食品工程原理(精)

1、食品工程教研小組食品工程教研小組二二0000三年八月三年八月湖北省優(yōu)質(zhì)課程湖北省優(yōu)質(zhì)課程國(guó)家精品課程建設(shè)中國(guó)家精品課程建設(shè)中.教材簡(jiǎn)介教材簡(jiǎn)介學(xué)時(shí)安排學(xué)時(shí)安排李云飛，葛克山主編，食品工程原理，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社。李云飛，葛克山主編，食品工程原理，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社。總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：9090計(jì)劃學(xué)時(shí)計(jì)劃學(xué)時(shí) 其中其中 講課講課6060學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)， 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3030學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)， 習(xí)題和大作業(yè)（課程設(shè)計(jì)）兩周。習(xí)題和大作業(yè)（課程設(shè)計(jì)）兩周。高福成。食品工程原理，中國(guó)輕工業(yè)出版社。高福成。食品工程原理，中國(guó)輕工業(yè)出版社。19981998。姚玉英，黃鳳廉，陳常貴等。化工原理，上下冊(cè)，天津：科學(xué)技術(shù)出姚玉

2、英，黃鳳廉，陳常貴等?；ぴ恚舷聝?cè)，天津：科學(xué)技術(shù)出版社。版社。19991999。王志魁?；ぴ?。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，王志魁?；ぴ怼１本夯瘜W(xué)工業(yè)出版社，19871987。 美美J J 金克普利斯著，清華大學(xué)化工組譯。傳遞過程與單元操作。金克普利斯著，清華大學(xué)化工組譯。傳遞過程與單元操作。19851985。華南工學(xué)院等。發(fā)酵工程與設(shè)備。北京：輕工業(yè)出版社。華南工學(xué)院等。發(fā)酵工程與設(shè)備。北京：輕工業(yè)出版社。姚玉英?；ぴ砝}與習(xí)題。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，姚玉英?；ぴ砝}與習(xí)題。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19981998。更多更多1 1 食品加工過程及單元操作食品加工過程及單元操作

3、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(gè)應(yīng)用廣泛的作原理，可以歸結(jié)為數(shù)個(gè)應(yīng)用廣泛的基本操作過程基本操作過程，如，如流體輸流體輸送、攪拌、沉降、過濾、熱交換、制冷、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸收、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、干燥蒸餾、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。等。 食品工業(yè)食品工業(yè)：利用物理和化學(xué)方法將自然界的各種物質(zhì)加工成利用物理和化學(xué)方法將自然界的各種物質(zhì)加工成生活資料的工業(yè)。生活資料的工業(yè)。食品生產(chǎn)食品生產(chǎn) ：(1) 化學(xué)反應(yīng)過程：如食品風(fēng)味的形成化學(xué)反應(yīng)過程：

4、如食品風(fēng)味的形成 (2) 物理加工過程物理加工過程這些基本的物理過程稱為這些基本的物理過程稱為單元操作單元操作。v若干個(gè)單元操作串聯(lián)起來組成一個(gè)工藝過程。若干個(gè)單元操作串聯(lián)起來組成一個(gè)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)，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(xué)性質(zhì)。不改變其化學(xué)性質(zhì)。v同一食品生產(chǎn)過程中可能會(huì)飽含多個(gè)相同的的單元同一食品生產(chǎn)過程中可能會(huì)飽含多個(gè)相同的的單元操作。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(jìn)單元操作用于不同的生產(chǎn)過程其基本原理相同，進(jìn)行該操作的設(shè)備也可以通用行該操作的設(shè)備也可以通用。奶粉生產(chǎn)工藝流程奶粉生產(chǎn)工藝流程原

5、料乳驗(yàn)收原料乳驗(yàn)收預(yù)處理預(yù)處理預(yù)熱殺菌預(yù)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粉出粉冷卻與過篩冷卻與過篩包裝、檢驗(yàn)包裝、檢驗(yàn)成品成品工藝流程圖工藝流程圖加工現(xiàn)場(chǎng)加工現(xiàn)場(chǎng)單元操作按其理論基礎(chǔ)可分為下列三類：?jiǎn)卧僮靼雌淅碚摶A(chǔ)可分為下列三類： 上述三個(gè)過程包含了三種理論，我們稱之為上述三個(gè)過程包含了三種理論，我們稱之為“三傳理論三傳理論”。（1 1）流體流動(dòng)過程（）流體流動(dòng)過程（fluid flow processfluid flow process）: : 包括流體輸送、攪拌、沉降、過濾等。包括流體輸送、攪拌、沉降、過濾等。（2 2）傳熱過程（）傳熱過程（heat trans

