食品工程原理緒論課件

1食品工程原理PrinciplesoffoodEngineering糧油食品學(xué)院主講人：彭丹2011年9月1食品工程原理PrinciplesoffoodEngi12課程簡(jiǎn)介學(xué)時(shí)：60學(xué)時(shí)教材：楊同舟.《食品工程原理》，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社性質(zhì)

基礎(chǔ)

內(nèi)容任務(wù)工程性、實(shí)踐性強(qiáng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課具有橋梁作用高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、機(jī)械制圖等“三傳理論”“單元操作”開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、操作、強(qiáng)化

開(kāi)發(fā)：選擇合適的過(guò)程及設(shè)備（按經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)可行性、污染小、能耗低）設(shè)計(jì)：選擇設(shè)備的型號(hào)及主要尺寸（根據(jù)工藝對(duì)設(shè)備的要求）操作：如何進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的不同要求強(qiáng)化：改造現(xiàn)有的生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備以提高效率（包括增產(chǎn)、降耗、節(jié)能）2課程簡(jiǎn)介學(xué)時(shí)：60學(xué)時(shí)性質(zhì)工程性、實(shí)踐性強(qiáng)高等數(shù)學(xué)、“23李云飛，葛克山.食品工程原理，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2002.高福成.食品工程原理，中國(guó)輕工業(yè)出版社.1998馮骉.食品工程原理，中國(guó)輕工業(yè)出版社.2005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)出版社，1999

趙思明，熊善柏，林向東等.食品工程原理，科學(xué)出版社，2009參考書(shū)3李云飛，葛克山.食品工程原理，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，200234//thread-174838-1-1.html/mfsj/book/200708/8963.html/products/productlist04001006.html/guanli/view.asp?newsid=126相關(guān)網(wǎng)站4/相45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5食品工程原理的研究?jī)?nèi)容緒論56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(mén)類(lèi)繁多，如糧食加工、食用油脂、肉類(lèi)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(xiāo)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6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67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7原料特點(diǎn)78從原料到成品（產(chǎn)品）這個(gè)過(guò)程叫食品的生產(chǎn)過(guò)程原料前處理食品加工后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)達(dá)到必要的純度，物理變化過(guò)程除物理操作外，生成新的物質(zhì)，化學(xué)變化過(guò)程，如食品風(fēng)味形成精制、分離達(dá)必要的純度，物理變化過(guò)程食品生產(chǎn)過(guò)程包括化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和物理加工過(guò)程。食品工程原理研究：食品生產(chǎn)過(guò)程中除化學(xué)反應(yīng)的物理過(guò)程。8從原料到成品（產(chǎn)品）這個(gè)過(guò)程叫食品的生產(chǎn)過(guò)程原料前處理食品89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℃9舉例：全脂乳粉生產(chǎn)的工藝流程F≥12%80～85℃，30s910再如：大豆萃取法制油的工藝流程大豆→預(yù)處理（篩選、粉碎、去皮、壓片）→浸?。ㄕ和椋^(guò)濾→蒸發(fā)脫溶劑→離心脫膠→堿煉（脫酸）→脫色（白土）→脫臭→…→檢驗(yàn)→成品（產(chǎn)品）10再如：大豆萃取法制油的工藝流程大豆→預(yù)處1011

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11上述產(chǎn)品的原料形式、加工工藝都有很大的不同，但1112均為物理操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。食品生產(chǎn)過(guò)程中共有的操作，例如：加熱操作，在奶粉生產(chǎn)中濃縮需要加熱，在大豆油生產(chǎn)中脫臭也需要加熱。設(shè)備可通用。例如上面的奶粉和制油工業(yè)中，雖然生產(chǎn)過(guò)程不同，但都可以使用同樣的加熱器進(jìn)行加熱。單元操作的特點(diǎn)12均為物理操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性1213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(lèi)上述三種理論，我們稱(chēng)之為“三傳理論”。13按操作的理論基礎(chǔ)劃分：?jiǎn)卧僮鞯姆诸?lèi)上述三種理論，我們稱(chēng)1314舉例14舉例1415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(chēng)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(chēng)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(chēng)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15動(dòng)量傳遞（momentumtransfer）:2、三傳1516

