食品工程原理重點(diǎn)知識(shí)講解

學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料僅供學(xué)習(xí)與參考僅供學(xué)習(xí)與參考食品工程原理復(fù)習(xí)1.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，依據(jù)他們的操作原理，可以歸結(jié)為數(shù)個(gè)應(yīng)用廣泛的根本操作過程，如流體輸送、攪拌、沉降、過濾、熱交換、制冷、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸取、蒸餾、粉碎、乳化萃取、吸附、枯燥等。這些根本的物理過程稱為單元操作動(dòng)量傳遞：流體流淌時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生動(dòng)量傳遞，故流體流淌過程也稱為動(dòng)量傳遞過程。但凡遵循流體流淌根本規(guī)律的單元操作，均可用動(dòng)量傳遞的理論去爭(zhēng)論。根本規(guī)律的單元操作，均可用質(zhì)量傳遞的理論去爭(zhēng)論。單元操作與三傳的關(guān)系“三傳理論”是單元操作的理論根底，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)踐根底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dudy ，聽從今定律的流體稱為牛頓流體。μ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，簡稱為粘度抱負(fù)流體的概念及意義。抱負(fù)流體的粘度為零，不存在內(nèi)摩擦力。抱負(fù)流體的假設(shè)，為工程爭(zhēng)論帶來便利。熱力體系：指某一由四周邊界所限定的空間內(nèi)的全部物質(zhì)。邊界可以是真實(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)定流淌：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。eePVgZu2u211 1112qwePVgZ2 22222流體在兩截面間的管道內(nèi)流淌時(shí),其流淌方向是從總能量大的截面流向總能量小的截面。7.1kg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。努利方程與抱負(fù)流體柏努利方程的主要區(qū)分在于實(shí)際流體柏努利方程中有阻力損失項(xiàng)。pp/ρ+gz+u2/2=p/ρ+gz+u2/21 1 1 2 2 2pp/ρg+z+u2/2g=p/ρg+z+u2/2g1 1 1 2 2 2p+ρgz+ρu2/2=p+ρgz+ρu2/21 1 1 2 2 2圓形管道,不行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)和影響流體流淌類型的因素：u、d、ρ越大，μ越小，就越簡潔從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌Ｉ鲜鲋兴膫€(gè)因素所組成的復(fù)合數(shù)群duρ/μ，是推斷流體流淌類型的準(zhǔn)則。Re<2023穩(wěn)定的層流區(qū)2023<Re<4000由層流向湍流過渡區(qū)Re>4000湍流區(qū)依據(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400：

0.3164h efdh efdu22g阻力系數(shù)和當(dāng)量長度的聯(lián)合使用13.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、柏努利方程、摩擦阻力計(jì)算式三式的具體應(yīng)用。14主管總流量等于各并聯(lián)管段之和。串聯(lián)的多少可分為單級(jí)泵,多級(jí)泵。離心泵多承受后彎葉片是由于輸送液體期望獲得的是靜壓頭。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。離心泵簡潔產(chǎn)生氣蝕的的緣由有液體溫度過高；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)整，通常在排出管線上裝適當(dāng)?shù)恼{(diào)整閥轉(zhuǎn)變離心泵的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)變?nèi)~輪外徑。離心泵的氣蝕余量減小，則其抗氣蝕力量增大。22．造成離心泵的有效功率小于軸功率的緣由。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)際得到的有效功率量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口發(fā)生沖擊，而產(chǎn)生的能量損失。擦而消耗局部能量。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狀況無關(guān)，因此不能簡潔的用調(diào)整排出管路的閥門來調(diào)整。正位移泵的流量調(diào)整方法有兩種：一種是回路泵 的 特 性 曲 線 ：特性曲線特性曲線〔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

