食品工程原理-考题例题

8-3干燥静力学热风干燥的基本流程8.3A干燥过程的物料衡算1.水分蒸发量和产品量)w(m)w(mm2s21111211211wwmm221112.干燥空气用量对进出干燥器的水分作衡算：W)x(xm)HL(Hs211212HHWL以绝对干燥物料作物料衡算122111wwmmWLl设称作单位空气用量，kgd/kgw8.3B干燥过程的热量衡算1.耗热量222120θcmLhQ)θWcc(mLhQsLws1L12202θWcQ)θ(θcm)hL(hQws121HHl)/Wθ(θcmqss122—蒸发1kg水相应物料升温所需热量,J/kgw102θcqq)hl(hqwLs2.热效率)hl(hhqhQhWηvvv01ΔΔΔqL=QL/W令：q=Q/W称单位热耗，J/kgw112202θWcQ)θ(θcm)hL(hQwLs则例8-3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20℃，湿球温度为17℃，经加热器加热至97℃后进入干燥室，排出干燥室的空气温度为40℃，湿球温度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。（1）水分蒸发量44.6kg/h0.012810.00180.0128400011212（2）空气用量查图7-20湿空气的h-H图，得dv2dv10/kg0.028kg/kg0.011kgHHH/hkg102.620.0110.02844.6d312HHWL（3）加热器中蒸汽用量由h-H图可查得h0=49kJ/kgd,h1=125kJ/kgd,,Tw1=38℃h2=113kJ/kgd解kJ/h1019849)(125102.62)3301hL(hQ90kg/h220510198Δ3hQSv（4）干燥器的散热损失（5）干燥器的热效率0.54210198240544.6Δ3QhWηv112202θWc)θ(θcm)hL(hQQwsL1.26400049)(1132620198000kJ/h1012.0314.1744.631363例:用气流干燥器将湿基含水量w1=5％的食品物料干燥到w2=0.25％,产品量m2=1000kg/h。加热介质用T0=20℃，φ0=0.80的新鲜空气经加热器加热到T1=140℃，进入干燥器，出口温度T2=95℃，物料入口温度θ1=50℃，出口温度θ2=80℃，干物料比热容cs=1.256kJ/(kg.K)。⑴若此干燥过程为绝热干燥过程，求水分蒸发量W，空气用量l和热消耗q；⑵若已知干燥器表面散热QL=33.4MJ/h，试求出口空气的湿含量H2以及此实际干燥过程的l和q。解：⑴绝热干燥过程50kg/h0.0510.00250.05100011212HHlq=l(h1-h0）=56×(173-50)=6.89×103kJ/kgw(2)实际干燥过程qL=QL/W=33400/50=668kJ/kgw在h-H图上，查T0=20℃，φ0=0.80,h0=50kJ/kgdT1=140℃，h1=173kJ/kgd，H0=H1=0.012kgv/kgd。过B点作等h线交T2=95℃等温线与C，查得H2=0.030kgv/kgd,如图所示。则：T1T2T0hHABCDC'ε=0n=cwθ1-qs-qL=4.187×50-754-668=-1213kJ/kgwvkgkJHHhhn/121311在H1～H2间任取H=HD=0.025h=hD=h1+n(HD-H1)=173-1213×(0.025-0.012)=10.2×103kJ/kgw由HD,hD确定点D,作直线BD交T2=95℃等温线于点C’,查C’的H’2=0.02483012.0024.01112HHlkgd/kgwq=l(h1-h0)=83×(173-50)=10.2×103kJ/kgwqs=m2cs(θ2-θ1)/W=1000×1.256×(80-50)/50=754kJ/kgw11第二节干燥静力学一、物料含水量的表示方法1.湿基含水量w（即质量分数）定义：水分在湿物料中的质量分数湿物料的总质量湿物料中水分的质量w2.干基含水量X（即质量比）定义：水分质量与绝干物料质量之比量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量XX=w/(1-w)w=X/(1+X)两种含水量之间的换算关系为12新鲜空气L，H1干燥产品G2，X2废气L，H2湿物料G1，X1L——绝干空气的消耗量，kg绝干气/s；H1，H2——湿空气进、出干燥器时的湿含量，kg水气/kg绝干气；X1，X2——物料进、出干燥器时的干基含水量，kg水气/kg绝干料；G1，G2——物料进、出干燥器时的流量，kg湿物料/s；G——绝干物料的流量，kg绝干料/s。通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所蒸出的水分量、空气消耗量、干燥产品的流量。二、干燥系统的物料衡算131.水分蒸发量W2.干空气消耗量L2112()()=LHHGXXW122121()GXXWLHHHH连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。2112()()WLHHGXX14比空气用量：从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量。211LlWHH若新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空气的湿度不变，以H0表示进入预热器时的空气湿度，则021211HHHHl说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。