食品工程原理 考题例题.pptx

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1、8.3A干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算1.1.水分蒸发量和产品量水分蒸发量和产品量2.2.干燥空气用量干燥空气用量对进出干燥器的水分作衡算：以绝对干燥物料作物料衡算第1页/共36页称作单位空气用量，kgd/kgw8.3B干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算1.1.耗热量耗热量第2页/共36页蒸发1kg水相应物料升温所需热量,J/kgw2.2.热效率热效率qL=QL/W令：q=Q/W 称单位热耗，J/kgw则第3页/共36页例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

2、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/(kgK)。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。第4页/共36页（1）水分蒸发量（2）空气用量查图7-20湿空气的h-H图，得（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解第5页/共36页（4）干燥器的散热损失（5）干燥器的热效率第6页/共36页例:用气流干燥器将湿基含水量w1=5的食品物料干燥到w2

3、=0.25,产品量m2=1000kg/h。加热介质用T0=20，0=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1=50，出口温度2=80，干物料比热容cs=1.256kJ/(kg.K)。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；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：绝热干燥过程第7页/共36页q=l(h1-h0）=56(173-50)=6.89103kJ/kgw(2)实际干燥过程qL=QL/W=33400/50=668kJ/kgw在h-H图上，查T0=20，0=

4、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：第8页/共36页n=cw1-qs-qL=4.18750-754-668=-1213kJ/kgw在H1H2间任取H=HD=0.025h=hD=h1+n(HD-H1)=173-1213(0.025-0.012)=10.2103kJ/kgw由HD,hD确定点D,作直线BD交T2=95等温线于点C,查C的H2=0.024kgd/kgwq=l(h1-h0)=83(173-50)=10.2103kJ/kgwqs

5、=m2cs(2-1)/W=10001.256(80-50)/50=754kJ/kgw第9页/共36页10第二节第二节 干燥静力学干燥静力学一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法 1.湿基含水量湿基含水量w（即质量分数）（即质量分数）定义：定义：水分在湿物料中的质量分数水分在湿物料中的质量分数2.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X=w/(1-w)w=X/(1+X)两种含水量之间两种含水量之间的换算关系为的换算关系为第10页/共36页11新鲜空气新鲜空气L，H1干燥产品干燥产品G2，X2废气废气L，H2湿物料湿物料G1，X1L绝干空气的消耗量，绝干空气的消耗量，k

6、g绝干气绝干气/s；H1，H2湿空气进、出干燥器时的湿含量，湿空气进、出干燥器时的湿含量，kg水气水气/kg绝干气；绝干气；X1，X2物料进、出干燥器时的干基含水量，物料进、出干燥器时的干基含水量，kg水气水气/kg绝干料；绝干料；G1，G2物料进、出干燥器时的流量，物料进、出干燥器时的流量，kg湿物料湿物料/s；G绝干物料的流量，绝干物料的流量，kg绝干料绝干料/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蒸出的蒸出的蒸出的水分量水分量水分量水分量、空气消耗量空气消耗量空气消耗量空气消耗量、干燥产品的流量干燥产品的流量干燥产品的流量干

7、燥产品的流量。二、干燥系统的物料衡算 第11页/共36页121.水分蒸发量水分蒸发量W 2.干空气消耗量干空气消耗量 L连续干燥器作水分的物料衡算，以连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。为基准。第12页/共36页13比空气用量比空气用量比空气用量比空气用量：从湿物料中气化从湿物料中气化1kg1kg水分所需的干空气量。水分所需的干空气量。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，以气的湿度不变，以H H0 0表示进入预热器时的空气湿度，则表示进入预热器时的空气湿度，则说明：说明：说明：说明：比空气用量只与空气的

8、最初和最终湿度有关，而与干燥过程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。所经历的途径无关。所经历的途径无关。所经历的途径无关。原湿空气的消耗量为：原湿空气的消耗量为：第13页/共36页143.干燥产品的流量干燥产品的流量G2式中式中,w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量。物料进出干燥器时的湿基含水量。第14页/共36页15例例8-18-1在一连续干燥器中，每小时处理湿物料在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后，经干燥后物料的含水量有物料的含水

9、量有10%降至降至2%。以热空气为干燥介质，初始湿。以热空气为干燥介质，初始湿度度H1=0.008kg水水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05kg水水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、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。湿空气消耗量以及干燥产品量。解：（解：（1）水分蒸发量）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量第15页/共36页16进入干燥器的绝干物料为：进入干燥器的绝干物料为：G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料绝干料

10、/h水分蒸发量为：水分蒸发量为：W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水水/h（2）空气消耗量）空气消耗量原湿空气的消耗量为：原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气湿空气/h第16页/共36页17（3）干燥产品量）干燥产品量第17页/共36页习题：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

11、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18页/共36页第二章第二章 连续性方程连续性方程管内稳定流动1122qm,1=qm,2A1u11=A2u22=qm不可压缩流体，=constconstA1u1=A2u2=qv第19页/共36页1.4C 柏努利方程的应用柏努利方程的应用1.求管道中流体的流量例1-4输水系统如图所示。452.5mm钢管,已知,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)w=0第20页/共36页(2)若水的流量增加30%，则第21页/共36页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%

