食品工程原理緒論學習教案

1、會計學1食品食品(shpn)工程原理緒論工程原理緒論第一頁，共22頁。2. 課程內(nèi)容課程內(nèi)容1. 課程(kchng)性質(zhì)食品工程原理是食品工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。先修課：高等數(shù)學、物理(wl)、物理(wl)化學、機械制圖等。本課程主要介紹“三傳理論”和 “單元(dnyun)操作” 及其應用。第2頁/共22頁第二頁，共22頁。 食品工程原理應用是食品工程專業(yè)學生的必修課， 其主要(zhyo)任務是：q介紹三傳理論，即流體流動、傳熱、傳質(zhì)的基本原理；q掌握主要單元操作的典型案例、操作原理、計算及選型及實驗研究方法；q培養(yǎng)學生運用基礎(chǔ)理論分析和解決(jiju)食品工程單元操作中各種工程實際問題(計算、

2、選型及實驗研究方法)的能力。第3頁/共22頁第三頁，共22頁。二、食品加工過程及單元(dnyun)操作 不同食品的生產(chǎn)過程使用各種物理加工過程，根據(jù)他們的操作原理，可以歸結(jié)為數(shù)個應用廣泛的基本操作過程，如流體(lit)輸送、攪拌、沉降、過濾、熱交換、制冷、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸收、蒸餾、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。1.食品生產(chǎn) ：(1) 化學反應過程(guchng)：如食品風味的形成;(2) 物理加工過程(guchng)。這些基本的物理過程稱為單元操作。第4頁/共22頁第四頁，共22頁。v若干個單元操作串聯(lián)起來組成一個(y )工藝過程。v均為物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或其物理性質(zhì)，不改變其化學性質(zhì)

3、。v同一食品生產(chǎn)(shngchn)過程中可能會包含多個相同的的單元操作。v單元操作用于不同的生產(chǎn)過程其基本原理相同，進行該操作的設(shè)備也可以通用(tngyng)。v有食品安全、衛(wèi)生、保持食品色、香、味的特殊要求。第5頁/共22頁第五頁，共22頁。 奶粉生產(chǎn)工藝流程奶粉生產(chǎn)工藝流程原料乳驗收原料乳驗收預處理預處理預熱殺菌預熱殺菌真空濃縮真空濃縮過濾過濾加糖加糖噴霧干燥噴霧干燥出出粉粉冷卻與過冷卻與過篩篩包裝、檢包裝、檢驗驗成品成品第6頁/共22頁第六頁，共22頁。乳 品 加 工乳 品 加 工 ( j i gng)車間車間第7頁/共22頁第七頁，共22頁。冷凍鹽冷凍鹽水水自自 來來 水水飽和蒸飽和蒸

4、汽汽第8頁/共22頁第八頁，共22頁。編號名稱作用單元操作涉及的傳遞理論技術(shù)參數(shù)冷凍鹽水管道提供冷卻介質(zhì)流體輸送動量傳遞20自來水管道提供流動介質(zhì)流體輸送動量傳遞常溫蒸汽管道提供加熱介質(zhì)流體輸送動量傳遞180貯罐貯存牛奶與緩沖作用離心泵輸送牛奶流體輸送動量傳遞，板式換熱器冷卻牛奶與加熱空氣傳熱熱量傳遞4配料槽配料、混合與標準化攪拌動量傳遞90均質(zhì)機均質(zhì)牛奶均質(zhì)動量傳遞與質(zhì)量傳遞兩段板式換熱器巴氏滅菌傳熱熱量傳遞80,20min升膜式蒸發(fā)器濃縮牛奶濃縮熱量傳遞、動量傳遞與質(zhì)量傳遞濃度10%旋液分離器分離水中的牛奶物系分離動量傳遞與質(zhì)量傳遞噴射泵提供負壓流體輸送動量傳遞高壓泵使牛奶產(chǎn)生較大的壓力，

5、利于噴霧干燥流體輸送動量傳遞壓力 kPa空氣過濾器過濾空氣，使其清潔過濾動量傳遞噴霧干燥器干燥牛奶使其成為奶粉干燥熱量傳遞、動量傳遞與質(zhì)量傳遞90%以上過100目篩，含水量13%旋風分離器風力空氣中的奶粉顆粒分離動量傳遞與質(zhì)量傳遞風機派出廢氣流體輸送動量傳遞篩分機篩出大的奶粉顆粒篩分流化床冷卻冷卻干燥后的牛奶傳熱熱量傳遞(21)包裝系統(tǒng)第9頁/共22頁第九頁，共22頁。單元(dnyun)操作按其理論基礎(chǔ)可分為下列三類： 上述三個過程包含了三種(sn zhn)理論，我們稱之為“三傳理論”。（1）流體流動過程（Fluid flow process）: 包括(boku)流體輸送、攪拌、沉降、過濾等。

6、（2）傳熱過程（Heat transfer process）: 包括熱交換、蒸發(fā)等。 （3）傳質(zhì)過程（Mass transfer process）: 包括吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥等。 第10頁/共22頁第十頁，共22頁。動量傳遞(Momentum transfer)：流體流動時，其內(nèi)部發(fā)生動量傳遞，故流體流動過程也稱為動量傳遞過程。凡是遵循流體流動基本規(guī)律的單元操作(cozu)，可以用動量傳遞的理論去研究。熱量傳遞(Heat transfer): 物體被加熱或冷卻(lngqu)的過程也稱為物體的傳熱過程。凡是遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作，可以用熱量傳遞的理論去研究。質(zhì)量傳遞(Mass tra

