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1、欢迎进入本课程,海南大学食品学院,海南大学食品学院 食品科学与工程系 林 向 东 2014.02,食 品 工 程 原 理,Principles of Food Engineering,绪 论,以自然科学的技术理论为基础，使用相关设备和设施，按计划进行的系统性的工作。 研究工程进行的规律、方法及发展的学科称为工程学。,食品工程：,引 言,应用单元操作的原理和技术，使用相关设备和设施，进行食品工业化生产的系统性的工作。,食品工业,工 程：,一、课程概要 1、意义 2、内容 3、课程框架及特点,食品工程原理：研究食品工程中单元操作的基本原理和规律及其实践方法的学科。,四部分：基本理论、物料混合、物系
2、分离、原理应用。如：流体力学、传热学、传质学；流体输送、流态化、筛分、沉降、过滤、蒸发、结晶、制冷、吸收、干燥、冷冻干燥；火腿肠加工原理、概念与实践。,独立性；不规律性；抽象；枯燥；难度大。,学科基础课程 ，必修课程，,学习食品工程中“三传”的基本原理并运用其分析单元操作的内在规律和技术基础；分析各种平衡关系及影响因素并进行设计和计算；主要设备的工作原理。,是进行食品工艺设计和机械设计及选型配套、保证工艺过程准确实施的必备知识，是食品科学与工程专业的核心课程之一。,在化工生产中，使物料发生变化的 各种基本物理操作过程的总称。,2、化学工业的单元操作：,1、化学工业发展的历程： 100年前，石油
3、开发，蒸馏、吸收、加热过滤；共有过程，研究规律，总结提高，指导应用，促进发展，形成学科 化学工程原理,二、食品工程发展概述,可将单元操作归结为,流体（气力）输送、 搅拌、沉降、均质、乳化 过滤、压榨 粉碎、筛分 离心分离 加热 冷却(冷冻、冷冻浓缩) 蒸发 结晶 干燥 吸收、吸附、结晶 蒸馏、精馏 萃取、浸提 膜分离、离子交换 干燥,动量传递,热量传递,质量传递,动量传递(momentum transfer)：流体(颗粒)运动时，其内部将发生动量传递，故这一运动过程称为动量传递。凡是遵循物质流动基本规律的单元操作，均可以用动量传递的理论去研究。,热量传递(heat transfer): 物体被
4、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，均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，均可以用质量传递的理论去研究。,三传理论,杀 菌：传热； 真空浓缩：传热、传质、流体流动；过 滤：流体流动、动量传递； 干 燥：传热、传质；,单元操作与三传的关系,单元操作的意义：单元操作的概念使过去认为是各不相同的、独立的化工产品的生产技术在生产过程中统一了起来，更有利于人们去研究单元操作的系统性、规律性和连续性，从而使化学工业和生产技术得到了飞跃发展。 3、食品工程与化学工程的关系
5、差异原因：原料性质差异，应用对象不同。 发展途径：过程不同，要求不同，发展进程不同。,过程：基本原理、内在规律，工艺过程 经济指标。 设备：基本原理，合理性，选型设计。 操作：基本程序，使用方法，故障分析。,当化学工业中的单元操作引入食品工程后，使食品工业也产生了突飞猛进的发展,豆类原料 粉碎 离心分离 沉降 浓缩 喷雾干燥 产品 配料 混合 造粒 产品,原料 输送 破粹 皮、籽分离 输送 浓缩 产品,Legume processing:,Tomato paste:,任何食品加工过程都是由若干个作用不同的单元操作按一定顺序组合而成的。,奶粉加工： 原料输送、冷却、沉降、混合、过滤杀菌、浓缩、干
6、燥、筛分、包装、产品。,蔗糖加工： 破碎压榨、加热浸取、蒸发浓缩、离心分离、结晶纯化、产品干燥等,每个单元操作都在一定的设备中进行，物理操作，不改变物料的化学性质。,冷凝水 回盐水,乳品加工的工程原理解析,乳品加工的工程原理解析,食品工程并非简单套用这些化工生产中的单元操作，而是通过引进、消化、吸收、改进和发展，使食品工业的发展速度甚至在一定程度上超过了化学工业。 食品工业形成了新的实践和技术积累：如真空、冷冻、微波、超滤、超高压温、无菌包装,食品工程的发展趋势：单元操作的研发、组合。 是机械工程、热力工程、化学工程等交融的综合性学科新技术逐渐应用：质构重组、超临界萃取、微胶囊技术食品生物技术
