2023年研究生類(lèi)農(nóng)學(xué)碩士聯(lián)考(M.Agr.)食品工程原理歷年高頻考題帶答案難題附詳解

2023年研究生類(lèi)農(nóng)學(xué)碩士聯(lián)考(M.Agr（圖片大小可自由調(diào)整）第1卷一.歷年考點(diǎn)試題黑鉆版(共50題)1.離心分離中分離因數(shù)越大，設(shè)備分離效率______；2.多效蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是______。3.兩大平行平板的溫度分別為T(mén)1=400℃、T2=150℃，黑度分別為ε1=0.65、ε2=0.90。今在兩板之間插入第3塊大小相同的平行平板，該板極薄，兩側(cè)面溫度均一，但黑度不同。當(dāng)板3的一面朝向400℃的高溫面，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)其平衡溫度為327℃。當(dāng)板3的另一面朝向400℃的高溫面，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)其平衡溫度為277℃。設(shè)各板之間距離很小，求板3兩面的黑度各為多少?4.離心泵的流量調(diào)節(jié)方法有______。5.理想蒸發(fā)條件下，單位蒸汽消耗量______1。6.板框壓濾機(jī)按鈕數(shù)的裝合順序?yàn)開(kāi)_____。7.對(duì)氣膜控制的吸收過(guò)程，填料層高度不變，現(xiàn)增大吸收劑流量，則______。A.吸收率減小B.溶液出口濃度增大C.吸收率增大D.氣體出口濃度增大8.試推導(dǎo)出中空球壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)的關(guān)系式?，F(xiàn)有一球形液氧儲(chǔ)罐，內(nèi)徑為2m，內(nèi)裝液氧量占儲(chǔ)罐容積的80%，儲(chǔ)罐外用氧化鎂保溫，要求在104s內(nèi)液氧蒸發(fā)量不超過(guò)1%，問(wèn)保溫層應(yīng)多厚(忽略?xún)?nèi)側(cè)及罐壁的熱阻)?

已知氧化鎂的熱導(dǎo)率為0.07W/(m·K)，液氧的蒸發(fā)潛熱為215kJ/kg，液氧的沸點(diǎn)為90K，液氧的密度為1140kg/m3，保溫層外壁面溫度為280K。9.流化床傳熱均勻的主要原因是______。10.如果兩組分的揮發(fā)性相等，則不能用普通蒸(精)餾的方法分離。11.板框壓濾機(jī)按鈕數(shù)的裝合順序?yàn)開(kāi)_____。A.1—2—3—2—1…B.1—2—3—3—2—1…C.1—2—2—3—2…D.1—2—3—2—3…12.降塵室的生產(chǎn)能力與含塵氣體中顆粒的密度、大小有關(guān)。13.用如圖所示的方法測(cè)定乙醇在101.3kPa、25℃下在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。開(kāi)始時(shí)乙醇液面距管口高10mm，到乙醇液面下降5mm時(shí)共用26500s。假設(shè)管口上方空氣中乙醇蒸氣分壓為零，求擴(kuò)散系數(shù)。

已知25℃乙醇的飽和蒸汽壓為8.0kPa，密度為780kg/m3。

14.對(duì)兩組分理想溶液，如果αAB＞1，則yB______xB。15.欲用活性炭對(duì)某糖液進(jìn)行脫色。首先進(jìn)行兩組脫色實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中每單位糖液中固形物含量與所用活性炭量的比值分別為0.3、0.6時(shí)，脫色率分別為66.9%、77.9%，其他實(shí)驗(yàn)條件均相同，求1/n值為多少?16.物理吸附的特點(diǎn)之一是吸附?jīng)]有選擇性。17.某連續(xù)精餾塔，泡點(diǎn)進(jìn)料，已知操作線方程如下：

