食品工程原理第五讲
食品工程原理(修订版)
复习题：1 简述食品工程原理在食品工业中的作用和地位。
2 何为绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？3 何为不可压缩流体和可压缩流体？4 写出流体静力学基本方程式，说明该式应用条件。
5 简述静力学方程式的应用。
6 说明流体的体积流量、质量流量、流速（平均流速）及质量流速的定义及相互关系。
7 何为稳定流动和不稳定流动？8 写出连续性方程式，说明其物理意义及应用。
9 分别写出理想流体和实际流体的伯努利方程式，说明各项单位及物理意义。
10应用伯努利方程可以解决哪些问题？11应用伯努利方程式时，应注意哪些问题？如何选取基准面和截面？12简述流体粘度的定义、物理意义及粘度的单位。
13写出牛顿粘性定律，说明式中各项的意义和单位。
14何为牛顿型流体和非牛顿型流体？15 Re的物理意义是什么？如何计算？16流体的流动类型有哪几种？如何判断？17简述离心泵的工作原理及主要部件。
18气缚现象和汽蚀现象有何区别？19什么叫汽蚀现象？如何防止发生汽蚀现象？20离心泵在启动前为什么要在泵内充满液体？21何为管路特性曲线？何为工作点？22离心泵的主要性能参数有哪些？各自的定义和单位是什么？23离心泵流量调节方法有哪几种？各有何优缺点？24何为允许吸上真空度和汽蚀余量？如何确定离心泵的安装高度？25扬程和升扬高度是否相同？26 简述泵的有效功率小于轴功率的原因（有哪几种损失）27比较往复泵和离心泵，各有何特点？28简述混合均匀度的的判断依据以及混合机理29影响乳化液稳定性的主要因素有哪些？30何为均相物系？何为非均相物系？31 影响沉降速度的因素有哪些？各自含义是什么？32简述板框压滤机的工作过程。
33过滤有几种方式？34离心沉降与重力沉降相比，有什么特点？35什么叫离心分离因数？其值大小说明什么？36旋风分离器的工作原理？37 沉降室（降尘室）的工作原理。
38传热的基本方式有几种？39什么是热传导、对流传热和热辐射？分别举出2-3个实例。
食品工程原理中国农业大学出版社ppt课件全篇
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，到可以用质量传递的理论去研究。
食品工程原理
Principles of food Engineering
教材简介
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。
总学时：64计划学时
高福成。食品工程原理，中国轻工业出版社。1998。 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。1999。 王志魁。化工原理。北京：化学工业出版社，1987。 [美]J 金克普利斯著，清华大学化工组译。传递过程与单元操作。1985。 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，1998。
4.5 经济核算(economic evaluations)
食品工程原理—绪 论
绪论结束！
1．教材：李云飞，葛克山。《食品工程原理》，北京：中国农业大学出版社，2002。 2．主要参考书 [1] 无锡轻工学院等。《食品工程原理》上、下册，北京：轻工业出版社，1985。
[2] 谭军。《食品工程原理实验讲义》，武汉：华中农业大学教务处，1992。 [3] 天津大学化工原理教研室编，《化工原理》上、下册，北京：天津科技出版社1983。 [4] 上海化工学院等编，《化学工程》一、二册，北京：化学工业出版社，1980。 [5]. 谭天恩等编，《化工原理》上、下册，北京：化学工业出版社1984。 [6] Stanley E. Charm, The Fundamentals of Food Engineering. AVI Publishing inc 1978 [7] Dennis R.Heldman. Food Process Engineering. AVI Publishing Company inc:1981
食品工程原理
单元操作：包含在不同食品加工工艺中的同一类基本工序称为单元操作。
静压强：单位流体面积上所受的垂直压力，称为流体的静压强。
