食品工程原理实验讲稿.docx
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食品工程原理实验讲稿
生命科学与工程学院本科实验项目
实验项目名称
热风干燥实验
所属课程
食品工程原理
所适专业
食品科学与工程专业
带课教师
李凤
实验要求
必修
关键词
干燥曲线干燥速率曲线
传质系数
实验类型
.基础性验证实验
所用主要
仪器设备
烘箱，分析天平，干湿球温度计
实验学时
4
是否特色
否
实验1热风干燥实验
1.1实验目的
1、学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含量的实验原理和测定方法；
2、学习空气状态测定方法，学习被干燥物料与热空气之间对流传热系数和传质系数的测定方法；
3、了解测定物料干燥速率曲线的工程意义；
4、了解影响干燥速率的有关工程因素。
1.2实验原理
当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。
根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程分为两个阶段。
第一阶段为恒速干燥阶段。
在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。
因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段也称为表面气化控制阶段。
在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸气分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速阶段。
此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制，故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。
随着湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减小，故干燥速率不断下降。
恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：
固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。
恒速阶段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据，本实验在恒定干燥条件下对浸透水的毛巾进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
1、干燥速率的测定
式中：
NA—干燥速率（kg/kg.s）
Δτ—时间间隔（s）
GC—绝干物料量（kg）
dX—时间间隔内干燥气化的干基含水量
2、物料的干基含水量X
3、恒速阶段的对流传热系数α
式中：
t—试样放置处的干球温度（℃）
tw—试样放置处的湿球温度（℃）
rtw—湿球温度下水的汽化潜热（J/kg.℃）
4、恒速阶段的对流传质系数K
式中：
G—恒速阶段除去的水分质量（kg）
t—恒速阶段时间（s）
A—干燥面积（m2）
1.3材料与仪器
材料：
毛巾
主要仪器：
分析天平、电热烘箱、空气温湿度计、秒表。
1.4实验方案
实验采用鼓风干燥箱干燥物料。
通过测定不同时间物料的含水量和物料温度得到干燥曲线，并且根据气化水分消耗的热量间接测得恒速干燥阶段被干燥物料与热空气之间的对流传热系数。
检测点及测定方法
测定的数据有：
毛巾的面积，干燥时间，含水率，空气温度和相对湿度。
干燥时间：
计时器
热风温度：
空气温湿计
物料含水率：
烘干称重法。
1.5操作与结果
实验前的准备工作
⑴将被干燥的物料试样在水中进行充分浸泡。
⑵将被干燥物料均匀平铺。
⑶熟悉秒表使用方法。
实验方法
⑴按下空气预热器的电源开关，并调节加热电压旋钮，使干燥器的热风温度达到指定值。
⑵干燥器的热风温度恒定5分钟后，开始实验。
⑶将物料放入干燥箱中。
⑷每间隔3－5分钟秤重一次，直至单位时间减轻重量开始下降结束。
干燥曲线测定实验原始数据记录表（自己根据实验的需要设计数据记录的表格）
1.6数据处理及结果分析
1、第一部分参考教材p145。
2、按照原理部分的分析计算对流给热系数和传质系数。
1.7思考题
1、测定干燥速率曲线的理论和应用意义何在？
2、结合同班其它组的实验结果分析影响干燥的工程因素有哪些？
3、干燥空气的干球温度高低对于干燥的影响体现在哪里？
4、实验的体会有哪些？
参考文献
[1]史贤林,田恒水.化工原理实验[M].上海:
华东理工大学出版社.2005.
[2]杨同舟.食品工程原理[M].北京:
中国农业大学出版社,2001.
