2009-12-1
绪论
一、食工原理课程简介
1.食工原理的研究对象
2.食工原理的学科性质与研究方法
3.食工原理的学习方法
二、食工原理处理问题的方法
1.物料衡算
2.能量衡算
3.平衡与速率
三、单位与单位制
2009-12-1
一、食工原理课程简介
化学反应和若干个单元操作串联而成
食工原理 —— 研究各个独立的单元操作
1,食工原理的研究对象
—— 单元操作 （ Unit Operations）
(1) 单元操作的概念
食品生产过程
原料的预处理
进行化学反应
反应产物的分离与提纯
单元操作
原料的预处理
反应产物的分离与提纯
—— 食品生产中共有的物理操作
2009-12-1
2） 单元操作的特点
① 所有的单元操作都是物理性操作, 只改变物料的状态或
物理性质, 并不改变化学性质 。
② 单元操作是食品生产过程中共有的操作, 只是不同的食
品生产中所包含的单元操作数目, 名称与排列顺序不同 。
③ 单元操作作用于不同的食品过程时, 基本原理相同, 所
用的设备也是通用的 。
2009-12-1
3） 单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律, 分为三类：
?流体动力过程 —— 遵循流体动力基本规律, 用动量传
递理论研究
如：流体输送, 沉降, 过滤, 固体流态化
?热过程 —— 遵循传热基本规律, 用热量传递理论研究
如：传热, 冷凝, 蒸发等
?传质过程 —— 遵循传质基本规律, 用质量传递理论研究
如：蒸馏, 吸收, 萃取, 结晶, 干燥等
2009-12-1
2,食工原理学科性质与研究方法
1） 学科性质 —— 工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理食品生产中的物理过程
2） 研究方法 —— 工程方法
因次分析法
数学模型法
参数综合法
当量法
类比法
—— 直管湍流阻力
—— 双膜模型的建立
—— 过滤常数
—— 当量直径, 当量长度等
—— 动量, 热量, 质量传递的类似律
2009-12-1
3,食工原理的学习方法
发展,如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个
单元操作, 寻本求源 。
选择,为了达到或实现某一工程目的, 能否对过程和设
备作合理的选择和组合 。
设计,对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算
以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验, 测取
设计数据, 做逐级放大 。
操作,如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不
正常现象，寻找其原因及可能采取的调节措施。
2009-12-1
二、食工原理处理问题的方法
1,物料衡算
依据 —— 质量守恒定律
输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统
中积累的物料质量。
? ? ?? AGGIG 0
—— 物料衡算的通式
2009-12-1
定态过程，积累为零。则, ?? ?
0GG I
衡算的系统
整个生产过程
某一设备
系统中的所有物料
某一个组分
衡算的对象
例
2009-12-1
例,在两个蒸发器中, 每小时将 5000kg的无机盐水溶液从
12％ （ 质量 ％ ） 浓缩到 30%。 第二蒸发器比第一蒸发器多蒸
出 5%的水分 。 试求：
（ 1） 各蒸发器每小时蒸出水分的量；
（ 2） 第一蒸发器送出的溶液浓度 。
解,首先画一个流程图表示进行的过程
用方框表示设备, 输入输出设备的物流方向用箭头表示 。
划定衡算的范围
为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，
用 一圈封闭的虚线 画出 。
2009-12-1
选择衡算基准 （ 连续操作以单位时间为基准, 间歇操作
以一批操作为基准 ）
由于连续操作, 以 1小时为基准 。
蒸发器 1 蒸发器 2
x1
W1 W2
F0=5000kg/h
x0=0.12
F1 F2
x2=0.3
2009-12-1
确定衡算对象
此题中有两个未知数, 蒸发的水量及送出的 NaOH溶液量
B,因此, 我们就以不同衡算对象列出两个衡算式 。
对 盐 作物料衡算：
2200 xFxF ?
对 总物料 作衡算：
2125000 WWF ???
代入已知数据, 得：
23.012.05 0 0 0 F??
hkgF /2 0 0 02 ?
hkgWW /300021 ??
由题意知
12 05.1 WW ?
hkgWhkgW /6.1 5 3 6 /4.1 4 6 3 21 ???
2009-12-1
求第一个蒸发器送出的溶液浓度, 选择第一个蒸发器为衡
算范围 。
对盐作物料衡算：
1100 xFxF ?