流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量称为流量。
过滤：过滤是使流体通过过滤介质分离固体颗粒的一种单元操作。
沉降分离：在外力场作用下，利用非均相物系分散相和连续相的密度差，使两相发生相对运动而实现混合物分离的操作称为沉降分离。
传热：是指两个物体之间或同一物体的两个不同部位之间由于温度不同而引起的热量移动。
蒸馏：蒸馏是利用组分挥发度的不同将液体混合物分离成较纯组分的单元操作。
理论板：理论板是指离开塔板的蒸气和液体呈平衡的塔板。
恒摩尔：是指易挥发组分与难挥发组分的摩尔气化潜热相等，其他热效应则可忽略不计或相互抵消，这样液体汽化和气体冷凝所需的热量刚好相互补偿，使得流经每一块塔板的气液两相摩尔流率保持不变。
吸收：用适当的液体和混合气体接触，使混合气体中的一个或几个组分溶解于液体，从而实现混合气体组分的分离，这种利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。
分子蒸馏：是一种在高真空状态下进行分离操作的非平衡蒸馏过程。
反应型催化精馏：是以反应为主、精馏为辅的过程。
冷冻浓缩：是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理来实现分离的方法。
电渗析：电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性的定向迁移，透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。
课程的研究方法：实验研究方法（经验法）、数学模型法（半经验半理论法）。
离心泵的优点：结构简单，操作容易，便于调节和自控；流量均匀，效率较高；流量和压头的实用范围较广；适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。
基本部件：旋转的叶轮和固定的泵壳。
过滤的程序：过滤阶段，采用恒速、恒压或先恒速后恒压方式；滤饼洗涤，除去或回收滤液；滤饼干燥，去除颗粒中的液体；卸除滤饼，可以间歇操作，也可连续操作。
提高流化质量的措施：分布板应有足够阻力；在流化床的不同高度上设置若干层水平挡板、挡钢或垂直管束等内部构件；采用小粒径、宽度分布的颗粒。
食品工程原理(全套课件366P)
（2）相对压强 :以当地大气压强为基准用测压仪表测出的压强，
分为表压强pg 和真空度pvm。
其中： pg = p － pa
pvm = pa － p
注意：pg 、p、pa、pvm 的范围，而且pvm = －pg
p
pg
pvm
2、液位的测量与控制 3、液封高度的计算
止流体内部，任一点处流体静压强在
各个方向上都相等。
2、压强的单位
SI单位N/m2，称帕斯卡，符号Pa。 1atm=1．033kgf/cm2=760mmHg
=10.33mH2O=1．0133×105Pa=1．0133bar
1at=1kgf/cm2=735．6mmHg=10mH2O=9．81×104Pa=0．981bar 3、压强的表示方法
食品加工科学化进展的一个重 要方面是在食品加工领域引入和应用 了化工单元操作过程，它促使食品工 业朝着大规模、连续化、自动化的工 业生产方向发展。
一、食品工程与单元操作
将食品加工与化工单元操作 过程科学而巧妙地结合起来，形成了 食品科学与工程学科，食品工程的基 础之一就是单元操作——食品加工过 程中普遍采用的、操作原理相同、设 备相近、具有相同作用的一些物理性 典型操作过程。
流体-----液体和气体的通称。 流体特性：流动性、可压缩性、粘性等。 食品加工过程所处理的原辅料、半成品、产品，很大一部分
以流体状态存在，操作过程往往是在流动条件下进行。因此 流体的输送、流动的状态、流量的控制、过程进行的程度、 操作效率等都与流体的流动有关，本章讨论流体流动的基本 原理，重点流体在管内流动时m的规律及其应用。 讨论前提：流体为连续介质。V
(完整版)《食品工程原理》教学大纲
《食品工程原理》教学大纲一、本课程的教学目标和任务本课程为食品专业的必修专业基础课。
课程内容主要包括动量传递、热量传递和质量传递的三大传递理论及其在食品工程中的应用，即研究食品工程单元操作的基本原理与应用。