实验项目名称
喷雾干燥实验
所属课程
食品工程原理
所适专业
食品科学与工程专业
带课教师
李凤
实验要求
必修
关键词
喷雾干燥干燥条件
实验类型
.基础性验证实验
所用主要
仪器设备
喷雾干燥设备
实验学时
4
是否特色
否
实验2喷雾干燥实验
2.1实验目的
1、掌握喷雾干燥器的结构、操作、控制和调整
2、观察物料的实际喷雾干燥过程
3、测定喷雾干燥中的各种参数
4、掌握根据物料的特性选择合适喷雾干燥工艺条件，获得合格产品的方法
2.2实验原理
喷雾干燥是用雾化器将料液分散成雾滴，与热空气等干燥介质直接接触，使水分迅速蒸发的干燥方法。
料液可以是溶液、乳状液、悬浮液或者糊状物等。
喷雾干燥设备主要由雾化器、干燥室、产品回收系统、供料及热风系统等部组成。
雾化器的作用是将物料喷洒成直径10～60mm的细滴，从而获得很大的液化表面。
常用的雾化器有压力喷嘴、离心转盘、气流式喷嘴。
干燥室的基本要求是提供有利的气液接触，使液滴在到达器壁之前已经获得相当程度的干燥，同时使物料与高温气流的接触时间不致过长。
因此，离心转盘造成的雾距范围大，干燥室的高径比则应较小。
反之，压力喷嘴则须采用高径比很大的柱形干燥室。
总的来说，喷雾干燥设备的设备尺寸，能量消耗多。
但由于物料停留时间很短，适用于热敏物料的干燥，且可省去溶液的蒸发、结晶等工序，由液态直接加工为固体成品。
2.3材料与仪器
材料：
纯牛奶
主要仪器：
喷雾干燥设备。
2.4实验方案
牛奶采用喷雾干燥得奶粉。
检测点及测定方法
测定的数据有：
空气进出口温度，产物含水率，产物粒度。
物料含水率：
烘干称重法
产物粒度：
显微镜。
2.5操作与结果
1、检查喷头及管件连接是否正确、密封。
2、接通电源（指示灯亮）。
3、根据需要设定空气进口温度、出口温度。
4、打开鼓风机开关（调至所需的风速）。
5、打开加热开关。
6、当温度达到设定温度时，开始进料。
7、先进少量的清洁水，然后再进料。
8、调节进料速度和热风进口温度获得合格的产品。
9、观察雾化和喷雾干燥的过程。
10、物料处理完毕，加适量清洁水洗涤离心喷雾喷头。
11、当干燥结束时，关闭喷雾干燥器的操作应逆向进行。
12、当仪器冷却后，取下接受瓶。
13、测定各样品水分含量。
14、彻底清洗设备和管道。
实验项目名称
材料粉碎及产品粒度测定
所属课程
食品工程原理
所适专业
食品科学与工程专业
带课教师
李凤
实验要求
必修
关键词
粉碎粒度
实验类型
.综合与设计性
所用主要
仪器设备
粉碎机，泰勒标准筛，分析天平，显微镜
实验学时
4
是否特色
是
实验3材料粉碎及产品粒度测定
3.1实验目的
5、了解粉碎与筛分的过程
6、掌握粉碎粒度的测定法和平均粒度的求法
7、通过测量求得颗粒的累积分布和频率分布
8、粉体性质的相关研究
3.2实验原理
物料粉碎后，通过筛分的方法对颗粒进行分级，分析统计颗粒的粒度分布。
并设计一种方法对粉体的性质进行研究。
（按组自己添加自己参考文献设计的粉体性质研究方法原理）
3.3实验设计
（1）粉碎采用实验用高速粉碎机。
（2）粒度分布分析采用筛分法。
（3）粉体性质研究自己设计。
3.4材料、试剂与仪器
材料：
谷物、粉状食物、调味料等
仪器：
分析天平、粉碎机、泰勒标准筛。
3.5实验主要方法操作
1、将试验原料在干燥箱中进行干燥，使水份含量小于10%。
2、用感量天平称取试样150-200克/组。
3、用粉碎机将试样原料粉碎。
4、用泰勒标准筛将试样进行筛离，并记录筛上物的粒度范围，求出每个筛上物的平均粒度。
5、用感量天平称好筛上分物的重量，并作好记录。
6、求粉碎物的质量累积布和频率分布。
7、求粉碎物料的平均粒度。
3.6实验结果记录（自己设计实验记录表格）
材料粉碎及产品粒度测定原始数据记录表
