食品工程原理学生课件绪论

1、食品工程原理学生课件绪论教材简介教材简介学时安排学时安排总学时：总学时：9090计划学时计划学时 其中其中 讲课讲课6060学时，学时， 实验实验3030学时，学时， 习题和大作业（课程设计）两周。习题和大作业（课程设计）两周。高福成。食品工程原理，中国轻工业出版社。高福成。食品工程原理，中国轻工业出版社。19981998。姚玉英，黄凤廉，陈常贵等。化工原理，上下册，天津：科学技术出姚玉英，黄凤廉，陈常贵等。化工原理，上下册，天津：科学技术出版社。版社。19991999。王志魁。化工原理。北京：化学工业出版社，王志魁。化工原理。北京：化学工业出版社，19871987。 美美J J 金克普利斯著

2、，清华大学化工组译。传递过程与单元操作。金克普利斯著，清华大学化工组译。传递过程与单元操作。19851985。华南工学院等。发酵工程与设备。北京：轻工业出版社。华南工学院等。发酵工程与设备。北京：轻工业出版社。姚玉英。化工原理例题与习题。北京：化学工业出版社，姚玉英。化工原理例题与习题。北京：化学工业出版社，19981998。更多更多1 1 食品加工过程及单元操作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作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程基本操作过程，如流体输，如流体

3、输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、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。蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。 食品工业食品工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成生活资料的工业。生活资料的工业。食品生产食品生产 ：(1) 化学反应过程：如食品风味的形成化学反应过程：如食品风味的形成 (2) 物理加工过程物理加工过程这些基本的物理过程称为这些基本的物理过程称为单元操作单元操作。v若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。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

4、，只改变物料的状态或其物理性质，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。不改变其化学性质。v同一食品生产过程中可能会饱含多个相同的的单元同一食品生产过程中可能会饱含多个相同的的单元操作。操作。v单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进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行该操作的设备也可以通用。奶粉生产工艺流程奶粉生产工艺流程原料乳验收原料乳验收预处理预处理预热杀菌预热杀菌真空浓缩真空浓缩过滤过滤加糖加糖喷雾干燥喷雾干燥出粉出粉冷却与过筛冷却与过筛包装、检验包装、检验成品成品工艺流程图工艺流程图加工现场加工现场单元操作按其理论基础可分

5、为下列三类：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，我们称之为上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论三传理论”。（1 1）流体流动过程（）流体流动过程（fluid flow processfluid flow process）: : 包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。（2 2）传热过程（）传热过程（heat transfer processheat transfer process）: : 包括热交换、蒸发等。包括热交换、蒸发等。（3 3）传质过程（）传质过程（mass transfer processmass transf

6、er process）: : 包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 动量传递动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动流体流动时，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，到可以用动量传递的理论去研究。流动基本规律的单元操作，到可以用动量传递的理论去研究。热量传递热量传递(heat transfer): 物体被加热或冷却的过程也称为物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，到可以用体的传热过程

7、。凡是遵循传热基本规律的单元操作，到可以用热量传递的理论去研究。热量传递的理论去研究。质量传递质量传递(mass transfer): 两相间物质的传递过程即为质量传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，到可以用质量传递的递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，到可以用质量传递的理论去研究。理论去研究。 杀杀 菌：传热；菌：传热；真空浓缩：传热、传质、流体流动；真空浓缩：传热、传质、流体流动；过过 滤：流体流动滤：流体流动. 流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递的理论基础。许多

8、单元操作都会包含两种以上的传递现象，现象， 如干燥、精馏等。如干燥、精馏等。 “三传理论三传理论”是单元操作的理论基础，是单元操作的理论基础，单元操作是单元操作是“三传理论三传理论”的具体应用。的具体应用。 同时，同时，“三传理论三传理论”和单元操作也是和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础。食品工程技术的理论和实践基础。2.2 2.2 课程内容课程内容2.1 2.1 课程性质课程性质食品工程原理是食品工程等工科专业的专业基础课。食品工程原理是食品工程等工科专业的专业基础课。先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。本课程主要介绍本课程主要

