食品工程原理重点知识讲解

学习资料学习资料仅供学习与参考仅供学习与参考食品工程原理复习1.单元操作与三传理论的概念及关系。不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，依据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的根本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸取、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、枯燥等。这些根本的物理过程称为单元操作动量传递：流体流淌时，其内部发生动量传递，故流体流淌过程也称为动量传递过程。但凡遵循流体流淌根本规律的单元操作，均可用动量传递的理论去争论。根本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去争论。单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论根底，单元操作是“三传理论”的具体应用。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根底粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。牛顿黏性定律的数学表达式是dudy ，听从今定律的流体称为牛顿流体。μ比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈大。所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度抱负流体的概念及意义。抱负流体的粘度为零，不存在内摩擦力。抱负流体的假设，为工程争论带来便利。热力体系：指某一由四周边界所限定的空间内的全部物质。边界可以是真实的，也可以是虚拟的。边界所限定空间的外部称为外界。稳定流淌：各截面上流体的有关参数〔如流速、物性、压强〕仅随位置而变化，不随时间而变。eePVgZu2u211 1112qwePVgZ2 22222流体在两截面间的管道内流淌时,其流淌方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。7.1kg程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。努利方程与抱负流体柏努利方程的主要区分在于实际流体柏努利方程中有阻力损失项。pp/ρ+gz+u2/2=p/ρ+gz+u2/21 1 1 2 2 2pp/ρg+z+u2/2g=p/ρg+z+u2/2g1 1 1 2 2 2p+ρgz+ρu2/2=p+ρgz+ρu2/21 1 1 2 2 2圆形管道,不行压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方成反比。雷诺准数和影响流体流淌类型的因素：u、d、ρ越大，μ越小，就越简洁从层流转变为湍流。上述中四个因素所组成的复合数群duρ/μ，是推断流体流淌类型的准则。Re<2023稳定的层流区2023<Re<4000由层流向湍流过渡区Re>4000湍流区依据柏努利方程式，等径管路的水头损失即管路两端压强差。布拉修斯公式Re大于400：

0.3164h efdh efdu22g阻力系数和当量长度的联合使用13.管路计算的目的是确定流量、管径和能量之间的关系。管路计算包括设计型计算和操作型计算两种类型。管路计算是连续性方程、柏努利方程、摩擦阻力计算式三式的具体应用。14主管总流量等于各并联管段之和。串联的多少可分为单级泵,多级泵。离心泵多承受后弯叶片是由于输送液体期望获得的是静压头。离心泵在启动前应灌泵，否则会发生气缚现象；离心泵的安装高度应小于允许安装高度,否则会发生汽蚀现象。离心泵简洁产生气蚀的的缘由有液体温度过高；管道阻力过大；流体沸点低等。离心泵的工作点是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。离心泵的流量调整，通常在排出管线上装适当的调整阀转变离心泵的转速或转变叶轮外径。离心泵的气蚀余量减小，则其抗气蚀力量增大。22．造成离心泵的有效功率小于轴功率的缘由。轴功率指泵轴所获得的功率。由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口发生冲击，而产生的能量损失。擦而消耗局部能量。泵的转速是指离心泵、旋转泵的泵轴的转速或往复泵曲轴的转速，单位：r/min正位移泵的流量与泵的压头及管路状况无关，因此不能简洁的用调整排出管路的阀门来调整。正位移泵的流量调整方法有两种：一种是回路泵 的 特 性 曲 线 ：特性曲线特性曲线〔流量、压头、功率和效率〕之间的关系曲线。图上绘有三种曲线

