食品工程原理_冯骉_第二章衡算方程
冯骉 食品工程原理
冯骉食品工程原理
冯骉是一位中国食品科学家，专注于食品工程和食品科学领域。
他的研究主要涉及食品工程原理和食品加工技术。
在食品工程原理方面，冯骉关注食品的物理、化学和生物学特性，并探索如何利用这些特性来改善食品的质量和安全性。
他研究了食品的营养成分组成、食品结构与功能的关系以及食品的微观和宏观特性。
通过研究食物在加工和储存过程中发生的变化，他对食物的质量和稳定性提出了一些解决方案。
在食品加工技术方面，冯骉关注如何利用和改进现有的加工方法，使得食品更加健康、安全和具有更好的品质特性。
他研究了各种加工技术，包括热处理、冷藏、冷冻、干燥、杀菌和保鲜技术等。
他通过研究食品加工的原理和机制，提出了一些优化的加工方法和条件。
冯骉在食品工程原理和食品加工技术方面的研究，对于改善食品的品质、延长食品的保质期、提高食品加工效率等方面有重要的意义。
他的研究成果被广泛应用于食品工业和食品营养领域，为人们提供了更安全、更健康和更美味的食品。
食品工程原理复习资料重要公式总结
目录第1章流体流动与输送设备第一节流体静力学·····················································第二节流体动力学····················································第三节管内流体流动现象··············································第四节流体流动阻力··················································第五节管路计算······················································第六节流速与流量的测量··············································第七节流体输送设备··················································第2章传热······························································第一节概述·····························································第二节热传导···························································第三节对流传热·························································第四节传热计算·························································第五节对流传热系数关联式···············································第六节辐射传热························································第七节换热器··························································第4章非均相物系分离·····················································第一节概述···························································第二节颗粒沉降·······················································第三节过滤····························································第四节过程强化与展望·················································第5章干燥······························································第一节概述·····························································第二节湿空气的性质及湿度图·············································第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算·····································第四节干燥速率和干燥时间···············································第五节干燥器···························································第六节过程强化与展望···················································第1章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
