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1、1 德州扒鸡德州扒鸡 天天 津津 狗狗 不不 理理 包包 子子 北京烤鸭北京烤鸭 长长 沙沙 臭臭 豆豆 腐腐 河南烩面河南烩面 桂林米粉桂林米粉 东北小鸡炖蘑菇东北小鸡炖蘑菇 四四 川川 水水 煮煮 鱼鱼 2 粮油食品学院粮油食品学院 主讲人：彭丹主讲人：彭丹 20112011年年9 9月月 3 课程简介课程简介 学时：学时：6060学时学时 教材：教材：杨同舟.食品工程原理，中国农业出版社 性质性质 基础基础 内容内容 任务 工程性、实践性强工程性、实践性强 专业基础课专业基础课 具有桥梁作用具有桥梁作用 高等数学、高等数学、 物理化学、物理化学、 机械制图等机械制图等 “ “三传理论三传
2、理论” ” “ “单元操作单元操作” ” 开发、设计、开发、设计、 操作、强化操作、强化 开发：选择合适的 过程及设备（按经 济合理性、技术可 行性、污染小、能 耗低） 设计：选择设 备的型号及主 要尺寸（根据 工艺对设备的 要求） 操 作：如何进 行操作和调节 以适应生产的 不同要求 强 化：改造现有的 生产过程和设备以 提高效率（包括增 产、降耗、节能） 4 李云飞，葛克山.食品工程原理，中国农业大学出版社， 2002. 高福成. 食品工程原理，中国轻工业出版社.1998 冯骉. 食品工程原理，中国轻工业出版社.2005 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
3、，1999 赵思明，熊善柏，林向东等.食品工程原理，科学出版社 ，2009 参参 考考 书书 5 http:/www.sino- http:/bbs.tech- http:/www.mem- 相关网站相关网站 6 食品工程原理的研究内容 食品工程原理的基本概念 单位与单位换算 绪绪 论论 7 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 成食物的工业。 包括的门类繁多，如粮食加工、食用油脂、肉类加工、乳品 、糕点、制糖、制盐、制茶、卷烟、酿酒、罐头等二十多个不 同行业。 特点特点：原料来源广泛；生产具有季节性；产品销售具有普遍 性；生产具有一定的地方性 。 一、一、食品工程原理的
4、研究内容食品工程原理的研究内容 8 原料特点 热敏性：如蛋白质遇热容易变性，要求温度低 、时间短。 易氧化性：如脂肪成分在高温下易氧化变质， 要求少量空气、O2少，时间短、不锈钢。 易腐败性：如微生物生长繁殖。 产品要求 营养卫生，色、香、味 经济性 工序 一个生产过程是由许多生产工序组合而成 9 从原料到成品（产品）这个过程叫食品的生产过程从原料到成品（产品）这个过程叫食品的生产过程 原料前处理食品加工后处理 产品 除去杂质达到 必要的纯度， 物理变化过程 除物理操作外， 生成新的物质， 化学变化过程， 如食品风味形成 精制、分离达 必要的纯度， 物理变化过程 食品生产过程包括化学反应过程化
5、学反应过程和物理加工过程物理加工过程 。 食品工程原理研究食品工程原理研究：食品生产过程中除化学反应的食品生产过程中除化学反应的物理过程物理过程 。 10 举例：举例： 全脂乳粉生产的工艺流程全脂乳粉生产的工艺流程 F12%F12% 80808585，30s30s F40F4045%45% 空气温度空气温度180180200200， 牛乳温度牛乳温度40404545 11 再如：再如：大豆萃取法制油的工艺流程大豆萃取法制油的工艺流程 大豆 大豆 预处理（筛选、粉碎、去皮、压 预处理（筛选、粉碎、去皮、压 片）片） 浸取（正己烷）浸取（正己烷） 过滤过滤 蒸发脱溶蒸发脱溶 剂剂 离心脱胶离心脱胶
6、 碱炼（脱酸）碱炼（脱酸） 脱色（白脱色（白 土）土） 脱臭脱臭 检验检验成品（产品）成品（产品） 12 上述产品的产品的原料形式原料形式、加工工艺加工工艺都有很大的不同都有很大的不同 ，但都包含了，但都包含了流体的输送流体的输送、物质的分离物质的分离、加热加热等不等不 同的同的物理操作物理操作过程。过程。这些工序就是单元操作单元操作。 单元操作原理、设备结构是食品工程原理研究的范畴。 1 1、单元操作、单元操作 13 v均为物理操作物理操作，只改变物料的状态或物理性质， 不改变其化学性质。 v食品生产过程中共有的操作共有的操作，例如：加热操作， 在奶粉生产中浓缩需要加热，在大豆油生产中脱 臭
7、也需要加热。 vv设备可通用设备可通用。例如上面的奶粉和制油工业中，虽 然生产过程不同，但都可以使用同样的加热器进 行加热。 单元操作单元操作的特点的特点 14 按操作的理论基础划分：按操作的理论基础划分： v以动量传递动量传递理论为基础流体输送、搅拌、沉 降、过滤，离心分离 v以热量传递热量传递理论为基础加热、冷却、蒸发、 冷凝 v以质量传递质量传递理论为基础蒸馏、吸收、吸附、 萃取 单元操作的分类单元操作的分类 上述三种理论，我们称之为“ “三传理论三传理论” ”。 15 举例举例 名称原 理设 备传递原理 流体 输送 依据外力的作用将流体从一个设备 输送到另一个设备 泵 风机 动量传递
8、传热 使冷热物料间由于温度差而发生热 量传递，以改变物料的温度或相态 的操作 换热器热量传递 吸收 利用均相气体混合物在液体溶剂中 溶解度的不同以实现气体混合物的 分离操作 吸收塔（ 填料） 质量传递 精馏 利用均相液体混合物中各组分的挥 发度不同使液体混合物分离的操作 蒸馏塔（ 板式） 质量传递 16 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 热量传递（hear transfer）: 物料的加热或冷却过程也称为物体的传热过程。凡遵 循传热基本理论的单元操作均
