【考研类试卷】农学硕士联考食品工程原理-1及答案解析.doc

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1、农学硕士联考食品工程原理-1 及答案解析(总分：91.00，做题时间：90 分钟)一、B计算题/B(总题数：7，分数：91.00)有一板框过滤机，其框内尺寸为 1.0m1.0m0.035m，共 25 个滤框。在150kPa 恒定压强差下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：q2=360，式中，q 以 L/m2表示， 以 min 表示。今在实际操作中，仍过滤上述悬浮液。先以 10min 的时间进行恒速过滤，过滤压强自表压为零升至 300kPa。达到此压强后，即维持压强不变而继续过滤40min。滤饼不可压缩，滤饼不洗涤，卸饼、清理及装合等辅助操作时间为28.8min。求：（分数：9.00）(1).

2、每一操作循环可得滤液多少(m 3)?（分数：3.00）_(2).生产能力为多少(m 3/h)?（分数：3.00）_(3).如何才能获得最大生产能力?最大生产能力为多少(m 3/h)?（分数：3.00）_用一板框压滤机过滤某种悬浮液，每获得 1m3滤液得滤饼 0.05m3。在 150kPa 压强差下操作时，过滤常数 K=2.7510-5m2/s，过滤介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。（分数：24.00）(1).若要求过滤 1h 获得 0.6m3的滤饼，求所需的过滤面积；（分数：3.00）_(2).若选用的板框为正方形，其边长为 0.81m，试确定板框数和板框的最小厚度；（分数：3.00）_(3).若

3、操作压强差提高到 300kPa，求用该板框压滤机过滤 1h 所获得的滤液量。（分数：3.00）_(4).用某板框过滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土作助滤剂。在过滤表压 100kPa 下过滤 2h，头 1h得滤液量 8m3。假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计，试问：(1)在第 2 小时内可得多少滤液?(2)过滤 2h 后用 2m3清水(黏度与滤液相近)，在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；(3)若滤液量不变，仅将过滤压差提高 1 倍，问过滤时间为多少?(4)若过滤时间不变，仅将过滤压强提高 1 倍，问滤液量为多少?（分数：3.00）_(5).有一叶滤机，自始至终在某一恒压下过滤

4、某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：(q+10) 2=250(+0.4)。式中 q 以 L/m2表示， 以 min 表示。今在实际操作中，先在 5min 内使压差由零升至上述压差，其间过滤为恒速过滤，以后则维持该压力不变作恒压过滤，全部过滤时间为 20min。试求：(1)每一循环中，每 1m2过滤表面可得多少滤液?(2)过滤后用相当于滤液总量 1/5 的水洗涤滤饼，求洗涤时间(设滤饼不可压缩)。（分数：3.00）_(6).有一转筒真空过滤机，每分钟转 2 周，每小时可得滤液 4m3。若滤布阻力忽略不计，问每小时要获得5m3滤液，转鼓每分钟应转几周?此时转鼓表面的滤饼厚度为原来的几倍?假定所用的真

5、空度不变。（分数：3.00）_(7).用如图所示的方法测定乙醇在 101.3kPa、25下在空气中的扩散系数。开始时乙醇液面距管口高10mm，到乙醇液面下降 5mm 时共用 26500s。假设管口上方空气中乙醇蒸气分压为零，求扩散系数。已知 25乙醇的饱和蒸汽压为 8.0kPa，密度为 780kg/m3。（分数：3.00）_(8).混合气含 CO2体积分数为 10%，其余为空气。在 30、2MPa 下用水吸收，使 CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成 X1=610-4(摩尔比)。混合气体处理量为 2240m3/h(标准状态)，塔径为 1.5m。亨利系数 E=2105kPa，气相体积总传

