食品工程原理复习资料重要公式总结

1食工原理复习资料单元操作：不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，依据物理加工过程的各种操纵原理，可以归结为数个广泛的根本过程，这些根本过程称为单元操作。特点：假设干个单元操作串联起来组成的一个工艺过程称为物理性操作。同一食品生产过程中可能会包含多个一样的单元操作。单元操作用于不同的生产过程其根本原理一样，进展该操作的设备也可通用。三传理论：单元操作按其理论根底可分为三类：流体流淌过程，传热过程，传质过程，以上三个过程包含三个理论，称为三传理论〔动量传递，热量传递，质量传递。物料衡算：依据质量守恒定律，以生产过程中或生产单元为争论对象，对其进出口处进展定量计算，称为物料衡算。第一章流体流淌与输送设备流体：具有流淌性的物体。如气体，液体。特征：具有流淌性；抗剪和抗张力量很小；无固定外形，随容器外形而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。密度：单位体积流体的质量，称为流体的密度fp,T)压力：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均一样。压力的单位：按压力的定义，其单位为N/m2，或Pa；以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。标准大气压的换算关系:1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O压力的表示方法:表压=确定压力－大气压力；真空度=大气压力－确定压力静力学根本方程：压力形式 p2

pg(z1

z)2能量形式

p zgp2zg1 1 21适用条件：在重力场中静止、连续的同种不行压缩流体。在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的外形无关。在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。其次节 流体动力学SV：单位时间内流经管道任意截面的流体体积，m3/sm3/h。mS：单位时间内流经管道任意截面的流体质量，kg/skg/h。u：单位时间内流体在流淌方向上所流经的距离，m/s。S质量流速Gkg〔相互关系：U=V/A;G=ρV=ρAU内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生相互作用，称为流体的内摩擦力或粘滞力。剪应力〔内摩擦力t=F/Aμuδ定态(稳定)流淌与非定态〔不稳定〕流淌：流体流淌系统中，假设各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流淌称之为定态流淌；假设流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化，则称为非定态流淌。m m muAuA 常数S2常数1 1 12 2 2ρ=常数〔不行压缩流体〕V VuAuA 常数S1S2常数1 12 2圆管udud2ud2常数1 1 2 2

机械能守恒——柏努利方程的柏努利方程以单位质量流体为基准：zg1

1u2u2 1

p W1 1

12z2g2u22

2WpfpJ/kg以单位重量流体为基准：1z u2

pp Hp

1z

2 2 h11 2g 1 1

e 2 2g 2 g fJ/N=m〕两截面间流体连续稳定流淌〔〕适于不行压缩流体，如液体；m对于气体，当p1p220，可用两截面的平均密度ρmp

计算。1二、抱负流体的柏努利方程抱负流体是指没有黏性〔即流淌中没有摩擦阻力〕的不行压缩流体。1 p 1 p22z1g2u122

1z2

g2u2

21 pz u2 1z

1 p u2 21 2g 1 g 2 2g 2 g说明抱负流体在流淌过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，三、柏努利方程的争论当系统中的流体处于静止时，柏努利方程变为1zgp zgp211 2 上式即为流体静力学根本方程式。1在柏努利方程式中，zg2u2、

p分别表示单位质量流体在某截面上所具有的位能、动能和静压能；而We、ΣWf是指单位质量流体在两截面间获得或消耗的能量。输送机械的有效功率： Pe

mWs ee输送机械的轴功率： PPe

=W*质量流量/效率第三节管内流体流淌现象1-3-1流体的黏度一、牛顿黏性定律牛顿黏性定律说明流体在流淌中流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度之间的关系，其表达式为FA

d.

或

d.dy dy牛顿黏性定律适用于层流。黏度是度量流体黏性大小的物理量，一般由试验测定。物理意义：促使流体在与流淌相垂直方向上产生单位速度梯度时的剪应力。单 位：Pa·s，cP 1cP=10-3Pa·s影响因素：温度与压力。液体：T↑，μp的影响。气体：T↑，μp的影响。剪应力与速度梯度的关系符合牛顿黏性定律的流体，称为牛顿型流体；不符合牛顿黏性定律的流体称为非牛顿型流体。运动黏度为黏度μ与密度ρ的比值，单位为m2/s，也是流体的物理性质。一、流体流淌类型层流〔或滞流：向前流淌，质点之间互不混合；湍流〔或紊流：在大小和方向上都随时发生变化，质点相互碰撞和混合。二、流型判据——雷诺准数Redu

