =u 0/v H =2/1.01=1.98kg 干空气/(m 2.s) α=0.024L w 0.37=0.024×1.980.37=0.0309kW/(m 2.K) 已知空气t 1=75℃，H 1=0.018 kg/kg 干空气，从H ——I 图查出空气湿球温度t w1=34℃，并从饱和水蒸气性质表中查出相应水的汽化潜热r w =2415kJ/kg ，干燥速率为： d W /A d τ=a (t -t w )/r w =0.0309×(75-34)/2415=5.25×10-4kg/(m 2.s) 设传送带上物料干燥面积为传送带的面积（传送带的长度乘宽度），因此，每小时从每米长的传送带上蒸发的水分量为： W =5.25×10-4×1.2×1×3600=2.27kg/h 11-11 温度66℃，湿含量为0.01kg 水蒸气/kg 干空气的空气以4.0m/s 的流速平行流过料盘中的湿物料表面，试估算恒速干燥阶段的干燥速率。 [解]由空气H ——I 图查得t w =29℃，由饱和水蒸气表查得对应的汽化热r w =2430kJ/kg 。 v H =(0.773+1.244×0.01)×(273+66)/273=0.975kg/m 3 q m =u /v H =4/0.975=4.10kg/(m 2.s) α=14.3q m 0.8=14.3×4.10.8=44.2W/(m 2.K) u 0=α(t -t w )/r w =44.2×(66-29)/(2430×103)=6.73×10-4kg/(m 2.s)=2.42kg/(m 2.h) 11-12 湿物料在恒定干燥条件下在5 h 内由干基含水量35%降至10%。如果物料的平衡含水量为4%（干基），临界含水量为14%（干基），求在同样的干燥条件下，将物料干燥到干基含水量6%需多少时间？ [解] )04 .01.004.014.0ln 04.014.014.035.0(5c --+--=Ak G G c /Ak =1.92 h 1.7)04 .006.004.014.0ln 04.014.014.035.0(92.1=--+--=τ 11-13 将1000kg （以绝干物料计）某板状物料在恒定干燥条件下进行干燥。干燥面积为55m 2，其初始含水量为0.15kg/kg 绝干物料，最终含水量为2.5×10-2kg/kg 绝干物料，在热空气流速为0.8m/s 情况下，其初始干燥速度为3.6×10-4kg/(m 2.s)，临界含水量为0.125kg/kg 绝干物料，平衡含水量为5×10-3kg/kg 绝干物料。设传质系数k x 与热空气流速的0.8次方成正比。试求：（1）此物料干燥时间是多少？（2）在同样条件下，欲将此物料最终含水量降低到1.5×10-2kg/kg 绝干物料，其干燥时间为多少？（3）欲将热空气流速提高到4 m/s 时，最终含水量仍为2.5×10-2kg/kg 绝干物料，其干燥时间为多少？ [解]（1） K X =u 0/(X 0-X *)=0.36×10-3/(0.125-0.005)=0.003kg/(m 2.s) h 35.3s 10206.1)005.0025.0005.0125.0ln 005.0125.0125.015.0(003.05510004=?=--+--?= τ （2） h 51.4s 10624.1)005 .0015.0005.0125.0ln 005.0125.0125.015.0(003.05510004=?=--+--?=τ （3） K X ’=(4/0.8)0.8K X =0.0109kg/(m 2.s) h 925.0s 1033.3)005 .0025.0005.0125.0ln 005.0125.0125.015.0(0109.05510003=?=--+--?=τ 11-14 某板状物料的干燥速率与所含水分成比例，其关系可用下式表示：-d X /d τ=KX 。设在某一干燥条件下，此物料在30min 后，自初重66kg 减至50kg 。如欲将此物料在同一条件下，自原含水量干燥到原含水量的50%的水分需多长时间？已知此物料的绝干物料质量为45kg 。 [解] KX X =-τd d 积分得： 21ln 1d 1 21X X K X X K X X =-=? τ 111 .0467.0ln 15.0K = 解得 K ＝2.874 h -1 X 2’=(66-45)/(2×45)=0.233kg/kg min 5.14h 242.0233 .0467.0ln 874.21'===τ 11-15 采用干燥器对某种盐类结晶进行干燥，一昼夜将10t 湿物料由最初湿含量10%干燥最终湿含量1%（以上均为湿基）。热空气的温度为100℃，相对湿度为5%，以逆流方式通入干燥器。空气离开干燥器时的温度为65℃，相对湿度为25%。试求:：（1）每小时原湿空气用量；（2）产品量；（3）如干燥器的截面积为圆形，要求热空气进入干燥器的线速度为0.4m/s ，试求干燥器的直径。在65℃时，空气中的水汽分压为187.5mm 汞柱。 [解]（1）G c =G 1(1-w 1)=10000×(1-0.1)/24=375kg 干料/h X 1=w 1/(1-w 1)=0.1/(1-0.1)=0.111kg 水/kg 干料 X 2=w 2/(1-w 2)=0.01/(1-0.01)=0.0101kg 水/kg 干料 H 1=0.622×0.05×760/(760-0.05×760)=0.0327kg/kg 干空气 H 2=0.622×0.25×187.5/(760-0.25×187.5)=0.0408kg/kg 干空气 L =G c (X 1-X 2)/(H 2-H 1)=375×(0.111-0.0101)/(0.0408-0.0327)=4.68×103kg 干空气/h L ’=L (1+H 1)=4.68×103×(1+0.0327)=4.83×103kg/h （2）G 2=G c (1+X 2)=375×(1+0.0101)=379kg/h （3）q v =Lv H =L (0.773+1.244×0.0327)×373/273=5200m 3/h A =q v /u =5200/(3600×0.4)=3.61m 2 D =(3.61/0.785)1/2=2.14m 11-16 有一逆流操作的转筒干燥器，筒径1.2m ，筒长7m ，用于干燥湿基含水量为3%的晶体，干燥后产品的湿基含水量为0.2%。干燥器的生产能力为1800kg 产品/h 。冷空气为t o =293K ，?o =60%，流经预热器（器内加热蒸汽的饱和温度为383K ）后被加热至363K ，然后送入干燥器。空气离开干燥器的温度为328K 。晶体物料在干燥器中其温度由293K 升至333K 而排出，绝对干料的比热为1.26kJ/(kg .K)，干燥器的热损失为5kW 。试求：（1）蒸发水分量；（2）空气消耗量及出口时的湿度；（3）预热器中加热蒸汽的消耗量（设热损失为10%）。 [解]（1）W =G 2(w 1-w 2)/(1-w 1)=0.5×(0.03-0.002)/(1-0.03)=0.0144kg/s （2）当t 0=293 K ，?0=60%时，查图得H 0=H 1=0.0087kg/kg 干空气 I 0=(1.01+1.88H 0)×t 0+2490H 0=42.24kJ/kg 干空气 I 1=(1.01+1.88H 1)×t 1+2490H 1=113.2kJ/kg 干空气 G c =G 2(1-w 2)=0.5×(1-0.002)=0.499kg/s X 1=w 1/(1-w 1)=0.03/(1-0.03)=0.03093 X 2=w 2/(1-w 2)=0.002/(1-0.002)=0.002004 c p 1=1.26+4.187×0.03093=1.39kJ/(kg .K) c p 2=1.26+4.187×0.002004=1.278kJ/(kg .K) G c I ’1=0.499×1.39×20=13.872kW G c I ’2=0.499×1.278×60=38.024kW 113.2L +13.872=LI 2+38.024+5 （1） I 1=(1.01+1.88H 2)×53+2490H 2 （2） L =W /(H 2-H 0)=0.0144/(H 2-0.0087) （3） 联立（1）、（2）和（3）得： H 2=0.01678kg/kg 干空气 L =1.782kg 干空气/s I 2=96.98kJ/kg 干空气 （3）Q p =L (I 1-I 0)×1.1=1.782×(113.2-42.24)×1.1=139.1kW 383K 时水蒸汽的冷凝潜热为2232kJ/kg ，加热水蒸汽消耗量为：D ’=139.1/2232=0.0623kg/s 11-17 今有一气流干燥器，将1200kg/h 的湿木屑从含水量30%干燥到15%（均为湿基）。木屑的平均直径为0.428mm ，绝干木屑的真实密度为703kg/m 3；其比热为1.36kJ/(kg .K)，湿木屑进入干燥器的温度为293K ，由实验测定木屑的临界含水量为20%；平衡含水量为4.2%（均为干基）。干燥介质为高温烟道气，气体进口温度为673K ；湿度为3.0×10-2kg 水蒸气/kg 干气。试计算气流干燥器的直径和高度。 [解]本题是根据一定的生产任务设计一台气流干燥器，主要计算气流干燥器的直径与高度。气流干燥管可 以选用变径管，亦可以选用等径管，本题中拟选用结构比较简单的等径管，干燥器直径可由下式计算：D 气流干燥器的高度主要根据干燥介质与湿物料间的传热速率关系由下式计算： 2(0.785)m q Z a D t α=? 应用以上两式计算气流干燥器的直径与高度，必须知道干燥介质消耗量L 与干燥介质的进、出口状态以及物料的进、出口状态，干燥介质与物料的进口状态已由题给。求解物料出口温度为θ2时，需要知道干燥介质的出口状态，而干燥介质的出口温度t 2，一般要求比物料出口温度θ2高10~30℃，或比入口气体的绝热饱和温度高20~50℃，以避免其中水汽凝结。干燥介质消耗量L 与干燥介质出口湿度H 2可通过物料衡算与热量衡算求得。L 与H 2的求解又与物料的出口温度θ2有关，因此求θ2时要用试差法。 （1）水分蒸发量W G c =1200×(1-0.3)=840 kg/h=0.233kg/s X 1=30/70=0.429kg/kg X 2=15/85=0.176kg/kg W =G c (X 1-X 2)=0.233×(0.429-0.176)=0.0589kg/s （2）干燥介质消耗量L 、出口湿度H 2和木屑出口温度θ2 假定干燥介质出口温度t 2=358 K ，木屑出口温度θ2=338 K ，干燥管热损失Q L 可略去不计，则蒸发水分所需要的热量Q 1可求得： Q 1=W (2492+1.88t 2-4.187θ1)=0.0589×(2490+1.88×85-4.187×20)=151.3kW 物料由q 1加热到q 2所需的热量Q 2可由下式求得： Q 2=G c c p m (θ2-θ1)=0.233×(1.36+4.187×0.176)×(338-293)=21.99kW L =W /(H 2-H 0)=(Q 1+Q 2)/[(1.01+1.88H 0)(t 1-t 2)] =(151.3+21.99)/[(1.01+1.88×0.03)×(673-358)]=0.516kg/s H 2=W /L +H 1=0.0589/0.516+0.03=0.144kg/kg 根据t 2=358 K ，H 2=0.0144kg/kg ，查H －I 图得空气湿球温度t w =334K ，查饱和水蒸汽性质表，此时水的汽化潜热r w =2353kJ/kg ，将X 0=0.2kg/kg ，X 2=0.176kg/kg ，X *=0.042kg/kg ，c p s =1.36kJ/(kg .K)代入下式中得： 食工原理复习题及答案(不含计算题) 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_________.平均流速为______。 ***答案*** 0.0157m3.s-1 2.0m.s-1 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 ***答案*** 2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 4.（3分）题号2005 第2章知识点100 难度容易 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________. ***答案*** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。 ***答案*** 饱和水蒸汽；空气 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的 ______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。 ***答案*** 标准式，较大，要小，自然 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_________,平均流速为_______。 ***答案*** 22kg.s-1 ; 2.8m.s-1 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 11. 非结合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。 ***答案*** 201 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp 第一篇 第二章 质量衡算与能量衡算 2.1 某室内空气中O 3的浓度是0.08×10-6 （体积分数），求： （1）在1.013×105 Pa 、25℃下，用μg/m 3 表示该浓度； （2）在大气压力为0.83×105 Pa 和15℃下，O 3的物质的量浓度为多少？ 