食品工程原理-緒論

1、食品工程原理食品工程原理-緒論緒論食品工業(yè)與食品工程原理食品工業(yè)與食品工程原理食品工業(yè)食品工業(yè)：將自然界的物質(zhì)加工成可食用的生活資料的工業(yè)。：將自然界的物質(zhì)加工成可食用的生活資料的工業(yè)。 食品食品工程：工程：解決實現(xiàn)食品的工業(yè)化生產(chǎn)問題。解決實現(xiàn)食品的工業(yè)化生產(chǎn)問題。食品工程原理食品工程原理：研究食品加工中工程技術的基本理論、實踐方法的：研究食品加工中工程技術的基本理論、實踐方法的一門科學，主要解決三傳理論和單元操作的基本問題。一門科學，主要解決三傳理論和單元操作的基本問題。1 1、食品工業(yè)的發(fā)展、食品工業(yè)的發(fā)展2 2、食品工程原理的研究內(nèi)容、食品工程原理的研究內(nèi)容3 3、食品工程原理的基本概

2、念、食品工程原理的基本概念 4 4、單位與單位換算、單位與單位換算31.1、食品工業(yè)的誕生、食品工業(yè)的誕生1.2、國外的食品工業(yè)、國外的食品工業(yè)1.3、我國食品工業(yè)的發(fā)展與成就、我國食品工業(yè)的發(fā)展與成就1.4、食品工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位作用食品工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位作用1.5、對食品工程技術人才的需要、對食品工程技術人才的需要1、食品工業(yè)的發(fā)展、食品工業(yè)的發(fā)展 18世紀歐美化學、機械及工程學的發(fā)展，促使食品世紀歐美化學、機械及工程學的發(fā)展，促使食品 工業(yè)的誕生工業(yè)的誕生18世紀末，英國有以蒸汽機為動力的面粉廠；世紀末，英國有以蒸汽機為動力的面粉廠；1810年法國阿培爾發(fā)表年法國阿培爾發(fā)表“食品

3、貯藏法食品貯藏法”，提出排氣、密封和，提出排氣、密封和殺殺 菌的基本方法，菌的基本方法，1829年世界上建成第一個罐頭廠；年世界上建成第一個罐頭廠；1872年美國發(fā)明噴霧式奶粉生產(chǎn)工藝，年美國發(fā)明噴霧式奶粉生產(chǎn)工藝，1885年乳品已工業(yè)化年乳品已工業(yè)化 生產(chǎn)。生產(chǎn)。1.1、食品工業(yè)的誕生、食品工業(yè)的誕生 國際食品工業(yè)狀況：國際食品工業(yè)狀況：世界經(jīng)濟發(fā)達國家都非常重視農(nóng)產(chǎn)世界經(jīng)濟發(fā)達國家都非常重視農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)和食品工業(yè)的發(fā)展，均投入大量資金和人力，將現(xiàn)品加工業(yè)和食品工業(yè)的發(fā)展，均投入大量資金和人力，將現(xiàn) 代新的科學技術引入食品工業(yè)領域，建立了現(xiàn)代化的食品工代新的科學技術引入食品工業(yè)領域，建立了現(xiàn)

4、代化的食品工 業(yè)體系；業(yè)體系； 食品加工的范圍和深度不斷擴展，利用的科學技術也越來越食品加工的范圍和深度不斷擴展，利用的科學技術也越來越先進。先進。 2005年世界食品工業(yè)銷售額約年世界食品工業(yè)銷售額約4萬億美元，其中美國占萬億美元，其中美國占25 、 歐洲占歐洲占20 、日本占、日本占10 ； 美國、法國、荷蘭、日本等國的食品工業(yè)產(chǎn)值均居制造業(yè)之美國、法國、荷蘭、日本等國的食品工業(yè)產(chǎn)值均居制造業(yè)之 首，食首，食品工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。品工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。 1.2 1.2、國外的食品工業(yè)、國外的食品工業(yè)產(chǎn)業(yè)狀況：產(chǎn)業(yè)狀況： 巴西是南美最大的甜橙種植園、全球最大的橙汁加工國。

