“食品工程原理”课程设计管壳式冷凝器设计
目录
（一）设计任务书 (3)
（二）设计方案的确定 (3)
（三）冷凝器的选型计算 (4)
（四）核算安全系数 (6)
（五）列管式换热器零部件的设计 (8)
（六）设计概要表 (10)
（七）主体设备结构图 (10)
（八）设计评价与讨论 (11)
（九）参考文献 (11)
（一）食品科学与工程设计任务书
一、设计题目：
列管式冷却器设计
二、设计任务：
将制冷压缩机压缩后制冷剂(如F-22、氨等)过热蒸汽冷却、冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。
三、设计条件：
1、冷库冷负荷Q0=3000KW；
2、高温库，工作温度0～4℃，采用回热循环；
3、冷凝器用河水为冷却剂，可取进水温度为13~26℃；
4、传热面积安全系数5～15%。
四、设计要求：
1.对确定的设计方案进行简要论述；
2.物料衡算、热量衡算；
3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸；
4.计算阻力；
5. 编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。）
6.绘制工艺流程图、管壳式冷凝器的的结构（3号图纸）、花板布置图（3号或4号图纸）。
备注：参考文献格式：
期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）：起止页码。
专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。
（二）设计方案的确定
设计方案的确定包括制冷剂的选择、冷凝器型式的选择、流体流入冷凝器空间的选择、冷却剂的选择及其进出口温度的确定等。
一、冷凝器造型与冷凝剂的选择
选择卧式壳管式冷凝器（管束采用光滑钢管）、R717(氨气)做冷凝剂，原因有：
1.卧式壳管式结构紧凑、传热效果好、冷却水进出口温差大，耗水量小。
2.氨气较氟利昂环保，其卧式壳管冷凝器的传热性能也比氟利昂高。以氨作为制冷剂，
能制取0℃以下的低温；维修简单、操作方便、易于管理；氨价格低廉，来源充足；
对大气臭氧层无破坏作用；钢材及冷却水消耗量大；热力系数较低。
二、流体流入空间选择
由于冷却剂为河水，根据不洁净或易结垢的物料应当流经易清洗的一侧，饱和蒸汽一般应通入壳程，以便排出冷凝液，被冷却物料一般走壳程，便于散热和减少冷却剂用量，所以确定冷却水走管程，冷凝剂（氨）走壳程。
三、流速选择
根据后面的各种计算因素互相制约，最终确定：
管内冷却水流速ui=1.412m/s ；管外冷凝剂（氨）流速u o =0.35 m/s 。
1. 流速增大可以提高膜传热系数，总传热提高，减少需要的传热面积，从而降低机器
成本，尽可能使得Re>104；同时减少结垢，从而减少结垢热阻，减少清洁量； 2. 流速过大，会增大流体阻力，消耗能量，常用流速范围0.5～3m/s 。
四、 冷却剂适宜出口温度的确定
任务书要求进水温度为13~26℃，选择进口温度t 1=15°C 。卧式冷凝器的端部最大温差（tk-t1）可取7~14°C ，冷却水进口温差为4~10°C 。
提高冷凝器的传热平均温差△t
t t t t t k
k t 2
112
ln
---=
，可以冷凝器的传热面积
q
Q
t K Q F L L =?=
，从而减少传热面积、降低成本。前提是出口水温度t 2不能高于冷凝剂的冷凝温度t k ，跨程温差小于28°C 。所以确定出口水温度t 2=21°C ，冷凝剂（氨）的冷凝温度t k =25°C 。
五、 冷凝剂的蒸发温度和过冷温度确定
冷凝器的热负荷0Q Q L Φ=，减少系数φ可以有效降低热负荷。其中热负荷系数φ受冷凝温度和蒸发温度影响，由《“食品科学与工程原理”课程设计指导书》的图3（b ），蒸
发温度to 提高，可以降低热负荷系数φ。由于冷凝剂的蒸发温度要比工作温度低8~10°C ，已知工作温度为0~4°C ，即to 取值-8~-4°C 。综上所述，确定蒸发温度to=-5°C 。 由指导书p6，冷凝器内过冷一般不小于1°C ，取过冷温度t g =20.
六、 管体材料及管型的选择
选取规格为25×2.5的换热器用普通无缝钢管，则d 0=25mm ，d i =20mm ，δp =2.5mm
（三）冷凝器的造型计算
冷凝器的任务是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷却使之液化。
一. 冷凝器的热负荷
0Q Q L Φ= Kw
式中：Q L ――冷凝器的热负荷；
Q 0――制冷量； Qo=3000kw 。
φ――系数，与蒸发温度t 0、冷凝温度t K 、气缸冷却方式以及制冷剂种类有关。可由指导书图3（b ）查出。
蒸发温度to=-5°C ，冷凝剂（氨）的冷凝温度t k =25°C ，得系数φ=1.13。
Q L 总=1.13×3000kw= 3390kw 。
由于热负荷很大，冷凝器的操作负荷也高，因此采用多管程设计冷凝器， 7台冷凝剂并联，以降低机器成本。
并联数N=7，则各台冷凝器的热负荷Q L = Q L 总/N= 484285.7143w 。
二. 预算冷凝器的传热面积
在水冷式冷凝器中，卧式管壳冷凝器的制冷剂在管外冷凝，冷却水在管内流动。
q
Q
t K Q F L L =?=
式中：F――冷凝器的传热面积，m 2； K――传热系数，w/（m 2·K ）； Δt――传热平均温度差，℃； q――单位面积热负荷，w/ m 2。
根据指导书的表4，卧式管壳式（氨）冷凝器的传热系数K ＝800 w/（m 2·K ）。
△t
t t t t t k
k t 2
112
ln
---=
=
21
251525ln
15
21---=6.54814
m F 2
45.9254814
.68007143.484285=?=
三. 冷凝器冷却水用量计算
水冷式冷凝器的冷却水用量可以用下式求得：
()
360012?-=
t t C Q M P L
kg/h
式中：Q L ――冷凝器的热负荷，Kw ；
C P ――冷却水的定压比热，kJ/（kg·K ），淡水取4.186； t 1、t 2――冷却水进、出冷凝器的温度，K 或℃。 则
且体积流量3600)
1521(186.47143
.484285?-?=
M =19.28kg/s 。
冷却水体积V=
01932.0=ρ
M
m 3/s （ρ＝998 kg/m 3）
四. 管数、管程数
1.管数 由下式求得单程管子总数n
u d V
n 2
4
π=
式中：V ——管内流体的体积流量， m 3/s; d ——管子内直径，m ； u ——流体流速， m/s ；
查“热交换器用普通无缝钢管”表[1]，选取规格为25×2.5的热交换用普通无缝钢管，其内径d ＝20mm 。而流体的流速u ＝1.412 m/s 。 则57.43412
.102.04
01932
.02
=??=
π
n ,取整n=44.
