设备与工艺模块
1 |
食品加工实验 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业
(以上含如化学工程与工艺、环境工程、生物工程、制药工程、食品科学与工程、应用化学、动物科学、生物科学、过程控制等,下同) |
课程名称 |
谷物食品工艺学、食品工艺学、食品科学与工程实验、粮油食品概论、食品资源开发、油脂加工副产品综合利用、畜禽与水产品加工工艺学 |
实验项目 |
1、面包制作实验
2、蛋糕制作实验
3、饼干制作实验
4、月饼制作实验
5、核桃酥制作实验
6、泡芙制作实验
7、派制作实验
8、挞制作实验
9、碳酸饮料制作实验
10、果蔬饮料制作实验
11、乳酸菌饮料制作实验
12、茶类饮料制作实验
13、冷冻饮料制作实验
14、固体饮料制作实验
15、瓶装水制作实验
16、植物蛋白制作实验
17、施托克生**屠宰线
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实验效果 |
通过实验,使学生生动、直观、深刻理解了各类食品制作、饮料制作过程和方法,便于学生掌握和应用,大大提高了真实实验教学效果。
学生还可在配方上加以改进,推陈出新。
另外,生**屠宰实验,解决了在实验室无法开展的实验问题。 |
2 |
粮食加工仿真实验 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
谷物食品工艺学、食品工艺学、食品科学与工程实验、粮油食
概论、食品资源开发、油脂加工副产品综合利用、畜禽与水产品加工工艺学 |
功能 |
以砻谷机吸风量的调节实验为例:
(1)学生通过虚拟仿真实验教学与平台,在虚拟仿真的控制操作页面上调节不同的砻谷机出口吸风量,可观察和记录在不同的吸风量下砻谷机中稻谷的分离效果。
(2)将调节的吸风量与稻壳分离效果比较,选出最为合适的吸风量范围(在稻壳分离后,砻下物含壳率应低于0.8%,稻壳含量率应不超过30粒/100kg)。 |
实验项目 |
砻谷机辊间压力的调节实验
砻谷机吸风量的调节实验
碾米机碾白室间隙的调节实验 |
实验效果 |
将粮食加工各主要环节真实呈现在虚拟仿真实验室,通过对大米加工工艺及设备的原理及操控的学习,使学生深刻理解了粮食加工的流程及原理,熟悉了加工、品质检验的操作和运用。 |
3 |
榨油系统的虚拟仿真 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
虚拟样机技术及其应用 |
功能 |
1. 启动榨油设备,仔细观察榨油的过程。
2. 使用SOLIDWORKS对榨油机建立零件模型。
3. 使用SOLIDWORKS对榨油机建立装配体模型。
4. 把装配体模型分批次导入到ADAMS中。
5. 在ADAMS中创建各构件之间的运动副。
6. 在ADAMS中对榨油机进行动力学仿真。
7. 把SOLIDWORKS中的装配体模型导入到DESIGNMODELER中进行模型的简化。
8. 把简化模型导入到MECHANICAL中进行静力学分析,不考虑油料的作用。
9. 在CFX中创建油料的流体力学模型。
10. 在WORKBENCH中设置榨油系统的耦合示意图,并建立CFX与MECHANICAL中的关系。
11. 对WORKBENCH进行设置,启动榨油系统的虚拟仿真。
12. 在CFX中导出计算结果。
13. 用HYPERVIEW对结果进行后处理。 |
实验项目 |
榨油系统的虚拟仿真 |
实验效果 |
在对现有的榨油设备进行研究的基础上,使用工作站对该设备进行三维建模,虚拟装配,多刚体动力学仿真,结构动力学仿真,流体力学仿真,流固耦合仿真,从而在结构方面,机构方面,力学性能方面对榨油设备有了全面而深刻的认识。 |
4 |
饲料加工仿真实验 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
饲料加工工艺及设备 |
功能 |
该仿真实验分为六个工作区实现仿真饲料加工工艺系统,各工作区具体功能如下:
1. 原料接收区:原料入立筒库的工艺。
2. 原料清理区:用于原料投料、清除大型杂质、清除磁性杂质。
3. 原料粉碎区:将粒度较大的物料粉碎成粉状。其中包括料仓的应用、流量控制、粉碎过程等。
4. 配料计量区:各原料(粉状)参与配料的自动控制过程。
5. 饲料混合区:模拟粉体物料的混合过程。其中生产过程的自动控制过程、与配料计量相匹配的工作原理。
