食品工程原理绪论——卡片4
食品工程原理-绪论
上述三种理论，我们称之为“三传理论”。
8
举例：
全脂乳粉生产的工艺流程
F≥12%
80～85℃，30s
F≥40～45%
空气温度180～200 ℃， 9 牛乳温度40～45℃
果 汁 生 产 工 艺 流 程 图
2、三传理论
动量传递（momentum transfer）:
流体流动时，其内部伴随着动量传递，故流体流动过 程也称为动量传递过程。凡遵循流体流动基本规律的单元 操作均可用动量传递理论研究
15℃ 水 c2 qm2 20 ℃ 25℃
番茄酱 qm1=100kg/h 90℃, w=40%, c1
以0℃作温度基准 进入系统的热流量 离开系统的热流量：
1 qm1c1 90 qm 2c2 15
பைடு நூலகம்2 qm1c1 20 qm2c2 25
21
因过程在系统中无积累热量，故
有些单元操作都会包含两种或两种以上的传递 理论。
12
茶饮料生产工艺流程
13
物料衡算和能量衡算
食品工程原理中讨论每种单元操作的基本原 理时，都包括过程的平衡关系和过程的速率两个 方面。
过程推动力 过程速率 过程阻力
在过程的平衡关系研究中，常需作 物料衡算（material balance) 能量衡算 (energy balance)
混 配
雪利酒 100kg（ms） 酒精16% 糖3%
以产品雪利酒的量ms=100kg作计算基准。
17
总物料衡算：ma+ mb+ mc=100kg 对酒精的物料衡算： 0.146ma + 0.167mb + 0.170mc=0.16*100 对糖的物料衡算： 0.002ma + 0.01mb + 0.12mc=0.03*100 将式（1）、（2）、（3）联立可解得： ma=36.8kg; mb=42.4kg; mc=20.8kg.
食品工程原理___绪论
2、任务：研究单元操作的基本原理、典型设备的构造及工 艺尺寸的计算（或选型）
3、学习的目的：培养分析和解决有关单元操作各种问题的 能力，以便在食品生产、科研与设计中到强化生产过程，提高 产品质量，提高设备生产能力及效率，降低设备投资及产品成 本，节约能耗，防止污染及加速新技术开发等。
初步掌握食品过程开发、设计与操作的有关方法。
5
传统食品加工：家庭作坊式，
食
以传统方法和经验为技术基础。
品
加
工
现代食品加工：工程化，以"单
元操作"作为技术核心之一。
• 3、工程
• 指制造部门用比较复杂的设备来进行的 工作。
• （多人、多部门、多工序、多方面）
• 4、食品工业
• 利用物理和化学方法将自然界的各种食 物原料加工成食品的工业。
二、食工原理的性质、任务
other units
Expression in terms of SI base units
Frequency
hertz
Hz
s-1
Force
newton N
N
m kg s-2
Pressure, stress
pascal Pa
N/m2
m-1 kg s-2
Energy, work, quantity of heat
上述三种理论，我们称之为“三传理论”。
18
举例
名称
原理
流体 依据外力的作用将流体从一个设备 输送 输送到另一个设备
使冷热物料间由于温度差而发生热 传热 量传递，以改变物料的温度或相态
的操作
利用均相气体混合物在液体溶剂中 吸收 溶解度的不同以实现气体混合物的
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-绪论
直到19世纪末，才开始建立食品加工厂
我国近代食品工业的起步大概比西方国家迟100年
• 起步晚 • 发展慢 • 技术水平低 • 核心技术依靠进口
随着我国经济的不断发展，近年来食品工业的发展也非常迅 猛。20世纪50年代初以来，我国的食品工业发展科分为 三个阶段。
10
阶段1：平稳缓慢增长阶段（1952~1990年） • 劳动生产率比较低 • 技术依赖进口 • 食品消费以初级农产品为主 • 国家对食品工业的发展不够重视。
12
阶段3：食品工业飞速发展阶段（2003年-现在）
• 国家重视，大力支持重点技术研发。 • 年均增速20%以上。 • 与世界发达国家差距缩小，部分领域接近国际先进，
个别领域达到领先。 • 整体水平仍然较低，与世界先进水平有较大差距，国
内市场广阔，发展空间巨大。
中国食品工业发展迅速：已建成了包括食品加工业、食品制造业、饮 料制造业和烟草加工业等四大类、62个小类的现代食品工业体系。
➢ 2005年世界食品工业销售额约4万亿美元，其中美国占25 、
欧洲占20 、日本占10 ；
➢ 美国、法国、荷兰、日本等国的食品工业产值均居制造业
之 首，食品工业是国民经济的重要支柱产业。
巴西的橙汁加工业
产业状况：