9、可用热量传递理论研究。 质量传递（mass transfer）: 两相间的传递过程称为质量传递。凡遵循传质基本理 论规律的单元操作均可用质量传递理论研究。 2 2、三传理论、三传理论 17 单元操作和三传理论都是食品工程技术的理论 和实践基础。 三传理论是单元操作的理论基础；单元操作是三 传理论在生产中的具体应用。 有些单元操作都会包含两种或两种以上的传递理 论。 单元操作与三传理论的关系单元操作与三传理论的关系 18 茶饮料生产工艺流程茶饮料生产工艺流程 19 二、食品工程原理的基本概念二、食品工程原理的基本概念 物料衡算 能量衡算 物系的平衡关系 传递速率 经济核算 20 1 1、物料衡算
10、、物料衡算（material balance） 为弄清生产过程中原料、成品及损失的物料数量 ，必须进行物料衡算。 质量守恒定律：质量守恒定律： 在化学反应中，参加反应前各物质的质量总和等 于反应后生成各物质的质量总和。 对于物料衡算来说，则是进入与离开某一加对于物料衡算来说，则是进入与离开某一加 工过程的物料质量之差等于该过程中积累的物工过程的物料质量之差等于该过程中积累的物 料质量。料质量。 21 物料衡算是质量守恒定律的一种表达形式，即 G=G0+GA 式中G-输入物料的总和，G0-输出物料的总和，GA -积累的物料量。 若积累的物料量为零，即连续生产或定态过程， 则 G=G0 22 物料
11、衡算的步骤：物料衡算的步骤： 1）画出过程框图，用进入箭头表示输入的物料，用引出箭 头表示输出的物料。在每个箭头上标出物料的名称，物料量 ，成分含量，温度，密度等。所有数据都标在图上。 2）选择计算基准。多数情况下，图中给出一种物料的量， 可以以它作为计算基准。否则，可指定一种物料量为100kg 作基准。 3）作物料衡算。衡算可以是对总量的，也可对某种成分的 。 23 例0-1 将含4%脂肪的原料乳通过离心分离得到 脂肪含量为0.45%的脱脂乳和脂肪含量为45%的 奶油。生产任务规定6h要求处理原料乳 35000kg，试求产品脱脂乳和奶油的流量。 以1h原料乳的流量为计算基准对整个体系（如图虚
12、线 框所示）进行物料衡算。 离心机 原料乳 35000/6 kg/h 脂肪 4% 脱脂乳 c kg/h 脂肪 0.45% 奶油 w kg/h 脂肪 45% 解： 设脱脂乳的流量为c（kg/h），奶油的流量为w （kg/h）。 24 对脂肪进行物料衡算： 进入系统的脂肪含量=离开系统的脂肪含量 将上两式联立可解得 c =5368kg/h，w=465kg/h 对脂肪的物料衡算 ： 总物料衡算： 25 例0-2 雪利酒的配制，以下列a、b、c三种原 料酒配制含酒精16.0%、糖3.0%的雪利酒。 a b c 含酒精（%） 14.6 16.7 17.0 含 糖（%） 0.2 1.0 12.0 解 ：
13、以产品雪利酒的量ms=100kg作计算基准。 混 配 雪利酒 100kg（ms） 酒精16% 糖3% b, mb, kg 酒精16.7% 糖1.0% c, mc, kg 酒精17% 糖12% a, ma, kg 酒精14.6% 糖0.2% 26 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. 27 2、能量衡算（
14、energy balance） 能量以各种形式存在，如机械能、热能、能量以各种形式存在，如机械能、热能、 电磁能、化学能、原子能等。电磁能、化学能、原子能等。 q 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。 q 热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。 动能和势能的总和 能量守恒定律:能量既不会消灭，也不会创生,它只会从一种形 式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在 转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。 28 能量衡算的依据是能量守恒定律，对热量能量衡算的依据是能量守恒定律，对热量 衡算可以写成：衡算可以写成： Q=Q0+QL 式中，Q随物料进入
15、系统的总热量，kJ或kw; Q0随物料离开系统的总热量，kJ或kw; QL 向系统周围散失的热量，kJ或kw。 29 热量计算公式热量计算公式 Q=mHQ=mH 式中，m物料的质量，kg；H物料的焓，kJ/kg。焓是一个 相对量与基准温度有关，一般以0为基准，焓为零。 Q=mcQ=mc p p t t 式中， m物料的质量，kg； t温度，(K)； cp等压 比热容，kJ(kg) 30 例0-3 番茄酱的冷却，将固形物含量为40%的 番茄酱以100kg/h的流量输入冷却器，使其由 90有冷却到20，隔着金属壁冷却用水由 15升至25，求冷却水的流量。 解：画出过程框图 以0作温度基准 进入系统的热流量 离开系统的热流量： 番茄酱 qm1=100kg/h 90, w=40%, c1 15 水 c2 qm2 25 20 31 因过程在系统中无积累热量，故 ，则 水的比热容为 J/(kgK),而番茄酱的比热容要由其 中固形物的比热容和水的比热容按照上述计算。若食品中非 脂肪成分的比热容取837 J/(kgK)，则番茄酱的比热容： J/(kgK) 因此，冷却水的流量 kg/h 32 例0-4 高压灭菌锅中装有1000罐青豆罐头。灭菌时罐头被加热 到100，离开灭菌锅前要求被冷却到40 。已知冷却
