1、食品工程原理重点知识讲解du d y学习资料食品工程原理复习第一章 流体力学基础1.单元操作与三传理论的观点及关系。不一样食品的生产过程应用各样物理加工过程，依据他们的操作原理，能够归纳为数个应用宽泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热互换、制冷、蒸发、结晶、汲取、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。这些基本的物理过程称为 单元操作动量传达：流体流动时，其内部发生动量传达，故流体流动过程也称为动量传达过程。凡是按照流体流动基本规律的单元操作，均可用动量传达的理论去研究。热量传达 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。 凡是按照传热基本规律的单元操作， 均可用热量传达的理
2、论去研究。质量传达 : 两相间物质的传达过程即为质量传达。 凡是按照传质基本规律的单元操作，均可用质量传达的理论去研究。单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的详细应用。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2.粘度的观点及牛顿内摩擦 ( 粘性) 定律。牛顿黏性定律的数学表达式是 ，服此后定律的流体称为牛顿流体。比率系数，其值随流体的不一样而异，流体的黏性愈大，其值愈大。所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度3.理想流体的观点及意义。理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。理想流体的假定，为工程研究带来方便。4.热力系统：指某一由四周界限
3、所限制的空间内的全部物质。边仅供学习与参照学习资料界能够是真切的，也能够是虚构的。界限所限制空间的外面称为外界。5.稳固流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）仅随地点而变化，不随时间而变。e1 PV11gZ1u12q w e2PV22gZ2u22226流体在两截面间的管道内流动时 , 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。7.1kg 理想流体在管道内作稳固流动而又没有外功加入时， 其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不一样形式的机械能能够互相变换。8. 实质流体与理想流体的主要差异在于实质流体拥有黏性 ，实质流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要差异在于实质流体柏
4、努利方程中有阻力损失项。柏努利方程的三种表达式2 2p 1/ +gz1+u1 /2 = p 2/ +gz2+u2 /22 2p 1/ g +z1+u1 /2g = p 2/ g +z2+u2 /2g22/2p 1+gz1+u1/2 = p 2 +gz2+u29.管中稳固流动连续性方程： 在连续稳固的不行压缩流体的流动中， 流体流速与管道的截面积成反比。 截面积愈大之处流速愈小， 反之亦然。关于仅供学习与参照学习资料圆形管道 , 不行压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方成反比。10.雷诺准数和影响流体流动种类的要素： u、d、越大，越小，就越简单从层流转变成湍流。上述中四个要素所构成的复合数群
5、 du/ ，是判断流体流动种类的准则。Re 2000稳固的层流区2000 Re 4000湍流区11.依据柏努利方程式，等径管路的水头损失即管路两头压强差。12.布拉修斯公式（ Re大于 4000）：Re12. 流体湍流流动时的速度散布是由三层构成，它们分别是层流内层、缓冲层和湍流中心。 10. 流体在圆滑管内作湍流流动时，摩擦系数 与 Re 和 /d 有关；若其作完好湍流（阻力平方区） ，则 仅与 /d 有关。13. 阻力系数和当量长度的联合使用l l eu2hf2gd13.管路计算的目的是确立流量、管径和能量之间的关系。管路计算包括设计型计算和操作型计算两种种类。管路计算是连续性方程、柏努利
