食品工程原理-緒論課件

1德州扒雞天津狗不理包子北京烤鴨長(zhǎng)沙臭豆腐河南燴面東北小雞燉蘑菇四川水煮魚2食品工程原理PrinciplesoffoodEngineering主講人：張琴授課章節(jié)：緒論、細(xì)菌

學(xué)時(shí)安排：4學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)：了解食品工程原理的研究?jī)?nèi)容

了解食品工程原理的基本概念

掌握單位與單位換算重點(diǎn)：食品工程原理的基本概念

單位與單位換算難點(diǎn)：?jiǎn)挝慌c單位換算教學(xué)方法：講授法、多媒體教學(xué)5相關(guān)網(wǎng)站6食品工程原理的研究?jī)?nèi)容食品工程原理的基本概念單位與單位換算緒論7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)加工成食物的工業(yè)。

包括的門類繁多，如糧食加工、食用油脂、肉類加工、乳品、糕點(diǎn)、制糖、制鹽、制茶、卷煙、釀酒、罐頭等二十多個(gè)不同行業(yè)。特點(diǎn)：原料來(lái)源廣泛；生產(chǎn)具有季節(jié)性；產(chǎn)品銷售具有普遍性；生產(chǎn)具有一定的地方性。

一、食品工程原理的研究?jī)?nèi)容8原料特點(diǎn)⑴熱敏性：如蛋白質(zhì)遇熱容易變性，要求溫度低、時(shí)間短。⑵易氧化性：如脂肪成分在高溫下易氧化變質(zhì)，要求少量空氣、O2少，時(shí)間短、不銹鋼。⑶易腐敗性：如微生物生長(zhǎng)繁殖。產(chǎn)品要求⑴營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生，色、香、味⑵經(jīng)濟(jì)性工序一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程是由許多生產(chǎn)工序組合而成10舉例：全脂乳粉生產(chǎn)的工藝流程F≥12%80～85℃，30sF≥40～45%空氣溫度180～200℃，牛乳溫度40～45℃12

上述產(chǎn)品的原料形式、加工工藝都有很大的不同，但都包含了流體的輸送、物質(zhì)的分離、加熱等不同的物理操作過(guò)程。這些工序就是單元操作。

單元操作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)是食品工程原理研究的范疇。1、單元操作14按操作的理論基礎(chǔ)劃分：以動(dòng)量傳遞理論為基礎(chǔ)——流體輸送、攪拌、沉降、過(guò)濾，離心分離以熱量傳遞理論為基礎(chǔ)——加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝以質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)——蒸餾、吸收、吸附、萃取單元操作的分類上述三種理論，我們稱之為“三傳理論”。15舉例16動(dòng)量傳遞（momentumtransfer）:流體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部伴隨著動(dòng)量傳遞，故流體流動(dòng)過(guò)程也稱為動(dòng)量傳遞過(guò)程。凡遵循流體流動(dòng)基本規(guī)律的單元操作均可用動(dòng)量傳遞理論研究熱量傳遞（heartransfer）:物料的加熱或冷卻過(guò)程也稱為物體的傳熱過(guò)程。凡遵循傳熱基本理論的單元操作均可用熱量傳遞理論研究。質(zhì)量傳遞（masstransfer）:兩相間的傳遞過(guò)程稱為質(zhì)量傳遞。凡遵循傳質(zhì)基本理論規(guī)律的單元操作均可用質(zhì)量傳遞理論研究。2、三傳理論17

單元操作和三傳理論都是食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。三傳理論是單元操作的理論基礎(chǔ)；單元操作是三傳理論在生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。有些單元操作都會(huì)包含兩種或兩種以上的傳遞理論。單元操作與三傳理論的關(guān)系18茶飲料生產(chǎn)工藝流程

201、物料衡算（materialbalance）

為弄清生產(chǎn)過(guò)程中原料、成品及損失的物料數(shù)量，必須進(jìn)行物料衡算。質(zhì)量守恒定律：

在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)前各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和。

對(duì)于物料衡算來(lái)說(shuō)，則是進(jìn)入與離開(kāi)某一加工過(guò)程的物料質(zhì)量之差等于該過(guò)程中積累的物料質(zhì)量。

21物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表達(dá)形式，即ΣGΙ=ΣG0+ΣGA

式中ΣGΙ-輸入物料的總和，ΣG0-輸出物料的總和，ΣGA-積累的物料量。若積累的物料量為零，即連續(xù)生產(chǎn)或定態(tài)過(guò)程，則ΣGΙ=ΣG023例0-1將含4%脂肪的原料乳通過(guò)離心分離得到脂肪含量為0.45%的脫脂乳和脂肪含量為45%的奶油。生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定6h要求處理原料乳35000kg，試求產(chǎn)品脫脂乳和奶油的流量。

以1h原料乳的流量為計(jì)算基準(zhǔn)對(duì)整個(gè)體系（如圖虛線框所示）進(jìn)行物料衡算。離心機(jī)原料乳35000/6kg/h脂肪4%脫脂乳c

kg/h

脂肪0.45%奶油wkg/h

脂肪45%解：設(shè)脫脂乳的流量為c（kg/h），奶油的流量為w（kg/h）。24對(duì)脂肪進(jìn)行物料衡算：進(jìn)入系統(tǒng)的脂肪含量=離開(kāi)系統(tǒng)的脂肪含量將上兩式聯(lián)立可解得c=5368kg/h，w=465kg/h對(duì)脂肪的物料衡算：總物料衡算：26總物料衡算：ma+mb+mc=100kg對(duì)酒精的物料衡算：0.146ma+0.167mb+0.170mc=0.16*100對(duì)糖的物料衡算：0.002ma+0.01mb+0.12mc=0.03*100將式（1）、（2）、（3）聯(lián)立可解得：ma=36.8kg;mb=42.4kg;mc=20.8kg.272、能量衡算（energybalance）

