食品工程原理课件--绪论.ppt

食品工程原理 本章重点和难点 p掌握“三传理论”概念及相关单元操作分类； p掌握量纲和单位换算； p了解“系统”的概念和在工程原理中的应用。 绪 论绪 论 食品工程原理(Principles of Food Engineering)是一 门以力学、热力学、动力学、传热和传质为理论 基础的课程，是化工单元操作和化工原理在食品 工业的具体应用。 强调工程观点、定量运算、实验技能和设计能力 的训练，要求做到理论与实际的结合，以提高分 析、解决工程实际问题的能力。 2. 课程内容 1. 课程性质 食品工程原理是食品工程专业的专业基础课。 先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。 本课程主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 及其 应用。 一、课程性质、内容及任务 食品工程原理应用是食品工程专业学生的必修课， 其主要任务是： q介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理； q掌握主要单元操作的典型案例、操作原理、计算及选型及 实验研究方法； q培养学生运用基础理论分析和解决食品工程单元操作中各 种工程实际问题(计算、选型及实验研究方法)的能力。 3. 课程任务 二、食品加工过程及单元操作 不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，根据他们的 操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体 输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收 、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。 1.食品生产 ： (1) 化学反应过程：如食品风味的形成; (2) 物理加工过程。 这些基本的物理过程称为单元操作。 v若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。 v均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变 其化学性质。 v同一食品生产过程中可能会包含多个相同的的单元操作。 v单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作 的设备也可以通用。 v有食品安全、卫生、保持食品色、香、味的特殊要求。 2. 单元操作的应用及特点 奶粉生产工艺流程 原料乳验收预处理预热杀菌真空浓缩 过滤 加糖 喷雾干燥出粉冷却与过筛 包装、检验成品 3. 单元操作与食品加工（举例） 乳品加工现场 乳品加工车间 乳粉厂工艺流程图 冷冻盐 水 自 来 水 饱和蒸 汽 编号名称作用单元操作涉及的传递 理论技术参数 冷冻盐 水管道提供冷却介质流体输送动量传递20 自来水管道提供流动介质流体输送动量传递常温 蒸汽管道提供加热介质流体输送动量传递180 贮罐贮存牛奶与缓冲作用 离心泵输送牛奶流体输送动量传递 ，板式换热 器 冷却牛奶与加热空气传热热量传递4 配料槽配料、混合与标准化搅拌动量传递90 均质机均质牛奶均质动量传递 与质量传递 两段板式换热 器巴氏灭菌传热热量传递80,20min 升膜式蒸发器浓缩 牛奶浓缩热量传递 、动量传递 与质量传递浓度10% 旋液分离器分离水中的牛奶物系分离动量传递 与质量传递 喷射泵提供负压流体输送动量传递 高压泵 使牛奶产生较大的压力，利于喷雾 干 燥 流体输送动量传递压力 kPa 空气过滤 器过滤 空气，使其清洁过滤动量传递 喷雾 干燥器干燥牛奶使其成为奶粉干燥热量传递 、动量传递 与质量传递 90%以上过100目筛，含水 量13% 旋风分离器风力空气中的奶粉颗粒分离动量传递 与质量传递 风机派出废气流体输送动量传递 筛分机筛出大的奶粉颗粒筛分 流化床冷却冷却干燥后的牛奶传热热量传递 (21)包装系统 乳品加工过程工程原理解析 单元操作按其理论基础可分为下列三类： 上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论”。 （1）流体流动过程（Fluid flow process）: 包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。 4. 单元操作的分类 （2）传热过程（Heat transfer process）: 包括热交换、蒸发等。 （3）传质过程（Mass transfer process）: 包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 动量传递(Momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体 流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，可 以用动量传递的理论去研究。 热量传递(Heat transfer): 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。 凡是遵循传热基本规律的单元操作，可以用热量传递的理论去研究。 质量传递(Mass transfer): 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传 质基本规律的单元操作，可以用质量传递的理论去研究。 三传理论 许多单元操作都会包含两种以上的传递现象， 如干燥、 精馏等。 “三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传 理论”的具体应用。 同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论 和实践基础。 杀菌：传热； 真空浓缩：传热、传质、流体流动； 过滤：流体流动。 1. 量纲（Dimension ） 可以被观察或测量的物理实体可以被量纲(Dimension)或因次定性表征。 基本量纲：像长度L、时间t、温度和质量m，表示一个物理实体 。 导出量纲：是基本量纲组合导出的（例如，体积是长度的立方，速度是 距离除以时间）。 方程式中量纲必须一致，即物理方程因次一致原则。 三、量纲与单位 2. 单位制 国际单位制中的单位（Unit）是由基本单位、辅助单位和具有专门名称 的导出单位构成的。 基本单位：长度（米，m）、质量（千克，kg）、时间（秒，s）、电流 （安培，A）、热力学单位（开尔文，K）、物质的量（摩尔，mol）和发光 强度（坎德拉，cd） 导出单位：基本单位经过了乘法或者除法运算后的代数集合。如牛顿（ N），焦耳（J），等等 辅助单位：平面角单位（弧度，rad） 和立体角单位（球面度，sr）两个 。 3. 单位换算 同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这 种换算称为单位换算。 通用气体常数: R0.08206Latm/molK8.313J/molK 不同单位制换算: 系统(system)是指任何可以 用真实或假想的边界包围起来的 规定的空间或物质限定的数量。 边界可以是固定的，也可以 是移动的。 四、系统 图1 包含输送管道和阀门的系统示意图 1. 系统定义及分类 所有系统边界以外的都称为环境(Surroundings) 系统分为：开放系统、封闭系统 隔绝系统（Isolated system）、绝热系统(Adiabatic system) 系统性质：广泛性和内含性 广泛性的数值依赖于系统的范围和尺寸。例如，质量、长度、体积和能量都 依赖于给定系统的大小。 内含性不依赖于系统的尺寸。例如温度、压力和密度。 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。 平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。 以食盐的溶解和结晶为例： 食盐浓度饱和浓度：结晶 食盐浓度饱和浓度：溶解 该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。 2. 系统的平衡关系(Relationship of system balance) 不饱和食盐溶液：溶解速率（单位时间内溶解的食盐质量）大；食盐浓 度高时，溶解速率小。 饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零 (实际是动态的溶解和结晶 平衡) 以食盐的溶解为例： 3. 传递速率（Rate of transfer process） 溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓度越是接近平 衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解 过程的推动力（Driving force）。 颗粒大小和搅拌