题目
例0-1 将含 4% 脂肪的原料乳通过离心分离得到脂肪含量为 0.45% 的脱脂乳和脂肪含量为 45% 的奶油。生产任务规定 6h 要求处理原料乳 35000kg,试求产品脱脂乳和奶油的流量。
例0-1 将含 4% 脂肪的原料乳通过离心分离得到脂肪含量为 0.45% 的脱脂乳和脂肪含量为 45% 的奶油。生产任务规定 6h 要求处理原料乳 35000kg,试求产品脱脂乳和奶油的流量。
题目解答
答案
根据物料平衡:
1. 总质量守恒:$ m_1 + m_2 = 35000 \, \text{kg} $。
2. 脂肪质量守恒:$ 0.0045 m_1 + 0.45 m_2 = 1400 \, \text{kg} $。
将 $ m_1 = 35000 - m_2 $ 代入,得:
\[
0.4455 m_2 = 1242.5 \implies m_2 \approx 2789.2 \, \text{kg}
\]
\[
m_1 = 35000 - 2789.2 = 32210.8 \, \text{kg}
\]
每小时流量:
\[
\text{脱脂乳流量} = \frac{32210.8}{6} \approx 5368.5 \, \text{kg/h}
\]
\[
\text{奶油流量} = \frac{2789.2}{6} \approx 464.9 \, \text{kg/h}
\]
答案:脱脂乳流量约为5368.5 kg/h,奶油流量约为464.9 kg/h。
解析
考查要点:本题主要考查物料平衡原理的应用,包括总质量守恒和脂肪质量守恒。需要根据原料乳的脂肪含量及分离后产品的脂肪浓度,建立方程求解流量。
解题核心思路:
- 总质量守恒:原料乳总质量等于脱脂乳和奶油质量之和。
- 脂肪质量守恒:原料乳中的脂肪总量等于脱脂乳和奶油中的脂肪总量之和。
- 通过联立方程求解脱脂乳和奶油的质量,再根据时间计算流量。
破题关键点:
- 正确建立两个守恒方程。
- 注意脂肪含量的百分比转化为小数形式(如4%→0.04)。
- 解方程时注意代数运算的准确性。
设脱脂乳的质量为$m_1$ kg,奶油的质量为$m_2$ kg。
总质量守恒
原料乳总质量为35000 kg,分离后总质量不变:
$m_1 + m_2 = 35000 \quad \text{(1)}$
脂肪质量守恒
原料乳中脂肪总量为:
$0.04 \times 35000 = 1400 \, \text{kg}$
脱脂乳中的脂肪为$0.0045m_1$,奶油中的脂肪为$0.45m_2$,因此:
$0.0045m_1 + 0.45m_2 = 1400 \quad \text{(2)}$
联立方程求解
- 由方程(1)得:$m_1 = 35000 - m_2$。
- 将$m_1$代入方程(2):
$0.0045(35000 - m_2) + 0.45m_2 = 1400$ - 展开并整理:
$157.5 - 0.0045m_2 + 0.45m_2 = 1400 \\ 0.4455m_2 = 1242.5 \\ m_2 \approx 2789.2 \, \text{kg}$ - 代入$m_1 = 35000 - 2789.2$,得:
$m_1 \approx 32210.8 \, \text{kg}$
计算流量
- 脱脂乳流量:$\frac{32210.8}{6} \approx 5368.5 \, \text{kg/h}$
- 奶油流量:$\frac{2789.2}{6} \approx 464.9 \, \text{kg/h}$