食品工程概論重點(diǎn)

1、一、 緒論研究方向它是以力學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)的一門課程。它是食品機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)線設(shè)備選型配套的理論基礎(chǔ)。它是保證食品加工工藝科學(xué)實(shí)施的科學(xué)依據(jù)。單元操作特點(diǎn)：它們都是物理操作，即只改變物料的狀態(tài)或其物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)；不同生產(chǎn)過程中的同一單元操作具有相同的基本原理和通用的典型設(shè)備；在不同的生產(chǎn)過程中所包含的單元操作數(shù)目、排列順序和操作條件不同。三傳理論：（以后學(xué)習(xí)的多是熱量、質(zhì)量傳遞；動量涉及的是流體流動）動量傳遞(momentum transfer)：流體流動時(shí)，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。遵循流體流動基本規(guī)律的單元操作有流

2、體輸送、攪拌、沉降、過濾等。熱量傳遞(heat transfer)： 物體被加熱或冷卻的過程也稱為物體的傳熱過程。遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作有熱交換、蒸發(fā)等。質(zhì)量傳遞(mass transfer)： 兩相間物質(zhì)的傳遞過程即為質(zhì)量傳遞。遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元操作有吸收、蒸餾、萃取、吸附、固體干燥等。三傳理論問題：空氣的濕度變化、結(jié)晶和干燥屬于哪種傳遞？（都有傳熱和傳質(zhì)）“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(yīng)用。同時(shí)，“三傳理論”和單元操作也是食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。單位換算目前國際上各科學(xué)領(lǐng)域都采用SI制，但舊的文獻(xiàn)中仍存在各種單位制，因此需要進(jìn)行換算。方法：將其

3、他單位制中的各物理量用SI制中的單位表示，然后進(jìn)行單位和數(shù)量計(jì)算即可。例1：在英制絕對單位制中，粘度的單位為lb/(ft·s)，在SI計(jì)量單位中粘度的單位為Pa·s。試求兩者間的關(guān)系。解 ：粘度的單位為導(dǎo)出單位，它的法定計(jì)量單位是由以下基本單位組成：由附錄一查得在兩種不同單位制中的基本量之間的關(guān)系為：1lb=0.4536kg；1ft=0.3048m。例2：在氣體狀態(tài)方程pV=nRT中，氣體通用常數(shù)R=82.06atm·cm3/(mol·K)。試求在下列不同單位制中R的數(shù)值與單位。(1)壓強(qiáng)p的單位為Pa，體積V的單位為m3，物質(zhì)量n的單位為kmol、絕對

4、溫度T的單位為K。(2)壓強(qiáng)p的單位為kgf/m2，體積V的單位為m3、物質(zhì)量n的單位為kmol，絕對溫度的單位為K。 解：查得1atm=1.01325×105Pa=10330kgf/m2 1cm=10-2m 1mol=10-3Kmol (1) R=8315Pa·m3/(Kmol·K) (2) R=847.7kgf·m/(Kmol·K)¢ 物料衡算（依據(jù)）質(zhì)量守恒定律：輸入物料質(zhì)量輸出物料質(zhì)量累積物料質(zhì)量。兩種情況：累積物料質(zhì)量為0，稱為穩(wěn)態(tài)過程：未發(fā)生化學(xué)變化上述兩種情況質(zhì)量流的單位是kg或kg/s¢ 能量衡算（依據(jù)）1、

5、能量守恒定律：對于連續(xù)穩(wěn)定過程而言：任何時(shí)間內(nèi)通過各種途徑進(jìn)入系統(tǒng)的總能量(包括輸入物料帶進(jìn)系統(tǒng)的能量及外界傳入系統(tǒng)的熱量)同一時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)付出的總能量(包括輸出物料帶走的能量及系統(tǒng)對外界所做的功)。2、各種形式的能量(如機(jī)械能、化學(xué)能、電能等)與熱之間雖可相互轉(zhuǎn)變，但在許多化工設(shè)備(如換熱器、蒸餾塔等)中，往往沒有或者不需考慮這種能量轉(zhuǎn)變，只考慮焓、反應(yīng)熱和加入或帶走的熱量，因而總能量衡算有便簡化為熱量衡算。第一章流體流動流體：液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體和氣體的區(qū)別：沒有形狀，有體積的，等等流體的特征：具有流動性和壓縮性。流體垂直作用于單位面積上的壓力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡稱壓強(qiáng)，其表達(dá)式為：

6、p流體的靜壓強(qiáng)，Pa；P垂直作用于流體表面上的壓力，N；A作用面的面積，m2。在SI中，壓強(qiáng)的單位是Pa，稱為帕斯卡。壓強(qiáng)可以有不同的計(jì)量基準(zhǔn)。Ø 絕對壓強(qiáng)（absolute pressure） ：以絕對真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)。Ø 表壓(gauge pressure)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)?？捎孟率奖硎荆罕韷?絕對壓強(qiáng)-大氣壓Ø 真空度（vacuum）：當(dāng)被測流體的絕對壓力小于大氣壓時(shí)，其低于大氣壓的數(shù)值，即：真空度=大氣壓-絕對壓強(qiáng)=-(絕對壓強(qiáng)-大氣壓)=-表壓圖略流動系統(tǒng)的總能量衡算：熱力學(xué)能（內(nèi)能）、位能、動能、靜壓能(壓強(qiáng)能)其中位能、動能及靜壓能又稱為

