食工原理-第4章搅拌与混合
化工原理-第四章搅拌-PPT
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均相物系的混合机理
低粘度液体的混合机理： 由于强剪切作用，大涡旋的分裂使液团分散成小尺度旋涡。 由于粘滞阻力，能量全部转化为热能而耗散。 叶轮附近剪切力大，湍动最为激烈，液体的混合作用主要发 生在叶轮附近的混合区中。 对于低粘度的互溶液体的混合，提供足够的循环量是主要的， 剪切强度次之。
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搅拌混合效果
搅拌效果可有不同的表达方式。若为强化化学反应，可用转 化率来衡量，若为传热与传质，则可用传热系数和传质系数 的大小来衡量。
设容器中有体积分别为 VA 和 VB 两种液体，则A的平均浓度为：
CA0
VA VA VB
CA<CA0
I CA CA0
CA>CA0
I 1CA 1 CA0
I —— 混合指数或混合百分数。若取 n 个样品，则平均混合 百分数为
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于 总体流动。小直径、高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
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功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂， 影响功率的因素很多。不能由理论分 析法，常利用因次分析方法，通过实 验关联。
对几何相似的搅拌装置，各形状因子 均为常数。
“标准”构型搅拌装置
(3) 保持雷诺数Re不变
n1d12
n2
d
2 2
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N QH
➢ N 相同时，既可产生大流量、低压头，也可产生高压头、 小流量；
➢ 叶轮提供给液体的全部功率用于产生流量和压头；
➢ 不同工艺过程对 Q 及 H 要求不一样，例：低粘度均相液 体的混合需要泵送流量大而气-液混合需要强剪切作用。
思考题与习题食工原理
思考题与习题食工原理思考题与习题绪论一、填空 1 同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用来确定最终的方案。
2 单元操作中常用的五个基本概念包括、、、和。
3 奶粉的生产主要包括、、、、等单元操作。
二、简答 1 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？ 2 “三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？ 3 如何理解单元操作中常用的五个基本概念？ 4 举例说明三传理论在实际工作中的应用。
5 简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。
三、计算 1 将5kg得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。
已知20％蔗糖溶液的密度为1070kg/m3。
2 在含盐黄油生产过程中，将60%(质量分数)的食盐溶液添加到黄油中。
最终产品的水分含量为%，含盐量%，试计算原料黄油中含水量。
3 将固形物含量为%的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58%得浓橘汁。
若鲜橘汁进料流量为1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。
4 在空气预热器中用蒸气将流量1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸气温度℃，离开预热器的温度为℃。
求蒸气消耗量。
5 在碳酸饮料的生产过程中，已知在0℃和1atm 下，1体积的水可以溶解3体积的二氧化碳。
试计算该饮料中CO2的(1)质量分数；(2)摩尔分数。
忽略CO2和水以外的任何组分。
6 采用发酵罐连续发酵生产酵母。
20m3发酵灌内发酵液流体发酵时间为16h。
初始接种物中含有%的酵母细胞，将其稀释成2%菌悬液接种到发酵灌中。
在发酵罐内，酵母以每增长一倍的生长速度稳定增长。