9、介绍“三传理论三传理论”和和 “单元操作单元操作” 。 食品工程原理食品工程原理是食品工程专业学生的必修课，是食品工程专业学生的必修课，其主要任务是：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；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掌握主要单元操作的典型设备构造设备构造、操作原理操作原理、计算计算、选选型型及及实验研究实验研究方法；方法；q培养学生运用基础理论培养学生运用基础理论分析分析和和解决解决食品工程单元操作中各食品工程单元操作中各种种工程实际问题工程实际问题(计算、选型及实验研究方法计算、选型及实验研究方法)的能力。的能力。3.1

10、3.1 单位制单位制 国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的。有专门名称的导出单位构成的。3.2 3.2 因次因次 法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分别用符号别用符号L、M、T、表示，则导出量可由这些基本量的符号表示，则导出量可由这些基本量的符号组合而成。组合而成。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，则称它为该表示，则称它为该物理量的因次物理量的因次或量纲或量纲（dimension）（严格地

11、说，指数（严格地说，指数a a、b b、c c称为因次，称为因次，MaLbTc称为该物理量的因次式或量纲式）。它表示该物理称为该物理量的因次式或量纲式）。它表示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。当量的单位与基本量的单位之间的关系。当a ab bc c0 0时，时时，时M0L0T01，称为，称为无因次无因次（dimensionless）。3.3 3.3 单位换算单位换算 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。改变。这种换算称为单位换算。 通用气体常数通用气体常数 R0.08206Latm/molK8.313J/m

12、olK 物料衡算；物料衡算；能量衡算；能量衡算；物系的平衡关系；物系的平衡关系；传递速率；传递速率；经济核算。经济核算。 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即差，等于该过程中累积的物料质量，即 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为 输入量输出量累积量输入量输出量累积量输入量输出量输入量输出量用物料衡算式可由过程的已知量求

13、出未知量。用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。物料衡算的步骤：物料衡算的步骤：（1 1）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。（2 2）规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、）规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。在较复杂时间及设备的单位体积等作为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。解未知量。q本课程所用到的能量主要有机械能和热能。本课程所用

14、到的能量主要有机械能和热能。q能量衡算的依据是能量守恒定律。能量衡算的依据是能量守恒定律。q热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。 平衡关系平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行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。的方向和能达到的限度。以食盐的溶解和结晶为例：以食盐的溶解和结晶为例：食盐浓度食盐浓度 饱和浓度：结晶饱和浓度：结晶食盐浓度食盐浓度 饱和浓度：溶解饱和浓度：溶解该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。不饱和食盐溶液不饱和食盐溶

15、液：溶解速率（单位时间内溶解的食：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。盐质量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。饱和食盐溶液饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零（即平衡状态）：溶解速率为零 以食盐的溶解为例：以食盐的溶解为例： 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液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推推动力（动力（driving forcedriving force）。颗

16、粒大小和搅拌对溶解速率有影响。颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响。原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对流。其结果能减小溶解过程的流。其结果能减小溶解过程的阻力（阻力（resistanceresistance）。阻阻力力推推动动力力传传递递速速率率 此关系类似于电学中欧姆定律。此关系类似于电学中欧姆定律。 过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即 过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递过程的传递速

17、率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以变小。速率增大时，设备尺寸可以变小。 本课程中，各单元操作的计算、设备的本课程中，各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最优经济效益作为最终的设计方案。最优经济效益作为最终的设计方案。 效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，

18、所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算要用经济核算确定最经济的设计方案确定最经济的设计方案。 任何一个科研成果都要通任何一个科研成果都要通过工程技术才能得以大规模生过工程技术才能得以大规模生产，才能实现它的社会价值，产，才能实现它的社会价值，造福于广大的人民群众。造福于广大的人民群众。 食品工程原理食品工程原理是将实验室科研成是将实验室科研成果转入工业化生产的基础理论课程。果转入工业化生产的基础理论课程。返回1 化工原理网上自学教材2 化工原理实验室近年主要成果及奖励 化工原理多媒体课件3 化工原理概念题导师系统4 清华大学1998年研究生入学考试：化工原理试题 .5 化工原理自学考试大纲 6 天津