Ｈ－Q曲线Ｎ－Q曲线η－Q曲线强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。H—Q曲线代表的是在肯定转速下流体流经离心泵所获得的能量与流量的关系，是最为重要的一条特性曲线。P－Q曲线表示泵的流量Q和轴功率PP随Q当Q=0将出口阀关闭η—Q作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。其次章 传热傅立叶定律是热传导的根本定律，其表达式为qqTnk/mλ—比例系数，热导率，w/m.k。qqTnqw/m2λ导热系数(或热导率，w/m.k。准数名称符号意义准数名称符号意义〔Nusselt〕表示对流传热系数的准数雷诺准数〔Reynolds〕普兰特准数〔Prandtl〕确定流淌状态的准数表示物性影响的准数Gr=βgΔTl3ρ数〔Grashof〕2/μ2 表示自然对流影响的准数技术、工业生产及日常生活中都有着广泛的应用。各种单元操作〔如蒸馏、蒸发、枯燥、结晶等〕对温度有肯定的要求。传热的根本方式及特点。热传导物体各局部之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导热对流流体各局部之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中热对流的两种方式：强制对流：因泵、风机或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流热辐射因热的缘由而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。全部物体都能将热以电磁波的形式放射出去，而不需要任何介质。任何物体只要在确定零度以上都能放射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。供给或取走热量，此种流体称为载热体。热传导：物体各局部之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。傅立叶定律中的负号是指热流方向和温度梯度方向相反。对流传热：是在流体流淌进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进展热量传递的，与流体的流淌状况亲热相关。影响对流传热系数的因素流体的状态、流体的物理性质、流体的运动状况、流体对流的状况、传热外表的外形、位置及大小等。9.对流传热系数关联式中准数的符号及意义。aaQST在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率，其单位为W/(m2·℃)，它反映了对流传热的快慢，α愈大表示对流传热愈快。蒸汽冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式。冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻面上形成很多液滴，并沿壁面落下，该种冷凝称为滴状冷凝。冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括热流体以对流方式将热量传的热量又以对流方式传递给冷流体三个步骤。影响冷凝传热的因素：影响冷凝传热的因素：不凝性气体的影响:在蒸汽冷凝时不凝性气体在液膜外表蒸汽流速和流向的影响：冷却壁面的高度及布置方式：流体物性：冷凝液的密度越大，粘度越小，则液膜厚度越小，a越大。K器的类型。QQKSTKw/〔m2·k〕S——m2ΔT--换热器间壁两侧流体的平均温差逆流和并流时的平均温度差TmTTlnTmTTlnT21T21的温度。强化传热的途径有增大传热面积、降低加热介质温度、增加平均温度差、削减传热阻力等。在空气-蒸汽间壁换热过程中可承受提高空气流速方法来提高传热速率最合理。蒸汽冷凝时的热阻打算于液膜厚度。第四章颗粒与流体之间的相对运动1.单颗粒的特性主要是颗粒的大小、外形、和外表积。颗粒的当量直径的三种表示方法。devdev3Dev―颗粒等体积当量直径，m；V―颗粒的体积，m3。等比外表积当量直径:与非球形颗粒比外表积相等的直径为该颗粒的等比外表积当量直径。d d esS等外表积当量直径:与非球形颗粒外表积相等的直径为该颗粒的等外表积当量直径。床层的空隙率ε分布、颗粒直径与床层直径的比值、床层的填充方式等因素有关。4.1.34.1.3颗粒床层的特性大量固体颗粒积存在一起形成颗粒床层。响的床层特性有:1.床层的空床层中颗粒之间的空隙体积与整个床层体积之比称为空隙率。 床层体积颗粒体积床层体积影响床层压降的因素有三个，即操作因素u，流体物性ρ和μ，床层特性ε和a。全部这些因素中，影响最大的是床层空隙率ε流体通过一组平行细管流淌的压降为PPLu2de2e eL—床层高度，m；de－床层流道的当量直径，m；流体在床层内的实际流速，m/sPP150(1)2Lu1.75(1)Lu3d2p3d2p当(Re)p﹤20当(Re)p﹥1000dddu( )g34dp pu2puut4gd( )p p〔Rep≤1斯托克斯区〕湍流区〔500<Rep≤2×105牛顿区〕uutgd2( )p18puut3g()dp p1)颗粒直径dp:2)连续相的粘度3)两相密度差(p-)：4)5)影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。干扰沉降：当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，比自由沉降的小。流化床的主要特性：过滤:以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过孔通道的液体。滤饼或滤渣:被截留的固体物质过滤介质的作用(滤饼过滤)：促使滤饼的形成，并支承滤饼。过滤介质应具有如下性质：多孔性，液体流过的阻力小。有足够的强度。耐腐蚀性和耐热性。孔道大小适当，能发生架桥现象。无毒，易清洗消毒，不易滋生微生物等。板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。板框压滤机滤板的作用是供给滤液通道,支撑滤布。于流体的某些表现特性，这就是固体流态化。能消灭以下几种状况:固定床阶段、流化床阶段、气力输送阶段。10.流化床的不正常现象。(1之比值过大，或气速过高，或气体分布不均时，会发生气泡合并现象。当颗粒则分散落下，这种现象称为腾涌现象流化床发生腾涌时，不仅使气-固接触不均，颗粒对器壁的磨损加剧，而且引起设备振动。(2)．沟流现象沟流现象是指气体通过床层时形成短路，大局部气体穿过沟道上升，没有与固体颗粒很好地接触。粒度过细、密度大、易于粘连的颗粒，以及气体在分布板处的初始分布不均，都简洁引起沟流。临界流化速度的概念及确定。确定临界流化速度主要有两种方法：试验测定法和关联式计算法设以空气为流化介质时测定的临界流化速度umf′，则实际生产中的临界流化umfρ-实际流化介质密度，kg/m3；ρ′-空气密度，kg/m3；μPa·s；μ′-空气的粘度，Pa·s。点的压力降既符合流化床的规律也符合固定床的规律。1/4。分之一。恒压过滤的特点：滤饼不断变厚、阻力渐渐增加、推动力恒定、过滤速率渐渐变小线增加。所以，在实践中很少承受完全恒速过滤的方法。第七章吸取与蒸馏〔Fick〕定律:ABAJ D dcAAA