6、质系数 KGa=0.0139kmol/(m3hkPa)。求每小时用水量及填料层高度。（分数：3.00）_气体混合物中溶质的浓度 Y1=0.02(摩尔比)，入塔液体为纯溶剂，气液平衡关系为 Y*=X。求：（分数：6.00）(1).当液气比 L/V=2.0，溶质的回收率为 99%时的传质单元数 NOG；（分数：3.00）_(2).当液气比 L/V=0.8 时，溶质的回收率最大可达多少?（分数：3.00）_某吸收塔在 101.3kPa，293K 下用清水逆流吸收空气混合物中的 A，操作液气比为 2.1 时，A 的回收率为 95%。已知物系的浓度较低，A 在两相间的平衡关系为Y*=1.18X。吸收过程

7、为气膜控制，总传质系数 KYa 与气体流率的 0.8 次方成正比。（分数：6.00）(1).今气体流率增加 20%，而液体流率及气、液进口组成不变，试求： A 的回收率有何变化? 单位时间内被吸收的 A 量增加多少?（分数：3.00）_(2).若气体流率，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将 A 回收率由原来的 95%提高至98%，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍?（分数：3.00）_由一块理论板与塔釜组成的连续精馏塔中，每小时向塔釜加入甲醇组成为0.3(摩尔分率，下同)的水溶液 100kmol，泡点进料，要求塔顶馏出液中甲醇的浓度为 0.8，塔顶采用全凝器，回流液为饱和液体。已

8、知甲醇对水的相对挥发度为 4.6，操作回流比为最小回流比的 8 倍。求：（分数：9.00）(1).最小回流比；（分数：3.00）_(2).塔底残液组成；（分数：3.00）_(3).每小时获得的塔顶产品量。（分数：3.00）_某混合物在一常压连续精馏塔中进行分离。进料中易挥发组分 A 含量为 0.4(摩尔分率，下同)流量为 100kmol/h，要求塔顶馏出液中含 A 为 0.9，A 的回收率不低于 0.9。泡点进料，取回流比为最小回流比的 1.5 倍，塔釜间接蒸汽加热，且知系统的相对挥发度为 =2.5。试求：（分数：20.00）(1).塔顶产品量 D，塔底产品量 W 及组成 xW；（分数：4.0

9、0）_(2).最小回流比；（分数：4.00）_(3).精馏段和提馏段操作线方程；（分数：4.00）_(4).操作时，若第一块板下降的液体中含 A 为 0.82，求该板的气相默弗里板效率 EMv，1 。（分数：4.00）_(5).某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下： 精馏段：y=0.8x+0.172 提馏段：y=1.3x-0.018 求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。（分数：4.00）_在连续精馏塔中，分离某理想溶液混合物，组成 xF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

10、格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为 98%。若测得塔顶第一层理想塔板的液相组成为 0.79。试求：（分数：17.00）(1).操作回流比是最小回流比的多少倍?（分数：3.40）_(2).若馏出液量为 100kmol/h，则原料液流量为多少?（分数：3.40）_(3).有一分离 A、B 双组分理想溶液的常压精馏塔，如图所示，操作参数如下，进料量 F=157kmol/h，饱和液体进料，料液中含易挥发组分 A 的摩尔分率=0.3(摩尔分率，下同)，塔顶流出液量 40kmol/h，其组成=0.96，回流量=80kmol/h，回流液温度 40。塔顶第一层板上温度 82.5，测得塔内的平均压力=10

11、2.7kPa，已知塔釜的传热面积为 60m2，总传热系数 K=2280kJ/(m2h)，相对挥发度 =2.5。计算此时塔釜间接加热蒸气的温度为多少?附：溶液的汽化潜热为 30400kJ/kmol，平均比热容为 155kg/(kmol)，纯组分 A 的饱和蒸汽压与温度的关系为 （分数：3.40）_(4).欲用活性炭对某糖液进行脱色。首先进行两组脱色实验，实验中每单位糖液中固形物含量与所用活性炭量的比值分别为 0.3、0.6 时，脱色率分别为 66.9%、77.9%，其他实验条件均相同，求 1/n 值为多少?（分数：3.40）_(5).用某吸附剂对糖液进行脱色。要使糖液色度降低 95%，采用一次接

