【考研类试卷】农学硕士联考食品工程原理-2及答案解析.doc

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1、农学硕士联考食品工程原理-2 及答案解析(总分：96.01，做题时间：90 分钟)一、B计算题/B(总题数：9，分数：96.00)棕榈仁含油 50%。对 1t 的原料使用 1t 的己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：（分数：4.00）(1).为了使油的浓度减少到 1%(干基)，必需的理论级数是多少?（分数：2.00）_(2).其他条件不变，若 1t 棕榈仁使用 2t 溶剂，则需理论级多少?（分数：2.00）_含 NaCl 为 10000mg/L 的苦咸水在压力 6.0MPa 下进行反渗透试验，采用有效面积 10cm2的醋酸纤维素膜。在水温 25时，水流量

2、为 0.01mL/s，其溶质浓度为400mg/L。设浓差极化很低，求：（分数：6.00）(1).脱盐率；（分数：2.00）_(2).水的渗透系数 A；（分数：2.00）_(3).溶质的渗透系数 B。（分数：2.00）_0MPa 压差和 25下，有效面积 5cm2的醋酸纤维素膜的纯水透过流量为0.1kg/h，对 NaCl 水溶液反渗透，料液摩尔分数为 910-3，溶液透过总量为0.07kg/h，测得透过液中 NaCl 的摩尔分数为 110-3，水溶液的密度近似于纯水。NaCl 水溶液的渗透压可表示为 =Bx s，B=255MPa。求：（分数：6.00）(1).水的渗透系数 A；（分数：2.00）

3、_(2).料液侧膜表面 NaCl 的摩尔分数；（分数：2.00）_(3).溶质的渗透系数 B。（分数：2.00）_在一传热面积为 85m2的单效真空蒸发器中，将 5000kg/h 的某种水溶液从 10%浓缩到 40%。蒸发器的操作压强为 20kPa，加热蒸汽为 100kPa，进料温度为 25，比热容为 3.90kJ/(kg)。蒸发器的总传热系数为 1100W/(m2)，温差损失为 10。求：附：20kPa 和 100kPa 下水的饱和温度分别为 60.1和 99.6，汽化潜热分别为 2355kJ/kg 和 2260kJ/kg。（分数：8.01）(1).热损失占总传热量的百分数(即 QL/Q)；

4、（分数：2.67）_(2).加热蒸汽消耗量；（分数：2.67）_(3).浓缩液的流量。（分数：2.67）_用一常压、连续操作的单效蒸发器蒸发 5%(质量)的水溶液，加料量为5000kg/h，进料温度为 30，被浓缩到 10%(质量)。传热面积为 100m2，用120的饱和水蒸气加热。料液的比热为 4.0kJ/(kg)，温差损失为 10，热损失可忽略。求：附：常压下水的汽化潜热为 2258kJ/kg。（分数：6.00）(1).水的蒸发量和浓缩液的量；（分数：3.00）_(2).蒸发器的传热系数。（分数：3.00）_在单效蒸发器中浓缩苹果汁。已知原料液温度 43.3，浓度 11%，比热3.9kJ/

5、kg，进料流量 0.67kg/s。蒸发室沸点 60.1，浓缩液浓度 75%。加热蒸汽压强为 200kPa(表压)，加热室传热系数为 943W/m2。求：假设可以忽略温度差损失和热损失，当地大气压按 100kPa 计。附：饱和水蒸气表 焓/(kJ/kg)压强/kPa 温度/液体 蒸汽汽化热/(kJ/kg)9.020.020030043.360.1120.2133.3181.6251.51493.71560.382574.82606.42709.22728.52393.62354.92204.62168.1（分数：9.00）(1).蒸发水量；（分数：3.00）_(2).加热蒸汽消耗量；（分数：3.