6、fer processheat transfer process）: : 包括熱交換、蒸發(fā)等。包括熱交換、蒸發(fā)等。（3 3）傳質(zhì)過程（）傳質(zhì)過程（mass transfer processmass transfer process）: : 包括吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥等。包括吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥等。 動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞(momentum transfer)：流體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生動(dòng)流體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生動(dòng)量傳遞，故流體流動(dòng)過程也稱為動(dòng)量傳遞過程。凡是遵循流體量傳遞，故流體流動(dòng)過程也稱為動(dòng)量傳遞過程。凡是遵循流體流動(dòng)基本規(guī)律的單元操作，到可以用動(dòng)量傳遞的理論去研究。流動(dòng)基本規(guī)律的單元操

7、作，到可以用動(dòng)量傳遞的理論去研究。熱量傳遞熱量傳遞(heat transfer): 物體被加熱或冷卻的過程也稱為物物體被加熱或冷卻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，到可以用體的傳熱過程。凡是遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作，到可以用熱量傳遞的理論去研究。熱量傳遞的理論去研究。質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞(mass transfer): 兩相間物質(zhì)的傳遞過程即為質(zhì)量傳兩相間物質(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，到可以用質(zhì)量傳遞的遞。凡是遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元操作，到可以用質(zhì)量傳遞的理論去研究。理論去研究。 殺殺 菌：傳熱；菌：傳熱；真空濃縮：傳熱、傳質(zhì)、流體流動(dòng)；真

8、空濃縮：傳熱、傳質(zhì)、流體流動(dòng)；過過 濾：流體流動(dòng)濾：流體流動(dòng). 流體力學(xué)、傳熱及傳質(zhì)的基本原理是各單元操作流體力學(xué)、傳熱及傳質(zhì)的基本原理是各單元操作的理論基礎(chǔ)。許多單元操作都會(huì)包含兩種以上的傳遞的理論基礎(chǔ)。許多單元操作都會(huì)包含兩種以上的傳遞現(xiàn)象，現(xiàn)象， 如干燥、精餾等。如干燥、精餾等。 “三傳理論三傳理論”是單元操作的理論基礎(chǔ)，是單元操作的理論基礎(chǔ)，單元操作是單元操作是“三傳理論三傳理論”的具體應(yīng)用。的具體應(yīng)用。 同時(shí)，同時(shí)，“三傳理論三傳理論”和單元操作也是和單元操作也是食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。2.2 2.2 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2.1 2.1 課程性質(zhì)課程性

9、質(zhì)食品工程原理是食品工程等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。食品工程原理是食品工程等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。先修課：高等數(shù)學(xué)、物理、物理化學(xué)、機(jī)械制圖等。先修課：高等數(shù)學(xué)、物理、物理化學(xué)、機(jī)械制圖等。本課程主要介紹本課程主要介紹“三傳理論三傳理論”和和 “單元操作單元操作” 。 食品工程原理食品工程原理是食品工程專業(yè)學(xué)生的必修課，其是食品工程專業(yè)學(xué)生的必修課，其主要任務(wù)是：主要任務(wù)是：q介紹三傳理論，即流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)的基本原理；介紹三傳理論，即流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)的基本原理；q掌握主要單元操作的典型掌握主要單元操作的典型設(shè)備構(gòu)造設(shè)備構(gòu)造、操作原理操作原理、計(jì)算計(jì)算、選選型型及及實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究方法；方

10、法；q培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析分析和和解決解決食品工程單元操作中各食品工程單元操作中各種種工程實(shí)際問題工程實(shí)際問題(計(jì)算、選型及實(shí)驗(yàn)研究方法計(jì)算、選型及實(shí)驗(yàn)研究方法)的能力。的能力。3.1 3.1 單位制單位制 國(guó)際單位制中的單位是由基本單位、輔助單位和具國(guó)際單位制中的單位是由基本單位、輔助單位和具有專門名稱的導(dǎo)出單位構(gòu)成的。有專門名稱的導(dǎo)出單位構(gòu)成的。3.2 3.2 因次因次 法定計(jì)量單位中，基本量的長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度可分法定計(jì)量單位中，基本量的長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度可分別用符號(hào)別用符號(hào)L、M、T、表示，則導(dǎo)出量可由這些基本量的符號(hào)表示，則導(dǎo)出量可由這些基本量的符號(hào)組

