食品工程原理 考题例题课件.ppt

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1、8-3 干燥静力学,热风干燥的基本流程,1,8.3A 干燥过程的物料衡算,1.水分蒸发量和产品量,2.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,2,称作单位空气用量，kgd/kgw,8.3B 干燥过程的热量衡算,1.耗热量,3,蒸发1kg水相应物料升温所需热量,J/kgw,2.热效率,qL=QL/W,令：q=Q/W 称单位热耗，J/kgw,则,4,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

2、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。,5,（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,6,（4）干燥器的散热损失,（5）干燥器的热效率,7,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

3、=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,8,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=0.80,h0=50kJ/kgd,T1=140，h1

4、=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：,9,n=cw1-qs-qL=4.18750-754-668=-1213kJ/kgw,在H1H2间任取 H=HD=0.025,h=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=0.024,kgd/kgw,q=l(h1-h0)=83(173-50)=10.2103kJ/kgw,qs=m2cs(2-1)/W=10001.25

5、6(80-50)/50=754kJ/kgw,10,11,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,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),两种含水量之间的换算关系为,11,12,L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

6、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,12,13,1.水分蒸发量W,2.干空气消耗量 L,连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。,13,14,比空气用量：从湿物料中气化1kg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，由于加热前后空气的湿度不变，以H0表示进入预热器时的空气湿度，则,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：,14,15,3.干燥产品的流量G2,式中,w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量。,15,16,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

7、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=0.05 kg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。,解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量,16,17,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,原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h,17,18,（3

8、）干燥产品量,18,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。,19,第二章 连续性方程,管内稳定流动,1,1,2,2,qm,1=qm,2,A1u11=A2u22=qm,不可压缩流体，=const,A1u1=A2u2=qv,20,1.4C 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

9、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？,解(1),w=0,21,(2),若水的流量增加30%，则,22,2.求输送设备的功率,解,23,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=379.3 kPa,=39.1m,24,2-3 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

10、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,25,1.允许吸上真空高度Hs,0-0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,26,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,27,2.3B 离心泵的工作点,1.管路特性曲线,令,令,28,2.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,

11、两曲线相交点M,是离心泵在该管路中的工作点（duty point）,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,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。,29,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；,（3）若改顺流，两流体出入口温度同前，求(2)各值。,解,30,31,16的盐水以396

12、0kg/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）/ln(t1/t2)（16.232）/ln16.2/3223.2,32,9.现采用某单效真空蒸发器来浓缩某水溶液

13、。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 kJ.kg-1 20 60.1 2454.9 30 66.5 2333.7 101.3 100 2258.4 300 1

14、33.3 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/(0.9521

15、68.1)=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。,33,摩擦因数图的分区,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/Re,A,B.过渡区（2000 R

16、e4000）,通常是将湍流时相应的曲线延伸查取值,B,C.湍流区（Re4000）,摩擦因数是Re和管壁面相对粗糙度/d 的函数。,C,D.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,34,.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。,35,（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,36,