精餾段：y=0.8x+0.172

提餾段：y=1.3x-0.018

求原料液、餾出液、釜液組成及回流比。18.增大管路中流體的流量，轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子上下截面的壓差不變。19.用194mm×5mm的鋼管輸送絕對(duì)壓強(qiáng)為300kPa的飽和水蒸氣，鋼管外包有30mm厚的保溫層，周?chē)髿獾臏囟葹?℃。保溫材料的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為λ=0.03733+1.336×10-4t，式中，λ的單位為W/(m·℃)，t的單位為℃。求：

(1)單位時(shí)間單位管長(zhǎng)的蒸汽冷凝量；

(2)保溫層外壁面的溫度。

已知條件：保溫層外壁面與周?chē)髿獾膶?duì)流——輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)為：

αT=9.4+0.052(tW-ta)；300kPa飽和水蒸氣的溫度為133.3℃，冷凝潛熱為2168kJ/kg。20.流量為5000m3/h的清水通過(guò)一20km長(zhǎng)的水平鋼管，總壓降為500kPa。因用水量增大，現(xiàn)在其中點(diǎn)接一完全相同的平行管路至終點(diǎn)(長(zhǎng)10km)，求輸水量增加多少?

(注：總壓降不變，流動(dòng)狀態(tài)為完全湍流)。

21.離心泵的允許吸上真空度與泵的流量無(wú)關(guān)，但與溫度有關(guān)。22.在某一逆流填料吸收塔中，用純吸收劑吸收混合氣中少量的A組分，平衡關(guān)系為Y*=2.0X。當(dāng)取液氣比為最小液氣比的1.1倍時(shí)，經(jīng)吸收塔后，A的吸收率為80%。吸收為氣膜控制，即KYa與液體的流量基本無(wú)關(guān)?，F(xiàn)將液氣比提高到2.0，仍使用原吸收塔，其他條件不變，求A的吸收量增加的百分?jǐn)?shù)。23.強(qiáng)化對(duì)流傳熱的途徑是______。24.對(duì)難溶氣體，必為_(kāi)_____所控制。25.一定濕度的濕空氣，隨著總壓的降低，露點(diǎn)相應(yīng)地______。A.升高B.降低C.不變D.不一定，還與其他因素有關(guān)26.對(duì)某糖類(lèi)真空蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)定。蒸發(fā)器內(nèi)料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，加熱蒸汽的壓強(qiáng)為2×105Pa，分離室內(nèi)真空度為80kPa，大氣壓強(qiáng)可取為101330Pa。沸點(diǎn)進(jìn)料，經(jīng)3h試驗(yàn)后得蒸發(fā)的水分量為2.7×104kg。已知蒸發(fā)器傳熱面積為100m2。已測(cè)得溫差損失為14.6℃，假定熱損失為總傳熱量的2%，試求傳熱系數(shù)。

附：21.33kPa下水的飽和溫度為61℃，汽化潛熱為2352.1kJ/kg；壓強(qiáng)為2×105Pa，飽和溫度為120.2℃。27.舉出三個(gè)解釋反滲透膜傳遞機(jī)理的模型(機(jī)理)，選擇其中任一個(gè)模型說(shuō)明其要點(diǎn)。28.浸出平衡是指溶液主體濃度達(dá)到了飽和濃度(溶解度)。29.對(duì)吸收有利的措施是______。A.加壓、降溫B.加壓、升溫C.降壓、降溫D.降壓、升溫30.分子間的引力是______具用黏性的主要原因；31.多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)相比是有效溫差增大，因此節(jié)約了生蒸汽的用量。32.在對(duì)流傳熱過(guò)程中，熱阻主要集中在______。A.湍流主體中B.導(dǎo)熱壁中C.滯流內(nèi)層中D.相界面中。33.恒速干燥階段必為_(kāi)_____所控制。34.提高壓強(qiáng)，氣體的擴(kuò)散系數(shù)______；35.對(duì)某種物料進(jìn)行間歇式干燥實(shí)驗(yàn)，已知空氣平行吹過(guò)物料表面，干燥總面積為55m2，每個(gè)周期的生產(chǎn)能力為1000kg干物質(zhì)，開(kāi)始時(shí)的干燥速率為3.06×10-4kg水/(m2·s)，試估算將此物料從含水量0.15kg/kg干物質(zhì)干燥至0.005kg/kg干物質(zhì)所需要的時(shí)間。該物料的臨界含水量為0.125kg/kg干物質(zhì)，平衡含水量近似為零。降速干燥階段的曲線為直線。如果將空氣速度由1m/s提高到3m/s，干燥時(shí)間又為多少?36.如圖所示的馬利奧特容器，內(nèi)徑為0.8m，其上端密封，在容器側(cè)面接一通大氣的小管B，液體自下端管A(內(nèi)徑為25mm)流出。因液體流出時(shí)在上端造成真空，外面的空氣可從B管吸入，補(bǔ)充器內(nèi)的真空區(qū)。根據(jù)圖示尺寸，確定液體的流量及流完所需的時(shí)間(當(dāng)液體自短管流出時(shí)，因有流動(dòng)阻力，故需對(duì)液體的流量進(jìn)行校正，設(shè)流量系數(shù)為0.82)。

