《食品工程原理》课程标准
一、 课程概述
食品工程原理研究和介绍食品工业生产中传递过程与单元操作的基本原理、内在规律、常用设备及过程的计算方法。食品工程原理是食品科学与工程专业的一门重要专业基础课程。
本课程的前置课程有高等数学、物理化学等，通过本课程的学习，使学生掌握传递过程及单元操作的基本原理，运用其基本理论解决食品生产中的一些工程实际问题。也为学习后置课程“食品工艺学”、“食品机械与设备”等课程打好工程技术方面的基础。
适用专业：食品科学与工程专业及所含专业方向(本科：90学时，其中理论66学时，实验18学时，自主学习6学时)
二、课程目标
1. 理论知识方面
通过学习本课程，要求学生掌握动量、热量和质量传递的基本原理，运用这些理论并结合所学的物理化学和数学等基础知识，研究食品加工过程中各种单元操作的内在规律和基本原理。熟悉典型单元操作设备的构造、工作原理和工艺和计算。
主要的单元操作包括：流体输送与压缩、制冷技术、过滤、沉降、离心分离、固体流态化、气力输送、传热、蒸发、气体吸收、蒸馏和物料干燥等。
2. 能力和技能
培养学生具有针对食品生产实际，正确选择适合的单元操作的能力；组成和完善生产工艺过程的能力；正确进行过程的物料衡算、能量衡算和设备选型配套设计计算的能力。在实验教学中，培养学生严谨认真的科学态度，重视实验操作技能的训练，掌握实验数据的整理和分析方法。在工程设计计算中会正确查阅工程手册中各种工程图表，获取设计计算有关参数。
三、课程内容和教学要求
这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握三个层次。这三个层次的一般涵义表述如下：
知道———是指对这门课程和基本概述性知识的认知，形成该课程的大概轮廓。
理解———是指对这门课程涉及到的概念、原理的说明和解释。
掌握———是指运用已理解的各单元操作的概念和原理说明、解释，针对食品生产实际，正确选择适合的单元操作的能力，并能用理论指导实际单元操作，提高生产效率。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。
1、理论部分的要求
（一）绪论
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．食品工程原理课程的性质和地位 2．现代食品工业的特点，食品工程与化学工程的关系 3．食品工程原理课程的特点、内容和任务 4．单位制度及单位换算 4.1单位制度 4.2单位换算 | √ √
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(二)流体流动和输送
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．流体流动 1.1 流体的物理性质及作用在流体上的力 1.1.1 流体的主要物理性质 1.1.2 作用在流体上的力 1.2 流体静力学基本方程式及其应用 1.3 流体流动的基本方程 1.3.1 稳定流动、流速与流量、连续性方程 1.3.2 理想不可压缩流体的能量守恒—柏努利方程式，柏努利方程的应用 1.3.3 实际流体稳定流动的能量守恒 1.4 管内流动及管路计算 1.4.1 管流要素、流动类型及其判别：层流、湍流、雷诺准数 1.4.2 流体在圆直管内流动的沿程阻力及计算：计算圆直管沿程阻力的通式，层流、湍流的流速分布及摩擦阻力系数的确定 1.4.3 管路局部阻力及其计算 1.5 流速及其流量的测量 1.5.1 毕托管 1.5.2 孔板流量计及文丘里流量计 1.5.3 转子流量计 1.6 非牛顿流体 1.6.1非牛顿流体的类型：塑性流体、假塑性流体、胀塑性流体和时变性流体；稠度指数和流变指数 1.6.2 假塑性和胀塑性流体作层流流动时的速度分布和流量 1.6.3 非牛顿流动的流动阻力 2．流体输送机械 2.1 液体输送设备 2.1.1 泵的类型：离心泵及其它类型泵 2.1.2 离心泵的工作原理及其性能 离心泵基本方程、主要性能参数、离心泵的特性曲线、气蚀现象与允许安装高度、泵的工作点，泵的选型。 2.1.3 其他类型泵 螺杆泵、叶片泵和往复式泵的工作原理、特点及应用 2.2 气体压缩和输送设备 2.2.1 离心通风机和鼓风机 2.2.2 往复式压缩机 往复式压缩机的工作原理、性能及分类，往复式压缩机的选型。 2.2.3 真空泵 真空泵的分类；水环式真空泵的工作原理和性能；旋片式真空泵的结构及工作原理；蒸汽喷射泵及液体喷射泵的工作原理；真空泵的性能参数及选择 |
