食品工程原理复习资料

1、离心泵的“气缚”： 这是由于泵在启动前没有灌水或灌水不满所造成的。这种情况下，泵壳内有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，其所产生的离心力很小，而不足以使得叶轮中心处形成低压，液面与中心处的压强差很小，液面位于泵下面的液体不能在压强差的作用下被吸入泵内，这时泵具有空转而不能吸液，排出口不可能有液体排出。因此，为了防止这种操作不正常现象的发生，在离心泵启动前必需灌满所输送的液体。气蚀：离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。如果形成的低压很低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，真空区压强太低，以致于低于体的饱和蒸汽压，则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡

2、。含气泡的液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料手到破坏。把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为气蚀现象。要保证不会发生“汽蚀”，泵的安装高度不能太高。多效蒸发：将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用其凝结放出的热加热蒸发器中的水，两个或多于两个串联以充分利用热能的蒸发系统。单效蒸发：单效蒸发是蒸发时二次蒸汽移除后不再利用，只是单台设备的蒸发。蒸发：是指将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化并被排除从而将溶液浓缩的过程，是食品工业中常见

3、的单元操作。辐射传热：物体在向外发射辐射能的同时，也会不断地吸收周围其它物体发射的辐射能，并将其重新转变为热能，这种物体间相互发射辐射能和吸收辐射能的传热过程称为辐射传热 热辐射：仅因物体自身温度而发出的辐射能称为热辐射。吸收率：是指投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比称为该物体的吸收率。黑体：一般物体收到辐射时，对辐射能量总是有吸收、有反射。吸收部分占总能量的份额称为吸收系数，其值在0-1之间。如果吸收系数为1,表示全部能量都被吸收而没有反射。具有这种能力的物体称为绝对黑体。微波：频率为300MHz-300GHz的电磁波。（微波本身不是热，是由微波能转化为热能）热流量

4、：是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。热阻：热流量在通过物体时在物体两端形成的温度差热导率：某物质在单位温度梯度时所通过的热流密度。意义：是表示物质热导能力的物性参数。不同物质其热导率各不相同。同一物质其热导率还要随该物质的结构，密度，湿度，压力和温度而变化。热导率的数值一般由实验确定，并可从有关手册和参考书中查到，在一般情况下，金属热导率最大，固体非金属次之，液体较小，气体最小。对流传热：是指流体质点发生相对位移而引起的热量传递过程，或流体微团改变空间位置所引起的流体和固体壁面之间的热量传递过程温度场：某一时刻空间各点的温度分布等温线（等温

5、面）：在某一时刻，在温度场中具有相同温度的点连接起来所形成的线或面温度梯度：是描述温度在特定的区域环境内最迅速的变化会向何方向，以及是何种速率的物理量。温度梯度是一维的数量傅里叶定律：在温度场中，导热所形成的某点的热流密度正比于该时刻同一点的温度梯度。气溶胶：是指粒径为10（-9）10（-5）固体颗粒或液滴分散在气体介质中形成的分散体系，因其具有一些胶体的性质，故称为气溶胶。沉降：由于分散相和分散介质的密度不同，分散相粒子在力场(重力场或离心力场)作用下发生的定向运动。重力沉降：一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体分离的过程。它是依靠地球引力场的作用，利用颗粒与流体的密度差异，使之发生相对

6、运动而沉降，即重力沉降乳化：是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用。（特殊的混合操作）筛分:是一种工业分离的单元操作，往往与粉碎操作密切相关。筛分是通过筛分器将大小不同的固体颗粒分成两种或多种粒级的过程。筛析：又称过筛分析法，他用标准筛分析粉碎后颗粒的粒度分布。标准筛是筛孔以标准化的一组筛，应用最广泛的是泰勒标准筛制。筛面:筛分器进行筛分的主要工作部件。混合:用机械或流体动力方法使两种或两种以上不同物质相互分散，混杂以达到一定的均匀度的单元操作。均匀度：是不同物料经过混合所达到的分散掺和程度的度量。粉碎：利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块，颗粒或粉末的单元操作

7、真空泵：把能够从密闭容器中排出气体或使容器中的气体分子数目不断减少的设备。真空：真空是指低于大气压力的气体的给定空间，即每立方厘米空间中气体分子数大约少于两千五百亿亿个的给定空间。真空技术：真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。风机：是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。汽蚀余量：离心泵入口处液体的静压头与动压头之和超过其饱和蒸汽压头的某最小指定值过程速率：指物理或化学变化过程在单位时间内的变化率扬程（压头）：单位重量的液体在泵内获得的总能量分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度