对总物料作衡算：
110 FWF ??
代入已知数据, 得：
1112.05000 xF??
14.1 4 6 35 0 0 0 F??解得：
hkgF /6.3 5 3 61 ?
%97.161 6 9 7.01 ??x
2009-12-1
2,热量衡算
依据：能量守恒定律
即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与
损失的热量之和 。
? ? ?? LQQIQ 0
—— 热量衡算通式
或写成
LI QwHwH ?? ?? 0)()(
2009-12-1
热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同, 也必须首先
划定 衡算范围 及 衡算基准 。
此外应注意焓是相对值, 因此 必须指明基准温度, 习惯上
选 0℃ 为基准温度, 并规定 0℃ 时液态的焓值为零 。
3.过程的平衡和速率
① 平衡问题
过程的平衡问题是说明过程进行的 方向 和所能达到的 极
限 。
平衡是一个 动态的过程 。
例
2009-12-1
② 速率
过程的速率表示为：
过程的速率＝推动力／阻力
推动力,过程所处的状态与平衡状态的距离,
阻力,过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现 。
过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢 。
2009-12-1
例,在换热器里将平均比热为 3.56kJ/（ kg·℃ ） 的某溶液自
25℃ 加热到 80℃, 溶液流量为 1.0kg/s,加热介质为 120℃ 的饱
和水蒸气, 其消耗量为 0.095kg/s,蒸气冷凝成同温度的饱和
水排出 。 试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百
分数 。
解,根据题意画出流程图
换热器
120℃ 饱和水蒸气
0.095kg/s
120℃ 饱和水
0.095kg/s
1.0kg/s
25℃ 溶液 80℃ 溶液
1.0kg/s
2009-12-1
基准,1s
在图中 虚线范围内作热量衡算
从附录查出 120℃ 饱和水蒸气的焓值为 2708.9kJ/kg,120℃ 饱
和水的焓值为 503.67kJ/kg。
在此系统中输入的热量,? ?? 21 QQIQ
蒸气带入的热量,kwQ 3.2579.2708095.01 ???
溶液带入的热量, ? ? kwQ 8902556.30.12 ?????
? ???? kwIQ 3.3 4 6893.2 5 7
输出的热量,43 QQQ O ???
2009-12-1
冷凝水带出的热量,kwQ 8.4767.5 0 30 9 5.03 ???
溶液带出的热量,? ? kwQ 8.2 8 408056.30.14 ?????
? ?????? kwQQQ 6.3328.2848.47430
根据能量衡算式, 有,? ? ?? LI QQQ 0
? ? ????? kw.kw..QQQ IL 713633233460
热量损失的百分数 = %54.6
8.473.2 5 7
7.13 ?
?
2009-12-1
三, 单位及单位制
1.单位及单位
基本量,任意选定的几个独立的物理量 (如长度,时间等 )。
基本单位,根据使用方便的原则制定的基本量的单位 。
导出量,根据物理量与基本量之间的关系来确定的量 。
导出单位,导出量的单位称为导出单位, 均由基本单位相
乘, 除而构成的 。
单位制,基本单位与导出单位的总和 。
2009-12-1
物理单位制：基本单位：长度 cm 质量 g 时间 s
工程单位制：基本单位：长度 cm 力 kgf 时间 s
SI单位 制：基本单位有 7个, 食品中常用的有 5个：
长度 cm, 质量 kg, 时间 s, 温度 K,物质量 mol
2,单位衡算
已知 1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成 N/m2。
按题意需将 kgf/cm2中的单位换算成 N,cm2换算成 m2,查附
录 1：换算关系为：
2009-12-1
1kgf=9.81N,1cm=0.01m
上述关系代入, 得：
? ?
25
22 /10013.101.0
81.9033.1033.1 mN
m
N
cm
k g f ????