7、機(jī)械能，三者之和稱為總機(jī)械能或總能量。例3 如本題附圖所示，用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定其上方壓強(qiáng)為1.0133×105Pa，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為200mmHg(真空度)。蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)的液面15m，輸送管道的直徑為60×4mm，送料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為120 J/kg，求泵的有效功率。 （作功、能量損失）解；以貯槽的液面為上游截面1-1，管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2，并以截面l-1為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即，式中：Z1=0，Z2=15m，p1=0(表壓） p2=-20

8、0/760×101330=-26670pa (表壓）貯槽截面比管道截面要大得多，故槽內(nèi)流速可忽略不計(jì)，即：u10將以上各項(xiàng)數(shù)值代入式(1)，得：計(jì)算泵的有效功率，即：Ne=WeqmNe=248.4×6.67=16571.66kw實(shí)際上泵所作的功并不是全部有效的。若考慮泵的效率，設(shè)本題泵的效率為0.65，則泵的軸功率： N=Ne/h=1.66/0.65=2.55kw雷諾數(shù)Re公式：（3）流型判斷流體在直管內(nèi)流動時(shí)，當(dāng) Re 2000時(shí)，流體的流動類型屬于滯流當(dāng)Re 4000時(shí)，流體流動類型屬于湍流當(dāng)2000 Re4000時(shí)，可能是滯流，也可能是湍流，稱之為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。受外

9、界條件的影響，如管道直徑或方向的改變、外來的輕微震動，都易促成湍流的發(fā)生。在生產(chǎn)操作條件下，常將Re3000的情況按湍流考慮。流動阻力可分為直管阻力和局部阻力兩種。第二章 傳熱(heat transfer) 食品工業(yè)中對傳熱的要求情況：（1）強(qiáng)化傳熱過程：各種換熱器設(shè)備中的傳熱。（2）削強(qiáng)傳熱過程：對設(shè)備和管道的保溫。減少熱量的損失。熱的傳遞有三種基本方式（傳熱機(jī)理）：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。（三）流體有相變時(shí)的傳熱系數(shù)有相轉(zhuǎn)變的傳熱：蒸汽冷凝、液體的沸騰 蒸汽冷凝有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。 影響冷凝傳熱的因素 ：冷凝液膜兩側(cè)的溫度差；流體物性的影響；蒸汽的流速和流向的影響；蒸汽中不凝氣體

10、含量的影響Dt(DT=ts-tw)，當(dāng)液膜呈滯流流動時(shí)，若Dt加大，則蒸汽冷凝速率增加，而液膜層厚度增厚，使冷凝傳熱系數(shù)降低。由膜狀冷凝的傳熱系數(shù)計(jì)算式可知，液膜的密度、黏度及導(dǎo)熱系數(shù)都影響a值。此外，蒸汽的冷凝潛熱，也影響a值。蒸汽以一定速度運(yùn)動時(shí)，和液膜間產(chǎn)生一定的摩擦力， 若蒸汽和液膜同向流動，則摩擦力將使液膜加速，厚度減薄，使a增大，若逆向流動，則a減小。但是如果這種力超過液膜重力，液膜會被蒸汽吹離壁面，此時(shí)隨蒸汽流速的增加，則a急劇增大。 若蒸汽中含有空氣或其它不凝性氣體，則壁面可能為氣體層遮蓋（導(dǎo)熱系數(shù)很?。?，增加了一層附加熱阻，使a急劇下降。因此在冷凝器的設(shè)計(jì)和操作中，都必須考慮

11、排除不凝氣。含有大量不凝氣的蒸汽冷凝設(shè)備稱為冷卻冷凝器，其計(jì)算方法需參考有關(guān)資料。管內(nèi)或者對流傳熱、管內(nèi)壁的污垢、管壁的熱傳導(dǎo)、管外側(cè)污垢、管外側(cè)的對流傳熱、可見光線和紅外光線統(tǒng)稱為熱射線。紅外光線的熱射線對熱輻射起決定作用，而只有在很高的溫度下，才能覺察到可見光線的熱效應(yīng)。第三章 非均相物系的分離沉降：重力沉降與離心沉降兩種。過濾：是以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)來處理懸浮液，在外力的作用下懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的操作。過濾操作分類：1.餅層過濾（濾餅過濾）2. 深床過濾：第四章、粉碎與篩分粉碎是利用機(jī)械力的方法克服固體物料內(nèi)部凝聚力達(dá)到破碎的單元操作。2、粉碎的種類根據(jù)被粉碎物料和成品粒度的大小,粉碎可分為以下四種： 粗粉碎原料粒度401500mm，成品粒度：550mm； 中粉碎原料粒度10100mm，成品粒度：510mm； 微粉碎（細(xì)粉碎）原料粒度510mm,