5、巴西是南美最大的甜橙種植園、全球最大的橙汁加工國。 橙汁出口量占全球橙汁出口量橙汁出口量占全球橙汁出口量50%，其中冷凍濃縮橙汁出口占，其中冷凍濃縮橙汁出口占國際冷凍濃縮橙汁市場的國際冷凍濃縮橙汁市場的80%。成功之處：成功之處： 加工轉(zhuǎn)化率高。加工轉(zhuǎn)化率高。20002001年巴西甜橙總產(chǎn)量為年巴西甜橙總產(chǎn)量為1448萬噸，其萬噸，其 中中1081萬噸加工成濃縮汁或原汁，加工率達萬噸加工成濃縮汁或原汁，加工率達70%以上。以上。 種植加工高度集約化。在巴西圣保羅州及鄰近地區(qū)，年產(chǎn)值超種植加工高度集約化。在巴西圣保羅州及鄰近地區(qū)，年產(chǎn)值超 過過120億美元；甜橙專業(yè)協(xié)會組織種植、加工，統(tǒng)一面向國

6、內(nèi)市億美元；甜橙專業(yè)協(xié)會組織種植、加工，統(tǒng)一面向國內(nèi)市場和出口。場和出口。巴西的橙汁加工業(yè)巴西的橙汁加工業(yè)產(chǎn)業(yè)狀況產(chǎn)業(yè)狀況 乳品總產(chǎn)量只占世界總量乳品總產(chǎn)量只占世界總量2%，但，但90%以上產(chǎn)品均出口國外以上產(chǎn)品均出口國外;在全在全世界世界115個國家銷售黃油、奶酪、奶粉、乳蛋白等個國家銷售黃油、奶酪、奶粉、乳蛋白等800多種產(chǎn)多種產(chǎn)品。品。 乳制品貿(mào)易量約占世界總量的乳制品貿(mào)易量約占世界總量的1/3。最成功之處最成功之處 優(yōu)質(zhì)乳源的建設和管理，如新西蘭有約優(yōu)質(zhì)乳源的建設和管理，如新西蘭有約14,000個農(nóng)場為全個農(nóng)場為全國國 30多家乳品加工廠供應牛奶。多家乳品加工廠供應牛奶。 乳品貿(mào)易的全

7、球化定位和有序管理。乳品貿(mào)易的全球化定位和有序管理。新西蘭的乳業(yè)新西蘭的乳業(yè)我國自古有我國自古有“民以食為天民以食為天”的諺語，食品消費歷來就備受重視。的諺語，食品消費歷來就備受重視。自給自足，食品消費以直接的農(nóng)產(chǎn)品消費為主。自給自足，食品消費以直接的農(nóng)產(chǎn)品消費為主。我國食品加工和保藏的歷史悠久，在生產(chǎn)實踐中積累大量的食品加我國食品加工和保藏的歷史悠久，在生產(chǎn)實踐中積累大量的食品加工經(jīng)驗，開發(fā)了許多國際知名產(chǎn)品及其生產(chǎn)技術工經(jīng)驗，開發(fā)了許多國際知名產(chǎn)品及其生產(chǎn)技術白酒固體發(fā)酵、固態(tài)蒸餾技術；白酒固體發(fā)酵、固態(tài)蒸餾技術；豆豉和醬油的固態(tài)制曲、半固態(tài)發(fā)酵技術；豆豉和醬油的固態(tài)制曲、半固態(tài)發(fā)酵技術；

8、飴糖的麥芽酶解、熬煮濃縮與塑壓成型技術；飴糖的麥芽酶解、熬煮濃縮與塑壓成型技術；蔬菜的腌制泡制加工技術；蔬菜的腌制泡制加工技術；肉類的煙熏保藏技術等。肉類的煙熏保藏技術等。1.31.3、我國食品工業(yè)的發(fā)展與成就、我國食品工業(yè)的發(fā)展與成就直到直到19世紀末，才開始建立食品加工廠世紀末，才開始建立食品加工廠起步晚起步晚發(fā)展慢發(fā)展慢技術水平低技術水平低核心技術依靠進口核心技術依靠進口隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，近年來食品工業(yè)的發(fā)展也非常迅猛。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，近年來食品工業(yè)的發(fā)展也非常迅猛。2020世紀世紀5050年代初以來，我國的食品工業(yè)發(fā)展科分為三個階段年代初以來，我國的食品工業(yè)發(fā)展科分為三個