6、00）_(3).传热面积。（分数：3.00）_在单效真空蒸发器内，每小时将 1500kg 牛奶从质量分数 15%浓缩到 50%。已知进料的平均比热容为 3.90kJ/(kgK)，温度为 80，加热蒸汽表压 105Pa，出料温度为 60，蒸发器传热系数为 1160W/(m2K)，热损失可取为 5%，温差损失可忽略。附水蒸气数据：210 5Pa 时的温度为 120%，汽化潜热为 2205.2kJ/kg；60时二次蒸汽的汽化潜热为 2355.1kJ/kg。试求：（分数：18.00）(1).蒸发水量和成品量；（分数：3.00）_(2).加热蒸汽消耗量；（分数：3.00）_(3).蒸发器传热面积。（分数

7、：3.00）_(4).在某次试验研究中，桃浆以 65kg/h 的流量进入连续真空蒸发器进行浓缩。进料温度为 16，固形物含量为 10.9%。产品排出温度为 40，固形物含量为 40%。采用 121蒸汽加热，二次蒸汽在间壁式冷凝器中冷凝，离开冷凝器的冷凝水温度为 38。试求： (1)产品和冷凝水的流量； (2)加热蒸汽消耗量(热损失不计)； (3)若冷却水进冷凝器时温度为 21，离开时为 29.5，求其流量。 附：桃浆进料比热容可取为 3.9kJ/(kgK)，冷却水比热容取为 4.187kJ/(kgK)。温度为 121时蒸汽的汽化潜热为2202.5kJ/kg，38温度时的汽化潜热为 2405.6

8、kg/kg。（分数：3.00）_(5).临时需要将 850kg/h 的某种水溶液从 15%连续浓缩到 35%。现有一传热面积为 10m2的小型蒸发器可供使用。原料液在沸点下加入蒸发器，估计在操作条件下溶液的各种温度差损失为 18。蒸发室的真空度为 80kPa。假设蒸发器的总传热系数为 1000W/(m2K)，热损失可以忽略。试求加热蒸汽压强。当地大气压为 100kPa。附：绝压 20kPa 时，水的饱和温度为 60.1，汽化潜热为 r=2354kJ/kg。（分数：3.00）_(6).对某糖类真空蒸发器的传热系数进行实际测定。蒸发器内料液质量分数为 50%，加热蒸汽的压强为2105Pa，分离室内

9、真空度为 80kPa，大气压强可取为 101330Pa。沸点进料，经 3h 试验后得蒸发的水分量为 2.7104kg。已知蒸发器传热面积为 100m2。已测得温差损失为 14.6，假定热损失为总传热量的 2%，试求传热系数。附：21.33kPa 下水的饱和温度为 61，汽化潜热为 2352.1kJ/kg；压强为 2105Pa，饱和温度为 120.2。（分数：3.00）_用温度为 20、湿度为 0.005kg/kg 绝干气的新鲜空气，在常压绝热干燥器内将湿物料自含水分 50%干燥至 5%(均为湿基)。湿物料处理量为 1500kg/h，空气在预热器内被加热到 95后送入干燥器，预热器的热损失可忽略

10、，空气出干燥器的温度为 40。（分数：30.00）(1).在湿焓图上绘出空气状态变化过程示意图；（分数：3.00）_(2).求预热器的耗热量；（分数：3.00）_(3).求新鲜湿空气的体积流量。（分数：3.00）_(4).在常压理论干燥器中，从湿物料中去除水分的速率为 0.0278kg 水/s。进入预热器的湿空气温度为288K，湿度为 8.4910-3kg/kg 绝干气，离开干燥器的湿空气温度为 317K，湿度为 0.0292kg/kg 绝干气。求：(1)干空气的流率和预热器所提供的热量；(2)预热器出口空气的温度。（分数：3.00）_(5).温度为 20，湿度为 0.01kg/kg 绝干气的

