食品工程原理重點(diǎn)知識(shí)講解

1、食品工程原理復(fù)習(xí)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)單元操作與三傳理論的概念及關(guān)系。不同食品的生產(chǎn)過程應(yīng)用各種物理加工過程，根據(jù)他們的操作原 理，可以歸結(jié)為數(shù)個(gè)應(yīng)用廣泛的基本操作過程，如流體輸送、攪 拌、沉降、過濾、熱交換、制冷、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸收、蒸餾、粉 碎、乳化萃取、吸附、干燥等。這些基本的物理過程稱為 單元 操作動(dòng)量傳遞：流體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生動(dòng)量傳遞，故流體流動(dòng)過程 也稱為動(dòng)量傳遞過程。凡是遵循流體流動(dòng)基本規(guī)律的單元操作， 均可用動(dòng)量傳遞的理論去研究。熱量傳遞：物體被加熱或冷卻的過程也稱為物體的傳熱過程。凡 是遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作，均可用熱量傳遞的理論去研究。 質(zhì)量傳遞：兩相間物質(zhì)的傳遞過程即為質(zhì)

2、量傳遞。凡是遵循傳質(zhì) 基本規(guī)律的單元操作，均可用質(zhì)量傳遞的理論去研究。單元操作與三傳的關(guān)系“三傳理論”是單元操作的理論基礎(chǔ)，單元操作是“三傳理論” 的具體應(yīng)用。同時(shí)，“三傳理論”和單元操作也是食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐 基礎(chǔ)粘度的概念及牛頓內(nèi)摩擦（粘性）定律。牛頓黏性定律的數(shù)學(xué)表 達(dá)式是匚=四d ./ y，服從此定律的流體稱為牛頓流體。U比例系數(shù)，其值隨流體的不同而異，流體的黏性愈大，其值愈 大。所以稱為粘滯系數(shù)或動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱為粘度理想流體的概念及意義。理想流體的粘度為零，不存在內(nèi)摩擦力。理想流體的假設(shè)，為工 程研究帶來方便。熱力體系：指某一由周圍邊界所限定的空間內(nèi)的所有物質(zhì)。邊 僅供學(xué)習(xí)與參

3、考學(xué)習(xí)資料界可以是真實(shí)的，也可以是虛擬的。邊界所限定空間的外部稱為 外界。穩(wěn)定流動(dòng)：各截面上流體的有關(guān)參數(shù)（如流速、物性、壓強(qiáng)） 僅隨位置而變化，不隨時(shí)間而變。e + PV + gZ + 七 + q + w e + PV + gZ + - 11 11222 222流體在兩截面間的管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)方向是從總能量大的截面 流向總能量小的截面。7.1kg理想流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)而又沒有外功加入時(shí)，其柏努利方 程式的物理意義是其總機(jī)械能守恒，不同形式的機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換。實(shí)際流體與理想流體的主要區(qū)別在于實(shí)際流體具有黏性，實(shí)際流體柏 努利方程與理想流體柏努利方程的主要區(qū)別在于實(shí)際流體柏努利方程中

4、有阻力損失項(xiàng)。柏努利方程的三種表達(dá)式p /p +gz +u 2/2 = p /p +gz +u 2/2111222p /pg +z +u 2/2g = p /pg +z +u 2/2g111222pi+ p gz1+ p u；/2 = p2 + p gz2+ p 42/2管中穩(wěn)定流動(dòng)連續(xù)性方程：在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動(dòng)中，流體 流速與管道的截面積成反比。截面積愈大之處流速愈小，反之亦然。對(duì)于 僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料圓形管道，不可壓縮流體在管道中的流速與管道內(nèi)徑的平方成反比。雷諾準(zhǔn)數(shù)和影響流體流動(dòng)類型的因素：u、d、P越大，u越小，就越 容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。上述中四個(gè)因素所組成的復(fù)合數(shù)群