9、階段。我國近代食品工業(yè)的起步大概比西方國家遲我國近代食品工業(yè)的起步大概比西方國家遲100100年年10階段階段1 1：平穩(wěn)緩慢增長階段（：平穩(wěn)緩慢增長階段（1952199019521990年）年） 勞動生產(chǎn)率比較低勞動生產(chǎn)率比較低 技術依賴進口技術依賴進口 食品消費以初級農(nóng)產(chǎn)品為主食品消費以初級農(nóng)產(chǎn)品為主 國家對食品工業(yè)的發(fā)展不夠重視。國家對食品工業(yè)的發(fā)展不夠重視。11階段階段2 2：食品工業(yè)的覺醒階段（：食品工業(yè)的覺醒階段（1990200319902003年）年） 引進先進技術，新增投資，整體發(fā)展水平突然邁上了一個新臺引進先進技術，新增投資，整體發(fā)展水平突然邁上了一個新臺階。階。 19911

10、991年食品工業(yè)的增速與上年同期相比增長年食品工業(yè)的增速與上年同期相比增長95.96%95.96%，1991199719911997年的年的6 6年間，我國食品工業(yè)以每年年間，我國食品工業(yè)以每年33.82%33.82%的速度的速度在增長。在增長。 1998200319982003年間年均產(chǎn)值增長年間年均產(chǎn)值增長654.63654.63億元億元。12階段階段3 3：食品工業(yè)飛速發(fā)展階段（：食品工業(yè)飛速發(fā)展階段（20032003年年- -現(xiàn)在）現(xiàn)在） 國家重視，大力支持重點技術研發(fā)。 年均增速20%以上。 與世界發(fā)達國家差距縮小，部分領域接近國際先進，個別領域達到領先。 整體水平仍然較低，與世界先

11、進水平有較大差距，國內(nèi)市場廣闊，發(fā)展空間巨大。 中國食品工業(yè)發(fā)展迅速：已建成了包括食品加工業(yè)、食品制造業(yè)、飲中國食品工業(yè)發(fā)展迅速：已建成了包括食品加工業(yè)、食品制造業(yè)、飲 料制造業(yè)料制造業(yè)和煙草加工業(yè)等四大類、和煙草加工業(yè)等四大類、62個小類的現(xiàn)代食品工業(yè)體系。個小類的現(xiàn)代食品工業(yè)體系。13目前我國食品工業(yè)主要呈現(xiàn)以下特點：目前我國食品工業(yè)主要呈現(xiàn)以下特點：一是主要產(chǎn)品總產(chǎn)量一是主要產(chǎn)品總產(chǎn)量 居世界前列。居世界前列。(食用植物油、飲料等，啤酒產(chǎn)量世界第一。)二是產(chǎn)品結構調(diào)整取得了進展。二是產(chǎn)品結構調(diào)整取得了進展。各類食品在質(zhì)量、品種、檔次、功能、及包裝等方面基本滿足了不同層次的需求，新興的方便

12、、休閑、保健、冷凍食品等市場份額繼續(xù)擴大。三是優(yōu)勢企業(yè)實力增強，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高。三是優(yōu)勢企業(yè)實力增強，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高。四是企業(yè)改革取得新進展，科技創(chuàng)新成就喜人。四是企業(yè)改革取得新進展，科技創(chuàng)新成就喜人。五是高新技術廣泛應用，技術裝備水平提高。五是高新技術廣泛應用，技術裝備水平提高。信息技術、生物技術、納米技術、新工藝、新材料轉(zhuǎn)化為新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)品。食品工業(yè)，乳品、啤酒、方便面等行業(yè)的裝備技術水平已與世界先進水平同步。1420201616年中國部分大型食品企業(yè)年中國部分大型食品企業(yè) 銷銷售收入售收入中中 糧糧 集集 團：團：645億美元億美元伊伊 利利 集集 團：團：603 億元億元 娃哈

13、哈集團：娃哈哈集團：529億元億元雙雙 匯匯 集集 團：團：518億元億元1.41.4、食品工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位作用、食品工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位作用食品工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)食品工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)年份食品工業(yè)總產(chǎn)值（萬億元）占全國工業(yè)總產(chǎn)值的比例（%）19660.06726.420021.089.720052.168.220106.108.8201511.3412.0 溫家寶總理在溫家寶總理在2002年中國國際農(nóng)產(chǎn)品深加工年中國國際農(nóng)產(chǎn)品深加工-食品工業(yè)發(fā)展食品工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn) 略研討會上講話：略研討會上講話： 食品工業(yè)是人類的生命產(chǎn)業(yè)，是一個古老而又永恒不衰