解：（1）理想气体的体积分数与摩尔分数值相等 由题，在所给条件下，1mol 空气混合物的体积为 V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0 ＝22.4L ×298K/273K ＝24.45L 所以O 3浓度可以表示为 0.08×10－6 mol ×48g/mol ×（24.45L ）－1 ＝157.05μg/m 3 （2）由题，在所给条件下，1mol 空气的体积为 V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0 =22.4L ×1.013×105 Pa ×288K/(0.83×105 Pa ×273K ）＝28.82L 所以O 3的物质的量浓度为 0.08×10－6 mol/28.82L ＝2.78×10－9mol/L 2.2 假设在25℃和1.013×105 Pa 的条件下，SO 2的平均测量浓度为400μg/m 3 ，若允许值0.14×10-6 ，问是否符合要求？ 解：由题，在所给条件下，将测量的SO 2质量浓度换算成体积分数，即 3396 5 108.31429810400100.15101.0131064 A A RT pM ρ--???=??=??? 大于允许浓度，故不符合要求 2.6 某一段河流上游流量为36000m 3 /d ，河水中污染物的浓度为3.0mg/L 。有一支流流量为10000m 3 /d ，其中污染物浓度 为30mg/L 。假设完全混合。求： （1）求下游的污染物浓度； （2）求每天有多少kg 污染物质通过下游某一监测点。 解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为 1122 12 3.0360003010000 /8.87/3600010000 V V m V V q q mg L mg L q q ρρρ+?+?= = =++ （2）每天通过下游测量点的污染物的质量为 312()8.87(3600010000)10/408.02/m V V q q kg d kg d ρ-?+=?+?= 2.7 某一湖泊容积10×106m 3 ，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流量为50m 3 /s 。一工厂以5 m 3 /s 的流量向湖泊排 2004 – 2005 学年第二学期食品科学与工程专业 食品工程原理试卷（A）卷 题号一二三四五…合计 得分 阅卷人 一、填空题（20分） 1. 71dyn/cm= N/m（已知1N=105 dyn）； 2. 给热是以和的差作为传热推动力来考虑 问题的； 3. 金属的导热系数大都随其温度的升高而 , 随其纯度 的增加而 ； 4. 能够全部吸收辐射能的物体（即A=1）称为 体； 5. 蒸发操作中，计算由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失 的方法有 、 ； 6. 蒸发器主要由 室和 室组 成； 7. 喷雾干燥中，热空气与雾滴的流动方式有 、 、 三种； 8. 形状系数不仅与 有关，而且 与 有关； 9. 粉碎的能耗假说比较著名的三种是 、 、 ； 10. 圆形筛孔主要按颗粒的 度进行筛分，长形筛孔主要按颗粒 的 度进行筛分。 二、选择题（10分）（有一项或多项答案正确） 1. 揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（ ） （A）普朗克定律；（B）折射定律；（C）克希霍夫定律； （D）斯蒂芬-波尔兹曼定律 2. 确定换热器总传热系数的方法有（） （A）查样本书；（B）经验估算；（C）公式计算；（D）实 验测定 3. 为保证多效蒸发中前一效的二次蒸汽可作为后一效的加热蒸 汽，前一效的料液的沸点要比后一效的（） （A）高；（B）低；（C）相等；（D）无法确定； 4. 对饱和湿空气而言，下列各式正确的是（） （A）p=p S，φ=100%，；（B）p=p S，φ=0；（C）p=0，φ=0； （D）t=t w=t d=t as 5. 粉碎产品粒度分析中，一般认为，筛分法分析的下限是（ ） （A）100μm；（B）50μm；（C）10μm；（D）5μm。 三、判断题（10分）（对者打“”号，错者打“”号。） 1. （）算术平均温度差是近似的，对数平均温度差才是准确的； 2. （）两固（灰）体净辐射传热的热流方向既与两者温度有关， 又与其黑度有关； 3. （）NaOH溶液的杜林线不是一组相互平行的直线； 4. （）恒速干燥阶段干燥速率的大小决定于物料外部的干燥条 件； 5. （）泰勒标准（Tyler Standard）筛制中，相邻两筛号的网眼净宽 度之比为1∶2。 四、计算题（60分） 1. （10分）外径为426mm的蒸汽管道，其外包扎一层厚度位 426mm的保温层，保温材料的导热系数可取为0. 615 W/(m· ℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃，保温层的外表面温度 为38℃，试求每米管长的热损失以及保温层中的温度分布。 2. (10分) 一单程列管式换热器，由若干根长为3m、直径为 φ25×2.5mm的钢管束组成。要求将流量为1.25kg/s的苯从350K 冷却到300K，290K的冷却水在管内和苯呈逆流流动。若已知 水侧和苯侧的对流传热系数分别为0.85和1.70kW／(m2．K)， 第I 篇 习题解答 第一章 绪论 简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。 解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。 环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。图1-1是环境学科的分科体系。 图1-1 环境学科体系 简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。 解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。 图1-2是环境工程学的学科体系。 图1-2 环境工程学的学科体系 环境工程学 环境净化与污染控制技术及原理 生态修复与构建技术及原理 清洁生产理论及技术原理 环境规划管理与环境系统工程 环境工程监测与环境质量评价 水质净化与水污染控制工程 空气净化与大气污染控制工程 固体废弃物处理处置与管理 物理性污染控制工程 土壤净化与污染控制技术 废物资源化技术 环境学科体系环境科学 环境工程学 环境生态学 环境规划与管理 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么 解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。 上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。 空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么 解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。 上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。 简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。 