Ｈ－Q曲線Ｎ－Q曲線η－Q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，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。H—Q曲線代表的是在肯定轉(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PP隨Q當(dāng)Q=0將出口閥關(guān)閉η—Q作，其效率最高，故該點(diǎn)為離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。其次章 傳熱傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的根本定律，其表達(dá)式為qqTnk/mλ—比例系數(shù)，熱導(dǎo)率，w/m.k。qqTnqw/m2λ導(dǎo)熱系數(shù)(或熱導(dǎo)率，w/m.k。準(zhǔn)數(shù)名稱符號(hào)意義準(zhǔn)數(shù)名稱符號(hào)意義〔Nusselt〕表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)〔Reynolds〕普蘭特準(zhǔn)數(shù)〔Prandtl〕確定流淌狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)表示物性影響的準(zhǔn)數(shù)Gr=βgΔTl3ρ數(shù)〔Grashof〕2/μ2 表示自然對(duì)流影響的準(zhǔn)數(shù)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用。各種單元操作〔如蒸餾、蒸發(fā)、枯燥、結(jié)晶等〕對(duì)溫度有肯定的要求。傳熱的根本方式及特點(diǎn)。熱傳導(dǎo)物體各局部之間不發(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導(dǎo)熱對(duì)流流體各局部之間發(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)流熱輻射因熱的緣由而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。全部物體都能將熱以電磁波的形式放射出去，而不需要任何介質(zhì)。任何物體只要在確定零度以上都能放射輻射能，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。供給或取走熱量，此種流體稱為載熱體。熱傳導(dǎo)：物體各局部之間不發(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：是在流體流淌進(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)展熱量傳遞的，與流體的流淌狀況親熱相關(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)動(dòng)狀況、流體對(duì)流的狀況、傳熱外表的外形、位置及大小等。9.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。aaQST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/(m2·℃)，它反映了對(duì)流傳熱的快慢，α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。冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻面上形成很多液滴，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：影響冷凝傳熱的因素：不凝性氣體的影響:在蒸汽冷凝時(shí)不凝性氣體在液膜外表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。K器的類型。QQKSTKw/〔m2·k〕S——m2ΔT--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TmTTlnTmTTlnT21T21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、削減傳熱阻力等。在空氣-蒸汽間壁換熱過程中可承受提高空氣流速方法來提高傳熱速率最合理。蒸汽冷凝時(shí)的熱阻打算于液膜厚度。第四章顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)1.單顆粒的特性主要是顆粒的大小、外形、和外表積。顆粒的當(dāng)量直徑的三種表示方法。devdev3Dev―顆粒等體積當(dāng)量直徑，m；V―顆粒的體積，m3。等比外表積當(dāng)量直徑:與非球形顆粒比外表積相等的直徑為該顆粒的等比外表積當(dāng)量直徑。d d esS等外表積當(dāng)量直徑:與非球形顆粒外表積相等的直徑為該顆粒的等外表積當(dāng)量直徑。床層的空隙率ε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)。4.1.34.1.3顆粒床層的特性大量固體顆粒積存在一起形成顆粒床層。響的床層特性有:1.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ρ和μ，床層特性ε和a。全部這些因素中，影響最大的是床層空隙率ε流體通過一組平行細(xì)管流淌的壓降為PPLu2de2e eL—床層高度，m；de－床層流道的當(dāng)量直徑，m；流體在床層內(nèi)的實(shí)際流速，m/sPP150(1)2Lu1.75(1)Lu3d2p3d2p當(dāng)(Re)p﹤20當(dāng)(Re)p﹥1000dddu( )g34dp pu2puut4gd( )p p〔Rep≤1斯托克斯區(qū)〕湍流區(qū)〔500<Rep≤2×105牛頓區(qū)〕uutgd2( )p18puut3g()dp p1)顆粒直徑dp:2)連續(xù)相的粘度3)兩相密度差(p-)：4)5)影響，其沉降速度較自由沉降速度小，這種影響稱為壁效應(yīng)。干擾沉降：當(dāng)非均相物系中的顆粒較多，顆粒之間相互距離較近時(shí)，比自由沉降的小。流化床的主要特性：過濾:以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過孔通道的液體。濾餅或?yàn)V渣:被截留的固體物質(zhì)過濾介質(zhì)的作用(濾餅過濾)：促使濾餅的形成，并支承濾餅。過濾介質(zhì)應(yīng)具有如下性質(zhì)：多孔性，液體流過的阻力小。有足夠的強(qiáng)度。耐腐蝕性和耐熱性。孔道大小適當(dāng)，能發(fā)生架橋現(xiàn)象。無毒，易清洗消毒，不易滋生微生物等。板框過濾機(jī)的操作是間歇式的，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸渣、整理五個(gè)階段。板框壓濾機(jī)濾板的作用是供給濾液通道,支撐濾布。于流體的某些表現(xiàn)特性，這就是固體流態(tài)化。能消滅以下幾種狀況:固定床階段、流化床階段、氣力輸送階段。10.流化床的不正?，F(xiàn)象。(1之比值過大，或氣速過高，或氣體分布不均時(shí)，會(huì)發(fā)生氣泡合并現(xiàn)象。當(dāng)顆粒則分散落下，這種現(xiàn)象稱為騰涌現(xiàn)象流化床發(fā)生騰涌時(shí)，不僅使氣-固接觸不均，顆粒對(duì)器壁的磨損加劇，而且引起設(shè)備振動(dòng)。(2)．溝流現(xiàn)象溝流現(xiàn)象是指氣體通過床層時(shí)形成短路，大局部氣體穿過溝道上升，沒有與固體顆粒很好地接觸。粒度過細(xì)、密度大、易于粘連的顆粒，以及氣體在分布板處的初始分布不均，都簡潔引起溝流。臨界流化速度的概念及確定。確定臨界流化速度主要有兩種方法：試驗(yàn)測(cè)定法和關(guān)聯(lián)式計(jì)算法設(shè)以空氣為流化介質(zhì)時(shí)測(cè)定的臨界流化速度umf′，則實(shí)際生產(chǎn)中的臨界流化umfρ-實(shí)際流化介質(zhì)密度，kg/m3；ρ′-空氣密度，kg/m3；μPa·s；μ′-空氣的粘度，Pa·s。點(diǎn)的壓力降既符合流化床的規(guī)律也符合固定床的規(guī)律。1/4。分之一。恒壓過濾的特點(diǎn)：濾餅不斷變厚、阻力漸漸增加、推動(dòng)力恒定、過濾速率漸漸變小線增加。所以，在實(shí)踐中很少承受完全恒速過濾的方法。第七章吸取與蒸餾〔Fick〕定律:ABAJ D dcAAA