完整word版,《食品工程原理》常用公式
1《食品工程原理》常用公式第一部分 动量传递实际流体的柏努利方程式 m h gP g u z H g P g u z f e +++=+++ρρ2222121122 12222121122-⋅+++=+++kg J W P u gz W P u gz fe ρρ范宁公式单位：m 哈根-泊稷叶方程 232dlup μ=∆ 离心泵的基本方程式g u u g p p h H V M 221220-+++=ρ 管道直径的估算 2785.0dq u V = 第二部分 热量传递热流体放出热量=冷流体吸收热量n 层平壁稳定热传导()∑∑==+-=ni ii ni i ib A t tQ 1111λ n 层圆筒的传热速率()∑∑=+=+-=ni n n ni n n r r t t L Q 1111ln 12λπ第三部分 质量传递湿基含水量湿物料的总质量湿物料中水分的质量=w 干基含水量量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量=x两种含水量之间的换算关系湿物料水kg kg xxw /1+=干物料水kg kg /1w w x -= 干燥产品量211211w w G G --= 水分蒸发量 22111w w w G W --=干燥空气用量12H H W L -= 干燥速率ττd A dXG d A dW u c⋅⋅-=⋅= 物料总干燥时间]ln )()[(*2*0*0010XX X X X X X X A u G c ---+-⋅=τ 或⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+--⋅=*2*0*0010ln X X X X X X X X A u G c τ。
食品工程原理 课后答案(冯骉 著) 轻工业出版社 第11章干燥及空气调节
第十一章干燥与空气调节11-1 已知湿空气的总压强为101.3kPa，温度为30℃，湿度为0.024kg/kg绝干空气，试计算其相对湿度、露点、绝热饱和温度、焓和空气中水汽的分压。
[解]（1）H=0.622p/(p T-p) 即0.024=0.622p/(101.3-p) 解得：p=3.763kPa30℃下水的饱和蒸汽压p s=4.24kPa ϕ=p/p s=3.763/4.24=89% （2）因t d是将湿空气等湿冷却而达到饱和时的温度，则水蒸气分压为3.76kPa时的温度为：t d=27.5℃（3）假设t as=28.4℃，由水蒸气表查得相应的水气分压p s为3.87kPa，则湿空气的饱和湿度为：H as=0.622×3.87/(101.3-3.87)=0.0247 kg/kg绝干空气比热容c p H=1.01+1.88H=1.01+1.88×0.024=1.055 kJ/kg绝干空气t as=t-r0(H as-H)/c p H=30-2490×(0.0247-0.024)=28.35℃故与假设非常接近。
（4）I=(1.01+1.88H)t+2490H=(1.01+1.88×0.024)×30+2490×0.024=91.4 kJ/kg绝干空气11-2 已知湿空气的温度为50℃，总压强为100kPa，湿球温度为30℃，试计算该湿空气以下各参数：（1）湿度；（2）相对湿度；（3）露点；（4）焓；（5）湿比热容。
[解]（1）由饱和水蒸气表查得，在t w=30℃时，水的饱和蒸汽压p s=4.25kPa，汽化潜热为r w=2423.7kJ/kg。
在湿球温度下，空气的饱和湿度为：H w=0.622p s/(p T-p s)=0.622×4.25/(100-4.25)=0.0276kg/kg干空气根据空气湿度计算式，可求得该空气的湿度为：H=H w-1.09(t-t w)/r w=0.0276-1.09×(50-30)/2423.7=0.0186kg/kg干空气（2）由饱和水蒸气表查得，在t＝50℃下，水的饱和蒸汽压p s=12.34kPa。