解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：①通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;②污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;③通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。 环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类它们的主要作用原理是什么解：从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为“隔离技术”、“分离技术”和“转化技术”三大类。隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染近一步扩大。分离技术是利用污染物与污染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。转化技术是利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。 《环境工程原理》课程的任务是什么 第二章 1．根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产品收集的要求，过滤操作分为间歇式与连续式两种主要方式。 2.当流体自上而下通过固体颗粒床层时，随着颗粒特性和气体速度的不同，存在着三种状态：固定床、流化床和气体输送。 3.食品乳化液通常有两种类型，即水包油与油包水型。 4.热传递的基本传递方式可以归纳为三种：热传导、热对流和热辐射。 5.以间壁式的热交换器为例，参与热交换的冷热流体被一固体壁隔开。这时，热冷流体之间的热量传递过程是： ①热流体与所接触的固体壁面之间进行对流传热； ②在固体壁内，高温的固体表面向低温的固体表面的热传导； ③固体壁面与其接触的冷流体之间的对流传热。 6.纯金属的热导率λ与电导率λe的关系：λ/λeT=L。热导率的单位为W/（m·K） 7.影响对流传热洗漱的因素很多，主要有： ①流体的状态：液体或气体，以及过程是否有相变，有相变时的对流传热系数比无相变时的对流传热系数大很多； ②流体的物理性质：影响较大的物性有密度、比热容、热导率和黏度等； ③流体的运动状态：层流、过渡流或湍流； ④流体的对流状态：自然对流或强制对流； ⑤传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管子长度和排列、放置方式等。 8．冷凝的两种形式是：膜状冷凝和滴状冷凝。 9.影响冷凝传热的其他因素： ⑴蒸汽的流速和流动方向。 ⑵不凝性气体 ⑶过热蒸汽 ⑷冷凝面的高度、布置方式及结构。如在垂直壁面上开若干纵向沟槽，使冷凝水沿沟槽流下，以达到减薄冷凝液膜，提高对流传热系数的目的。 10.流化床中传热的特点： ①固体粒子的热容远较气体为大，因此，热惯性大； ②粒子剧烈运动，粒子与气体之间的热交换强度高； ③剧烈的沸腾运动所产生的对流混合，消灭了局部热点和冷点。 11.黑体：指能全部吸收辐射能的物体。 镜体：指能全部反射辐射能的物体。 透热体：指辐射能全部透过物体。 1.在列管式的换热器中用冷水将其工艺气体从180℃冷却到60℃，气体走壳程，对流传热系数为40W/（m2·K）。冷水走管程，对流传系数为3000W/( m2·K)。换热管束由φ25mm× 2.5mm的钢管组成，钢材的热导率为45W/(m·K)。若视为平面壁传热处理，气体侧的污垢热阻为0.00058 m2·K/W。问换热器的总传热系数是多少？ 解：气体对流传的热阻R1=1／α1=1/40=0.025 m2·K/W 冷却水对流传的热阻R2=1/α2=1/3000=0.00033 m2·K/W 管壁导热热阻R=b/λ=0.0025/45=0.000056 m2·K/W 总传热系数为： 《食品工程原理》复习题答案 第一部分 动量传递（流动、输送、非均相物系） 一.名词解释 1.过程速率：是指单位时间内所传递的物质的量或能量。 2.雷诺准数：雷诺将u 、d 、μ、ρ组合成一个复合数群。Re 值的大小可以用来判断流动类型。 3.扬程（压头）：是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。 4.分离因数:同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。 二.填空题 1.理想流体是指 的流体。（黏度为零） 2.对于任何一种流体，其密度是 和 的函数。（压力，温度） 3.某设备的真空表读数为200mmHg ，则它的绝对压强为 mmHg 。当地大气压强为101.33×103 Pa 。（560mmHg ） 4.在静止的同—种连续流体的内部，各截面上 与 之和为常数。（位能，静压能） 5.转子流量计读取方便，精确，流体阻力 ，不易发生故障；需 安装。（小，垂直） 6.米糠油在管中作流动，若流量不变,管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的______倍。（2） 7.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的 倍。（1/2） 8.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_____倍。 （1/16） 9.实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能 守恒，因实际流体流动时有 。 （不，摩擦阻力） 10.任何的过程速率均与该过程的推动力成 比，而与其阻力成 比。（正，反） 11.在离心泵吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为 。（逆止阀） 12. 是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。(滤网) 13.离心泵工作时流体流速与压力的变化为: 高压流体泵壳通道 逐渐扩大的的离心力机械旋转所造成的气压流体被甩出后常压流体)()((低速流体、高速流体) 14.泵的稳定工作点应是 特性曲线与 特性曲线式M 的交点。（管路，泵或H-q v ） 15.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。 （转速，20℃的水或水） 16.用离心泵向锅炉供水，若锅炉中的压力突然升高，则泵提供的流量_____，扬程_________。 （减少；增大） 17.根据操作目的（或离心机功能），离心机分为过滤式、 和 三种类型。 （沉降式、分离式） 18. 常速离心机、高速离心机、超速离心机是根据 的大小划分的。（分离因数） 19.某设备进、出口的表压分别为 -12 kPa 和157 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。 (答：-169kPa ) kPa 16915712-=--=-=?出进P P P 三.选择题 1.在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积( A )关系。 