〔1-28〕Re为无因次准数，是流体流淌类型的判据。Re≤2023时，流淌为层流，此区称为层流区；Re≥4000时，一般消灭湍流，此区称为湍流区；2023<Re<4000时，流淌可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。依据Re准数的大小将流淌分为三个区域：层流区、过渡区、湍流区，但流淌类型只有两种：层流与湍流。雷诺准数物理意义：表示流体流淌中惯性力与黏性力的比照关系，反映流体流淌的湍动程度。

第四节流体流淌阻力1-4-1流体在直管中的流淌阻力一、直管阻力的通式范宁公式的几种形式：lu2f能量损失 W d 2f压头损失 h

f

lu2Wf g d2gW压力损失

p Wf

lu2d 2二、层流时的摩擦系数层流时摩擦系数λRe的函数64Re流体在直管内层流流淌时能量损失的计算式为32luWf d2或 pf

32lu ——哈根-泊谡叶方程d2说明层流时阻力与速度的一次方成正比。三、湍流时的摩擦系数湍流时摩擦系数λRe和相对粗糙度

的函数：d(Re , )dλ-Re- 图：d〔1〕层流区 Re<2023 λ=64/Re，与d

无关 Wf,hf∝u1〔2〕过渡区 2023<Re<4000 λ=f〔Re，〕d湍流区 Re>4000 λ=f〔Re，d

〕 Wf,hf∝u1~2完全湍流区 Re>Rec λ=f〔d(阻力平方区) 1-4-2局部阻力一、阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数，

〕与Re无关 Wf,hf∝u2u2 u2W” 或 h”f 2 f 2g式中，ζ称为局部阻力系数，一般由试验测定。留意，计算突然扩大与突然缩小局部阻力时，u为小管中的大速度。进口阻力系数进口

0.5，出口阻力系数出口

1。二、当量长度法将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径一样、长度为l的直管所产生的阻力即e2W”leu2

或 h”

leu2f d 2 f d2g2式中l称为管件或阀门的当量长度，也是由试验测定。e1-4-3流体在管路中的总阻力当管路直径一样时，总阻力： l u2W W W” f或 W

f fW

d 22lleu2f f f d 2留意：计算局部阻力时，可用局部阻力系数法，亦可用当量长度法，但不能用两种方法重复计算。

第七节 流体输送设备离心泵气缚现象：离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有布满液体，则泵壳内存有空气，而空气的密度又远小于液体的密度，故产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压缺乏以将贮槽内液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚现象，说明离心泵无自吸力量。因此，离心泵在启动前必需灌泵。2.离心泵的主要部件叶轮泵壳轴封装置二、离心泵的性能参数与特性曲线性能参数流量Q 离心泵单位时间内输送到管路系统的液体体积，m3/s或m3/h。压头〔扬程〕H 单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量，J/N或m液柱。效率η反映泵内能量损失，主要有容积损失、水力损失、机械损失。轴功率P 离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴的功率，W或kW。离心泵的有效功率Pe是指液体实际上从离心泵所获得的功率。Pe100%P泵的有效功率： Pe

QHg 或 Pe

QH102泵的轴功率为 P

QHg

或 PQH102特性曲线20℃水测定，由H-Q、P-Q、η-Q三条曲线组成。〔1〕H-Q曲线：离心泵的压头在较大流量范围内随流量的增大而减小。不同型号的离心泵，H-Q曲线的外形有所不同。〔2〕P-Q曲线：离心泵的轴功率随流量的增大而增大，当流量Q＝0时，泵轴消耗的功率动功率最小，以保护电机。〔3〕-Q曲线：开头泵的效率随流量的增

WP P点，该点称为离心泵的设计点。一般离心泵出厂时铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下92％左右的区域。影响离心泵性能的主要因素密度：ρ↑→Q不变，H不变，η根本不变，P↑；黏度：μ↑→Q↓，H↓，η↓，P↑；转速：比例定律

Q n H;1 1 ;

n P n( 1)2; 1( 1)3Q n H2 2 2

n P n2 2 2叶轮直径：切割定律

Q D H;1 1 ;