2.管程数 按单程冷凝器计算，管速长度为L ，则
nd
A
L 14.3=
式中：F ――传热面积，m 2；A 取预算传热面积； 其他符号同前，
46.3302.014.344=??=
F
L m ，
则管程数为m
l
L m =
式中：L――按单程计算的管长，m ；
l――选定的每程管长，m ；按管材一般出厂规格为6m ，则l 可取1、1.5、2、3、6m
等，取l ＝6m 。
m=33.46/6=5.58，取整m=6.
采用6管程后，冷凝器的总管数N T 为：
NT=n ·m=264根
（四）核算安全系数
一.光管水冷凝器的传热系数
1.管外制冷剂冷凝膜系数αo
4
132o 725.0?
?
?
????=T Z d gr o μλρα
式中：r ——饱和氨蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg ； Λo ——氨气饱和液的导热系数，W/(m·k)； μo ——氨气饱和液的粘度，pa ·s ； Z ——管束在垂直面上的列数；
△T ——蒸汽的饱和温度和壁面温差,°C ；
其中，查相关资料[3]
，r=283.6kcal/kg=1186582.4 kJ/kg ， Λo= 0.425 kcal/m ·h ·°C = 0.49394 W/(m·k)，
μo= 0.0000155kg ·s/m 2
= 0.0001519 pa ·s ，
正三角形错排时，Z=0.6N T 0.5
=9.748，取整Z=10， △T=Tk-T
壁，壁温
T 壁总是接近对流传热系数较大的一侧流体的温度,取比水流平均温度高
1°C ，水流平均温度=（t1+t2）/2，则△T= Tk-（t1+t2）/2-1=6 °C,
8.5015
610025.00001519
.04939.09984.11865828.9725.04
1
3
2o =???
?
????????=α w/m 2·k 。 2.管内冷却水的传热膜系数
4
.08.08
.0Pr 023.0023.0????
? ??=???? ??????
?
????? ??=e i n
p i i i R d C u d d λλμμρλα
应用范围：Re>10000, 0.7 水被加热n=0.4， 定性温度：流体进出口温度的算术平均值 5.172 2 1 =+t t ° C ； 本方案定性温度为17.5℃,根据相关资料[1]，水的物性参数： ρ＝998.2kg/m 3,μ=100.42×10－ -5Pa·s, Cp= 4.183×103J/(kg·K), λ= 0.5985W/(m·k)。 Re= 0010042 .0412 .199802.0??= μ ρu d i i = 28065.64 18.25985 .00010042.04183Pr 4 .04 .04 .0== ??? ? ??=?λμp C 543018.2)02.05985.0(023.0Pr 023.064.280658.04 .08.0=?=???? ? ??=?e i i R d λα w/m 2·k 。 3. 以管外表面积为基准的K o ； 1 q q 11-??? ? ???????? ??++?++=i i i m p p o o o A A R A A R K αλδα 式中： A q ——基管外表面积，㎡； A q =∏do ·l ·N T =124.3m 2 ； A i ——基管内表面积，㎡; Ai=∏di ·l ·N T =99.48 m 2 ； A m ——基管平均面积，㎡； Am=（A q + Ai ）/2=11.9 m 2 ； δp ——管壁厚度，m; δp =0.0025m ； λp ——管壁导热系数，w/(m·k)， λp =56w （/m ·k ）； R o ——制冷剂侧污垢热阻，㎡k/w ；根据指导书表5，R o ＝0.35×10－3~0.6×10－ 3，本方 案取R o ＝0.5×10－ 3。 R i ——水侧垢层热阻㎡k/w ；根据指导书表5，澄清的河水水流速为1.412m/s>1m/s ， 则取R i =0.18×10－ 3㎡·k/w 。 1 q q 11-?? ?? ??? ????? ??++?++=i i i m p p o o o A A R A A R K αλδα=830.44w/m 2·*k 二.安全系数 1. 理论传热面积 A 理=Q L /(Ko ·△t)=89.06 m 2， 2. 实际传热面积 A 实际= NT ×π×l ×di=99.526 m 2， 3. 安全系数 X= =-A A A 理 实际 理 11.75%，符合安全系数要求（5%~15%）。 （五）列管式换热器零部件的设计 一.冷凝器阻力的计算 冷凝器的阻力计算只需计算管程冷却水的阻力，壳程为制冷剂蒸汽冷凝过程，可不计算流动阻力。 g u Z g u d L H f 222 2ε λ∑+???= 式中：λ——管道的磨擦阻力系数：在湍流状态下，钢管λ=0.22Re － 0.2；本设计所用为钢管则: λ=0.22Re － 0.2=0.22×28065.6-0.2=0.02837； Z ——冷却水流程数； Z=管程m=6； L ——每根管子的有效长度，m ； L=6m ； d ——管子内直径，m ； di=0.02m ； u ——冷却水在管内的流速，m/s ； ui=1.412 m/s ； g ——重力加速度，m/s 2 ∑ε——局部阻力系数，可近似取为：∑ε=4Z =4×6=24。 g u Z g u d L H f 222 2ε λ∑+???==6.12mH 2O 。 二.壳体内径、厚度的计算 1. 管心距、偏转角 查指导书的表8，管子外径do=25mm ，其管心距a=32mm ，偏转角α=7°。 2. 壳体内径 壳体的内径应等于或稍大于管板的直径。所以，从管板直径的计算可以决定壳体的内径。通常按下式确定壳体的内径： D=a （b －1）＋2e 式中：D――壳体的内径，mm ； a――管心距，mm ；查指导书的表8，do=0.025m 对应a=32; b――最外层的六角形对角线上的管数；查表6，总管数为264，对应最外层六角形对角线上的管数为b=17。 e――六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。一般取e ＝（1～1.5）d o 本设计方案取e ＝1d o ＝25 mm ， 故D=a （b －1）＋2e ＝32×（17－1）＋2×25＝562 mm 由于壳径的计算值应圆整到最靠近的部颁标准尺寸，根据指导书表9，取D ＝600mm 。故六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离e ＝44mm 3、壳体厚度 当换热器受内压时，外壳的厚度s 可以用下式计算： C P PD s i +-= ?σ][2 式中： s ——外壳壁厚， cm ； P ——操作时之内压力，N/c ㎡（表压）；查压焓图，冷凝温度tk 时，氨气的分压为5.54bar=57.97N /m 2, [ζ]——材料的许用应力，N/c ㎡；根据相关资料，钢管的[ζ]=18400N/c ㎡； ψ——焊缝系数，单面焊缝ψ=0.65 , 双面焊缝ψ=0.85；本设计采用双面焊缝，ψ=0.85。 c ——腐蚀裕度，其值在（0.1~0.8）cm 之间，根据流体的腐蚀性而定；本设计取腐蚀裕度c=0.8cm 。 D i ——外壳内径，cm 。 查相关资料，标准壳体内径为600mm 对应最小壁厚为10mm ，而 C P PD s i +-= ?σ][2=0.6114cm 。 三.热量衡算 1. 回热循环： 设计过冷温度tg=20°C ，查R717(氨)的压焓图、焓湿图，得循环的1，2，3，4点的焓值分别为： h 1=1484kJ/kg, h 2=1516kJ/kg, h 3=h 4=292.65kJ/kg. 2. 单位制冷量 q o =h 1-h 4=1191.35kJ/kg ， 3. 