AB dzJA——Azkmol/m2·s;cA——Akmol/m3；DAB——AA、Bm2/s“-”——表示集中沿著濃度降低方向進(jìn)展。J D dcB同理，對(duì)BB

BA dzJB——Bzkmol/m2·s;cB——Bkmol/m3；DBA——BA、Bm2/s1.等摩爾逆向集中:dpdzAdpdzdpdzAdpdzBp pA1B1pA2pB2pJ JA BN N ADRTz(p p )A1A2對(duì)于氣體:N N D(cAzA1cA2)傳質(zhì)速率ＮAA

D p (p p )ANND cZcBm(c c )A1 A2A

RTZp A1 A2BmP/PBm總是大于1，稱為“漂流因子”或“移動(dòng)因子整體移動(dòng)在傳質(zhì)中所占重量越大.到與氣相濃度相平衡的濃度。吸取塔內(nèi)填裝肯定高度的料層，其作用是供給足夠的氣液兩相傳質(zhì)面積。傳質(zhì)速率是將一相主體濃度和界面濃度之差為對(duì)流傳質(zhì)推動(dòng)力，而將其它影響對(duì)流傳質(zhì)的因素均包含在傳質(zhì)系數(shù)中。雙膜理論的根本論點(diǎn):(1烈，質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以無視不計(jì)，分壓或濃度均勻化，無分壓或濃度梯度。YVYVXYVXLL11L/V大，操作線斜率大，操作線與平衡線的距離大，塔內(nèi)傳(2)L/V吸取劑出塔濃度X1〔3〕假設(shè)L/V減小，吸取劑出塔濃度X1大，設(shè)備費(fèi)用增多。升溫會(huì)使氣體在液體中的溶解度變小，對(duì)吸取操作不利。在分子傳質(zhì)中，總體流淌是如何形成的？在吸取過程中，氣液平衡關(guān)系對(duì)各傳遞步驟阻力的大小及傳質(zhì)總推動(dòng)液相阻力掌握。精餾過程的根本原理：液體混合物經(jīng)屢次局部汽化和冷凝后，便可得到幾乎完全的分別。精餾與簡潔蒸餾的區(qū)分〔〕汽相和液相的局部回流也是精餾操作的根本條件。它是兩相不斷進(jìn)展物質(zhì)傳遞從而實(shí)現(xiàn)高純度分別的充分必要條件，而這種傳遞和分別的依據(jù)則仍舊是各組分揮發(fā)度的不同。理論板的概念：指離開該板的汽液兩相互成平衡，塔板上各處的液相組成均勻全都的抱負(fù)化塔板?！车?。精餾段:V1=V2=V3=…Vn=V=定值提餾段:V1′=V2′=V3=…V′m=V′=定值但V與V′不肯定相等。恒摩爾溢流：在精餾塔內(nèi)，從精餾段或提餾段每層塔板下降的液相摩爾流量分別相等，但兩段下降的液相摩爾流量不肯定相等。精餾段:L1=L2=L3=…Ln=L=定值提餾段:L1′=L2′=L3′=…Lm′=L′=定值但L與L”不肯定相等。每千摩爾進(jìn)料變?yōu)轱柡驼羝锜崃?Hi

F進(jìn)料的千摩爾汽化潛熱r r完成一個(gè)精餾操作的兩個(gè)必要條件是塔頂液相回流和塔底上升蒸氣。進(jìn)入精餾塔的原料液可能有的五種熱狀況：冷液進(jìn)料 q>1飽和液體〔泡點(diǎn)〕進(jìn)料 q=1汽液混合物進(jìn)料 0<q<1飽和蒸汽〔露點(diǎn)〕進(jìn)料 q=0過熱蒸汽進(jìn)料 q<0汽液共存區(qū)三個(gè)區(qū)域。對(duì)于二元抱負(fù)溶液,相對(duì)揮發(fā)度α大,說明該物系簡潔分別。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)展物質(zhì)傳遞。屢次且同時(shí)進(jìn)展局部汽化。為什么精餾塔分精餾段和提餾段？因沒有經(jīng)過精餾段的精制，純度一般不會(huì)高。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。ynyn1RR 1x n1R 1xD及xDRnXn板(第n+1Rminx yDRminx yDy xqqqRmin R

x yD qR

1 x xminD min

整理得12一．相對(duì)濕度〔濕度比pS之比，稱為相對(duì)濕度，用符號(hào)φ v 即s

pvp 其中，當(dāng)pv=0，φ=0，表示濕空氣不含水分，s即為絕干空氣。當(dāng)pv=ps，φ=1，表示濕空氣為飽和空氣。否作為枯燥介質(zhì)，φ