动量传递内容包括流体力学和流体输送机械（泵与风机）的选用、颗粒与流体间的相对运动；热量传递内容包括传热学和蒸发操作等；质量传递内容包括传质过程、吸收与蒸馏、吸附与离子交换，浸出与萃取等单元操作；此外还包括热、质同时传递的过程，如食品的干燥等。
食品工程原理是一门主要研究食品加工过程的技术原理与工程实现的应用基础课程，与机械工程、化学工程等学科的有关课程密切相关，其基础涉及数学、物理、力学、热力学、传热学和传质学等。
本课程以单元操作为主线，研究食品加工过程的有关理论与工程方法，为食品科学与工程及相近专业的学生和工程技术人员学习研究提供参考。
二、本课程的教学要求食品工程原理是食品科学与工程及其相近专业的一门十分重要的专业基础课程，在创新人才培养中具有举足轻重的地位。
由于课程涉及的知识面宽，对理论分析、设计计算、实验探索、工程经验的贯通融合和创新应用方面要求很高。
学习中要注重逐步树立学生的工程观念，从先进实用、安全可靠、经济方便、节能减排等方面认真掌握单元操作和工程系统集成方面的知识。
1．注重培养学生的工程设计和应用的能力。
食品加工工艺千变万化，其实现的途径又可以多种多样，所以要树立学生的工程观念，能够根据生产工艺要求和物料特性，合理地选择单元操作及相应的设备，完成过程分析、设计计算，努力使系统集成达到最优化。
2.注重培养学生的数据攫取能力。
食品工程原理学科研究的历史短，基础数据十分缺乏。
如何通过网络或资料查取有参考价值的数据，或者通过实验测取、生产现场查定相关数据、是进行良好的食品工程设计的重要前提。
3.注重培养学生的实验能力。
学习实验设计、单元操作实验、数据处理、误差分析方法，提高学生的动手能力和实验技能。
《食品工程原理》课程教学大纲
《食品工程原理》课程教学大纲课程名称：食品工程原理课程类别：专业基础课适用专业：食品质量与安全考核方式：考试总学时、学分： 64 学时、4 学分其中实验学时： 0 学时一、课程的性质、目的和任务《食品工程原理》是食品质量与安全专业的一门专业基础课，主要研究食品加工过程中各单元操作的基本原理、主要设备构造和设计计算等内容，是进行食品机械、食品工艺与设备、食品工厂设计等后续课程实施的基础。
本课程的目的是通过系统学习食品加工过程中的工程概念和各单元操作原理，使学生了解食品加工过程中单元操作的基本概念，掌握典型单元操作的基本原理和理论知识，为学习食品机械设备、食品工艺学及食品工厂设计等课程奠定工程技术理论基础。
课程的任务是研究和介绍食品工业生产中传递过程与主要单元操作的基本原理、它们的内在规律、常用设备及过程计算方法，使学生掌握常用的工程方法，具备运用工程方法解决生产实际问题的能力；掌握传递过程及单元操作的基本原理，学会运用其基本理论进行过程的物料衡算、能量衡算和设备选型配套设计计算等工程问题。
二、课程教学要求1.专业知识目标1.1 掌握食品加工过程中有关流体流动及输送机械、机械分离、传热、蒸发、制冷、蒸馏、干燥、结晶与膜分离等常见单元操作的概念、基本理论和基本规律，理解典型设备的工作原理、结构、主要性能参数及选型；1.2 掌握动量传递、热量传递和质量传递的基本原理，运用这些理论并结合所学的物理、化学、数学和物理化学等基础知识，研究食品加工过程中各种单元操作的内在规律和基本原理，能够根据生产上的具体要求对各单元操作进行初步的工艺计算和优化调节；1.3 了解简化模型法、当量法、因次分析法等工程上解决复杂问题的分析方法，正确查阅工程手册、国内外文献获取设计参数或者通过实验测取、生产现场查定相关数据，掌握食品加工过程中各种单元操作的物料和能量衡算计算方法，并能进行过程的选择、设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算；1.4 了解食品加工过程中各单元操作典型设备的工作原理、影响因素、常见故障，理解控制传递速率的变化规律，并能够结合生产实际初步分析强化或者削弱过程传递的途径，提出消除故障或改进过程及设备的途径。
食品工程原理完整PPT课件
食品与生物工程学院
主讲人：刘伟民 （查询教师请登录学院网页）
江苏大学《食品工程原理》课件
食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品 工程师、科研人员及管理人员而言，非常重要。
processes is unified and simplified.