食品工程原理 课程大纲
食品工程原理课程大纲一、课程基本信息课程名称：食品工程原理及实验（英文名称：Food Engineering Principle and Experiment）课程编号：01405050学分数：5 （其中讲授学分：4实践学分:1）学时：56 （其中讲授学时：64 实践学时：16）先修课程：高等数学物理化学适用专业：食品科学与工程开课学院：课程网站：（选填）二、课程说明食品工程原理是的一门必修课程，主要向该专业学生介绍食品加工过程中的“三传理论”和各单元操作的基本原理、基本规律及常用典型设备的工作原理、基本结构及设计计算等，“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。
通过学习使学生掌握组成食品生产工艺过程中各单元操作的基本理论知识，学会初步的工程设计计算方法。
本课程共计80课时，围绕“三传理论”和单元操作展开学习。
该课程主要考核评价方式，包括平时作业、过程考核、实验成绩和期末考试，平时作业占20%、过程考核占20%、实验成绩占20%和期末考试占总成绩的40%。
实验1流体粘度测定实验通过实验掌握粘度测定仪的原理及测定流体粘度的方法。
实验2雷诺实验通过实验观察流体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。
实验3伯努利方程实验通过实验掌握流体流动过程中的质量守恒和能量守恒定律。
实验4流体阻力实验测定直管（光滑管与粗糙管）的摩擦系数汲突然扩大和阀门局部阻力系数C ；实验5离心泵性能测定掌握离心泵性能参数的测定方法及特性曲线的绘制。
实验6对流传热系数测定掌握对流传热系数的影响因素及传热系数的测定方法。
实验7洞道干燥实验通过实验掌握洞道干燥物料水分含量随时间变化的规律。
五、学时分配及教学方法(-)学时分配(-)教学方法本课程采用课堂教学和自学相结合的教学方法。
课堂教学采用多媒体教学与常规教学手段相结合的模式。
由于本课程研究“三传理论”和各单元操作内容繁杂、公式较多，且需要利用物理和数学知识进行工程计算，因此课程难度较大，仅靠较少学时的课堂教学所学到的知识是相当有限的，应该培养学生的自学能力，开阔视野，对所学内容能举一反三、融会贯通。
食品工程原理总复习
食品工程原理总复习食品工程原理总复习第0章引论1．什么是单元操作？2．食品工程原理是以哪三大传递为理论基础的？简述三大传递基本原理。
3．物料衡算所依据的基本定律是什么？解质量衡算问题采取的方法步骤。
4．能量衡算所依据的基本定律是什么？要会进行物料、能量衡算。
第一章流体流动1．流体的密度和压力定义。
气体密度的标准状态表示方法？2．气体混合物和液体混合物的平均密度如何确定？3．绝对压力Pab、表压Pg和真空度Pvm的定义。
4．液体静力学的基本方程，其适用条件是什么？5．什么是静压能，静压头？位压能和位压头？6．压力测量过程中使用的U型管压差计和微差压差计的原理。
7．食品工厂中如何利用流体静力学基本方程检测贮罐中液体存量和确定液封高度？8．流体的流量和流速的定义。
如何估算管道内径？9．什么是稳定流动和不稳定流动？流体流动的连续性方程及其含义。
10．柏努利方程及其含义。
位能、静压能和动能的表示方式。
11．实际流体的柏努利方程，以及有效功率和实际功率的定义。
12．计算管道中流体的流量以及输送设备的功率。
13．什么是牛顿粘性定律？动力黏度和运动黏度的定义。
14．什么是牛顿流体？非牛顿流体？举例说明在食品工业中的牛顿流体和非牛顿流体。
15．雷诺实验和雷诺数是表示流体的何种现象？16．流体在圆管内层流流动时的速度分布及平均速度表述，泊稷叶方程。
17．湍流的速度分布的近似表达式。
18．计算直管阻力的公式—范宁公式。
19．层流和湍流时的摩擦因数如何确定？20．管路系统中局部阻力的计算方法有哪两种？具体如何计算？21．管路计算问题（重点是简单管路，复杂管路）22．流体的流量测定的流量计有哪些？简述其原理。
第二章流体输送1．简述离心泵的工作原理。
什么是“气缚”现象？2．离心泵主要部件有哪些？有何特点？3．离心泵的主要性能参数有哪些？4．离心泵的特性曲线是指那三条关系曲线？5．影响离心泵特性曲线的因素有哪些？6．离心泵在安装时应考虑那些因素？什么是“气蚀”现象？7．如何确定离心泵的工作点？结合工作点试述流量调节方法。
食品工程原理第二章 习题祥解
2
1
【2－12】解：定性温度：
Q LgK ～ T （℃）呈线性关系，
∴ LgK = −0.00631T + 0.532
将 T = 46.1 ℃代入上式可得： K = 1.74
