食品工程原理试题思考题与习题及答案

第十三章 膜分离

一、名词解释 1 反渗透 2 浓差极化

3 离子交换膜的交换容量 4 截留相对分子质量 二、填空

1在超滤过程中，超滤膜对大分子溶质的截留作用主要是由于以下几个原因：①( )；②( )；③( )。

2 电渗析时，阳离子交换膜只允许( )离子通过，而阴膜只允许( )离子通过。离子交换膜对离子的选择透过性主要来自于( )和( )。

3 反渗透膜由( )层和( )层组成，( )层决定了膜的分离性能，( )层只作为载体，不影响膜的分离性能。 三、简答

1 膜分离过程有哪些种类？它们各自的原理是什么？ 2 试比较超滤和反渗透操作的异同点。 3 超滤与常规过滤有哪些不同？

4 简述离子交换膜的选择性透过原理。

5 举例说明反渗透常与某些操作联合而组成一完整的分离工艺过程。 6 以分离NaCl水溶液为例，说明电渗析过程中的主要作用和次要作用。 四、计算

反渗透实验中，原液为25℃的NaCl水溶液，浓度为3.5kg/m3，密度为999.5kg/m3，渗透压为280kPa，反渗透压差为3.0MPa。所得透过液密度为997kg/m3，渗透压为8.10kPa。渗透率常数Kw=3.5×10-9kg/（Pa·m2·s），KS=2.5×10-7m/s。求水和NaCl透过膜的速率，溶质分离率和透过液的浓度。

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第十四章 食品工程原理的应用

1. 根据图0-1中乳粉的加工工艺以及工艺学等课程中学到的知识，讨论食品工程原理在乳

粉工程中的应用。

2. 根据前面章节所学的知识，结合火腿肠生产工艺，谈谈主要单元操作及其传递现象。

思考题与习题参考答案 绪论 一、 填空 1、 经济核算

2、 物料衡算、经济核算、能量核算、物系的平衡关系、传递速率 3、 液体输送、离心沉降、混合、热交换、蒸发、喷雾干燥 二、 简答

1、 在食品工程原理中，将这些用于食品生产工艺过程所共有的基本物理操作过程成为单元操作。例如，奶粉的加工从原料乳的验收开始，需要经过预热杀菌、调配、真空浓缩、过滤、喷雾干燥等过程；再如，酱油的加工，也包含大豆的浸泡、加热、杀菌、过滤等工序，这两种产品的原料、产品形式、加工工艺都有较大的不同，但却包含了流体的输送、物质的分离、加热等相同的物理操作过程。 2、“三传理论”即动量传递、热量传递和质量传递。

（1）动量传递理论。随着对单元操作的不断深入研究，人们认识到流体流动是一种动量传递现象，也就是流体在流动过程中，其内部发生动量传递。所以凡是遵循流体流动基本规律的单元操作都可以用动量传递理论去研究。

（2）热量传递理论。物体在加热或者冷却的过程中都伴随着热量的传递。凡是遵循传热基本规律的单元操作都可以用热量传递的理论去研究。

（3）质量传递理论。两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作都可以用质量传递的理论去研究。 例如，啤酒的灭菌（热量传递），麦芽的制备（动量传递，热量传递，质量传递）等。 三传理论是单元操作的理论基础，单元操作是三传理论具体应用。

3、单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。

物料衡算遵循质量守恒定律，是指对于一个生产加工过程，输入的物料总量必定等于输出的物料总质量与积累物料质量之和。能量衡算的依据是能量守恒定律，进入过程的热量等于离开的热量和热量损失之和。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以减小。为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。

4、流体流动过程包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。传热过程包括热交换、蒸发等。

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传质过程包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 5、（略） 三、 计算

1、 质量分数20%；摩尔分数1.30%；摩尔浓度0.62mol/L 2、 原料黄油中含水量是16%

3、 浓橘汁122Kg/h；蒸出的水878Kg/h 4、 蒸气消耗量1834.67Kg/h

5、 质量分数0.58%；摩尔分数0.24% 6、 （略）

第一章 流体流动 一、 名词解释

1、 流体流动时产生内摩擦力的性质

2、 剪应力与速度梯度的关系完全符合牛顿黏性定律的流体 3、 流场中任意点的流速不随时间变化的流动 4、壁面附近存在的较大速度梯度的流体层 二、 填空 1、牛顿

2、剪切力、速度梯度 3、层流、湍流

4、层流、湍流、外界干扰

5、雷诺数、4000、湍流、2000、层流 6、直管阻力、局部阻力 7、μ平均=0.82max

8、层流区、过渡区、湍流区、完全湍流区 9、管子、管件、阀门

10、阻力系数法、当量长度法 三、 选择 1、A 2、A 3、A 四、 简答

1、 假设流体无黏性，在流动过程中无摩擦损失；流体在管道内作稳定流动；在管截面上液体质点的速度分布是均匀的；流体的压力、密度都取在管截面上的平均值；流体质量流量为G，管截面积为A。

在管道中取一微管段dx，段中的流体质量为dm。作用此微管段的力有： 作用于两端的总压力分别为pA和－(p+dp)A；作用于重心的重力为gdm； 由于 dm=ρAdx， sinθdx＝dz

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故作用于重心的重力沿x方向的分力为 gsinθdm=gρAsinθdx =gρAdz

作用于微管段流体上的各力沿x方程方向的分力之和为: pA－(p+dp)A－gρAdz＝－Adp－gρAdz

流体流进微管段的流速为u，流出的流速为（u＋du）。

流体动量的变化速率为 Gdu＝ρAudu

合并得: ρAudu＝－Adp－gρAdz → ρAudu＝－Adp－gρAdz 对不可压缩流体，ρ为常数，对上式积分得 称为柏努利方程式

2、 上式表明：三种形式的能量可以相互转换，总能量不会有所增减，即三项之和为一常数

3、影响流体流动类型的因素包括流体的流速u 、管径d、流体密度ρ、流体的黏度μ。u、d、ρ越大，μ越小，就越容易从层流转变为湍流。上述中四个因素所组成的复合数群duρ/μ，是判断流体流动类型的准则。这数群称为雷诺准数，用Re表示。Re≤2000，流动类型为层流；Re≥4000，流动类型为湍流；2000＜Re＜4000，流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。 4、（1）观察流体流动的情况：若流体的各质点均作轴向流动，则为层流；若有径向流动，则为湍流。

（2）测流体的流速u、黏度μ、密度ρ和管道直径d，计算Re=duρ/μ.Re≤2000，流动类型为层流；Re≥4000，流动类型为湍流；2000＜Re＜4000，流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流

5、层流运动时流体运动速度较慢，与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与ε无关，λ只与Re有关。层流时，λ在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。湍流运动时δb>ε，阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。δb< ε，Re?- δb ˉ ? 质点通过凸起部分时产生漩涡? 能耗-。

五、计算题

1、绝对压强7.53×104Pa 2、高度1.92m 3、（略）

4、蒸汽压6.46×105Pa 5、管底压强1.15×105Pa 6、深度h≥5.1m 7、16.63 kN

8、u果汁= 2.75 m/s ；u蒸汽 = 26.21 m/s 9、高度差0.191m 10、qm=602kg/hr 11、h=2.315m 12、湍流

13、水流速度1.5cm/s 14、0.25倍

15、真空度为5.53×104Pa

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