一、课程基本信息
| 课程名称 | 食品工程原理 | ||||||
| The Principle of Food Engineering | |||||||
| 课程代码 | 05021001 | 课程性质 | 必修 | ||||
| 开课院部 | 伟德1949官网 | 课程负责人 | 张艳杰 | ||||
| 课程团队 | 张艳杰，林顺顺，胡晓娟 | ||||||
| 授课学期 | 第4学期 | 学分/学时 | 3.0/56 | ||||
| 课内学时 | 56 | 理论学时 | 48 | 实验学时 | 8 |
实训 （含上机） |
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| 实习 | 其他 | ||||||
| 适用专业 | 食品科学与工程/核心课程 | ||||||
| 授课语言 | 中文 | ||||||
| 对先修的要求 | 高等数学、物理化学 | ||||||
| 对后续的支撑 | 食品工艺学、发酵工艺与设备、食品工厂设计与环境保护 | ||||||
| 课程简介 |
《食品工程原理》是食品科学与工程四年制本科专业及相近专业的教学计划中具有承上启下意义的技术基础课，它建立在高等数学、物理化学、工程图学、工程力学、英语等课程知识的基础上，给员工以食品领域的与动量传递、热量传递和质量传递原理有关的基本过程原理和各个食品工程单元操作知识的训练。该课程使员工掌握传递过程及单元操作的基本原理，学会运用其基本理论解决食品工业生产中的一般工艺计算和常用设备的选型配套计算等工程实际问题，使员工具有过程选择、设备操作、设备的工艺设计、食品工程单元操作试验、食品工程单元操作计算等方面的能力和初步的食品工程单元操作的创新思维能力，使员工具有国际化视野的意识，为专业课程的学习打好坚实的基础。 课程教学的基本要求：1.理论知识方面，通过学习本课程，要求员工掌握动量和热量传递的基本原理，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。理解质量传递的基本理论。了解现代食品工程技术发展的趋势。主要的单元操作包括：流体输送、过滤、沉降、离心分离、蒸发、气体吸收、蒸馏和物料干燥等。以力学、传热学、传质学为主线，掌握各个单元操作的特点和相合之间的联系，建立工程观念。 2.实验技能方面，熟悉典型单元操作设备的基本构造，理解它们的工作原理。培养员工具有针对食品生产实际，正确选择适合的单元操作的能力；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。在工程计算中会正确地查阅工程手册中各种工程图表，获取设计计算有关参数。 |
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| 序号 | 课程目标 | 支撑毕业要求指标点 | 毕业要求 |
| 目标1 | 能利用专业知识如沉降、蒸馏、过滤等用于食品物料简单分离设备的模型优化与构建，利用恰当的条件求最优解；能将食品物料干燥等工程专业知识用于判别食品加工过程的优化途径，如干燥时间、干燥速率、干燥途径等。 |
指标点1.3 指标点1.4 |
1 |
| 目标2 | 能够应用稳定传热过程的基本原理及工程知识，识别和判断复杂食品工程问题的关键环节和参数；利用传热机理及热交换典型设备的设计和计算，能以图纸等形式表达，并正确表达一个食品工程问题的解决方案。 |
指标点2.2 指标点2.4 |
2 |
| 目标3 | 掌握双组分理想溶液的气—液相精馏分离过程的原理，能够通过建模进行精馏塔物料工艺计算与设备设计计算。 |
指标点3.2 |
3 |
| 目标4 | 能够基于流体动力学与工程理论知识，掌握流体输送过程中阻力参数的计算，根据研究对象设计研究路线，如输送管路的设计、输送设备的选型等，提出可行的实验方案。 |
指标点4.2 |
4 |
| 序号 | 教学内容 |
员工学习 预期成果 |
课内 学时 |
教学方式 | 支撑课程目标 |
| 绪论 | 主要教学内容及要求：了解食品工程原理研究的主要内容，单元操作的概念和“三传理论”；课程性质和地位；了解现代食品工业的特点；食品工程原理课程的特点、内容及任务。 | 掌握学习好本课程的基本方法。 | 2 |