11、湿空气，在预热器内被加热到 85后进入干燥器，干燥器中没有补充热量。空气离开干燥器时的温度为 35，估计每蒸发 1kg 水干燥器净收入的热量为-1591kJ。新鲜湿空气的流率为 2.78kg/s，求水分汽化速率。（分数：3.00）_(6).某干燥过程由于工艺要求，采用部分废气循环，即废气返回一部分与新鲜空气混合后再进入预热器。新鲜空气的温度为 18，湿度为 0.006kg/kg 绝干气；离开干燥器时的温度为 58，湿度为 0.0575kg/kg绝干气。要求混合气体(循环的废气+新鲜空气)的湿度为 0.045kg/kg 绝干气，设干燥器为理论干燥器。求：(1)蒸发 1kg 水分所需的新鲜空气量和

12、热量； (2)混合气体离开预热器的温度； (3)废气循环量。（分数：3.00）_(7).在一常压连续干燥器中，湿物料处理量为 0.8kg/s，物料含水量由湿基 5%干燥至 1%。空气初始温度为 20、湿含量为 0.05kg/kg 干空气，空气离开干燥器时的温度为 55。为了保证干燥产品的质量，要求进入干燥器的空气温度不得高于 90。试求以下两种情况下所需的空气量(kg 干空气/s)和热耗量(kW)及干燥器的热效率，设干燥过程为理想过程。(1)将新鲜空气预热到 90进入干燥器中进行干燥；(2)采用废气循环，循环气中干空气量为干燥器出口废气中干空气量的 2/3，混合气温度为 90，进入干燥器干燥。

13、（分数：3.00）_(8).某乳品厂用喷雾干燥设备生产奶粉，每小时处理湿基含水量 50%的牛奶 100kg，干燥后奶粉的湿基含水量为 2%。空气初始状态为 25，湿度为 0.016kg/kg 绝干气，预热至 150后进入喷雾塔。排出的废气温度为 86.5，设牛奶进入干燥室的温度为 50，对外界的热损失为 209kJ/kg 水分，牛奶进出喷雾塔所带入的热量为 146kJ/kg 水分，求所需空气的体积流量。（分数：3.00）_(9).对某种物料进行间歇式干燥实验，已知空气平行吹过物料表面，干燥总面积为 55m2，每个周期的生产能力为 1000kg 干物质，开始时的干燥速率为 3.0610-4kg

14、水/(m 2s)，试估算将此物料从含水量0.15kg/kg 干物质干燥至 0.005kg/kg 干物质所需要的时间。该物料的临界含水量为 0.125kg/kg 干物质，平衡含水量近似为零。降速干燥阶段的曲线为直线。如果将空气速度由 1m/s 提高到 3m/s，干燥时间又为多少?（分数：3.00）_(10).在逆流绝热干燥器中，采用热空气干燥某种湿物料，过程中物料干基湿含量由 0.9kg/kg 绝干料降到0.1kg/kg 绝干料。热空气进干燥器的温度为 50，湿球温度为 21，离开时温度为 27，湿度为0.0133kg/kg 绝干气。由间歇干燥实验得物料在第一、二干燥阶段的干燥速率分别为：第一阶

15、段：第二阶段： （分数：3.00）_将某湿物料 140kg 在恒定干燥条件下进行间歇干燥，经过 9h 的干燥使其干基含水量由 0.40 降至 0.07。已知物料的临界含水量为 0.25，平衡含水量为 0.01。降速阶段中干燥速率线为直线。求：（分数：9.00）(1).在相同的操作条件下，将该物料由 0.40 降至 0.04 所需的时间；（分数：3.00）_(2).恒速阶段除去的水分量；（分数：3.00）_(3).干燥进行到 2h 时的干燥速度与干燥进行到 6h 时的干燥速度之比。（分数：3.00）_农学硕士联考食品工程原理-2 答案解析(总分：96.01，做题时间：90 分钟)一、B计算题/B