从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7%的酵母，占发酵液中总酵母的97%。
试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量F以及残留发酵液的流量W(假设发酵液的密度为1000kg/m3)。
1 第一章流体流动一、名词解释 1 流体的黏性 2 牛顿流体 3 流体的稳定流动4 层流边界层二、填空 1 通常把( )流体称为理想流体。
中国农业大学《食品工程原理》课件第4章
固定床阶段
流化床阶段 气（液）力输送阶段
（1）固定床阶段 流体以低流速向上流过颗粒床层时， 流体只是通过静止固体颗粒间的空隙 流动，这时的床层称为固定床。 （2）流化床阶段 流体的流速逐步增大，乃至流体通过 床层的压力降大致等于床层的净重力 时，固体颗粒刚好悬浮在向上流动的 流体中，床层开始流化，这时的床层 称为临界流化床，流化以后的床层就 称为流化床。
1.3 流体通过颗粒床层的流动 流体通过固定床的压降由下式给出： 球形颗粒：
P (1 ) (1 ) 2 150 3 2 u 1.75 3 u L dP dP
2
非球形颗粒用φSdP代替dP即可。 式中u为流体的空床流速，m/s。
当ReP＜20时，等式右方第二项可 略去，即此时粘滞力起主导作用； 当 ReP＞1000时，右方第一项可略 去，即此时惯性力起主导 作用。
下面介绍几个ut的计算式： ①球形颗粒，且RePt <0.4时
dP (P )g ut 18
2
当RePt>0.4，则应对ut校正，校正 系数ft可由图4-17查出。 ②球形颗粒，且0.4<RePt <500时
4( P ) 2 g 2 ut dP 225
3 d P ( P )g 2 33.7 0.0408 33.7 2
1 2
式中：dP为颗粒的平均粒径，m； ρ，μ为流体的物性。 注意，求umf最可靠的方法是实验的方 法，见下例题。
［例4-3］ 某气、固流化床反应器在 350℃、压强1.52×105 Pa条件下操作。 此时气体的粘度为μ=3.13×10-5 Pa.s， 密度=0.85kg/m3，催化剂颗粒直径为 0.45 mm，密度为1200 kg/m3。为确定 其临界流化速度，现用该催化剂颗粒 及30 ℃、常压下的空气进行流化实验， 测得临界流化速度为0.049 m/s，求操 作状态下的临界流化速度。
食品工程原理总结
食品工程原理第4章颗粒与流体之间的相对流动球形颗粒的表示方法：用直径d全面表示。
非球形颗粒的表示方法：1）体积等效直径2）表面积等效直径3）比表面积等效直径颗粒群的特性：任何颗粒群都具有某种粒度分布。
颗粒粒度的测量方法：筛分法、显微镜法、沉降法、电阻变化法、光散射与衍射法、比表面积法。
固体流态化的概念和状态：概念：流体通过固定床层向上流动时的流速增加而且超过某一限度时，床层浮起的现象称为固体流态化。
状态：流体经过固体颗粒床层的三种状态：当流体自下而上通过固体颗粒床层时，根据颗粒特性和流体速度的不同，存在三种状态: 固定床阶段、流化床阶段、气力输送阶段过滤常数包括：1)滤饼常数2）过滤常数：与滤浆物性和过滤操作压差有关。
只有在恒压过滤是才能成为常数。
第5章液体搅拌调匀度：指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。
混合的均匀度的表示：分隔尺度：混合物各个局部小区域体积的平均值。
可以反映混合物的混合程度。
分隔尺度愈大，表示物料分散情况愈差。
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。
可以反映混合物的混合程度。
分隔强度愈大，表示物料混合愈不充分。
混合的原理：1）对流混合；2）扩散混合；3）剪力混合混合速率：指混合过程中物料的实际状态与其中组分达到完全随机分配状态之间差异消失的速率。
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，包含混合和均质化。
它是一种液体以微小球滴或固型微粒子（称分散相）均匀分散在另一种液体（称连续相）之中的现象。
乳化机理：由于乳化剂具有表面活性，它向分散相-连续相的界面吸附，使界面能降低，防止两相恢复原状。
此外，因乳化剂分子膜将液滴包住，可防止碰撞的液滴彼此又合并。
同时由于形成表面双电层，使液滴在相互接近时，因电的相斥作用防止凝聚。
乳化剂的这种作用使原热力学不稳定体系的乳液可以保持为稳定体系。