8、的比值。自然对流：由于流体各部分温度不均匀分布导致的对流传热。热通量：是单位时间，单位面积传递的热量，热通量是一强度指标，可用来表示传热设备的传热性能。错流：两流体间的流动方向互为垂直交叉的流动。热交换：热能从热流体间接（例如经过间壁）或直接传向冷流体的过程稳定恒温传热：两种流体进行热交换时，再沿传热壁面的不同位置上，在任何时间两种流体的温度皆不变化。食工三大传递过程：动量传递，热量传递，质量传递泵分为：叶片泵，往复泵，旋转泵。叶片泵中的离心泵是食品生产中最常用的一种离心泵的工作原理: 离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和

9、压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸入口液体池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。离心泵主要部件：叶轮：作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能。泵壳：作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。轴封装置：作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内离心泵特性曲线：HQv（扬程与流量)；PQv（轴功率与流量）；nQv(效率与流量)特性曲线的影响因素：液体物理性质：生产厂所提供的特性

10、曲线是以清水作为工作介质测定的，当输送其它液体时，要考虑液体密度和粘度的影响。(1)粘度 当输送液体的粘度大于实验条件下水的粘度时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效率下降，轴功率增大。(2)密度：离心泵的体积流量及压头与液体密度无关，功率则随密度增大而增加。离心泵的转速：当液体粘度不大，泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速可近似用比例定律计算，即式中：Q1、H1、N1离心泵转速为n1时的流量、扬程和功率。Q2、H2、N2离心泵转速为n2时的流量、扬程和功率。当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上工进行计算误差不大。若在转速为n1的特性曲线上多选几个点，利用比例定律算出

11、转速为n2时相应的数据，并将结果标绘在坐标纸上，就可以得到转速为n2时的特性曲线。 叶轮直径：当泵的转速一定时，其扬程、流量与叶轮直径有关。离心泵的安装高度：通常是指吸水池测压管水面至离心泵进水口计算断面的高差。离心泵计算断面按泵的结构形式来确定，对于卧式离心泵，计算断面为通过泵轴心中心线的水平面；对于立式离心泵，计算断面是以通过叶轮叶片的进水边中心的水平面为计算断面。 离心泵的最大安装高度是通过其允许吸上真空高度Hs来进行计算的。由前面分析已知，要保证水泵运行不发生汽蚀，泵进口断面的吸上真空高度应不大于泵的允许吸上真空高度。当实际吸上真空高度Hsa等于Hs时，安装高度达到最大值。该安装高度的

12、最大值称为离心泵的最大安装高度，要保证水泵在运行中不发生汽蚀，其实际安装高度Hss应小于等于该泵的最大安装高度Hss.影响因素：贮液槽液面压力；吸入管路的压头损失；泵吸入口压力离心泵类型：水泵，食品流程泵，磁力驱动泵，耐腐蚀泵，杂质泵离心泵的选用步骤：根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，确定输送系统的流量和扬程，确定泵的型号，核算泵的轴功率（用前充满水）往复泵原理：现以活塞式为例来说明往复泵工作原理。活塞泵主要由活塞在泵缸内作往复运动来吸入和排除液体。当活塞开始自极左端位置向右移动时，工作室的容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开吸水阀，进入活塞所让出的空间，直到活塞移动到极右端为此，此

13、过程为泵的吸水过程。当活塞从右端开始向左端移动时，充满泵的流体受挤压，将吸水阀关闭，并打开压水阀而排出，此过程称为泵的压水过程。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。特点：通过活塞对液体直接做工，将外功以压力能的形式直接传递给液体，这与叶片泵有本质区别。缺点：流量不是很稳定。同流量下比离心泵庞大;机构复杂;资金用量大;不易维修等。优点：可获得很高的排压，且流量与压力无关，吸入性能好，效率高;原则上可输送任何介质，几乎不受介质的物理或化学性质的限制;泵的性能不随压力和输送介质粘度的变动而变动。之后的泵都不具有往复泵的上述突出优点，但它们的结构比较简单，使用操作比较方便，而且还

14、有体积小、重量轻、流量均匀，并能系列化批量生产风机性能参数：风量，风压，功率，效率气体压缩的理想压缩循环过程：有四步构成：吸气，压缩，排气，和瞬时降压往复压缩机的几种工作状态：理想压缩循环，有余隙压缩循环旋转泵原理：依靠泵体内转子的旋转作用而吸入和排出液体。这类泵虽然在旋转运动的形式上与叶片式相同，但在工作原理上却与往复泵有相似之处，都是靠间歇改变工作室大小，从而挤压液体使之升高压头，以达到输送目的。故旋转泵也属于正位移泵。旋转泵类型：罗茨泵，滑板泵，齿轮泵，螺杆泵（在食品生产中广泛应用）。真空技术获得方法：（机械，物理，化学，物理化学）是通过某此机构的运动把气体直接从密闭容器中排出；是通过物