D P D ( 1)2; 1 ( 1 Q D H2 2 2

D P D2 2 2三、离心泵的工作点与流量调整管路特性曲线输送机械的能量要求。管路特性方程 H ABQ2e

H管路特性曲线其中 Azp，B

8 lle

H~QMg 2g d57

HMH~Qe

泵特性曲线Q QM10管路特性曲线仅与管路的布局及操作条件有关，而与泵的性能无关。曲线的截距A与两贮槽间液位差z及操作压力差pB与管路的阻力状况有关。高阻力管路系统的特性曲线较陡峭，低阻力管路系统的特性曲线较平坦。工作点H-QHe-Q的交点称为离心泵的工作点。假设该点所对应的效率在离心泵的高效率区，则该工作点是适宜的。工作点所对应的流量与压头，可利用图解法求取，也可由管路特性方程： H f(Q)e泵特性方程： H(Q)联立求解。流量调整转变管路特性曲线最简洁的调整方法是在离心泵排出管线上安装调整阀。转变阀门的开度，就是转变管路的阻力状况，从而使管路特性曲线发生变化。这种转变出口阀门开度调整流量的方法，操作简便、敏捷，流量可以连续变化，故应用较广，尤其适用于调整幅度不大，而常常需要转变流量的场合。但当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。转变泵特性曲线通过转变泵的转速或直径转变泵的性能。由于切削叶轮为一次性调整，因而通常承受转变泵的转速来实现流量调整。这种调整方法，不额外增加阻力，且在肯定范围内可保持泵在高效率下工作，能量利用率高。四、离心泵的汽蚀现象与安装高度1.汽蚀现象气泡在高压作用下，快速分散或裂开产生压力极大、频率极高的冲击，泵体猛烈振动并发出噪声，液体流量、压头〔出口压力〕及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。3.离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度是指贮槽液面与泵的吸入口之间所允许的垂直距离。p pH 0 g允 g

u2h12g f011H p0g允

g 允

hf01依据离心泵样本中供给的允许汽蚀余量(NPSH)0.5～1m。

，即可确定离心泵的允许安装高度。允推断安装是否适宜：假设H 低于H ，则说明安装适宜，不会发生汽蚀现象，否则，需g实 g允调整安装高度。欲提高泵的允许安装高度，必需设法减小吸入管路的阻力。泵在安装时，应选用较大的吸入管路，管路尽可能地短，削减吸入管路的弯头、阀门等管件，而将调整阀安装在排出管线上。离心泵的类型〔〔油泵〔〕屏蔽泵离心泵的选用〔1〕确定输送系统的流量和压头〔〕选择离心泵的类型与型号〔3〕的轴功率其它类型化工用泵一、往复式泵1.往复泵〔1〕往复泵的构造及工作原理主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀。工作原理：依靠活塞的往复运动，吸入并排出液体。往复泵的流量与压头单动泵流量 Q ASnT当活塞直径、冲程及往复次数肯定时，往复泵的理论流量为肯定值。往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，与流量也无关。往复泵具有正位移特性，即流量仅与泵特性有关，而供给的压头只取决于管路状况。〔3〕往复泵的流量调整多承受旁路调整或转变活塞冲程或往复次数。往复泵适用于输送小流量、高压头、高黏度的液体，但不适于输送腐蚀性液体及有固体颗粒的悬浮液。旋转泵与往复泵一样，也具有正位移特性，因此也承受旁路调整或转变旋转泵的转速，以达调整流量的目的。pT是指单位体积的气体流经通风机后获得的能量，J/m3Pa。其次章非均相物系分别将两相分别。操作方式分为两种：沉降分别 颗粒相对于流体〔静止或运动〕运动的过程称沉降分别。分为重力沉降、离心沉降。过滤 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分别的过程称过滤。第三章传热第一节概述1－1传热的根本方式热传递三种根本方式：传导、对流和辐射。传导是物体中温度较高局部分子，通过碰撞或振动将热能以动能形式传给相邻温度较低局部的分子，这种物体内分子不发生宏观位移的传热方式。对流是流体之间的宏观相对位移所产生的对流运动，将热量由空间中一处传到他处的现象。辐射是一种以电磁波传递热量的方式。工业的换热方法：间壁式换热、混合式换热和蓄热式换热。1－2稳定传热与不稳定传热稳定传热假设传热系统中各点的温度仅随位置变而不随时间变，则此传热过程为稳定传热。不稳定传热假设传热系统中各点的温度既随位置变又随时间而变，则此传热过程为不稳定传热。

其次节热传导2－1热传导的根本概念和付立叶定律付立叶定律∶tn式中负号表示热流体方向与温度梯度方向相反，即热量从高温传向低温。2－2导热系数付立叶定律中的比例系数 d ，其值等于温度梯度下的热通量。因此，λ值表示dStn了物质导热力量的大小，是表征物质导热性能的参数，称为导热系数。第三节对流传热对流传热速率方程流体与壁面间的对流传热速率由牛顿冷却定律表达式：TTdQ

w(TT1

)dSdS对流传热系数和传热面积以及温度差相对应。Q(TT )Sw iQ(t t)Sw 0第四节传热计算4－2总传热速率方程冷、热流体通过间壁的传热过程是热流体与壁面的对流传热，壁内的导热和另一侧壁面与冷流体的对流传热三个环节的串联过程。对于稳定传热过程，冷、热流体间的传热速率：4－3平均温度差恒温传热：t Ttm变温传热：逆流或并流t m