16、(总题数：9，分数：96.00)棕榈仁含油 50%。对 1t 的原料使用 1t 的己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：（分数：4.00）(1).为了使油的浓度减少到 1%(干基)，必需的理论级数是多少?（分数：2.00）_正确答案：(物料中总油量(溶质)：A=10000.5=500(kg) 惰性固体量：B=10000.5=500(kg) 溶剂量：S=V=1000(kg) 因为 * 所以底流量 L=500(kg) 全系统物料衡算： F+S=E+B+L E=F+S-B-L=1000+1000-500-500 =1000(kg) 所以 * 由题意 R=0.01

17、 则 * 解之，得 N=5.66)解析：(2).其他条件不变，若 1t 棕榈仁使用 2t 溶剂，则需理论级多少?（分数：2.00）_正确答案：(溶剂量加倍，其他不变 S=2000(kg) 因为*所以底流量 L=500(kg) E=F+S-B-L=1000+2000-500-500 =2000(kg) 所以* * 由题意 R=0.01 则 * 解之，得 N=3.12)解析：含 NaCl 为 10000mg/L 的苦咸水在压力 6.0MPa 下进行反渗透试验，采用有效面积 10cm2的醋酸纤维素膜。在水温 25时，水流量为 0.01mL/s，其溶质浓度为400mg/L。设浓差极化很低，求：（分数：

18、6.00）(1).脱盐率；（分数：2.00）_正确答案：(脱盐率。设盐溶液的密度与纯水的密度相同，均为 1000kg/m3。先转换成摩尔浓度：*)解析：(2).水的渗透系数 A；（分数：2.00）_正确答案：(水的渗透系数 A。由渗透压计算式，得： b=RTc si=8.31429820.1709=847(kPa)=0.847(MPa) p=RTc si=8.31429820.00684=33.9(kPa)=0.0339(MPa)=0.847-0.0339=0.813(MPa)*)解析：(3).溶质的渗透系数 B。（分数：2.00）_正确答案：(溶质的渗透系数 B。 *)解析：0MPa 压差和

19、 25下，有效面积 5cm2的醋酸纤维素膜的纯水透过流量为0.1kg/h，对 NaCl 水溶液反渗透，料液摩尔分数为 910-3，溶液透过总量为0.07kg/h，测得透过液中 NaCl 的摩尔分数为 110-3，水溶液的密度近似于纯水。NaCl 水溶液的渗透压可表示为 =Bx s，B=255MPa。求：（分数：6.00）(1).水的渗透系数 A；（分数：2.00）_正确答案：(水的渗透系数 A。 对于纯水试验，=0 *)解析：(2).料液侧膜表面 NaCl 的摩尔分数；（分数：2.00）_正确答案：(料液侧膜表面 NaCl 的摩尔分数。先计算透过液的渗透压：=Bx s=255110-3=0.2

20、55(MPa)因为溶液很稀，*，故有：*所以*透过液中溶质盐的流量为：Qs=Qpcp=0.0710-30.055658.5=2.27710-4(kg/h)Qw=Qp-Qs=0.07-2.27710-4=0.06977(kg/h)*代入数据：*解得： SM=3.286(MPa)将其代入 =255x s中，解得：xs=xSM=0.0129)解析：(3).溶质的渗透系数 B。（分数：2.00）_正确答案：(溶质的渗透系数 B。 *)解析：在一传热面积为 85m2的单效真空蒸发器中，将 5000kg/h 的某种水溶液从 10%浓缩到 40%。蒸发器的操作压强为 20kPa，加热蒸汽为 100kPa，进

21、料温度为 25，比热容为 3.90kJ/(kg)。蒸发器的总传热系数为 1100W/(m2)，温差损失为 10。求：附：20kPa 和 100kPa 下水的饱和温度分别为 60.1和 99.6，汽化潜热分别为 2355kJ/kg 和 2260kJ/kg。（分数：8.01）(1).热损失占总传热量的百分数(即 QL/Q)；（分数：2.67）_正确答案：(求 QL/Q。溶液的沸点为：t1=T1+=60.1+10=70.1()水分蒸发量为：F=5000/3600=1.389(kg/s)*Q=KST=110085(99.6-70.1)=2.75810 6(W)又由热量衡算，得：Q=Wr+Fcp0(t1