6、饲料制粒区:模拟粉状饲料制成颗粒的工艺过程。其中包括粉料的调质、流量控制、成形、冷却干燥、分级等。 |
实验项目 |
原料接收工艺、原料清理工艺、原料粉碎及品质检验、配料系统及操作、混合原理及品质检验、制粒工艺设备及品质检验等 |
实验效果 |
将饲料加工各环节及整个过程真实呈现在实验中,通过对饲料加工工艺及设备的原理及操控的学习,使学生深刻理解了饲料加工的流程及原理,熟悉了仓储、加工、品质检验的操作和运用。 |
5 |
食品工厂设计综合实训 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
食品工厂设计 |
功能 |
按照专业教学的理论与实践有机结合的原则,以食品工厂的典型设计过程为主线,对每一设计步骤、设计环节以及综合设计技能进行强化训练。共分十一个部分内容。 |
实验项目 |
食品厂厂址选择综合实训、食品厂总平面布置综合实训、产品方案制定综合实训、产品工艺流程的确定综合实训、物料衡算综合实训、食品厂设备选型综合实训、食品厂劳动力定员与计算综合实训、食品厂生产车间工艺布置综合实训、食品厂管道(布置)设计综合实训、食品厂物流局部设计综合实训以及食品厂给排水系统设计综合实训。 |
实验效果 |
每个实训项目包括:基础知识、实训内容与步骤、实训操作标准及参考评分、考核要点及评分、常见问题分析、思考与练习题等,将食品工厂设计各环节及整个过程真实呈现在实验中,通过对食品工厂的典型设计过程的实训,使学生深刻理解了食品工厂的设计的流程及原理,熟悉了食品工厂设计的实际运用。 |
6 |
农产品加工粉尘爆炸监控仿真 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
谷物食品工艺学、食品工艺学、食品科学与工程实验、粮油食品概论、食品资源开发、油脂加工副产品综合利用、畜禽与水产品加工工艺学等 |
功能 |
在虚拟仿真实验操作界面上;
① 设置农产品加工环境下的粉尘浓度;
② 设置环境温度;
③ 设置火源;
④ 观察在上述某一情况组合下会粉尘爆炸 |
实验项目 |
粉尘爆炸监控仿真 |
实验效果 |
粉尘监控系统可模拟农产品加工过程中粉尘环境的形成过程及危害程度,并动态演示因设计失误,导致粉尘浓度超标后的爆炸场景,加深学生对农产品加工安全性的认识,掌握粉尘爆炸的防治技术。 |
7 |
啤酒发酵生产仿真系统 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
生物工程学 |
功能 |
啤酒生产仿真系统分为应知部分和应会部分。
应知部分包括工艺流程介绍、单元操作说明、检测原理、思考题。每部分操作都配有生动的动画帮助学生更加深入地了解啤酒生产工艺和操作。
应会部分是模拟真实生产设备的仿真操作系统,在生产车间所进行的操作大部分都可以在这里实现,如开车操作、物料参数分析、温度、压力、流量的监控等等。同时在操作中学生还可以通过与步骤操作相互交会的动画来了解罐内物料的动态,另外还会有与各个操作内容相关的知识点对学生进行考核,使学生充分掌握啤酒生产工艺的操作。 |
实验项目 |
糊化锅操作、糖化锅操作
过滤槽操作、煮沸锅操作、旋沉槽操作、发酵罐操作 |
实验效果 |
全面展示麦芽制造工艺流程、啤酒酿造工艺流程,将各环节及整个过程真实呈现在实验中,通过对啤酒生产仿真系统的学习,使学生深刻理解了啤酒生产工艺流程,熟悉了糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、旋沉槽、发酵罐等的操作和运用。 |
8 |
农产品加工生物工程设备素材库 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课
名称 |
生物工程设备 |
功能 |
涉及生物工程辅助系统设备、生物反应器、生物反应器物料及处理产物分离纯化设备等。
素材库三维显示设备的内、外形,同时动态展示各设备的操作流程。 |
实验项目 |
生物反应器、发酵罐、离心机、除菌设备、结晶罐、蒸馏罐操作 |
实验设备 |
软件 |
实验效果 |
全面展示生物工程设备辅助系统设备、生物反应器、生物反应器物料及处理产物分离纯化设备等。通过对生物工程设备素材库的学习,使学生深刻理解了生物工程设备,同时熟悉个设备的工作原理和操作。 |
9 |
农产品加工生化分离工程素材库 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
生物工程下游技术 |
功能 |