➢ 巴西是南美最大的甜橙种植园、全球最大的橙汁加工国。 ➢ 橙汁出口量占全球橙汁出口量50%，其中冷冻浓缩橙汁出口
杀 菌的基本方法，1829年世界上建成第一个罐头厂； ➢ 1872年美国发明喷雾式奶粉生产工艺，1885年乳品已工业
化 生产。
1.2、国外的食品工业
国际食品工业状况：世界经济发达国家都非常重视农
产品加工业和食品工业的发展，均投入大量资金和人力， 将现 代新的科学技术引入食品工业领域，建立了现代化 的食品工 业体系； 食品加工的范围和深度不断扩展，利用的科学技术也越来 越先进。
食品工程原理中国农业大学出版社
食品工程原理—绪 论
3.2 因次
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L、M、T、θ表示，则导出量可由这些基本量的符号 组合而成。 例：速度——［LT－1］
加速度——［LT－2］
力——［MLT－2］ 若某物理量以［MaLbTc］表示，则称它为该物理量的因次 或量纲（dimension）（严格地说，指数a、b、c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 量的单位与基本量的单位之间的关系。当a＝b＝c＝0时，时 ［M0L0T0］＝［1］，称为无因次（dimensionless）。
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，到可以用 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，到可以用质量传递的 理论去研究。
食品工程原理—绪 论
食品工程原理—绪 论
单元操作的应用及特点
若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。 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。 同一食品生产过程中可能会饱含多个相同的的单元 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以通用。
食品工程原理—绪 论
4. [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。 5. 华南工学院等。发酵工程与设备。北京：轻工业出版社。
6. 姚玉英。化工原理例题与习题。北京：化学工业出版社，1998。
更多
绪 论
1 食品加工过程及单元操作
生活资料的工业。
食品工程原理答案-PPT
理量以新单位表示。
这类公式换算得原则就是:原来给出得公式就是成 立得,故应将新单位下得物理量(加“′”表示)还 原到公式所要求得单位后,将还原后得物理量代入 原公式,再变化。
此为“还原”法则。
例:总传热系数K得经验式为:
3.28 ft
ft
0.305 即为 ft 换为 m 的换算因数。
两个相同得物理量之比为纯数1,其数字部分即为 换算因数,但要将目标(要换算到得单位)单位得物 理量放在分子上,用此法不容易产生错误。
例:工程单位制中,基本物理量就是长度(m)、时间 (s)与力(kgf),而质量就是导出量,问其单位？将工 程制得质量换为SI制kg换算因数怎么写？
processes is unified and simplified、
工业与过程生产线按单元操作分割,以统一与简化 描述。
0、2、2 单元操作得特点
都就是物理操作; 都就是共有得操作; 原理相同,设备通用(不同过程中,设备得个数与排
列顺序当然可以不同)。
0、3 食品工程原理课程得两条主线
物理加工当然进行得就是物理操作,如粉碎、过滤、 蒸发、加热、冷却、干燥等。
对涉及生物、化学加工得食品加工过程而言,过程 得核心应当就是生物化学或化学反应过程与设备 (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,如适宜得压强、温度、浓度、界面积。
原料必须经过一系列得预处理,以除去杂质,达 到必要得纯度、温度、压强、接触面积等,这 些过程称为前处理。
食品工业中得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。
食品工业过程得这种特点同样出现在化学工业、 制药工业等生产过程中,说明这一些类型得生产过 程得处理原则可以就是相似得。
食品工程原理绪论ppt课件
流体输送 流体输送 流体输送
流体输送 传热 搅拌 均质 传热 浓缩 物系分离 流体输送 流体输送 过滤 干燥 分离 流体输送 筛分 传热
动量传递 动量传递 动量传递
动量传递 热量传递 动量传递 动量传递与质量传递 热量传递 热量传递、动量传递与质量 传递 动量传递与质量传递 动量传递 动量传递 动量传递 热量传递、动量传递与质量 传递 动量传递与质量传递 动量传递
