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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,1,德州扒雞,天津狗不理包子,北京烤鴨,長沙臭豆腐,河南燴面,桂林米粉,東北小雞燉蘑菇,四川水煮魚,2,食品工程原理,Principles of food Engineering,糧油食品學(xué)院,主講人：彭丹,2011,年,9,月,3,課程簡介,學(xué)時：,60,學(xué)時,教材：,楊同舟,.,食品工程原理,，中國農(nóng)業(yè)出版社,性質(zhì),基礎(chǔ),內(nèi)容,任務(wù),工程性、實(shí)踐性強(qiáng),專業(yè)基礎(chǔ)課,具有橋梁作用,高等數(shù)學(xué)、,物理化學(xué)、,機(jī)械制圖等,“,三傳理論,”,“,單元操作,”,開發(fā)、設(shè)計、,操作、強(qiáng)化,開發(fā)：,選擇合適的,過程及設(shè)
2、備（按經(jīng),濟(jì)合理性、技術(shù)可,行性、污染小、能,耗低）,設(shè)計：,選擇設(shè),備的型號及主,要尺寸（根據(jù),工藝對設(shè)備的,要求）,操 作：,如何進(jìn),行操作和調(diào)節(jié),以適應(yīng)生產(chǎn)的,不同要求,強(qiáng) 化：,改造現(xiàn)有的,生產(chǎn)過程和設(shè)備以,提高效率（包括增,產(chǎn)、降耗、節(jié)能）,4,李云飛，葛克山,.,食品工程原理，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，,2002.,高福成,.,食品工程原理，中國輕工業(yè)出版社,.1998,馮骉,.,食品工程原理，中國輕工業(yè)出版社,.2005,姚玉英，黃鳳廉，陳常貴等,.,化工原理，上下冊，天津：科學(xué)技術(shù)出版社，,1999,趙思明，熊善柏，林向東等,.,食品工程原理，科學(xué)出版社，,2009,參 考 書,5,
3、http:/www.sino- 論,7,食品工業(yè),：,利用物理和化學(xué)方法將自然界的各種物質(zhì)加工成食物的工業(yè)。,包括的門類繁多，如糧食加工、食用油脂、肉類加工、乳品、糕點(diǎn)、制糖、制鹽、制茶、卷煙、釀酒、罐頭等二十多個不同行業(yè)。,特點(diǎn),：,原料來源廣泛；生產(chǎn)具有季節(jié)性；產(chǎn)品銷售具有普遍性；生產(chǎn)具有一定的地方性。,一、,食品工程原理的研究內(nèi)容,8,原料特點(diǎn),熱敏性：如蛋白質(zhì)遇熱容易變性，要求溫度低、時間短。,易氧化性：如脂肪成分在高溫下易氧化變質(zhì)，要求少量空氣、,O,2,少，時間短、不銹鋼。,易腐敗性：如微生物生長繁殖。,產(chǎn)品要求,營養(yǎng)衛(wèi)生，色、香、味,經(jīng)濟(jì)性,工序,一個生產(chǎn)過程是由許多生產(chǎn)工序組合
4、而成,9,從原料到成品（產(chǎn)品）這個過程叫食品的生產(chǎn)過程,原料,前處理,食品加工,后處理,產(chǎn)品,除去雜質(zhì)達(dá)到,必要的純度，,物理變化過程,除物理操作外，,生成新的物質(zhì)，,化學(xué)變化過程，,如食品風(fēng)味形成,精制、分離達(dá),必要的純度，,物理變化過程,食品生產(chǎn)過程包括,化學(xué)反應(yīng)過程,和,物理加工過程,。,食品工程原理研究,：,食品生產(chǎn)過程中除化學(xué)反應(yīng)的,物理過程,。,10,舉例：,全脂乳粉生產(chǎn)的工藝流程,F12%,80,85,，,30s,F40,45%,空氣溫度,180,200,，牛乳溫度,40,45,11,再如：,大豆萃取法制油的工藝流程,大豆預(yù)處理（篩選、粉碎、去皮、壓片）浸?。ㄕ和椋┻^濾 蒸發(fā)脫
5、溶劑 離心脫膠 堿煉（脫酸）脫色（白土）脫臭,檢驗(yàn)成品（產(chǎn)品）,12,上述,產(chǎn)品的,原料形式,、,加工工藝,都有很大的不同，但都包含了,流體的輸送,、,物質(zhì)的分離,、,加熱,等不同的,物理操作,過程。,這些工序就是,單元操作,。,單元操作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu),是食品工程原理研究的范疇。,1,、單元操作,13,均為,物理操作,，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。,食品生產(chǎn)過程中,共有的操作,，例如：加熱操作，在奶粉生產(chǎn)中濃縮需要加熱，在大豆油生產(chǎn)中脫臭也需要加熱。,設(shè)備可通用,。例如上面的奶粉和制油工業(yè)中，雖然生產(chǎn)過程不同，但都可以使用同樣的加熱器進(jìn)行加熱。,單元操作,的特點(diǎn),14,按操作