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(三)非均相物系的分离
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．概述 2．过滤 2.1 过滤的基本概念和理论 2.2 过滤设备 2.3 过滤过程的计算 2.4 过滤机的生产能力 3．沉降 3.1 颗粒在流体中的运动 3.2 球形颗粒在流体中的重力沉降 3.3 实际沉降过程 3.4 沉降设备及其计算 4．离心分离 4.1 颗粒、液滴在离心力场中的运动 4.2 离心机的类型及离心机生产能力的计算 5．气溶胶分离* 5.1 气溶胶的种类及气溶胶分离的作用 5.2 气溶胶中悬浮物的分离方法 5.3 气溶胶的离心沉 | √
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(四)流态化和气力输送
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．固体流态化 1.1 固体流态化的基本概念及流化床流体力学 1.2 流化床设备的结构形式及壳体尺寸的设计和计算 2．气力输送 2.1 气力输送的基本概念 2.2 气力输送的形式及气力输送系统的组成 2.3 气力输送的系统的计算 |
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（五）粉碎、筛分*
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．粉碎 1.1 粉碎的基本概念和理论 1.2 粉碎设备 2．筛分 2.1 筛分和筛析的基本概念 2.2筛分设备 |
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(六)传热
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．概述 1.1 传热在食品加工过程中的应用 1.2 传热的三种基本方式 2．热传导 2.1 热传导的基本概念和付立叶定律 2.2 平壁的热传导 2.3 圆筒壁的热传导 3．对流换热 3.1 对流换热的基本概念 3.2 对流换热的类型、传热膜系数 3.3 各类对流换热传热膜系数的确定 3.4 传热边界层 4．稳定传热的计算 4.1 换热器及通过换热器的传热过程 4.2 稳定传热过程的计算 4.3 传热的强化和热绝缘 5 不稳定传热 5.1 不稳定导热 5.2 不稳定对流传热 6．辐射 6.1 两物体的相互辐射 6.2 辐射和对流的联合传热 6.3 辐射加热方法和设备 7．吸收式制冷技术 |
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(七)蒸发
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1 概述 2单效真空蒸发 2.1 单效真空蒸发装置 2.2 溶液的沸点和温差损失 2.3 单效真空蒸发的计算 3 多效蒸发 3.1 多效蒸发流程、多效蒸发的温差分配 3.2 多效蒸发的计算 4 蒸发设备 | √
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(八)搅拌、混合、均质、乳化*
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．搅拌 1.1 搅拌的基本概念和理论 1.2 搅拌装置的设计计算 1.3 几种特殊场合下的搅拌与混合 1.4 搅拌设备 2．均质 2.1 均质的概念与机理 2.2 均质设备 3．乳化 3.1 乳化的概念、类型和稳定性 3.2 食品乳化剂 3.3 乳化设备 |
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(九)吸收
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．物质传递原理 1.1 单相传质：分子扩散及费克定律，静止或层流中的扩散传质；对流扩散传质；扩散系数。 1.2 相际间的传质：双膜理论；传质基本方程。 2．气体吸收 2.1 收基本概念及原理：吸收过程；吸收设备（塔设备）简介；吸收操作的相平衡；亨利定律；吸收速率。 2.2 低浓度气体吸收过程的计算：逆流操作的物料衡算及操作线方程 |
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(十)蒸馏