14、的常青產(chǎn)業(yè)；食品工業(yè)是人類的生命產(chǎn)業(yè)，是一個古老而又永恒不衰的常青產(chǎn)業(yè)； 食品工業(yè)的現(xiàn)代化水平已經(jīng)成為反映人民生活質(zhì)量高低及國家經(jīng)濟發(fā)展食品工業(yè)的現(xiàn)代化水平已經(jīng)成為反映人民生活質(zhì)量高低及國家經(jīng)濟發(fā)展 程程度的重要標志。度的重要標志。 我國著名經(jīng)濟學家于光遠先生將食品工業(yè)稱為我國著名經(jīng)濟學家于光遠先生將食品工業(yè)稱為“天天”工業(yè)：工業(yè)：“民以食為天民以食為天”：質(zhì)量、安全及數(shù)量的重要性；：質(zhì)量、安全及數(shù)量的重要性； 以以“天天”形容食品工業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。形容食品工業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。171.51.5、對食品工程技術人才需要、對食品工程技術人才需要規(guī)模大型化；規(guī)模大型化；技術高新化；技術高新化；裝備自動化；

15、裝備自動化；產(chǎn)銷國際化；產(chǎn)銷國際化；沒有食品工程與食沒有食品工程與食 品機械的配套，就品機械的配套，就 沒有食品工業(yè)的現(xiàn)沒有食品工業(yè)的現(xiàn) 代化代化。食食 品品 工工 業(yè)業(yè) 發(fā)發(fā) 展展 趨趨 勢勢181 1、食品工業(yè)的發(fā)展、食品工業(yè)的發(fā)展2 2、食品工程原理的研究內(nèi)容、食品工程原理的研究內(nèi)容3 3、食品工程原理的基本概念、食品工程原理的基本概念 4 4、單位與單位換算、單位與單位換算192 2、食品工程原理的研究內(nèi)容、食品工程原理的研究內(nèi)容2.12.1、課程簡介、課程簡介2.22.2、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容20趙思明趙思明. .食品工程原理食品工程原理( (第二版第二版) )，科學出版社，科學出版社

16、，2016.2016. 任務任務 開發(fā)：選擇合適的開發(fā)：選擇合適的過程及設備（按經(jīng)過程及設備（按經(jīng)濟合理性、技術可濟合理性、技術可行性、污染小、能行性、污染小、能耗低）耗低）設計：選擇設設計：選擇設備的型號及主備的型號及主要尺寸（根據(jù)要尺寸（根據(jù)工藝對設備的工藝對設備的要求）要求）操操 作：如何進作：如何進行操作和調(diào)節(jié)行操作和調(diào)節(jié)以適應生產(chǎn)的以適應生產(chǎn)的不同要求不同要求強強 化：改造現(xiàn)有的化：改造現(xiàn)有的生產(chǎn)過程和設備以生產(chǎn)過程和設備以提高效率（包括增提高效率（包括增產(chǎn)、降耗、節(jié)能）產(chǎn)、降耗、節(jié)能）21 李云飛，葛克山李云飛，葛克山. .食品工程原理（第三版），中國農(nóng)業(yè)大學出版社，食品工程原理（

17、第三版），中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2014.2014. 劉偉民，趙杰文劉偉民，趙杰文. . 食品工程原理，中國輕工業(yè)出版社，食品工程原理，中國輕工業(yè)出版社，2017.2017. 馮骉馮骉. . 食品工程原理（第二版），中國輕工業(yè)出版社，食品工程原理（第二版），中國輕工業(yè)出版社，2013. 2013. 楊同舟楊同舟. .食品工程原理（第二版），中國農(nóng)業(yè)出版社，食品工程原理（第二版），中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.2011.2223利用物理和化學方法將自然界的各種物質(zhì)加工成食物的利用物理和化學方法將自然界的各種物質(zhì)加工成食物的工業(yè)。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、糕包括的門類