第6章粉碎和筛分粒度：颗粒的大小称为粒度。
5第四章饲料混合
➢ 对流混合机：混合速度快。如卧式桨叶混合机、卧 式螺带混合机。
➢ 扩散混合机：混合速度慢，但混合细致。如滚筒式 混合机。
➢ 立式行星混合机：介于二者之间。
2、混合物料的物理特性的影响
➢ 粒度：粒径越小，均匀度越高，则越易混合均匀。
➢ 比重：不同组分间差别越小，则越易混合均匀。 不同的混合机以及不同的混合转速对粒度与比重差异的 敏感程度不一样，扩散式混合机受影响较大，对流式受 影响较小。
4、避免分离的措施
➢ 力求混合物料组分的容重、粒度一致；进行正确的 操作。
➢ 减少混合后的装卸；混合料成品最好采用刮板或皮 带输送机进行水平输送，不易采用绞龙和气力输送。 以避免严重的自动分级。
➢ 混合后立即制粒。
二、混合质量的评价
1、目的和用途
➢ 饲料厂内检测：设备性能；产品质量。 ➢ 工艺检测：为制定混合工艺，确定最佳混合时间。一般
液
液体秤添加系统(喷液泵
体
与压缩空气两种输送形式)
配 料
秤
➢ 包括储罐、加温装置、泵、
过滤器、计量器、管道、
阀门、喷嘴、电控柜等。
图4-11 油脂添加系统
图4-12 添加糖蜜流程
四、影响液体饲料添加工艺的因素
➢ 载体性质 粗纤维含量高、具有多孔性、粒度小的载体对液体的吸 收能力强。
➢ 物料的温度 载体温度高，可增加对液体的吸收能力。 液料温度高，可使粘度下降，易被吸收。
➢ 大而轻的颗粒：浮到上部或边缘。 小而重的颗粒：聚在下部。
➢ 移动距离大、散落速度快时，自动分级严重。
3、混合过程
➢ 首先，随着混合时间的增加，混合均匀程度迅速增加， 直至达到最佳均匀状态，此时称为“动力学平衡”；
食品工程原理实验
防火防爆
注意火源和易燃易爆物品的管 理，确保实验场所的消防安全
。
废弃物处理及环保要求
废弃物分类
将实验废弃物按照性质分类收 集，避免混放和随意丢弃。
பைடு நூலகம்环保处理
对有害废弃物进行无害化处理 ，确保符合国家相关环保法规 要求。
资源回收
对可回收利用的废弃物进行回 收利用，减少资源浪费。
实验场所清洁
保持实验场所整洁卫生，定期 清理废弃物和垃圾，确保实验
食品工程原理实验
目
CONTENCT
录
• 实验目的与意义 • 实验内容与步骤 • 实验数据分析与处理 • 实验中的注意事项及安全规范 • 食品工程原理在实际应用中的案例
分析 • 实验总结与展望
01
实验目的与意义
掌握食品工程基本原理
理解食品工程中的基本概念和原理
通过实验，学生可以更深入地理解食品工程中的基本概念，如传 热、传质、流变学等，以及这些原理在食品加工过程中的应用。
01
干燥处理
果蔬制品加工中常用干燥处理来降低产品的水分含量，提高稳定性和延
长保质期。干燥过程中涉及到传热传质和水分蒸发的原理。
02
罐藏处理
罐藏是将果蔬制品装入密封容器中，通过加热处理杀死其中的微生物，
实现长期保存的目的。罐藏过程中涉及到热力学和微生物学的原理。
03
冷冻处理
冷冻是果蔬制品加工中常用的技术之一，通过降低产品温度至冰点以下
烟熏处理
烟熏是肉制品加工中常用的技 术之一，通过烟熏赋予产品独 特的烟熏风味和色泽。烟熏过 程中涉及到化学反应和传热传 质的原理。
烹饪处理
烹饪是肉制品加工的最后环节 ，通过加热使肉蛋白质变性、 脂肪融化，改善产品的口感和 风味。烹饪过程中涉及到热力 学和传热学的原理。
《食品工程原理》
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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。
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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
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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
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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
