《食品工程原理》课件绪论

1、章 节内 容学时绪论绪论1第一章流体流动4第二章流体输送机械4第三章非均相物系的分离6第四章传热7第五章蒸发4第六章干燥6合计32理论教学内容与学时分配实验：8学时一、 食品工业与食品工程原理食品工业：将自然界的物质加工成可食用的生活资料的工业。绪 论食品工程原理：研究食品加工中工程技术的基本理论、实践方法的一门科学，主要解决三传理论和单元操作的基本问题。食品工程：解决实现食品工业化生产的问题。食品工业干制品焙烤制品罐头制品糖果制品二、食品工程在食品工业中的地位膨化制品速冻制品食品工程食品物理学 食品化学 食品微生物学 = 0 + a m电饭煲研制中的食品工程原理电饭煲加工现场电饭煲开发米饭的

2、烹制中的“三传”：传热学 研究加热曲线，进行“火候”控制传质学 研究吸水特性，进行质地控制流体力学 促进传质传热，形成光泽表面本页图片由“美的电饭煲”提供三、本课程的研究内容及学习目的能力培养工程设计设备的选用先修课高等数学普通物理学研究内容三传理论单元操作学习目的掌握食品工程的基本理论掌握工程测试方法1. 食品加工过程及单元操作单元操作（Unit operation）：食品生产过程所共有的基本物理操作。食品生产：(1)生化反应过程：如酒类、酱油等生产，食品风味的形成等；(2)物理加工过程：流体输送、过滤、加热、蒸发、结晶、蒸馏、粉碎、萃取、干燥茶饮料生产工艺流程单元操作与食品加工茶叶浸提过滤

3、调配灭菌辅料成品过滤粉碎灌装灭菌水过滤溶解饮料水生蒸汽水过滤浸提过滤调配茶叶配料均质缓冲罐灭菌缓冲罐灌装成品图例说明：离心泵阀门搅拌器切割清洗采肉漂洗混合精滤过滤漂洗过滤漂洗过滤冷冻市场单元操作与食品加工冷冻鱼糜加工工艺框图活鱼鱼糜加工涉及的单元操作包装成型破碎、浸提、过滤、混合、传热、鱼糜加工设计的传递过程动量传递热量传递质量传递杀鱼机滚筒清洗机采肉机漂洗机过滤机脱水机混合机成型包装机冷库活鱼单元操作与食品加工鱼糜加工的设备选型配套根据单元操作、工艺参数进行相关设备的计算、选型或设计平板速冻机精滤机均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性质。同一食品生产过程中可能会包含多

4、个相同的的单元操作。同一单元操作可用于不同的食品生产。原理相同，设备通用。2. 单元操作的应用及特点若干个单元操作串联起来，就可以组成一个工艺过程。动量传递(momentum transfer)：食品工程中常见到运动的流体发生的动量由一处向另一处传递的过程。例如：流体输送、混合、沉降、过滤、离心分离、气力输送3. 三大传递过程热量传递(heat transfer)： 因温度差的存在而使能量由一处传到另一处的过程。例如：热交换（加热或冷却）、蒸发、物料干燥、蒸馏等质量传递(mass transfer)：因浓度差而产生的扩散作用形成相内和相间的物质传递过程。例如：吸收、浸取、液-液萃取、物料干燥等

5、“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用。同一单元操作涉及到两种或两种以上的传递理论。同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础。4. 单元操作与三传理论的关系5.1 课程性质食品工程原理是专业基础课。5 课程性质、内容及任务三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理；主要单元操作的典型设备结构、工作原理、计算方法；用基础理论分析和解决食品工程单元操作中典型工程问题(设备选型及实验研究方法) 。5.2 课程内容与要求教学和学习方法讲课：理论分析，数学公式的推导，单元操作设备结构、三传理论的应用。例题和习题：吸收消化课堂内容，注意解题思路。预习与听课：

6、 笔记（重点和难点）作业：指定和自选；复习：读书笔记、重点记忆、解题方法、综合分析。考核： 平时，20%实验，20%期末，60%7.1 单位制采用国际单位制；国际单位制的形式基本单位：长度、质量、时间、温度辅助单位：弧度、球面角导出单位：速度(长度单位/时间单位，如m/s)、力(kgf、N)、加速度、体积、7 单位与单位换算例：速度 L1加速度 L2力 ML27.2 因次（dimension）基本量长度、质量、 时间、温度分别用L、M、 、 T表示；导出量由这些基本量的符号组合而成：例如MaLbc因次：a、b、c因次式(量纲式)：MaLbc无因次：当abc0时，M0L001练习：密度体积的因次

7、、量纲式？Pabar2kgf/cmatmmmH O2mmHg1-5110-51.0210-50.99100.1020.0075511011.020.986910197750.1398.07100.980710.96784110735.5651.013101.0131.0332141.0332107609.80798.070.000140.96781010.0735133.320.133320.136100.001 3213.616894.80.068 950.07030.06870351.717.3 单位换算单位换算表(压强)练习：长度的单位换算：m, cm, mm, 力的单位换算：g, kg

8、, 公斤, 功率、体积、温度、物料衡算能量衡算物系的平衡关系传递速率经济核算8. 单元操作中常用的基本概念8.1 物料衡算（material balance）依据质量守恒定律，MiMsMoMi=Mo+Ms物料的流速、浓度、温度、压强等参数不随时间而变化对于稳态操作过程，则物料衡算关系为Mi=Mo用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。操作1M1M3操作2M5M4M1 + M4 = M2 + M3物料衡算的步骤：（1）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。（2）在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围。（3）规定衡算基准，列出衡算式，求解未知量。例：稳定连续