A ．反比 B.正比 C.不成比 2.当流体在园管内流动时，管中心流速最大，层流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( B )。A. u ＝3/2 u max B. u ＝1/2 u max C. u ＝0.8u max 3.湍流的特征有( C )。 A.流体分子作布朗运动中 B.流体质点运动毫无规则，且不断加速 C.流体质点在向前运动中，同时有随机方向的脉动 D.流体分子作直线运动 4.微差压计要求指示液的密度差( C )。 食品工程原理 课程设计说明书米糠油冷却用列管式换热器的设计 姓名：马坦 学号：201111010704 班级：食工1107 2013年12月13日 目录 一、设计依据及指导思想----------------------------------------------------------3 二、主要参数说明-------------------------------------------------------------------3 三、设计计算-------------------------------------------------------------------------5 1、确定设计方案------------------------------------------------------------------5 2、确定物性数据------------------------------------------------------------------5 3、计算总传热系数---------------------------------------------------------------6 4、计算传热面积------------------------------------------------------------------7 5、工艺结构尺寸------------------------------------------------------------------7 6、换热器核算---------------------------------------------------------------------9 1）热量核算--------------------------------------------------------------------9 2）换热器内流体的流动阻力-----------------------------------------------11 3）换热器主要结构尺寸和计算结果总表-------------------------------13 7、离心泵的选择------------------------------------------------------------------13 四、设计结果--------------------------------------------------------------------------16 五、参考文献--------------------------------------------------------------------------16 十一章 第一节 (1) 快速去除污染物的关键是什么？ (2) 反应器的一般特性主要指哪几个方面？ 指反应器内物料的流动状态、混合状态以及质量和能量传递性能等，它们取决于反应器的结构形式、操作方式等。 (3) 反应器研究开发的主要任务是什么？ (4) 什么是间歇操作、连续操作和半连续操作？它们一般各有哪些主要特点？ 1.间歇操作：将反应原料一次加入反应器，反应一段时间或达到一定的反应程度后一 次取出全部的反应物料，然后进入下一轮操作。 间歇操作的主要特点： （1）操作特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在 物料的进与出。 （2）基本特征：间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内组成随时间变化而变化。 （3）主要优点：操作灵活，设备费低，适用于小批量生产或小规模废水的处理。 （4）主要缺点：设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件不易相同，不便自动控制。 2.连续操作：连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器。 特点： （1）操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴随着物料的流动。 （2）基本特征∶连续反应过程是一个稳态过程，反应器内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可能随位置变化而变化。） （3）主要优点∶便于自动化，劳动生产率高，反应程度与产品质量较稳定。 规模大或要求严格控制反应条件的场合，多采用连续操作。 （4）主要缺点∶灵活性小，设备投资高。 3.半连续操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或输出，而其它成分分批 加入或取出的操作。 特点：半间歇操作具有间歇操作和连续操作的某些特点。反应器内的组成随时间变化而变化。 (5)什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义分别是什么？ 空间时间：反应器有效体积(V)与物料体积流量(q v)之比值. 空间速度：单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量. (6) 一般情况下，反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响，为什么？ (7) 根据反应物料的流动与混合状态，反应器可分为哪些类型。 理想流反应器和非理想流反应器；完全混合流（全混流）反应器和推流反应器。 (8) 反应器设计的基本内容包括哪几个方面？它通常用到哪几类基本方程？ 基本内容： 选择合适的反应器型式；确定最佳的操作条件；计算达到规定的目标所需要 华中农业大学HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 题目：食品工程原理课程设计 班级：食工1002班 姓名：张国秀 学号： 2010309200212 日期： 指导老师： 列管式换热器设计任务书 一、设计题目：列管式换热器的设计 二、设计任务及操作条件 1、处理能力：6000㎏/h 2、设备形式：列管式换热器 3、操作条件 ①油：进口温度140℃，出口温度40℃； ②冷却介质：循环水，进口温度30℃，出口温度40℃； ③允许压强降：不超过107 Pa； 4、确定物性数据： 定性温度:可取流体进出口温度的平均值。 壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃ 管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3 比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃) 黏度μ0=0.000715Pa·s 导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3 比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃) 黏度μi=0.000725Pa·s 导热系数λi=0.626W/(m·℃) 5、每年按330天计算，每天24小时连续运行。 目录 第一节概述及设计方案简介 (5) 1 概述 (5) 1.1 换热器 (5) 1.2换热器的选择 (5) 1.3 流动空间的选择 (7) 1.4 流速的确定 (7) 1.5 材质的选择 (7) 1.6 管程结构 (8) 1.7 壳程结构 (9) 1.8 壳程接管 (10) 2 设计方案 (10) 3 主要符号参考说明 (11) 第二节工艺计算及主体设备设计计算 (12) 2.1 计算传热系数 (12) 2.1.1 计算管程对流传热系数 (12) 2.1.2 计算壳程对流传热系数 (12) 2.1.3 计算总传热系数 (12) 《食工原理》期末考试卷（B）2005.9 一、概念题〖共计30分〗 1. 某二元物系的相对挥发度 ＝3，在具有理论塔板的精馏塔内于全回流条件下作精馏操作， 已知y n＝0.4，则y n+1＝。(由塔顶往下数)。全回流操作应用场合通常是。 2. 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。当喷淋量一定时，填料塔 单位高度填料层的压力降与空塔气速关系线上存在着两个转折点，其中下转折点称 3.判断题：在精馏塔任意一块理论板上，其液相的泡点温度小于气相的露点温度。( ) 4.某连续精馏塔，已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172，则其馏出液组成x D=＿＿。 5.总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/K L=1/k L+H/k G, 其中1/k L表 示，当项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 6.判断题：亨利定律的表达式之一为p*=Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该 气体为易溶气体。( ) 7. 根据双膜理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系＿＿。 (A)大于液相传质分系数； (B)近似等于液相传质分系数； (C)小于气相传质分系数； (D)近似等于气相传质分系数。 8. 填料塔内提供气液两相接触的场所是＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 9.吸收操作中，当气液两相达到平衡时，其吸收推动力＿＿＿，吸收速率＿＿＿。 10.当湿空气的总压一定时，相对湿度仅与其＿＿＿＿和＿＿＿＿有关。 11. 在下列情况下可认为接近恒定的干燥条件：(1)大里的空气干燥少量的湿物料；(2)少量 的空气干燥大里的湿物料；则正确的判断是( )。 (A).(1)对(2)不对(B).(2)对(1)不对；(C)(1)(2)都不对(D). (1)(2)都可以 12. 在一定的物料和干燥介质条件下：(1)临界湿含量是区分结合水与非结合水的分界点。(2) 平衡湿含量是区分可除水份与不可除水份的分界点。正确的判断是：( ) (A)两种提法都对(B)两种提法都不对(C)(1)对(2)不对(D)(2)对(1)不对 13. 氮气与甲醇充分且密切接触，氮气离开时与甲醇已达传热和传质的平衡，如系统与外界 无热交换，甲醇进出口温度相等，则氮气离开时的温度等于( ) (A) 氮气进口温度(B)绝热饱和温度(C) 湿球温度(D) 露点温度 14. 指出“相对湿度，绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参量与空气的温度 无关( )。(A)相对湿度(B)湿球温度(C)露点温度(D)绝热饱和温度 15. 我校蒸发实验所用蒸发器的类型是，这种蒸发器中不存在的一种温差损失 是。 16. 进行萃取操作时应使: ( ) (A)分配系数大于1 (B)分配系数小于1 (C)选择性系数大于1 (D) 选择性系数小于1 17. 一般情况下，稀释剂B组分的分配系数k值: ( ) (A)大于1 (B)小于1 (C)等于1 (D) 难以判断，都有可能 18. 萃取操作依据是__________________。萃取操作中选择溶剂主要原则: ____________， _______________和_________________。 19. 单级萃取操作中，在维持相同萃余相浓度下，用含有少量溶质的萃取剂S' 代替溶剂S， 则萃取相量与萃余相量之比将＿＿＿＿(A)增加；(B)不变；(C)降低，萃取液的浓度(指溶质) 将＿＿＿＿(A)增加；(B)不变；(C)降低。 二、计算题〖20分〗 十^一早 第一节 (1) 快速去除污染物的关键是什么？ (2) 反应器的一般特性主要指哪几个方面？ 指反应器内物料的流动状态、混合状态以及质量和能量传递性能等，它们取决于反应器的结构形式、操作方式等。 (3) 反应器研究开发的主要任务是什么？ (4) 什么是间歇操作、连续操作和半连续操作？它们一般各有哪些主 要特点？ 间歇操作：将反应原料一次加入反应器，反应一段时间或达到一定的 反应程度后一次取出全部的反应物料，然后进入下一轮操作。 间歇操作的主要特点： (1)操作特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出。 基本特征：间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内组成随时间变化而变化。 主要优点：操作灵活，设备费低，适用于小批量生产或小规模废水的 处理。 主要缺点：设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件不易相同， 不便自动控制。 连续操作：连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器 特点: （1）操作特点：物料连续输入，产物连续输出，时刻伴随着物料的流动。 1 / 12 基本特征：连续反应过程是一个稳态过程，反应器内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可能随位置变化而变化。） 主要优点：便于自动化，劳动生产率高，反应程度与产品质量较稳定。规模大或要求严格控制反应条件的场合，多采用连续操作。 主要缺点：灵活性小，设备投资高。 半连续操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或输出，而其它成分分批加入或取出的操作。 特点：半间歇操作具有间歇操作和连续操作的某些特点。反应器内的组成随时间变化而变化。 