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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
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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。
(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。
食品工程学原理课后习题
第一章1. 蒸气加热器的蒸汽压力表上的读数为81.9kPa，当地当时气压计上读数为98.1 kPa，试求蒸汽的饱和温度。
2. 在直径3.00m的卧式圆筒形贮藏罐内装满花生油，花生油密度为920 kg/m3，贮罐上部最高点处装有压力表，其读数为70kPa。
问最大绝对气压是多少?3. 封闭水箱内水面上真空度为0.98kPa，敞口油箱中油面比水箱水面低1.50m。
水箱和油箱间连着一压力计，指示液为水银，读数为0.200m，若压力计与水箱相连的臂管内水银液面与水箱水面的高度差为6.11m，求油的密度。
4. 某精馏塔的回流装置中，由塔顶蒸出的蒸汽经冷凝器冷凝，部分冷凝液将流回塔内。
已知冷凝器绝对压力p1=104kPa，塔顶绝对压力p2=108kPa,冷凝液密度为810kg/m3。
为使冷凝器中的液体能顺利流回塔内，问冷凝器液面距回流液入塔管垂直距离h应为多少？5. 浓度为60%的糖液（黏度60mPa•s,密度1280kg/m3）,从加压容器经内径6mm 的短管接流出。
问当液面高于流出口1.8m时，糖液流出的体积流量是多少？假定无摩擦损失，液面上的压力为70.1kPa(表压)，出口为大气压。
6. 牛奶以 2.25L/s的流量经内径等于27mm的不锈钢管。
牛奶的黏度为2.12mPa•s,密度为1030 kg/m3试问流动为层流或湍流？7. 用虹吸管从高位牛奶贮槽向下方配料槽供料。
高位槽和配料槽均为常压开口式。
今要求牛奶在管内以1m/s流速流动，估计牛奶在管内的能量损失为20J/kg,试求高位槽液面虹吸管出口高几米？8. 某种油料在内径15mm的水平管内做层流流动，流速为1.3m/s。
从管道相距3m的两截面间测得压力降为7kPa,求油的黏度。
9. 稀奶油密度为1005 kg/m3,黏度为12 mPa•s。
若稀奶油以流速2.5m/s流经长80m,规格为Φ38mm×2.5mm的光滑不锈钢管，求直管阻力。
10. 用泵将密度为1081 kg/m3、黏度为1.9 mPa•s的蔗糖溶液从开口贮槽送至高位，流量为1.2L/s。
4食品加工过程中单元操作技术
超临界流体萃取（SEFE）、电磁杀菌（OHMIC）、静态高 压技术。
十二、食品的腐败及其控制
导致因素：物理的、化学的和生物的三种类型。 具体说主要有如下几种： ①微生物的生长活动，一般指细菌、酵母和霉菌； ②食品中酶的活性和其他化学反应； ③昆虫、寄生虫和啮齿动物的侵染； ④食品温度控制不当； ⑤吸水或失水； ⑥氧参与的反应； ⑦光； ⑧物理胁迫或滥用； ⑨时间
三、分离
包括固-固（花生、苹果脱皮）、固-液（过滤、压榨）、液 -液分离（水中除油）、固（液）-气分离（真空灌装时的脱气）。
现代分离手段：
1、光电管分离：用光电管通过对产品颜色的不同反射而加以区 分，如鲁花花生油：花生逐一通过光束，当反射光的量值异常 时，活动的空气喷头就会自动将那个无色花生粒从原料中吹出 而分离。此法还可以区分鸡蛋的好坏。
三明治的牛肉馅就是将加工的牛肉酱末挤入制馅机的模 子里面压成一定的形状。此时压力的控制非常重要，压力过小， 不足以成型，压力过大，烤熟的馅饼的硬度太大，口感很差。
11、包装
包装的目的在于使商品规格化、便于运输与分发，同时 防止运输过程中的污染（微生物、物理性赃物或昆虫混入及光、 湿气、气味的影响），调整合适的容量，提高产品的使用性能。
9、干燥：
与浓缩相似，干燥的目的也是除去食物中的水分，只是程 度不同。浓缩后的水分含量是其干物质的2~3倍，而干燥则是 将食品变成几乎完全的干物质（多低于2%~3%）。
干燥的目的是为了长期保存或降低重量与体积，或为了使 产品获得特殊的风味等。
10、成型
食品的造型不仅是加工的需要，也是为了吸引消费者得到 美的享受。
2、膜分离：利用半透膜，以外界能量（压力或电力）或化学电 位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分 级、提纯或浓缩的方法。工业中常用超滤和反渗透（外界压力 差为推动力）的膜分离技术。