制冷循环量 G=QL/qo=3390/1191.35kg/s=0.4065; 4. 制冷剂的总放热量 Qk=G （h2-h1）=497.29kw 5. 热量衡算 本方案符合设计要求：Q k ≈Q L （六）设计概要表 类型 项目 指标 类型 项目 指标 冷 凝 器 冷凝器类型 卧式列管冷凝器 冷 却 剂 管内流速 1.412m/s 并联台数 7 进口温度 15°C 壳体内径 562mm 出口温度 21°C 壳体壁厚 0.6114cm 冷却水用量 0.0193kg/s 每台机热负荷 3390kw Re 28065.64429 1 1’ 2 2’ 3 3’ 4 lgP h h 1 h 2 h 3=h 4 图1 压焓图 安全系数 11.75% 冷却水阻力 6.12mH 2O 管 道 换热管类型 Ф25×2.5mm 光滑无缝钢管 制 冷 剂 氨气 R717 总管数 264 管外流速 0.35m/s 每程管数 44 蒸发温度 -5°C 管程数 6 冷凝温度 25°C 管长 6 过冷温度 20°C 管子的排列方式 正三角形排列 单位制冷量 1191.35kJ/kg 管心距 32mm 制冷循环量 0.4065kg/s 偏心角 7° （七）主体设备结构图 图2 设备结构图 流程及原理：经压缩机压缩的氨气先在冷凝器中被冷却，向冷却水放出热量，然后流经 回热器被返流水进一步冷却,并进入节流阀绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。膨胀后的氨气进入蒸发器，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。 （八）设计评论与讨论 本设计基本符合冷凝器的计算、技术要求，用水量较低，管程为双数，操作比单数管程简单，外膜与内膜传热系数都5000w/m 2·k 左右，能较好地实现传热冷却，有效降低操作成本。每台的传热面积要求一般，可以减低管束费用，从而减低冷凝器设备成本。回热循环既可减轻或消除吸汽管道中的有害过热，又能使液态制冷剂过冷。 压缩机 冷凝器（并联） 回热器 节流阀 蒸发器 但也存在缺陷，并联态数有7台，对附件的布置要求高，在管道的费用较高。计算叫复杂，仍可能存在误差、计算错误，离实际应用还有很大距离。对于氨做冷凝剂的冷凝器，回热循环对制冷无大的变化。 参考文献： [1]李云飞,葛克山.中国农业大学出版社.《食品工程原理》.2008. [2]《制冷工程设计手册》编写组.中国建筑工业出版社.制冷工程设计手册.1978. [3]彦启森，申江，石文星.中国建筑工业出版社.《制冷技术及其应用》2006 设计任务书 1、设计题目：年处理量为4400吨桃浆蒸发器装置的设计； 试设计一套三效并流加料的蒸发器装置，要求将固形物含量10%的桃浆溶液浓缩到42%，原料液沸点进料。第一效蒸发器的饱和蒸汽温度为103℃，冷凝器的绝对压强为20kPa。 2、操作条件： （1）桃浆固形物含量：入口含量10%，出口含量42%； （2）加热介质：温度为103℃的饱和蒸汽，各效的冷凝液均在饱和温度下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失； （3）每年按330天计，每天24小时连续生产。 3、设计任务： （1）设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （3）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （4）蒸发器的主要结构尺寸设计。 （3）绘制蒸发装置的流程图，并编写设计说明书。 目录 设计任务书 (1) 第1章绪论 (3) 1.1蒸发技术概况 (3) 1.1.1蒸发 (3) 1.1.2发生条件 (3) 1.1.3蒸发的两个基本过程 (3) 1.1.4影响因素 (3) 1.1.5影响蒸发的主要因素 (4) 1.2蒸发设备 (4) 1.2.1蒸发器 (4) 1.2.2蒸发器分类 (4) 1.2.3蒸发器的特点 (5) 1.3蒸发操作的分类 (7) 1.4蒸发在工业生产中的应用 (8) 第2章设计方案 (9) 2.1蒸发器的选择 (9) 2.2蒸发流程的选择 (9) 2.3操作条件 (10) 第3章蒸发器的工艺计算 (11) 3.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (11) 3.2估计各效溶液的沸点和有效总温度 (11) 3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发器水量的初步计算 (13) 3.4蒸发器传热面积的估算 (14) 3.5有效温差的分配 (15) 3.6校正 (15) 3.7设计结果一览表 (17) 符号说明 (18) 参考文献 (20) 结束语 (21) 食品工程原理课程教学基本要求（征求意见稿） 一、本课程的地位、作用和任务 食品工程原理是食品科学与工程专业的一门主干课程和专业基础课程，具有较强的理论性，且与生产实际紧密相联系。学习本课程要求学生具备一定的物理学知识和物理化学知识。食品工程原理以食品加工单元操作为主要对象，研究食品物料在加工过程中的动量、能量、质量的传递与守恒关系。通过本课程的学习，掌握食品加工常见单元操作的基本原理与工艺计算，典型设备的设计计算。综合利用所学知识与食品工程生产实际相结合，着重培养分析与解决工程问题的方法和能力，为进一步学习食品领域的专业课程或从事食品工业生产及相关领域的工作打下扎实基础。 二、本课程的教学基本内容与要求 （一）理论教学部分 0. 绪论 （基本内容） 1）单元操作的基本概念；三种传递过程及其物理量的守恒 2）本课程的研究方法、学习要求 3）物理量的量纲与单位换算 （可选内容） 食品工程发展现状及趋势 1.流体流动 （基本内容） 1）流体静力学：流体的物理性质，流体静力学基本方程及其应用； 2）流体流动的守恒原理：流体流动的基本概念，质量守恒----连续性方程式，机械能守恒----伯努利方程式，动量守恒及其与机械能守恒之间的关系； 3）流体流动的内部结构：雷诺实验与流体流动类型，直圆管内流体的流速分布，流动边界层； 4）流体在管内的流动阻力：沿程阻力，局部阻力； 5）简单管路的计算 6）流量测量：测速管，孔板流量计，转子流量计； （可选内容） 非牛顿流体的流动阻力； 复杂管路(并联/分支)的计算； 2. 流体输送 （基本内容） 1）液体输送机械：离心泵；其他类型泵（容积泵、浓浆泵、磁力驱动泵）； 2）气体输送机械：离心式风机，鼓风机和压缩机，真空泵及真空管路； 3）流体输送设备的种类特点及选型 食工原理复习题及答案(不含计算题) 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_________.平均流速为______。 ***答案*** 0.0157m3.s-1 2.0m.s-1 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 ***答案*** 2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 4.（3分）题号2005 第2章知识点100 难度容易 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________. ***答案*** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。 ***答案*** 饱和水蒸汽；空气 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的 ______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。 ***答案*** 标准式，较大，要小，自然 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_________,平均流速为_______。 ***答案*** 22kg.s-1 ; 2.8m.s-1 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 11. 非结合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。 ***答案*** 201 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp .. . .. . . 食品工程原理课程设计说明书 题目：日产量72吨浓缩橙汁的初步设计 年级：2014级 学院：农学院 专业：食品1404班 指导老师: 苑博华 成员：吴悠 目录 第一章前言 1.1 选题的意义 (4) 1.2 立题的意义 (4) 1.3厂址的选择 (4) 第二章设计方案简介 2.1 选题 (5) 2.2 设计拟定工作容 (5) 第三章工艺设计 3.1工艺流程图 (6) 3.2工艺操作要求 (7) 第四章设计计算 4.1 物料衡算 (8) 4.1.1 各流程物料衡算 (8) 4.1.2 调配衡算 (9) 4.1.3 设备选型 (10) 4.2 管路设计计算及泵的选型 4.2.1选管 (11) 4.2.2选泵 (11) 第五章设计评述 (13) 第六章参考文献 (14) 第一章前言 1 . 1选题的意义 橙子是世界上栽培最广、经济价值最高的橙子类水果，成熟后变成黄色果肉酸甜适度，汁多，富有香气，是生产饮料的重要原料。橙子营养丰富，含有丰富的维生素C、钙、磷、钾、β-胡萝卜素、柠檬酸、皮甙以及醛、醇、烯等物质，常常食用可以强化免疫系统，抑制肿瘤细胞生长，明显减少胆结石的发生，增强毛细管韧性，减少人体体的胆固醇吸收，降低血脂，深受人们喜爱。由于橙子出汁率高，有良好的风味，营养丰富，经过加工可制成酸甜可口的橙子饮料，既可以保留其大部分的营养成分和风味物质，又可以增加其附加价值，为农民的创收提供帮助。 1 . 2立题的意义 作为食品专业的学生，通过本次果蔬汁加工工艺学设计，我们已初步通过学习掌握果汁加工原料的质构与加工特性、果汁加工工艺、果汁加工设备、果汁在加工生产过程中常见的质量问题、果汁加工中物料衡算及管路设计等相关基本知识。参考果蔬汁现代生产加工相关文献，我们设计日产72吨橙子生产线，在设计过程中选择橙汁加工中合理的工艺流程，选择合适的加工设备，为实际生产加工橙子提供一定的用途。 1 . 3厂址的选择 橙汁工厂的选择一般倾向于设在原材料产地附近，厂址在城市外围，原材料产地附近的郊区，有利于销售，便于辅助材料和包装 食品工程原理课程教学大纲 一、课程基本概况 课程名称：食品工程原理 课程名称（英文）：PRINCIPLES OF FOOD ENGINEERING 课程编号：0611306 课程总学时：70学时（讲课60学时，实验10学时） 课程学分：3.5学分 课程分类：必修课 开设学期：第4学期 适用专业：食品科学与工程专业 先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《物理化学》、《机械制图》等课程 后续课程：《粮油食品工艺学》、《畜产食品工艺学》、《果蔬食品工艺学》、《食品机械》、《食品工厂设计》 二、课程的性质、目的和任务 本课程是食品科学与工程专业主要的必修课之一。本课程是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基础上开设的一门专业基础课程，是承前启后，由理及工的桥梁。主要目的是培养分析和解决有关单元操作各种问题的能力，以便在食品生产、科研与设计中到强化生产过程，提高产品质量，提高设备生产能力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗，防止污染及加速新技术开发等。主要任务是：研究单元操作的基本原理、典型设备的构造及工艺尺寸的计算（或选型）。 三、主要内容、重点及深度 （一）理论教学 绪论 目的要求：了解食品工程原理的性质、任务、学习方法；掌握单位换算、物料衡算、能量衡算的基本方法。 主要内容： 一、食品工程原理的发展历程 二、食工原理的性质、任务、与内容 三、单位制与单位换算 四、物料衡算 五、能量衡算 六、过程平衡与速率 重点：单元操作的概念单位换算、物料衡算、能量衡算。 难点：经验公式的单位变换、试差计算法 1 / 8 第一章流体流动 目的要求：使学生了解流体平衡和运动的基本规律，熟练掌握静力学基本方程式、连续性方程式、柏努力方程式的内容和应用、流体在管内的流动阻力，在此基础上解决管路计算、输送设备功率计算等问题。 重点：静力学基本方程式、连续性方程式、柏努力方程式的内容和应用、流体在管内的流动阻力 难点：柏努力方程式的推导及其应用、流动边界层的概念、流动阻力计算公式的推导 主要内容： 第一节流体静力学方程式及其应用 一、流体静力学方程式 二、流体静力学基本方程式的应用 第二节流体在管内的流动 一、稳定流动与不稳定流动 二、连续性方程式 三、柏努利方程式 四、柏努利方程式的应用 第三节流体在管内的流动阻力 一、顿粘性定律与流体的粘度 二、流动类型与雷诺准数 三、滞流与湍流 四、边界层的概念 五、流动阻力 第四节管路计算与流量测量 一、管路计算 二、流量测量 第二章粉碎与筛分 目的要求：掌握粉碎与筛分单元操作的基本概念、基本原理和基本计算。 重点：粒度的大小、形状及分布，粉碎速率、粉碎能耗、平均粒度、筛分速率 难点：食品物料粒度的大小、形状及分布，粉碎速率、粉碎能耗、平均粒度、筛分速率。 主要内容： 第一节粉碎 一、概述 二、粉碎理论 第二节筛分 一、筛分理论 食品工程原理期末复习 单项选择题 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 单项选择题：（从每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题干后面的括号内） 1、一个标准大气压，以mmHg为单位是（ B ） (A) 761 (B) 760 (C) (D) 9、一个标准大气压，以mH2O柱为单位是（ B ） (A) (B) (C) (D) 2、表示流体流动形态类型可用雷诺数来表示，当流体流动属于层流时，雷诺数为（ D ） (A) Re ≤ 1500 (B) Re ≤ 1600 (C) Re ≤ 1800 (D) Re ≤ 2000 10、表示流体流动形态类型可用雷诺数来表示，当流体流动属于湍流时，雷诺数为（ C ） (A) Re >3500 (B) Re >3800 (C) Re >4000 (D) Re >4200 16、一个标准大气压，以cm2为单位是（ B ） (A) (B) (C) (D) 25、一个标准大气压，以Pa为单位应为（ B ） (A) ×104 (B) ×105 (C) ×106 (D) ×105 3、流体内部流动时产生的摩擦力，对流体的流动有阻碍的作用，称为流体的 （ D ） (A) 比热 (B) 密度 (C) 压力 (D) 粘性 5、流体流过任一截面时，需要对流体作相应的功，才能克服该截面处的流体压力，所 需的功，称为（ C ） (A) 位能 (B) 动能 (C) 静压能 (D) 外加能量 6、流体流动时，上游截面与下游截面的总能量差为（ D ） (A) 外加能量减动能 (B) 外加能量减静压能 (C) 外加能量减位能 (D) 外加能量减能量损失 7、输送流体过程中，当距离较短时，直管阻力可以（ C ） (A) 加倍计算(B) 减半计算(C) 忽略不计(D) 按原值计算 8、泵在正常工作时，实际的安装高度要比允许值减去（ B ） (A) ０.３m (B) ０.５－１m(C) １－１.５m(D) ２m 12、流体流动时，由于摩擦阻力的存在。