3,单位的正确运用
理论公式,根据物理规律建立的, 反映各有关物理量之间
的关系, 又叫 物理方程 。
具有 单位一致性, 只要采用同一单位制的单位
来表示各物理量即可 。
2009-12-1
经验公式,根据试验结果整理出来的, 反映各有关物理量
的数字之间的关系, 又叫 数字公式 。
公式中所用的 单位一般都是指定的, 在计算
中只要将数字代入, 算出结果, 然后加上规
定的单位就行了 。
绪论
一、食工原理课程简介
1.食工原理的研究对象
2.食工原理的学科性质与研究方法
3.食工原理的学习方法
二、食工原理处理问题的方法
1.物料衡算
2.能量衡算
3.平衡与速率
三、单位与单位制
2009-12-1
一、食工原理课程简介
化学反应和若干个单元操作串联而成
食工原理 —— 研究各个独立的单元操作
1,食工原理的研究对象
—— 单元操作 （ Unit Operations）
(1) 单元操作的概念
食品生产过程
原料的预处理
进行化学反应
反应产物的分离与提纯
单元操作
原料的预处理
反应产物的分离与提纯
—— 食品生产中共有的物理操作
2009-12-1
2） 单元操作的特点
① 所有的单元操作都是物理性操作, 只改变物料的状态或
物理性质, 并不改变化学性质 。
② 单元操作是食品生产过程中共有的操作, 只是不同的食
品生产中所包含的单元操作数目, 名称与排列顺序不同 。
③ 单元操作作用于不同的食品过程时, 基本原理相同, 所
用的设备也是通用的 。
2009-12-1
3） 单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律, 分为三类：
?流体动力过程 —— 遵循流体动力基本规律, 用动量传
递理论研究
如：流体输送, 沉降, 过滤, 固体流态化
?热过程 —— 遵循传热基本规律, 用热量传递理论研究
如：传热, 冷凝, 蒸发等
?传质过程 —— 遵循传质基本规律, 用质量传递理论研究
如：蒸馏, 吸收, 萃取, 结晶, 干燥等
2009-12-1
2,食工原理学科性质与研究方法
1） 学科性质 —— 工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理食品生产中的物理过程
2） 研究方法 —— 工程方法
因次分析法
数学模型法
参数综合法
当量法
类比法
—— 直管湍流阻力
—— 双膜模型的建立
—— 过滤常数
—— 当量直径, 当量长度等
—— 动量, 热量, 质量传递的类似律
2009-12-1
3,食工原理的学习方法
发展,如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个
单元操作, 寻本求源 。
选择,为了达到或实现某一工程目的, 能否对过程和设
备作合理的选择和组合 。
设计,对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算
以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验, 测取
设计数据, 做逐级放大 。
操作,如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不
正常现象，寻找其原因及可能采取的调节措施。
2009-12-1
二、食工原理处理问题的方法
1,物料衡算
依据 —— 质量守恒定律
输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统
中积累的物料质量。
? ? ?? AGGIG 0
—— 物料衡算的通式
2009-12-1
定态过程，积累为零。则, ?? ?
0GG I
衡算的系统
整个生产过程
某一设备
系统中的所有物料
某一个组分
衡算的对象
例
2009-12-1
例,在两个蒸发器中, 每小时将 5000kg的无机盐水溶液从
12％ （ 质量 ％ ） 浓缩到 30%。 第二蒸发器比第一蒸发器多蒸
出 5%的水分 。 试求：
（ 1） 各蒸发器每小时蒸出水分的量；
（ 2） 第一蒸发器送出的溶液浓度 。
解,首先画一个流程图表示进行的过程
用方框表示设备, 输入输出设备的物流方向用箭头表示 。
划定衡算的范围
为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，
用 一圈封闭的虚线 画出 。
2009-12-1
选择衡算基准 （ 连续操作以单位时间为基准, 间歇操作
以一批操作为基准 ）
由于连续操作, 以 1小时为基准 。
蒸发器 1 蒸发器 2
x1
W1 W2
F0=5000kg/h
x0=0.12
F1 F2
x2=0.3
2009-12-1
确定衡算对象
此题中有两个未知数, 蒸发的水量及送出的 NaOH溶液量
B,因此, 我们就以不同衡算对象列出两个衡算式 。
对 盐 作物料衡算：
2200 xFxF ?
对 总物料 作衡算：
2125000 WWF ???
代入已知数据, 得：
23.012.05 0 0 0 F??
hkgF /2 0 0 02 ?
hkgWW /300021 ??
由题意知
12 05.1 WW ?
hkgWhkgW /6.1 5 3 6 /4.1 4 6 3 21 ???
2009-12-1
求第一个蒸发器送出的溶液浓度, 选择第一个蒸发器为衡
算范围 。
对盐作物料衡算：
1100 xFxF ?
