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第一篇 基础篇1

第一章 数学模型的建立1

第一节 食品加工过程的基本概念1

一、食品加工过程系统1

二、食品加工过程系统的性质1

目录1

第二节 模型的概念和分类3

一、模型的概念3

二、模型的分类3

三、模型的简化5

一、建模步骤6

第三节 模型的建立6

二、模型建立后的数学形式7

第四节 食品加工过程的自由度分析8

一、自由度的基本概念8

二、自由变量的选择10

三、物流的自由度12

四、单元设备的自由度12

五、过程流程的自由度18

参考文献20

二、过程系统的结构模型21

一、过程系统模拟的基本概念21

第一节 过程系统模型21

第二章 过程的模拟21

三、过程系统结构模型的过程矩阵RP表达法22

四、过程系统结构模型的关联矩阵RI表达法23

五、过程系统结构模型的邻接矩阵RA表达法24

六、系统结构模型与单元过程数学模型的结合25

第二节 过程系统模型的序贯模块法求解26

一、序贯模块法的基本思想及其特点26

二、系统的分隔28

三、子系统的切断38

四、切断物流的计算方法——非线性方程组的迭代求解46

五、序贯模块法解设计问题62

第三节 过程系统模型的联立方程法求解65

一、联立方程法的基本思想及其特点65

二、方程组的分隔和切断67

三、联立方程组的解法72

第四节 过程系统模型的联立模块法求解89

一、联立模块法的基本特点——多个流程模型90

二、联立模块法对四种迭代的处理93

三、二层法97

第五节 流程模拟的计算机辅助技术100

一、化工模拟系统的分类100

二、物性数据库101

三、流程模拟系统的构成106

四、流程模拟系统的开发步骤108

五、流程模拟系统的应用109

参考文献110

第三章 过程的优化111

概述111

第一节 有关过程优化的基本问题111

一、优化问题的数学描述111

二、最优化问题的类型113

三、最优化问题求解的一般步骤和方法115

一、无约束单变量函数最优化问题的求解法——一维搜索法116

第二节 无约束条件的最优化方法116

二、无约束多变量最优化问题的求解126

第三节 有约束条件问题的最优化方法139

一、非线性规划139

二、线性规划150

第四节 动态规划155

一、多级串联系统最优化问题155

二、食品加工过程复杂系统的优化基础159

参考文献162

一、自动控制系统的基本概念163

第一节 自动控制系统及其组成163

第四章 过程的控制163

二、自动控制系统的组成167

第二节 简单控制系统的设计和投运186

一、简单控制系统的设计186

二、简单控制系统的投运188

三、调节器参数的工程整定190

第三节 复杂控制系统192

一、串级控制系统192

二、均匀控制系统196

三、比值控制系统199

四、分程控制系统201

五、前馈控制系统202

第四节 典型单元操作的控制203

一、流体输送设备的控制203

二、传热设备的控制209

三、锅炉设备的控制212

四、精馏塔的控制217

五、生化反应器的控制方案224

第五节 计算机控制系统226

一、计算机控制系统的特点226

二、计算机控制系统的控制规律227

三、计算机控制系统的组成228

四、计算机控制系统的类型229

参考文献232

第二篇 应用篇233

第五章 食品物理加工过程中模拟、优化、控制应用举例233

概述233

第一节 淀粉生产用微型旋流器分离过程的模拟、优化和控制233

一、圆锥形微型旋液器性能预测模型及几何尺寸优化234

二、圆柱形微型旋液器的模拟及优化241

第二节 固液混装罐头食品热力杀菌过程的模拟和优化251

一、原始模型的建立251

二、试验材料及测试方法252

三、试验结果与分析253

四、特定固液混装罐头食品热力杀菌传热过程数学模型258

五、固体冷点温度预测值误差的讨论260

第三节 气流干燥数学模型264

一、数学模型的建立264

二、模型求解267

三、试验验证269

四、应用实例270

本节符号说明271

第四节 冷冻干燥过程的模拟、优化和控制272

一、冷冻干燥的一般描述272

二、单升华面冷冻干燥数学模型275

本节符号说明281

参考文献282

第六章 食品复杂加工过程中模拟、优化、控制应用举例——食品蒸煮挤压过程284

概述284

第一节 挤压机及其建模方法与类型284

一、单螺杆挤压机285

二、双螺杆挤压机287

三、挤压机的建模290

第二节 单螺杆挤压机淀粉糊化模拟294

一、淀粉糊化模型的建立295

二、模型的求解298

三、结果与讨论301

第三节 双螺杆挤压机物料传输模拟305

一、建模原理与假设305

二、传送区段的模型305

三、熔化泵送区模型307

四、捏和桨和反向螺旋元件区段的模型309

五、模孔处的模型309

六、滞留时间与能量310

七、理论结果与实验数据的比较311

一、双螺杆挤压机中的传热314

二、边界层理论314

第四节 同向双螺杆食品挤压机中的传热模型314

三、Yacu挤压机传热模型315

四、LU模型317

五、粘性模型319

六、传热模型实验319

第五节 食品挤压机的放大321

一、用于热塑性材料的单螺杆挤压机的放大322

二、双螺杆挤压机的放大324

三、模孔的放大325

四、食品挤压过程的放大325

五、放大实验326

参考文献327

第七章 食品酶反应过程模拟、优化、控制应用实例328

第一节 碳水化合物酶解化学机制和动力学模型328

一、淀粉的酶法水解328

二、麦芽糖、异麦芽糖和麦芽三糖的糖化酶法水解和合成动力学模型337

三、纤维素的酶法水解—纤维素与纤维素酶的吸附作用及微晶纤维素酶的水解动力学模型的新研究339

第二节 蛋白酶水解过程的模拟342

一、蛋白酶水解基本概念342

二、有关食品蛋白酶水解的测定方法和实验方法345

三、蛋白酶水解的控制以及各种酶－底物体系的特征347

四、蛋白酶水解动力学354

五、蛋白质水解过程的控制356

六、酶法制取ISSPH工艺的优化367

第三节 超氧化物歧化酶及其活性的模拟372

一、自由基的基本知识372

二、氧自由基的生理作用及其调控376

三、超氧阴离子歧化酶382

四、SOD活性的人工模拟386

参考文献393

第八章 食品微生物反应过程模拟、优化、控制应用实例395

第一节 微生物反应过程操作395

一、分批培养396

二、流加培养397

三、连续培养398

第二节 微生物反应过程的质量、能量平衡399

一、微生物反应过程的质量衡算399

二、微生物反应过程的能量衡算402

第三节 微生物反应过程的优化控制403

一、微生物反应过程参数及其监控403

二、微生物反应过程的数学模型406

三、计算机技术在微生物反应过程中的应用407

第四节 微生物反应过程优化控制的应用实例410

一、氨基酸的代谢控制410

二、有机废水的生物处理414

参考文献416