工业和过程生产线按单元操作分割，以统一和简
化描述。
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0.2.2 单元操作的特点
都是物理操作； 都是共有的操作； 原理相同，设备通用（不同过程中，设备的个数
的 设 计 指动量、热量、 浓 度 （ 指单 位 体积 物 差除以传递阻 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
主 设备 物质量)
理量）梯度乘系数
力
递阻力 （4）实验测掩盖求通量
线
完成 选用 设计 计算
选用 动量 型 设备
需求出设备的动 量通量(指单位 面积单位时间的 动量)
运用规律：动量通量 绝对值等于速度梯度 乘比例系数动力粘度 或表观动力粘度
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江苏大学《食品工程原理》课件
对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过 程的核心应当是生物化学或化学反应过程和设备 （反应器）。
为了过程得以经济有效地进行，反应器中应保持 某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界 面积。
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(完整版)食品工程原理复习资料-重要公式总结
食工原理复习资料单元操作：不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，根据物理加工过程的各种操纵原理，可以归结为数个广泛的基本过程，这些基本过程称为单元操作。
特点：若干个单元操作串联起来组成的一个工艺过程称为物理性操作。
同一食品生产过程中可能会包含多个相同的单元操作。
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通用。
三传理论：单元操作按其理论基础可分为三类：流体流动过程，传热过程，传质过程，以上三个过程包含三个理论，称为三传理论。
（动量传递，热量传递，质量传递）。
物料衡算：根据质量守恒定律，以生产过程中或生产单元为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
第一章 流体流动与输送设备流体：具有流动性的物体。
如气体，液体。
特征：具有流动性；抗剪和抗张能力很小；无固定形状，随容器形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
密度：单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ压力：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
压力的单位：（1） 按压力的定义，其单位为N/m 2，或Pa ；（2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
标准大气压的换算关系:1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O压力的表示方法:表压 = 绝对压力 － 大气压力；真空度 = 大气压力 － 绝对压力 静力学基本方程：压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 能量形式 g z p g z p 2211+=+ρρ适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。
（1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的形状无关。
（2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。
液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。
食品工程原理第五章
传 热
图5-1 单层平壁热传导
传 热
实际上，物体内部不同位置上的温度并不相同，因而 导热系数也随之不同。但在工程计算中，对于各处温度不 同的物体，其导热系数可以取固体两侧面温度下λ值求得算 术平均值，或取两侧面温度的算术平均值下的λ值。 式（5-2）表明导热速率与传热推动力成正比，与热阻
成反比；导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻
传 热