(5)食工原理 第四章 以动量传递为特征的混合单元操作
第四章以动量传递为特征的混合单元操作
自学章节
【学习要求】
本章讨论以混合为目的的单元操作，混合是借动量传递实现的，因此这类单元操作的共同特征是动量传递。
【考核知识点和考核要求】
第一节搅拌
了解：混合均匀度的表示
理解：混合机理；搅拌器的流动性能；搅拌器的功率消耗；相似理论和搅拌系统的放大。
第二节液态化和气力输送
了解：气力输送
理解：液态化现象的基本概念；流化床的流体力学特性
第三节均质和乳化
了解：乳化液的类型和稳定性；均质机理。
食工原理课后习题答案第3-6章
第三章3-1 试求粒度为50μm 的某谷物的粉粒在20℃和100℃的常压空气中的沉降速度。
并分析其计算结果。
已知该谷物的密度ρp =1480kg/m 3。
解：（1）μ=1.81×10-5Pa .s ρ=1.205kg/m 3u t =(50×10-6)2×(1480-1.205)×9.81/(18×1.81×10-5)=0.111m/sRe t =0.111×50×10-6×1.205/(1.81×10-5)=0.37<1（2）μ=2.19×10-5Pa .s ρ=0.946kg/m 3u t =(50×10-6)2×(1480-0.946)×9.81/(18×2.19×10-5)=0.092m/sRe t =0.092×50×10-6×0.946/(2.19×10-5)=0.199<13-2 密度为1850 kg/m 3的微粒，在20℃的水中按斯托克斯定律沉降，问直径相差一倍的微粒，其沉降速度相差多少？解： u t ’/u t =(d ’/d )2 u t ’=4u t3-3 已测得密度为1100kg/m 3的某球形豆制品颗粒在15℃水中的沉降速度为2.8mm/s ，求此豆制品颗粒的直径。
解： m 1043.281.9)10001100(0028.000115.018)(184p t -⨯=⨯-⨯⨯=-=g u d ρρμRe t =2.43×10-4×0.0028×1000/0.00115=0.59<13-4 用落球粘度计测定20℃时密度为1400kg/m 3的糖蜜的粘度。
该粘度计由一光滑钢球和玻璃筒组成，如附图所示。
试验测得密度为7900 kg/m 3，直径为0.2mm 的钢球在盛有此糖蜜的玻璃筒中的沉降速度为10.2mm/s ，问此糖蜜的粘度为多少？解： μ=d 2(ρp -ρ)g /18u t =(2×10-4)2×(7900-1400)×9.81/(18×10.2×10-3)=0.0139Pa .sRe t =2×10-4×10.2×10-3×1400/0.0139=0.2055<13-5 一矩形降尘室，长10m ，宽5m ，其中有20块隔板，隔板间的距离为0.1m ，用以分离含尘气体中的微粒，微粒的密度是2500kg/m 3，微粒中最小粒径为10μm ，气体的粘度为0.0218cP ，密度为1.1kg/m 3。
食品科学概论 第四章 食品工程原理
➢ 食品色泽的改变: 由于高温作用，在物料干燥过程中， 食品原有的色泽发生变化。碳水化合物参与的酶促褐变与 非酶促褐变反应是干制食品变成黄色、褐色或黑色的主要 原因。温度越高，处理时间越长，色素变化量越多。
精
品
三、食品干燥方法
课
程 •对流干燥：又称热风干燥，热量以对流的方式传递给湿
物料，使食品材料中的水分汽化，达到干燥的目的。
食
品
工
第四章 食品工程原理
程
与 营
第一节 食品的热加工原理
养 科
第二节 食品的干燥原理
学 学
第三节 食品的浓缩原理
院
第四节 食品的分离原理
<<
第五节 食品的粉碎与筛分原理
食
品
第六节 食品的搅拌混合、均质和乳化原理
科
学
第七节 食品的冷冻原理
概
论
第八节 食品的膜分离原理
>>
精
品
第一节 食品的热加工原理
食
品 •接触干燥：被干燥物料与加热面处于密切接触状态，蒸 科 发水分的能量来自传导方式进行的干燥
学
概 •冷冻干燥：是一种特殊形式的真空干燥方法。物料水分 论 则是在固态下即从冰晶体直接升华成水蒸气，因此冷冻干
燥又称为升华干燥。
•辐射干燥：热量通过电磁波的形式由辐射加热器传递给 食品材料表面，再通过材料自身的热量传递，使内部的水 分汽化，达到干燥的目的。
穴，干制品组织内部就形成一定的孔隙而具有多孔性。
精
品
化学性质的变化
课
程 ➢ 蛋白质的变化: 通常食品物料较长时间暴露在71℃以