6、方程、摩擦阻力计算式三式的详细应用。14流体流经并联管路系统时， 按照的原则是各并联管段的压强降相等、主管总流量等于各并联管段之和。15离心泵叶轮按有无挡板可分为闭式 , 半闭式 , 开式 。离心泵按叶轮串连的多少可分为单级泵 , 多级泵 。16.离心泵多采纳后弯叶片是因为输送液体希望获取的是静压头。17离心泵在启动前应灌泵，不然会发生气缚现象；离心泵的安装高度仅供学习与参照学习资料应小于同意安装高度 , 不然会发生汽蚀现象。18. 离心泵简单产生气蚀的的原由有液体温度过高；管道阻力过大 ；流体沸点低等。19.离心泵的工作点是泵的特征曲线与管路特征曲线的交点。20.离心泵的流量调理，往常在排出
7、管线上装适合的调理阀改变离心泵的转速或改变叶轮外径。21.离心泵的气蚀余量减小，则其抗气蚀能力增大。22造成离心泵的有效功率小于轴功率的原由。轴功率指泵轴所获取的功率。 因为有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实质获取的有效功率容积损失是因为泵的泄露造成的。 离心泵在运行过程中， 有一部分获取能量的高压液体，经过叶轮与泵壳之间的空隙流回吸进口水力损失是因为流体流过叶轮、 泵壳时，因为流速大小和方向要改变， 且发生冲击，而产生的能量损失。机械损失是泵在运行时， 在轴承、轴封装置等机械零件接触处因为机械磨擦而耗费部分能量。泵的转速是指离心泵、旋转泵的泵轴的转速或来去泵曲轴的转速，
8、单位： r/min23.正位移泵的流量与泵的压头及管路状况没关，所以不可以简单的用调理排出管路的阀门 来调理。正位移泵的流量调理方法有两种：一种是回路调理 ； 一种是改变曲轴的冲程大小。24. 泵 的 特 性 曲 线 ：仅供学习与参照学习资料特征曲线 ：在固定的转速下， 离心泵的基天性能参数 （流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。 Q曲线图上绘有三种曲线 Q曲线 Q曲线重申：特征曲线是在固定转速下测出的，只合用于该转速，故特征曲线图上都注明转速 n的数值。HQ 曲线代表的是在必定转速下贱体流经离心泵所获取的能量与流量的关系，是最为重要的一条特征曲线。PQ曲线表示泵的流量 Q和轴功率 P的关
9、系，P 随 Q的增大而增大。明显，当Q=0时，泵轴耗费的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀封闭 Q曲线最大值相当于效率最高点。 泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。第二章 传 热傅立叶定律是热传导的基本定律，其表达式为仅供学习与参照学习资料Tqq 热流密度，简称传热速率， w/m2n导热面积，即垂直于热流方向的表面积， k/m 比率系数，热导率， w/m.k 。T傅立叶定律 q nq - 热流密度， w/m2- 导热系数 ( 或热导率）， w/m.k 。傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：热流密度与温度梯度成正比。式中的负号指热流方向和温度
10、梯度方向相反。准数名称符号意义努塞尔特准数Nu=L/ 表示对流传热系数的准数（Nusselt ）雷诺准数（Reynolds ） Re=Lu/ 确立流动状态的准数普兰特准数Pr=cp/ 表示物性影响的准数（Prandtl ）格拉斯霍夫准 Gr= g Tl3 表示自然对流影响的准数数（ Grashof ）2/ 21.传热的观点：传热是因为温度差而惹起的能量转移。 热量老是自动地由高温区传达到低温区。 热量传达是自然界中广泛存在的物理现象， 在工程技术、工业生产及平时生活中都有着宽泛的应用。2.传热在食品工程中的应用： 食品加工过程中的温度控制、 灭菌过程以及各样单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等
11、）对温度有必定的要求。仅供学习与参照学习资料3.传热的基本方式及特色。热传导 物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而惹起的热量传达称为热传导热对流 流体各部分之间发生相对位移所惹起的热传达过程称为热对流。热对流仅发生在流体中 热对流的两种方式：强迫对流： 因泵、风机或搅拌等外力所以致的对流称为强迫对流 自然对流： 因为流体各处的温度不一样而惹起的密度差异，以致流体产生相对位移，这类对流称为自然对流热辐射因热的原由此产生的电磁波在空间的传达，称为热辐射。全部物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。任何物体只需在绝对零度以上都能发射辐射能，可是只有
