食品工程原理课后题答案

1序论1.解：从附录查出：1kcal＝1.1622×10-3KW·h=1.1622W·h所以：K=42.99Kcal/（m2·h·℃）＝42.99Kcal/（m2·h·℃）×（1.1622W·h/1kcal）＝50w/（m2·℃）。2.解：从附录查出：1kgf＝9.80665kg·m/s2，所以1000kg/m3＝1000kg/m3×[1kgf/(9.80665kg·m/s2)]=101.9kgf·s2/m4.3.从附录查出：1mmHg=133.32Pa，1℃＝K－273.3。则新旧单位的关系为：P＝P’/133.32;t＝T－273.3。代入原式得：lg（P’/133.32）＝6.421-352/（T－273.3+261）；化简得lgP=8.546－3.52/(T-12.3).4.解：塔顶产品的流量W塔顶＝WDA＋WDB+WDC=1000(0.25+0.25×96%+0.25×4%)=500Kmol/h。所以，其组成为:XDA=0.25×1000/500=0.5；XDB=WDB/D=100×0.25×0.96/500=0.48；XDC=1－XDA－XDB＝1－0.5－0.48＝0.02。塔底产品的流量：W塔底＝W总－W塔顶＝1000－500＝500Kmol/h。所以，塔底组成为：XWB=WWB/W=1000×0.25×4%/500=0.02；XWC=WWC/W=1000×0.25×96%/500=0.48；XWD=1－0.48－0.02＝0.55.解：设混合后总质量为M，油的质量分数为X，则根据体积衡算V总＝V油＋V水得：MX/ρ油+M（1－X）/ρ水＝M/ρ平均，代入数据得：1000×950X+810×950×(1－X)=810×1000所以，X=0.22446.解：根据热量守恒：△HNH3=△HHCL得：MNH3(HNH395℃－HNH330℃)=MHCL(HHCL10℃-HHCL2℃)代入数据得：MHCL＝9735kg/h。第一章流体流动p761.解：真空度＝大气压强－绝对压强所以绝对压强＝大气压强－真空度＝98.7×1000－13.3×1000＝85.4×103Pa。表压强＝绝对压强－大气压强＝85.4×1000-98.7×1000＝-13.3×104Pa。3.设大气压强为P0，由静力学基本方程式得：Pa＝P0＋ρ水gR3＋ρHggR2则A的表压强为：P1＝Pa－P0＝ρ水gR3＋ρHggR2＝103×9.8×50×10-3＋13600×9.8×50×10-3＝7.15×103PaPB=Pa+ρHggR1＝P0＋ρ水gR3＋ρHggR2＋ρHggR1；所以B的表压强P2=P1+ρHggR1=7.15×103Pa+13600×400×10-3=6.05×104Pa4.设下端吹气管出口处的压强为Pa，上端吹气管出口处的压强为Pb，则Pa－Pb＝ρHggR①Pa－Pb＝ρ水g（H－h）＋ρ煤油gh②由①、②联立得：h＝（ρHggR－ρ水gh）/（ρ煤油g－ρ水g）＝0.418m5．解设从左到右各个界面处的压强分别为P0,P4,P3,P2,P1，则P0＝P4－ρ水g（h5－h4）①；P4＝P3＋ρHgg（h3－h4）②；P3＝P2＋ρ水g（h3－h2）③；P2＝P1＋ρHgg（h1－h2）④；联立①、②、③、④可得P0＝3.66×105Pa。由附录知：1Pa＝1.02×10-5kgf/cm2，所以P0=3.66×105Pa×（1.02×10-5kgf/cm2/1Pa）＝3.73kgf/cm2。27.解：1）空气得质量流量Vsρ=uAρ，其中ρ=PM/(RT)=[(196×103+98.7×103)×29×10-3]/[8.314×(273+50)]=3.182kg/m3。2）操作条件下空气的体积流量：Vs=uA=Ws/ρ=1.09/3.182=0.343m3/s。3）标准状况下空气得质量流量与操作条件下空气的质量流量相等。