5、dup/u，是 判斷流體流動(dòng)類型的準(zhǔn)則。Re 20002000 Re 4000穩(wěn)定的層流區(qū)由層流向湍流過渡區(qū)湍流區(qū)根據(jù)柏努利方程式，等徑管路的水頭損失即管路兩端壓強(qiáng)差。布拉修斯公式（Re大于4000）：人=口3164流體湍流流動(dòng)時(shí)的速度分布是由三層構(gòu)成,25它們分別是層流內(nèi)層、緩 沖層和湍流中心。10.流體在光滑管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)人與Re和A/d有關(guān)；若其作完全湍流（阻力平方區(qū)），則人僅與A/d有關(guān)。阻力系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度的聯(lián)合使用罰 上（/ +以）+ u|_烏_| 2g管路計(jì)算的目的是確定流量、管徑和能量之間的關(guān)系。管路計(jì)算包 括設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算兩種類型。管路計(jì)算是連續(xù)性方程、柏努

6、利方程、摩擦阻力計(jì)算式三式的具體應(yīng)用。流體流經(jīng)并聯(lián)管路系統(tǒng)時(shí)，遵循的原則是各并聯(lián)管段的壓強(qiáng)降相等、主管總流量等于各并聯(lián)管段之和。離心泵葉輪按有無擋板可分為閉式，半閉式，開式。離心泵按葉輪 串聯(lián)的多少可分為單級(jí)泵，多級(jí)泵。離心泵多采用后彎葉片是因?yàn)檩斔鸵后w希望獲得的是靜壓頭。離心泵在啟動(dòng)前應(yīng)灌泵，否則會(huì)發(fā)生氣縛現(xiàn)象；離心泵的安裝高度學(xué)習(xí)資料應(yīng)小于允許安裝高度，否則會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。離心泵容易產(chǎn)生氣蝕的的原因有液體溫度過高；管道阻力過大；流 體沸點(diǎn)低等。離心泵的工作點(diǎn)是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。離心泵的流量調(diào)節(jié)，通常在排出管線上裝適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥改變離心泵 的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪外徑。離心泵的氣蝕余量

7、減小，則其抗氣蝕能力增大。造成離心泵的有效功率小于軸功率的原因。軸功率指泵軸所獲得的功率。由于有容積損失、水力損失與機(jī)械損失， 故泵的軸功率要大于液體實(shí)際得到的有效功率容積損失是由于泵的泄漏造成的。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有一部分獲得能 量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口水力損失是由于流體流過葉輪、泵殼時(shí)，由于流速大小和方向要改變，且 發(fā)生沖擊，而產(chǎn)生的能量損失。機(jī)械損失是泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在軸承、軸封裝置等機(jī)械部件接觸處由于機(jī)械磨 擦而消耗部分能量。泵的轉(zhuǎn)速是指離心泵、旋轉(zhuǎn)泵的泵軸的轉(zhuǎn)速或往復(fù)泵曲軸的轉(zhuǎn)速，單位: r/min正位移泵的流量與泵的壓頭及管路情況無關(guān)，因此不能簡(jiǎn)單的用調(diào)節(jié) 排

8、出管路的閥門來調(diào)節(jié)。正位移泵的流量調(diào)節(jié)方法有兩種：一種是回路 調(diào)節(jié)；一種是改變曲軸的沖程大小。泵 的 特 性 曲 線特性曲線:在固定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的基本性能參數(shù)（流量、壓頭、功率和效率）之間的關(guān)系曲線。圖上繪有三種曲線VHQ曲線NQ曲線nQ曲線強(qiáng)調(diào)：特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測(cè)出的，只適用于該轉(zhuǎn)速，故特性曲線圖上都注明轉(zhuǎn)速n的數(shù)值。HQ曲線代表的是在一定轉(zhuǎn)速下流體流經(jīng)離心泵所獲得的能量與流量的 關(guān)系，是最為重要的一條特性曲線。P-Q曲線表示泵的流量Q和軸功率P的關(guān)系，P隨Q的增大而增大。顯然， 當(dāng)Q=0時(shí)，泵軸消耗的功率最小。啟動(dòng)離心泵時(shí)，為了減小啟動(dòng)功率，應(yīng) 將出口閥關(guān)閉nQ曲線最大值相當(dāng)于效