18、繁多，如糧食加工、食用油脂、肉類加工、乳品、糕點、制糖、制鹽、制茶、卷煙、釀酒、罐頭等二十多個不同行業(yè)。點、制糖、制鹽、制茶、卷煙、釀酒、罐頭等二十多個不同行業(yè)。：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)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)具有一定的地方性具有一定的地方性 。 24原料特點 熱敏性：如蛋白質(zhì)遇熱容易變性，要求溫度低、熱敏性：如蛋白質(zhì)遇熱容易變性，要求溫度低、時間短。時間短。 易氧化性：如脂肪成分在高溫下易氧化變質(zhì)，要易氧化性：如脂肪成分在高溫下易氧化變質(zhì)，要求少量空氣、求少量空氣、O O2 2少，時間短、不銹鋼。少，時間短、不銹鋼。 易腐敗性：如

19、微生物生長繁殖。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、味營養(yǎng)衛(wèi)生，色、香、味 經(jīng)濟性經(jīng)濟性工序 一個生產(chǎn)過程是由許多生產(chǎn)工序組合而成一個生產(chǎn)過程是由許多生產(chǎn)工序組合而成25原料原料前處理前處理食品加工食品加工后處理后處理產(chǎn)品產(chǎn)品除去雜質(zhì)達到除去雜質(zhì)達到必要的純度，必要的純度，物理變化過程物理變化過程除物理操作外，除物理操作外，生成新的物質(zhì)，生成新的物質(zhì)，化學變化過程，化學變化過程，如食品風味形成如食品風味形成精制、分離達精制、分離達必要的純度，必要的純度，物理變化過程物理變化過程食品生產(chǎn)過程包括食品生產(chǎn)過程包括和和。262728 上述上述這些工序就是這些工序就是。 單元操作原

20、理、設備結構是食品工程原理研究的范疇。單元操作原理、設備結構是食品工程原理研究的范疇。29v均為，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，不改變其化學性質(zhì)。v食品生產(chǎn)過程中，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。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行加熱。30以以理論為基礎理論為基礎流體輸送、攪拌、沉降、流體輸送、攪拌、沉降、過濾，離心分離過濾，離心分離以以理論為基礎理論為基礎加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝以以理論為基礎理論為基礎蒸餾、吸收、吸附、萃取蒸餾、吸收、吸附、萃取上述三種理論，我們稱之為上述三種理論，我們稱之為。

21、31名稱名稱原原 理理設設 備備傳遞原理傳遞原理流體流體輸送輸送依據(jù)外力的作用將流體從一個設備依據(jù)外力的作用將流體從一個設備輸送到另一個設備輸送到另一個設備泵泵風機風機動量傳遞動量傳遞傳熱傳熱使冷熱物料間由于溫度差而發(fā)生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)量傳遞，以改變物料的溫度或相態(tài)的操作的操作換熱器換熱器熱量傳遞熱量傳遞吸收吸收利用均相氣體混合物在液體溶劑中利用均相氣體混合物在液體溶劑中溶解度的不同以實現(xiàn)氣體混合物的溶解度的不同以實現(xiàn)氣體混合物的分離操作分離操作吸收塔吸收塔（填料）（填料）質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞精餾精餾利用均相液體混合物中各組分的揮利用均相液體混合物中各

22、組分的揮發(fā)度不同使液體混合物分離的操作發(fā)度不同使液體混合物分離的操作蒸餾塔蒸餾塔（板式）（板式）質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞32動量傳遞（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。量傳遞理論研究。熱量傳遞（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

23、論的單元操作均可用熱量傳遞理論研究。理論的單元操作均可用熱量傳遞理論研究。質(zhì)量傳遞（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)論規(guī)律的單元操作均可用質(zhì)量傳遞理論研究。律的單元操作均可用質(zhì)量傳遞理論研究。33 單元操作和三傳理論都是食品工程技術的單元操作和三傳理論都是食品工程技術的理論和實理論和實踐基礎踐基礎。 三傳理論是單元操作的三傳理論是單元操作的理論基礎理論基礎；單元操作是三傳；單元操作是三傳理論在生產(chǎn)中的理論在生產(chǎn)中的具體應用具體應用。 有些單元操作都會包含有些單元操作都會包含兩種或兩種

24、以上兩種或兩種以上的傳遞理論。的傳遞理論。34 351 1、食品工業(yè)的發(fā)展、食品工業(yè)的發(fā)展2 2、食品工程原理的研究內(nèi)容、食品工程原理的研究內(nèi)容3 3、食品工程原理的基本概念、食品工程原理的基本概念 4 4、單位與單位換算、單位與單位換算363 3、食品工程原理的基本概念、食品工程原理的基本概念3.13.1、物料衡算、物料衡算3.23.2、能量衡算、能量衡算3.33.3、物系的平衡關系、物系的平衡關系3.43.4、傳遞速率、傳遞速率3.53.5、經(jīng)濟核算、經(jīng)濟核算37（material balancematerial balance）為弄清生產(chǎn)過程中原料、成品及損失的物料數(shù)量，必為弄清生產(chǎn)過程