即，Ws0=Ws；即，Vs0ρ=Vsρ→Vs0=Vsρ/ρ0=0.343×3.182/1.293=0.843m3/s。8.①取高位槽截面为1－1’，以排出口内侧作为截面2－2’并以截面2-2’的中心线为基准水平面，列伯努利方程式得：gz1＋p1/ρ+u12/2=gz2+p2/ρ+u22/2+∑hf,1-2，其中：z1＝8m、u1＝0、p1＝0（表压）；z2＝2m、p2＝0（表压）、∑hf,1-2＝6.5u2；解得：7.5u2=g×（Z2-Z1），u2＝2.9m/s；②由u2＝Vs/A可知Vs=u2×（0.25π×d2）=2.9×0.25π×[（108-2×4）/1000]2×3600=82m3/h。10.以储槽的水面作为截面1－1’，以泵的入口作为截面2－2’并以1－1’为基准水平面，列伯努利方程式得：gz1＋p1/ρ+u12/2=gz2+p2/ρ+u22/2+∑hf,1-2，其中：z1＝0、u1＝0、p1＝0（表压）；z2＝1.5m、p2＝-24.66×103Pa（表压）、∑hf,1-2＝2u2；解得：u2＝2.0m/s；以储槽的水面作为截面1－1’，以排出管和喷头连接处为截面3－3’，仍以1－1’为基准水平面，列伯努利方程式得：gz1＋p1/ρ+u12/2+We=gz3+p3/ρ+u22/2+∑hf,1-3，其中：z1＝0、u2＝2.0m/s、p1＝0（表压）；z3＝14m、p3＝98.07×103Pa（表压）、∑hf,1-3＝∑hf,1＋∑hf,2＝12u22＝48J/kg；解得：We＝285.6J/kg。所以：Ne＝We×ωs=We×uAρ=285.6×2.0×3.14×(0.071/2)2×998=2.26Kw。12.⑴解：在A处做截面1－1’，在B处做截面2－2’由A－B以过1－1’截面的中心线做为基准水平面列伯努利方程得：gz1＋p1/ρ+u12/2=gz2+p2/ρ+u22/2+∑hf,1-2①；由B－A列伯努利方程得：gz2+p2/ρ+u22/2+We=gz1＋p1/ρ+u12/2+∑hf,2-1②由①＋②得：We=∑hf,1-2＋∑hf,2-1＝147.15J/kg。所以：Ne＝We×ωs=We×Vsρ盐水。N=Ne/η＝147.1×36×1100/（3600×0.7）＝2.31kw。⑵在gz1＋p1/ρ+u12/2=gz2+p2/ρ+u22/2+∑hf,1-2中，Z1=0,u1＝u2，P1＝245.2×103Pa（表压），Z1=7m，∑hf,1-2＝98.1J/kg。代入得：P2＝6.2×103Pa（表压）。14.解：解：u=Vs/A=(ωs/ρ)/A＝[ωs/（ρA）]⑴；由雷诺准数的计算公式：Re＝duρ/μ⑵；把⑴代入⑵得：Re＝duρ/μ=d[ωs/（ρA）]ρ]/μ=dωs/(Aμ)=1.5×10-3×(10/60)/(πd2×2.5×10-3/4)=5.66×1034000，所以，该流型为湍流。16.解：⑴Re＝duρ/μ＝14×10-3×850/（8×10-3）＝1487.52000，是层流。⑵由ur＝△Pf/4μl×（R2－r2）知平均流速u＝△Pf/（8μl）R2由题意ur＝u得：r＝√2R/2=4.95mm3⑶由u＝△Pf/（8μl）R2得L＝△PfR2/（8μu）＝（147××103－127.5×103）×（7×10-3）2/（8×1×8×10-3）＝14.93m。18.Hf＝λ×L/d×（u2/2），因为是层流流动λ＝64/Re，带入得：Hf=32μlu/d2①，当管径变为原来的0.5倍时，流速u变为原来的4倍，将改变后的管径和流速带入带入①可知因流动阻力产生的能量损失为原来的16倍20.在反应器的液面处取截面1－1’，在管路的出口内侧作截面2－2’并以1－1’为基准水平面，列伯努利方程式得：gz1＋p1/ρ+u12/2+We=gz2+p2/ρ+u22/2+∑hf,1-2，其中：z1＝0、u1＝0、p1＝-26.7×103Pa（表压）；z2＝15m、p2＝0Pa（表压）、ρ=1073kg/m3，带入上式得：26.7×103/1073＋We=15×9.81+u22/2+∑hf,1-2。