华中农业大学自考食品加工机械与设备试题标准答案

华中农业大学试题标准答案

课程名称食品加工机械与设备

专业、班级学号姓名

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题号一二三四五六七八九十总计核查人签名

得分

阅卷人签

名

名词解释（6）

（1）CIP 装置

CIP 是Cleaning In Place 的简称。乳业辞典将其定义为：“不用拆开或移动装置，即可

用高温、高浓度的洗涤液，对装置加以强力的作用，把与食品的接触面洗净的方法”。可见，CIP 即为完全不用拆开机械装置和管道，就可进行清洗工作。适用于与流体物料直接接触的槽、罐、管道等的清洗，如果汁饮料、乳品、浓缩果汁、豆浆等。

CIP 装置的特点如下：

（1）清洗效率高。

（2）卫生水平稳定。

（3）操作安全、节省劳动力。

（4）节约清洗剂、水、蒸汽等的用量。

（5）自动化程度高。

（2）混合均匀度

混合物的混合均匀程度是衡量混合机性能好坏的主要技术指标之一。通常用混合物中

定量统计组分含量的变异系数CV（%）来衡量。变异系数是指混合物中定量统计组分的含量偏离配方要求含量的程度。经过充分混合后，混合物为无秩序的，不规则排列的随机完全混合状态。这时，在混合物内任意处的随机取样中，同一种组分的摩尔分数应该接近一致。从混合机中取n个样品，每个样品中定量统计组分的摩尔分数分别为X1、X2…X N，当测定次数为有限次数n时，定量统计组分摩尔分数的算术平均值为：

x x x

x n + + +

= ...... 1 2

标准偏差为：

( )

Σ=

x x

则变异系数为：

(%) = ×100

CV s

混合物的变异系数愈大，则混合均匀程度愈差。

填空（30）

（1）带式输送机的带速视其用途和工艺要求而定，用作输送时一般取0.8～2.5m/s ，用B 卷

作检查性运送时取0.05～0.1m/s 。

（2）斗式提升机的装料方式分为挖取式和撒入式，卸料方式可分为离心式、重力

式和离心重力式三种形式，其中重力卸料方式适用于提升大块状、密度大、磨损性

大和易碎的物料，适用于低速运送物料的场。

（3）膜分离是近二十年来在分离领域迅速崛起的高新技术，请举三种较常使用的膜分离方法：超滤、反渗透、电渗析。

(4) 将料液雾化所采用的雾化器是喷雾干燥设备的关键组件。用于食品工业的雾化器主要有三类，即压力式雾化器、离心式雾化器和气流式雾化器。

(5) 在搅拌罐容器壁内常要加设挡板。挡板有两个作用，一是改变切向流动，二是增大

被搅拌液体的湍动程度，从而改善湍动效果。

(6) 在带式式输送机中补偿输送带伸长量的装置称为张紧装置，常用的张紧装置有下列三种形式：重锤式、螺杆式和压力弹簧式。

(7) 超微粉碎设备有许多种，请举出三种你学过的超微粉碎设备精磨机、行星磨、双

锥磨。

(8) 根据食品的形态，分装机械可以分为液体装料机、酱体装料机和固体装料机三种

型式。

(9) 现有固体装料机的定量方法，大多采用容积定量法和称量定量法。

(10) 在筛分机械中，常见的筛面组合方式有：筛余物法、筛过物法和混合法

三种形式。

简答题（40）

（1）光电检测和分选技术与传统手工分选相比，具有那些明显的优越性？

食品物料在种植、加工、贮藏、流通等过程中难免会出现缺陷，例如含有异种异色颗粒、变霉变质粒、机械损伤等，因而在工业生产中有必要对产品进行检测和分选。然而，常规手段无法对颜色变化进行有效分选。大多依靠眼手配合的人工分选，其主要特点是：生产率低、劳动力费用高、容易受主观因素的干扰、精确度低。

光电检测和分选技术克服了手工分选的缺点，具有以下明显的优越性：

①既能检测表面品质，又能检测内部品质，而且检测为非接触性的，因而是非破坏性的，经过检测和分选的产品可以直接出售或进行后续工序的处理；

②排除了主观因素的影响，对产品进行全数（100%）检测，保证了分选的精确和可靠性；

③劳动强度低，自动化程度高，生产费用降低，便于实现在线检测；

④机械的适应能力强，通过调节背景光或比色板，即可以处理不同的物料，生产能力大，适应了日益发展的商品市场的需要和工厂化加工的要求。

（2）请简要叙述分子蒸馏的原理；

蒸馏是分离均相液体混合物最常用的单元操作，对于溶剂和溶质均有挥发性的均相液体混合物，虽然各液体组分都能挥发，但有难有易，于是，在部分汽化时，汽相中所含的易挥发组分将比液相中的为多，使原来的混合液达到某种程度的分离。而当混合蒸汽部分冷凝时，冷凝液中所含有的难挥发组分将比汽相中为多，也能达到一定程度的分离，这就是化工操作中利用蒸馏来分离混合液的原理。分子蒸馏就是利用分子运动平均自由程的原理在高真空状态下将液体混合物稍稍加热，使液体分子从液面逸出，轻分子落在冷凝面而重分子又返回，从而将液体中的不同物料分离。