（3）热辐射 热辐射既不依靠流体质点的移动，又不依靠分子之间 的碰撞，而是借助各种不同波长的电磁波来传递能量的。 热辐射的特点是不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量 形式的转换。当两个物体以热辐射的方式进行热能传递时， 放热物体的热能先转化为辐射能，并以电磁波的形式向周 围空间发射，当遇到另一物体时，电磁波的辐射能将部分 或全部地被该物体吸收，又转变为热能。任何物体都能把 热能以电磁波的形式辐射出去，也能吸收别的物体辐射出 的电磁波而转变成热能。当物体的温度越高，则以辐射形 式传递的热量就越多。
传 热
食品生产中对传热过程的要求有以下两种情况:一种是 强化传热过程。要求设备传热性能良好，以达到挖掘传热 设备的潜力或缩小设备的尺寸；另一种是削弱传热过程， 以达到减少热损失，节约能源，维持操作稳定，改善操作 人员的劳动条件等。
传 热
5.1.2 传热的基本理论 1.传热的基本方式 热量的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而 引起的。根据传热机理的不同，传热的基本方式有热传导、 热对流、热辐射三种。
传 热
（1）热传导 它是内能由物体的一部分传递给另一部分或从一个物 体传递给另一个物体，同时无物质质点迁移的传热方式。 物体中温度较高的分子（或原子、自由电子等）因振动而 与相邻温度较低的分子（或原子、自由电子等）发生碰撞， 并将能量的一部分传给后者。热传导的特点是物体中的分
《食品工程原理》
大家好
6
④化学工程原理 ●研究对象 传递过程（包括单元操作的过程和设备）。 ●研究内容 单元操作基本原理、基本规律、相互关系和应用。 ●研究方法 实验研究方法，即经验的方法。 数学模型方法，即半理论半经验的方法。
● 通过研究回答工业应用中提出的问题： ⑴ 如何根据各单元操作特点，进行“过程和设备”的选择，以适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。 ⑵ 如何进行过程的计算和设备的设计。 ⑶ 如何进行操作和调节以适应生产的不同要求。在操作发生故障时如何寻找故障的缘由。
大家好
17
5、运动的描述方法 ①拉格朗日法： 描述同一质点在不同时刻的状态。 （物理学中考察单个固体质点时用） ②欧拉法：描述空间各点的状态及其与时间的关系。 （考察定态流体流动时常用）
食品工程原理
大家好
1
第一章 绪 论
第一节 课程的性质和内容 第二节 单位和单位制 第三节 混合物浓度的表示方法 第四节 单元操作常用的基本概念
大家好
2
第一节 课程的性质和内容
②单元操作 生产过程 →化学反应过程 + 物理加工过程 ↓（归纳） 基本操作过程 ↓ 单元操作
大家好
13
第三节 混合物浓度的表示方法
一、物质的量浓度与物质的量分数 1、物质的量浓度（简称物质的浓度，也称摩尔浓度，单位kmol/m3） 2、物质的量分数（摩尔分数） 二、物质的质量浓度与质量分数 1、质量浓度（也称密度） 2、质量分数三、摩尔比与质量比
大家好
14
第四节 单元操作常用的基本概念
常用单元操作： 流体的流动和输送、传热 、沉降与过滤、干燥、蒸馏、吸收、萃取等。
按过程的物理本质分： 动量传递过程（单相或多相流动）、热量传递过程和物质传递过程。
食品工程原理第一章第五节第六节
压差计读数反映冲压能与静压能之差，即
p p p p u p u 21 ( 11 ) 11 2 2
2 2
则有
u1 2p
若该U型管压差计的读数为R，指示液的密度为，流体的 密度为，则根据静力学基本方程，可得
u 1
2gR ( ) 0
当被测的流体为气体时，上式可化简为
2 p 0 u 0 0 g2 g
0-2
z z h H f 2 2
2 p 0 u 0 0 g2 g 2 p 2 u 2 2 g2 g
比较上两式，得
z h z h f 1 f 2
2 p 1 u 1 1 g2 g 2 p 2 u 2 2 g2 g
2
2
化简得：
u 3 .59
2 1
Re du 1 0 .5 13 .4 1 .202 438000 5 1 .84 10
设λ=0.02，代入上式，解出u1=13.4m/s。 复核：
0 .5 0 .001 d 500
查图得：λ=0.0205 该值与所设的λ值相差甚微，可认为所求得的u1=13.4m/s已 够正确，据此计算体积流量为
解： 本题已知风机压头求气体流速，在流速未知时无法先计 算Re以求λ 、Σ hf，故采用试差法。
空气的平均压力=（186+120）/2=154mmH2O
1atm（10330mmH2O）及0℃时空气的密度为1.293kg/m3，故 154mmH2O（表压）及25℃时空气的密度为：
154 273 3 1 . 293 ( 1 )( ) 1 . 202 kg / m 10330 273 25
食品工程原理复习资料-重要公式总结
食工原理复习资料单元操作：不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，根据物理加工过程的各种操纵原理，可以归结为数个广泛的基本过程，这些基本过程称为单元操作。
特点：若干个单元操作串联起来组成的一个工艺过程称为物理性操作。