t t12t12ln 2t111当 ≤2时t m

t t2 124－4总传热系数外外表为基准的总传热系数计算式为：1 d bd 1 d 0 0 R 0RK0热面积

d d i i m

sid s0i传热面积S dLn0 0式中：So－—换热器传热的外外表积，L－—换热器管长，n－—换热器的管子根数。5－1影响对流传热系数的因数⑴流体物性，主要是比热容、导热系数、密度和黏度；⑵流体的流淌状态；⑶流淌的缘由是强制对流还是流体自然对流；⑷传热面的外形、位置和大小；⑸传热过程中有无相态变化5－3流体有相变时对流传热系数蒸气在管外膜状冷凝的传热系数饱和蒸气在垂直管或垂直板上膜状冷凝2g3Re＜1800

)1/4Re＞1800 0.0077( )1/3Re0.42特征尺寸取垂直管长或板的高度s定性温度蒸气冷凝潜热r取饱和温度ts

下的值，其余物性取液膜平均温度12t t t/2下的值。m w s蒸气在水平管外冷凝第六节辐射传热6－1黑体、镜体、透热体和灰体的概念１．黑体：能全部吸取辐射能的物体，其吸取率Ａ＝１。黑体又称为确定黑体。２．镜体：又称确定白体，是指能全部反射辐射能，即反射率Ｒ＝１的物体。３．透热体：能透过全部辐射能，即透过全部辐射能，即透过率Ｄ＝１的物体。４．灰体：能以一样的吸取率且局部地吸取由零到∞全部波长范围的辐射能物体。6－2斯蒂芬－波尔茨曼定律１.Ｅ〔Ｗ／。２．黑体的辐射力量的表达式－斯蒂芬－波尔茨曼定律：6－3灰体的辐射力量及黑度１．黑度：εE与同温度下黑体辐射力量之比。即E可由下式表达各种类型的换热器：套管式换热器，夹套式换热器，板式换热器3．传热过程的强化途径(１)增大传热面积；增大换热器单位体积的传热面积。(２)增大平均传热温差。平均温差的大小取决于两流体的温度和流淌方式，承受逆流操作可获得较大的传热温差。(３)增大总传热系数。提高Ｋ值必需削减各项热阻。削减热阻的方法有：提高对流传热系数〔加大流速；防止结垢或准时去除垢层等。热补偿方式：浮头补偿，补偿圈补偿，U形管补偿。1315第四章蒸发蒸发操作主要用于提高溶质的浓度；浓缩溶液和回收溶剂；获得纯洁的溶剂等。蒸发操作：是将溶液加热至沸点，使其中挥发性溶剂与不挥发性溶质的分别过程。蒸发操作进展的条件：是供给溶剂汽化所需的热量，并将产生的蒸气准时排解。蒸发器的加热室通常承受间壁式换热器，其两侧为恒温。蒸发过程的特点是〔与传热相比较：因溶液沸点上升等因素会引起温度差损失；因蒸发过程耗热量很大，所以应充分考虑热能利用；发器。三、蒸发操作的分类可按蒸发模式、按操作条件〔压力〕及效数等进展分类。一、单效蒸发流程蒸发器由加热器和蒸发室组成，此外还需除沫器、冷凝器等。〔2〕总传热系数K确实定蒸发器的总传热系数可按下式计算K 1i

Ri

1b 1R 0 0承受多效蒸发的目的是为了削减颖蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。多效蒸发：假设将二次蒸汽通道另一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，则可提高加热蒸汽的利用率，这种串联蒸发操作叫多效蒸发。1．并流流程2．逆流流程3．平流流程膜分别过程：超滤，反渗透，微滤，电渗析。第七章枯燥一、枯燥过程的分类及应用1、物料的枯燥：机械去湿法物理去湿法枯燥方法：传导枯燥：热能以传导的方式传给湿物料；对流枯燥：热能以对流方式由热气体传给与其直接接触的湿物料；辐射枯燥：热能以电磁波的形式由辐射器放射；介电加热枯燥：由高频电场的交变作用使物料加热而到达枯燥的目的。其次节 湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质湿空气的状态参数〔以单位质量的干空气为基准〕H：kg/kg干空气H0.622nvnaH0.622 p

p0.622 sH：s

Pp P pspH 0.622s

sPps是总压和温度的函数。ppp

v100%(pss

p) v100%(pp 湿空气比容νh：

p) (0.7731.244H)273t m3/kgh 273

干空气c：c

=1.01+1.88Hkg/kg ℃H H 干空气I：I=(1.01+1.88H)t+2490Htas：vtastcas(HasH)Ht：w用一般温度计测得的湿空气的温度，为湿空气的真实温度。湿球温度t :wk rt t Hw(H

H)w wd露点t