37.用來(lái)描述導(dǎo)熱的定律是______。38.從容器A向容器B輸送果汁，兩容器間的壓強(qiáng)差和液面差維持恒定。輸送管線的內(nèi)徑為50mm，管線總長(zhǎng)為L(zhǎng)，流動(dòng)的局部阻力可忽略不計(jì)，流量為Q。今要求輸送量增加50%，故需對(duì)管線進(jìn)行改裝，有如下幾種方案：

(1)將原管線換成內(nèi)徑為75mm、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的管子；

(2)在原管線上并聯(lián)一根內(nèi)徑為50mm、長(zhǎng)度為L(zhǎng)/2的管子；

(3)在原管線上并聯(lián)一根內(nèi)徑為25mm、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的管子。

試通過(guò)計(jì)算給出哪(幾)個(gè)方案可行。假設(shè)在各種情況下，摩擦系數(shù)不變。39.重力沉降速度與沉降時(shí)間______。40.常用的離心分離設(shè)備是______。41.對(duì)工業(yè)吸附劑的要求之一是具有大的比表面積。42.現(xiàn)用一直徑為1.5m，長(zhǎng)1.0m的轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾某種水的懸浮液。轉(zhuǎn)筒內(nèi)真空度維持在50kPa時(shí)，過(guò)濾常數(shù)K=5.20×10-6m2/s，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為1r/min，浸沒(méi)角120°，濾布阻力可忽略，濾餅不可壓縮。已知每送出1m3濾液得濾餅0.50m3。求：

(1)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力；

(2)轉(zhuǎn)筒表面的濾餅厚度；

(3)轉(zhuǎn)速改為2r/min，而其他條件不變，生產(chǎn)能力和濾餅厚度各為多少?

(4)將真空度提高到80kPa，而其他條件不變，生產(chǎn)能力和濾餅厚度各為多少?43.對(duì)于指定的分離要求，全回流時(shí)所需理論板數(shù)______。44.亨利系數(shù)隨溫度的升高而______。45.物理吸附與化學(xué)吸附相比，更易于解吸的是______；46.降塵室的生產(chǎn)能力與______無(wú)關(guān)；47.泵的允許安裝高度是指______。48.初溫為93.3℃3℃、直徑為0.792mm的細(xì)銅絲被突然浸入恒溫37.8℃的液體中。對(duì)流傳熱系數(shù)為85.2W/(m2·K)。假定銅絲的物性為常數(shù)，熱導(dǎo)率為374W/(m·K)，比熱容為389J/(kg·K)，密度為8890kg/m3。(1)確定銅絲平均溫度降到65.8℃所需時(shí)間；(2)若對(duì)流傳熱系數(shù)為11.36W/(m2·K)，其他條件不變。求銅絲溫度降至65.8℃所需時(shí)間。49.某一新套管式換熱器，用管間飽和蒸汽加熱管內(nèi)空氣，設(shè)飽和蒸汽溫度為100℃，空氣進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為80℃，此時(shí)換熱管壁溫應(yīng)是______。A.接近空氣的平均溫度B.接近飽和蒸汽與空氣的平均溫度C.接近飽和蒸汽的溫度D.不確定50.精餾過(guò)程的操作線為直線，主要基于______。A.塔頂泡點(diǎn)回流B.恒摩爾流假定C.理想物系D.理論板假定第1卷參考答案一.歷年考點(diǎn)試題黑鉆版1.參考答案：愈高2.參考答案：節(jié)約生蒸汽(或節(jié)約能源)3.參考答案：設(shè)板3的一面黑度為ε3，另一面的黑度為ε4，且ε3＞ε4。

