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
烘箱,分析天平,干湿球温度计
仪器设备
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帆布进行干燥,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
dwG
NA
GCdG
C
C
dXdX
dd
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
GGC
X
GC
3、恒速阶段的对流传热系数
α
Q
G
C
dXr
tw
St
S(t
t)w
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
G
k
A
式中:
G—恒速阶段除去的水分质量(kg)
—恒速阶段时间(s)
2
A—干燥面积(m)
1.3材料与仪器
材料:
纱布
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:
干燥时间,物料温度,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布满整个物料盘。
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分钟记录一次物料温度并取样秤量一次,直至物料温度达到空气干球温
度结束取样。
注意:
最后若发现时间已过去很长,料温度仍不能够达到空气干球温度,
实验并同时记录数据。
结束
干燥曲线测定实验原始数据记录表
空气干球温度
℃,空气湿球温度
℃。
物料面积
m
2。
干皿重量
g,干物料重量
g,物料吸水后初始重量
g。
物料初始含水量
。
NO.
干燥时间(
min)物料和皿重量
g物料重量
g
物料含水率
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。
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
流体流动阻力损失测定
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
流体流动、阻力损失
实验类型
.基础性验证实验
所用主要
仪器设备
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.掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法,通过实验了解流体流动中能量
损失的变化规律。
2.测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系,将所得的λ~Re方程与公认经验关系比
较。
3.测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。
4.学会压差计和流量计的使用方法。
5.观察组成管路的各种管件、阀件,并了解其作用。
2.2实验原理
流体在管内流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地要消耗一定的机械能,
这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1.沿程阻力
流体在水平均匀管道中稳定流动时,阻力损失表现为压力降低。
即
p1
p2
p
hf
影响阻力损失的因素很多,尤其对湍流流体,目前尚不能完全用理论方法求解,必须通过实验研究其规律。
为了减少实验工作量,使实验结果具有普遍意义,必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。
根据因次分析,影响阻力损失的因素有,
(1)流体性质:
密度ρ,粘度μ;
(2)管路的几何尺寸:
管径d,管长l,管壁粗糙度ε;
(3)流动条件:
流速μ。
可表示为:
pf(d,l,,,u,)
组合成如下的无因次式:
pdul
2(,,)
udd
p
du
l
2
u
(
)
2
d
d
令
du
()
d
则
p
l
2
u
hf
d
2
式中,
P——压降Pa
hf——直管阻力损失J/kg,
ρ——流体密度kg/m3
λ——直管摩擦系数,无因次
l——直管长度m
d——直管内径m
u——流体流速,由实验测定m/s
λ——称为直管摩擦系数。
滞流(层流)时,λ=64/Re;湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数,须由实验确定.
2.局部阻力
局部阻力通常有两种表示方法,即当量长度法和阻力系数法。
当量长度法
流体流过某管件或阀门时,因局部阻力造成的损失,相当于流体流过与其具有相当管径
长度的直管阻力损失,这个直管长度称为当量长度,用符号le表示。
这样,就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失,而且在管路计算时.可将管路中的直骨长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算,如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为
le,则流体在管路中流动时的总阻力损失
hf
为
l
leu2
hf
(3—6)
d
2
阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示,
这种计算局
部阻力的方法,称为阻力系数法。
即
u2
hfξ
2
式中,ξ——局部阻力系数,无因次;
u——在小截面管中流体的平均流速,m/s。
由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短.引起的摩擦阻力与局部阻力相比,可以忽略不计。
因此hf之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。
2.3材料与仪器
仿真实验软件。
2.4实验方案
材料经水提取后采用喷雾干燥得浸膏粉末。
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。
空气进出口温度:
空气温湿计
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).当装置确定后,根据
P和
u的实验测定值,可计算
λ和ξ,在等温条件下,雷
诺数Re=duρ/μ=Au,其中A为常数,因此只要调节流量调节阀,可得一系列λ~Re的实验
点,绘出λ~Re曲线。
(2)缓缓打开出水阀门3,调节好一个流量,待水稳定后,正确测取压差和流量等有关参数。
然后再改变不同流量,正确读取不同流量下的测取压差和流量等有关参数。
(3)根据本装置特点,应考虑好实验点的分布和测量次数。
实验结束后,应将装置中的水排放干净。
(4)关闭与实验无关的阀门,并关闭流量调节阀,稍开入口闸阀,对流程进行冲水排
气。
2.6数据处理及结果分析
1.根据粗糙管实验结果,在双对数坐标纸上标绘出λ~Re曲线,对照化工原理教材上
有关图形,即可估出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
2.根据光滑管实验结果,对照柏拉修斯方程,计算其误差。
3.根据局部阻力实验结果,求出闸阀全开时的平均ξ值。
4.对实验结果进行分析讨论。
2.7思考题
1.在对装置做排气工作时,是否一定要关闭流程尾部的流量调节阀?
为什么?
2.如何检验测试系统内的空气已经被排除干净?
3.以水做介质所测得的λ~Re关系能否适用于其它流体?
如何应用?
4.在不同设备上(包括不同管径),不同水温下测定的λ~Re数据能否关联在同一条曲
线上?
5.如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直,对静压的测量有何影响?
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
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
粉碎机,泰勒标准筛,分析天平,显微镜
仪器设备
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
1、了解粉碎与筛分的过程
2、掌握粉碎粒度的测定法和平均粒度的求法
3、通过测量求得颗粒的累积分布和频率分布
4、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。
(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100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
材料粉碎及产品粒度测定原始数据记录表
筛号
第一筛第二筛第三筛第二筛第四筛第五筛,,
内容
筛孔径(mm)
筛上物重量(g)
筛上物质量分率xi
筛上物质量累积分率
平均粒度(mm)
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。
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
旋转式黏度计
NDJ-9S,NDJ-79
仪器设备
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。
黏度测定数据记录表格
样品名称
样品浓度
样品温度(℃)
黏度测定值1
黏度测定值2
黏度测定值3
黏度测定值4
黏度测定值5
(mpa.s)
(mpa.s)
(mpa.s)
(mpa.s)
(mpa.s)
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、12
r/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60
r/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:
S1S2S3S4
(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:
R60R30R12R6
(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
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 食品 工程 原理 实验 讲稿