食品工程单元操作

2012-9  

冯骉、 涂国云 化学工业出版社 (2012-09出版)  

冯骉，涂国云 编  

432  

无  

　　《食品工程单元操作》结合传递原理阐述了食品工业中常见单元操作的基本原理和主要应用，注重学生工程设计和实际操作能力培养，详细介绍了处理食品工程问题的常用方法，并配备了大量的例题和习题。考虑到教学中的实际需要，本书尽量以简洁的语言进行叙述，突出应用，简化理论推导。　　《食品工程单元操作》可作为高等院校食品科学与工程专业的教材或参考书，也可供从事食品、发酵、粮食加工、油脂、制糖及其他农产品加工工业的生产、设计、科研人员阅读。

绪论1 0.1食品工程与单元操作1 0.2单位、量纲和换算2 0.2.1物理单位的换算2 0.2.2经验公式的换算3 1流体流动和输送4 1.1流体的物理性质4 1.1.1连续介质假定4 1.1.2流体的密度4 1.1.3流体的可压缩性和温度膨胀性5 1.1.4流体的黏性5 1.2流体静力学7 1.2.1流体的受力与静压强7 1.2.2流体静力学基本方程7 1.2.3静力学基本方程的应用8 1.3流体流动的质量衡算和能量衡算10 1.3.1流动与流场10 1.3.2质量衡算与连续性方程11 1.3.3能量衡算与柏努利方程12 1.4流体流动的阻力16 1.4.1流动的类型与雷诺数16 1.4.2边界层和边界层的分离18 1.4.3计算直管阻力损失的通式20 1.4.4直管内的速度分布21 1.4.5直管阻力损失的计算22 1.4.6局部阻力损失的计算26 1.5流体输送管路的计算31 1.5.1管径的选择31 1.5.2管路计算32 1.5.3管路特性曲线35 1.5.4可压缩流体的管路计算36 1.6流速和流量的测定381.6.1测速管38 1.6.2孔板流量计与文丘里流量计40 1.6.3转子流量计42 1.7非牛顿流体的流动43 1.7.1幂律流体在管内层流时的速度分布和流量44 1.7.2幂律流体管内流动时的阻力损失44 1.8液体输送机械45 1.8.1离心泵45 1.8.2往复泵54 1.8.3其他类型泵56 1.9气体输送机械57 1.9.1通风机57 1.9.2鼓风机59 1.9.3压缩机60 1.9.4真空泵62 本章主要符号64 本章习题64 2非均相混合物的分离71 2.1流体与粒子的相对运动71 2.1.1颗粒在流体中的运动71 2.1.2流体通过固定床的流动74 2.2沉降77 2.2.1重力沉降77 2.2.2离心沉降80 2.3过滤85 2.3.1过滤的基本概念85 2.3.2过滤设备86 2.3.3过滤计算89 2.4离心机96 2.4.1概论96 2.4.2沉降式离心机97 2.4.3过滤式离心机99 本章主要符号100 本章习题101 3以动量传递为特征的混合单元操作104 3.1搅拌104 3.1.1混合的理论和搅拌器的流动特性104 3.1.2搅拌器的功率消耗108 3.1.3相似理论和搅拌系统的放大110 3.1.4几种特殊情况下的混合和搅拌113 3.2流态化和气力输送117 3.2.1流化床的流体力学特性117 3.2.2流化床的结构和计算122 3.2.3气力输送123 3.3乳化和均质127 3.3.1乳化128 3.3.2均质129 3.3.3乳化和均质设备131 本章主要符号133 本章习题134 4传热135 4.1传热基本方程135 4.1.1热传递的基本方式135 4.1.2能量方程136 4.1.3实际的传热过程139 4.2热传导139 4.2.1温度场和傅里叶（Fourier）定律139 4.2.2热导率140 4.2.3平壁的稳态热传导141 4.2.4圆筒壁的稳态热传导142 4.3对流传热145 4.3.1对流传热与对流传热系数及其主要的影响因素145 4.3.2流体无相变时的对流传热过程的量纲分析147 4.3.3流体无相变对流传热系数的经验关联式149 4.3.4流体有相变时的对流传热系数153 4.3.5流化床中的对流传热157 4.4辐射传热158 4.4.1辐射的基本定律158 4.4.2两固体间的相互传热161 4.4.3对流辐射联合传热163 4.5稳态传热过程的计算164 4.5.1稳态传热过程的计算方法164 4.5.2稳态传热过程的操作型计算171 4.6非稳态传热过程173 4.6.1内热阻可以忽略的非稳态热传导173 4.6.2内部和表面热阻均不能忽略的非稳态热传导174 4.6.3流体的间歇式换热178 4.7换热器179 4.7.1管式换热器179 4.7.2板式换热器182 4.7.3传热过程的强化184 本章主要符号186 本章习题186 5蒸发、结晶、热杀菌与冷冻189 5.1蒸发189 5.1.1蒸发的原理与设备189 5.1.2蒸发过程的温差损失195 5.1.3单效蒸发197 5.1.4多效蒸发198 5.2结晶204 5.2.1结晶的原理205 5.2.2结晶方法与设备207 5.3热杀菌210 