7、、超滤、包装、超高压、膨化、冻干；机械化、自动化、专业化和规模化、节能环保等。1,随科学技术的发展，单元操作也在不断发展之中，其中最活跃的领域为混合物的分离。近年来单元操作的研究开发所取得的主要成果有以下几方面:, 新分离技术不断得到开发和应用，如膜分离、超临界流体萃取、区域熔炼、电磁分离、泡沫分离、超高速离心分离和分子蒸馏等。, 在原有分离技术方面：处理能力加大、效率提高的新型设备不断出现；设备的放大效应逐步得到解决；已研究成功了许多合理利用能量的操作流程；一些高效的吸收剂、萃取剂溶剂等不断出现并在生产中应用。, 计算机模拟和辅助设计：不断取得成果缩短了新技术的研发周期；使设备设计和操作更趋
8、合理，提高了产品质量，降低了能耗。,“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。 “三传理论”和单元操作又是食品工程技术的理论和实践基础。,流体力学、传热学及传质学是本课程基本的理论部分。另：许多单元操作包含了两种以上的传递现象， 如干燥、精馏、结晶等。,总结：生产实践和各学科的发展对食品单元操作的内容不断提出新的要求和研究方向，随这些新课题的不断解决和完善，又不断促进了食品工业和生产技术的发展，同时也推动了单元操作和食品科学与工程学科的发展。,三、单位制及换算,1、单位制 (基本单位与导出单位),2、单位换算与经验公式换算,长度 m、时间 s、质量 kg、热力学温度
9、K、 电流 A、发光强度 Cd、物质的量 N。,SI 制表示的物理量,例 01 1 atm = 1.033 kgf /cm2，将其换算成 SI 制单位表示的形式。 解：1 kgf = 9.81 N 1 cm 2 = 104 m 2,例 02 经验公式换算：水蒸气在空气中的扩散系数 D,解: 1 ft = 0.3048 m 1 atm = 1.0133105 Pa,整理得, D ft 2/h = D m 2/s ,自习题： G = 2.45 u0.8 D p 由单位 lb/(ft2h) ft/s atm 换算为 kg/(m2s) m/s Pa,G为质量流速(通量)：单位面积上流体的质量流量。,8
10、.8010-8 kg/( m2s),量纲：表示各基本物理量的符号及其次方。 食品工程中常用的五个基本量的量纲为： 长度 L 质量 M 时间 T 温度 物质的量 N 。 导出量的量纲式为QLMTg 量纲式的指数为零时称无因次，此量纲为1 如，速度 u m s -1 量纲式为 L T -1 又，热导率 l W/( m K ) L M T 3q 1,四、量纲（因次）,基本物理量的度量单位称基本物理单位，例如长度、质量、时间等。这些用于表示基本物理量的度量，叫做“量纲” ( dimension ) ，量纲又称为因次。 由基本量按一定规则表示的物理量称导出量 量纲式 用若干基本量的乘方或乘积 表示的某一
11、物理导出量的表达式，称为该物理量的量纲式。,五、授课内容及学习方法 授课内容：“三传” 理论、单元操作原理。 先修课：高数、物理学、物理化学、机械设计基础。 原 理：（过程特性、设备、测量、类比） 计 算：（质量衡算、热量衡算，过程计算，习题） 设 计：（原理、思路、方法、实践） 五个概念：物料衡算，能量衡算，物系平衡，传递速率，经济核算。 弄清原理，理解记忆，及时提问，习题巩固，积极实践(P4),例 03 制作加盐黄油时，将质量分数为 0.6的盐水加入黄油原料后，测得黄油产品中水的质量分数为0.158，含盐量为0. 014, 试求黄油原料中的含水量。,解：以 1 kg 原料黄油为衡算基准，则其中的含水量为y。设加入原料中盐水的质量为 x kg，则分别对盐和水分进行衡算为：,x 0.024 kg,y 0.152,例 04 在空气预热器中用蒸气将流量1000 kg/h，30 的空气预热至 66 ，所用加热蒸气温度为 143.4 ，蒸汽离开预热器的温度为138.8。求蒸气消耗量(不计热量损失)。 解：空气被加热所需能量 = 10001.00536 = 36252 kJ/h 加热蒸汽的能量变化 = 13.8 kJ/kg 所需蒸汽量 = 36252/13.8 = 2627.0 kg/h,Thank you for attention,