25、中原料、成品及損失的物料數(shù)量，必須進行物料衡算。須進行物料衡算。 在化學反應中，參加反應前各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應在化學反應中，參加反應前各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和。后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和。38 物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表達形式，即物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表達形式，即GG=G=G0 0+G+GA A 式中式中GG- -輸入物料的總和，輸入物料的總和，GG0 0- -輸出物料的總和，輸出物料的總和，GGA A - -積累積累的物料量。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，若積累的物料量為零，即連續(xù)生產(chǎn)或定態(tài)過程，則則 GG=G=G0 039 1 1）畫

26、出過程框圖，用進入箭頭表示輸入的物料，用引出箭頭）畫出過程框圖，用進入箭頭表示輸入的物料，用引出箭頭表示輸出的物料。在每個箭頭上標出物料的名稱，物料量，成表示輸出的物料。在每個箭頭上標出物料的名稱，物料量，成分含量，溫度，密度等。所有數(shù)據(jù)都標在圖上。分含量，溫度，密度等。所有數(shù)據(jù)都標在圖上。 2 2）選擇計算基準。多數(shù)情況下，圖中給出一種物料的量，可以以）選擇計算基準。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。否則，可指定一種物料量為它作為計算基準。否則，可指定一種物料量為100kg100kg作基準。作基準。 3 3）作物料衡算。衡算可以是對總量的，也可對某種成分的。）作物料衡算

27、。衡算可以是對總量的，也可對某種成分的。40例例0-1 0-1 將含將含4%4%脂肪的原料乳通過離心分離得到脂肪的原料乳通過離心分離得到脂肪含量為脂肪含量為0.45%0.45%的脫脂乳和脂肪含量為的脫脂乳和脂肪含量為45%45%的的奶油。生產(chǎn)任務規(guī)定奶油。生產(chǎn)任務規(guī)定6h6h要求處理原料乳要求處理原料乳35000kg35000kg，試求產(chǎn)品脫脂乳和奶油的流量。，試求產(chǎn)品脫脂乳和奶油的流量。 以以1h1h原料乳的流量為計算基準對整個體系（如圖虛線框原料乳的流量為計算基準對整個體系（如圖虛線框所示）進行物料衡算。所示）進行物料衡算。離心機離心機原料乳原料乳 35000/6 kg/h脂肪脂肪 4%脫

28、脂乳脫脂乳 c kg/h 脂肪脂肪 0.45%奶油奶油 w kg/h 脂肪脂肪 45% 解：解： 設設脫脂乳的流量為脫脂乳的流量為c（kg/hkg/h），奶油的流量為，奶油的流量為w （kg/hkg/h）。41對脂肪進行物料衡算對脂肪進行物料衡算：進入系統(tǒng)的脂肪含量進入系統(tǒng)的脂肪含量= =離開系統(tǒng)的脂肪含量離開系統(tǒng)的脂肪含量將上兩式聯(lián)立可解得將上兩式聯(lián)立可解得c =5368kg/h，w=465kg/h 對脂肪的物料衡算：對脂肪的物料衡算：5833 4%45%0.45%wc 5833wc總物料衡算：總物料衡算：42例例0-2 0-2 雪利酒的配制，以下列雪利酒的配制，以下列a a、b b、c c

29、三種原三種原料酒配制含酒精料酒配制含酒精16.0%16.0%、糖、糖3.0%3.0%的雪利酒。的雪利酒。 a b ca b c含酒精（含酒精（% %） 14.6 16.7 17.014.6 16.7 17.0含含 糖（糖（% %） 0.2 1.0 12.00.2 1.0 12.0解：解：以產(chǎn)品雪利酒的量以產(chǎn)品雪利酒的量m ms s=100kg=100kg作計算基準。作計算基準。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%43總物料衡算：總物料衡算：m ma a+