粉体性质研究记录表格自己根据设计方法另行设计
3.7实验结果分析与解释
1、画出颗粒的频率分布曲线和累积分布曲线。
2、计算颗粒的平均粒度。
实验记录表格和数据处理请参考：
《化工原理》，陈敏恒等编，第三版上册P116-119
参考文献
[1]作者.论文标题[J].杂志名称，2003，26（3）：
88~90.（年、卷、期页码）
实验项目名称
黏度测定实验
所属课程
食品工程原理
所适专业
食品科学与工程专业
带课教师
李凤
实验要求
必修
关键词
黏度数显式黏度计
实验类型
.基础性验证实验
所用主要
仪器设备
旋转式黏度计NDJ-9S，NDJ-79
实验学时
4
是否特色
否
实验4黏度测定实验
4.1实验目的
掌握中高粘度和低黏度流体的黏度测定方法
了解不同物料的黏度大小
测定不同物料的黏度
学习数据处理的基本方法。
4.2实验原理
同步电机以稳定的速度旋转带动电机传感器片，再通过游丝带动与之连接的游丝传感器片、转轴及转子旋转。
如果转子未受到液体阻力，上下二传感器片同速旋转，保持在仪器“零”的位置上。
反之，如果转子受到液体的粘滞阻力，则游丝产生扭矩与粘滞阻力抗衡，最后达到平衡。
光电转换装置将上下传感器片相对平衡位置转换成计算机能识别的信息，经过计算机处理，最后输出显示被测液体的黏度值。
4.3材料、试剂与仪器
材料：
纯牛奶、酸奶，水、洗洁精、糖桨。
主要仪器：
旋转式黏度计NDJ-9S，NDJ-79，温度计
4.4操作与结果
1、接通电源：
工作电压为：
AC220V士10%,50Hz
2、测定样品温度。
3、联接器安装：
联接器是一左旋滚花螺母，固定于电机同轴的端部。
拆装时用专用托棒杆插人胶木圆盘上的小孔卡住电机轴。
测定组则配有小勾，用于转子挂勾悬挂。
4、零点调整：
接通电源使电机转动，此时指针一般在5格左右，然后调节主机左侧滚花螺钉（顺时针方向旋转）使指针向左边移动至零点，转动数分钟然后关机，此时指针不一定在零位是正常现象。
再开机看指针是否回到零位，若稍有偏差，如上述方法调整到零位。
至此，调零结束。
在测试过程中，检查零位时不可将转子挂在联结器上，但必须开启电机。
一般情况下，零点正确后不必再调零。
5、将被测液体缓缓注入测试容器中，使液面与测试容器锥形面下部边缘齐平，将转筒浸人液体，将测试容器放在仪器托架上，同时把转筒悬挂在仪器的联轴器上，此时转子应全部浸没于液体中，开启电机，此时转子旋转时可能伴有晃动，可前后左右移动托架上的测试容器，使与转子（筒）同心，从而使指针稳定即可读数。
选择一种物料测定不同温度下的黏度值。
准备一种自己感兴趣的物料测定其黏度。
黏度测定数据记录表格（根据实验自己设计）
4.5实验结果分析与解释
计算各种物料得平均黏度及测定的标准差。
实验的体会和经验教训。
附录黏度计使用说明书
亲爱的用户，在您启用NDJ-9S型数显黏度计前，请认真阅读本说明书，以利您正确使用本仪器，谢谢！
一、特点用途
NDJ-9S型数显黏度计是智能化的液体黏度测量仪器。
在计算机的控制下，自动完成液体黏度的测量工作，结果由显示屏输出。
本仪器具有结构小、工作稳定、抗干扰性能好、测量精度高等特点。
可用于测量液体的粘性阻力与液体的绝对黏度。
广泛适用于油脂、油漆、塑料、食品、药物、胶粘剂、化妆品等各种流体的黏度。
二、主要技术指标
测量范围：
0.01~100Pa·S注：
1Pa·S=1000mPa·S
转子转速：
6r/min，12r/min,30r/min,60r/min
测量误差：
±5%（牛顿液体）
电源：
220±10V
外型尺寸：
308×300×450mm
净重：
2600g
三、结构原理：
1、如图1所示，同步电机以稳定的速度旋转带动电机传感器片，再通过游丝带动与之连接的游丝传感器片、转轴及转子旋转。