9、率最高點(diǎn)。泵在該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓頭和流量下操 作，其效率最高，故該點(diǎn)為離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。第二章傳熱 傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，其表達(dá)式為 僅供學(xué)習(xí)與參考q 石 q 一熱流密度，簡(jiǎn)稱傳熱速率，w/m2 一導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，k/m入一比例系數(shù)，熱導(dǎo)率，w/m.ko傅立葉定律q =爐6nq -熱流密度，w/m2人一一導(dǎo)熱系數(shù)（或熱導(dǎo)率），w/m.k。傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：熱流密度與溫 度梯度成正比式中的負(fù)號(hào)指熱流方向和溫度梯度方向相反。準(zhǔn)數(shù)名稱符號(hào)意義努塞爾特準(zhǔn)數(shù)（Nusselt）Nu= aL/入表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)(Reynolds)Re=LuP / u確

10、定流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)（Prandtl）Pr二cpu/ 入表示物性影響的準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn) 數(shù)（Grashof）Gr= Pg A Tl3 P 2/u2表示自然對(duì)流影響的準(zhǔn)數(shù)傳熱的概念：傳熱是由于溫度差而引起的能量轉(zhuǎn)移。熱量總是自動(dòng)地由 高溫區(qū)傳遞到低溫區(qū)。熱量傳遞是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象，在工程 技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用。傳熱在食品工程中的應(yīng)用：食品加工過程中的溫度控制、滅菌過程以及各種單元操作（如蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶等）對(duì)溫度有一定的要求。傳熱的基本方式及特點(diǎn)。熱傳導(dǎo)物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子 等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳土

11、熱對(duì)流 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對(duì) 流。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中熱對(duì)流的兩種方式：強(qiáng)制對(duì)流：因泵、 風(fēng)機(jī)或攪拌等外力所導(dǎo)致的對(duì)流稱為強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流：由于流體 各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對(duì)位移，這種對(duì) 流稱為自然對(duì)流熱輻射因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有 物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)。任何物 體只要在絕對(duì)零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的 時(shí)候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。在食品生產(chǎn)中，物料在換熱器內(nèi)被加熱或冷卻時(shí)通常需要用另一種流體 供給或取走熱量，此種流體稱為載熱體。熱傳導(dǎo)：物體各部分之

12、間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電 子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。傅立葉定律中的負(fù)號(hào)是指熱流方向和溫度梯度方向相反。對(duì)流傳熱：是在流體流動(dòng)進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體 質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動(dòng)情況密切相關(guān)。影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素流體的狀態(tài)、流體的物理性質(zhì)、流體的運(yùn)學(xué)習(xí)資料動(dòng)狀況、流體對(duì)流的狀況、傳熱表面的形狀、位置及大小等。對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中準(zhǔn)數(shù)的符號(hào)及意義。S AT在數(shù)值上等于單位溫度差下、單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率，其單位為W/(m2C),它反映了對(duì)流傳熱的快慢，a愈大表示對(duì)流傳熱愈快。蒸汽冷凝有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。膜狀冷凝:由于冷

13、凝液能潤(rùn)濕壁面，因而能形成一層完整的液膜。在整個(gè) 冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻滴狀冷凝：若冷凝液不能潤(rùn)濕冷壁面，由于表面張力的作用，冷凝液在壁 面上形成許多液滴，并沿壁面落下，該種冷凝稱為滴狀冷凝。冷、熱流體通過間壁兩側(cè)的傳熱過程包括熱流體以對(duì)流方式將熱量傳 遞給管壁、熱量以熱傳導(dǎo)方式由管壁的一側(cè)傳遞至另一側(cè)、傳遞至另一側(cè) 的熱量又以對(duì)流方式傳遞給冷流體三個(gè)步驟。影響冷凝傳熱的因素:不凝性氣體的影響：在蒸汽冷凝時(shí)不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)降低。蒸汽流速和流向的影響:冷卻壁面的高度及布置方式:流體物性：冷凝液的密度越大，粘度越小，則液膜厚度越小，a越大

14、。總傳熱系數(shù)K的數(shù)值取決于流體的物性、傳熱過程的操作條件及換熱 器的類型。Q = KS ATK換熱器的平均總傳熱系數(shù)，w/ (m2k )S換熱器的總傳熱面積，m2AT-換熱器間壁兩側(cè)流體的平均溫差逆流和并流時(shí)的平均溫度差A(yù)T - ATATm = 2AT i ATm稱為對(duì)數(shù)平均半徑。當(dāng) T2/ AT1W 2時(shí)，可用( ln廿T2+ AT1) /2代替對(duì)數(shù)平均溫度差。1間壁式換熱器換熱操作中，壁溫總是接近對(duì)流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體 的溫度。強(qiáng)化傳熱的途徑有增大傳熱面積、降低加熱介質(zhì)溫度、增加平均溫 度差、減少傳熱阻力等。在空氣-蒸汽間壁換熱過程中可采用提高空氣流速方法來提高傳熱速率最合理。蒸汽冷凝時(shí)