AB dzJA——Azkmol/m2·s;cA——Akmol/m3；DAB——AA、Bm2/s“-”——表示集中沿着浓度降低方向进展。J D dcB同理，对BB

BA dzJB——Bzkmol/m2·s;cB——Bkmol/m3；DBA——BA、Bm2/s1.等摩尔逆向集中:dpdzAdpdzdpdzAdpdzBp pA1B1pA2pB2pJ JA BN N ADRTz(p p )A1A2对于气体:N N D(cAzA1cA2)传质速率ＮAA

D p (p p )ANND cZcBm(c c )A1 A2A

RTZp A1 A2BmP/PBm总是大于1，称为“漂流因子”或“移动因子整体移动在传质中所占重量越大.到与气相浓度相平衡的浓度。吸取塔内填装肯定高度的料层，其作用是供给足够的气液两相传质面积。传质速率是将一相主体浓度和界面浓度之差为对流传质推动力，而将其它影响对流传质的因素均包含在传质系数中。双膜理论的根本论点:(1烈，质速率高，传质阻力可以无视不计，分压或浓度均匀化，无分压或浓度梯度。YVYVXYVXLL11L/V大，操作线斜率大，操作线与平衡线的距离大，塔内传(2)L/V吸取剂出塔浓度X1〔3〕假设L/V减小，吸取剂出塔浓度X1大，设备费用增多。升温会使气体在液体中的溶解度变小，对吸取操作不利。在分子传质中，总体流淌是如何形成的？在吸取过程中，气液平衡关系对各传递步骤阻力的大小及传质总推动液相阻力掌握。精馏过程的根本原理：液体混合物经屡次局部汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分别。精馏与简洁蒸馏的区分〔〕汽相和液相的局部回流也是精馏操作的根本条件。它是两相不断进展物质传递从而实现高纯度分别的充分必要条件，而这种传递和分别的依据则仍旧是各组分挥发度的不同。理论板的概念：指离开该板的汽液两相互成平衡，塔板上各处的液相组成均匀全都的抱负化塔板。〕等。精馏段:V1=V2=V3=…Vn=V=定值提馏段:V1´=V2´=V3=…V´m=V´=定值但V与V´不肯定相等。恒摩尔溢流：在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流量分别相等，但两段下降的液相摩尔流量不肯定相等。精馏段:L1=L2=L3=…Ln=L=定值提馏段:L1´=L2´=L3´=…Lm´=L´=定值但L与L”不肯定相等。每千摩尔进料变为饱和蒸汽所需热量 Hi

F进料的千摩尔汽化潜热r r完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底上升蒸气。进入精馏塔的原料液可能有的五种热状况：冷液进料 q>1饱和液体〔泡点〕进料 q=1汽液混合物进料 0<q<1饱和蒸汽〔露点〕进料 q=0过热蒸汽进料 q<0汽液共存区三个区域。对于二元抱负溶液,相对挥发度α大,说明该物系简洁分别。再沸器的作用：加热液体产生蒸气，蒸气沿塔上升，与下降的液体逆流接触进展物质传递。屡次且同时进展局部汽化。为什么精馏塔分精馏段和提馏段？因没有经过精馏段的精制，纯度一般不会高。经提馏段提浓，纯度一般也不会高。只有包括了精馏段和提馏段的精馏塔才可能由塔顶和塔底连续地分别得到高纯度的轻、重组分产品。ynyn1RR 1x n1R 1xD及xDRnXn板(第n+1Rminx yDRminx yDy xqqqRmin R

x yD qR

1 x xminD min

整理得12一．相对湿度〔湿度比pS之比，称为相对湿度，用符号φ v 即s

pvp 其中，当pv=0，φ=0，表示湿空气不含水分，s即为绝干空气。当pv=ps，φ=1，表示湿空气为饱和空气。否作为枯燥介质，φ