上的热空气中，对蛋白质有一定破坏作用。
食
华中农大食工原理04
x
式中 Q——单位时间传导的热量，简称传热速率，w A——导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2
λ ——导热系数(thermal conductivity)，w/m.k。 式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。
导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成、结构、 密度、温度及压强有关。
注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何
方向，因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程 度以沿与等温面的垂直方向为最大。
对 于 一 维 温 度 场 ， 等 温 面 x 及 ( x+Δx) 的 温 度 分 别 为 t(x,τ) 及 t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：
t3q b3 3t45.2 70 0..7 1 0 2(5)4.1℃
三、圆筒壁的稳定热传导
1 单层圆筒壁的稳定热传导
如图所示：
设 圆 筒 的 内 半 径 为 r1， 内
壁 温 度 为 t1， 外 半 径为 r2，
外壁温度为t2。
dr
温度只沿半径方向变化， Q
等温面为同心圆柱面。圆筒
当保温层的外径do>2λ /α 时，增加保温层的厚度才使热损失
减少。
对管径较小的管路包扎λ 较大的保温材料时，要核算d0是否
小于dc。
例 在一60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为
40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm 的石棉层，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℃，管壁的导热系数 λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
吉林大学食品工程原理第四章
显微镜
三、磨介式粉碎
利用运动的研磨介质对颗粒状物料施加 冲击、研磨、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。
环磨机 震动磨 搅拌磨
球磨机
结构：筒体、给料、卸料、传动装置 粉碎原理：离心力和重力（冲击、研磨、摩擦、 剪切等作用）
棒磨机
与球磨机类似 钢棒代替球形研磨介质
搅拌磨
结构及粉碎原理 间歇式、循环式和连续式
E K1 lg d1 d2
裂缝假说（适合于两者之间1-100 mm） 物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比
（四）粉碎方法
开路粉碎 自由粉碎 滞塞粉碎 闭路粉碎
二、 粒度的分布与测定
评价粉碎工艺和设备 性能的重要参数 选择分级工艺和设备 的依据 应用考虑的性能指标
1 颗粒群的粒度分布
粉碎能耗假说
表面积假说（适合微粉碎和超微粉碎） 粉碎能耗与粉碎后物料的新生表面积成正比
E K1S K1 ( S 2 S1 ) K1 6 1 1 1 1 ( ) K0 ( ) d 2 d1 d 2 d1
体积假说（适合于粗中粉碎） 物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比
第四章 粉碎与筛分
第一节 粉碎
粉碎：利用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达 到破碎的单元操作。 破碎：大料快分裂成小料块的操作。 磨碎：将小块物料分裂成细粉的操作。
粉碎可被分为粗粉碎适应某些食品消费和生产的需要。
2.增加固体表面积以利于后道工序处理的顺 利进行。
筛析：利用筛孔大小不同的一套筛子进 行粒度分级，测定和分析粉碎产物的粒 度组成特性。 标准筛： 泰勒标准筛 德国、英国、美国标准 日本标准 中国标准
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=1520kg/m3 m=6.6Pa.s
