食品工程原理-绪论课件

1德州扒鸡天津狗不理包子北京烤鸭长沙臭豆腐河南烩面东北小鸡炖蘑菇四川水煮鱼2食品工程原理PrinciplesoffoodEngineering主讲人：张琴授课章节：绪论、细菌

学时安排：4学时教学目标：了解食品工程原理的研究内容

了解食品工程原理的基本概念

掌握单位与单位换算重点：食品工程原理的基本概念

单位与单位换算难点：单位与单位换算教学方法：讲授法、多媒体教学5相关网站6食品工程原理的研究内容食品工程原理的基本概念单位与单位换算绪论7食品工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成食物的工业。

包括的门类繁多，如粮食加工、食用油脂、肉类加工、乳品、糕点、制糖、制盐、制茶、卷烟、酿酒、罐头等二十多个不同行业。特点：原料来源广泛；生产具有季节性；产品销售具有普遍性；生产具有一定的地方性。

一、食品工程原理的研究内容8原料特点⑴热敏性：如蛋白质遇热容易变性，要求温度低、时间短。⑵易氧化性：如脂肪成分在高温下易氧化变质，要求少量空气、O2少，时间短、不锈钢。⑶易腐败性：如微生物生长繁殖。产品要求⑴营养卫生，色、香、味⑵经济性工序一个生产过程是由许多生产工序组合而成10举例：全脂乳粉生产的工艺流程F≥12%80～85℃，30sF≥40～45%空气温度180～200℃，牛乳温度40～45℃12

上述产品的原料形式、加工工艺都有很大的不同，但都包含了流体的输送、物质的分离、加热等不同的物理操作过程。这些工序就是单元操作。

单元操作原理、设备结构是食品工程原理研究的范畴。1、单元操作14按操作的理论基础划分：以动量传递理论为基础——流体输送、搅拌、沉降、过滤，离心分离以热量传递理论为基础——加热、冷却、蒸发、冷凝以质量传递理论为基础——蒸馏、吸收、吸附、萃取单元操作的分类上述三种理论，我们称之为“三传理论”。15举例16动量传递（momentumtransfer）:流体流动时，其内部伴随着动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡遵循流体流动基本规律的单元操作均可用动量传递理论研究热量传递（heartransfer）:物料的加热或冷却过程也称为物体的传热过程。凡遵循传热基本理论的单元操作均可用热量传递理论研究。质量传递（masstransfer）:两相间的传递过程称为质量传递。凡遵循传质基本理论规律的单元操作均可用质量传递理论研究。2、三传理论17

单元操作和三传理论都是食品工程技术的理论和实践基础。三传理论是单元操作的理论基础；单元操作是三传理论在生产中的具体应用。有些单元操作都会包含两种或两种以上的传递理论。单元操作与三传理论的关系18茶饮料生产工艺流程

201、物料衡算（materialbalance）

为弄清生产过程中原料、成品及损失的物料数量，必须进行物料衡算。质量守恒定律：

在化学反应中，参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。

对于物料衡算来说，则是进入与离开某一加工过程的物料质量之差等于该过程中积累的物料质量。

21物料衡算是质量守恒定律的一种表达形式，即ΣGΙ=ΣG0+ΣGA

式中ΣGΙ-输入物料的总和，ΣG0-输出物料的总和，ΣGA-积累的物料量。若积累的物料量为零，即连续生产或定态过程，则ΣGΙ=ΣG023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。

以1h原料乳的流量为计算基准对整个体系（如图虚线框所示）进行物料衡算。离心机原料乳35000/6kg/h脂肪4%脱脂乳c

kg/h

脂肪0.45%奶油wkg/h

脂肪45%解：设脱脂乳的流量为c（kg/h），奶油的流量为w（kg/h）。24对脂肪进行物料衡算：进入系统的脂肪含量=离开系统的脂肪含量将上两式联立可解得c=5368kg/h，w=465kg/h对脂肪的物料衡算：总物料衡算：26总物料衡算：ma+mb+mc=100kg对酒精的物料衡算：0.146ma+0.167mb+0.170mc=0.16*100对糖的物料衡算：0.002ma+0.01mb+0.12mc=0.03*100将式（1）、（2）、（3）联立可解得：ma=36.8kg;mb=42.4kg;mc=20.8kg.272、能量衡算（energybalance）