12、触式吸附时，1.2m 3糖液需要吸附剂 24kg。如果采用二级错流接触吸附，每级吸附剂的最小用量应为多少?假定吸附平衡关系符合=kc。（分数：3.40）_农学硕士联考食品工程原理-1 答案解析(总分：91.00，做题时间：90 分钟)一、B计算题/B(总题数：7，分数：91.00)有一板框过滤机，其框内尺寸为 1.0m1.0m0.035m，共 25 个滤框。在150kPa 恒定压强差下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：q2=360，式中，q 以 L/m2表示， 以 min 表示。今在实际操作中，仍过滤上述悬浮液。先以 10min 的时间进行恒速过滤，过滤压强自表压为零升至 300kPa。达

13、到此压强后，即维持压强不变而继续过滤40min。滤饼不可压缩，滤饼不洗涤，卸饼、清理及装合等辅助操作时间为28.8min。求：（分数：9.00）(1).每一操作循环可得滤液多少(m 3)?（分数：3.00）_正确答案：(求 V。过滤机的过滤面积：A=11225=50(m2)恒压段的过滤常数为：K=360(3/1.5)=720(L/m2)2/min恒速段的滤液量：*后恒压段的过滤方程：*所以 q 2-3600=72040*q=180(L/m2)总滤液量为：V=qA=18050=9000(L)=9(m3)解析：(2).生产能力为多少(m 3/h)?（分数：3.00）_正确答案：(求 Q。 *)解析

14、：(3).如何才能获得最大生产能力?最大生产能力为多少(m 3/h)?（分数：3.00）_正确答案：(求 Qmax。当 - R= D=28.8min，可获得最大生产能力。此时q2-3600=72028.8*q=156(L/m2)V=qA=15650=7800(L)=7.8(m3)所以*)解析：用一板框压滤机过滤某种悬浮液，每获得 1m3滤液得滤饼 0.05m3。在 150kPa 压强差下操作时，过滤常数 K=2.7510-5m2/s，过滤介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。（分数：24.00）(1).若要求过滤 1h 获得 0.6m3的滤饼，求所需的过滤面积；（分数：3.00）_正确答案：(求过滤面

15、积。过滤介质阻力可忽略的恒压过滤方程为V2=KA2其中，V=0.6/0.05=12m3，K=2.7510 -5m2/s所以 12 2=2.7510-53600A2A=38.1(m2)解析：(2).若选用的板框为正方形，其边长为 0.81m，试确定板框数和板框的最小厚度；（分数：3.00）_正确答案：(求框数 n 和框厚 。 *)解析：(3).若操作压强差提高到 300kPa，求用该板框压滤机过滤 1h 所获得的滤液量。（分数：3.00）_正确答案：(求情况变化后的 V。 *)解析：(4).用某板框过滤机过滤葡萄糖溶液，加入少量硅藻土作助滤剂。在过滤表压 100kPa 下过滤 2h，头 1h得滤

16、液量 8m3。假设硅藻土是不可压缩的，且忽略介质阻力不计，试问：(1)在第 2 小时内可得多少滤液?(2)过滤 2h 后用 2m3清水(黏度与滤液相近)，在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；(3)若滤液量不变，仅将过滤压差提高 1 倍，问过滤时间为多少?(4)若过滤时间不变，仅将过滤压强提高 1 倍，问滤液量为多少?（分数：3.00）_正确答案：(忽略介质阻力，V e= e=0(1)求在第 2 小时内可得的滤液量。由恒压过滤方程V2=KA2 (1)可得*，即* 所以 V2=11.31(m3)所以 V=V 2-V1=11.31-8=3.31(m3)(2)求洗涤时间。板框过滤机的洗涤：*

