食品工程原理讲义【参考】.doc

0 绪论 0.1 食品工业生产过程及单元操作概念 0.1.1食品工业生产过程 由食品工业提供的食品种类繁多，如糖、烟、酒、奶粉、火腿肠、饼干、面包，等等。食品工业是对原料进行物理、生物、化学加工，以获取目标食品的工业。物理加工当然进行的是物理操作，如粉碎、过滤、蒸发、加热、冷却、干燥等。对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过程的核心应当是生物化学或化学反应过程和设备（反应器）。但是，为了过程得以经济有效地进行，反应器中应保持某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界面积。因此，原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质，达到必要的纯度、温度、压强、接触面积等，这些过程称为前处理。反应物同样需要经过各种后处理过程加以精制，以获得最终成品（或中间产品）。例如，啤酒生产过程： 原料麦芽、大米粉碎→混合预浸→糊化、糖化→过滤→ 麦汁煮沸定浓→酒花分离→麦汁冷却→发酵→啤酒过滤→灌装→杀菌→成品啤酒。 上述流程中，糖化、发酵步骤是典型的生化反应过程。其余前后处理中的操作步骤则以物理加工为主要特征，为反应器中的过程提供优惠条件，但它们却占据生产过程的大部分，占据企业大部分的设备投资和操作费用。 由此可见，食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品工程师、科研人员及管理人员而言，都非常重要。食品工业过程的这种特点同样出现在化学工业、制药工业等生产过程中，说明这一些类型的生产过程的处理原则可以是相似的。即生产过程的大部分操作是物理操作步骤。因此，研究这类物理操作的原理，就成为几个专业领域共同面临的问题，需要有一门学科来系统讨论出现的各种物理操作，以统一和简化相关工业过程的描述。这门学科就是“单元操作”学。 0.1.2 单元操作 食品、化工、制药等生产过程中的各个基本的物理操作步骤或单元，如流体输送、过滤、传热、蒸发、液体萃取、干燥、冷冻等就是单元操作。这些物理操作步骤是组成生产过程的基本单元，具有各自统一的原理、各自通用的设备。因此，将各单元操作从各种具体生产过程中抽出来进行系统的研究和表达，就可以统一和简化食品、化工、制药等生产过程的描述。 英语定义：The unit-operation concept is this: by studying systematically these physical operations themselves——operations which clearly cross industry and process lines——the treatment of processes is unified and simplified.（工业和过程生产线按单元操作分割，以统一和简化描述）。 单元操作的特点是：（1）都是物理操作；（2）都是共有的操作；（3）原理相同，设备通用（不同过程中，设备的个数和排列顺序当然可以不同）。 0.2 “单元操作学的形成0.2.1 “单元操作学的形成 生产过程研究和表达，既不统一又简化。用物理有超越行业的共性，可以进行研究需要发展一门学科来系统讨论的原理，以统一和简化生产过程的描述这门学科就是“单元操作学”。 世纪初，为了适应化学工业发展和专业教育的需要，美国麻省理工学院的W.H.Walker、W.K.Lewis和W.H.McAdams合著了rinciples of Chemical Engineering》，讨论了化工中一些物理操作单元的原理，奠定了“化工单元操作（学）”或“化工原理”的基础。“单元操作学”“化工单元操作（学）”或“化工原理”。 “化工单元操作学”其领域的物料和加工特性，的单元操作学如“食品工程原理”、“制药工程原理”、“工程原理”等。0.2.2 “单元操作单元操作学是研究单元操作的学科作为学科存在其内容包含统一的研究对象和统一的研究方法即方法论。 单元操作学的统一的研究对象是生产过程中的单元操作，各单元操作的原理、设备设计操作方法。动量传递、热量传递和物质量传递单元操作学的统一的研究方法是实验研究法和数学模型法实验研究法主要用分析规划的实验方法，“由此及彼”、“由小及大”，也水、空气等的实验结果能推广应用于其物料，实验室小备上获得的结果能用于工业生产大设备。数学模型法主要实验验证正确性和确定模型参数的“半理论半经验”的数学模型法。0.3 单元操作0.3.1 单元操作内容系统化和简化表述的揭示 教材编者经过研究和总结，得到了系统化和简化理解各单元操作的框图，如图0-1下部虚框内容所示。图0-1下部虚框中的框图是对现有各类单元操作类教材所隐含的关于各单元操作之间关系及相似性的揭示和简明图示。图中的通量是指宏观上单位时间单位传递面积上动量、热量或（物）质量，如以平均流速计算的管内流体的动量等，阻力强度指单位面积上的传递阻力。图中的通量也可换成速率