30、m+ mb b+ m+ mc c=100kg=100kg對酒精的物料衡算：對酒精的物料衡算：0.146m0.146ma a + 0.167m + 0.167mb b + 0.170m + 0.170mc c=0.16=0.16* *100100對糖的物料衡算：對糖的物料衡算：0.002m0.002ma a + 0.01m + 0.01mb b + 0.12m + 0.12mc c=0.03=0.03* *100100將式（將式（1 1）、（）、（2 2）、（）、（3 3）聯(lián)立可解得：）聯(lián)立可解得：m ma a=36.8kg; m=36.8kg; mb b=42.4kg; m=42.4kg; m

31、c c=20.8kg.=20.8kg.443.23.2、能量衡算（、能量衡算（energy balanceenergy balance）q 本課程所用到的能量主要有本課程所用到的能量主要有機械能機械能和和熱能熱能。q 能量衡算的依據(jù)是能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律能量守恒定律。q 熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。動能和勢能的總和動能和勢能的總和能量守恒定律: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。45QQ=Q=Q0 0+Q+QL L式中，式中，QQ隨物料進入系統(tǒng)

32、的總熱量，隨物料進入系統(tǒng)的總熱量，kJkJ或或kw;kw; Q Q0 0隨物料離開系統(tǒng)的總熱量，隨物料離開系統(tǒng)的總熱量，kJkJ或或kw; kw; Q QL L 向系統(tǒng)周圍散失的熱量，向系統(tǒng)周圍散失的熱量，kJkJ或或kwkw。46 式中，式中，m m物料的質(zhì)量，物料的質(zhì)量，kgkg；H H物料的焓，物料的焓，kJ/kgkJ/kg。焓是一個相對量。焓是一個相對量與基準溫度有關，一般以與基準溫度有關，一般以00為基準，焓為零。為基準，焓為零。式中，式中， m m物料的質(zhì)量，物料的質(zhì)量，kgkg； t t溫度，溫度，(K)(K)； c cp p等壓比熱容，等壓比熱容，kJkJ(kg(kg)47例例

33、0-3 0-3 番茄醬的冷卻，將固形物含量為番茄醬的冷卻，將固形物含量為40%40%的的番茄醬以番茄醬以100kg/h100kg/h的流量輸入冷卻器，使其由的流量輸入冷卻器，使其由9090有冷卻到有冷卻到2020，隔著金屬壁冷卻用水由，隔著金屬壁冷卻用水由1515升至升至2525，求冷卻水的流量。，求冷卻水的流量。解：解：畫出過程框圖畫出過程框圖 以以00作溫度基準作溫度基準 進入系統(tǒng)的熱流量進入系統(tǒng)的熱流量 離開系統(tǒng)的熱流量：離開系統(tǒng)的熱流量： 番茄醬 qm1=100kg/h90, w=40%, c115 水 c2 qm225 20 11 1229015mmq cqc 21 1222025m

34、mq cq c 48因過程在系統(tǒng)中無積累熱量，故因過程在系統(tǒng)中無積累熱量，故 ，則，則 水的比熱容為水的比熱容為 J/(kgJ/(kgK),K),而番茄醬的比熱容要由其中固形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容取熱容取837 J/(kg837 J/(kgK)K)，則番茄醬的比熱容：，則番茄醬的比熱容： J/(kg J/(kgK)K)因此，冷卻水的流量因此，冷卻水的流量kg/hkg/h12 121270c10cmmqq2c41861c4186 0.6837 0.428462702846

35、100476104186mq49例例0-4 0-4 高壓滅菌鍋中裝有高壓滅菌鍋中裝有10001000罐青豆罐頭。滅菌時罐頭被加熱到罐青豆罐頭。滅菌時罐頭被加熱到100100，離開滅菌鍋前要求被冷卻到，離開滅菌鍋前要求被冷卻到4040 。已知冷卻水進口溫度為。已知冷卻水進口溫度為1515 ，出口溫度為，出口溫度為3535 ，試計算共需要多少冷卻水。已知青豆罐頭的比，試計算共需要多少冷卻水。已知青豆罐頭的比熱為熱為4.1kJ/kg4.1kJ/kg, ,金屬罐的比熱為金屬罐的比熱為0.50kJ/kg0.50kJ/kg ，每一金屬罐的重量，每一金屬罐的重量是是60g60g，罐頭凈重，罐頭凈重0.45k