11、合而成。組合而成。例：速度例：速度LT1 加速度加速度LT2 力力MLT2 若某物理量以若某物理量以MaLbTc表示，則稱它為該表示，則稱它為該物理量的因次物理量的因次或量綱或量綱（dimension）（嚴(yán)格地說，指數(shù)（嚴(yán)格地說，指數(shù)a a、b b、c c稱為因次，稱為因次，MaLbTc稱為該物理量的因次式或量綱式）。它表示該物理稱為該物理量的因次式或量綱式）。它表示該物理量的單位與基本量的單位之間的關(guān)系。當(dāng)量的單位與基本量的單位之間的關(guān)系。當(dāng)a ab bc c0 0時(shí)，時(shí)時(shí)，時(shí)M0L0T01，稱為，稱為無(wú)因次無(wú)因次（dimensionless）。3.3 3.3 單位換算單位換算 同一物理量若

12、用不同單位度量時(shí)，其數(shù)值需相應(yīng)地同一物理量若用不同單位度量時(shí)，其數(shù)值需相應(yīng)地改變。這種換算稱為單位換算。改變。這種換算稱為單位換算。 通用氣體常數(shù)通用氣體常數(shù) R0.08206Latm/molK8.313J/molK 物料衡算；物料衡算；能量衡算；能量衡算；物系的平衡關(guān)系；物系的平衡關(guān)系；傳遞速率；傳遞速率；經(jīng)濟(jì)核算。經(jīng)濟(jì)核算。 依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入與離開某一化工過程的物料質(zhì)量之依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入與離開某一化工過程的物料質(zhì)量之差，等于該過程中累積的物料質(zhì)量，即差，等于該過程中累積的物料質(zhì)量，即 對(duì)于連續(xù)操作的過程，若各物理量不隨時(shí)間改變，即處于穩(wěn)對(duì)于連續(xù)操作的過程，若各物理量不隨時(shí)間改變

13、，即處于穩(wěn)定操作狀態(tài)時(shí)，過程中不應(yīng)有物料的積累，則物料衡算關(guān)系為定操作狀態(tài)時(shí)，過程中不應(yīng)有物料的積累，則物料衡算關(guān)系為 輸入量輸出量累積量輸入量輸出量累積量輸入量輸出量輸入量輸出量用物料衡算式可由過程的已知量求出未知量。用物料衡算式可由過程的已知量求出未知量。物料衡算的步驟：物料衡算的步驟：（1 1）根據(jù)題意畫出各物流的流程示意圖，物料的流）根據(jù)題意畫出各物流的流程示意圖，物料的流向用箭頭表示，并標(biāo)上已知數(shù)據(jù)與待求量。向用箭頭表示，并標(biāo)上已知數(shù)據(jù)與待求量。（2 2）規(guī)定衡算基準(zhǔn)，一般選用單位進(jìn)料量或排料量、）規(guī)定衡算基準(zhǔn)，一般選用單位進(jìn)料量或排料量、時(shí)間及設(shè)備的單位體積等作為計(jì)算的基準(zhǔn)。在較復(fù)

14、雜的時(shí)間及設(shè)備的單位體積等作為計(jì)算的基準(zhǔn)。在較復(fù)雜的流程示意圖上應(yīng)圈出衡算的范圍，列出衡算式，求解未流程示意圖上應(yīng)圈出衡算的范圍，列出衡算式，求解未知量。知量。q本課程所用到的能量主要有機(jī)械能和熱能。本課程所用到的能量主要有機(jī)械能和熱能。q能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。q熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。 平衡關(guān)系平衡關(guān)系可用來判斷過程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的可用來判斷過程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的限度。方向和能達(dá)到的限度。以食鹽的溶解和結(jié)晶為例：以食鹽的