对总物料作衡算：
110 FWF ??
代入已知数据, 得：
1112.05000 xF??
14.1 4 6 35 0 0 0 F??解得：
hkgF /6.3 5 3 61 ?
%97.161 6 9 7.01 ??x
2009-12-1
2,热量衡算
依据：能量守恒定律
即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与
损失的热量之和 。
? ? ?? LQQIQ 0
—— 热量衡算通式
或写成
LI QwHwH ?? ?? 0)()(
2009-12-1
热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同, 也必须首先
划定 衡算范围 及 衡算基准 。
此外应注意焓是相对值, 因此 必须指明基准温度, 习惯上
选 0℃ 为基准温度, 并规定 0℃ 时液态的焓值为零 。
3.过程的平衡和速率
① 平衡问题
过程的平衡问题是说明过程进行的 方向 和所能达到的 极
限 。
平衡是一个 动态的过程 。
例
2009-12-1
② 速率
过程的速率表示为：
过程的速率＝推动力／阻力
推动力,过程所处的状态与平衡状态的距离,
阻力,过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现 。
过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢 。
2009-12-1
例,在换热器里将平均比热为 3.56kJ/（ kg·℃ ） 的某溶液自
25℃ 加热到 80℃, 溶液流量为 1.0kg/s,加热介质为 120℃ 的饱
和水蒸气, 其消耗量为 0.095kg/s,蒸气冷凝成同温度的饱和
水排出 。 试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百
分数 。
解,根据题意画出流程图
换热器
120℃ 饱和水蒸气
0.095kg/s
120℃ 饱和水
0.095kg/s
1.0kg/s
25℃ 溶液 80℃ 溶液
1.0kg/s
2009-12-1
基准,1s
在图中 虚线范围内作热量衡算
从附录查出 120℃ 饱和水蒸气的焓值为 2708.9kJ/kg,120℃ 饱
和水的焓值为 503.67kJ/kg。
在此系统中输入的热量,? ?? 21 QQIQ
蒸气带入的热量,kwQ 3.2579.2708095.01 ???
溶液带入的热量, ? ? kwQ 8902556.30.12 ?????
? ???? kwIQ 3.3 4 6893.2 5 7
输出的热量,43 QQQ O ???
2009-12-1
冷凝水带出的热量,kwQ 8.4767.5 0 30 9 5.03 ???
溶液带出的热量,? ? kwQ 8.2 8 408056.30.14 ?????
? ?????? kwQQQ 6.3328.2848.47430
根据能量衡算式, 有,? ? ?? LI QQQ 0
? ? ????? kw.kw..QQQ IL 713633233460
热量损失的百分数 = %54.6
8.473.2 5 7
7.13 ?
?
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三, 单位及单位制
1.单位及单位
基本量,任意选定的几个独立的物理量 (如长度,时间等 )。
基本单位,根据使用方便的原则制定的基本量的单位 。
导出量,根据物理量与基本量之间的关系来确定的量 。
导出单位,导出量的单位称为导出单位, 均由基本单位相
乘, 除而构成的 。
单位制,基本单位与导出单位的总和 。
2009-12-1
物理单位制：基本单位：长度 cm 质量 g 时间 s
工程单位制：基本单位：长度 cm 力 kgf 时间 s
SI单位 制：基本单位有 7个, 食品中常用的有 5个：
长度 cm, 质量 kg, 时间 s, 温度 K,物质量 mol
2,单位衡算
已知 1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成 N/m2。
按题意需将 kgf/cm2中的单位换算成 N,cm2换算成 m2,查附
录 1：换算关系为：
2009-12-1
1kgf=9.81N,1cm=0.01m
上述关系代入, 得：
? ?
25
22 /10013.101.0
81.9033.1033.1 mN
m
N
cm
k g f ????
3,单位的正确运用
理论公式,根据物理规律建立的, 反映各有关物理量之间
的关系, 又叫 物理方程 。
具有 单位一致性, 只要采用同一单位制的单位
来表示各物理量即可 。
2009-12-1
经验公式,根据试验结果整理出来的, 反映各有关物理量
的数字之间的关系, 又叫 数字公式 。
公式中所用的 单位一般都是指定的, 在计算
中只要将数字代入, 算出结果, 然后加上规
定的单位就行了 。
