《食品工程原理》教案 (第1次课2学时) 一、授课题目 绪论 二、教学目的和要求 通过本次课的学习，要求学生了解《食品工程原理》课程的目的和特点，食品工 程的发展现状与趋势。 三、教学重点和难点 1、介绍食品工程原理研究的内容、目的及方法： 2、介绍单位制及因次分析方法 四、教学过程 第1页共7页（绪论）
绪论 食品工程原理(principles of Food Engineering) 1食品加工过程及单元操作 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生活资料的工业 食品生产：(1)化学反应过程：如食品风味的形成 (2)物理加工过程：不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，根据他 们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降 过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。 这些基本的物理过程称为单元操作。 11单元操作的应用及特点 ◆若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。 ÷均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性质。 冬同一食品生产过程中可能会饱含多个相同的的单元操作。 ?单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可以通 用。 12单元操作的分类（按其理论基础） (1)流体流动过程(luid flow process):包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。 (2)传热过程(heat transfer process):包括热交换、蒸发等。 (3)传质过程(mass transfer process):包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论” 1.3三传理论 动量传递(momentum transfer):流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过 程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，到可以用动量传递 的理论去研究。 热量传递(neat transfer):物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡是 遵循传热基本规律的单元操作，到可以用热量传递的理论去研究。 质量传递(mass transfer):两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基 本规律的单元操作，到可以用质量传递的理论去研究。 第2页共7页（绪论）
1.4单元操作与三传的关系 杀 菌：传热： 过 滤：流体流动： 真空浓缩：传热、传质、流体流动： “三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用 同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础。 流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作的理论基础。许多单元操作都会包含 两种以上的传递现象，如干燥、精馏等。 2课程性质、内容及任务 2.1课程性质 食品工程原理是食品工程等工科专业的专业基础课」 先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。 2.2课程内容 本课程主要介绍三传理论”和“单元操作”。 2.3课程任务 《食品工程原理》是食品工程专业学生的必修课，其主要任务是： 介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理： 掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计篁、选型及实验研究方法： 培养学生运用基础理论分析和解决食品工程单元操作中各种工程实际问题（计算、选 型及实验研究方法的能力。 3单位与单位换算 3.1单位制 国际单位制(S制：力学中“米m”,质量“千克kg”,时间“秒s”,热学中“开尔文K”, 光学中“坎德拉cd”,电学中“安培A”,化学和分子物理学中“摩尔mo SI制具有通用性的优点，同一种物理量只有一个单位。 其它单位制： (1)重力单位制或工程单位制：长度单位是米，力的单位是公斤，时间的单位是 秒。力的单位“公斤”的规定相当于真空中1kg质量的物体，在重力加速度为9.81ms2 处所受的重力。根据牛顿第二定律F=a 第3页共7页（绪论）
1公斤=1kg×9.81m/s2-9.81kgm/s2-9.81N (2)质量单位制(cg罗制)和绝对单位制(mks制)： 三个基本量是长度、时间、质量。 国因际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的。 基本单位：独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则 规定出它们的单位。 导出单位：一些物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意 义，由有关基本单位组合而成，这种组合单位称为导出单位。 3.2因次 法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分别用符号L、M、T、0表 示，则导出量可由这些基本量的符号组合而成。 例：速度一[LT门：加速度一[LT-2]:力一[MLT2] 若某物理量以[MaLbTe]表示，则称它为该物理量的因次或量纲(dimension)(严 格地说，指数a、b、c称为因次，[MLT]称为该物埋量的因次式或量纲式)。它表 示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。当a=b=c=0时，时[MLT门= [],称为无因次(dimensionless)。 量纲分析： a=ku"'Cpu'(B gAT)'Is N.mls kg.mls2.mls kg a m.K-m.K m2.KK.s M:N.5 hg 元：w-gm m2 m.s mK s.K C kg.KK.s :0 俱4n大婴K-贸 号Ar停r天停r骨学m m 两边同量纲幂指数相等 kg :I a b d K:1=b+c s:-3=-a-3b-2c-e-2f m:0=-a+b+2c-3d+e+f+g 第4页共7页（绪论）
联立求解求4个未知数 h=1-c a=c-d a=c-e-2f ∴.d=e+2f a=c-e-2f g=e+3f+1 代入原式：a=ku--2y-C,p42/w(BgAT)/L*3日 将同次方合在一起： g-2r学r2y Nu=k.Re".Pr.Gr/ 3.3单位换算 同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。 4单元操作中常用的基本概念 物料衡算：能量衡算：物系的平衡关系：传递速*：经济核算。 4.1物料衡算(material balance). 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累 积的物料质量，即：输入量一输出量=累积量 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳定操作状态时，过程中 不应有物料的积累，则物料衡算关系为：输入量=输出量 用物料衡算式可由过程的己知量求出未知量。 物料衡算的步骤： (1)根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数 据与待求量。 (2)规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作 为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知 量。 4.2能量衡算(energy balance) 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。 第5页共7页（绪论）
4.3物系的平衡关系(relationship of system balance) 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。 以食盐的溶解和结晶为例：食盐浓度>饱和浓度：结晶 食盐浓度<饱和浓度：溶解 该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。 平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度 4.4传递速率(rate of transfer process) 以食盐的溶解为例： 不饱和食盐浴液：溶解速举（单位时间内浴解的食盐质量）大；食盐浓度高时，浴 解速举小。 饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零 溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大：溶液浓度越是接近平衡浓度，其 溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推动力(driving force). 颗粒大小和搅拌对溶解速*有影响。 原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大：由不搅拌改为 搅拌，能使浴液质点对流。其结果能减小溶解过程的阻力(resistance)。 过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即： 此关系类似于电学中欧姆定律。 过程的传递速*是决定化工设备的重要因素，传递速*增大时，设备尺寸可以变小 4.5经济核算(economic evaluations) 效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生产定量的某种产品所需要 的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选 用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设 计方案。 本课程中，各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并 以最优经济效益作为最终的设计方案。 任何一个科研成果都要通过工程技术才能得以大规模生产，才能实现它的社会价 值，造福于广大的人民样众。 《食品工程原理》是将实验室科研成果转入工业化生产的基础理论课程 第6页共7页（绪论）
五、作业 课后思考题1、2(P80) 六、主要参考资料 1、姚玉英主编.化工原理（新版）（上下册）.天津：天津大学出版社，2000 2、高福成主编食品工程原理.北京：轻工业出版社，1999 3、夏清陈常贵等.化工原理（上册）.天津：天津大学出版社，2005 4、陈均志等.化工原理实验及课程设计.陕西：陕西人民出版社，2002 5、陈均志，李磊.化工原理实验及课程设计.北京：化学工业出版社，2008 6 http://www.foodmate.net/lesson/34/ 七、课后记 第7页共7页（绪论）