17、(2)其中 KA 2=V2/=8 2/1=64代入式(2)得：*(3)求条件改变后的过滤时间。因为滤饼为不可压缩，所以 s=0当 V 不变时，由式(1)可得：K1 1=K2 2*所以 *(4)求压强差提高 1 倍后的滤液量。过滤时间 不变时，有*所以 *)解析：(5).有一叶滤机，自始至终在某一恒压下过滤某种悬浮液时，得出如下过滤方程式：(q+10) 2=250(+0.4)。式中 q 以 L/m2表示， 以 min 表示。今在实际操作中，先在 5min 内使压差由零升至上述压差，其间过滤为恒速过滤，以后则维持该压力不变作恒压过滤，全部过滤时间为 20min。试求：(1)每一循环中，每 1m2过

18、滤表面可得多少滤液?(2)过滤后用相当于滤液总量 1/5 的水洗涤滤饼，求洗涤时间(设滤饼不可压缩)。（分数：3.00）_正确答案：(求过滤 20min 的滤液量。由已知的恒压方程：(q+10) 2=250(+0.4)可得：q e=10L/m2， e=0.4min，K=250L 2/(m4min)先恒速的过滤方程为：*即 *当 =5min 时 *解得：q R=20.5(L/m2)先恒速后恒压的过滤方程：*即 (q 2-20.52)+2(q-20.5)10=250(20-5)解得：q R=58.4(L/m2)(2)求洗涤时间。叶滤机的洗涤：*所以*)解析：(6).有一转筒真空过滤机，每分钟转 2

19、 周，每小时可得滤液 4m3。若滤布阻力忽略不计，问每小时要获得5m3滤液，转鼓每分钟应转几周?此时转鼓表面的滤饼厚度为原来的几倍?假定所用的真空度不变。（分数：3.00）_正确答案：(滤布阻力忽略不计时，生产能力： * (1) 由式(1)可得： * 所以* 转鼓每转 1 周得到的滤液体积为： * 滤饼厚度* 所以*)解析：(7).用如图所示的方法测定乙醇在 101.3kPa、25下在空气中的扩散系数。开始时乙醇液面距管口高10mm，到乙醇液面下降 5mm 时共用 26500s。假设管口上方空气中乙醇蒸气分压为零，求扩散系数。已知 25乙醇的饱和蒸汽压为 8.0kPa，密度为 780kg/m3

20、。（分数：3.00）_正确答案：(设在扩散的任意时刻 ，液面离杯口的距离(扩散距离)为 z，取 d 时间间隔对物料作衡算，并结合扩散的规律解决之。单向扩散，有：* (1)在 d 时间内，液面高度降低 dz，对乙醇作衡算：NAd=dz/M A或 * (2)将式(1)代入式(2)，积分可得：* (3)式中：T=273+25=298K；P B2=101.3-0=101.3kPa；p B1=101.3-8.0=93.3kPa；z1=0.01m，z 2=0.015m；=780kg/m 3，M A=46kg/kmol；代入式(3)，得：D=1.1910-5(m2/s)解析：(8).混合气含 CO2体积分数

21、为 10%，其余为空气。在 30、2MPa 下用水吸收，使 CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成 X1=610-4(摩尔比)。混合气体处理量为 2240m3/h(标准状态)，塔径为 1.5m。亨利系数 E=2105kPa，气相体积总传质系数 KGa=0.0139kmol/(m3hkPa)。求每小时用水量及填料层高度。（分数：3.00）_正确答案：(先求用水量。物料衡算关系：V(Y1-Y2)=L(X1-X2)其中：*KYa=pTKGa=20000.0139=27.78kmol/(m3h)=(/4)d 2=0.78541.52=1.766(m2)*所以 z=H OGNOG=1.835.35

22、=9.80(m)解析：气体混合物中溶质的浓度 Y1=0.02(摩尔比)，入塔液体为纯溶剂，气液平衡关系为 Y*=X。求：（分数：6.00）(1).当液气比 L/V=2.0，溶质的回收率为 99%时的传质单元数 NOG；（分数：3.00）_正确答案：(求 NOG。* (1)其中*代入式(1)，可得：*)解析：(2).当液气比 L/V=0.8 时，溶质的回收率最大可达多少?（分数：3.00）_正确答案：(*，求 A，max 。*方法 1：公式法*Z，则 NOG(因为 HOG为有限值)所以*即*所以 A，max 0.8即溶质的回收率最大可达 0.8。方法 2：直接求解* (2)何时 Y2最小呢?参见