5.3.1微生物的耐热性210 5.3.2罐装食品的传热211 5.3.3热杀菌时间的计算212 5.4食品的冷冻213 5.4.1制冷基本原理和常用制冷方法213 5.4.2食品的冷冻过程216 5.4.3食品冷冻的方法和装置220 本章主要符号223 本章习题223 6传质原理226 6.1传质基础226 6.1.1混合物组成的表示方法226 6.1.2相平衡与传质推动力228 6.1.3传质速度与传质通量229 6.2传质原理229 6.2.1传质微分方程229 6.2.2分子传质231 6.2.3对流传质（扩散）236 6.3流动中的传递与相似类比241 6.3.1动量、热量与质量传递之间的相似性241 6.3.2三传类比表达式（类似律）242 本章主要符号243 本章习题244 7吸收、吸附与离子交换245 7.1吸收245 7.1.1气体吸收的平衡关系246 7.1.2吸收速率方程248 7.1.3低浓度气体吸收的计算249 7.1.4吸收系数257 7.2填料塔259 7.2.1填料塔的结构与填料259 7.2.2填料塔的流体力学性能263 7.3吸附265 7.3.1吸附分离的基本理论265 7.3.2吸附计算269 7.3.3吸附设备272 7.4离子交换275 7.4.1离子交换的基本理论275 7.4.2离子交换操作与设备279 本章主要符号281 本章习题282 8蒸馏、萃取与浸取285 8.1蒸馏285 8.1.1两组分系统的汽液平衡285 8.1.2平衡蒸馏与简单蒸馏289 8.1.3两组分连续精馏原理292 8.1.4两组分连续精馏塔的计算294 8.1.5精馏特例304 8.2板式塔307 8.2.1板式塔的结构307 8.2.2板效率310 8.2.3塔径和塔高计算311 8.2.4板式塔的流体力学性能和操作特性311 8.3液液萃取313 8.3.1液液萃取相平衡过程与三元相图313 8.3.2液液萃取过程的计算316 8.3.3液液萃取设备322 8.4浸取325 8.4.1浸取平衡的表达325 8.4.2浸取操作的计算327 8.4.3浸取设备330 8.5超临界萃取332 8.5.1超临界萃取的原理332 8.5.2超临界萃取的流程334 本章主要符号335 本章习题3369干燥与空气调节340 9.1湿空气的性质340 9.1.1湿空气的状态参数341 9.1.2湿空气性质图345 9.1.3湿空气的基本状态变化过程348 9.2干燥过程的衡算350 9.2.1湿物料的形态和含水量表示350 9.2.2干燥系统的衡算350 9.2.3空气通过干燥器的状态变化352 9.3干燥动力学355 9.3.1物料中的水分355 9.3.2干燥机理357 9.3.3干燥速率358 9.3.4恒定干燥时间计算361 9.4干燥设备363 9.4.1干燥器的分类363 9.4.2对流干燥器363 9.4.3传导干燥器和辐射干燥器368 9.4.4干燥器的选择370 9.5喷雾干燥371 9.5.1喷雾干燥原理371 9.5.2喷雾器373 9.6冷冻干燥375 9.6.1冷冻干燥原理375 9.6.2冷冻干燥装置379 9.7空气调节381 9.7.1直流式空气调节381 9.7.2回风式空气调节383 本章主要符号384 本章习题385 10膜分离过程388 10.1膜分离过程概论388 10.1.1膜分离过程的特点388 10.1.2常用的膜和膜分离设备389 10.2超滤与微滤393 10.2.1超滤与微滤的过程特征和数学模型393 10.2.2微滤和超滤的操作397 10.3反渗透与纳滤398 10.3.1反渗透原理398 10.3.2描述反渗透的数学模型400 10.4电渗析401 10.4.1电渗析过程原理401 10.4.2电渗析装置405 10.5渗透汽化407 10.5.1渗透汽化原理407 10.5.2渗透汽化中的传递408 本章主要符号410 本章习题411 附录412 一、单位换算412 二、物性数据413 1.干空气的物理性质（p=101.3kPa）413 2.水的物理性质414 3.饱和水蒸气表（以压强为准）414 4.饱和水蒸气表（以温度为准）416 5.101.3kPa下气体黏度417 6.101.3kPa下气体比热容418 7.液体黏度419 8.液体的比热容420 9.常用液体的热导率421 10.有机液体的相对密度422 11.液体汽化潜热423 12.常用固体材料的重要性质424 13.一些食品的热导率425 14.一些食品的定压比热容425 三、常用材料和设备的型号、规格、规范426 1.流体输送用无缝钢管规格（摘自GB/T8163—2008）426 2.IS型单级单吸离心泵（部分）426 3.4.72.11型离心通风机性能表（部分）428 4.空气压缩机规格429 5.CLT/A型旋风分离器的生产能力（m3/h）429 6.固定管板式热交换器（摘自JB/T4714—92、JB/T4715—92）430 参考文献432