1.讲授 2.讨论 |
目标1 |
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第一章 流体力学基础 |
主要教学内容及要求：了解流体的物理性质，复杂管路计算；理解流体流动类型与雷诺准数，流体在圆管内的速度分布；掌握离心泵的工作原理、结构及主要性能参数；离心泵特性曲线、管路特性曲线；熟练掌握流体的流动规律，计算流体输送所需的功率、进行管路阻力计算，选择测量流体流速和流量的装置。 教学重点和难点：重点是实际流体流动的柏努力方程；离心泵特性曲线，离心泵的选择及安装。难点是流体流动的阻力计算；离心泵的特性曲线。 |
1.能量平衡；2.能够对牛顿流体输送过程中的管道的设计与计算； 3.能够根据食品加工要求对泵进行选型与安装计算。 |
12 |
1.讲授 2.作业 3.设计 |
目标4 |
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第二章 传热 |
主要教学内容及要求：了解传热的基本概念，物体的辐射能力和有关定律；理解对流传热系数关联式，壁温的估算；掌握三种基本传热方式及其传热机理；熟练掌握热传导、对流传热、热辐射的基本概念，稳定传热过程的计算。 教学重点和难点：教学重点和难点：重点是稳定传热过程的计算。难点是传热膜系数的计算。 |
1.掌握三种基本传热方式及其传热机理； 2. 能够进行稳定传热过程的计算； 3.能够利用传热机理对热交换典型设备进行设计和计算。 |
10 |
1.讲授 2.作业 3.讨论 |
目标2 |
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第三章 非均相物系的分离 |
主要教学内容及要求：掌握球形颗粒重力沉降速度的计算方法。了解离心分离概念，旋风分离器结构、工作原理。了解过滤基本概念、理论和简单过滤设备。 教学重点和难点：沉降和过滤分离操作的原理。 |
1.掌握重力沉降计算方法； 2.掌握离心分离，过滤分离工作原理；3.能够根据产品要求对食品物料简单分离设备进行选型。 |
6 |
1.讲授 2.作业 3.讨论 |
目标1 |
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第四章 蒸馏 |
主要教学内容及要求：掌握双组分理想溶液的气—液相精馏分离过程的原理；精馏塔物料衡算与操作线方程；q线方程的物理意义、图示及应用；双组分连续精馏塔理论板数确定、实际塔板数的确定；最小回流比计算、回流比影响及选择。 教学重点和难点：重点两组分连续精馏的计算。难点精馏塔理论板的确定。 |
1.熟练掌握双组分连续精馏的计算；2.了解精馏塔工作原理；3.能够根据产品要求对精馏塔进行物料工艺计算与设备设计。 | 8 |
1.讲授 2.作业 3.讨论 |
目标3 |
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第五章 干燥 |
主要教学内容及要求：掌握干燥过程基本原理、湿空气性质及计算；湿度图构成及应用；干燥过程的物料衡算与热量衡算；理解恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算。 教学重点和难点：重点干燥过程基本原理、湿空气性质及计算；干燥过程的物料衡算；难点湿焓图的应用。 |
1.掌握干燥过程基本原理、湿空气性质及计算；干燥过程的物料衡算；湿焓图的应用； 2. 能够根据产品要求对食品物料干燥过程进行物料工艺计算设备设计。 |
10 |
1.讲授 2.作业 3.设计 |
目标1 |
四、本课程开设的实验项目
| 编号 | 实验项目名称 | 学时 | 类型 | 要求 |
| 1 | 雷诺实验 | 2 | 基础性 | 必做 |
| 2 | 柏努利方程实验 | 3 | 基础性 | 必做 |
| 3 | 传热实验 | 3 | 综合性 | 选做 |
| 4 | 流体阻力实验 | 3 | 基础性 | 选做 |
实验1. 雷诺实验（支撑课程目标1）
（1）实验学时：2小时
（2）实验目的：让员工了解流体在圆管内的流动形态及其与雷诺准数Re的关系；观察流体在圆管内做层流及湍流两种情况下的速度分布。