Re=d2n/m=0.92×5×1520/(6×6.6)=155 由图查得， F0.8，则 Eu=0.8 P= Eun3d5=0.8×1520×53×0.95/63=416W
第三节 均质和乳化
一、概述
胶体分散体系：分散相粒子的大小在0.1~0.001mm之间的体系
第四章 搅拌与混合
1、互溶液体的混合 2、不互溶液体的分散和接触 3、气液接触 4、固体颗粒在液体中的悬浮 5、强化液体与器壁的传热 搅拌既使物料混合，又大大加快了传质和反应； 非均相混合
均相混合
同时起到强化传热的作用。
第一节 混合的基本理论
混合：将两种或两种以上不同物料互相混杂，以达到一定 均匀度的单元操作。
8—搅拌轴
轴向叶轮：
径向叶轮：
二、打旋现象
当转速较高时，轴附近液体会形成较深“漩涡”， 造成各层液体无法均匀混合甚至分层，还可能引入大 量空气，造成搅拌器震动。
抑制“打旋”的措施
1、加设挡板
2、对直径小的容器， 将搅拌器偏心或偏心 倾向安装
三、搅拌功率
1、标准搅拌系统 （1）搅拌槽为圆筒形，平底，或带圆角的平底。 直径=D；
P113.表4-1查α、β值
P Eu n d
3
5
[例4-3]用三叶螺旋桨式标准搅拌系统将维生素浓缩液混入糖
蜜中。叶轮直径0.9m，转速50r/min，槽直径1.8m。已知糖蜜 的粘度为6.6Pa.s，密度为1520kg/m3，槽内液层深度2.25m。试
估算所需的功率。
解 d=0.9m n=50r/min=5/6s-1
36.5
33.0 49.0
1.60
1.15 2.75
6叶三平浆
d/W=6
71.0
3.82
c)过渡区
Re≤300以前，F只取决于Re数。 Re>300后开始出现打旋现象。 如果消除了漩涡，则重力的影响可以忽略，F仍只与 Re数有关。
无挡板时，Fr数将发生影响：
Eu Φ Fr
b
lg Re b
用韦伯（Weber）数来归纳均质化现象： Wep= dp1/ 修正韦伯数： 由于剪应力近似地正比于液体通过均质阀的压强降Dp，
将Wep与均质效应联系构成特征数方程：
两式联立，得：
设均质机的生产能力为qv，则均质的功率消耗为：
[例4-8]牛奶在冻箱里保藏36小时，要求在此时间内产生的奶油
分层不超过奶油含量2%。试问：（1）若原料含脂肪3.5%（体
[解] 分别计算各试样的质量分数，结果为：
0.0115，0.0086，0.00815，0.00865，0.00105，0.0091， 0.0116，0.0110，0.0105，0.0107
CAT=10/(990+10)=0.01
从而均方差为：
1 n (CAti CAT ) 2 1.48106 n i 1
（2）液体深度 H=D；
（3）叶轮直径 d=D/3； （4）叶轮下部离槽底的高度等于H1=d=D/3 （5）挡板数目为4，垂直安装在槽壁，并从底部起 延伸到液面之上，宽 Wb=D/10
（6）叶轮的几何尺寸：
平浆涡轮
螺旋桨式叶轮 平直桨式叶轮 倾斜桨式叶轮
叶片6片，高 W=D/15，
宽 l =D/12; 叶片3片，螺距p=D/3； 叶片4或6片，宽 l =D/15； 叶片宽l仍为叶轮直径的1/5， 倾斜度45°；
4—泵体
均质阀
料液在均质阀内的均质化
均质阀内压强变化
（二）胶体磨
卧式胶体磨
立式胶体磨
1—进料口 2—转动件 3—固定件 4—工作面 5—卸料口
（三）均质的机理 分散相颗粒或液滴破碎的直接原因是受到剪切力和压力作用。 能引起剪切和压力作用的具体流体力学效应主要有湍流效应 和空穴效应。 湍流效应： 高速流动的流体本身会对流体内的粒子或液滴产生强大的剪
2、分离强度
混合物各个局部小区域的浓度与整个混合物平均浓度的 偏差的平均值，即 取样浓度的方差
取n个大小符合检验尺度的试样，其浓度为cAti。若平
均浓度的真值CAT为已知，则分离强度为：
1 n (C Ati CAT ) 2 n i 1
2
3、检验尺度：取样的体积或质量 4、分离尺度————非均相体系 混合物各个局部小区域体积的平均值， 即被分散物料的尺度。 a
混合目的： 制备混合物；促进传热、传质
一、基本概念
1、混合均匀度/调匀度 E ————均相物系 不同物料经过混合所达到的分散掺和程度的度量。
Ei
C Ati C At CAti﹤CAT
1 C Ati Ei 1 C At
1 n 平均调匀度 E Ei n i 1
CAti﹥CAT
分散相粒度对整个体系性质的影响：粘度、光学性质、风味、
口感、酶系的作用效率等。 均质（匀浆）：使悬浮液（或乳化液）体系中的分散物质微
粒化、均匀化的处理过程。可使粒度降至显微或亚显微级水