22、-t0)+QL=1.0422355103+1.3893.90103(70.1-25)+QL=2.698106+QL(W)所以 Q L=2.758106-2.698106=6.00104(W)*)解析：(2).加热蒸汽消耗量；（分数：2.67）_正确答案：(求蒸汽消耗量 D。D=Q/r=2.758106/(2260103)=1.22(kg/s)解析：(3).浓缩液的流量。（分数：2.67）_正确答案：(求浓缩液流量(F-W)。 F-W=1.389-1.042=0.347(kg/s)解析：用一常压、连续操作的单效蒸发器蒸发 5%(质量)的水溶液，加料量为5000kg/h，进料温度为 30，被浓缩到

23、 10%(质量)。传热面积为 100m2，用120的饱和水蒸气加热。料液的比热为 4.0kJ/(kg)，温差损失为 10，热损失可忽略。求：附：常压下水的汽化潜热为 2258kJ/kg。（分数：6.00）(1).水的蒸发量和浓缩液的量；（分数：3.00）_正确答案：(求 W，(F-W)。F=5000/3600=1.389(kg/s)W=F(1-x0/x1)=1.389(1-5/10)=0.6945(kg/s)所以 F-W=1.389-0.6945=0.6944(kg/s)解析：(2).蒸发器的传热系数。（分数：3.00）_正确答案：(求 K。* (1)其中 t1=+T 1=10+100=110

24、()Q=Wr+Fcp0(t1-t0)=(0.69452258+1.3894(110-30)103=2.013106(W)代入式(1)，得：*)解析：在单效蒸发器中浓缩苹果汁。已知原料液温度 43.3，浓度 11%，比热3.9kJ/kg，进料流量 0.67kg/s。蒸发室沸点 60.1，浓缩液浓度 75%。加热蒸汽压强为 200kPa(表压)，加热室传热系数为 943W/m2。求：假设可以忽略温度差损失和热损失，当地大气压按 100kPa 计。附：饱和水蒸气表 焓/(kJ/kg)压强/kPa 温度/液体 蒸汽汽化热/(kJ/kg)9.020.020030043.360.1120.2133.318

25、1.6251.51493.71560.382574.82606.42709.22728.52393.62354.92204.62168.1（分数：9.00）(1).蒸发水量；（分数：3.00）_正确答案：(求 W。W=F(1-x0/x1)=0.67(1-11/75)=0.572(kg/s)解析：(2).加热蒸汽消耗量；（分数：3.00）_正确答案：(求 D。Q=Wr+Fcp0(t1-t0)=0.5722354.9+0.673.9(60.1-43.3)=1.391103(kJ/s)*)解析：(3).传热面积。（分数：3.00）_正确答案：(求 S。 *)解析：在单效真空蒸发器内，每小时将 150

26、0kg 牛奶从质量分数 15%浓缩到 50%。已知进料的平均比热容为 3.90kJ/(kgK)，温度为 80，加热蒸汽表压 105Pa，出料温度为 60，蒸发器传热系数为 1160W/(m2K)，热损失可取为 5%，温差损失可忽略。附水蒸气数据：210 5Pa 时的温度为 120%，汽化潜热为 2205.2kJ/kg；60时二次蒸汽的汽化潜热为 2355.1kJ/kg。试求：（分数：18.00）(1).蒸发水量和成品量；（分数：3.00）_正确答案：(蒸发水量和成品量。 蒸发水量： * 成品量： *)解析：(2).加热蒸汽消耗量；（分数：3.00）_正确答案：(加热蒸汽消耗量。 *)解析：(3