15、的熱阻決定于液膜厚度。第四章 顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)單顆粒的特性主要是顆粒的大小、形狀、和表面積。顆粒的當(dāng)量直徑的三種表示方法。，而 等體積當(dāng)量直徑:顆粒的等體積當(dāng)量直徑為與該顆粒體積相等的 如=3 T直徑。Dev 顆粒等體積當(dāng)量直徑，m； V 顆粒的體積，m3。等比表面積當(dāng)量直徑：與非球形顆粒比表面積相等的直徑為該 顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑。dea顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑，m；/ S 等表面積當(dāng)量直徑：與非球形顆粒表面積相等的直徑為該顆 d = n粒的等表面積當(dāng)量直徑。床層的空隙率e的概念及影響因素?？障堵实拇笮∨c顆粒形狀、粒度 分布、顆粒直徑與床層直徑的比值、床層的填充方式等因素有關(guān)。4

16、.1.3顆粒床層的特性大量固體顆粒堆積在一起形成顆粒床層。靜止的顆粒床層又稱為固定床。對(duì)流體通過床層流動(dòng)產(chǎn)生重要影響的床層特性有:床層的空床層中顆粒之間的空隙體積與整個(gè)床層體積之比稱為空隙率。床層體積-顆粒體積床層體積影響床層壓降的因素有三個(gè)，即操作因素u,流體物性P和u,床層 特性e和a。所有這些因素中，影響最大的是床層空隙率e。流體通過一組平行細(xì)管流動(dòng)的壓降為AP =入匕pde 2AP-流體通過床層的壓降，Pa;L一床層高度，m； de一床層流道的當(dāng)量直徑，m；(1 一 )2(1-8)AP = 150 (匚目Lu +1.75 () Lpu2 3d 2 3dPPul 流體在床層內(nèi)的實(shí)際流速，

17、m/s歐根方程,其實(shí)驗(yàn)范圍為Rep = 0.17420 當(dāng)(Re)p 1000時(shí)，等式右邊第一項(xiàng)可略去。在重力沉降操作中，影響沉降速度的因素主要有顆粒體積分?jǐn)?shù)、器壁 效應(yīng)和顆粒形狀。沉降速度 對(duì)于球形顆粒du _/PP、3&p，4gd (p -p)則可得沉降速度計(jì)算式dTpp g 4dppfut - IP3p層流區(qū)（Rep W 1斯托克斯區(qū)） 湍流區(qū)（5001冷液進(jìn)料僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料q=1 TOC o 1-5 h z 汽液混合物進(jìn)料0q1飽和蒸汽（露點(diǎn)）進(jìn)料q =0過熱蒸汽進(jìn)料q 0溫度一組成（t-x-y）圖的上下兩曲線將圖分成液相區(qū)、過熱蒸汽區(qū)和 汽液共存區(qū)三個(gè)區(qū)域

18、。對(duì)于二元理想溶液，相對(duì)揮發(fā)度a大，說明該物系容易分離。再沸器的作用：加熱液體產(chǎn)生蒸氣，蒸氣沿塔上升，與下降的液體逆 流接觸進(jìn)行物質(zhì)傳遞。多次且同時(shí)進(jìn)行部分汽化。為什么精餾塔分精餾段和提餾段？若在塔頂進(jìn)料則只有塔底的重組分產(chǎn)品可達(dá)高純度，塔頂引出的蒸汽 因沒有經(jīng)過精餾段的精制，純度一般不會(huì)高。若在塔底進(jìn)料則只有塔頂?shù)妮p組分產(chǎn)品可達(dá)高純度，塔底的液體因未 經(jīng)提餾段提濃，純度一般也不會(huì)高。只有包括了精餾段和提餾段的精餾塔才可能由塔頂和塔底連續(xù)地分 別得到高純度的輕、重組分產(chǎn)品。為什么精餾的操作線為直線？R1七+1二E七+ E七根據(jù)恒摩爾流假設(shè)，L為定值，且在穩(wěn)定操作時(shí)，D及xD為定值，故 僅供學(xué)習(xí)