平，使粒度分布变窄。 乳化：分散相是液体时，使分散相微粒化、均匀化的过程。
二、均质设备及工作机理
（一）高压均质机
1—控制盘 2—传动机构 3—均质头 5—高压表 6—电机 7—机座及外壳
b
[例4-1] 某一混合器对990kg食盐和10kg碳酸镁进行混合。经 一定时间后，取出10 个试样进行分析，每个试样的质量为 200g。分析结果，各试样含碳酸镁量（g）分别为： 2.30，1.72，1.63，1.73，2.10，1.82，2.32，2.20，2.10，2.13 试求以分离强度表示的混合质量。
2 2 2 ( 2 ) ( 0 )e
t k
2 [解] 据题意， σ σ0e 0 。故有： （1）求混合2min后的均方差：已知CAT=2.00mg/g
2 2
t k
（2）求02和k ：将数据代入 0.059= 02e-2/k 解得： 02=0.0699 0.01= 02 e-t/11.79
切力作用。
空穴效应： 流体受高速旋转体作用或流体流动存在突然压降的场合会产
生空穴小泡，这些小泡破裂时会在流体中释放出很强的冲击
波。如果这种冲击波发生在粒子附近，就会造成粒子的破裂。
（四）均质效应与影响因素 粉碎比即均质前后的粒度（滴径）之比是最常用的均质效 应指标之一。 若以符号X表示均质效应，则： 影响因素： （1）设备的类型 不同类型适用的物料不同 X=dp0/dp1
P Eu n 3 d 5
实验测得的大量数据绘成Eu～ReM曲线，称为功率曲线。
1—螺旋桨，无挡板；2—螺旋桨，4块宽度为0.1D的挡板；3—螺旋桨，螺距等于 2倍直径，无挡板； 4—螺旋桨，螺距等于2倍直径，4块宽度为0.1D的挡板；5— 6平叶片涡轮，无挡板；6—6平叶片涡轮，4块宽度为0.1D的挡板；7—6弯叶片涡 轮，4块宽度为0.1D的挡板；8—扇形涡轮，8叶片，45°角，4块宽度为0.1D的挡 板；9—平桨，2叶片，4块宽度为0.1D的挡板。
积），奶油平均滴径为4mm，忽略布朗运动的影响，则均质操 作应使最后平均滴径为几何？（2）需要多大的均质压强？已
知4℃时脂肪球的界面张力=10.55×10-3N/m，奶油密度为
950kg/m3，粘度为1.63mPa.s。并知均质阀的k1=591，m=2.02， 所用的牛奶包装盒的尺寸=10cm×5.25cm×20cm。 解： 因为要求分层的奶油极限量为奶油总量的2%，所以可认为 此奶油量即为包装盒上层2%体积牛奶中的脂肪球上浮所致。可 见脂肪球应上浮的最大距离约为盒中牛奶高度的2%，即4mm。 这样，要求脂肪球的上浮速度必须小于： ut=0.004/(36×3600)=3.08×10-8m/s
叶轮型式与K1、K2的关系 叶轮型式 K1 螺旋浆 螺距=d 41.0
螺距=2d 涡轮 4个平片 6个平片 6个弯片 扇形 浆式 双叶单平浆 d/W=4 43.5 70.0 71.0 70.0 70.0 43.0
K2 0.32 1.00 4.50 6.10 4.80 1.65 2.25
6
8 4叶双平浆 d/W=6
有些物料，通过均质设备一次处理后仍不能满足要求，可 以考虑进行重复处理或循环处理，以获得所要求的处理效果。
2
二、混合的机理
在实际的混合中，三种都存在。
混合速率
2 d 2 ( 2 ) dt k
积分得：
2 2 2 ( 2 ) ( 0 )e
t k
[例4-2] 将维生素A混合于饲料中，要求达到每kg饲料含 2mg维生素A，混合2min后，取出10个试样进行分析，其 中的维生素A含量(mg/g)分别为2.3, 1.72，1.63，1.73，2.10， 1.82，2.32，2.20，2.10，2.13。再混合10min后，均方差降 至0.03。假定随机混合最后的均方差可以忽略，问要达到 0.01的均方差时混合时间需多长？
1 n i (C Ati C AT )2 0.059 n 1
2
0.03= 02e-10k k=11.79 得 t=22.9min
（3）计算2=0.01时的混合时间：由
第二节 液体搅拌
一、搅拌系统
1—搅拌槽
2—搅拌叶轮 3—加料管 4—电机 5—减速箱 6—温度计套管 7—挡板
P Eu n 3 d 5
（2）搅拌功率的计算 a)层流区（ReM＜10）
斜率为-1 F=K1/ReM（标准K1 = 71）
P 71 n2 d 3 m
b)充分湍流区（
ReM＞104）F=K2
P K 2 n d
3
5
nd 2 步骤：① 求 ReM m
② 查 K值 ③算 P 教材P112.图4-8功率曲线 直接用公式代入计算