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．蒸馏原理 2．双组分连续精馏 2.1 双组分理想溶液的气—液相平衡 2.2 塔内气—液接触传质过程 2..3 精馏设备 2.4 非理想双组分溶液简介 3．板式塔中双组分连续精馏的计算 3.1 工艺计算内容 3.2 理论板的概念及恒摩尔流假设 3.3 连续精馏的物料衡算和操作线方程 3.4 进料状况和加料方程 3.5 精馏操作塔板数的求法（逐板计算法、图解法） 3.6 塔板效率及实际塔板数的确定 3.7 回流比的选择 |
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(十一)膜分离过程*
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．微滤与超滤 1.1 微滤与超滤的过程特征和膜 1.2 预测滤液通量的数学模型 1.3 微滤与超滤设备及应用 2．反渗透 2.1 反渗透的原理 2.2 反渗透的设备及其应用 3．电渗析 3.1 电渗析的基本概念及原理 3.2 电渗析装置及应用 4．渗透汽化 4.1 渗透汽化的基本概念及原理 4.2 渗透汽化的模型及设备 |
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(十二)干燥和空气调节
教学内容 | 教学要求 | ||
知道 | 理解 | 掌握 | |
1．概述 2．湿空气及湿物料的性质 3．干燥动力学 3.1 干燥速率 3.2 干燥时间 4．热风干燥过程的计算 4.1 物料衡算、空气量的确定 4.2 热量衡算、热能耗量的确定 5．干燥设备 5.1 气流干燥设备 5.2 喷雾干燥设备 5.3 其它类型干燥设备 | √
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2、实验部分的要求
序号 | 实验项目名称 | 实验内容及要求 | 实验学时 | 每组人数 | 实验属性 | 实验者类别 | 开出要求 |
1 | 流体阻力实验 | 了解流动阻力的测定方法，测定某一管径下摩擦系数λ与Re的关系。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
2 | 流量计的校正 | 1、了解孔板流量计的构造及校正方法。 2、测定孔板流量计的流量系数，并确定流量系数与雷诺准数的关系。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
3 | 离心泵性能曲线的测定 | 1、了解离心泵的构造与特性，掌握离心泵的操作方法。 2、测定并绘制离心泵在恒定转速下的特性曲线。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
4 | 过滤实验 | 1、了解板框过滤机的构造，掌握过滤的操作方法。 2、测定恒压过滤时的过滤常数K、虚拟滤液体积qe、虚拟过滤时间τe。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
5 | 传热实验 | 1、测定光滑圆形直管管外蒸汽冷凝，管内为空气强制对流时的传热系数—K值。 2、学会用实验方法，将所测实验数据整理成准数方程式。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
6 | 精馏实验 | 1、了解板式塔的结构及精馏过程； 2、学会精馏塔效率的测定方法。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
7 | 吸收实验(一) 填料塔流体力学性能测定 | 1、了解填料吸收塔的结构、流程和操作特性。 2、测定填料塔Δp~u的曲线，了解填料塔的流体力学性能。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
8 | 吸收实验(二) 总体积传质系数测定 | 1、了解填料吸收塔的结构、流程。 2、测定总体积传质系数KYa，了解单膜控制过程的特点。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
9 | 干燥实验 | 1、了解气—液常压干燥设备的基本流程和工作原理。 2、了解测定干燥速率曲线的意义，掌握物料干燥速率曲线的测定方法。 3、测定物料在恒定干燥条件下的干燥速率曲线。 | 2 | 1 | 基础 | 本科 | 必做 |