能量不断减少，为了保证流体的输送需要（ D ） (A) 增加位能 (B) 提高动能 (C) 增大静压能 (D) 外加能量 13、利用柏努利方程计算流体输送问题时，需要正确选择计算的基准面，截面一般与 流动方向（C） (A) 平行(B) 倾斜(C) 垂直(D) 相交 14、输送流体时，在管道的局部位置，如突扩，三通，闸门等处所产生的阻力称为（ B） (A) 直管阻力(B) 局部阻力(C) 管件阻力(D) 输送阻力 15、泵在正常工作时，泵的允许安装高度随着流量的增加而（ B ） (A) 增加(B) 下降(C) 不变(D) 需要调整 17、离心泵启动时，泵内应充满输送的液体，否则会发生（ A ） (A) 气缚 (B) 汽蚀 (C) 气阻 (D) 气化 19、流体内部的压强，以绝对零压为起点计算的是（ C ） (A) 真空度 (B) 表压 (C) 真实压强 (D) 流体内部的静压 20、流体流动时，如果不计摩擦损失，任一截面上的机械能总量为（ D ） (A) 动能加位能 (B) 动能加静压能 (C) 位能加静压能 (D) 总能量为常量 21、利用柏努利方程计算流体输送问题时，要正确的选择合理的边界条件，对宽广水 面的流体流动速度，应选择（C） (A) U = 1 (B) 0 < u < 1 (C) u = 0 (D) u < 0 22、输送流体时，泵给予单位质量流体的能量为（ C ） (A) 升扬高度(B) 位压头 (C) 扬程(D) 动压头 23、往复式泵的分类是依据不同的（A） (A) 活塞(B) 连杆(C) 曲柄(D)汽缸 26、离心泵的实际安装高度,应该小于允许安装高度，否则将产生（ B ） (A) 气缚 (B) 汽蚀 (C) 气阻 (D) ) 气化 食品工程原理课程设计 ---管壳式冷凝器设计 目录 食品工程原理课程设计任务书 (2) 流程示意图 (3) 设计方案的确定 (4) 冷凝器的造型计算 (6) 核算安全系数 (8) 管壳式冷凝器零部件的设计 (10) 设计概要表 (12) 主要符号表 (13) 主体设备结构图 (14) 设计评论及讨论 (14) 参考文献 (15) （一）食品科学与工程设计任务书 一、设计题目： 管壳式冷凝器设计 二、设计任务： 将制冷压缩机压缩后制冷剂(如F-22、氨等)过热蒸汽冷却、冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。 三、设计条件： 1、冷库冷负荷Q0=1700KW； 2、高温库，工作温度0～4℃，采用回热循环； 3、冷凝器用河水为冷却剂，取进水温度为26~28℃； 4、传热面积安全系数5～15%。 四、设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5. 编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图； ⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。） 6.绘制工艺流程图、管壳式冷凝器的的结构（3号图纸）、花板布置图（3号或4号图纸）。 （二）流程示意图 流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。 华中农业大学HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 题目：食品工程原理课程设计 班级：食工1002班 姓名：张国秀 学号： 2010309200212 日期： 指导老师： 列管式换热器设计任务书 一、设计题目：列管式换热器的设计 二、设计任务及操作条件 1、处理能力：6000㎏/h 2、设备形式：列管式换热器 3、操作条件 ①油：进口温度140℃，出口温度40℃； ②冷却介质：循环水，进口温度30℃，出口温度40℃； ③允许压强降：不超过107 Pa； 4、确定物性数据： 定性温度:可取流体进出口温度的平均值。 壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃ 管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3 比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃) 黏度μ0=0.000715Pa·s 导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3 比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃) 黏度μi=0.000725Pa·s 导热系数λi=0.626W/(m·℃) 5、每年按330天计算，每天24小时连续运行。 目录 第一节概述及设计方案简介 (5) 1 概述 (5) 1.1 换热器 (5) 1.2换热器的选择 (5) 1.3 流动空间的选择 (7) 1.4 流速的确定 (7) 1.5 材质的选择 (7) 1.6 管程结构 (8) 1.7 壳程结构 (9) 1.8 壳程接管 (10) 2 设计方案 (10) 3 主要符号参考说明 (11) 第二节工艺计算及主体设备设计计算 (12) 2.1 计算传热系数 (12) 2.1.1 计算管程对流传热系数 (12) 2.1.2 计算壳程对流传热系数 (12) 2.1.3 计算总传热系数 (12) 《食品工程原理》教学大纲 一、本课程的教学目标和任务 本课程为食品专业的必修专业基础课。课程内容主要包括动量传递、热量传递和质量传递的三大传递理论及其在食品工程中的应用，即研究食品工程单元操作的基本原理与应用。动量传递内容包括流体力学和流体输送机械（泵与风机）的选用、颗粒与流体间的相对运动；热量传递内容包括传热学和蒸发操作等；质量传递内容包括传质过程、吸收与蒸馏、吸附与离子交换，浸出与萃取等单元操作；此外还包括热、质同时传递的过程，如食品的干燥等。 食品工程原理是一门主要研究食品加工过程的技术原理与工程实现的应用基础课程，与机械工程、化学工程等学科的有关课程密切相关，其基础涉及数学、物理、力学、热力学、传热学和传质学等。本课程以单元操作为主线，研究食品加工过程的有关理论与工程方法，为食品科学与工程及相近专业的学生和工程技术人员学习研究提供参考。 二、本课程的教学要求 食品工程原理是食品科学与工程及其相近专业的一门十分重要的专业基础课程，在创新人才培养中具有举足轻重的地位。由于课程涉及的知识面宽，对理论分析、设计计算、实验探索、工程经验的贯通融合和创新应用方面要求很高。学习中要注重逐步树立学生的工程观念，从先进实用、安全可靠、经济方便、节能减排等方面认真掌握单元操作和工程系统集成方面的知识。 1．注重培养学生的工程设计和应用的能力。食品加工工艺千变万化，其实现的途径又可以多种多样，所以要树立学生的工程观念，能够根据生产工艺要求和物料特性，合理地选择单元操作及相应的设备，完成过程分析、设计计算，努力使系统集成达到最优化。 2.注重培养学生的数据攫取能力。食品工程原理学科研究的历史短，基础数据十分缺乏。如何通过网络或资料查取有参考价值的数据，或者通过实验测取、生产现场查定相关数据、是进行良好的食品工程设计的重要前提。 3.注重培养学生的实验能力。学习实验设计、单元操作实验、数据处理、误差分析方法，提高学生的动手能力和实验技能。 4. 多媒体等现代化教学手段辅助教学，使学生增加感性认识，激发学习兴趣，提高教学质量。 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为__ 2.0m.s-1____。 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。出口阀 4.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________.4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近__饱和水蒸汽；_的温度，而传热系数K值接近___空气____的对流传热系数。 