36、g0.45kg。假設將滅菌鍋鍋壁降到。假設將滅菌鍋鍋壁降到4040需要需要1.61.610104 4kJkJ，且忽略熱量損失。，且忽略熱量損失。進入系統(tǒng)的熱量進入系統(tǒng)的熱量： 金屬罐的熱量金屬罐的熱量=罐的質(zhì)量罐的質(zhì)量比熱比熱降低的溫度降低的溫度 =1000 0.06 0.50 （100-40）= 1.8103 kJ青豆的熱量青豆的熱量= 1000 0.45 4.1 （100-40）= 1.1105 kJ 進口處冷卻水的能量進口處冷卻水的能量=w 4.186 （15-40）=-104.6w kJ解：設需要冷卻水的質(zhì)量為解：設需要冷卻水的質(zhì)量為w w，以罐頭的最終溫度，以罐頭的最終溫度4040作

37、溫度基準作溫度基準50離開系統(tǒng)的熱量離開系統(tǒng)的熱量： 金屬罐的熱量金屬罐的熱量=1000 0.06 0.50 （40-40）= 0 kJ 青豆的熱量青豆的熱量= 1000 0.45 4.1 （40-40）= 0 kJ 出口處冷卻水的能量出口處冷卻水的能量=w 4.186 （35-40）=-20.9w kJ進入系統(tǒng)的總熱量進入系統(tǒng)的總熱量=離開系統(tǒng)的總熱量離開系統(tǒng)的總熱量，即：，即： 1800+110000+16000- 104.6w =- 20.9w w=1527kg51例例0-5 0-5 食物的直接蒸汽加熱，將食物的直接蒸汽加熱，將100kg100kg溫度為溫度為55的食品的食品物料引入加熱

38、鍋中，通入溫度為物料引入加熱鍋中，通入溫度為120.2120.2的水蒸氣直接的水蒸氣直接加熱，最后終溫度為加熱，最后終溫度為81.281.2，若食品物料的比熱容，若食品物料的比熱容 J/(kgJ/(kgK)K)，求蒸汽的消耗量。，求蒸汽的消耗量。解：畫出過程框圖解：畫出過程框圖 以以00作溫度基準。作溫度基準。 水蒸氣冷凝放出凝結熱后又降溫至水蒸氣冷凝放出凝結熱后又降溫至81.281.2放熱，兩部分放放熱，兩部分放熱之和可由始、終態(tài)的焓差直接求得。熱之和可由始、終態(tài)的焓差直接求得。3559pc 食物食物+ +冷凝水冷凝水81.281.2水蒸氣水蒸氣,x(kg),x(kg)120.2120.2食

39、物食物,100(kg),100(kg),5,5pc52查書末附錄查書末附錄4 4的飽和蒸氣表，的飽和蒸氣表，120.2120.2水蒸氣的比焓為水蒸氣的比焓為2709.2 2709.2 kJ/kg,kJ/kg,而而81.281.2液體水的比焓為液體水的比焓為339.8 kJ/kg339.8 kJ/kg。設蒸汽消耗量為。設蒸汽消耗量為x x kgkg，則蒸汽共放熱，則蒸汽共放熱 而食品物料吸熱：而食品物料吸熱： 因因 ，則蒸汽消耗量，則蒸汽消耗量1(2709.2339.8)2369.4 ()Qxx kJ72100 3559 (81.25)2.712 10 ( )QJ12QQ72.7121011.4

40、5()2369.41000 xkg533.33.3、物系的平衡關系、物系的平衡關系( (relationship of system balancerelationship of system balance) ) 平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。 以食鹽的溶解和結晶為例：以食鹽的溶解和結晶為例： 食鹽濃度食鹽濃度 飽和濃度：結晶飽和濃度：結晶 食鹽濃度食鹽濃度 飽和濃度：溶解飽和濃度：溶解 一定溫度下的飽和濃度為該物系的平衡濃度。一定溫度下的飽和濃度為該物系的平衡濃度。 平衡關系平衡關系可用來判斷過程能否進行，以及進行的方向和可用來判斷過程能否進行，以及進行的方向和能達到的限度。能達到的限度。543.43.4、傳遞速率、傳遞速率以食鹽的溶解為例：以食鹽的溶解為例：不飽和食鹽溶液：溶解速率大；食鹽濃度高時，溶解速率小。飽和食鹽溶液：溶解速率為零 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 55 傳遞速率與推動力成正比，與阻力成反比，即傳遞速率與推動力成正比，與阻力成反比，即推 動 力傳 遞 速 率 =阻 力 56推動力推動力