10 | 多相搅拌实验 | ⒈ 掌握搅拌功率曲线的测定方法。 ⒉ 了解影响搅拌功率的因素及其关联方法。 | 2 | 全班 | 演示 | 本科 | 选做 |
11 | 固体流态化实验 | 1.观察二维床内散式流态化与聚式流态化的实验现象； 2.测定液-固系统与气-固系统的Δp-u的关系曲线。 | 2 | 全班 | 演示 | 本科 | 选做 |
四、课程实施
（一）课时安排与教学建议
食品工程原理是食品科学与工程专业的必修课，系主干课程。一般情况下，上课学期为18周，每周安排4学时；若上课学期只有15周，每周安排6学时。总学时90学时，其中理论66学时，实验18学时，自主学习6学时。具体课时安排如下：
主要内容 | 课时建议 | 教与学的方法建议 | |
理论 | 实验 | ||
介绍《课程标准》； 绪论 | 2 | 课堂讲授与练习 | |
流体流动和输送 | 14 | 6 | 课堂讲授与练习，讨论，实验 |
非均相物系的分离 | 6 | 2 | 课堂讲授与练习，讨论，实验 |
流态化和气力输送 | 4 | 课堂讲授与练习，讨论 | |
粉碎、筛分 | 6 | 自主学习 | |
传热 | 12 | 2 | 课堂讲授与练习，讨论，实验 |
蒸发 | 6 | 课堂讲授与练习，讨论 | |
吸收 | 8 | 4 | 课堂讲授与练习，讨论，实验 |
蒸馏 | 6 | 2 | 课堂讲授与练习，讨论，实验 |
干燥和空气调节 | 6 | 2 | 课堂讲授与练习，讨论，实验 |
机动、总复习 | 2 | ||
合计 | 72 | 18 | |
（二）教学组织形式与教学方法要求
1．教学班是主要的教学组织，班级授课制是目前教学的主要组织形式。有条件的话，也可以采用分组教学。或者几种组织方式灵活组合，尽量减轻学生的生理和心理疲劳。
2．注意教学方法的灵活性，借用多媒体的声像呈示一些单元操作的原理或是设备的工作原理。
3．充分发挥学生的主动性，可以让学生自己设计一些单元操作或设备工作原理的动画，使他们对所有学理论有更深刻的认识，同时对该课程的建设起一定的促进作用。
4．评价教学方法要以实现课程标准规定的教学目标为依据，好的教学方法应有助于学生对教学内容的理解，并能激发学生的学习热情，树立自己的教育信念。鼓励有所创新并取得实效的教学方法。
五、教材选用
《食品工程原理》教材要在课程标准的统一要求下，实行多样化。可以选用普通高校重点教材，教育部专业指导委员会推荐教材等，[如冯骉主编的《食品工程原理》（中国轻工业出版社2003年版），李云飞、葛克山主编的《食品工程原理》(中国农业出版社)，姚玉英、黄凤廉、陈常贵主编《化工原理》上下册(科学技术出版社1999年版]。
也可以选用公认的水平较高的教材（含教育部推荐教材），要尽量选用近3年出版的新教材或省级以上获奖和面向21世纪统编材料。选用新教材时，要向本部门教学分委员会或主管教学的领导提出申请，经教学分委员会或主管教学的领导批准后，方可以教学中使用。
六、课程评价
1. 这门学科的评价依据是本课程标准规定的课程目标、教学内容和要求，该门课程采用平时考核（10%）、实验成绩(10%)、期中考试（20%）和期末考试（50%）相结合的形式进行。
2. 期末考试说明
1)考试时间：120分钟。
2)考试方式、分制与分数解释
采用闭卷、笔试的方式，以百分制评分，60分为及格，满分为100分。
3)题型比例
单选题20%；填空题20%；问答题20%；计算题40%。
4)样题与目标定位示例
单选题：着重考查学生对知识的理解与掌握程度；
例：对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度：（）
A、愈高；B、愈低；C、不变；D、不一定，尚与其它因素有关
填空题：着重考查学生对知识的理解与掌握程度；
例：试比较连续精馏塔的塔釜用直接蒸汽加热与间接蒸汽加热。（>、=、<）
（1）xf、xD、R、q、D/F相同，则NT间 NT直，
xw间 xw直；
（2）xf、xD、R、q、xw相同，则NT间 NT直，
（D/F）间 （D/F）直。
问答题：着重考查学生对知识的理解与掌握程度；
例：请问离心泵为什么有时会产生气缚和汽蚀？
计算题：着重考查学生对知识的掌握与学会程度；
例：用常压连续精馏塔分离苯—甲苯混合物，原料中含苯0.44，塔顶馏出液中含苯0.96（以上为摩尔分率）。进料为汽—液混合物，其中蒸汽与液体量的摩尔比为1:2。已知苯对甲苯的相对挥发度为2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍，塔顶要用全凝器，试求：
（1） 原料中气相与液相的组成；
（2） 离开塔顶第二层理论板的蒸汽组成。