其中u=Vs/A=Ws/（ρ×A）=1.43m/s；∑hf,1-2=（λ×（l+le）/d＋ξ1＋ξ2）×u2/2①，该式中λ需要查图可知，根据ε/d=0.3/68=0.0044，Re=duρ/μ=0.068×1.43×1073/6.3×10-4=1.657×105,插图1-27得λ=0.0295；①式中由图1-29查得全开闸阀当量长度分别为0.45m、标准弯头的当量长度为2.15m，所以∑le=0.45×2＋2.15×5=11.65m，l=50m，ξ1=4，ξ2=0.5，带入①得∑hf,1-2=32J/kg。所以We=15×9.81+1.432/2+32+26.7×103/1073=205.4J/kg；所以Ne=We×Ws=205.4×2×104/3600=1.14kw，所以N=Ne/η=1.14/0.7=1.628kw24.解：1）以A槽液面做截面1－1’，在B槽液面做截面2－2’，并以截面2－2’做为基准水平面，在两截面范围内列伯努利方程得：gz1＋p1/ρ+u12/2+We=gz2+p2/ρ+u22/2+∑hf,1-2①；其中：z1＝1.5m、u1＝0、p1＝0Pa（表压）；z2＝0、p2＝0Pa（表压）、u2＝0，代入①式得∑hf,1-2=1.5g=1.5×9.81=14.72J/kg。假设流体流动为层流流动，则λ=64/Re=64μ/duρ；因出口损失可以忽略，∑hf,1-2=（λ×（l+le）/d）×u2/2=[64μ/duρ]×[（l+le）/d]×u2/2=14.72①→u=1.21m/s；Re=duρ/μ=0.082×1.21×800/（41×10-3）=19362000，所以假设成立。Vs=ua=1.21×0.25×3.14×0.0822×3600=23m3/h2）当油的流量减少20%，则流速也减少20%，即u=1.21×0.8=0.97m/s，所以，λ=64/Re=64μ/duρ=0.041，将λ代入①式得：l+le=62.5m，故当量长度增加为62.5-50=12.5m。25.1）以管路进口A做截面1－1’，在管路出口B做截面2－2’，并以截面1－1’做为基准水平面，则根据并联管路的流体流动定律可知：∑hf1=∑hf,2，即（λ×（l+le）/d）×u12/2+通过填料塔的能量损失=（λ×（l+le）/d）×u22/2+通过填料塔的能量损失，由图1-29可以知道全开闸阀的当量长度为1.4m，即，0.02×（5+1.4）/2×u12/2+5u12=0.02×（5+1.4）/2×u22/2+4u22，可知5.32u12=4.32u22→u2=1.11u1①；根据Vs=Vs1+Vs2，可得，0.3=（u1+u2）×3.14/4×0.22②；由①②式可得u1=4.53m/s，所以Vs1=u1A=0.142m3/s；Vs2=0.3-0.142=0.158m3/s；42)∑hfA-B=∑hf1=∑hf2=(0.02×6.4/0.2×0.5×4.532+5×4.532)=109.2J/kg。26．以A水槽液面作为截面1－1’，B水槽的液面做为截面2－2’，在泵的出口处做截面4－4’，并以其中心线做为基准水平面，则根据分支管路的流体流动定律可知：gz1＋p1/ρ+u12/2+∑hf1+=gz2＋p2/ρ+u22/2+∑hf,2=gz4＋p4/ρ+u42/2，其中，其中：z1＝16m、u1＝0、p1＝0Pa（表压）；z2＝8m、p2＝9.807×104Pa（表压）、ρ=998kg/m3，z4=0，u4=V/A=2.3m/s，p4=1.93×105,带入上式得：16g+∑hf0-A=∑hf0-B+8g＋9.807×104/998=2.32/2+1.93×105/998，每一项处以g得：16+hf0-A=hf0-B+18=19.94，可得hf0-A=3.9