版权页： 插图： 3.3.1 乳化 3.3.1.1乳化液的类型与稳定性 食品乳化液通常有两种类型，即水包油型与油包水型。牛乳和冰淇淋为典型的水包油型乳化体系。黄油和人造奶油是典型的油包水型乳化产品。形成何种类型的乳化液，与组成物料的物性、两相的比例、乳化剂的类型及乳化液的制备方法等有关。 乳化液分散相液滴的直径一般在0.1～10μm之间，工业化生产的食品乳化液中的脂肪球的直径范围通常在0.1～2.5μm之间，应用高效均质机生产的含乳型乳化制品（如冷冻甜食）中的脂肪球直径平均值可控制在0.5μm以下。 乳化液的稳定性通常以乳化液分散相的上升（或沉降、絮凝）和聚合的速度来衡量。一般说来，乳化液的流动性受连续相液体支配。当连续相为水相时，乳化液的黏度通常较低，连续相为油相时，黏度通常较高。分散相的体积含量也是影响乳化液流动性的因素，分散相物质在乳化液中的体积含量升高会使乳化液的流动性降低。 理论上说，乳化液的稳定性是相对的。由互不相溶的水和油两相用人工搅拌方式制成的乳化液，不论是油包水还是水包油型，都是不稳定的。分散相与连续相间存在密度差是分散相沉降或上浮，最终使乳化液分层的根本原因，两相的相对移动速度一般可以用斯托克斯定律描述。 分散相的液滴始终存在着由小变大的趋势，分散相液滴聚结的原因是在两相的界面处存在着自由能，这种自由能与单位体积乳化液内两相间的界面积成正比，因而与分散相液滴的大小成反比。两相界面存在的能总是力图通过收缩界面使两相问保持最小的接触面积，从而降低自由能。分散相液滴趋于取球形体是这种作用的表现形式之一，液滴自发并合成大滴是这种收缩界面效应的另一表现形式。因此，为了获得稳定的乳化液，除了使分散相液滴的直径足够小以外，还必须消除两相间存在的界面张力，为此在配制乳化液时要加入乳化剂。 乳化液两相的黏度也是其稳定性的重要因素。分散相液滴的黏度高时，可减慢液滴间的并合；而连续相黏度高时，分散相的上浮或沉降速度将减慢。连续相的黏度对分散相液滴并合的程度也起很大的影响。液滴并合是因液滴互相碰撞引起的，因此增大黏度对这种碰撞有阻碍作用。在乳化液中，以增加黏度为目的而加入的物质为增黏剂（或称增稠剂）。 由于黏度与温度有关，一般温度越高黏度越低。因此，有些乳化产品，必须及时降温并在低温下保存，才能稳定。 分散相液滴的带电状态也是乳化液稳定的一个因素。由于液滴带同种电荷，在液滴之间存在一种相互排斥作用，有阻止分散相并合的作用。使用离子型表面活性剂作乳化剂，或者使用食盐之类的电解质，对增加分散相液滴的带电性，促进乳化液的稳定性有显著的效果。

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