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___、__、___.间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称__标准式__。由于中央循环管的截面积__较大_____。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的____要小__，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的____自然__循环。 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为__22kg.s-1 __,平均流速为_ 2.8m.s-1______。 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是__粒子所受合力的代数和为零_ 。滞流沉降时，其阻力系数=__24/ Rep ___. 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)1140w 11. 非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快___201___倍。 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp 14. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量WI＿＿WII AI＿＿＿A II。（大于，等于，小于） 大于，小于 15. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以实现_____________再利用。为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽 16. 物料干燥时的临界水份是指＿由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水份大。 17. 如右图所示：已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则△p=500_ N.m-2,ξ=_1（两测压点A.B间位差不计） 本题目有题图：titu141.bmp 18. 板框压滤机主要由__滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按1—2—3—2—1—2—3—2—1的顺序排列组成。 19. 去除水份时固体收缩最严重的影响是在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层，因而降低了干燥速率。 20. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低，以使前一效引出的_二次蒸汽作后一效加热用，以实现_二次蒸汽_再利用。 21. 恒定的干燥条件是指空气的＿湿度、温度、速度＿以及＿与物料接触的状况＿都不变。 22. 物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小__等因素有关。 二、选择题： 1. 当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为( ) B. A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小 C. 气体比液体更容易起漩涡 D. 气体破坏了液体的连续性 2. 降膜式蒸发器内溶液是（C ）流动的。 A. 自然循环； B. 强制循环； C. 不循环 3. 当空气的t=t=tφ（A）。 1.1.位能：由于流体在地球重力场中处于一定的位置而具有的能量。若任选一基准水平面作为位能的零点，则离基准垂直距离为Z的流体所具有的位能为mgz。 2.动能：由于运动而具有的能量。若流体以均匀速度u流动，则其动能为mv2/2.若流动界面上流速分布不均，可近似按平均流速进行计算，或乘以动能校正系数。 3.内能：物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和。对于不克压缩流体，其内能主要是流体的分子动能，对于可压缩流体，其内能既有分子动能，也有分子位能，如果单位质量流体所含的内能为e，则质量为m的流体所具有的内能E=me。在热力计算时，我们对某一状态下的内能变化值。 4.流动功：如果设备中还有压缩机或泵等动力机械，则外接通过这类机械将对体系做功，是为功的输入，相反也有体系对外做功的情形，是为功的输出，人为规定，外界对体系做功为正，体系对外界做工为负。 5.汽蚀：水泵叶轮表面受到气穴现象的冲击和侵蚀产生剥落和损坏的现象。吸上真空高度达最大值时。液体就要沸腾汽化，产生大气泡，气泡随液流进入叶轮的高压区而被压缩，于是气泡又迅速凝成液体，体积急剧变小，周围液体就以极高速度冲向凝聚中心，造成几百个大气压甚至几千个大气压的局部应力致使叶片受到严重损伤。 6.汽蚀余量：指泵吸收入口处单位液体所具有的超过气化压力的富余能量， 7.泵的工作点：泵的特性曲线与某特定管路的特性曲线的交点。1.雷诺准数：Re=dup/u;是惯性力和黏性力之比，是表示流动状态的准数2努赛尔特准数：Nu:表示对流传热系数的准数3普兰特准数：Pr:表示物性影响的准数4格拉斯霍夫准数：Gr:表示自然对流影响的准数5粘度：液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子；运动黏度是流体的动力黏度与流体的密度之比6热传导：是通过微观粒子（分子·原子·电子等）的运动实现能量传递；热对流：指流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程；热辐射：指物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程7水分结冰率：食品冻结过程中水分转化为冰晶体的程度；最大冰晶生成区：水分结冰率变化最大的温度区域（-1~5摄氏度）8形状系数：表证非球形颗粒与球形颗粒的差异程度。9分隔尺度：指混合物各个局部小区域体积的平均值；分隔强度：指混合物各个局部小区域的浓度与整个混合物的平均浓度的偏差的平均值。10泵的工作点：将同一系统中的泵的特性曲线和某特定管路曲线，用同样的比例尺绘在一张图上，则这两条曲线的交点称为系统的工作点11温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布；温度梯度：沿等温面法线方向上的温度变化率12颗粒群的频率分布曲线：将各个颗粒的相对应的颗粒百分含量绘制成曲线；累计分布曲线是将小于（大于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系绘制成表格或图形来直观表示颗粒粒径的累积分布13粉碎：利用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块颗粒或粉末的单元操作；粉碎比“物料粉碎前后的平均粒度之比14床层空隙率：众多颗粒按某种方式堆积成固体定床时，床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率表示，数值等于床层空隙体积与床层总体积之比15床层的比表面：单位床层体积具有的颗粒表面积16水力光滑管：当δ﹥Δ时，管壁的凸凹不平部分完全被黏性底层覆盖，粗糙度对紊流核心几乎没有影响，此情况成为水力光滑管17紊流核心：黏性影响在远离管壁的地方逐渐减弱，管中大部分区域是紊流的活动区，这里成为紊流核心18允许吸上真空高度Hsp:在吸上真空高度上留有一定的余量，所得的吸上真空高度19最大吸上真空高度Hsmax:当泵的吸入口处的绝对压力Ps降低到与被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压Pv相等时，吸上真空高度就达到最大的临界值，称为最大吸上真空高度20泵的几何安装高度（吸入高度）：指泵的吸入口轴线与贮液槽液面间的垂直距离21壁效应：壁面附近的空隙率总是大于床层内部，因阻力较小，流体在近壁处的流速必大于床层内部22黑体：A=1表示投射到物体表面上的辐射能全部被该物体吸收；白体或镜体：R=1,表示投射到物体表面上的辐射能全被该物体反射；透热体：D=1表示投射到物体表面上的辐射能全部被透过；灰体：能以相同的吸收率且部分地吸收所有波长范围的辐射能的物体；特点：a,灰体的吸收率 