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 最优经济效益作为最终的设计方案。
任何一个科研成果都要通 过工程技术才能得以大规模生 产，才能实现它的社会价值， 造福于广大的人民群众。
《食品工程原理》是将实验室科研成 果转入工业化生产的基础理论课程。
绪论完
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
质量传递(mass transfer): 两相间物质的传递过程即为质量传
食品工程原理3-11——卡片4
3.6.3实际物体的辐射能力（需实验测出各物体的辐射率ε，ε为各λε的平均值）实际物体的辐射能力为4()100T E C =，C 为实际物体的辐射系数，0<C<C 0=5.67。
定义E/E b =C/C 0=ε，称为物体的黑度（或辐射率），ε取决于物体的性质、表面状况等，由实验测定，见表。
有了ε，则420()/100b T E C E W m ε==（注b E E λλλε=为单色辐射率λε，通常取各λ下λε的平均值ε，作为物体的辐射率ε，即认为物体发射各波长的能力相同，此时物体被称为灰体工业上大多可作为灰体看待）。
3.6.5描述实际物体吸收辐射能的能力的克希霍夫（Kirchhoff）定律Kirchhoff 导出：任何物体的辐射能力E 和吸收率A 的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，即/bE A E =又404400()100()()100100bT C T T E C E C AA εεεε==∴=⇒=所以，用物体的黑度ε代替A 即可计算吸收辐射能的能力。
3.6.6热辐射的计算上面有了单个物体辐射和吸收热辐射能的公式。
两黑体间的热辐射传递热量,12b Q 由Lambert （兰贝特）定律导出（推导过程省略，可参见陈敏恒化工原理）：4412,121120[()()]100100b T T Q S C ϕ=-12ϕ为面积1S 所辐射的能量被另一表面（2）所截获的分率。
两灰体间任意位置的热辐射计算：比照黑体的公式（推导过程省略，可参见陈敏恒化工原理）有：441212121124412011212211244120112,12[()()]1001001[()()]111001001(1)(1)[()()]100100s s b T TQ C S T T C S T TC S Q ϕϕϕϕεεεϕε=⋅-=⋅-+-+-=⋅-=120012211221121211,11111(1)(1)1(1)(1)s s C C C εεϕϕϕϕεεεε===+-+-+-+-且有112221S S ϕϕ=。
食品工程原理4-4——卡片4
4.4.5低温制冷方法
一般冷冻（－100℃以上）和深度冷冻（－100℃以下）工作范围不同，制备方法也不同。
NH 3的蒸发温度在＋5~－30℃范围内，要更低温度可采取多级制冷循环、串级制冷循环、节流膨胀和绝热膨胀等方法。
用到时可参考有关专著。
4.4.6制冷剂和载冷剂
对制冷剂的要求是：①常压下沸点低；②在蒸发器内压力比大气稍高一点，在冷凝器中压力又不要过高，这样空气不渗入，制冷剂不漏出；③v q 要大；④水能冷凝；⑤汽化潜热要大，G 可小；⑥满足一
般工业无毒、不燃爆、价廉易得等要求。
常用3NH 、氟里昂－11（3CFCl ，现用Br 取代Cl ，3-Cl
O 氧化）、氟立昂－12（22CF Cl ）、氟立昂－22（2CHF Cl ）等。
注：氟代烷烃写作FC 、含氯氟代烷烃写作CFC 、含氢写作HFC 、两者都有的写作HCFC ，编号从左至右：第一个是碳原子数减1，第二个是氢原子数加1，第三个是氟原子数、氯原子不编号。
如还含有溴原子，再加上字母B 和溴原子的数目。
3CBrF 写作FC-13B1C 代表烷烃的碳原子。
CFC-12、CFC-11、HCFC-22、HCFC-113、HCFC-114
学生可上网搜索有关氟里昂制冷剂的进展情况。
HFC-134a 1,1,1,2－四氟乙完、O 3消耗为零，但仍有温室效应。
载冷剂：2CaCl （－55℃冻结）、NaCl （－21℃冻结）、25C H OH 、乙二醇、水等。
食品工程原理1-15——卡片1
1.8基于流体力学原理的几种流量测量
生产过程中需核算成本，检查生产操作条件，或调节控制生产过程，常需测量流量。
流量测量方法有许多种。
基于柏努利方程（能量转换）测量原理的装置有毕托管（通过测流速再计算流量）、孔板流量计和转子流量计等。
1.8.1毕托管（Pitot tube）
同心套管构成，外管管口顶端封闭，外管前端壁面四周开有若干测压小孔，内管前端开口。