27、).蒸发器传热面积。（分数：3.00）_正确答案：(蒸发器传热面积。 *)解析：(4).在某次试验研究中，桃浆以 65kg/h 的流量进入连续真空蒸发器进行浓缩。进料温度为 16，固形物含量为 10.9%。产品排出温度为 40，固形物含量为 40%。采用 121蒸汽加热，二次蒸汽在间壁式冷凝器中冷凝，离开冷凝器的冷凝水温度为 38。试求： (1)产品和冷凝水的流量； (2)加热蒸汽消耗量(热损失不计)； (3)若冷却水进冷凝器时温度为 21，离开时为 29.5，求其流量。 附：桃浆进料比热容可取为 3.9kJ/(kgK)，冷却水比热容取为 4.187kJ/(kgK)。温度为 121时蒸汽的汽化

28、潜热为2202.5kJ/kg，38温度时的汽化潜热为 2405.6kg/kg。（分数：3.00）_正确答案：(F=65/3600=0.0181kg/s(1)产品和冷凝水的流量。产品量：*冷凝水量：W=F-L=0.0181-4.9210-3=0.0131(kg/s)(2)蒸汽消耗量。*(3)冷却水流量。*)解析：(5).临时需要将 850kg/h 的某种水溶液从 15%连续浓缩到 35%。现有一传热面积为 10m2的小型蒸发器可供使用。原料液在沸点下加入蒸发器，估计在操作条件下溶液的各种温度差损失为 18。蒸发室的真空度为 80kPa。假设蒸发器的总传热系数为 1000W/(m2K)，热损失可以

29、忽略。试求加热蒸汽压强。当地大气压为 100kPa。附：绝压 20kPa 时，水的饱和温度为 60.1，汽化潜热为 r=2354kJ/kg。（分数：3.00）_正确答案：(F=850/3600=0.236(kg/s)。总水分蒸发量：*由于沸点进料，且忽略热损失，则传递的热量为：Q=Wr=0.1342354103=315.4103(W)传热温差为：*溶液的沸点为：t1=T1+=60.1+18=78.1()加热蒸汽温度为：T=t+t 1=31.5+78.1=110()查得该温度下蒸汽压力为 143kPa。)解析：(6).对某糖类真空蒸发器的传热系数进行实际测定。蒸发器内料液质量分数为 50%，加热

30、蒸汽的压强为2105Pa，分离室内真空度为 80kPa，大气压强可取为 101330Pa。沸点进料，经 3h 试验后得蒸发的水分量为 2.7104kg。已知蒸发器传热面积为 100m2。已测得温差损失为 14.6，假定热损失为总传热量的 2%，试求传热系数。附：21.33kPa 下水的饱和温度为 61，汽化潜热为 2352.1kJ/kg；压强为 2105Pa，饱和温度为 120.2。（分数：3.00）_正确答案：(溶液的沸点：t1=T1+=61+14.6=75.6()水分蒸发量：*由于沸点进料，其传热量为：Q=Wr1+QL=1.027.52352.1103=5.998106(W)传热系数：*)

31、解析：用温度为 20、湿度为 0.005kg/kg 绝干气的新鲜空气，在常压绝热干燥器内将湿物料自含水分 50%干燥至 5%(均为湿基)。湿物料处理量为 1500kg/h，空气在预热器内被加热到 95后送入干燥器，预热器的热损失可忽略，空气出干燥器的温度为 40。（分数：30.00）(1).在湿焓图上绘出空气状态变化过程示意图；（分数：3.00）_正确答案：(在 H-I 图上空气状态变化过程如下图 012 所示：)解析：(2).求预热器的耗热量；（分数：3.00）_正确答案：(求 QP。QP=L(I1-I0) (1)其中：I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0=(1.0+1.930.005)20+25000.005=32.69(kJ/kg)I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.930.005)95+25000.005=108.4(kJ/kg 绝干气)由 I1=I2=(1.0+1.93H2)40+2500H2可解得：H 2=0.0265