（3）摆动筛惯性力的平衡有哪几种方法，并对所用的平衡方法作简要的说明。

摆动筛的特点是人为地用机械的方法带动微振动，使物料在振动中移动和分级。但振

动带来了噪音以及影响零部件的寿命，则必须控制。这就是摆动筛中振动和平衡一对矛盾。为了防止发生剧烈的振动，除了在制造、安装中保证其精度外，设计上还必须采取措施，通常的方法是采取平衡重平衡，即在偏心装置上加设平衡重物，或对称平衡，即采取双筛体的方法平衡。

图4-16 平衡重的平衡作用

（a）平衡重在水平位置时；（b）平衡重在垂直位置时

图 4-17 平衡轮

(a)

(b)

a. 平衡重平衡

该方法是以平衡轮来平衡单筛体惯性力的方法。图4-16 为平衡重平衡作用的示意图。

平衡重装置的方位应与筛体运动方向相平行，当曲柄连杆机构转到水平位置时，平衡重所产生的离心惯性力恰好与筛体产生的惯性力方向相反而起平衡作用，如图4-16（a）所示。但是，当转到垂直方向，如图4-16（b）所示的位置，反而会产生不平衡的惯性力。

采用平衡重平衡，需要确定平衡重物的重量和相位。

b. 对称平衡法

该法是在偏心轴上装置两个偏心轮，用两个连杆带动上下筛体运动。同向双筛体一上

一下，如图4-18 所示。由于上下两个偏心轮的偏心方向相反，则上下两筛体的运动方向也相反，使筛体水平方向的惯性力得以抵消而平衡。垂直方向的不平衡则不能避免。

图 4-18 同向双筛体平衡

（4）均质阀是均质机的关键部件，由高压泵送来的高压液体，在通过均质阀时完成均质，请简要叙述均质阀的工作原理。

均质机工作时，脂肪球或带有细小颗粒的物料，经高压泵的排料阀被压入均质阀阀座

入口处。在压力作用下，阀芯被顶起，阀芯与阀座之间形成了极小的环形间隙（一般小于0.lmm）,当物料在高压下流过此极小的间隙时，受到两侧压力作用，速度增大，在缝隙中心处速度最大，而附在阀座与阀芯表面上的物料速度最小，形成了急剧的速度梯度。由于速度梯度引起的剪切力，物料流过均质阀时的高速（200～300m/s）撞击，以及高速液料

在通过均质阀缝隙时由于压力剧变引起迅速交替的压缩与膨胀作用在瞬间产生的空穴现

象，这样物料中脂肪球或软性、半软微粒就在空穴、撞击和剪切力的作用下被粉碎得更小，达到均质目的。

（5）请扼要叙述图1 中蘑菇定向切片机的工作原理；

图 1 磨菇定向切片机

1—支架；2—边片出料斗；3—正片出料斗；4—护罩；5—挡梳轴座；

6—下压板；7—铰杆；8—定向滑料板；9—上压板；10—铰销；

11—进料斗；12—进料斗架；13—偏摆轴；14—供水管；

15—电动机；16—垫辊轴承

蘑菇进入料斗后，受上压板的控制，定量进入弧形槽滑料板。滑料板有一定倾角并因

偏心轴的传动而轻微振动，加上水流的作用蘑菇自动下滑。由于菇盖的体积和重量都比菇柄大，在水力作用和轻微振动情况下，下滑过程中，形成菇盖向下或向前实现定向进入切片区。几十片圆形切刀装在一个旋转轴上，圆刀的间距可以调节，两片圆刀之间有固定不动的挡梳板。刀片则嵌入垫辊之间。圆刀和垫辊转动，对蘑菇切片，切下的菇片由挡梳板挡出，正片和边片分别落入料斗。