同一食品生产过程中可能会包含多个相同的单元操作。
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通用。
三传理论：单元操作按其理论基础可分为三类：流体流动过程，传热过程，传质过程，以上三个过程包含三个理论，称为三传理论。
（动量传递，热量传递，质量传递）。
物料衡算：根据质量守恒定律，以生产过程中或生产单元为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
第一章 流体流动与输送设备流体：具有流动性的物体。
如气体，液体。
特征：具有流动性；抗剪和抗张能力很小；无固定形状，随容器形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
密度：单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ压力：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
压力的单位：（1） 按压力的定义，其单位为N/m 2，或Pa ；（2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
标准大气压的换算关系:1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O压力的表示方法:表压 = 绝对压力 － 大气压力；真空度 = 大气压力 － 绝对压力静力学基本方程：压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 能量形式 g z p g z p 2211+=+ρρ适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。
（1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的形状无关。
（2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。
液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。
食品工程原理—
一维温度场：若温度场中温度只沿着一种坐标方向变化。
一维温度场旳温度分布体现式为：
T = f (x,T)
(4-1a)
➢不稳定温度场：温度场内假如各点温度随时间而变化。
➢稳定温度场：若温度不随时间而变化。
➢等温面：温度场中同一时刻相同温度各点构成旳面。
等温面旳特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。
按热流密度公式计算q：
q
Q A
(1
T1 T4
2 3 )
10 (5) 0.12 0.10 0.12
5.27W
/ m2
1 2 3
0.70 0.04 0.70
按温度差分配计算T2、T3
T2
T1
q 1 1
10 5.27
0.12 0.70
9.1℃
T3
q
3 3
T4
5.27
0.12 0.70
注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交旳任何
方向，因温度发生变化则有热量旳传递。温度随距离旳变化程 度以沿与等温面旳垂直方向为最大。
对于一维温度场，等温面x及(x+Δx)旳温度分别为T(x,τ)及 T(x+Δx,τ)，则两等温面之间旳平均温度变化率为：
温度梯度:
T (x x, ) T (x, )
降低。
➢对管径较小旳管路包扎λ较大旳保温材料时，要核实d0是否
不大于dc。
例 在一60×3.5mm旳钢管外层包有两层绝热材料，里层为
40mm旳氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm 旳石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。现用热电偶测得管 内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁旳导热系数 λ=45W/m·℃。试求每米管长旳热损失及两层保温层界面旳温度。
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本章学习目的与要求
通过学习本章内容，学生可以掌握非牛顿流体 间和气液混合体间的各种混合原理，为改善混 合均匀度奠定基础。
要求学生掌握评价物料混合度的各种方法，熟 悉影响液体搅拌功率的因素，并且能够计算搅 拌功率和混合速率等参数。
掌握乳化操作原理。 了解气液混合方法。
❖物理因素
✓液体的密度ρ、粘度μ、叶轮转速n等
❖ 实验时可借助于因次分析，将功率消 耗和其它参数联系起来
用因次分析法，可得
N
n3d 5
K
d
2 n
a
dn2 g
b
由
Eu
N
n3d 5
d 2n
R
em
dn 2 Fr
g
得