12、在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。4.在食品生产中，物料在换热器内被加热或冷却时往常需要用另一种流体供应或取走热量，此种流体称为载热体。5.热传导：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而惹起的热量传达称为热传导。6傅立叶定律中的负号是指热流方向和温度梯度方向相反。7.对流传热：是在流体流动进度中发生的热量传达现象，它是依赖流体质点的挪动进行热量传达的，与流体的流动状况亲密有关。8.影响对流传热系数的要素流体的状态、流体的物理性质、流体的运仅供学习与参照学习资料动状况、流体对流的状况、传热表面的形状、地点及大小等。9.对流传热系数关系式中准数
13、的符号及意义。aQS T在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率，其单位为W/(m2 ) ，它反应了对流传热的快慢， 愈大表示对流传热愈快。10.蒸汽冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式。膜状冷凝：因为冷凝液能湿润壁面， 因此能形成一层完好的液膜。 在整个冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻滴状冷凝：若冷凝液不可以湿润冷壁面， 因为表面张力的作用， 冷凝液在壁面上形成很多液滴，并沿壁面落下，该种冷凝称为滴状冷凝。11.冷、热流体经过间壁双侧的传热过程包含热流体以对流方式将热量传达给管壁、热量以热传导方式由管壁的一侧传达至另一侧、 传达至另一侧的热量又以对流方式传达给冷流体三个步骤。仅供学习
14、与参照学习资料影响冷凝传热的要素：不凝性气体的影响 : 在蒸汽冷凝时不凝性气体在液膜表面形成一层气膜， 使传热阻力加大， 冷凝对流传热系数降低。蒸汽流速和流向的影响：冷却壁面的高度及部署方式：流体物性：冷凝液的密度越大，粘度越小，则液膜厚度越小， a越大。12.总传热系数 K 的数值取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的种类。Q KS TK换热器的均匀总传热系数， w/ （m2k ）S 换热器的总传热面积， m2T- 换热器间壁双侧流体的均匀温差逆流和并流时的均匀温度差T2 T1Tmln T2T1Tm称为对数均匀半径。当 T2/ T1 2 时，可用（ T2+ T1）/2 取代对数均匀温
15、度差。13.间壁式换热器换热操作中， 壁温老是凑近对流传热系数较大 一侧流体的温度。14.加强传热的门路有增大传热面积、降低加热介质温度、增添均匀温度差、减少传热阻力等。仅供学习与参照学习资料15.在空气 - 蒸汽间壁换热过程中可采纳提升空气流速方法来提升传热速率最合理。16.蒸汽冷凝时的热阻决定于液膜厚度。第四章 颗粒与流体之间的相对运动1.单颗粒的特征主假如颗粒的大小、形状、和表面积。2.颗粒的当量直径的三种表示方法。dev 3 6V 等体积当量直径：颗粒的等体积当量直径为与该颗粒体积相等的直径。Dev颗粒等体积当量直径， m；V颗粒的体积， m3。等比表面积当量直径 : 与非球形颗粒比表
16、面积相等的直径为该颗粒的等比表面积当量直径。dea- 颗粒的等比表面积当量直径， m；des S 等表面积当量直径 : 与非球形颗粒表面积相等的直径为该颗粒的等表面积当量直径。3.床层的缝隙率 的观点及影响要素。 缝隙率的大小与颗粒形状、 粒度散布、颗粒直径与床层直径的比值、床层的填补方式等要素有关。仅供学习与参照学习资料 颗粒床层的特征大批固体颗粒聚积在一同形成颗粒床层。静止的颗粒床层又称为固定床。 对流体经过床层流动产生重要影响的床层特征有 :1.床层的空床层中颗粒之间的缝隙体积与整个床层体积之比称为缝隙率。床层体积 颗粒体积床层体积4.影响床层压降的要素有三个 ，即操作要素 u，流体物性