什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义分别是什么？空间时间：反应器有效体积（V与物料体积流量（qv）之比值. 空间速度：单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量. （6）一般情况下，反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响，为什么？ （7）根据反应物料的流动与混合状态，反应器可分为哪些类型。 食工原理课程设计指导书 《食工原理课程设计》指导书 一、课程设计的目的及意义： 现代食品工业要求相关工程技术人员不仅应是一名工艺师，还应当具备按工艺要求进行生产设备的选型配套，生产线的相关工程设计能力。可见，食品科学与工程专业的学生有必要进行工程设计能力的培养和训练。特别是对于本专业毕业时只作毕业论文而不作毕业设计的绝大多数学生来说，这种培养和训练显得尤为重要。 食品工程原理课程设计(以下简称课程设计)是在学完《食品工程原理》后的一个阶段性、实践性教学环节。通过完成某一工程设计任务，培养学生综合运用《食品工程原理》及相关先修课程的基础知识和解决实际问题的工作能力。课程设计要求学生按设计任务书的要求，在规定时间内完成某一涉及食品工程单元项目的设计任务。应予指出，课程设计不象平时做的练习题有一个共同的答案。设计本意上应含有创新思维成分，设计结果以优劣予以评价。课程设计任务书不象习题题目那样给出充分的条件和数据。设计计算中的很多数据往往需要设计者查阅相关手册和资料，进行系统的收集、分析比较和选用，任何一个数据的选定均要说明理，这就需要综合运用所学的各类知识，经过全面、细致地分析和 思考方能确定。课程设计不是一个单纯的解题过程，而应是一个含有创作成分的实践过程。课程设计中不仅要通过调查研究，确定工艺流程及设计方案，所确定的流程和方案应能保证日后的设计、施工和投入运行都能得到完全地实施，即工程的可行性。还要对工艺设备进行选型配套设计计算，编制设计计算说明书，并用工程图将设计结果表达出来，以便指导工程施工。 在课程设计中着重以下几种能力的训练和培养： 1. 培养正确、系统的设计思想，全盘考虑工程设计任务，兼顾技术上的先进性、可行性和经济合理性，以人为本，注意操作者安全及劳动条件的改善和环境的保护，并用这种设计思想去分析和解决实际问题。 2. 培养从生产现场和文献资料中进行调查研究的能力。通过现场调查，参考和分析已建工程的经验和教训，结合本设计的客观实际，确定设计方案。通过查阅资料，选用公式，收集数据，进行具体设计计算。 3. 培养熟练、准确的工程计算能力。 4. 培养用简洁的文字、规范清晰的图表来表达自己设计思想和结果的能力。二、课程设计题目：果汁饮料蒸发浓缩工艺与设备设计 利用双效顺流蒸发器浓缩桔子汁，进料流量为20XXkg/h，固形物质量分数14％，沸点进料，第一效沸点 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。若鲜橘汁进料流量为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143.4℃，离开预热器的温度为138.8℃。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分离器中，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%。试计算从离心机中分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)。 合肥学院 HEFEI UNIVERSITY 食工原理课程设计 题目:甲苯-乙苯连续精馏塔设计 系别: 生物与环境工程系 专业: 12食品科学与工程 学号: 1202061011 姓名: 方平 指导教师: 于宙 二零一四年十月二十七日 目录 第一部分设计任务书 1、设计题目 (5) 2、设计概述 (5) 3、设计内容 (6) 第二部分精馏塔的设计 1 精馏塔的物料衡算 (7) 1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8) 1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (8) 1.3物料衡算 (8) 2 塔板数的确定 (9) 2.1甲苯、乙苯的温度-组成 (10) 2.2确定操作的回流比R (11) 2.3求操作线方程 (12) 2.4图解法求理论塔板层数 (13) 3 塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算 (14) 3.1操作压力计算 (14) 3.2操作温度计算 (14) 3.3平均摩尔质量计算 (15) 3.4平均密度计算 (15) 3.5液体平均表面张力计算 (18) 3.6液体平均粘度计算 (20) 4 精馏塔的气、液相负荷计算 (22) 4.1精馏段气、液相负荷计算 (22) 4.2提馏段气、液相负荷计算 (22) 5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (23) 5.1塔径的计算 (23) 5.2精馏塔有效高度的计算 (25) 6 塔板主要工艺尺寸的计算 (25) 6.1溢流装置计算 (25) 6.2塔板布置 (27) 7 筛板的流体力学验算 (30) 7.1塔板压降 (30) 7.2液面落差 (32) 7.3液沫夹带 (32) 7.4漏液 (33) 7.5液泛 (33) 8 塔板负荷性能图 (34) 8.1精馏段塔板负荷性能图 (35) 8.2提馏段塔板负荷性能图 (37) 9 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 (41) 10 精馏塔接管尺寸计算 (42) 10.1塔顶进气管 (42) 10.2塔顶回流液管 (43) 10.3进料管 (43) 10.4塔釜出料管 (43) 10.5塔釜进气管 (43) 11 主要辅助设备的选型 (44) 11.1冷凝器的设计 (44) 11.1.1确定设计方案 (44) 11.1.2确定物性数据 (44) 11.1.3计算热负荷 (45) （1）壳程液流量 (45) （2）壳程流体的汽化潜热 (45) （3）热负荷 (46) 11.1.4逆流平均温差 (46) 第一章 1-1 烟道气的组成约为N275%，CO215%，O25%，H2O5%（体积百分数）。试计算常压下400℃时该混 合气体的密度。 解：M m =M i y i=×28+×44+×32+×18= m= pM m/RT=×103××103×673)=0.545kg/m3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为和。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为。 问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少 解：成都p R=95-8=87kPa（真空度） 拉萨p R=62-8=54kPa（真空度） 1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强 降。