23、下图，显然，当操作线与 Y1的交点位于平衡线上时，Y 2最小，而 X1最大。而*溶质的衡算：L(X 1，max -0)=V(Y1-Y2，min )所以 *代入式(2)，得：*)解析：某吸收塔在 101.3kPa，293K 下用清水逆流吸收空气混合物中的 A，操作液气比为 2.1 时，A 的回收率为 95%。已知物系的浓度较低，A 在两相间的平衡关系为Y*=1.18X。吸收过程为气膜控制，总传质系数 KYa 与气体流率的 0.8 次方成正比。（分数：6.00）(1).今气体流率增加 20%，而液体流率及气、液进口组成不变，试求： A 的回收率有何变化? 单位时间内被吸收的 A 量增加多少?（分数

24、：3.00）_正确答案：(原操作条件下的传质单元数 NOG：* (1)其中：1/A=mV/L=1.18/2.1=0.562，X 2=0，*代入式(1)得：*气体流量增加 20%时的操作效果V=1.2VKYa=CV0.8*所以*代入式(1)得：*解得：=92.4%G A=GA-GA=V(Y1-Y2)-V(Y1-Y2)=VY1-VY 1=Y 1(V-V)*)解析：(2).若气体流率，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将 A 回收率由原来的 95%提高至98%，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍?（分数：3.00）_正确答案：(当吸收率由 95%提高至 98%，由于气体流率没变，因此对于

25、气膜控制的吸收过程 HOG不变，塔高 z 不变，故 NOG仍为 5.10，即*用试差法求解上式得：(1/A)“=0.301由 (1/A)“=(mV/L)“=0.301得：*所以*即吸收剂用量应提高到原来用量的 1.87 倍。)解析：由一块理论板与塔釜组成的连续精馏塔中，每小时向塔釜加入甲醇组成为0.3(摩尔分率，下同)的水溶液 100kmol，泡点进料，要求塔顶馏出液中甲醇的浓度为 0.8，塔顶采用全凝器，回流液为饱和液体。已知甲醇对水的相对挥发度为 4.6，操作回流比为最小回流比的 8 倍。求：（分数：9.00）(1).最小回流比；（分数：3.00）_正确答案：(最小回流比。因系泡点进料，故

26、 q=1，则Xq=xF=0.3将其代入气液平衡方程* (1)得：y q=0.663*)解析：(2).塔底残液组成；（分数：3.00）_正确答案：(塔底残液组成。R=8Rmin=80.3773.0精馏段操作线方程为*即 y n+1=0.75xn+0.20 (2)将 y1=xD=0.8 代入式(1)，得：x1=0.465将其代入式(2)，得：y2=yw=0.550再将其代入式(1)，可得：x2=xw=0.210)解析：(3).每小时获得的塔顶产品量。（分数：3.00）_正确答案：(每小时获得的塔顶产品量。 全塔总物料衡算： 100=D+W (3) 甲醇的物料衡算： 1000.3=0.8D+0.21

27、W (4) (3)、(4)两式联立，可解得： D=15.3(kmol/h)，W=84.7(kmol/h)解析：某混合物在一常压连续精馏塔中进行分离。进料中易挥发组分 A 含量为 0.4(摩尔分率，下同)流量为 100kmol/h，要求塔顶馏出液中含 A 为 0.9，A 的回收率不低于 0.9。泡点进料，取回流比为最小回流比的 1.5 倍，塔釜间接蒸汽加热，且知系统的相对挥发度为 =2.5。试求：（分数：20.00）(1).塔顶产品量 D，塔底产品量 W 及组成 xW；（分数：4.00）_正确答案：(求 D，W，x W。由*得：*所以 D=40(kmol/h)W=F-D=100-40=60(km

