食品工程原理课件 绪论

1）热敏性：
与化工单元操作的区别
1）内容上：
化工所遇到的大多为气相加工，气－液平衡原理、 吸收、蒸馏等为主
食品工程多为动植物性原料，几乎全部为固态和液态、酱体等，提取 、分离、净制以及混合、乳化、粉碎等 2）在处理方法上： 化工复杂；食品工程：低温、低压、短时等。食品工程原理与化工原
理比较，更加强调低温技术，冷冻干燥技术。在食品工程原理课
学习要求及考试题型
学习要求： 成立学习小组(4~5人/组),按组通过网络交 作业。作业中需注明学号-姓名-单元名称 试题类型： 填空题 选择题 判断题 问答题 计算题
平时30%：作业+出勤情况（加分：提问） 期末70%：期末考试 （闭卷） 实验：独立为一门0.5学分的课程，成绩来源主要是实 验情况及实验报告
食品工业：把自然界的各种动植物原料经过物理、化学和生 物等方法处理、制成色香味俱全、营养丰富、为 人们所欢迎和接受的各种食品的工业。
食品生产 ：(1) 化学反应过程：如食品风味的形成 (2) 物理加工过程 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基本操作过程，如流体 输送、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、干燥等。 这些基本的物理过程称为单元操作。
90℃
80℃,20min
⑽
⑾ ⑿ ⒀
百度文库升膜式蒸发器
旋液分离器 喷射泵 高压泵
浓缩牛奶
分离水中的牛奶 提供负压 使牛奶产生较大的压力，利于喷雾干 燥
浓缩
物系分离 流体输送 流体输送
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
浓度10%
压力 kpa
⒁
⒃ ⒄ ⒅ ⒆ ⒇ (21)
空气过滤器
程中始终贯穿着各种技术原理与食品色、香、味的关系问题。
三、单位制与单位换算
3.1单位及单位制
物理 单位 制
英 制
几种不同单位制 名称 基 力 符号 F M L
θ
SI ----kg m s K J ，kJ
CGS ----g cm s
MKS ----kg m s
FPS ----lb ft s
工程单位制 kgf ----m s
主讲：李璐
Information
办公室：食品学院院楼218
TEL：13711240878（短号：611878） Email：lulu_lee@scau.edu.cn QQ：3389597
教材简介
李云飞，葛克山主编，食品工程原理，中国农业大学出版社。
学时安排
总学时：72 计划学时 其中 讲课 56 学时， 实验 16 学时。
（2）传热过程（heat transfer process）:
包括热交换、蒸发等。
（3）传质过程（mass transfer process）:
包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。
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
动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动
传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，都可以用质量传递 的理论去研究。
单元操作与三传的关系
杀 菌：传热；
真空浓缩：传热、传质、流体流动； 过 滤：流体流动…..
“三传理论”是单元操作的理论基础， 单元操作是“三传理论”的具体应用。 同时，“三传理论”和单元操作也是 食品工程技术的理论和实践基础。
2、食品单元操作
为基础，涉及面广、计算复杂。 讲课、习题课、课程设计、实验等四个教学环节构成一个 有机的整体
2.2 课程内容
基础理论部分： 流体力学（重点） 基本原理部分： 食品冷冻技术
传热（重点）
传质学（部分了解） 热力学（部分了解） 特点：涉及理论多，是本课 程较难掌握的部分
过滤与沉降
溶液浓缩 食品干燥原理
[5] 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，2006。 [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。
相关期刊
[1] 农业工程学报：中国农业工程学会主办，全国中文核心期刊。（EI收录） [2] 农业机械学报，中国农业机械学会主办，全国中文核心期刊。（EI收录）
[3] 食品科学，北京市食品研究所主办，中国核心期刊 [4] 食品工业科技，北京市食品研究所主办，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。 [5] 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，全 国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。 [6] 中国粮油学报，中国粮油学会主办，全国食品工业类中文核心期刊。 [7] 华中农业大学学报，华中农业大学主办，中文核心期刊。 [8] 化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，核心期刊。 [9] 粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，中文核心期刊。 [10] Cereal Chemical [11] Journal of Food Science [12] Journal of Food Engineering [13] Journal of Text Study [14] Transactions of the American Society of Agriculture engineering
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。
单元操作的分类
单元操作按其理论基础可分为下列三类： （1）流体流动过程（fluid flow process）:
包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。
单元操作是指化工生产过程中基本原理和典型设 备相同的物理性操作。
美国麻省理工大学（MIT)三位教授华克尔(Walker)、 刘易斯(lewis)、麦可阿丹姆士(Mcadams)在他们1913年所 著的教科书中，首先提出了“化工单元操作”的概念他们将 各种各样的化工生产过程当作一系列的“单元操作”处理。 如：聚乙烯、化肥、制糖、味精、酒精、石油等生