（6）请扼要叙述振动粉碎机的基本原理。

振动式粉碎的原理是利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生的冲击、摩擦和剪切

等作用力，来实现对物料颗粒的超微粉碎，并同时起到混合分散作用。振动磨是进行高频振动式超微粉碎的专门设备，它在干法或湿法状态下均可工作。

（7）请指出真空干燥与真空浓缩有有那些不同。

真空干燥：由于气压愈低，水的沸点也愈低，因此，只有在低气压条件下才有可能用

较低的温度来干燥物料，当压力低至（2～0.1）mmHg(或266～13Pa)的高真空度时，物体

内的水分以冰晶体状态直接升华干燥，这就是冷冻干燥，由于高真空干燥装置的设备造价高，操作费用大，我们称之为真空干燥实际上是在非常稀薄的空气（低压）中进行，真空干燥时的干燥速度取决于真空度和物料受热强度。真空干燥室内热量通常借助传导或辐射向物料传递。真空干燥具有以下特点：

①物料在干燥过程中的温度低，避免过热。水分容易蒸发，干燥时间短，同时可使用

物料形成多孔状组织，产品的溶解性，复水性，色泽和口感较好。

②能将物料干燥到很低的水分。

③可用较少的热能，得到较高的干燥速率，热量利用经济。

④适用性强，对不同性质，不同状态的物料，均能适应。

⑤与热风干燥相比，真空干燥的控制能达到较高的精确要求，然而设备投资和动力消

耗较大，产量较低。

真空浓缩：溶液受热时，溶剂分子获得动能，当某些溶剂分子获得的能量足以克服分子

间的吸引力时，溶剂分子就会逸出液面进入上部空间，成为蒸汽分子。如果热能不断地供给，生成的蒸汽被不断地排除，则可打破溶剂气相与液相之间化学势的平衡，溶剂的气化将持续地进行。工程上为了提高这种气化速度，大多采用在沸腾状态下的气化过程，这种将溶液加热至沸腾，使溶液中部分溶剂气化并排除的过程就是蒸发。食品产品的浓缩，大多是采用蒸发的方法进行的。真空浓缩具有以下特点：

①成分复杂的食品原料大多具有热敏性，以及质量上对产品色、香、味的要求，使得食

品的浓缩力求“低温短时”，由于料液的沸点与外压有关，低压相对应于低温，真空浓缩对产品的质量有保障。

②真空浓缩排除了溶解在料液中的空气、氧气，由于蒸发空间无氧，对易氧化物料的

加工品质有利。

③蒸发速度快，比常压浓缩省时。

④起到预杀菌或部分杀菌的作用。

⑤操作空间密闭，有助于减少微生物对物料的污染。.

（8）请举出四种固定容器式混合机，他们是以那种混合为主？

固定容器混合机：卧式螺带式混合机、卧式桨叶式混合机、立式搅龙混合机、行星搅龙

混合机。固定容器混合机的容器是固定的，物料依靠装于容器内部的旋转搅拌器的机械作用产生流动，在流动过程中发生混合。这类混合机是以对流混合作用为主。

四、分析题（24）

1. 图2 为单端式浸泡与喷射式洗瓶机，（1）请说明其工作过程；（2）为了水的再利用和降

低热能消耗，水在洗瓶机中的流动是怎样进行的？（8 分）

图2 单端浸泡与喷射式洗瓶机

1—预泡池；2—新鲜水喷射区；3—冷水喷射区；4—温水喷射区；5—第二次热水喷射区；6—第一次热水喷射区；

7—第一次洗涤剂浸泡槽；8—第二次洗涤剂浸泡槽；9—洗涤剂喷射区；10—改向滚筒

（1）工作过程：

待洗瓶从进瓶处进入到达预泡槽1，预泡槽中洗液的温度为30～40℃，在此处对瓶子进

行初步清洗与消毒。预泡后的瓶子到达第一次洗涤剂浸泡槽7，此处洗涤液温度可达70～75 ℃。通过充分浸泡，使瓶子上的杂质溶解、脂肪乳化。当瓶子运动到10 的地方升起并倒过来时，把瓶内洗液倒出，落在下面未倒转的瓶子外表，对其有淋洗作用。在洗涤剂喷射区9 处设有喷头，对瓶子进行大面积喷洗，喷洗后的瓶子达到第二次洗涤剂浸泡槽8，其主要目的是使瓶上未被去除的少量污物充分软化溶解。