15、理、化学等方法将气体分子吸附或冷凝在低温表面上。，最常用的方法还是按泵的工作原理或其结构特点加以分类。真空系统的技术原理：真空系统中最重要的是真空泵的性能和真空导管。真空导管中气体的流动形态，真空导管中气体的流量，真空导管的流导真空技术的基本方程。真空技术系统参数：分子数密度，平均自由程，分子撞击率真空泵获得方法：利用排气方法获得真空利用吸气剂获得真空利用冷凝吸附作用真空泵分类：容积真空泵，射流真空泵，其他类型真空泵；常用类型真空泵：往复式正空泵，水环式真空泵，旋片式真空泵，蒸汽喷射泵真空泵出入口压力的要求：入口压力高低反应了泵的抽吸能力，真空度越高，泵的吸入能力越强。出口压力反应泵输送能力，

16、压力越高，流体被输送的高度越大。真空泵工作范围： 真空泵工作范围(托)真空泵工作范围(托)旋片真空泵 760510-4往复真空泵 76010-2滑阀真空泵760510-3吸附泵 76010-4油增压泵10-110-4溅射离子泵 10-410-10罗茨真空泵10-110-4钛升华泵10-310-10油扩散泵 10-3510-7分子泵10-310-10水环真空泵76025 低温泵10-310-10粉碎设备：破碎机，磨碎机（辊式破碎机，锤式粉碎机，盘式粉碎机，盘式磨碎机和碾磨，球磨机）粉碎的效果评价：有些食品原辅料和食品只有粉碎到一定粒度才能符合进一步加工和食用的要求，粉碎可以增加物料的比表面积，有

17、利于干燥和浸取等操作，原料经粉碎后可均匀混合，有利于配制筛分设备：转筒筛，平面回转筛混合机理：对流混合，扩散混合，剪力混合搅拌器：桨式搅拌器，涡轮式搅拌器，旋桨式搅拌器混合的效果评价：在食品工业中，混合操作主要为制备均匀混合物，也有的为通过混合促进传质的传热。在实际中完全不互溶是不存在的，因此，在混合过程中总是有一个由对流混合到扩散混合的逐渐过渡。这主要取决于分离尺度的大小。依靠搅拌器对液体进行搅拌是实现液体混合的一种常用方法，食品及其他化工生产中将气体，液体或固体颗粒分散于液体中也常用搅拌混合。沉降操作在食品生产中的应用：液体的澄清，悬浮液的增稠，粒子的分级。影响沉降速度的因素：（理论）颗粒

18、直径，分散介质粘度，两相密度差；（实际）颗粒形状，壁效应，干扰沉降重力沉降设备：间歇式沉降器，半连续式沉降器，连续式沉降器气溶胶的分离方法：旋风分离。其他分离方法：重力沉降：气溶胶有其含尘气体最简单的试用方法。（立式沉降室，卧室沉降室），惯性分离：是指通过气流急速转向或冲击在挡板后急速转向，气流中颗粒的惯性效应使其运动轨迹与气流轨迹产生偏差，从而使两者分离。气溶胶的滤袋：气溶胶的固气分离也可以采用过滤的方法。（奶粉面粉生产） 一般物质的热导率随温度而变化对流传热的理论基础：牛顿冷却定律影响对流传热的因素：流体的状态，流体的性质，流体的流动状态，传热壁面的形状、位置和大小准则方程的应用时应注意：

19、适用范围：建立关联式时各特征数取值的实验范围，即经验公式的适应范围。定性尺寸：对对流传热其主要影响作用的壁面几何尺寸即为定性尺寸。定性温度:确定特征数中流体物性参数所依据的温度即为定性温度。换热器分类：直接接触式换热器和非直接接触式换热器， 常用的换热器：管壳式换热器，板式换热器，其他间壁式换热器（夹套式换热器，螺旋盘管式换热器，套管式换热器，刮板式换热器）微波加热的原理：通常介质材料由极性分子和非极性分子组成。在电磁场作用下，这些极性分子从原来的随机分布状态转向按照电场的极性排列取向，在高频电磁作用下，这些取向按交变电磁场的变化而变化，这一过程致使分子的运动和相互摩擦从而产生热量，此时的交变

20、电磁场的场能转化为介质内的热动能使介质温度不断升高，这就是微波加热的基本原理。微波加热的特点：加热速度快。均匀加热。节能高效易于控制低温杀菌选择性加热安全无害食品物料蒸发的目的：蒸发出去食品中的大量水分，减少包装贮藏，和运输的费用。蒸发常用作一些结晶操作，干燥或更完全脱水的预处理过程。蒸发用以制备产品和回收溶剂。蒸发提高制品浓度，增加制品贮藏性。食品物料的蒸发浓缩特点：1.热敏性：为了缩短蒸发操作时的加热时间，一方面必须缩小料液在蒸发器内的平均停留时间，另一方面，还要解决局部性的停留时间问题。目前已发现长管膜式蒸发器在物料停留时间问题上具有很大的优点，从而在食品工艺上获得广泛应用。2.腐蚀性：