15、溶解和結(jié)晶為例：食鹽濃度食鹽濃度 飽和濃度：結(jié)晶飽和濃度：結(jié)晶食鹽濃度食鹽濃度 飽和濃度：溶解飽和濃度：溶解該溫度下的飽和濃度為該物系的平衡濃度。該溫度下的飽和濃度為該物系的平衡濃度。不飽和食鹽溶液不飽和食鹽溶液：溶解速率（單位時(shí)間內(nèi)溶解的食：溶解速率（單位時(shí)間內(nèi)溶解的食鹽質(zhì)量）大；食鹽濃度高時(shí)，溶解速率小。鹽質(zhì)量）大；食鹽濃度高時(shí)，溶解速率小。飽和食鹽溶液飽和食鹽溶液（即平衡狀態(tài)）：溶解速率為零（即平衡狀態(tài)）：溶解速率為零 以食鹽的溶解為例：以食鹽的溶解為例： 溶液濃度越是遠(yuǎn)離平衡濃度，其溶解速率就越大；溶液濃度越是遠(yuǎn)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。

16、溶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液濃度與平衡濃度之差值，可以看作是溶解過程的推推動(dòng)力（動(dòng)力（driving forcedriving force）。顆粒大小和攪拌對(duì)溶解速率有影響。顆粒大小和攪拌對(duì)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(diǎn)對(duì)接觸面積增大；由不攪拌改為攪拌，能使溶液質(zhì)點(diǎn)對(duì)流。其結(jié)果能減小溶解過程的流。其結(jié)果能減小溶解過程的阻力（阻力（resistanceresistance）。阻阻力力推推動(dòng)動(dòng)力力傳傳遞遞速速率率

17、 此關(guān)系類似于電學(xué)中歐姆定律。此關(guān)系類似于電學(xué)中歐姆定律。 過程的過程的傳遞速率傳遞速率與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比，即與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比，即 過程的傳遞速率是決定化工設(shè)備的重要因素，傳遞過程的傳遞速率是決定化工設(shè)備的重要因素，傳遞速率增大時(shí)，設(shè)備尺寸可以變小。速率增大時(shí)，設(shè)備尺寸可以變小。 本課程中，各單元操作的計(jì)算、設(shè)備的選本課程中，各單元操作的計(jì)算、設(shè)備的選型等工作都將圍繞上述五個(gè)方面進(jìn)行，并以最型等工作都將圍繞上述五個(gè)方面進(jìn)行，并以最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益作為最終的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益作為最終的設(shè)計(jì)方案。 效益是企業(yè)的命脈，經(jīng)濟(jì)核算是企業(yè)的核心工作。為生效益是企業(yè)的命脈，經(jīng)濟(jì)核算是企業(yè)的

18、核心工作。為生產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需要的設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的型式和材料的產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需要的設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的型式和材料的不同，可以有若干設(shè)計(jì)方案。對(duì)同一臺(tái)設(shè)備，所選用的操作不同，可以有若干設(shè)計(jì)方案。對(duì)同一臺(tái)設(shè)備，所選用的操作參數(shù)不同，會(huì)影響到設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)。因此，參數(shù)不同，會(huì)影響到設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)。因此，要用經(jīng)濟(jì)核算要用經(jīng)濟(jì)核算確定最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案確定最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。 任何一個(gè)科研成果都要通任何一個(gè)科研成果都要通過工程技術(shù)才能得以大規(guī)模生過工程技術(shù)才能得以大規(guī)模生產(chǎn)，才能實(shí)現(xiàn)它的社會(huì)價(jià)值，產(chǎn)，才能實(shí)現(xiàn)它的社會(huì)價(jià)值，造福于廣大的人民群眾。造福于廣大的人民群眾。 食品工程原理食品工程原理是將實(shí)驗(yàn)室科研成是將實(shí)驗(yàn)室科研成果轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)理論課程。果轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)理論課程。返回1 化工原理網(wǎng)上自學(xué)教材2 化工原理實(shí)驗(yàn)室近年主要成果及獎(jiǎng)勵(lì) 化工原理多媒體課件3 化工原理概念題導(dǎo)師系統(tǒng)4 清華大學(xué)1998年研究生入學(xué)考試：化工原理試題 .5 化工原理自學(xué)考試大綱 6 天津大學(xué)1999碩士入學(xué)化工原理試題7 化工原理網(wǎng)上課堂8 化工原理網(wǎng)絡(luò)多媒體課件系統(tǒng)9