能量以各種形式存在，如機(jī)械能、熱能、電磁能、化學(xué)能、原子能等。本課程所用到的能量主要有機(jī)械能和熱能。能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。動(dòng)能和勢(shì)能的總和能量守恒定律:能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生,它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變。28

能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，對(duì)熱量衡算可以寫成：ΣQΙ=ΣQ0+ΣQL式中，ΣQΙ—隨物料進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量，kJ或kw;ΣQ0—隨物料離開(kāi)系統(tǒng)的總熱量，kJ或kw;ΣQL—向系統(tǒng)周圍散失的熱量，kJ或kw。30例0-3番茄醬的冷卻，將固形物含量為40%的番茄醬以100kg/h的流量輸入冷卻器，使其由90℃有冷卻到20℃，隔著金屬壁冷卻用水由15℃升至25℃，求冷卻水的流量。解：畫出過(guò)程框圖以0℃作溫度基準(zhǔn)進(jìn)入系統(tǒng)的熱流量離開(kāi)系統(tǒng)的熱流量：

番茄醬qm1=100kg/h90℃,w=40%,c115℃水c2qm225℃

20

℃

31因過(guò)程在系統(tǒng)中無(wú)積累熱量，故，則水的比熱容為J/(kg·K),而番茄醬的比熱容要由其中固形物的比熱容和水的比熱容按照上述計(jì)算。若食品中非脂肪成分的比熱容取837J/(kg·K)，則番茄醬的比熱容：J/(kg·K)因此，冷卻水的流量

kg/h32例0-4高壓滅菌鍋中裝有1000罐青豆罐頭。滅菌時(shí)罐頭被加熱到100℃，離開(kāi)滅菌鍋前要求被冷卻到40℃。已知冷卻水進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為35℃，試計(jì)算共需要多少冷卻水。已知青豆罐頭的比熱為4.1kJ/kg·℃,金屬罐的比熱為0.50kJ/kg·℃，每一金屬罐的重量是60g，罐頭凈重0.45kg。假設(shè)將滅菌鍋鍋壁降到40℃需要1.6×104kJ，且忽略熱量損失。進(jìn)入系統(tǒng)的熱量：金屬罐的熱量=罐的質(zhì)量×比熱×降低的溫度

=1000×0.06×0.50×（100-40）=1.8×103kJ青豆的熱量=1000×0.45×4.1×（100-40）=1.1×105kJ進(jìn)口處冷卻水的能量=w×4.186×（15-40）=-104.6wkJ解：設(shè)需要冷卻水的質(zhì)量為w，以罐頭的最終溫度40℃作溫度基準(zhǔn)33離開(kāi)系統(tǒng)的熱量：金屬罐的熱量=1000×0.06×0.50×（40-40）=0

kJ青豆的熱量=1000×0.45×4.1×（40-40）=0

kJ出口處冷卻水的能量=w×4.186×（35-40）=-20.9wkJ進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量=離開(kāi)系統(tǒng)的總熱量，即：1800+110000+16000-104.6w=-20.9ww=1527kg34例0-5食物的直接蒸汽加熱，將100kg溫度為5℃的食品物料引入加熱鍋中，通入溫度為120.2℃的水蒸氣直接加熱，最后終溫度為81.2℃，若食品物料的比熱容J/(kg·K)，求蒸汽的消耗量。解：畫出過(guò)程框圖以0℃作溫度基準(zhǔn)。水蒸氣冷凝放出凝結(jié)熱后又降溫至81.2℃放熱，兩部分放熱之和可由始、終態(tài)的焓差直接求得。食物+冷凝水81.2℃水蒸氣,x(kg)120.2℃食物,100(kg),5℃35查書末附錄4的飽和蒸氣表，120.2℃水蒸氣的比焓為2709.2kJ/kg,而81.2℃液體水的比焓為339.8kJ/kg。設(shè)蒸汽消耗量為xkg，則蒸汽共放熱

而食品物料吸熱：

因，則蒸汽消耗量363、物系的平衡關(guān)系(relationshipofsystembalance)平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。

以食鹽的溶解和結(jié)晶為例：食鹽濃度>飽和濃度：結(jié)晶食鹽濃度<飽和濃度：溶解一定溫度下的飽和濃度為該物系的平衡濃度。

平衡關(guān)系可用來(lái)判斷過(guò)程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的限度。374、傳遞速率以食鹽的溶解為例：不飽和食鹽溶液：溶解速率大；食鹽濃度高時(shí)，溶解速率小。飽和食鹽溶液：溶解速率為零

——平衡狀態(tài)

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。溶液濃度與平衡濃度之差值，可以看作是溶解過(guò)程的推動(dòng)力（drivingforce）。38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(guò)程的阻力。傳遞速率與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比，即

過(guò)程的傳遞速率是決定設(shè)備的重要因素，傳遞速率增大時(shí)，設(shè)備尺寸可以變小。39推動(dòng)力質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力：濃度差（對(duì)氣體而言是分壓差）熱量傳遞的推動(dòng)力：溫度差動(dòng)量傳遞的推動(dòng)力：壓強(qiáng)差405、經(jīng)濟(jì)核算(economicevaluations)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，并以最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益作為最終的設(shè)計(jì)方案。

在設(shè)計(jì)具有一定生產(chǎn)能力的設(shè)備時(shí)，選用不同的材料，不同的設(shè)備型式及操作條件，可以提出多種不同的設(shè)計(jì)方案,但最終應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行比較。生產(chǎn)費(fèi)用設(shè)備費(fèi)：設(shè)備的造價(jià)、操作的難易、耐用年限操作費(fèi)：人力、水電