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16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1617茶飲料生產(chǎn)工藝流程

17茶飲料生產(chǎn)工藝流程1718二、食品工程原理的基本概念物料衡算能量衡算物系的平衡關(guān)系傳遞速率經(jīng)濟(jì)核算18二、食品工程原理的基本概念物料衡算18191、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。

191、物料衡算（materialbalance）為1920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=ΣG020物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表達(dá)形式，即2021物料衡算的步驟：

1）畫(huà)出過(guò)程框圖，用進(jìn)入箭頭表示輸入的物料，用引出箭頭表示輸出的物料。在每個(gè)箭頭上標(biāo)出物料的名稱(chēng)，物料量，成分含量，溫度，密度等。所有數(shù)據(jù)都標(biāo)在圖上。2）選擇計(jì)算基準(zhǔn)。多數(shù)情況下，圖中給出一種物料的量，可以以它作為計(jì)算基準(zhǔn)。否則，可指定一種物料量為100kg作基準(zhǔn)。3）作物料衡算。衡算可以是對(duì)總量的，也可對(duì)某種成分的。21物料衡算的步驟：2122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）。22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2223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：23對(duì)脂肪進(jìn)行物料衡算：將上兩式聯(lián)立可解得對(duì)脂肪的物料衡算2324例0-2雪利酒的配制，以下列a、b、c三種原料酒配制含酒精16.0%、糖3.0%的雪利酒。

abc含酒精（%）14.616.717.0含糖（%）0.21.012.0解：以產(chǎn)品雪利酒的量ms=100kg作計(jì)算基準(zhǔn)?；炫溲├?00kg（ms）酒精16%糖3%b,mb,kg酒精16.7%糖1.0%c,mc,kg酒精17%糖12%a,ma,kg酒精14.6%糖0.2%24例0-2雪利酒的配制，以下列a、b、c三種原料酒配制含2425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.25總物料衡算：ma+mb+mc=100kg25262、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。262、能量衡算（energybalance）動(dòng)能和勢(shì)能的2627

能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，對(duì)熱量衡算可以寫(xiě)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?chē)⑹У臒崃?，kJ或kw。27能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，對(duì)熱量衡算可以寫(xiě)成：2728

熱量計(jì)算公式

Q=m△H式中，m—物料的質(zhì)量，kg；H—物料的焓，kJ/kg。焓是一個(gè)相對(duì)量與基準(zhǔn)溫度有關(guān)，一般以0℃為基準(zhǔn)，焓為零。Q=mcp△t式中，m—物料的質(zhì)量，kg；t—溫度，℃(K)；cp—等壓比熱容，kJ／(kg·℃)28熱量計(jì)算公式2829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(huà)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

℃

29例0-3番茄醬的冷卻，將固形物含量為40%的番茄醬以12930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/h30因過(guò)程在系統(tǒng)中無(wú)積累熱量，故，則3031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)31例0-4高壓滅菌鍋中裝有1000罐青豆罐頭。滅菌時(shí)罐頭3132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=1527kg32離開(kāi)系統(tǒng)的熱量：進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量=離開(kāi)系統(tǒng)的總熱量，即：3233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(huà)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℃33例0-5食物的直接蒸汽加熱，將100kg溫度為5℃的食3334查書(shū)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34查書(shū)末附錄4的飽和蒸氣表，120.2℃水蒸氣的比焓為2734353、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。353、物系的平衡關(guān)系平衡關(guān)系可用來(lái)判斷過(guò)程能否進(jìn)行，35364、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）。364、傳遞速率以食鹽的溶解為例：不飽和食鹽溶液：溶解速率大3637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。