當(dāng)ε3面朝向高溫面T1時(shí)，穩(wěn)定傳熱，有

即

(1)

當(dāng)ε4面朝向高溫面T1時(shí)，穩(wěn)定傳熱，有

(2)

聯(lián)立式(1)、式(2)，可解得：

ε3=0.679，ε4=0.4024.參考答案：調(diào)節(jié)出口閥開(kāi)度、改變泵的轉(zhuǎn)速和改變泵的葉輪直徑5.參考答案：≈16.參考答案：1—2—3—2—1……7.參考答案：C8.參考答案：球的內(nèi)、外壁面溫度恒定，則等溫面必定為球面，故其導(dǎo)熱為沿徑向的一維導(dǎo)熱。

由傅立葉定律，得：

穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，Q為常量，若熱導(dǎo)率為常數(shù)，對(duì)上式分離變量積分，得：

即

(1)

此即中空球壁穩(wěn)定導(dǎo)熱關(guān)系式。

儲(chǔ)罐盛氧體積為：

1%總氧量蒸發(fā)所需熱量為：

Q'=3.351×1140×215×103×0.01=8.213×106(J)

熱流量為：

Q=-8.213×106/104=-821.3(W)

負(fù)號(hào)表示熱量由外向內(nèi)傳遞。

將已知數(shù)據(jù)代入式(1)，得：

解得：r2=1.255(m)

故保溫層厚度為δ=1.255-1=0.255(m)。9.參考答案：①固體粒子的熱容遠(yuǎn)比氣體的大，②粒子的劇烈運(yùn)動(dòng)，③劇烈的對(duì)流混合10.參考答案：A11.參考答案：A12.參考答案：A13.參考答案：設(shè)在擴(kuò)散的任意時(shí)刻τ，液面離杯口的距離(擴(kuò)散距離)為z，取dτ時(shí)間間隔對(duì)物料作衡算，并結(jié)合擴(kuò)散的規(guī)律解決之。

單向擴(kuò)散，有：

(1)

在dτ時(shí)間內(nèi)，液面高度降低dz，對(duì)乙醇作衡算：

NAΩdτ=Ωdzρ/MA

或

(2)

將式(1)代入式(2)，積分可得：

(3)

式中：

T=273+25=298K；PB2=101.3-0=101.3kPa；pB1=101.3-8.0=93.3kPa；

z1=0.01m，z2=0.015m；ρ=780kg/m3，MA=46kg/kmol；

代入式(3)，得：

D=1.19×10-5(m2/s)14.參考答案：＜15.參考答案：?jiǎn)渭?jí)吸附，有：

(1)

令脫色率

代入式(1)，得：

或

等式兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)得：

(2)

顯然，呈線性關(guān)系，直線的斜率為1/n，作圖可求得1/n。

當(dāng)只有兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，由式(2)可得：

(3)