如果转子未受到液体阻力，上下二传感器片同速旋转，保持在仪器“零”的位置上。
反之，如果转子受到液体的粘滞阻力，则游丝产生扭矩与粘滞阻力抗衡，最后达到平衡。
光电转换装置将上下传感器片相对平衡位置转换成计算机能识别的信息，经过计算机处理，最后输出显示被测液体的黏度值。
2、利用齿轮系统及离合器进行变速。
由专用旋钮（见图2a）操作，分四档转速。
根据测定需要选择。
3、仪器配有1~4号四种转子（图3所示），可根据被测液体黏度的高低连同转速配合选用。
4、保护架（见图2a）是为稳定测量和保护转子用。
使用保护架进行测定能取得较稳定的测量结果。
5、仪器配有固定支架及升降机构（见图2a）。
仪器必须固定在支架上方可测量。
四、安装：
1、从包装箱中取出存放箱、支架和支柱等。
2、将支柱旋入支架后部之螺旋孔中，并将支柱上的齿型面面向支架正前方。
用扳手将六角螺母拧紧，防止支柱转动。
3、转动升降夹头旋钮，检查升降夹头的灵活性和自锁性，发现过松或过紧现象可用内六角螺钉扳手调正夹头松紧螺钉，使能上下升降，偏紧为宜，以防装上仪器后，产生下落情况。
4、打开存放箱，取出黏度计，将黏度计安装在升降夹头上，用手柄固定螺钉拧紧，然后取下套在黏度计转轴上的黄色护套。
5、调节支架两端的水平调整螺钉，保持仪器水平。
五、操作说明
1、准备被测液体
请将置于直径不小于70mm的烧杯或直筒形容器中，准地控制被测液体的温度。
2、将保护架安装在仪器上（向右旋入装上，向左旋出卸下）
3、安装转子
将选配好的转子旋入连接螺杆（向左旋入装上，向右旋出卸下）。
旋转升降旋钮，使仪器缓慢地下降，转子逐渐浸入被测液体中，直至液体的表面与转子的液面线相平为止（尽量居中）。
再次调整仪器的水平。
4、本仪器有四档不同的转速：
分别为60r/min、30r/min、12r/min、6r/min。
在仪器的左侧装有一个变速执手，上面刻有各档转速的数字。
旋转变速执手，使表示各档转速的数字向上，可切换60r/min、30r/min、12r/min、6r/min四档不同的转速。
上述工作完毕，请再次接通电源，打开电机电源开关（图2b）所示，显示屏即显示本仪器的型号ND-9。
5、测量
（1）键盘说明（图4）
S—转子键代号
R—转速键代号
◆—搜索键
%--百分比键
η—黏度键
RUN—运行键
AC—复位键
AUTOZERO—用户不作使用
（2）将有关参数键入计算机
a.输入当前仪器使用的转子代号。
请先按面板上S键，释放后，显示器即显示S。
然后按搜索键◆，如果按住不放，显示器将循环显示：
（S1、S2、S3、S4分别是1~4#转子的代号），如果您现在选用1#转子进行测量，只要在显示S1时松手即可。
其他类推
b.将目前电机运转的速度输入计算机。
请先按面板上R键，放手后，显示R。
然后按搜索键◆，如果按住不放，显示器则循环显示：
（R60、R30、R12、R6分别表示电机为60r/min、30r/min、12r/min、6r/min时的转速）。
假如您的仪器当前运转在60r/min时，只要在显示器循环显示在R60时松手即可。
其他类推。
若输入有错，应按上述操作方法即予更正。
（3）在确定转子号及转速已经键入计算机后，按RUN键，仪器进行测量工作。
在整个测量过程中，显示器一直显示0000。
测量结束，显示器即显示被测液体的黏度值（单位Pa·S），同时亮黏度指示器。
显示时间持续3秒钟，然后仪器进入等待测量状态，显示ND-9。
在此期间，如果您按下%键，仪器立刻将本次被测液体的百分比读数告诉您。
如果您按下η键，则再次显示本次被测液体的黏度值，显示时间均为3秒钟。
如果您按下RUN键，仪器将进入下一次的测量工作，重复前次测量过程。
这里需要说明一点，当您在操作上述键（%、η、RUN）时，务必等到显示ND-9后进行。