K ' = K(
3n + 1 n 3 × 0.4 + 1 0.4 ) = 1.74 × ( ) = 1.98 4n 4 × 0.4
（2）
将热导率大的放在内层，得：
Q' =
（3）
（3）/（2）得：
37.5 1 62.5 )+ Ln( ) λ1 12.5 5λ1 37.5 Q = = 1.64 1 37.5 1 62.5 Q Ln( ) + Ln( ) 5λ1 12.5 λ1 37.5
'
1
Ln(
显然，将热导率大的放在外层（或将热导率小的放在内层）热损失较小。 【2－5】解：球的内、外壁面温度恒定，则等温面必定为球面，故其导热为沿径向的一 维导热。 由傅立叶定律，得：
2000 < Re < 1 × 10 4 ，为过渡流，且为高粘度流体。 ∴α = 0.027
'
λ
di
Re
0.8
Pr (
1 3
μ 0.14 ) μW
1
= 0.027 ×
2.15 0.14 0.61 × (3.575 × 10 3 ) 0.8 × (14.03) 3 × ( ) = 500W /(m 2 .K ) 1.2 0.06
负号表示热量由外向内传递。 将已知数据代入式（1） ，得：
− 821.3 =
4π × 0.07 × (90 − 280) 1 1 − 1 r2
食品工程原理 2
颗粒，而不适用于处理粘性粉尘、含湿量高
的粉尘及腐蚀性粉尘。此外，气量的波动对
除尘效果及设备阻力的影响较大。
旋风分离器的选用
首先根据系统的物性和分离任务要求选定旋
风分离器的型式，然后根据含尘气体的体积 流量、要求达到的分离效率和允许的压降确 定旋风分离器的尺寸和个数。
通常并联的分离效率优于串联，并且设备小、
Fb
6
6
d g
3
阻力
Fd A
u 2
2
4
d2
u 2
Fg
Fg Fb Fd ma
6
d s g
3
6
d g
3
4
d
2
u 2
2
6
d 3 sa
• 颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max
• 颗粒开始沉降后，u ↑ →Fd ↑；u →ut 时，a=0 。
ut
95 10 3000 998.2 9.81
6 2
18 1.005 10 3
9.797 10 3 m / s
核算流型
6 3 95 10 9 . 797 10 998.2 Re t 0.9244＜1 3 1.005 10
3分离效率分离效率分离效率总效率总效率o进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率1001210??ccc粒级效率粒级效率pi进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率的颗粒被分离下来的质量分率100121??iiipiccc1粒级效率pi与颗粒直径与颗粒直径di的对应关系可通过实测得到称为的对应关系可通过实测得到称为粒级效率曲线
04169食品工程原理大纲
第一章流体流动和输送（*计算题）（一）课程内容化工、生物、食品、环境等许多生产领域中的处理对象多为流体，掌握流体流动的规律是解决流体输送以及研究传热、传质过程及设备的重要基础。
本章重点讨论流体流动的基本原理，并运用基本原理分析和解决流体输送过程的计算问题。
（二）学习要求要求通过对本章的学习能理解和掌握流体和流体流动的一些基本概念和基本原理，掌握运用基本原理分析和解决流体输送过程的基本计算问题。
（三）考核知识点和考核要求第一节流体的物理性质[1]了解：流体的压缩性。
[2]理解：连续性假定；流体的密度；流体的黏度。
[3]掌握：牛顿黏性定律。
第二节流体静力学[1]了解：体积力；表面力[2]理解：流体压强的度量。
[3]掌握：压强的静力学测量。
[4]熟练掌握：流体静力学基本方程。
第三节流体流动的基本概念[1]了解：边界层和边界层的分离。
[2]理解：稳态与非稳态流动；流量与流速；流动的形态与雷诺数。
[3]掌握：层流与湍流的特性。
第四节流体流动的质量衡算和能量衡算[1]掌握：质量衡算；能量衡算。
[2]熟练掌握：连续性方程；柏努利方程的应用。
（①大计算题）第五节流体流动的阻力[1]了解：直管阻力损失的实验研究；因次分析法。
[2]理解：直管阻力；局部阻力；当量直径[3]掌握：层流时的速度分布；湍流的速度分布；局部阻力损失的计算。
[4]熟练掌握：直管阻力损失的计算；（大计算题）第六节流体输送管路的计算[1]了解：分支管路计算。
[2]理解：管路特性曲线。
[3]掌握：管径的确定；并联管路计算。
[4]熟练掌握：简单管路计算；管路特性方程。