7、nsfer): 兩相間物質(zhì)的傳遞過程即為質(zhì)量傳遞。凡是遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元操作，可以用質(zhì)量傳遞的理論(lln)去研究。 第11頁/共22頁第十一頁，共22頁。 許多單元操作都會包含兩種以上(yshng)的傳遞現(xiàn)象， 如干燥、精餾等。 “三傳理論”是單元操作的理論基礎(chǔ)，單元操作是“三傳理論”的具體應用。 同時(tngsh)，“三傳理論”和單元操作也是食品工程技術(shù)的理論和實踐基礎(chǔ)。殺菌：傳熱(chun r)；真空濃縮：傳熱(chun r)、傳質(zhì)、流體流動；過濾：流體流動。第12頁/共22頁第十二頁，共22頁。1. 量綱量綱(lin n)（Dimension） 可以被觀察(gunch)或測量的物理

8、實體可以被量綱(Dimension)或因次定性表征。 基本量綱：像長度L、時間t、溫度和質(zhì)量m，表示一個物理實體。 導出量綱：是基本量綱組合導出的（例如，體積是長度的立方，速度是距離除以時間）。 方程式中量綱必須一致，即物理方程因次一致原則。 第13頁/共22頁第十三頁，共22頁。2. 單位制單位制 國際單位制中的單位（Unit）是由基本單位、輔助單位和具有(jyu)專門名稱的導出單位構(gòu)成的。 基本單位：長度（米，m）、質(zhì)量（千克，kg）、時間（秒，s）、電流（安培，A）、熱力學單位（開爾文，K）、物質(zhì)的量（摩爾，mol）和發(fā)光強度（坎德拉，cd） 導出單位：基本單位經(jīng)過了乘法或者除法運算后的

9、代數(shù)集合。如牛頓（N），焦耳（J），等等輔助單位：平面角單位（弧度，rad） 和立體角單位（球面度，sr）兩個。第14頁/共22頁第十四頁，共22頁。3. 單位單位(dnwi)換算換算 同一物理量若用不同單位度量時，其數(shù)值需相應(xingyng)地改變。這種換算稱為單位換算。 通用氣體(qt)常數(shù): R0.08206Latm/molK8.313J/molK 95)32F(CC3 .273K 不同單位制換算不同單位制換算:第15頁/共22頁第十五頁，共22頁。系統(tǒng)(system)是指任何(rnh)可以用真實或假想的邊界包圍起來的規(guī)定的空間或物質(zhì)限定的數(shù)量。邊界可以是固定的，也可以是移動的。 圖1

10、 包含輸送管道(gundo)和閥門的系統(tǒng)示意圖1. 系統(tǒng)定義及分類系統(tǒng)定義及分類 第16頁/共22頁第十六頁，共22頁。所有系統(tǒng)邊界以外(ywi)的都稱為環(huán)境(Surroundings) 系統(tǒng)分為：開放系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)隔絕系統(tǒng)（Isolated system）、絕熱系統(tǒng)(Adiabatic system)系統(tǒng)性質(zhì)：廣泛性和內(nèi)含性廣泛性的數(shù)值依賴于系統(tǒng)的范圍和尺寸。例如，質(zhì)量、長度、體積和能量都依賴于給定系統(tǒng)的大小。 內(nèi)含性不依賴于系統(tǒng)的尺寸。例如溫度、壓力和密度。 第17頁/共22頁第十七頁，共22頁。平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在(cnzi)的現(xiàn)象。平衡關(guān)系可用來判斷過程能否進行，以及進行的方向平

11、衡關(guān)系可用來判斷過程能否進行，以及進行的方向(fngxing)(fngxing)和能達到的限度。和能達到的限度。以食鹽的溶解(rngji)和結(jié)晶為例：食鹽濃度飽和濃度：結(jié)晶食鹽濃度飽和濃度：溶解該溫度下的飽和濃度為該物系的平衡濃度。第18頁/共22頁第十八頁，共22頁。不飽和食鹽溶液(rngy)：溶解速率（單位時間內(nèi)溶解的食鹽質(zhì)量）大；食鹽濃度高時，溶解速率小。飽和食鹽溶液(rngy)（即平衡狀態(tài)）：溶解速率為零 (實際是動態(tài)的溶解和結(jié)晶平衡) 以食鹽(shyn)的溶解為例： 溶液濃度越是遠離平衡濃度，其溶解速率就越大；溶液濃度越是接近平衡濃度，其溶解速率就越小。溶液濃度與平衡濃度之差值，可以看作是溶解過程的推動力（Driving force）。顆粒大小和攪拌對溶解速率有影響。 原因：由大塊改為許多小快，能使固體食鹽與溶液的接觸面積增大；由 不攪拌改為攪拌，能使溶液質(zhì)點對流。其結(jié)果能減小溶解過程的阻力（resistance）。第19頁/共22頁第十九頁，共22頁。此關(guān)系(gun x)類似于電學中歐姆定律。