食品工程原理下模拟题

2 一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在 的单相扩散体现在

吸收 操作中。

3分子扩散中菲克定律的表达式为 J A 精馏 单元操作中，而 A 组份通过B 组份

dC A

D AB A _________ ，气相中的分子扩散系数D 随

dz

温度升高而 增大 （增大、减小），随压力增加而 减小 （增大、减小）。

4.

吸收操作中，若操作温度升高，其他条件不变，则吸收操作分离能力 减小 。

5 ?对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，

加压和降温

对吸收操作有利,

升温和减压 有利于脱吸操作。 6. Fick 定律表明，分子扩散通量与组分在扩散方向上的浓度梯度成正比，其比例系数叫做

分子扩散系数 。

7. 实现精馏过程的必要条件是 ______________________ 塔顶有回流

和

&某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料， 且保持F , X F , R ,

D 不变，则此时 X D 增加，X W 减少 ，V 不变 ，L/V 不变。

9. 多级逆流萃取操作，减少溶剂用量，完成规定的分离任务所需的理论级数 增大。

10. 物料中除去自由水分外的那部分水分为 自由水分 ，不可用干燥方法除去 11. 液-液萃取操作中，操作温度 升高

，不利于分离的进行。

12. 物料粉碎时所受到的作用力包括 ________ 、 _______ 、和 ______ 三种。 13. 粉碎操作方法包括 _________ 、 _______ 、 _________ 、和 _________ 四种。 14. 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 近似等于液相传质分系数

。

15. 平衡湿含量是区分 可除水份 与不可除水份 的分界点.

16. 恒定干燥条件下，恒速干燥阶段物料的表面温度为 空气湿球温度

。

17. 已知SO 水溶液在三种温度 t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为 E 1=0.0035atm 、E 2=0.011atm 、

B=0.00625atm ，则 t Wt ? .

18.

萃取剂加入量使原料和萃取剂的和点 M 位于 溶解度曲线之下方区 时,萃取操作方

可进行。

19. 某二元理想混合物，其中 A 为易挥发组分。液相组成 XA 为0.4的泡点t1 V 液相组 成yA 为0.4的露点。

1. 开路粉碎与闭路粉碎在工艺流程上有何不同？各有何优缺点？

答：1）开路粉碎操作中，被粉碎物料仅一次进出粉碎机，没有重复的路径；闭路粉碎系统 是由粉碎机和分级器组合而成，

被粉碎物料在粉碎机内部分粉碎后进入分级器进行分离，

已

1在传质理论中有代表性的三个模型分别为

理论

双膜理论 溶质渗透理论、表面更新

达合格粒级的物料先离开系统进入产品收集器，而较大粒级的颗粒则返回到粉碎机给料口，再次进行粉碎。也就是说，在闭路粉碎流程中，被粉碎物料可在粉碎-分级的循环回路中连

续多次地进行粉碎，直至达到合格粒级。

2）开路粉碎的优点：设备单一（没有辅助设备），工艺简单，调节管理方便。缺点：

不能及时地分出合格的细粒级产品，粉碎效率较低，尤其当所用粉碎机不具备自行分级性能

时，产品的粒度分布幅度大，其中既含某些过粉碎的颗粒，也含有粒级过大的颗粒，且动力

费用较大。

闭路粉碎的优点：可及时地分出合格的细粒级物料，原料不在机内长时间停留，可防止过粉碎，并减轻颗粒的团聚，粉碎效率较高，且动力费用较少。缺点：除粉碎机外，必须设置分级机以及联络两机的输送管路等辅助设施，占用场地较大。

2．球磨机、振动磨及搅拌磨在粉碎过程中有哪些异同点？答：球磨机、振动磨及搅拌磨都属于实施研磨介质粉碎的常用设备，都是利用球形或棒形研

磨介质对颗粒状物料施加冲击、研磨、摩擦、剪切等作用达到粉碎目的。

不同的是：球磨机是靠磨机筒体旋转带动研磨介质及物料一起运动，在离心力、摩擦力以及重力的作用下，研磨介质及物料重复出现先被提升到一定高度，再纷纷作抛物线下落的运动状态，物料时而受到介质的磨剥作用，时而受到介质的强烈冲击作用而被粉碎；

振动磨是利用快速振动的筒体强制筒体内的研磨介质及待磨物料作高频振动，使研磨介质及物料之间产生强烈的冲击、摩擦、剪切等作用，从而达到粉碎目的；搅拌磨的主体既不做圆周运动，也不产生剧烈的振动，它主要通过搅拌器以转动的形式将动能传递给研磨介质与物料，使它们作不规则的运动，物料受到研磨介质强烈的研磨、挤压和剪切等作用而达到粉碎目的。