21、特别是酸性食品，设计蒸发器必须考虑腐蚀性问题，对于食品，即使是轻度的腐蚀，其所引起污染往往为产品规格所不允许。一般蒸发器接触液体部分多采用不锈钢结构。3.粘稠性：高粘性物料的蒸发使物料受到强烈的搅拌，传热附近总存在不能忽视的层流内层，这就会严重影响传热的速率。同时也还会产生结垢，局部停留时间等一系列问题。料液的粘稠性随浓度而增加，随着蒸发的进行，料液的粘度也必然逐渐增加，所以蒸发过程中的传热速率预期也逐渐降低。对于粘性制品的蒸发，一般采用由外力强制的循环或搅拌措施。4.结垢性：蛋白质、糖、果胶等受热过度会产生变性、结块、焦化等现象。通常在传热面附近，物料温度最高。发生这种现象就会在传热壁上形成

22、污垢，严重影响传热速率，解决结垢问题的积极措施就是提高液速，在其他条件相同时，提高液速，可显著减轻污垢的形成，因此采用强制循环法是有效的。另外，对不可避免的结垢问题，必须有定期的清理措施。5.泡沫性：某些食品物料沸腾时要形成稳定的泡沫，特别是真空蒸发和液层静压高的场合下更为显著。泡沫易被二次蒸汽带走，一方面污染其他加热设备，另一方面，增加产品的损失，严重时会造成不能操作。一般，可使用表面活性剂以控制泡沫的形成，也可用各种机械装置以消灭泡沫。6.易挥发成分：不少液体食品含有芳香成分和风味成分，其挥发性比较大。料液蒸发时，这些成分将随同蒸汽一起逸出，影响浓缩制品的质量，低温浓缩虽然可减少香味成分的

23、损失，但更完善的方法是要取回收措施，回收后再掺入制品中单效蒸发特点：是所产生的二次蒸汽不用来使物料进一步蒸发多效蒸发特点：溶液中含有不挥发性溶剂，溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压低，或者溶液的沸点较纯溶剂的沸点高。相同条件下，蒸发溶液的传热温差就比蒸发纯溶剂的传热温差小。因此，溶液的沸点升高是蒸发操作必须考虑的重要问题。工业规模下，溶剂的蒸发量往往是很大的，需要好用大量的加热蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的热能，使单位质量的生蒸汽能汽化更多的水分，采用多效蒸发流程，是降低蒸发过程能量消耗的有效途径。溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构。多效蒸发操作流程：并流加料蒸发流程：溶液和蒸汽的流向相同，生蒸汽通入

24、第一效，第一效的二次蒸汽送第二效作加热蒸汽，第二效的二次蒸汽送第三效作加热蒸汽，第三效的二次蒸汽送入冷凝器中全部冷凝。溶液经第一效浓缩后送第二效和第三效继续浓缩，完成液由第三效排出。并流流程的优点是：后效蒸发室压力较前效低，前效溶液可借压差流入后效，无需用泵输送。此外，后效溶液沸点较前效低，溶液自前效流入后效时，由于过热而发生自蒸发，称为闪蒸，从而可以蒸发更多的溶液。这种流程的缺点是：后效溶液的浓度较前效大，而沸点又较低，其黏度则相对较大，使后效蒸发器的传热系数较前效小，此种情况在后两效中尤为严重。 逆流加料流程：原料由末效进入，用泵一次输送至前一效，完成液由第一效排出，而加热蒸汽则从第一效顺序流至末效。因蒸汽和溶液的流向相反，故称逆流加料流程。逆流加料流程的主要优点是随着溶液浓度的逐渐提高，溶液的温度也在不断提高，因此，各效溶液的黏度比较接近，各效的传热系数也大致相同。缺点是效间溶液需用泵输送，能量消耗较大。逆流蒸发流程适用于黏度随温度和浓度的变化比较大的溶液，但不适用于热敏性物料的蒸发。平流加料流程：料液分别加入各效，蒸发后完成液从各效分别排出，各效溶液的流向相互平行。平流加料流程应用于蒸发过程中容易析出结晶的物料，标准式蒸发器过程：自然循环，管内沸腾，垂直短管，中央循环标准式蒸发器特点:结构简单，加工方便。适合中等结垢，中等非腐蚀物料。不易清洗和检修。物料在设备中停留时