19、與參考R為常量。它描述了任一板（第n層板）的液體組成Xn與此相鄰的下一塔 板（第n+1層）上升的蒸汽組成之間的關(guān)系，為一線性關(guān)系。27.恒摩爾流假定成立的條件：氣液兩相接觸時(shí)，若有1kmol蒸氣冷 凝使1kmol的液體汽化，這時(shí)氣液流符合恒摩爾流假定。L=22.R =七28.最小回流比的計(jì)算：Rmin +1七-七整理得min y - Xq q第12章干燥原理相對(duì)濕度（濕度比）巾:在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pv 與同溫度下水的飽和蒸汽壓pS之比，稱為相對(duì)濕度，用符號(hào)巾表示，。=J = J即P ,p s其中，當(dāng)pv=0時(shí)，巾=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當(dāng)pv=ps時(shí)，巾=1，

20、表示濕空氣為飽和空氣。相對(duì)濕度可以說明濕空氣偏離飽和空氣的程度，能用于判定該濕空氣能 否作為干燥介質(zhì)，巾值越小，則吸濕能力越大。在干燥操作中，總是先將空氣加熱后再送入干燥器內(nèi)，其目的是降低相 對(duì)濕度以提高吸濕能力。干球溫度T：用普通溫度計(jì)直接測(cè)得的濕空氣的溫度，它是空氣的真 實(shí)溫度。濕球溫度TM:用濕紗布包裹溫度計(jì)的感溫部分（水銀球），紗布下端浸在 水中，以保證紗布一直處于充分潤(rùn)濕狀態(tài)，這種溫度計(jì)稱為濕球溫度計(jì)。僅供學(xué)習(xí)與參考對(duì)于不飽和空氣，該空氣的三個(gè)溫度干球溫度t,濕球溫度Tm和露點(diǎn)Td 的關(guān)系是：在不飽和空氣中濕球溫度TM低于干球溫度T。原理圖如下：（形成過程見課本348頁(yè)）強(qiáng)調(diào)：濕球溫

21、度實(shí)際上是濕紗布中水分的溫度，而并不代表空氣的真實(shí) 溫度，由于此溫度由濕空氣的溫度、濕度所決定，故稱其為濕空氣的濕球 溫度，所以它是表明濕空氣狀態(tài)或性質(zhì)的一種參數(shù)。對(duì)于某一定干球溫 度的濕空氣，其相對(duì)濕度越低，濕球溫度值越低。對(duì)于飽和濕空氣而言， 其濕球溫度與干球溫度相等。濕球溫度的高低不僅與空氣的干球溫度t 有關(guān)，還與空氣的濕含量d有關(guān)，所以他是濕空氣的一項(xiàng)狀態(tài)函數(shù)。露點(diǎn)溫度Td :不飽和的空氣在濕含量d不變的情況下冷卻，達(dá)到飽 和狀態(tài)時(shí)的溫度，稱為該濕空氣的露點(diǎn),用符號(hào)Td表示。若濕空氣的溫 度降低到露點(diǎn)一下，則所含超過飽和部分的水蒸汽將以液態(tài)水的形式凝結(jié) 出來。二空氣=濕含1 量d補(bǔ)充液，溫度學(xué)習(xí)資料空氣的焓濕圖（濕空氣各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)之間的相互關(guān)系）恒速干燥與降速干燥階段的分界點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的物料含水量 稱為臨界含水量。影響降速干燥階段干燥速率的主要因素：臨界含水量越大，則會(huì)過早 的轉(zhuǎn)入降速干燥階段，使在相同的干燥任務(wù)下所需的干燥時(shí)間加長(zhǎng)。臨界 含水量與物料的性質(zhì)、厚度、干燥速率有關(guān)。干燥速率主要決定于物料本 身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。而與空氣的性質(zhì)關(guān)系很小。平衡水分：與一定狀態(tài)的空氣成平衡時(shí)的物料，最終必有一水分含量 與之對(duì)應(yīng)，該水分稱為平衡水。平衡水分和結(jié)