原湿空气的消耗量为：)1()1(01HLHLL153.干燥产品的流量G2)1()1(1122wGwGG21121)1(wwGG式中,w1、w2——物料进出干燥器时的湿基含水量。16例8-1在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量有10%降至2%。以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05kg水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、湿空气消耗量以及干燥产品量。绝干料水绝干料水kgkgwwXkgkgwwX/0204.002.0102.01/111.01.011.01222111解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量17进入干燥器的绝干物料为：G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料/h水分蒸发量为：W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h（2）空气消耗量2181.51940/0.050.008WLkghHH绝干气原湿空气的消耗量为：L΄=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h18（3）干燥产品量1212110.11000918.4/110.02wGGkghw21100081.5918.5/GGWkgh习题：今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50%的H1=0.005kg水/kg绝干气，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80%的H2=0.052kg水/kg绝干气。试求：（1）水分蒸发量W；（2）空气消耗量，单位空气消耗量；（3）干燥产品量。第二章连续性方程管内稳定流动11′22′qm,1=qm,2A1u1ρ1=A2u2ρ2=qm不可压缩流体，ρ=constA1u1=A2u2=qv22212144ududππ22112dduu1.4C柏努利方程的应用1.求管道中流体的流量例1-4输水系统如图所示。φ45×2.5mm钢管,已知2fuh1.6,试求水的体积流量。又欲使水的流量增加30%，应将水箱水面升高多少？18m23m解(1))0(21表压pp01ufhuρpgZwuρpgZ222222211122222222212.11.60.52uuuhu)zg(zf2.1212)zg(zu4.83m/s2.13)(89.81w=02.1212)zg(zu4.83m/s2.13)(89.81224udπqv4.830.040.7852/sm106.0733(2)若水的流量增加30%，则6.28m/s4.83m/s1.32u8.44m2.12221guzz11.44m8.4438.4421zz水箱水面应升高3.44m811.442.1212)zg(zu2.求输送设备的功率例1-5牛奶输送系统如图所示。泵效率为65%，管道φ34×2mm,牛奶密度为1080kg/m3,质量流量为4.5t/h，阻力损失为50J/kg,试计算泵的功率。01u解fhuρppzzgw2)(2212121.64m/s0.030.785)/1080(4500/36004222dπ/ρqAqumvPa108.8)(412vmvmaapppppp206J/kg5021.641080108.81.5)(99.8124w258W36004500206mewqP397W258/0.65/ηPPe1.5m9mPvm=88kPa21习题1（p.78）求离心泵的压头H吸入管d1=350mm,吸入口pvm=29.3kPa,排出管d2=310mm，排出口pg=350kPa，两表间垂直距离350mm,流量540m3/h解1.56m/s0.350.785540/360021u1.99m/s0.310.785540/360022u9.8121.561.999.819993793000.352ΔΔΔ222guρgpzHΔp=pg+pvm=350+29.3=379.3kPa=39.1m2-3离心泵的安装高度和工作点2.3A离心泵的安装高度离心泵吸入口中心到贮液面的垂直高度Hg防止汽蚀的产生，要求p1pv,使泵Hg受限。汽蚀：当p1pv,液体沸腾汽化，又被压缩，V↓,液体质点急剧补位冲击对泵叶片的损伤求Hg常用两法：通过允许吸上真空高度Hs汽蚀余量Δh1.允许吸上真空高度HsρgppHas10-0′和1-1′间伯努利方程：fgHguρgpHρgp22110fH－液体经吸入管的压头损失，mfgHguρgpρgpH22110fsgHguHH221离心泵的Hs值由制造厂在样本或说明书中给出如环境非标准大气压,液体非温度20℃水,Hs应校正：24010.HHHHvass大气压头饱和蒸汽压头2.汽蚀余量Δh泵入口处液体的静压头与动压头之和超过其饱和蒸汽压头的某一最小指定值ρgp)guρgp(hv2Δ211fvgHhρgpρgpHΔ0fgHguρgpρgpH221102.3B离心泵的工作点1.管路特性曲线(m)HguρgpzHf2ΔΔΔ2令ρgpzAΔΔ02Δgu2fHAHgu)dllλ(Hef22令528dllgπλBe2vBqAHudπqv2424πdquv2528vef)qdll(gπλH2.离心泵的工作点将离心泵的特性曲线II和管路特性曲线I绘制在同一压头-流量坐标图上两曲线相交点M,是离心泵在该管路中的工作点（dutypoi