3. J A与N A的区别是什么，在什么情况下两者一致？

答：J A表示由分子扩散方式所传递的A物质的速率，而N A表示某一截面上A物质的净传

质速率，在分子扩散中它包括分子扩散、主体流动造成的总效果。

如果是对流传质情况N A则受分子扩散、涡流扩散等因素影响，由于此时分子扩散传质效果远远小于涡流扩散效果，N A 大小主要取决涡流扩散的传质效果影响。在分子扩散中，无主体流动时，即等摩尔扩散情况下J A=N A，即某一截面上净传质完全由分子扩散决定。

4. 试叙述分子扩散中主体流动产生的原因及其对扩散过程的影响，在什么情况下可不考虑主体流动的影响，为什么?

答：以双组分混合气体通过液膜的吸收为例，其中A为传递组分，B为惰性组分，气相中A

被液体吸收；在气液界面附近的气相中，有组分A向液相溶解，其浓度降低，分压力减小。

因此，在气相主体与气相界面之间产生分压力梯度，界面附近的气相总压力比气相主体的总压力稍微低一点，将有A、B混合气体从主体向界面移动，称为整体移动，由此带来的扩散速率用N 表示，对双组分体系N =N +N ， A 的净传质速率：N =J +N ，比单纯分子扩

M M AM BM A A AM

散N A=J A时高。总压不变，无主体流动时，N A =J A，等摩尔扩散属这种情况。

5. 对于一种液体混合物，根据哪些因素决定是采用蒸馏还是萃取方法进行分离？

答：当原料液中组分的相对挥发度接近于“1”或者形成衡沸混合物，例如芳烃于脂肪烃的分离，用一般蒸馏方法不能实现分离或所需理论板数相当多很不经济，而用萃取的方法较为有利。

溶质组分在混合液中浓度很低且为难挥发组分，采用蒸馏的方法需将大量稀释剂气化，热量消耗很大，则采用萃取的方法较为有利。混合液中有热敏性组分，采用萃取的方法可避免物料受热破坏。

6. 分配系数k A<1，说明所选择的萃取剂不适宜？如何判断用某种溶剂进行萃取分离的难易

与可能性？

答：分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配系数。K 愈好。

A值愈大，萃取分离的效果

分配系数k <1，则k d即说明所选择的萃取剂不适宜

A B>1 ，。

一般情况下，B在萃余相中浓度总是比在萃取相中的高，即x B/ x A>1，所以萃取操作中，

B值均应大于1。3值愈大越有利于组分的分离；若B =1时，则有yB / y A= x B/ x A或k A= k B,萃取相和萃余相在脱溶剂S后溶质将具有相当的组成，并且等于原料液的组成，故无分离能力，说明所选择的溶剂是不适宜的。萃取剂的选择性高，对于一定的分离任务，可减少萃取剂用量降低回收溶剂操作的能量消耗,并且可获得高纯度产品。

1?在一干燥器中干燥某湿物料，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基含水量) ,干燥介质为373K, 101.3kPa 的热空气,其中所含水汽的分压为

1.0kPa,空气在313K及相对湿度70%下离开干燥器。水在313K时的饱和蒸汽压可取为

7.4kPa,试求：水分蒸发量W(kg/s)

干燥器进出口处的空气的湿度H1 和H2 干燥器所需要的湿空气量L'(kg 湿空气/s)

干燥产品量G2

答：(1 )W=Gc(X 1-X2)

G=1000kg/h=0.278kg/s

Gc=0.278(1-0.4)=0.167kg/s

X1=w1/(1-w1)=0.4/(1-0.4)=0.667kg/kg 绝干料X2=w2/(1-w2)=0.05/(1-0.05)=0.053kg/kg 绝干

料

??? W=Gc(X 1-X2)=0.167(0.667-0.053)=0.1025kg/s

(2) H1=0.622p/(P-p)=0.622*1/(101.3-1)=0.0062kg/kg 干空气

H2=0.622 g/(P- $p)= 0.622*0.7*7.4/(101.3-0.7*7.4)

=0.0335kg/kg 干空气

(3) L=W/(H 2-H1)=0.1025/(0.0335-0.0062)=3.76kg 干空气/ s

L'=L/(1+H1)=3.76*(1+0.0062)=3.783 kg 湿空气/ s

(4) G2=G C(1+w2)=0.167*(1+0.05)=0.175kg/s=630kg/h

2. 拟用一连续操作的单效蒸发器,将9000kg/h 的盐溶液由 1.0%浓缩至 1.5%（质量百分数）, 进料温度为40C,蒸发室为常压操作，

常压下水的蒸发潜热为2258.4kJ/kg。加热的饱和水

蒸汽温度为110C，该温度下的蒸发潜热为2205.2kJ/kg。传热系数K=1700W/m2C。试计算:

(1)蒸发水量，(2)浓缩液量，(3)生蒸汽量(4)所需传热面积。由于是稀溶液，假设溶液沸点和水相同，料液比热C p值近拟等于纯水的c p值，C p=4.174kJ/kg C,忽略热损失。

答：蒸发室压力为常压时

蒸发水量浓缩液量传热速率W= F(1 - W0/W1) = 9000(1 - 0.01/0.015) = 3000kg/h

F - W= 9000 - 3000 = 6000kg/h

=FC p(t1 —t o)+ W r

=(9000/3600) 4174(100-40)+3000/3600 1258.4= 2508 kW

生蒸汽量 D = /r = 2508/2205.2 = 1.14kg/s = 4100kg/h

所需传热面积 A = /(K △ t) = 2508 X103心700(110 - 100)) = 147.5m2

3. 用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为

200kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率

为0.5,进料为饱和液体，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热。已知两组

分间的平均相对挥发度为 2.0,精馏段操作线方程为y n 1 0.70x n 0.285，塔底产品中易

挥发组分的摩尔分率为0.05，试求：

(1) 操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率；

(2 )塔顶产品的流量和塔顶产品中易挥发组分的回收率；

(3)精馏段的气相流量、提馏段的液相流量( kmol/h );

(4)提馏段操作线方程；

(5)塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成；

R 0 7 X

答: 1、R

0.70, R=-°i

2.333,

0.285,

R 1 1 0.7

R 1

200 D W

2、

200*0.5 0.95D 0.05W

V (R 1)D (2.333 1)*100 333.3kmol/h 3、

L L qF 2.333*100 200 433.3kmol/h

L Wx w433.3100* 0.05X D 0.95

190 0.95D 0.95W 100 0.95D 0.05W

W 100kmol /h, D 100kmol /h, 0.95* 100

200* 0.5

95%

5、y1 X D0.95, X1

0.95

2 (2 1)* 0.95

0.9048

4、y n 1 X n x 1 .3X n 0.015

V V333.3333.3

y20.7* 0.9048 0.285 0.9183

4?某精馏塔分离A ,B混合液，料液为含A和B各为50%的饱和液体，处理量为100 kmol/h , 塔顶、塔底的产品量各为50 kmol/h，要求塔顶组成X D=0.9(摩尔分率)，取回流比R为5,间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，试求：

(1)塔底产品组成；

(2)塔顶全凝器每小时冷凝蒸汽量；

(3)蒸馏釜每小时产生蒸汽量；

(4)提馏段操作线方程式；

(5)相对挥发度a=3,，求离开第二块板的上升蒸汽的组成。

答：⑴F X F=D X D+W X W, 100 >0.5=50 ?.9+50X W, X W=0.1

(2) V=(R+1)D=(5+1) >0=300 kmol/h

(3) 饱和液体进料，q=1 V'=V-(1-q)F=300-0=300 kmol/h

⑷ L'=L + qF=RD+F=5 >50+100=350 kmol/h

y m+1 '= L'x m7V'-Wx W/V'=350x m'/300-50 0.4/300=1.167x m'-0.0167

(5) a =3,相平衡方程为：y=3x/ ( 1+2X )

X1=y〃( -( -1)y1)=0.9/(3-2 0.9)=0.75 , 代入上式：

y2= R X1/(R+1)+ X D/( R+1)=0.775

5. 在25C下以水(S)为萃取剂从醋酸(A )与氯仿(B)的混合液中提取醋酸。已知原料液流量为1000kg/h，其中醋酸的质量百分率为35%，其余为氯仿。用水量为800kg/h。操作温

度下，E相和R相以质量百分率表示的平均数据列于本例附表中。试求：(1)经单级萃取后

E相和R相的组成及流量；

答：(1)两相的组成和流量根据醋酸在原料液中的质量百分率为35%，在AB边上确定F 点，联结点F、S,按F、S的流量用杠杆定律在FS线上确定和点M。

因为E相和R相的组成均未给出，需借辅助曲线用试差作图法确定通过M点的联结线ER o

由图读得两相的组成为：

E 相Y A=27% , Y B=1.5% , ys=71.5%

R 相X A=7.2% , X B=91.4% , Xs=1.4%

依总物料衡算得：M=F+S =1000+800=1800kg/h 由图量得：RM=45.5mm

EM=73.5mm

求E相的量，即RM

E M

RE

R=M —E=1800-

1114=686kg/h 45 5

1800莎1114kg/h