第七节流速和流量的测定[1]了解：文丘里流量计[2]理解：皮托管、孔板流量计和转子流量计的原理。
[3]掌握：毕托管、孔板流量计和转子流量计的计算方法。
第八节非牛顿流体的流动[1]了解：非牛顿流体及其流动特点第九节液体输送机械[1]了解：离心泵的类型；往复泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵、漩涡泵的工作原理和特点。
《食品工程原理》
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④化学工程原理 ●研究对象 传递过程（包括单元操作的过程和设备）。 ●研究内容 单元操作基本原理、基本规律、相互关系和应用。 ●研究方法 实验研究方法，即经验的方法。 数学模型方法，即半理论半经验的方法。
● 通过研究回答工业应用中提出的问题： ⑴ 如何根据各单元操作特点，进行“过程和设备”的选择，以适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。 ⑵ 如何进行过程的计算和设备的设计。 ⑶ 如何进行操作和调节以适应生产的不同要求。在操作发生故障时如何寻找故障的缘由。
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5、运动的描述方法 ①拉格朗日法： 描述同一质点在不同时刻的状态。 （物理学中考察单个固体质点时用） ②欧拉法：描述空间各点的状态及其与时间的关系。 （考察定态流体流动时常用）
食品工程原理
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1
第一章 绪 论
第一节 课程的性质和内容 第二节 单位和单位制 第三节 混合物浓度的表示方法 第四节 单元操作常用的基本概念
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2
第一节 课程的性质和内容
②单元操作 生产过程 →化学反应过程 + 物理加工过程 ↓（归纳） 基本操作过程 ↓ 单元操作
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第三节 混合物浓度的表示方法
一、物质的量浓度与物质的量分数 1、物质的量浓度（简称物质的浓度，也称摩尔浓度，单位kmol/m3） 2、物质的量分数（摩尔分数） 二、物质的质量浓度与质量分数 1、质量浓度（也称密度） 2、质量分数三、摩尔比与质量比
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第四节 单元操作常用的基本概念
常用单元操作： 流体的流动和输送、传热 、沉降与过滤、干燥、蒸馏、吸收、萃取等。
按过程的物理本质分： 动量传递过程（单相或多相流动）、热量传递过程和物质传递过程。
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选甲醇为基准物质，根据反应方程：
R=R甲醇+RCO+R氢=R甲醇-R甲醇-2R甲醇=-2R甲醇 对甲醇作质量衡算：
qn2x2甲醇+qn2’x’2甲醇-qn1x1甲醇+dn甲醇/dq=R甲醇
由于进料及排空气中不含甲醇，故：x’2甲醇=0，x1甲醇=0。
在稳态下，dn甲醇/dq=0。产物为纯甲醇，x2甲醇=1
dmA
d
0
即：
qm 2 w 2A
-
qm1w1A
dmA
d
0
将微分项展开：
160w2A
- 80
m
dw2A
d
w2A
dm
d
0
总质量衡算式：
160 - 200 dm 0
d
将总质量衡算式积分： m=40q+m0=40q+80
160w2A
- 80
(40
80)
dw2A
d
40w2A
0
分离变量并积分：
w2A
1 [2 - (
在无物料损失的情况下，对于稳态过程，应有：
m
n
qm1i qm2 j
i 1
故：
qn2 =R甲醇
代入甲醇的衡算式: qn2’-qn1=-3R甲醇
由题设：
qn2’/qn1=0.1
所以：
R甲醇/qn1=0.3
（2）循环气的组成可由Ar的质量衡算得到。循环气的组成 与排空气的组成相同。为维持稳态，必有：
qn1x1Ar=q’n2x’2Ar
由于：
x1Ar=0.01 及 q’n2=0.1qn1
水的密度取r=1000kg/m3，瞬时质量：
m=SZr=0.4×1000×Z=400Z
故：
dm 400 dZ
d
d
dm
qm2 d 0
将已知数据代入得： 0.25Z 1/2 400 dZ 0 d
分离变量并积分：
0.5 dZ
0.25 d
1.8 Z
