食品工程原理1

教材简介教材简介学时安排学时安排李云飞，葛克山主编，食品工程原理，中国农业大学出版社。李云飞，葛克山主编，食品工程原理，中国农业大学出版社。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。1.1.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。2.2.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。3.3.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。4.4.美美 J J 金克普利斯著，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。5.5.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。6.6.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。参考文献参考文献更多更多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，如流体输流体输送、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、干燥蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。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。绪绪论论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，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。单元操作的应用及特点单元操作的应用及特点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、检验成品成品单元操作与食品加工单元操作与食品加工工艺流程图工艺流程图加工现场加工现场编编号号名称名称作用作用单单元操作元操作涉及的涉及的传递传递理理论论技技术术参数参数冷冷冻盐冻盐水管道水管道提供冷却介提供冷却介质质流体流体输输送送动动量量传递传递20自来水管道自来水管道提供流提供流动动介介质质流体流体输输送送动动量量传递传递常温常温蒸汽管道蒸汽管道提供加提供加热热介介质质流体流体输输送送动动量量传递传递180贮贮罐罐贮贮存牛奶与存牛奶与缓缓冲作用冲作用离心离心泵泵输输送牛奶送牛奶流体流体输输送送动动量量传递传递，板式板式换热换热器器冷却牛奶与加冷却牛奶与加热热空气空气传热传热热热量量传递传递4配料槽配料槽配料、混合与配料、混合与标标准化准化搅搅拌拌动动量量传递传递90均均质质机机均均质质牛奶牛奶均均质质动动量量传递传递与与质质量量传递传递两段板式两段板式换热换热器器巴氏巴氏灭灭菌菌传热传热热热量量传递传递80,20min升膜式蒸升膜式蒸发发器器浓缩浓缩牛奶牛奶浓缩浓缩热热量量传递传递、动动量量传递传递与与质质量量传递传递浓浓度度10%旋液分离器旋液分离器分离水中的牛奶分离水中的牛奶物系分离物系分离动动量量传递传递与与质质量量传递传递喷喷射射泵泵提供提供负压负压流体流体输输送送动动量量传递传递高高压泵压泵使牛奶使牛奶产产生生较较大的大的压压力，利于力，利于喷雾喷雾干燥干燥流体流体输输送送动动量量传递传递压压力力kpa空气空气过滤过滤器器过滤过滤空气，使其清空气，使其清洁洁过滤过滤动动量量传递传递喷雾喷雾干燥器干燥器干燥牛奶使其成干燥牛奶使其成为为奶粉奶粉干燥干燥热热量量传递传递、动动量量传递传递与与质质量量传递传递90%以上以上过过100目目筛筛，含水量含水量13%旋旋风风分离器分离器风风力空气中的奶粉力空气中的奶粉颗颗粒粒分离分离动动量量传递传递与与质质量量传递传递风风机机派出派出废废气气流体流体输输送送动动量量传递传递筛筛分机分机筛筛出大的奶粉出大的奶粉颗颗粒粒筛筛分分流化床冷却流化床冷却冷却干燥后的牛奶冷却干燥后的牛奶传热传热热热量量传递传递(21)包装系包装系统统乳品工程原理解析乳品工程原理解析单元操作按其理论基础可分为下列三类：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 transfer 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。单元操作的分类单元操作的分类动量传递动量传递(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。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。三传理论三传理论单元操作与三传的关系单元操作与三传的关系杀杀 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介绍“三传理论三传理论”和和“单元操作单元操作”。2课程性质、内容及任务课程性质、内容及任务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，其是食品工程专业学生的必修课，其主要任务是：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。2.3 2.3 课程任务课程任务3.1 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。具有专门名称的导出单位构成的。3单位与单位换算单位与单位换算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。当理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/molK 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。4单元操作中常用的基本概念单元操作中常用的基本概念 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出未知量。用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。4.1物料衡算（物料衡算（material balance）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。在较复杂的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，求解未流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。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。4.2能量衡算能量衡算（energy balance）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，以及进行的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。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。4.3物系的平衡关系物系的平衡关系(relationship of system balance)不饱和食盐溶液不饱和食盐溶液：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：4.4传递速率传递速率（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）。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。过程的过程的传递速率传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即与推动力成正比，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、设备的选本课程中，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，并以最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。