内外管末端分别与U型压差计的左右端相连。
（注意：图中表示密度的符号变成了p和p2，应为ρ和ρi，因系统字符不配）
测量时管口正对流动方向，管壁与流线平行，可测一点的流速。
要求对流动的影响尽量小。
测速原理是未放毕托管前，A、B两点的流速流速相同，压强相同（靠得很近，流动阻力和位能影响可忽略不计）。
放入毕托管后，A点
成为驻点，原动能2
2u 转换为压强能，而B 点未发生变化。
故A 、B 两点
的压强能之差（“o ”未放毕托管前）为
22
22AO BO A B
p p p p u u ρρρρ++++⎛⎫-=+-= ⎪⎝⎭，()22()A B i p p gR
u ρρρρ
++--∴==考虑实际影响因素，可乘一（0.98~100）的校正系数C ，因C 接近1，故也可不校正。
一般是测到管中心处最大速度，再用max max Re d u ρ
μ⋅⋅=与管内平均速度
关系图求取平均速度（P42）。
有大管、清洁流体、微压差计等几个使用注意点。
食品工程原理1-22——卡片3
⑤压缩机的排气量或输氧量
又称生产能力，将排出气体的体积流量换算到吸入状态的数值11(,)p T 。
气体理论容积：单动V A L n
'=⋅⋅面积×行程×往返次数（一个往返算1次）/s
双动(2)V A a L n '=-⋅⋅a ——塞杆截面积。
但由于：a.余隙气体膨胀占用有效容积；b.阀门阻力使气缸中压强比吸入气体压强低，吸入气要膨胀一些（相对于1p ），占用了气缸有效容积；c.气缸内气体比吸入气温度高，又要膨胀，进一步占用有效容积，故实际吸气量以11(,)p T 计时就小于V '（理论容积）。
又有各种泄漏，实际排气量就又低于实际吸报量（均以11,
p T 计），故实际排气量i d V V λ'=，d λ为排气系数，其值约为（0.8~0.95）0λ，i 代表吸入口状态11(,
)p T 。
⑥轴功率
以绝热过程为例，理论功率a N 为：
1121111k a i p k N p V k p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦（W ）k 为绝对热
实际所需轴功率N 为：
,0.7~0.9
a
a a N N ηη==（因为实际吸气量大于实际排气量，吸入的气均需耗功；气体在气
缸内湍动及通过阀门耗功；运动部件摩擦也耗功，故需除以a ）。
食品工程原理1-21——卡片1
1.10.3气体输送机械（fans,blowers,compressor）
结构原理和液体输送机械大体相同。
但可压缩性和低密度使气体输
w V很大，故流速高（15~25m/s）要送机械又有自身的特点。
对一定的,s s
比输送液体（0.5~3m/s）大很多，阻力损失也大得多，故压头需高。
要解决压头高、流量小和压头小流量大等输送问题。
用离心和轴流式输送低压大流量气体，用正位移式输送高压低流量气体。
分类：通风机——出口压强不大于1500mmH2O（表）（14.7kPa），压缩比1~1.15；
鼓风机——出口压强0.15~3at（表）（14.7～294.3kPa），压缩比小于4；
压缩机——出口压强3at（表）（294.3kPa）以上，压缩比大于4；
真空泵——减压，出口为1at（101.3kPa）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0.2.2 “单元操作学”的内容
单元操作学是研究各类单元操作的学科，因作为一门学科存在，其内容应该包含统一的研究对象和统一的研究方法即方法论。
单元操作学的统一的研究对象是化工类型生产过程中的各种单元操作，如流体流动及输送机械、非均相物系的分离、传热、均相物系的分离如精馏和吸收等、热质同时传递过程如干燥等操作，需要系统阐述各单元操作的原理、设备设计、操作和开发方法。
经研究发现，尽管单元操作种类繁多，但其原理本质上都统一于“三传（three-transfer）”过程原理，即动量传递（momentum transfer）、热量传递（heat transfer）和（物）质量传递（mass transfer）原理，因此，单元操作学的统一研究对象是隐含了“三传”原理的各单元操作。
通过有选择地讨论可揭示“三传”原理和方法的若干单元操作，单元操作学应该能够实现对各种单元操作表达方法的统一。
单元操作学的统一的研究方法是实验研究法和数学模型法。
实验研究法主要是采用量纲（或因次）分析规划的实验方法，以使实验结果具有普遍性，能够“由此及彼”、“由小及大”，也即水、空气等的实验结果能推广应用于其他物料，实验室小型设备上获得的结果能推广应用于工业生产大型设备，而其他实验法为辅助手段。
数学模型法主要为借助实验验证正确性和确定模型参数的“半理论半经验”的数学模型法，纯数学模型法也在不断得到发展。