9、操作流程，累积为0，M2蒸发器浓缩汁M2=？kg/hw2=58%例0-1 将流量为1000kg/h、固形物含量为7.08%的新鲜橘汁浓缩成固形物含量为58%的浓缩汁，计算浓缩汁和蒸发水的流量。解: (1)过程图及物料流向蒸发水M3=？kg/h鲜橘汁M1=1000kg/hw1=7.08%(2) 列出衡算式M 1 = M 2 + M 3总物料衡算：固形物质量衡算： M 1 w1 = M 2 w2 + M 3 w3解得：M2=122kg/h，M3=878kg/hEi=Eo+ELEi 进入的系统的总能量；Eo 离开系统的总能量；EL 系统损失的能量。8.2 能量衡算（Energy balance）本课

10、程所用到的能量主要有机械能和热能。能量衡算的依据是能量守恒定律。热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。EL操作1EiEo例0-2 采用套管冷却器，用水将固形物含量为40% 、流量为100kg/h的番茄酱从90冷却到20，水温从15上升到25。求 水 的 流 量 。 已 知 水 和 番 茄 酱 的 比 热 分 别 为 4186J/kg.K 、2846J/kg.K，不计热损失。(2) 列出衡算式(以0 为基准)进系统Ei：出系统Eo：番茄酱M2=100kg/hT2=20, c1解: (1)过程图及物料流向番茄酱M1=100kg/hT1=90,c1水Mw=？kg/ht2=25,cw水，t1=15,cw

11、Ei = M 1c1 (T1 0) + M w cw (t1 0)Eo = M 2 c1 (T2 0) + M w cw (t 2 0)总热量衡算： 100 2846 (90 0) + M w 4186 (15 0)= 100 2846 (20 0) + M w 4186 (25 0)解得：Mw=476kg/h平衡关系 可用来判断过程能否进行，进行的方向和限度以食盐的溶解和结晶为例：食盐浓度饱和浓度：结晶食盐浓度饱和浓度：溶解食盐浓度=饱和浓度: u结晶=u溶解8.3 物系的平衡关系 (relationship of system balance)8.4 传递速率（rate of transf

12、er process）以食盐的溶解为例：固相向液相的传质溶解：不饱和溶液中，浓度高则溶解慢；平衡：饱和溶液中，溶解速率为零；推动力：溶液浓度与平衡浓度之差值；溶解速率：与推动力成正比；推动力阻力传递速率 =传递速率是决定设备的重要因素，传递速率大，设备尺寸可小。三传同理：各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最优效益作为最终的设计方案。设备的选择、工艺参数可有若干方案。应通过经济核算，以最优的效益作为最终的设计方案。8.5 经济核算(economic evaluations)任何一个科研成果都要通过工程技术才能得以大规模生产。任何一个科研成果都要通过工程技术才能得以大

13、规模生产。食品工程原理是将实验室科研成果转入工业化生产的基础理论课程。1.2.3.4.5.6.7.杨同舟主编. 食品工程原理，中国农业出版社，2003高福成. 食品工程原理，北京：中国轻工业出版社，1998夏清等主编. 化工原理，上下册，天津：科学大学出版社，2005王志魁. 化工原理，北京：化学工业出版社，1987。姚玉英. 化工原理例题与习题。北京：化学工业出版社，1998Stanley E. Charm, The Fundamentals of Food Engineering. AVIPublishing inc 1978Dennis R. Heldman. Food Process

14、Engineering. AVI PublishingCompany inc:1981教材赵思明主编. 食品工程原理，北京：科学出版社， 2012.主要参考文献1 食品科技网：/2食品工程原理精品课程：1) /kech/spgc/2) /spgcyl/lmzl/jsdw.html3) /jpkc/spgcyl/new/4) /course/details/chapters?uuid=8a83399b-19cc4aab-0119-cc4aac11-0069&courseID=A0701075) /ec2006/C50/kcms-1.htm6) /2007/spgcyl/main.html7) /

15、spgc/Course%20Objective.htm教学网站思考题一、填空题1. 同一设备的设计可有多种方案，应采用( )来确定最终的方案。2. 单元操作中常用的五个基本概念包括( )、 ( )、 ( )、 ( )和( )。3. 奶粉的生产主要包括( )、( )、( )、( )、( )等单元操作。二、简答1. 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？2. “三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？3. 如何理解单元操作中常用的五个基本概念。4 举例说明三传理论在实际工作中的应用。5. 简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。三、计算题1. 将5kg蔗糖溶解在20kg的水中，试计算

16、溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。已知20蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。2. 在含盐黄油生产过程中，将60%（质量分数）的食盐溶液添加到黄油中。最终产品的水分含量为15.8%，含盐量1.4%，试计算原料黄油中含水量。3. 将固形物含量为7.08%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。若鲜橘汁进料流量为1000kgh-1，计算生产浓橘汁和蒸出水得量。4.在空气预热器中用蒸气将流量1000 kgh-1，30的空气预热至66，所用加热蒸气温度143.4，离开预热器的温度为138.8。求蒸气消耗量。5. 在碳酸饮料的生产过程中，已知在0和1个大气压下1体积的水可以溶解3体积的CO2