將本題的數(shù)據(jù)代入式(3)，得：

解得16.參考答案：A17.參考答案：泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1。

(1)求回流比R。

由

求取其他值有不同方法。

方法1

結(jié)合x(chóng)—y圖的作圖法：

①進(jìn)料組成xF。

兩操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即是：

y=0.8xF+0.172；y=1.3xF-0.018

兩式聯(lián)立，解得：xF=0.38。

②餾出液的組成xD。

精餾段操作線方程與對(duì)角線方程聯(lián)立：

y=0.8xD+0.172；y=xD

兩式聯(lián)立，解得：xD=0.86

③釜液的組成xW。

提餾段操作線方程與對(duì)角線方程聯(lián)立：

y=0.8xW+0.172；y=xW

兩式聯(lián)立，解得：xW=0.06

方法2由方程直接求解。

求xD。

由

(2)求xW。

由

(3)求xF。

由

(1)

由

(2)

因?yàn)?/p>

L'=L+qF=RD+qF=4D+F=4D+(D+W)=5D+W=13W/3

所以

將其代入式(1)，得：

所以

將其代入式(2)，得：

xF=0.4×0.86+0.6×0.06=0.3818.參考答案：A19.參考答案：twi≈133.3℃，ta=0℃，ri=0.097m，r0=0.127m

αT=9.4+0.052(tw-ta)

解得：tw=15.9℃

αT=9.4+0.052×(15.9-0)=10.23[W/(m2·K)]

20.參考答案：本題屬于操作型問(wèn)題，此類(lèi)問(wèn)題要充分利用情況變動(dòng)前的信息。另外，流動(dòng)狀態(tài)為完全湍流則表示變動(dòng)前后的摩擦系數(shù)λ不變。

變動(dòng)前的流程如下：

在圖示的1-1(起點(diǎn))至2-2(終點(diǎn))截面間列柏努利方程，即

(1)

式中：

ω=0，Δz=0，u1=u2，Δp=-500kPa

代入式(1)，得：

因?yàn)?/p>

所以

(2)

變動(dòng)后的流程如下：

同理，在圖示的1-1(起點(diǎn))至2-2(終點(diǎn))截面間列在截面1-1和2-2之間列柏努利方程，可得：

∑L'f=500(J/kg)

但∑L'f=∑Lf10+∑Lf02

因并聯(lián)管路直徑相同，故

所以

(3)

比較(2)、(3)兩式，可得：

所以

增加的輸水量為：

ΔQ=Q2-Q1=6325-5000=1325(m3/h)21.參考答案：B22.參考答案：當(dāng)ηA=0.80時(shí)，最小液汽比為：

實(shí)際液汽比為：

傳質(zhì)單元數(shù)：

液汽比增大后，因?yàn)槭菤饽た刂?，故HOG不變，所以NOG不變。

液汽比增大后：

解得：η'A=0.852

A的吸收量增加的百分?jǐn)?shù)：

23.參考答案：減薄滯流內(nèi)層的厚度24.參考答案：液膜阻力25.參考答案：B26.參考答案：溶液的沸點(diǎn)：

t1=T'1+Δ=61+14.6=75.6(℃)

水分蒸發(fā)量：

由于沸點(diǎn)進(jìn)料，其傳熱量為：

Q=Wr'1+QL=1.02×7.5×2352.1×103

=5.998×106(W)

傳熱系數(shù)：

27.參考答案：(1)氫鍵模型；(2)優(yōu)先吸附一毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理；(3)溶解一擴(kuò)散模型

(1)氫鍵模型。

氫鍵模型認(rèn)為，膜的表層很致密，其上有大量的活化點(diǎn)，鍵合一定數(shù)目的結(jié)合水，這種水已失去了溶劑化的能力，溶質(zhì)不能溶解于其中。進(jìn)料液中的水分子在壓力下可與膜上的活化點(diǎn)形成氫鍵締合，使該活化點(diǎn)上其他結(jié)合水被解締下來(lái)，被解締下的結(jié)合水又與下面的活化點(diǎn)發(fā)生締合，使該點(diǎn)原有的結(jié)合水被解締下來(lái)，這樣水分子逐漸從膜面進(jìn)入膜內(nèi)，最后透過(guò)膜。而溶質(zhì)是通過(guò)高分子鏈間空穴，以空穴型擴(kuò)散透過(guò)膜的。