在某气速下测得R1为400mmHg，R2为90mmHg，R3为40mmH2O，试求上述值。 解：p B=R3H2O g+R2Hg g=×1000×+×13600×=（表） p A=p B+R 1Hg g=+×13600×=（表） p=p A-p B=（表） 1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密 度为0，空气密度为，试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角为30o时，若要忽略贮液器内 的液面高度h的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D/d比值至少应为多少 D α d R 1 R 1 p 2 p h ρ 解：由静力学方程p=R(0-)g=R1sin(0-)g=R1(0-)g/2 (1) 若忽略贮液器内液面高度的变化，则斜管内液位为：R’=R-h 液柱长度：R1’=R1-h/sin=R1-2h p’=R ’(0-)g=R1’(0-)g/2=(R1/2-h)(0-)g 又D2h/4=d2R1’/4 即h=R1(d/D)2/[1+2(d/D)2] 所以p’=R1(0-)g/[2+4(d/D)2] (2) 相对误差为 (p-p’)/p≤ 代入式（1）和（2）： (p-p’)/p=1-1/[1+2(d/D)2]≤ 1.2简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。 解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。 图1-2是环境工程学的学科体系。 1.3去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？ 解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。 上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。 1.4空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？ 解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。 上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。 1.5简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。 解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：①通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;②污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;③通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。 1.6环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类？它们的主要作用原理是什么？ 解：从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为“隔离技术”、“分离技术”和“转化技术”三大类。隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染近一步扩大。分离技术是利用污染物与污染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。转化技术是利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。 1.7《环境工程原理》课程的任务是什么？ 解：该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理处置与管理和资源化工程、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）控制工程、自然资源的合理利用与保护工程、生态修复与构建工程以及其它污染控制工程中涉及到的具有共性的工程学基础、基本过程和现象以及污染控制装置的基本原理，为相关的专业课程打下良好的理论基础。 第二章质量衡算与能量衡算 2.1某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求： （1）在1.013×105Pa、25℃下，用μg/m3表示该浓度； （2）在大气压力为0.83×105Pa和15℃下，O3的物质的量浓度为多少？ 解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等 由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为V1＝V0·P0T1/P1T0＝22.4L×298K/273K＝24.45L 《食工原理课程设计》任务书 （2009级食品专业学生适用） 一、设计题目：（从以下题目中选做一个） 1、果汁蒸发浓缩工艺流程设计 2、果汁预热器设计 3、果汁蒸发器设计 4、浓缩果汁贮罐设计 5、换热器设计 二、设计条件： 1、题1-4的设计条件： 在真空双效顺流蒸发设备中将番茄汁从固形物质量分数4.3％浓缩到28％，进料流量为1.39kg/s ，番茄汁进入预热器的温度为25℃，用水蒸汽将其加热后以沸点进料（即以沸点进入第一效蒸发器）。第一效沸点60℃，加热蒸汽压力为118kPa ；冷凝器真空度为93 kPa 。末效出料中固形物质量分数为28％。第一效采用自然循环，总传热系数为900W/(m 2.K)；第二效采用强制循环，总传热系数为1800W/(m 2.K)。除效间流动温差损失（0.5～1.5K ）外，其它温差损失忽略不计，各效热利用因数为0.98，固形物比热容忽略不计。蒸发浓缩后的番茄汁经过水冷却器冷却到30℃后泵入成品贮罐。 2、题5的设计条件： 某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏/h ，压力为6.9MPa ,循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃ ，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 物性特征： 混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 31/90m kg =ρ，定压比热容 1p c =3.297kj/kg ℃ 热导率 1λ=0.0279w/m ，粘度 Pas 51105.1-?=μ食品工程原理试题
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