食品工程原理课件第一章 物料衡算和能量平衡.ppt

第一章　物料衡算和能量平衡
本章重点和难点
掌握物料衡算的方法；
掌握能量平衡的原则和方法；
掌握食品比热的计算方法和焓的计算；
掌握食品在冷冻过程中焓变的计算方法；
了解通过数学模型解决工程问题的思路。
第一章 物料衡算和能量平衡
依据质量守恒定律，进入与离开某一过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即：
对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为：
输入量－输出量＝累积量　　
Inflow - Outflow = Accumulation
输入量＝输出量
用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。
一 、 物料衡算（Material balance）
物料衡算的用途：
配方产品
估算终产品的组成
估算产品的加工收率
评估分离效率
【例1-1】求从 100 kg含有糖 20%(质量比)和水溶性不可结晶杂质1%的糖浆中结晶生产的糖（干基）的量。具体操作过程是首先将糖浆浓缩到 75%糖浓度，送至结晶器中冷却到 20℃结晶，经离心分离后再于干燥器中干燥得到糖晶体。
图1-1 糖结晶过程流程图各系统边界和进出系统物料流
（一）总物料平衡
物料衡算按以下步骤进行：
从试验结果中收集所有关于流体流入和流出的质量和成分；
绘制框图，标明整个过程，正确标出物料的流入口和流出口，划定系统边界，确定衡算范围，将所有可用数据标注在框图上；
选择一个合适的计算基准（如质量或时间），如何选择取决于计算的方便性；
按照选定的基准建立物料平衡方程来计算未知量，每个未知量对应一个单独的物料平衡方程。
（二）组分物料衡算
（三）基准和联系物
联系物（Tie material）－－即在过程中能够联系不同物质流关系的组分。通常这个联系物在整个过程中是不变化的。

基准（Basis）－－在未给定初始质量的情况下，如果要求的结果是比率或百分比，则可以假设一个基准方便解决问题。
（四）与稀释、浓缩、干燥关联的物料衡算（稳态）
【例1-2】
Mixer
水
20% NaCl 15 kg
10% NaCl
x kg
图1-2　稀释过程物料组成和流向图
例2中，联系物为NaCl，整个过程中总量不变；计算基础15kg，则x kg稀盐水中NaCl质量与稀释前一样，为3 kg，所以x＝30 kg, 即需要加水15 kg。
【例1-3】
(X) 水
(W)
　80% 水
20% 固形物
(D)
50% 水
50% 固形物
图1-3　脱水过程物料组成和流向图
（五）食品配料的混合
总质量守恒及组分衡算
【例1-4】
图1-4　浓缩果汁混合过程中物料平衡和组分流向
Y kg
45% solids
X kg
65% solids
100 kg
45% solids