能量以各种形式存在，如机械能、热能、电磁能、化学能、原子能等。本课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。动能和势能的总和能量守恒定律:能量既不会消灭，也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。28

能量衡算的依据是能量守恒定律，对热量衡算可以写成：ΣQΙ=ΣQ0+ΣQL式中，ΣQΙ—随物料进入系统的总热量，kJ或kw;ΣQ0—随物料离开系统的总热量，kJ或kw;ΣQL—向系统周围散失的热量，kJ或kw。30例0-3番茄酱的冷却，将固形物含量为40%的番茄酱以100kg/h的流量输入冷却器，使其由90℃有冷却到20℃，隔着金属壁冷却用水由15℃升至25℃，求冷却水的流量。解：画出过程框图以0℃作温度基准进入系统的热流量离开系统的热流量：

番茄酱qm1=100kg/h90℃,w=40%,c115℃水c2qm225℃

20

℃

31因过程在系统中无积累热量，故，则水的比热容为J/(kg·K),而番茄酱的比热容要由其中固形物的比热容和水的比热容按照上述计算。若食品中非脂肪成分的比热容取837J/(kg·K)，则番茄酱的比热容：J/(kg·K)因此，冷却水的流量

kg/h32例0-4高压灭菌锅中装有1000罐青豆罐头。灭菌时罐头被加热到100℃，离开灭菌锅前要求被冷却到40℃。已知冷却水进口温度为15℃，出口温度为35℃，试计算共需要多少冷却水。已知青豆罐头的比热为4.1kJ/kg·℃,金属罐的比热为0.50kJ/kg·℃，每一金属罐的重量是60g，罐头净重0.45kg。假设将灭菌锅锅壁降到40℃需要1.6×104kJ，且忽略热量损失。进入系统的热量：金属罐的热量=罐的质量×比热×降低的温度

=1000×0.06×0.50×（100-40）=1.8×103kJ青豆的热量=1000×0.45×4.1×（100-40）=1.1×105kJ进口处冷却水的能量=w×4.186×（15-40）=-104.6wkJ解：设需要冷却水的质量为w，以罐头的最终温度40℃作温度基准33离开系统的热量：金属罐的热量=1000×0.06×0.50×（40-40）=0

kJ青豆的热量=1000×0.45×4.1×（40-40）=0

kJ出口处冷却水的能量=w×4.186×（35-40）=-20.9wkJ进入系统的总热量=离开系统的总热量，即：1800+110000+16000-104.6w=-20.9ww=1527kg34例0-5食物的直接蒸汽加热，将100kg温度为5℃的食品物料引入加热锅中，通入温度为120.2℃的水蒸气直接加热，最后终温度为81.2℃，若食品物料的比热容J/(kg·K)，求蒸汽的消耗量。解：画出过程框图以0℃作温度基准。水蒸气冷凝放出凝结热后又降温至81.2℃放热，两部分放热之和可由始、终态的焓差直接求得。食物+冷凝水81.2℃水蒸气,x(kg)120.2℃食物,100(kg),5℃35查书末附录4的饱和蒸气表，120.2℃水蒸气的比焓为2709.2kJ/kg,而81.2℃液体水的比焓为339.8kJ/kg。设蒸汽消耗量为xkg，则蒸汽共放热

而食品物料吸热：

因，则蒸汽消耗量363、物系的平衡关系(relationshipofsystembalance)平衡状态是自然界中广泛存在的现象。

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：溶解一定温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。

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。374、传递速率以食盐的溶解为例：不饱和食盐溶液：溶解速率大；食盐浓度高时，溶解速率小。饱和食盐溶液：溶解速率为零

——平衡状态

溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推动力（drivingforce）。38颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响。

原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对流。其结果能减小溶解过程的阻力。传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即

过程的传递速率是决定设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以变小。39推动力质量传递的推动力：浓度差（对气体而言是分压差）热量传递的推动力：温度差动量传递的推动力：压强差405、经济核算(economicevaluations)本课程中，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，并以最优经济效益作为最终的设计方案。

在设计具有一定生产能力的设备时，选用不同的材料，不同的设备型式及操作条件，可以提出多种不同的设计方案,但最终应从技术经济的观点出发进行比较。生产费用设备费：设备的造价、操作的难易、耐用年限操作费：人力、水电