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，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。4.5经济核算经济核算(economic evaluations)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。绪论完绪论完1 1教材：李云飞，葛克山。教材：李云飞，葛克山。教材：李云飞，葛克山。教材：李云飞，葛克山。食品工程原理食品工程原理食品工程原理食品工程原理，北京：中国农业大学出版社，北京：中国农业大学出版社，北京：中国农业大学出版社，北京：中国农业大学出版社，20022002。2 2主要参考书主要参考书主要参考书主要参考书11无锡轻工学院等。无锡轻工学院等。无锡轻工学院等。无锡轻工学院等。食品工程原理食品工程原理食品工程原理食品工程原理上、下册，北京：轻工业出版社，上、下册，北京：轻工业出版社，上、下册，北京：轻工业出版社，上、下册，北京：轻工业出版社，19851985。22谭军。谭军。谭军。谭军。食品工程原理实验讲义食品工程原理实验讲义食品工程原理实验讲义食品工程原理实验讲义，武汉：华中农业大学教务处，武汉：华中农业大学教务处，武汉：华中农业大学教务处，武汉：华中农业大学教务处，19921992。33天津大学化工原理教研室编，天津大学化工原理教研室编，天津大学化工原理教研室编，天津大学化工原理教研室编，化工原理化工原理化工原理化工原理上、下册，北京：天津科技上、下册，北京：天津科技上、下册，北京：天津科技上、下册，北京：天津科技出版社出版社出版社出版社19831983。44上海化工学院等编，上海化工学院等编，上海化工学院等编，上海化工学院等编，化学工程化学工程化学工程化学工程一、二册，北京：化学工业出版社，一、二册，北京：化学工业出版社，一、二册，北京：化学工业出版社，一、二册，北京：化学工业出版社，19801980。5.5.谭天恩等编，谭天恩等编，谭天恩等编，谭天恩等编，化工原理化工原理化工原理化工原理上、下册，北京：化学工业出版社上、下册，北京：化学工业出版社上、下册，北京：化学工业出版社上、下册，北京：化学工业出版社19841984。66StanleyE.Charm,TheFundamentalsofFoodEngineering.AVIStanleyE.Charm,TheFundamentalsofFoodEngineering.AVIPublishinginc1978Publishinginc19787Dennis7DennisR.HeldmanR.Heldman.FoodProcessEngineering.AVIPublishingCompany.FoodProcessEngineering.AVIPublishingCompanyinc:1981inc:19813.3.期刊期刊期刊期刊1 1 1 1 农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：农业工程学报农业工程学报农业工程学报农业工程学报编辑部出版，全国编辑部出版，全国编辑部出版，全国编辑部出版，全国中文核心期刊。（中文核心期刊。（中文核心期刊。（中文核心期刊。（EIEIEIEI收录）收录）收录）收录）2 2 2 2 农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：农业机械学报农业机械学报农业机械学报农业机械学报编辑部出版，全国编辑部出版，全国编辑部出版，全国编辑部出版，全国中文核心期刊。（中文核心期刊。（中文核心期刊。（中文核心期刊。（EIEIEIEI收录）收录）收录）收录）33食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中国核心期刊食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中国核心期刊食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中国核心期刊食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中国核心期刊44食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：食品工业科技食品工业科技食品工业科技食品工业科技编辑部出版，编辑部出版，编辑部出版，编辑部出版，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。55食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。66中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：中国粮油学报中国粮油学报中国粮油学报中国粮油学报编辑部出版，全国编辑部出版，全国编辑部出版，全国编辑部出版，全国食品工业类中文核心期刊。食品工业类中文核心期刊。食品工业类中文核心期刊。食品工业类中文核心期刊。77华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版，中文华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版，中文华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版，中文华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版，中文核心期刊。核心期刊。核心期刊。核心期刊。88化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，西安：化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，西安：化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，西安：化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，西安：化学工程化学工程化学工程化学工程编辑部编编辑部编编辑部编编辑部编辑，陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。辑，陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。辑，陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。辑，陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。99粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾：粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾：粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾：粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾：粮食与饲料工粮食与饲料工粮食与饲料工粮食与饲料工业业业业杂志社出版，中文核心期刊。杂志社出版，中文核心期刊。杂志社出版，中文核心期刊。杂志社出版，中文核心期刊。1010CerealChemicalCerealChemical11JournalofFoodScience11JournalofFoodScience12JournalofFoodEngineering12JournalofFoodEngineering13TransactionsoftheAmericanSocietyofAgricultureengineering13TransactionsoftheAmericanSocietyofAgricultureengineering14JournalofTextStudy14JournalofTextStudy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 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