6、的理論基礎(chǔ)劃分：,以,動量傳遞,理論為基礎(chǔ),流體輸送、攪拌、沉降、過濾，離心分離,以,熱量傳遞,理論為基礎(chǔ),加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝,以,質(zhì)量傳遞,理論為基礎(chǔ),蒸餾、吸收、吸附、萃取,單元操作的分類,上述三種理論，我們稱之為,“三傳理論”,。,15,舉例,名稱,原 理,設(shè) 備,傳遞原理,流體,輸送,依據(jù)外力的作用將流體從一個設(shè)備輸送到另一個設(shè)備,泵,風(fēng)機(jī),動量傳遞,傳熱,使冷熱物料間由于溫度差而發(fā)生熱量傳遞，以改變物料的溫度或相態(tài)的操作,換熱器,熱量傳遞,吸收,利用均相氣體混合物在液體溶劑中溶解度的不同以實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離操作,吸收塔（填料）,質(zhì)量傳遞,精餾,利用均相液體混合物中各組分的揮發(fā)度
7、不同使液體混合物分離的操作,蒸餾塔（板式）,質(zhì)量傳遞,16,動量傳遞（,momentum transfer,）,:,流體流動時，其內(nèi)部伴隨著動量傳遞，故流體流動過 程也稱為,動量傳遞過程,。凡遵循流體流動基本規(guī)律的單元操作均可用動量傳遞理論研究,熱量傳遞（,hear transfer,）,:,物料的加熱或冷卻過程也稱為,物體的傳熱過程,。凡遵循傳熱基本理論的單元操作均可用熱量傳遞理論研究。,質(zhì)量傳遞（,mass transfer,）,:,兩相間的傳遞過程稱為,質(zhì)量傳遞,。凡遵循傳質(zhì)基本理 論規(guī)律的單元操作均可用質(zhì)量傳遞理論研究。,2,、三傳理論,17,單元操作和三傳理論都是食品工程技術(shù)的,理論
8、和實(shí)踐基礎(chǔ),。,三傳理論是單元操作的,理論基礎(chǔ),；單元操作是三傳理論在生產(chǎn)中的,具體應(yīng)用,。,有些單元操作都會包含,兩種或兩種以上,的傳遞理論。,單元操作與三傳理論的關(guān)系,18,茶飲料生產(chǎn)工藝流程,19,二、食品工程原理的基本概念,物料衡算,能量衡算,物系的平衡關(guān)系,傳遞速率,經(jīng)濟(jì)核算,20,1,、物料衡算,（,material balance,）,為弄清生產(chǎn)過程中原料、成品及損失的物料數(shù)量，必須進(jìn)行物料衡算。,質(zhì)量守恒定律：,在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)前各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和。,對于物料衡算來說，則是進(jìn)入與離開某一加工過程的物料質(zhì)量之差等于該過程中積累的物料質(zhì)量。,21,
9、物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表達(dá)形式，即,G,=G,0,+G,A,式中,G,-,輸入物料的總和，,G,0,-,輸出物料的總和，,G,A,-,積累的物料量。,若積累的物料量為零，即連續(xù)生產(chǎn)或定態(tài)過程，則,G,=G,0,22,物料衡算的步驟：,1,）畫出過程框圖，用進(jìn)入箭頭表示輸入的物料，用引出箭頭表示輸出的物料。在每個箭頭上標(biāo)出物料的名稱，物料量，成分含量，溫度，密度等。所有數(shù)據(jù)都標(biāo)在圖上。,2,）選擇計算基準(zhǔn)。多數(shù)情況下，圖中給出一種物料的量，可以以它作為計算基準(zhǔn)。否則，可指定一種物料量為,100kg,作基準(zhǔn)。,3,）作物料衡算。衡算可以是對總量的，也可對某種成分的。,23,例,0-1,將含,
10、4%,脂肪的原料乳通過離心分離得到脂肪含量為,0.45%,的脫脂乳和脂肪含量為,45%,的奶油。生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定,6h,要求處理原料乳,35000kg,，試求產(chǎn)品脫脂乳和奶油的流量。,以,1h,原料乳的流量為計算基準(zhǔn)對整個體系（如圖虛線框所示）進(jìn)行物料衡算。,離心機(jī),原料乳,35000/6 kg/h,脂肪,4%,脫脂乳,c,kg/h,脂肪,0.45%,奶油,w kg/h,脂肪,45%,解：,設(shè),脫脂乳的流量為,c,（,kg/h,）,，奶油的流量為,w,（,kg/h,）,。,24,對脂肪進(jìn)行物料衡算,：,進(jìn)入系統(tǒng)的脂肪含量,=,離開系統(tǒng)的脂肪含量,將上兩式聯(lián)立可解得,c=5368,kg/h,，,w=
11、465,kg/h,對脂肪的物料衡算：,總物料衡算：,25,例,0-2,雪利酒的配制，以下列,a,、,b,、,c,三種原料酒配制含酒精,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：,以產(chǎn)品雪利酒的量,m,s,=100kg,作計算基準(zhǔn)。,混 配,雪利酒,100kg,（,m,s,）,酒精,16%,糖,3%,b,m,b,kg,酒精,16.7%,糖,1.0%,c,m,c,kg,酒精,17%,糖,12%,a,m,a,kg,酒精,14.6%,糖,0.2%,26,總物料衡算：,m,a,+m,b,+m,c,=