(2)優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理。

此理論由Sourirajan提出，他認(rèn)為反滲透是受膜的表面現(xiàn)象所控制，與溶液接觸的膜表面具有適宜的化學(xué)性質(zhì)和適宜尺寸的膜孔徑。前者是指膜可以?xún)?yōu)先吸附或優(yōu)先排斥溶液中的某組分。由于反滲透膜表面具有親水基團(tuán)，因此在膜表面可以?xún)?yōu)先吸附一層水分子，約有2個(gè)水分子厚度，溶質(zhì)被排斥。這層水在外壓的作用下進(jìn)入膜表面的毛細(xì)孔，并通過(guò)毛細(xì)孔透過(guò)膜。根據(jù)這一機(jī)理，定義膜孔徑等于純水層厚度t的2倍時(shí)[(5～10)×10-10m]為膜的臨界孔徑。當(dāng)膜孔徑在臨界孔徑的范圍內(nèi)時(shí)，孔隙中充滿純水，溶質(zhì)無(wú)法通過(guò)；如孔隙大于臨界孔徑，就會(huì)有部分孔隙讓溶質(zhì)通過(guò)。

(3)溶解-擴(kuò)散模型。

該模型(Lonsdale和Riley等提出)認(rèn)為反滲透膜具有完全致密的界面，水和溶質(zhì)透過(guò)膜不是空隙作用，而是水和溶質(zhì)與膜相互作用并溶解在膜中，然后在化學(xué)位梯度的推動(dòng)下在膜中擴(kuò)散并透過(guò)膜。溶劑與溶質(zhì)透過(guò)膜的過(guò)程可分為三步：

①溶劑(質(zhì))在高壓側(cè)吸附和溶解于膜中；

②在化學(xué)位差的推動(dòng)下溶劑(質(zhì))以分子擴(kuò)散透過(guò)膜；

③溶劑(質(zhì))在膜的透過(guò)液側(cè)表面解吸。28.參考答案：B29.參考答案：A30.參考答案：液體31.參考答案：B32.參考答案：C33.參考答案：表面汽化34.參考答案：減小35.參考答案：由于X1＞XC＞X2，故干燥包含恒速與降速兩段過(guò)程。

總干燥時(shí)間：

(1)

其中：GC=1000kg絕干料，UC=3.06×10-4kg/(m2·s)，A=55m2

X1=0.15kg/kg絕干料，XC=0.125kg/kg絕干料，

X2=0.005kg/kg絕干料，XP=0kg/kg絕干料

將以上數(shù)值代入(1)，得：

假定臨界含水量不變，其他條件不變，則由式(1)得

因?yàn)?/p>

所以

所以

計(jì)算表明，提高干燥介質(zhì)(熱空氣)的流速，干燥速率增大，干燥時(shí)間減少。36.參考答案：由于有液體自A管流出，而使器內(nèi)形成真空，在大氣壓作用下，空氣不斷從B管內(nèi)補(bǔ)充。

設(shè)在任意時(shí)刻，液面高度為hi(m)，此時(shí)，在C，D兩點(diǎn)間應(yīng)用流體靜力學(xué)方程，得：

pC=pa=pD+(hi-0.3)ρg

(1)

又在C，E兩點(diǎn)應(yīng)用流體靜力學(xué)方程，得：

pE=pC+0.3ρg

(2)

由式(1)、式(2)可知：只要液面不低于C點(diǎn)，則pC、pE恒定。

(1)當(dāng)液面不低于C點(diǎn)時(shí)，在管入口(E點(diǎn))至出口間列柏努利方程，得：

(3)

式中，ω=0，Δz≈0，Δp=-0.3ρg

u1≈0，u2=u，

代入式(3)，得：

整理可得：

液面降至C點(diǎn)所用時(shí)間：

(2)當(dāng)液面低于C點(diǎn)時(shí)，設(shè)在任意時(shí)刻t，液面高度為h，則

(4)

在t→t+dt時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)器內(nèi)液體做物料衡算，得：

將式(4)代入，整