R Eu K a Frb em
100 5
✓ HLB值一般在1-20之间，以10为亲水、 亲油的分界线
✓ HLB＞10，亲水性
✓ HLB＜10，亲油性
乳化液的稳定性及影响 其稳定性的主要因素
❖液滴的大小 ❖两相密度差 ❖粘度 ❖粒子的电荷
乳化剂及其作用
❖ 降低两相的界面张力， 使两相接触面积可能大 幅度增加，促进乳化液 微粒化的效用
5-2 搅拌器的性能
搅拌器的分类 ❖ 桨叶式
❖ 旋桨式
❖ 涡轮式
开式平叶片段
带叶片圆盘
弯曲叶片
❖ 锚式和框式
❖ 螺带式
搅拌设备的其他结构问题
❖挡板
阻挡液体因搅拌器的转动而随之旋转
❖夹套和蛇管
夹套可增加传热面积，蛇管部分地起到挡板的 作用
❖搅拌器插入方式
常见的是在釜中心轴处垂直插入
❖搅拌器层数
混合的原理
❖ 对流混合机理
互不相溶组分的混合
❖ 扩散混合机理
互溶组分的混合
❖ 剪力混合机理
高粘度液体的混合
常用的机械搅拌装置
❖ 由搅拌器、叶轮和若 干辅助部件组成
❖ 搅拌系统的主件是叶 轮
❖ 搅拌装置的性能和消 耗的功率取决于搅拌 液体的物性及搅拌槽 的形状、大小、槽壁 上有无挡板等因素
❖搅拌乳化器 ❖胶体磨 ❖均质机 ❖超声波乳化器
胶体磨工作流程
立
式
胶 体 磨
卧 式 胶
体
磨
均质机是指将物料的料液在挤压，强冲击与失压膨胀的三 重作用下使物料细化，从而使物料能更均匀的相互混合， 比如奶制品加工中使用均质机使牛奶中的脂肪破碎的更加 细小，从而使整个产品体系更加稳定。牛奶会看起来更加 洁白。均质主要通过均质机来进行的。
佛鲁德淮数Fr — 含有重力加速度g，代表施加 力与重力之比
功率曲线
曲线形状与管内摩擦系数的关系曲线相似，在低
。 雷诺数下，所有曲线汇合在一起，为层流区域
搅拌功率准数与雷诺准数的关系
❖ 校正系数 f 计算
当 D＝ 2.5～4
d
H＝ 0.6～1.1 d
h＝ 1/5～1/3
d
✓桨式
f D 1.1 H 0.6 4h 0.3 3d d d
❖ 分隔尺度
混合物各个局部小区域体积的平均值
❖ 分隔强度
混合物各个局部小区域的浓度与整个混合物的平均 浓度的偏差的平均值
搅拌釜内液体的流动
❖总体流动
特点：流体以较大的尺度运动， 流动具有一定流向，流动范围 较大
❖湍动
特点：流体以很小的流体团 (远小于总体流动)尺度运动， 运动不规则，运动距离很短
或
R Eu K a
Frb
em
ф称为功率因数
功率准数Eu 雷诺准数Rem 佛鲁德淮数Fr
R Eu K a Frb em
❖ 上述主要无因次数群的意义
功率准数Eu — 也称欧拉准数，含有功率N， 输入的功率代表施加于受搅拌液体的力
雷诺准数Rem — 含有粘度μ，代表施加力与粘 性曳力之比
✓锚式
f
D
1.1 H 0.6 15h 0.3
1.11d d d
✓旋桨式和涡轮式
f
D 0.93 H 0.6
3d d
5-4 乳化
将两种通常不 互溶的液体进行 密切混合的一种 特殊的液体混合 操作。
✓混合
❖ 利用离子性乳化剂在两 相界面上配位，提高分 散液滴的电荷，加强其 相互排斥力，阻止液滴 的并合
❖ 在分散相的外围形成亲水性(O／W)或亲油性 (W／O)型的吸附层，防止液滴的并合
乳化液形成的方法 ❖凝聚法
❖分散法
✓机械强制分散法 ✓同时乳化法 ✓转相法 ✓浆体法 ✓自然乳化法
乳化设备简介
❖
N n3d 5
功率消耗为一定值的条件下，关系
Q
Hale Waihona Puke 8d3成立
H
搅拌器的选型 ❖选型原则
选型时应考虑到过程对流动条件的要求， 按过程的控制因素选择
❖搅拌器的选型
液体的粘度 搅拌器的特性
按粘度选型图
5-3 搅拌器的功率
功率关联式
影响搅拌功率的因素 ❖几何因素
✓ 叶轮直径d ✓ 叶片数目、形状及叶片长度和宽度 ✓ 容器直径D ✓ 容器中液体高度H ✓ 叶轮距容器底部距离y ✓ 挡板数目及宽度h
✓均质化
乳化机理
❖ 乳化剂降低界面能，防止油或水回复原状 ❖ 乳化剂分子膜将液滴包住，可防止碰撞的液滴
彼此又合并
❖ 形成表面双电层，当两 个液滴相互接近时，因 电的相斥作用防止凝聚
乳化机理
❖ 亲水亲油平衡值(HLB)
制取稳定的乳液的重要因素
HLB
亲水基重量 疏水基重量 亲水基重量
对于高径比较大的搅拌釜，或是液体粘度比较 大的搅拌操作
搅拌器的液体循环量和压头
❖ 体积流量、压头、功率间的关系
N QH g
u2
✓ 压头H通常可以写成速度头2 g的倍数 ✓ 叶n2轮d2末成梢正速比度ut∝nd，叶轮产生的液体速度头与 ✓ 体积流量与(nd)×(d2)＝nd3成正比
✓ 代入上式，得
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，称为 混合。
互溶液体的搅拌：调匀
互不相溶液体的接触混合：乳化
气液接触：碳酸化
利用搅拌加热传热
有悬浮颗粒状固体的液体搅拌：防止沉淀，加速溶解
5.1 液体搅拌混合的基本原理
混合物的混合程度
❖ 调匀度
一种或几种组分的浓度或其他物理量和温度等在搅 拌体系内的均匀性