另外，若RUN键后，显示器显示S—00，说明未输入转子号；若显示R—00，则表示转速未键入，只要即时将上述二参数补上，仪器就可以进行测量。
（4）符号“H”为超量显示。
当您在测量中看见屏幕显示此符号时，请变换转子或转速重新测量。
（5）在测量中，如遇到停电，操作错误及其他原因引起计算机不能正常运行，或者您想中途终止某次测量，可以使用AC键，重新接通。
重复开机后操作即可。
六、量程、转子和转速的选择
1、请您先估计被测液体的黏度范围，然后根据量程表选择适当的转子和转速。
如测定约3000mPa·S左右的液体可选用下列配合：
2号转子………6r/m或3号转子…….30r/m
2、当您估计不出被测液体的黏度时，应假定为较高的黏度。
可试用由小到大的转子和由低到高的转速。
原则是高黏度液体选用小转子，低转速，低黏度的液体选用大转子和高转速。
3、测量上限值
转速r/m
60
30
12
6
转子
1
100
200
500
1000
2
500
1000
2500
5000
3
2000
4000
10000
20000
4
10000
20000
50000
100000
4、推荐测量范围20%~90%。
此为游丝最佳工作范围。
七注意事项
1、本仪器适合在常温环境下使用。
2、仪器必须在指定频率和电压允许差范围内测定，否则会影响测量精度。
3、利用支架固定仪器测定，应保持仪器稳定和水平。
4、装卸时应将连接螺杆微微提起操作，以免损坏轴尖。
不要用力过大，不要使转子横向受力，以免转子弯曲。
5、装上转子后，不得将仪器侧放或倒放。
6、必须要在电机运转时变换转速。
7、连接螺杆和转子连接端面及螺纹处应保持清洁，否则将影响转子的正确连接及转动时的稳定性。
8、仪器升降时应用手托住仪器，防止仪器坠落。
9、转子每次使用完毕要及时清洗（不得在仪器上进行清洗）。
清洗后请正确放入转子架中。
10、不得随意拆动调整仪器零件，不要自行加注润滑油。
11、仪器搬动或运输前应将黄色包装套圈托起连接螺杆然后把螺钉拧紧，放入箱内。
12、悬浊液、乳浊液、高聚物及其他高黏度液体中很多都是非牛顿液体，它的测定应规定转子、转速和时间
13、做到下列各点能测得较精确的数值：
a.精确的控制被测液体的温度。
b.将转子浸入液体保持足够长的时间，使二者温度平衡。
c.测定时尽可能将转子置于容器中心。
d.保证液体的均匀性。
e.浸入液体中的转子表面应无气泡。
f.变换转子或转速使百分比读数偏高些。
g．使用保护架进行测定。
.
h.保证转子的清洁。
i.测较低年度的液体时选用1号转子。
本产品执行企业标准：
Q/YXLQ系列黏度计。
实验要求：
1、按照选课时间，自由组合分组，每组5人共6组。
2、实验过程严格按照老师的要求和指导进行，不随意操作与实验无关的仪器设备，不在实验室内吃东西。
着装要方便实验操作，不要穿高跟鞋带隐形眼镜上课。
以确保实验过程的安全。
3、准备好实验预习报告，每次上课前签到并检查实验预习报告后方可开始实验，在实验结束时由实验指导教师在实验报告上签字并对实验预习报告和实验过程评分后方可离开实验室，否则视为未完成实验。
4、实验评分细则，每个实验的预习和实验过程占60分，实验报告的数据和讨论共占40分。
实验成绩以4次实验报告的平均分计算。
5、实验数据处理和讨论评分细则。
干燥实验：
干燥曲线、干燥速率曲线、传热系数、传质系数、空气状态分析各项5分共25分；实验讨论15分。
合计40分。
粉碎实验：
平均粒度、频率分布曲线、累计分布曲线各10分，共30分，讨论10分，合计40分。
黏度测定实验：
黏度平均值、标准差各20分，讨论20分，合计40分。
喷雾干燥讨论40分。
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