《工程制图及机械设计基础》课程教学大纲 一、课程说明 课程编码4300181 课程类别学科基础课 修读学期第二学期学分 2 学时32 课程英文名称Engineering Drawing & Mechanical Design Basis 适用专业食品科学与工程、食品质量与安全 先修课程大学计算机基础、电子与电工技术 二、课程的地位及作用 《工程制图与及机械设计基础》是为工科类学生而开设的一门学科基础课程。是研究设计者用来表达设计思想，生产者用来指导生产，使用者据此使用维护，还是技术交流工具的“工程语言”工程图样的绘制与识读的理论和方法。对于学生学习和掌握《食品机械与设备》、《食品工程原理》、《食品工厂设计》等专业课的绘图、读图及设计能力的培养至关重要，也为毕业设计及毕业后从事工业产品设计与制造、选用与管理生产设备打下基础。 三、课程教学目标 1、掌握用正投影法图示空间物体的基本理论和方法； 2、培养尺规绘图、徒手绘图和计算机绘图的初步能力； 3、掌握绘制和识读工程图样的基本技巧，熟悉工程制图国家标准和查阅方法； 4、培养空间构思表达能力和三维形体的形象思维能力； 5、培养耐心细致的工作作风和严肃认真的工作态度。 四、课程学时学分、教学要求及主要教学内容 (一) 课程学时分配一览表 章节主要内容总学时 学时分配讲授实践 第1章制图基本知识与基本技能 2 2 0 第2章AutoCAD基础 6 6 0 第3章点、直线、平面的投影 4 4 0 第4章立体的投影 4 4 0 第5章组合体的视图与形体构思 4 4 0 第6章轴测图 2 2 0 第7章机件的常用基本表达方法 4 4 0 第8章标准件和齿轮 2 2 0 第9章零件图 2 2 0 第10章装配图 2 2 0 (二) 课程教学要求及主要内容 第一章制图基本知识与基本技能 教学目的和要求： 1. 了解国家标准《技术制图》、《机械制图》的基本规定； 2. 掌握尺寸标注方法； 3. 掌握平面图形画法； 4. 掌握尺规绘图的方法与步骤。 教学重点和难点: 1. 教学重点：国家标准中的尺寸标注方法。 2. 教学难点：比例和尺寸标注。 教学方法和手段：讲解法、问答法。 教学主要内容： 1. 制图基本规定：图纸幅面、比例、字体、图线、尺寸注法； 2. 绘制工程图样的三种方法； 3. 尺规绘图及其工具、仪器的使用； 4. 几何作图； 5. 尺规绘图的方法与步骤； 6. 徒手绘图及其画法。 第二章AutoCAD基础 教学目的和要求： 1，影响对流传热系数的因素：P127 ①流体的状态：液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。 ②流体的物理性质：影响较大的物性如密度ρ、比热c p、导热系数λ、粘度μ等。 ③流体的运动状况：层流、过渡流或湍流。 ④流体对流的状况：自然对流，强制对流 ⑤传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 2，如何达到快速蒸发P169 欲提高蒸发器的生产强度，必须提高传热系数或增大传热温差，或两者同时增加 A，增大传热温差：提高加热蒸汽的压力和分离室的真空度。 B，使传热系数增大：排除不凝性气体，减小冷凝侧热阻；加阻垢剂，定期清洗，减小沸腾侧的污垢热阻 3，提高蒸汽经济性：a,多效蒸发b，抽出额外蒸汽，c，冷凝水显热利用，d，热泵蒸发 4，离心泵的工作原理。 答：先将泵壳内灌满被输送的液体。启动泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。于是液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。这样，只要叶轮旋转不停，液体就源源不断地被吸入与排出 5、简述升膜式蒸发器（或降膜式蒸发器）的工作原理。 6、以套管式热交换器（列管式热交换器、平板式热交换器等）为例，说明强化传热的方法。以板式为例，使总传热系数提高的方法：1，板片采用导热性能好的金属材料，减小传导热阻。2流体在板间流动，单位体积流体的传热面积大。3板片冲压成波纹状，增加流体湍动，减小对流热阻，增大传热面积。 7，影响萃取操作的因素有：（萃取剂的选择） 1.萃取剂对萃取过程的影响：萃取剂的选择（选择性系数B大于Ka/Kb和分配系数K越大越好） 2.溶剂S和稀释剂B的互溶度的影响，越小越容易分离 3.溶剂的物理性质：S与原溶液应有较大的密度差影响界面张力易乳化难分层但过大液得分散差 4.溶剂的化学性质：化学稳定性热稳定性抗氧化性 5.溶剂的回收难易：溶剂的费用影响它的经济性的重要环节要求溶剂提取它的组分的相对挥发度要大特别是不应形成恒沸液 6.溶剂的经济性：尽量选择价廉物美的材料且来源方便 7.操作温度的影响：温度越低两相区域面积越大有利于萃取操作 江 南 大 学 考 试 卷 专 用 纸 《食品工程原理》（2）期末试卷（B ） 2006.6 （食品学院03级用） 使用专业、班级 学号 姓名 题 数 一 二 三 四 五 总 分 得 分 一、概念题 〖共计30分〗； (填空题每空1分，判断、选择题每小题各1分) 1 在填料塔吸收系数测定的实验中，本实验室所使用的填料有__拉西______环和___鲍尔_____环两种。 2 根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为（ C ）。 (A)两相界面存在的阻力； (B)气液两相主体中的扩散的阻力； (C)气液两相滞流层中分子扩散的阻力； 3 气体的溶解度随________的升高而减少，随 ___________的升高而增大。 4 精馏过程是利用 多次部分气化_______________和____多次部分冷凝____________的原理而进行的。 5 精馏塔设计时采用的参数(F ,x F ,,ｑ, D ，x D ，R 均为定值)，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量__增大______，塔内实际上升蒸汽 量________。(增大，减少，不变，不确定) 6 二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化。（ ） (A)平衡线； (B)操作线与q 线； (C)平衡线 本题得分 8. 判断题（对打√，错打×） ①干燥操作能耗大，但要从湿固体物料中除去湿份(水份)，只能采用干燥 操作。( ) ②干燥过程中，湿物料表面并不总是保持为操作条件下空气的湿球温度。 ( ) 9. 干燥过程是________________和________________相结合的过程。 10 料液在高于沸点下进料时，其加热蒸气消耗量比沸点进料时的蒸汽消耗 量___少______， 因为此时料液进入蒸发器后有____闪蒸__________现象产生。 11多效蒸发的原理是利用减压的方 法使后一效的蒸汽压力和溶液的沸点较前一效的低，以使前一效引出的_____________作后一效的 ____________，从而实现____________再利用。 12萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M 位于 (A)溶解度曲线之上方区； (B)溶解度曲线上； (C)溶解度曲线之下方区； (D)座标线上。 13萃取是利用各组分间的 差异来分离液体混合液的。 (A)挥发度 (B)离散度 (C)溶解度 (D)密度。 14判断题（对打√，错打×） 从A 和B 组分完全互溶的溶液中，用溶剂S 萃取其中A 组分，如果 出现以下情况将不能进行萃取分离: (A) S 和B 完全不互溶，S 和A 完全互溶。 ( ) I 2004 -2005学年第二学期 食品科学与工程 专业 、填空题（20分） 1. 71dyn/cm= ________ N/m （已知 1N=105 dyn ）； 2. 给热是以 _______________________ 和 _______________ 的差作 为传热推动力来考虑问题的； 3. 金属的导热系数大都随其温度的升高而 , 随其纯度 的增加而 ____________ ； 4. 能够全部吸收辐射能的物体（即 A=1）称为 ___________ 体； 5. 蒸发操作中，计算由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失的 方法有 _______________________ 、 _______________________ : 6. 蒸发器主要由 _____________ 室和 _________________ 室组成; 7?喷雾干燥中，热空气与雾滴的流动方式有 _______________ 、 _______________ 、 ______________ 三种； 8. 形状系数不仅与 _____________________________ 有关，而且 与 __________________________________ 有关； 9. 粉碎的能耗假说比较著名的三种是 _____________________ 、 10. 圆形筛孔主要按颗粒的—度进行筛分，长形筛孔主要按颗粒 的 ______ 度进行筛分。 word 文档可编辑系（部） 河 食品工程原理试卷（A ）卷 北 科 技 师 题号 ----------- *■ -二二 -三 四 五 ??? 合计 得分 阅卷人 范 学 I I 院 I I I 装 订 I 线 食品工程原理 课程设计说明书 任务名称：蒸发器的设计 设计人： 指导教师： 班级组别： 设计时间： 成绩: 目录 1、设计说明书 (2) 2、设计方案的确定 (3) 3、方案说明 (4) 4、物料衡算 (5) 5、热量衡算 (5) 6、工艺尺寸计算 (9) 7、附属设备尺寸计算 (15) 8、主要技术参数 (17) 9、计算结果汇总 (17) 10、设备流程及装备图 (18) 11、参考文献 (21) 设计说明书 一、题目: 蒸发器的设计 设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。已知进料浓度为%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。加热蒸汽的压力为0.15 MPa 二、原始数据： 1、原料：浓度为%的番茄酱 2、产品：浓度为28%的番茄酱 3、生产能力：蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时 4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力 5、压力条件：第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度 三、设计要求内容： 1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。 2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、 传热面积等。 3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺 寸等。 4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用 5、流程图及装配图绘制 四．设计要求 1、设计说明书一份； 2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等； 3、蒸发器流程图和装配图 设计方案的确定 1.蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便 于清洗和更换。这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。 2.蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸 点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。这样也限制了效数的增加。（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。 3.加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力。 4.操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。 ※<前言> 一、课程的性质与任务 《食品加工工艺学》食品科学与工程专业的一门重要的专业基础课。是一门应用化学、物理学、生物学、微生物学和食品工程原理等各方面知识，研究食品原料化学成分的加工特性及原辅料质量与食品加工的关系；食品的保藏原理；果蔬食品、粮油食品、动物食品、酿造食品等的加工原理，加工工艺，产品标准和常见质量问题及其控制措施；介绍食品加工的新技术、新成果及发展前景。 通过本课程的学习，要求学生熟悉食品的品质特性，懂得各种食品的生产原理和工艺理论；具有探索新工艺、新技术、新原料的研究能力； 研究食品资源利用、生产和储藏的各种问题，探索解决问题的途径，实现生产合理化、科学化和现代化，为人类提供营养丰富、品质优良、种类繁多、食用方便的食品。 二、课程的教学目的与要求 依据本专业教学计划对本课程教学的基本要求，经过理论教学、综合大实验等教学环节,使学生获得下列知识和技能: 1.了解原料中化学成分的加工特性以及原辅料质量与食品品 质的关系。掌握原料预处理的方法及辅料的要求和使用标准。 2.了解食品不稳定的原因，熟悉食品保藏的基本原理和相应的技术措施。 3.掌握果蔬食品、粮油食品、动物食品和酿造食品中的主要类型及其加工工艺，主要工序的机理、技术要求及技术参数。熟悉新产品开发中的工艺设计。 4.了解产品质量标准;了解产品商品化的基本知识。 ※<教学内容> 绪论 1.基本内容 ⑴ 食物与食品的概念，食品的分类方法。 ⑵ 食品加工的重要意义。 ⑶ 国内外食品工业的发展状况及前景。 ⑷ 食品加工学的任务。 2.基本要求 ⑴ 了解食品加工的意义及特点。 ⑵ 了解食品工业的发展状况及前景。 3.重点难点 国内外食品工业的历史与现状，国内外食品工业的差距，以及食品工业的发展前景。 4.建议⑵ 介绍本课程的学习方法和注意事项，并给学生指定参考书和期刊。 第一章果蔬的化学成分和预处理 1.基本内容 ⑴ 果蔬的化学组成。 ⑵ 果蔬中的可溶性糖、有机酸、色素、维生素、单宁、含氮物质、部分糖苷和果胶物质等与食品加工的关系。 ⑶ 果蔬原料挑选、分级、洗涤、去皮、切分、去核(芯)、破碎、热烫等的作用和方法。 ⑷ 果蔬在加工过程中变色的原因及护色的主要措施。 2.基本要求 ⑴ 了解果蔬中化学成分与加工的关系，果蔬在加工过程中的变色的原因。食品工程原理课程设计
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