单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,1,德州扒鸡,天津狗不理包子,北京烤鸭,长沙臭豆腐,河南烩面,桂林米粉,东北小鸡炖蘑菇,四川水煮鱼,2,食品工程原理,Principles of food Engineering,粮油食品学院,主讲人：彭丹,2011,年,9,月,3,课程简介,学时：,60,学时,教材：,杨同舟,.,食品工程原理,，中国农业出版社,性质,基础,内容,任务,工程性、实践性强,专业基础课,具有桥梁作用,高等数学、,物理化学、,机械制图等,“,三传理论,”,“,单元操作,”,开发、设计、,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，,1999,赵思明，熊善柏，林向东等,.,食品工程原理，科学出版社，,2009,参 考 书,5,http:/www.sino- 论,7,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,：,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、,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、,O,2,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,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,和,物理加工过程,食品工程原理研究,：,食品生产过程中除化学反应的,物理过程,10,举例：,全脂乳粉生产的工艺流程,F12%,80,85,，,30s,F40,45%,空气温度,180,200,，牛乳温度,40,45,11,再如：,大豆萃取法制油的工艺流程,大豆预处理（筛选、粉碎、去皮、压片）浸取（正己烷）过滤 蒸发脱溶剂 离心脱胶 碱炼（脱酸）脱色（白土）脱臭,检验成品（产品）,12,上述,产品的,原料形式,、,加工工艺,都有很大的不同，但都包含了,流体的输送,、,物质的分离,、,加热,等不同的,物理操作,过程。
这些工序就是,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,、单元操作,13,均为,物理操作,，只改变物料的状态或物理性质，不改变其化学性质食品生产过程中,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也需要加热设备可通用,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,的特点,14,按操作的理论基础划分：,以,动量传递,理论为基础,流体输送、搅拌、沉降、过滤，离心分离,以,热量传递,理论为基础,加热、冷却、蒸发、冷凝,以,质量传递,理论为基础,蒸馏、吸收、吸附、萃取,单元操作的分类,上述三种理论，我们称之为,“三传理论”,15,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,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,、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,18,茶饮料生产工艺流程,19,二、食品工程原理的基本概念,物料衡算,能量衡算,物系的平衡关系,传递速率,经济核算,20,1,、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：,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工过程的物料质量之差等于该过程中积累的物料质量21,物料衡算是质量守恒定律的一种表达形式，即,G,=G,0,+G,A,式中,G,-,输入物料的总和，,G,0,-,输出物料的总和，,G,A,-,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,=G,0,22,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=5368,kg/h,，,w=465,kg/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：,以产品雪利酒的量,m,s,=100kg,作计算基准混 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,总物料衡算：,m,a,+m,b,+m,c,=100kg,对酒精的物料衡算：,0.146m,a,+0.167m,b,+0.170m,c,=0.16*100,对糖的物料衡算：,0.002m,a,+0.01m,b,+0.12m,c,=0.03*100,将式（,1,）、（,2,）、（,3,）联立可解得：,m,a,=36.8kg;m,b,=42.4kg;m,c,=20.8kg.,27,2,、能量衡算（,energy balance,）,能量以各种形式存在，如机械能、热能、电磁能、化学能、原子能等本课程所用到的能量主要有,机械能,和,热能,能量衡算的依据是,能量守恒定律,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，对热量衡算可以写成：,Q,=Q,0,+Q,L,式中，,Q,随物料进入系统的总热量，,kJ,或,kw;,Q,0,随物料离开系统的总热量，,kJ,或,kw;,Q,L,向系统周围散失的热量，,kJ,或,kw,29,热量计算公式,Q=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=mc,p,t,式中，,m,物料的质量，,kg,；,t,温度，,(K),；,c,p,等压比热容，,k,J,(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,q,m1,=100kg/h,90,w=40%,c,1,15,水,c,2,q,m2,25,20,31,因过程在系统中无积累热量，故 ，则,水的比热容为,J/(kg,K),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/(kg,K),，则番茄酱的比热容：,J/(kg,K),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,已知冷却水进口温度为,15,，出口温度为,35,，试计算共需要多少冷却水已知青豆罐头的比热为,4.1kJ/kg,金属罐的比热为,0.50kJ/kg,，每一金属罐的重量是,60g,，罐头净重,0.45kg,假设将灭菌锅锅壁降到,40,需要,1.6,10,4,kJ,，且忽略热量损失进入系统的热量,：,金属罐的热量,=,罐的质量,比热,降低的温度,=1000 0.06 0.50,（,100-40,）,=,1.8,10,3,kJ,青豆的热量,=,1000 0.45 4.1,（,100-40,）,=,1.1,10,5,kJ,进口处冷却水的能量,=w,4.186,（,15-40,）,=,-104.6w kJ,解：设需要冷却水的质量为,w,，以罐头的最终温度,40,作温度基准,33,离开系统的热量,：,金属罐的热量,=1000 0.06 0.50,（,40-40,）,=,0,kJ,青豆的热量,=1000 0.45 4.1,（,40-40,）,=,0,kJ,出口处冷却水的能量,=w 4.186,（,35-40,）,=,-20.9w kJ,进入系统的总热量,=,离开系统的总热量,，,即：,1800+110000+16000-,104.6w=-20.9w,w=1527kg,34,例,0-5,食物的直接蒸汽加热，将,100kg,温度为,5,的食品物料引入加热锅中，通入温度为,120.2,的水蒸气直接加热，最后终温度为,81.2,，若食品物料的比热容,J/(kg,K),，求蒸汽的消耗量。
解：画出过程框图,以,0,作温度基准水蒸气冷凝放出凝结热后又降温至,81.2,。