17、和，床层特征和 a。全部这些要素中，影响最大的是床层缝隙率 。流体经过一组平行细管流动的压降为PLe ue 2de 2P- 流体经过床层的压降， Pa; L 床层高度， m；de床层流道的当量直径， m；u1流体在床层内的实质流速， m/s欧根方程 , 其实验范围为Rep0.17 420(1)2(1)2P 150323L udpd p当(Re)p 20 时, 等式右侧第二项可忽视。当(Re)p 1000 时，等式右侧第一项可略去。5. 在重力沉降操作中，影响沉降速度的要素主要有颗粒体积分数、 器壁效应和颗粒形状。沉降速度 关于球形颗粒则可得沉降速度计算式du( p) g3u 2ut4gdp (
18、 p)dp4d pp3仅供学习与参照学习资料层流区（Rep 1斯托克斯区）湍流区（500Rep 2 105 牛顿区）gd p2 ( p )ut3g( p ) dput18影响沉降速度的要素 ( 以层流区为例 )1) 颗粒直径 dp: 2) 连续相的粘度 3) 两相密度差 ( p- ) ：4)颗粒形状 5) 壁效应 ：当颗粒在凑近器壁的地点沉降时， 因为器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这类影响称为壁效应。6)扰乱沉降 ：当非均相物系中的颗粒许多，颗粒之间互相距离较近时，颗粒沉降会遇到其余颗粒的影响， 这类沉降称为扰乱沉降。 扰乱沉降速度比自由沉降的小。流化床的主要特征：过滤 : 以某种多
19、孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体经过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上， 进而实现固液分别的单元操作。过滤介质 : 过滤采纳的多孔物质。 滤浆 : 所办理的悬浮液。 滤液 : 经过多孔通道的液体。滤饼或滤渣 : 被截留的固体物质过滤介质的作用 ( 滤饼过滤 ) ：促进滤饼的形成，并支承滤饼。过滤介质应拥有以下性质：多孔性，液体流过的阻力小。有足够的强度。耐腐化性和耐热性。孔道大小适合，能发生架桥现象。无毒，易冲洗消毒，不易滋长微生物等。6.板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、清洗、卸渣、整理五个阶段。7.板框压滤机滤板的作用是供应滤液通道 , 支撑滤布。8.利
20、用流动流体的作用， 将大批固体颗粒悬浮于流体中并使之体现出近似于流体的某些表现特征，这就是固体流态化。仅供学习与参照学习资料9.当流体以不一样速度由下向上经过固体颗粒床层时， 依据流速的不一样， 可能出现以下几种状况 : 固定床阶段、流化床阶段、气力输送阶段。10.流化床的不正常现象。(1)腾浮现象： 腾浮现象主要出此刻气 - 固流化床中。 若床层高度与直径之比值过大，或气速过高，或气体散布不均时，会发生气泡归并现象。当气泡直径长到与床层直径相等时， 气泡将床层分为几段， 形成互相间隔的气泡层与颗粒层。颗粒层被气泡推着向上运动， 抵达上部后气泡忽然破碎，颗粒则分别落下，这类现象称为腾浮现象流化
21、床发生腾涌时，不单负气 - 固接触不均，颗粒对器壁的磨损加剧，并且惹起设施振动。(2)沟流现象 沟流现象是指气体经过床层时形成短路，大多数气体穿过沟道上涨，没有与固体颗粒很好地接触。粒度过细、密度大、易于粘连的颗粒，以及气体在散布板处的初始散布不均，都简单惹起沟流。11. 临界流化速度的观点及确立。确立临界流化速度主要有两种方法：实验测定法和关系式计算法 设以空气为流化介质时测定的临界流化速度 umf ，则实质生产中的临界流化速度 umf 可用下式计算： - 实质流化介质密度， kg/m3； - 空气密度， kg/m3； - 实质流化介质粘度， Pas； - 空气的粘度， Pas。关于单分别性
22、固体颗粒， 其临界流化速度为 关于多分别性粒子床层， 则需经过关系式计算 因为临界点是固定床到流化床的转折点， 所以，临界点的压力降既切合流化床的规律也切合固定床的规律。12.为何板框过滤机清洗速率等于过滤终了速率的 1/4 。清洗时洗液穿过二层滤布和整层滤饼， 其路径为过滤终了时滤液路径的二倍，别的因过滤面积是清洗面积的二倍， 故当洗液粘度与滤液邻近， 且清洗时所用压力与过滤终了时压力同样时， 清洗速率约为最后过滤速率的四分之一。恒压过滤的特色：滤饼不停变厚、阻力渐渐增添、推进力 p 恒定、过滤速率渐渐变小恒速过滤：关于不行压缩滤饼进行恒速过滤时， 其压强差随过滤时间成直线增添。所以，在实践