0 400
解出q得：
q=2030.5 s
[例2-1-2]将水与糖分别加入一搅拌槽内进行混合。水的流量 为120kg/h，糖的流量为80kg/h。制成溶液以160kg/h的流量 离开搅拌槽。由于搅拌充分，槽内浓度各处均匀。开始时槽
系统的特点： （1）系统的质量保持不变，但其边界的形状、大小和位置 可以随时间而变化； （2）在系统的边界处没有质量交换，但可以有能量交换； （3）在边界上受到系统外的物质施加的力。
欧拉（Euler）方法：在固定的空间位置上，对一定的空间 体积进行观察，考察运动参数在空间的分布及其随时间的变 化。被考察的空间体积称为控制体，控制体的边界面称为控 制面，它总是封闭表面。
得：
0.01qn1=0.1qn1x’2Ar
故：
x’2Ar=0.1
在循环气中，CO和H2是按化学计量的比例组成的，即：
又： 故：
x’2CO=x’2氢/2 x’2CO+x’2氢=1- x’2Ar=0.9 x’2CO=0.3 x’2氢=0.6
（四）管内流动的物料衡算 过程可以是间歇的，也可以是连续式的。无论何种情况，必 须选定一种计算基准。常用的计算基准有：（1）以加入设备 的一批物料为基准；（2）以物料流量为基准；（3）以单位 质量原料或产品为基准。
内有水80kg。试计算1小时后槽中流出的溶液浓度。
水 120kg/h
糖 80kg/h
溶液 160kg/h
解：以糖为组分A。qm1A=80kg/h，qm1B=120kg/h，
qm2=160kg/h，qm1=120+80=200kg/h。当q=0时，
m0=80kg。对糖作质量衡算得：
qm2A - qm1A
5
2
)5 ] 2
代入q=1 h：
Байду номын сангаас
w2A=0.347
当时间趋于无限长时，出口糖浓度趋于0.4。
（三）有化学反应的系统
在衡算方程中应加入产物生成速率一项：
qn2 x2i
- qn1 x1i
dni
d
Ri
总质量衡算式：
dn
qn2 - qn1 d R
总摩尔生成速率R应根据反应的化学计量关系确定。可以 选择一种产物或生成物作为基准，用此基准来表示其它组 分的摩尔生成速率。
第二章 衡算方程
第一节 简单流动系统的衡算
一、系统和控制体
“系统”或“控制体”：衡算的范围。 拉格朗日（Lagrange）方法： 以确定的流体质点所组 成的整体微团作为研究对象，观察者与这些流体微团 一起运动，考察各物理量与时间的关系。被考察的流 体微团的集合即为系统，系统之外所有与系统发生作 用的物质统称为外界，将系统和外界分开的真实或假 想的表面称为系统的。
控制体的特点： （1）控制体内的流体质量可以随时间而变化； （2）控制面相对于坐标系而言是固定的，在控制面上可以 有质量交换，也可以有能量交换； （3）在控制面上受到控制体以外的物质施加的力。
二、简单流动系统的质量衡算
简单流动系统：控制体为流动系统的某一段管道或一个（或 数个）设备。
质量衡算：输入的质量流量-输出的质量流量=质量累积速率 （一）单组分系统
qm1
m
qm2
dm
qm1 - qm2 d
流动为稳定流动时，积累量为零，上式即转化为连续性方程。
（二）无化学反应的多组分系统 对单个组分分别进行质量衡算：
qm 2i
-
qm1i
dmi
d
0
qm 2 w2i
- qm1w1i
dmi
d
0
对于n个组分，可写出n个衡算方程，加上总衡算方程，共
有n+1个方程，其中只有n个方程是独立的。
态形式分离出来，故排空气中无甲醇，且过程无副反应。
排空的摩尔流量为净进料摩尔流量的10%。生产过程维持
稳定状态。试计算：（1）甲醇在产物中的摩尔流率与净
进料的摩尔流率之比；（2）循环气的组成。
净进料 qn1
循环气 反应器
排空 qn2’
分离器
纯甲醇
解：（1）在稳态下，dn/dq=0
qn2
故得：
qn2+qn2’-qn1=R=R甲醇+RCO+R氢
[例2-1-3]甲醇的制造按下列反应式进行：
CO+2H2
CH3OH
生产流程如附图所示，将反应气体通入以ZnO-Cr2O3为催
化剂的反应器中，在200atm和648K下进行反应获得甲醇。
制备过程中净进料的成分为66%（mol%，下同）的H2、 33%的CO和1%的Ar。在分离器中可将全部产物甲醇以纯
[例2-1-1]某楼顶的供水装置有一水池，横截面积S为0.4m2，
池内水的深度Z为1.8m。槽底部阀门打开后，水即流出。若
无水量补充，测得水的流量qm2与水深Z的关系为： qm2=0.25Z1/2。问经过多长时间后，水位下降至0.5m？ [解] Z1=1.8m，Z2=0.5m，qm1=0，qm2=0.25Z1/2kg/s，