从第二次洗涤剂浸泡槽出来的瓶子，依次经过第一次热水喷射区6，第二次热水喷射区

5、温水喷射区4、冷水喷射区3、新鲜水喷射区2 对瓶子上的洗液进行清洗，并降低瓶子温6

度。最后，洗净的瓶子由出瓶处出瓶。

（2）水在洗瓶机中的流动：新鲜水→冷水池→温水池→热水池→预泡槽→排水沟。

2. 图3 为HTST 板式杀菌装置的流程图，HTST 板式杀菌装置适用于各种食品、乳品和饮料的杀菌。（1）HTST 板式杀菌装置的结构由哪几部分组成？（2）并请以牛奶为例介绍高温短时(HTST)板式杀菌装置的工艺流程。（8 分）

图 3 高温短时板式杀菌装置系统图

（1）热交换部用作液料与液体制品之间的热交换，如图中R 段；

（2）加热部用热水或蒸汽加热杀菌。图中H1 为预热段，H2 为杀菌段；

（3）冷却部用水或冷水冷却成品，图中C 段；

（4）保持槽保持槽的型式有多种，槽内有特殊装置。液料可以滞留在槽内一定的时

间。最近有使用槽内真空来提高脱腥、脱气效果的方式；

（5）分流阀设在加热杀菌后物料的出口部。液料达到杀菌温度后，经分流阀从成品

流路流出，未达到杀菌温度的液料，则被分流阀切向(由切换器控制)回流流路至平衡槽。以牛奶为例介绍高温短时(HTST)板式杀菌装置的工艺流程。

（1）5℃的原料奶从贮奶罐流入平衡槽。

（2）由泵1 将牛奶送到加热回收段R，使5℃的牛奶与刚受热杀菌后的牛奶进行热交

换到60℃左右。杀菌后的牛奶被冷却。得到预热后的牛奶，通过过滤器、预热器H1，加热

到65℃左右，通过均质机后，进入加热杀菌段H2，被蒸汽或热水加热到杀菌温度。

（3）杀菌后的牛奶通过温度保持槽。在85℃的环境中保持15～16s．然后流到分流阀(切

换阀)。若牛奶已达到杀菌温度，分流阀则将其送到热回收段。若未达到杀菌温度，分流阀则将其送回平衡槽。

（4）杀菌后的牛奶经热回收后，温度约为20～25℃，再进入冷水冷却段C，使其温度

降到10℃左右，成为产品流出。在此阶段中，也可以用5℃的原料牛奶代替盐水或冰水与20～25℃的产品牛奶进行传热冷却，则更有利于热回收。

3．筛分机械工作过程的基础是物料与筛面的相对运动，筛面运动形式很多，请例举五种筛面运动形式与其适用的场合。（8 分）

筛分机械工作过程的基础是物料与筛面的相对运动，筛面运动形式很多：

（1）静止筛面：静止筛面通常是倾斜筛面，改变筛面的倾角，可以改变物料的速度和

逗留时间。由于物料在筛面上的筛程较短，所以筛分效率不高。当筛面比较粗糙时，物料在运动过程中产生离析作用。这是最简单而原始的筛分装置。

（2）往复运动筛面：筛面作直线往复运动，物料沿筛面作正反两个方向的相对滑动。

筛面的往复运动能促进物料的离析作用，且物料相对于筛面运动的总路程（筛程）较长，因此可以得到较好的筛分效率。当筛面的往复运动具有筛面的法向分量，而筛面法向运动的加速度等于或大于重力加速度时，物料可能跳离筛面跳跃前进。这种情况下，可以避免筛孔堵塞现象，对于某些筛分要求是十分有利的，例如当要求筛孔尺寸比较接近筛余级别的粒度时，常常需要清除筛孔堵塞现象。这种情况称作高频振动筛面。

（3）垂直圆运动筛面：垂直圆运动的筛面是在其垂直平面内作频率较高的圆运动或椭

圆形运动，效果与高频率的往复运动筛面差不多。高频振动筛面可破坏物料颗粒的离析现象，使物料得到强烈的翻搅，适宜处理难筛粒含量多的物料。

（4）平面回转筛面：平面回转的筛面是在水平面内作圆形轨迹运动。物料也在筛面上

作相应的圆运动。平面回转筛面能促进物料的离析作用，物料在这种筛面上的相对运动路程最长，而且物料颗粒所受的水平方向惯性力在3600 的范围内周期地变化方向，因而不易堵塞筛孔，筛分效率和生产率均较高。这种筛面常用于粉料和粒料的分级和除杂，特别是在生产能力要求较大的情况。

（5）旋转筛面：旋转的筛面成圆筒形或六角筒形绕水平轴或倾斜轴旋转，物料在筛筒

内相对于筛面运动。这种筛面的利用率相对较小，在任何瞬时只有小部分筛面接触物料，因此生产率低，但适用于难筛粒含量高的物料，在粮食加工厂常用来处理下脚物料。__