（3）实验内容：比较层流、过度流和湍流的流线形状，记录一定时间内通过的水量，观察层流和湍流时速度分布形状，并计算两种情况下的速度分布。
（4）实验要求：提前预习内容，积极动手参与，掌握实验设备的使用方法，认真进行现象观察，撰写实验报告。
（5）实验设备及器材：雷诺装置、显色剂。
实验2. 柏努利方程实验（支撑课程目标1）
（1）实验学时：2小时
（2）实验目的：让员工了解在稳定流动过程中，各种形式的机械能（动能、位能、静压能）之间相互转化的关系和机械能的外部表现，并运用伯柏努利方程分析所观察到的各种现象；让员工了解测压点的布置，几何结构对压力示指的影响。
（3）实验内容：宋体五号
（4）实验要求：提前预习内容，积极动手参与，掌握实验设备的使用方法，认真进行现象观察，撰写实验报告。
实验3. 传热实验（支撑课程目标2）
（1）实验学时：2小时
（2）实验目的：让员工掌握传热的基本应用及计算，能够在使用条件和范围内选用对流传热系数关联式计算对流传热系数。
（3）实验内容：用实测法和理论计算法得到实验所用传热装置的管内传热系数α测、α计、Nu测、Nu计及总传热系数K测、K计的值，并进行比较。
（4）实验要求：提前预习内容，积极动手参与，掌握实验设备的使用方法，认真进行现象观察，撰写实验报告。
（5）实验设备及器材：蒸汽发生器、电加热器、压差计、转子流量计、旋涡气泵。
实验4. 流体阻力实验（支撑课程目标1）
（1）实验学时：2小时
（2）实验目的：让员工掌握直管摩擦阻力系数的测量方法；让员工掌握突扩管路和阀门等管件的局部阻力系数的测定方法。
（3）实验内容：通过切换阀门，进入相应的测量管线，调节阀门控制流量，由压差计测量流体在管内的流动压头损失。
（4）实验要求：提前预习内容，积极动手参与，掌握实验设备的使用方法，认真进行现象观察，撰写实验报告。
（5）实验设备及器材：离心泵、水箱、涡轮流量计、高位槽、孔板流量计。
五、课程考核
| 序号 | 课程目标（支撑毕业要求指标点） | 考核内容 | 评价依据及成绩比例(%) | 成绩比例(%) | ||
| 作业 | 设计 | 考试 | ||||
| 1 |
目标1： （支撑毕业要求指标1.3 和1.4） |
掌握球形颗粒重力沉降速度的计算方法；了解沉降和过滤原理和简单分离设备。掌握干燥过程基本原理、湿空气性质及计算；湿度图构成及应用；干燥过程的物料衡算与热量衡算；理解恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算。 | 40 | 60 | 25 | |
| 2 |
目标2： （支撑毕业要求指标2.2 和2.4） |
了解三种传热的基本概念；物体的辐射能力和有关定律；理解对流传热系数关联式，壁温的估算；掌握三种基本传热方式及其传热机理；熟练掌握热传导、对流传热、热辐射的基本概念，稳定传热过程的计算。 | 40 | 60 | 20 | |
| 3 |
目标3： （支撑毕业要求指标3.2 ） |
掌握双组分理想溶液的气—液相精馏分离过程的原理；精馏塔物料衡算与操作线方程；综合考虑环境、能源、设备等因素，进行精馏塔塔板的选择，回流比的确定。 | 20 | 20 | 60 | 20 |
| 4 |
目标4： （支撑毕业要求指标点4.2） |
理解牛顿流体和理想流体概念；简单管路能量守恒计算；理解流体流动类型与雷诺准数，流体在圆管内的速度分布；掌握离心泵的工作原理、结构及主要性能参数；离心泵特性曲线、管路特性曲线；掌握流体的流动规律，计算流体输送所需的功率、进行管路阻力计算，选择测量流体流速和流量的装置。 | 20 | 20 | 60 | 25 |
| 5 | 考勤 | 10 | ||||
| 合计 | 100 | |||||
（2）各类考核评价的具体评分标准见《附录：各类考核评分标准表》。
六、评分标准
1．作业评分标准
| 考核内容 | (85-100分) | (75-84分) | (60-74分) | (41-59分) | (40分以下) |
|
作业完成进度 （权重0.1） |
提前完成 | 按时完成 | 延时完成 | 补交 | 在数次催促下才交或不交。 |
| 基本概念掌握程度。 (权重0.3) | 80%以上的概念清晰 | 60%以上的概念清晰 | 40%以上的概念清晰 | 40%以下的概念清晰 | 概念完全混乱。 |