12、，管道342mm,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。解1.5m9mPvm=88kPa21第22页/共36页习题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p=pg+pvm=350+29.3=379.3kPa=39.1m第23页/共36页2-3 2-3 离心泵的安装高度和工作点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p1

13、pv ,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h第24页/共36页1.允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs0-0和1-1间伯努利方程：液体经吸入管的压头损失，m离心泵的Hs值由制造厂在样本或说明书中给出第25页/共36页如环境非标准大气压,液体非温度20水,Hs应校正：大气压头饱和蒸汽压头2.汽蚀余量汽蚀余量h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第26页/共36页2.3B离心泵的工作点离心泵的工作点1.管路特性曲线管路特性曲线令令第27页/共36页2.离心泵的工

14、作点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（dutypoint）若工作点所对应效率在最高效率区，则该工作点是适宜的3.流量调节流量调节可以采用流量调节改变管路特性曲线,或者改变泵的特性曲线,改变泵的工作点M,使工作点处于高效率区。第28页/共36页 例 5-4 用刮板式换热器冷却苹果酱，苹果酱质量流量为50kg/h，比热容cp为3817J/（kgK）,入口温度80，出口温度20。套管环隙逆流通冷水，入口温度10，出口温度17。传热系数K为568W/（m2K）求：（1）需要的冷却水量；（2）换热平均温差及换热面积

15、；（3）若改顺流，两流体出入口温度同前，求(2)各值。解第29页/共36页第30页/共36页16的盐水以3960kg/h的流量通过套管换热器的内管被加热。105的热水以4000kg/h的流量在环隙内与盐水进行热交换被冷却至48。已知盐水的平均比热容为3.300kJ/(kg);热水的平均比热容为4.174kJ/(kg).试求：盐水的出口温度；若该换热器的传热系数为500 W/（m2K），求换热器的传热面积（管外表面积）。解：根据热量衡算原理 40004.174（10548）39603.3（t216）解得t288.8 判断应为逆流操作 t110588.816.2t2481632 tm（t1t2）/

16、ln(t1/t2)（16.232）/ln16.2/3223.2 第31页/共36页9.现采用某单效真空蒸发器来浓缩某水溶液。已知进料量为10t.h-1，料液从15%浓缩至浓度为60%（均为质量%），沸点进料；加热蒸汽压力为300kN.m-2（绝压）；冷凝水在饱和温度下排出；冷凝器内的真空度为610mmHg，各项温度差损失分别为=2.5，=3.5，=1；热损失为加热蒸汽放出热量的5%，传热系数K=2500w.m-2.K-1，试：（1）估算单位蒸汽耗量为多少？（2）估算蒸发器的传热面积为多少m2？（3）若产品浓度达不到要求，你认为可采取什么措施？附：饱和水蒸汽性质 压力kN.m-2 温度 汽化潜热

17、 kJ.kg-1 20 60.1 2454.9 30 66.5 2333.7 101.3 100 2258.4 300 133.3 2168.1 401.3 143.5 2138.1设：当地大气压为101.3kN.m-2 （1）求D/w D=wr+FCp(t1 t0)+QL/r 沸点进料t1=t0，且QL=0.05Dr D/w=r/0.95 r,W=F(1-X0/X1)=10102(1-15/60)=7500kg.h-1 由P=300kN.m-2，查表得r=2168.1kJ.kg-1，T=133.3 P=(760-610)101.3/760=20kN.m2 ,查表得T冷=60.1，此冷凝器中二

18、此蒸汽冷凝温度,而T=T+=60.1+1=61.1，查表得r=2351.6kJ.kg-1 D/W=2351.6/(0.952168.1)=1.142（2）求A A=Q/（ktm）=(D r)/k(T t1)而t1=T +=60.1+2.5+3.5+1=67.1A=(1.14275002168.1)1000/36002500(133.3-67.1)=31.17m2（3）必须按设计要求控制好操作条件。增加料液的循环速度（如暂停出料，料液回流入器再循环）。可适当增大P，以使T，可使tm，以保证有足够的所需的传热面积。可适当提高冷凝器的真空度，使T，则t1，有利于tm。第32页/共36页摩擦因数图的分

19、区A.层流区（Re2000）此区域流体作层流流动，与管壁面的粗糙度无关，而与Re成直线关系，=64/ReAB.过渡区（2000Re4000）摩擦因数是Re和管壁面相对粗糙度/d 的函数。CD.完全湍流区（图中虚线以上的区域）曲线近乎水平直线，值基本上不随Re而变化。D第33页/共36页.判断流体流动形态的依据？如何判断？通过实验对流体流动时内部质点的运动情况及各种因素对流体状态的影响进行了直接的观察，揭示了流体运动可分为层流和湍流两种判断根据雷诺实验：（1）当Re2000时，流体流动型态属于层流区。（2）当Re4000时，流体流动型态属于湍流区。（3）当2000Re4000时，流体流动型态不稳定，属于过渡区。有时为层流、有时为湍流，这与外界条件有关。如管道入口处，流道弯曲或直径改变，管壁粗糙，或有外来振动等都易导致湍流。第34页/共36页（3）质量传递Fick扩散定律：等式左边JA为质量通量等式右边第一因子DAB为扩散系数，单位仍是m2/s；右边第二因子是单位体积的质量梯度等式右边亦有负号，表示传质方向因三传类似，传质研究常借鉴传热等的研究结果第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页