3.2 单位换算
同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这 种换算称为单位换算。
注意事项： （1） 物理方程必须使用同一单位制的单位，若不同，必须经过换算后再 进行计算。但经验公式必须按指定的单位运算。 （2） SI制以质量为基本单位，而工程单位制则以重力为基本单位，二者 可由F＝ma表示其之间的关系。 （3） 计算结果正确与否，可以通过单位换算，就可查出。
绪
论
课程性质、内容和任务
食品单元操作及其与化学工程的关系
单位制与单位换算
单元操作中常用的基本概念
一、 课程性质、内容及任务
1.1 课程性质
是一门理论紧密联系实际的课程:
以化工单元操作为教学内容；
以物理、化学、物理化学（包括动力学、热力学、传热学
和传质学等）、数学、力学、制图、英语、计算机等课程
其他量称为导出量，其单位可由基本单位推导而出，称为导出单位
国际单位制 （SI）
—— 通用性：所有学科、部门均可采用，并且容易比较； —— 一贯性：任何一个SI导出单位均有七个基本单位导出， 不需要引入比例常数 我国规定1991年1月起，除个别领域外，不允许再使用 非法定单位（国务院 1977年确定逐步采用SI，1984年发布 命令：法定计量单位，1990年底完成过渡，1991年1月起实 施。
二、食品单元操作及其与化学工程的关系
1、化学工程简述
化学工程——以物理、化学、数学的基本原理为基础，研究化学工业
和其他化学类型工业生产中物质转化、改变以及物质的 组成、状态的一门工程学科。它是20世纪20年代随着石 油工业的发展而发展起来的一门学科。 在化学工程中包括两大类内容： 1） 以进行化学反应为主：如氨的合成、石油裂解等； 2） 以不进行化学反应为主的物理过程：如输送、蒸发、结晶、加热、 过滤、干燥、冷却等。这些基本的物理过程称为单元操作。
特点：基本原理部分各章节
内容相对比较独立
2.3 课程任务 《食品工程原理》是食品工程专业学生的必修课， 其主要任务是：
介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理；
掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算、选
型及实验研究方法；
培养学生运用基础理论分析和解决食品工程单元操作中各
种工程实际问题(计算、选型及实验研究方法)的能力。
提供流动介质 提供加热介质 贮存牛奶与缓冲作用 输送牛奶 冷却牛奶与加热空气
流体输送
流体输送 流体输送
动量传递
动量传递 动量传递
−20℃
常温 180℃
流体输送 传热
动量传递 热量传递 4℃
⑺
⑻ ⑼
配料槽
均质机
两段板式换热器
配料、混合与标准化
均质牛奶 巴氏灭菌
搅拌
均质 传热
动量传递
动量传递与质量传递 热量传递
产过程中都含有流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥、
蒸馏、吸收等单元 操作，在石油、食品、制药、造纸等行 业中都要进行干燥、蒸馏等操作，尽管在不同行业中所处理 的物料不同，但所用的干燥、蒸馏等操作具有相同原理。
单元操作的特点
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
喷雾干燥器 旋风分离器 风机 筛分机 流化床冷却 包装系统
过滤空气，使其清洁
干燥牛奶使其成为奶粉 风力空气中的奶粉颗粒 派出废气 筛出大的奶粉颗粒 冷却干燥后的牛奶
过滤
干燥 分离 流体输送 筛分 传热
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 90%以上过100目筛，含水 量13%
单元操作与加工过程
奶粉生产工艺流程
原料乳验收 预处理
预热杀菌
加糖
真空浓缩
冷却与过筛 包装、检验
出粉
成品
喷雾干燥
过滤
工艺流程图
乳品加工 现场
乳品工程原理解析
编号 名称 作用 单元操作 涉及的传递理论 技术参数
⑴
⑵ ⑶ ⑷ ⑸
⑹，⒂
冷冻盐水管道
自来水管道 蒸汽管道 贮罐 离心泵 板式换热器
提供冷却介质
本
物 理
质量
长度 时间
量
温度
热量
℃，K
J
℃，K
J ，kJ
F ，R
Btu
℃，K
cal ，cal
Q
SI制（Standard International Unit):
20世纪60年代初国际度量衡会议提出,有7个基本量和基本 单位，即：
热力学 发光强 物质的 基本量 长度 质量 时间 温度 度 电流 量 坎德拉 摩尔 基本单位 米 m 千克 kg 秒 s 开尔文k Cd 安培A mol 化学与 分子物 应用范围 力学 力学 力学 热学 光学 电学 理学
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 流动基本规律的单元操作，都可以用动量传递的理论去研究。
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，都可以用 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
热量传递
3、食品单元操作的特点及其与化工单元操作的区别
食品原料的特点： 食品单元操作的特点： 所以要求在加工过程中采用低温、 低压、短时。 2）易氧化性： 低压操作，如真空脱气、真空包装、 充氮包装等； 浓缩、干制、冷冻、速冻、杀菌、 3）易腐性： 蒸煮、烟熏、腌渍、等等，降低水 分活性 4）非牛顿流体： 所以在流体食品的输送或冷冻及搅 拌混合等方面都具有非牛顿流体的 特性。
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六
主要参考书
[1] 刘伟民。江苏大学等。《食品工程原理》，北京：轻工业出版社，2011。
[2] 赵思明，华中农业大学。《食品工程原理》，科学出版社，2009。
[3] 黄亚东， 暨南大学，《食品工程原理》，高等教育出版社，2003。 [4] 徐文通， 《食品工程原理》，高等教育出版社，2010。
课程安排（课堂）
1 课堂教学（ 56 学时)
前言、绪论 2学时
第一章
第二章
流体力学基础
传热
14学时
10学时
第三章
第四章 第五章 习题
制冷
颗粒与流体之间的相对流动 物料干燥
6学时
10学时 10学时 4学时
课程安排（实验）
2 实验（ 16 学时）
流体流动状态观察与测定(课堂录像演示) 柏努利方程实验(课堂录像演示) 直管阻力实验 离心泵特性曲线实验 过滤 综合实验——流态化干燥与热风干燥的比较