| 解决问题方案的正确性。（权重0.4） | 方案能够解决80%以上的主要问题 | 方案能够解决60%以上的主要问题 | 方案能够解决40%以上的主要问题 | 方案不能解决主要问题 | 方案完全不能解决问题，或者没有完成。 |
| 作业规范程度及演讲表现（权重0.2） | 书写清晰、规范。演讲时，思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，问题回答正确。 | 书写较清晰、规范。演讲时，思路清晰、论点基本正确、对设计方案理解较深入，问题回答基本正确。 | 书写基本清晰、规范。演讲时，思路比较清晰，论点有个别错误，分析不够深入。 | 书写不够清晰规范。演讲时，思路不清晰，论点有较多错误。 | 书写很混乱。演讲时，思路混乱，知识点严重错误。 |
| 考核内容 | (85-100分) | (75-84分) | (60-74分) | (40-59分) | (40分以下) |
|
作业完成进度 （权重0.1） |
提前完成，质量较高。 | 按要求按时完成 | 延时完成 | 在老师的催促下完成补交。 | 交的很晚或不交。 |
| 设计中运用知识的能力与团队合作。 (权重0.3) | 综合运用知识能力和实践动手能力强，设计方案合理，态度认真，独立工作能力强，并具有良好的团队协作精神。 | 综合运用知识能力和实践动手能力较强，设计方案较合理；设计成果质量较高；有一定的独立工作能力，并具有较好的团队协作精神。 | 能够一定程度的综合运用所学知识，设计基本合理，有一定的实践动手能力，设计成果质量一般；设计态度较为认真。 | 综合运用所学知识能力及实践动手能力较差，设计方案基本合理，设计成果质量一般；独立工作能力差 | 不能综合运用所学知识，实践动手能力差，设计方案存在原则性错误，计算、分析错误较多； |
| 解决问题方案的正确性。（权重0.5） | 设计方案能够解决80%以上的主要问题。图纸设计布局合理，绘制规正确规范。 | 方案能够解决60%以上的主要问题。图纸设计布局较合理，绘制正确，比较规范。 | 方案能够解决40%以上的主要问题。图纸设计布局基本合理，但存在较多问题。绘制比较规范。 | 方案不能解决主要问题。图纸设计布局不合理，但存在较严重的问题。绘制不规范。 | 方案不能解决大部分的问题或者完全错误。图纸设计布局混乱，绘制存在严重问题。 |
| 作业书写规范程度（权重0.1） | 设计报告条理清晰、论述充分、图表规范、符合设计报告文本格式要求。 | 设计报告条理清晰、论述正确、图表较为规范、符合设计报告文本格式要求。 | 设计报告条理基本清晰、论述基本正确、文字通顺、图表基本规范、符合设计报告文本格式要求。 | 设计报告条理不够清晰、论述不充分但没有原则性错误、文字基本通顺、图表不够规范、符合设计报告文本格式要求 | 设计报告条理不清、论述有原则性错误、图表不规范、质量很差。 |
| 考核内容 | 100分 | 80分 | 60分 | 40分 | 20分 | 0分 |
| 不定期抽查5次考勤，每次占20分 | 5次 | 4次 | 3次 | 2次 | 1次 | 0次 |
七、教材及参考资料
1、选用教材
李云飞，葛克山. 食品工程原理（第3版）. 北京：中国农业大学出版社，2016.
2、参考书
(1) 冯 ?，夏素兰，卢晓黎，等.食品工程原理.北京：中国轻工出版社. 2009.
(2) 刘伟民，赵杰文，食品工程原理.中国轻工业出版社，2011年8月第1版。
3、推荐网站
(1) 江苏大学食品工程原理课程网站（http://foodsfzx.ujs.edu.cn/liuweimin/）
(2) 江南大学食品工程原理国家精品课程网站（http://jw.jiangnan.edu.cn/jpkc/spgcyl/new/index.asp）
(3) 华东理工大学化工原理国家精品课程网站（http://e-learning.ecust.edu.cn/Able.ACC2.Web/Template/View.aspx?action=view&courseType=0&courseId=26714&ZZWLOOKINGFOR=G）
(4) 美国加利福利亚大学戴维斯分校食品工程原理计算网（http://rpaulsingh.com/problems/ProblemsByName.htm）