28、ol/h)*)解析：(2).最小回流比；（分数：4.00）_正确答案：(求 Rmin。*其中，x D=0.9，泡点进料，q=1，则 xq=xF=0.4，*所以 *R=1.5Rmin=1.51.222=1.833)解析：(3).精馏段和提馏段操作线方程；（分数：4.00）_正确答案：(操作线方程。 精馏段操作线方程 * 提馏段操作线方程 * 其中： L=L+qF=RD+qF=1.83340+1100=173.3(kmol/h) 所以*)解析：(4).操作时，若第一块板下降的液体中含 A 为 0.82，求该板的气相默弗里板效率 EMv，1 。（分数：4.00）_正确答案：(求 EMV，1 。*其中

29、，y 1=xD=0.9y2=0.6470x1+0.3177=0.6470.82+0.3177=0.8482*所以 *)解析：(5).某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下： 精馏段：y=0.8x+0.172 提馏段：y=1.3x-0.018 求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。（分数：4.00）_正确答案：(泡点进料，q=1。(1)求回流比 R。由*求取其他值有不同方法。方法 1 结合 xy 图的作图法：*进料组成 xF。两操作线交点的横坐标即是：y=0.8xF+0.172；y=1.3x F-0.018两式联立，解得：x F=0.38。馏出液的组成 xD。精馏段操作线方程与对角线方程联立：

30、y=0.8xD+0.172；y=x D两式联立，解得：x D=0.86釜液的组成 xW。提馏段操作线方程与对角线方程联立：y=0.8xW+0.172；y=x W两式联立，解得：x W=0.06方法 2 由方程直接求解。求 xD。由 *(2)求 xW。由*(3)求 xF。由* (1)由* (2)因为 L=L+qF=RD+qF=4D+F=4D+(D+W)=5D+W=13W/3所以 *将其代入式(1)，得：*所以 *将其代入式(2)，得：xF=0.40.86+0.60.06=0.38)解析：在连续精馏塔中，分离某理想溶液混合物，组成 xF为 0.5(摩尔分数，下同)，原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用

31、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%。若测得塔顶第一层理想塔板的液相组成为 0.79。试求：（分数：17.00）(1).操作回流比是最小回流比的多少倍?（分数：3.40）_正确答案：(求 R/Rmin。因为分凝器相当于一块理论板，故可应用气液平衡方程：*所以*对于塔内第一层理论板，可应用气液平衡方程求气相组成。*求回流比。方法一：物料衡算法。对如图所示的虚线框做总物料和易挥发组分的衡算，有V=L+DVy1=LxR+DxD*所以 *方法二：直接用精馏段操作线方程。*所以*所以 R=1.593泡

32、点进料，q=1，则 xq=xF=0.5所以*R/Rmin=1.593/1.032=1.54)解析：(2).若馏出液量为 100kmol/h，则原料液流量为多少?（分数：3.40）_正确答案：(求 D。 由*，得： *)解析：(3).有一分离 A、B 双组分理想溶液的常压精馏塔，如图所示，操作参数如下，进料量 F=157kmol/h，饱和液体进料，料液中含易挥发组分 A 的摩尔分率=0.3(摩尔分率，下同)，塔顶流出液量 40kmol/h，其组成=0.96，回流量=80kmol/h，回流液温度 40。塔顶第一层板上温度 82.5，测得塔内的平均压力=102.7kPa，已知塔釜的传热面积为 60m2，总传热系数 K=2280kJ/(m2h)，相对挥发度 =2.5。计算此时塔釜间接加热蒸气的温度为多少?附：溶液的汽化潜热为 30400kJ/kmol，平均比热容为 155kg/(kmol)，纯组分 A 的饱和蒸汽压与温度的关系为 （分数：3.40）_正确答案：(因塔底再沸器内为恒温差传热(一侧为水蒸气冷凝，一侧为溶液沸腾)，因此传热速率方程为：QB=KS(Ts-tbW)所以 * (1)由上式可以看出，要求出 Ts，必先求出 QB和 tbw。因此，求出这两个值