12、100kg,對酒精的物料衡算：,0.146m,a,+0.167m,b,+0.170m,c,=0.16*100,對糖的物料衡算：,0.002m,a,+0.01m,b,+0.12m,c,=0.03*100,將式（,1,）、（,2,）、（,3,）聯(lián)立可解得：,m,a,=36.8kg;m,b,=42.4kg;m,c,=20.8kg.,27,2,、能量衡算（,energy balance,）,能量以各種形式存在，如機(jī)械能、熱能、電磁能、化學(xué)能、原子能等。,本課程所用到的能量主要有,機(jī)械能,和,熱能,。,能量衡算的依據(jù)是,能量守恒定律,。,熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。,動能和勢能的總和,能量守恒定
13、律,:,能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生,它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。,28,能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，對熱量衡算可以寫成：,Q,=Q,0,+Q,L,式中，,Q,隨物料進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量，,kJ,或,kw;,Q,0,隨物料離開系統(tǒng)的總熱量，,kJ,或,kw;,Q,L,向系統(tǒng)周圍散失的熱量，,kJ,或,kw,。,29,熱量計算公式,Q=mH,式中，,m,物料的質(zhì)量，,kg,；,H,物料的焓，,kJ/kg,。焓是一個相對量與基準(zhǔn)溫度有關(guān)，一般以,0,為基準(zhǔn)，焓為零。,Q=mc,p,t,式中，,m,物料的質(zhì)量，,kg,；,t
14、,溫度，,(K),；,c,p,等壓比熱容，,k,J,(kg,),30,例,0-3,番茄醬的冷卻，將固形物含量為,40%,的番茄醬以,100kg/h,的流量輸入冷卻器，使其由,90,有冷卻到,20,，隔著金屬壁冷卻用水由,15,升至,25,，求冷卻水的流量。,解：,畫出過程框圖,以,0,作溫度基準(zhǔn),進(jìn)入系統(tǒng)的熱流量,離開系統(tǒng)的熱流量：,番茄醬,q,m1,=100kg/h,90,w=40%,c,1,15,水,c,2,q,m2,25,20,31,因過程在系統(tǒng)中無積累熱量，故 ，則,水的比熱容為,J/(kg,K),而番茄醬的比熱容要由其中固形物的比熱容和水的比熱容按照上述計算。若食品中非脂肪成分的比熱
15、容取,837 J/(kg,K),，則番茄醬的比熱容：,J/(kg,K),因此，冷卻水的流量,kg/h,32,例,0-4,高壓滅菌鍋中裝有,1000,罐青豆罐頭。滅菌時罐頭被加熱到,100,，離開滅菌鍋前要求被冷卻到,40,。已知冷卻水進(jìn)口溫度為,15,，出口溫度為,35,，試計算共需要多少冷卻水。已知青豆罐頭的比熱為,4.1kJ/kg,金屬罐的比熱為,0.50kJ/kg,，每一金屬罐的重量是,60g,，罐頭凈重,0.45kg,。假設(shè)將滅菌鍋鍋壁降到,40,需要,1.6,10,4,kJ,，且忽略熱量損失。,進(jìn)入系統(tǒng)的熱量,：,金屬罐的熱量,=,罐的質(zhì)量,比熱,降低的溫度,=1000 0.06 0
16、.50,（,100-40,）,=,1.8,10,3,kJ,青豆的熱量,=,1000 0.45 4.1,（,100-40,）,=,1.1,10,5,kJ,進(jìn)口處冷卻水的能量,=w,4.186,（,15-40,）,=,-104.6w kJ,解：設(shè)需要冷卻水的質(zhì)量為,w,，以罐頭的最終溫度,40,作溫度基準(zhǔn),33,離開系統(tǒng)的熱量,：,金屬罐的熱量,=1000 0.06 0.50,（,40-40,）,=,0,kJ,青豆的熱量,=1000 0.45 4.1,（,40-40,）,=,0,kJ,出口處冷卻水的能量,=w 4.186,（,35-40,）,=,-20.9w kJ,進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量,=,離開系統(tǒng)的總熱量,，,即：,1800+110000+16000-,104.6w=-20.9w,w=1527kg,34,例,0-5,食物的直接蒸汽加熱，將,100kg,溫度為,5,的食品物料引入加熱鍋中，通入溫度為,120.2,的水蒸氣直接加熱，最后終溫度為,81.2,，若食品物料的比熱容,J/(kg,K),，求蒸汽的消耗量。,解：畫出過程框圖,以,0,作溫度基準(zhǔn)。,水蒸氣冷凝放出凝結(jié)熱后又降溫至,81.2,
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