23、中极少采纳完好恒速过滤的方法。仅供学习与参照学习资料第七章汲取与蒸馏1 菲克（ Fick ）定律 :当物质 A 在介质 B 中发生扩散时，任一点处物质 A 的扩散通量与该dcA地点上 A 的浓度梯度成正比，即： J A D AB dzJA A组分在 z 方向上的扩散通量 kmol/m2s;cA A 组分的摩尔浓度 kmol/m3；DAB A组分在 A、B 的混淆物中扩散时的扩散系数 m2/s“- ”表示扩散沿着浓度降低方向进行。同理 ，对 B 组分dcBJ B D BA dzJB B 组分在 z 方向上的扩散通量 kmol/m2s; cB B 组分的摩尔浓度 kmol/m3；DBA B组分在
24、A、B 的混淆物中扩散时的扩散系数 m2/s1.等摩尔逆向扩散 :两容器内总压同样， 所以连通管内任一截面上， 组分 A的传质通量与组分 B 的传质通量相等，但传质方向相反 .pA1pB1pA2pB 2p dpAdpBJ AJ Bdzdz等摩尔扩散速率 :D关于气体 :N ARTz ( pA1p A2 )仅供学习与参照学习资料D关于液体 : N A z ( cA1 c A 2 )2.传质速率 A 等于分子扩散速率 A 的条件 : 纯真的等摩尔反向扩散 .Dp3.单向扩散 : 气体 : N A RTZ pBm ( pA1 pA 2 )液体 : N AD c (cA1 cA2 )Z cBm老是大于
25、 1，称为“漂流因子”或“挪动因子” ，其值越大，表示整体挪动在传质中所占重量越大 .5.对汲取而言， 传质过程的限度： 若保持液相浓度不变， 气相浓度最低只好降到与之相均衡的浓度。 若保持气相浓度不变， 则液相浓度最高只好高升到与气相浓度相均衡的浓度。6.汲取塔内填装必定高度的料层，其作用是供应足够的气液两相传质面积。7.传质速率是将一相主体浓度和界面浓度之差为对流传质推进力 ，而将其余影响对流传质的要素均包含在传质系数中。8.在气体流量，气相出进口构成和液相进口构成不变时， 若减少汲取剂用量，则传质推进力将减小 ，操作线将凑近均衡线。9.双膜理论的基本论点 :(1) 在气液两相接触面邻近，
26、 分别存在着呈滞流流动的稳态气模与液膜， 在此滞膜层内传质严格按分子扩散方式进行， 膜的厚度随流体流动状态而变化。（2）相界面没有传质阻力， 即气液两相在相界面上处于相均衡状态。（3）膜层之外的气液相主体， 因为流体的湍动剧仅供学习与参照学习资料烈，质速率高，传质阻力能够忽视不计，分压或浓度均匀化，无分压或浓度梯度。10. 在汲取塔的设计计算中，选用的液气比 L/V 变化，会以致其余参数怎样变化？LLYXY1X 1VV（1）选用的 L/V大，操作线斜率大，操作线与均衡线的距离大，塔内传质推进力大， 达成必定分别任务所需塔高小； (2)L/V 大，汲取剂用量多，汲取剂出塔浓度 X1 减小，循环和
27、重生花费增添； （3）若 L/V 减小，汲取剂出塔浓度 X1 增添，塔内传质推进力减小， 达成同样任务所需塔高增大，设施花费增加。11.升温会负气体在液体中的溶解度变小，对汲取操作不利。12.在分子传质中，整体流动是怎样形成的？13.在汲取过程中，气液均衡关系对各传达步骤阻力的大小及传质总推进力的分派有极大的影响： 易溶气体溶解度大而均衡线斜率小， 汲取过程往常为气相阻力控制； 难溶气体溶解度小而均衡线斜率大， 汲取过程往常为液相阻力控制。14.精馏过程的基来源理：液体混淆物经多次部分汽化和冷凝后，即可获取几乎完好的分别。15.精馏与简单蒸馏的差异：（均衡蒸馏和简单蒸馏为单级分别过程， 即仅对
28、液体混淆物进行一次部分汽化和冷凝， 故只好对液体混淆物进行初步地仅供学习与参照学习资料分别。若使液体混淆物获取几乎完好的分别， 必 行多次部分汽化和冷凝， 程即所 的精 。 ）汽相和液相的部分回流也是精 操作的基本条件。它是两相不停 行物 进而 高 度分别的充足必需条件，而 种 和分别的依照 仍旧是各 分 度的不一样。16.理 板的观点：指走开 板的汽液两互相成均衡，塔板上各 的液相 成均匀一致的理想化塔板。17.恒摩 流假定：（1）恒摩 汽化：每 塔板上涨的蒸汽的摩 流量相等。精 段 : V1=V2=V3=Vn=V=定 提 段 : V1 =V2=V3=Vm=V=定 但 V 与 V不必定相等。（2）恒摩 溢流：在精 塔内，从精 段或提 段每 塔板降落的液相摩 流量分 相等，但两段降落的液相摩 流量不必定相等。精