涉及生化分离作设备和操作流程。
发酵液的预处理和菌体的回收、细胞的破碎与分离、离心分离、膜分离过程、纳米过滤技术、膜亲和过滤法、渗透蒸发、溶剂萃取、反胶束萃取、双水相萃取、超临界流体萃取法、液膜分离法、泡沫分离法、吸附与离子交换、色层分离法、电泳、结晶/成品干燥等。
动态展示生化分离操作流程。 |
实验项目 |
发酵液的预处理和菌体的回收、膜分离过程、超临界流体萃取法、吸附与离子交换、结晶、蒸馏操作 |
实验效果 |
全面展示生化分离设备以及操作流程。通过对生化分离工程备素材库的学习,使学生深刻理解了生化分离工程的设备,同时熟悉个设备的工作原理和操作。 |
10 |
ChemCAD软件 |
实验专业 |
生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
制药工程原理与设备、制药工艺设计 |
功能 |
CHEMCAD 是一个可用于稳态和非稳态过程的化工制药过程模拟软件包。利用 CHEMCAD,化学工程师可以进行工程设计、操作优化、技术改造和新工艺的开发,还可通过程模拟与分析,消除工艺和设备间的瓶颈,降低成本。 |
实验项目 |
制药工艺设计 |
实验效果 |
让学生了解实际的生产工艺设计,对每个单元操作有真正实际的认识,并能从整个工艺来掌握生产工艺,而不是停留在理论水平。并充分调动学生所有学过的专业知识解决实际生产问题,理顺学生课程知识体系。 |
11 |
仿真制药GMP车间设计 |
实验专业 |
生、化、药与环境类等专业; |
课程名称 |
制药GMP车间设计 |
功能 |
利用计算机设计各种剂型GMP车间图纸,设备选型、设备安装及工艺、空调净化、系统安装、送排风管道安装、逃生通道设计等。各种药物剂型车间的生产操作、流程、设备工作原理、洁净区域划分等。 |
实验项目 |
各种常规剂型GMP车间设计、特殊肿瘤药GMP车间设计、粉针剂GMP车间设计 |
实验效果 |
学生利能用该平台更直观地了解制药机械设备,深入了解药品GMP厂区设计的要求、基本构造、工作原理,为真正走向工作岗位设计符合GMP要求的厂房奠定基础。 |
12 |
粮油机械小型隔振器的机械振动仿真 |
实验专业 |
机电与信息类专业 |
课程名称 |
虚拟样机技术及其应用 |
功能 |
1. 对现有的某型隔振器进行扫频振动试验,并得到其隔振传递率曲线。
2. 对对现有的某型隔振器进行定疲劳试验,并考察其隔振传递率的变化情况。
3. 使用SOLIDWORKS创建该隔振器的零件模型及装配体模型。
4. 将上述模型保存为STP格式的文件,并导入到DESIGMODLER中。
5. 在DESIGNMODER中对模型进行简化。
6. 在MECHANICAL中对隔振器进行谐响应分析,并得到在各种频率的激励下隔振器的隔振传递率曲线。
7. 在MECHANICAL中对隔振器进行定频振动分析,并得到其应力数据。
8. 将上述应力数据导入到DESIGNLIFE中,进行疲劳分析,并考察期寿命。
9. 将步骤6和步骤8的结果与步骤1和步骤2的结果进行对比,从而考察仿真的正确性。
10. 基于第9步的考察结果,对仿真模型进行进一步修正。 |
实验项目 |
小型隔振器的机械振动仿真 |
实验效果 |
在对某型隔振器进行扫频振动和疲劳试验的基础上,学会用SOLIDWORKS创建实际产品的三维模型,并学会如何使用ANSYS进行模型的简化操作和机械振动的仿真,并熟悉如何结合ANSYS和DESIGNLIFE进行疲劳分析,从而比较全面的学会如何对实际结构进行动力学分析的方法。 |
13 |
化工原理实验仿真 |
实验专业 |
食品与动物营养类;生、化、药与环境类等专业 |
课程名称 |
化工原理实验 |
功能 |
仿真软件包括5个方面的内容:
(1)基本原理
借助FLASH动画,让学生了解以下内容:①流体在管路中的流动路线;②管路中主要管件、阀门、仪表的名称及安装;③实验基本操作方法及要测量的主要参数等。
(2)装置认识
仿真界面上会出现整个实验的流程图,要求学生就能正确地将主要管件、阀门和仪表等的“名称卡片”拖向图中对应的位置,如果操作正确,就能进入仪器操作仿真界面。
(3)实验操作
在该仿真界面上,学生可以借助帮助提示进行仿真操作。
(4)数据处理
在仿真界面上可以看到仿真实验操作中所获得的实验数据的汇总,根据该界面提示的数据处理方法,要求学生将数据抄回,课后或绘出相应关系曲线,或计算出有关参数。
(5)自测训练
在该界面上会出现与该实验相关的10道测验题(选择题),学生完成提交后,界面上会自动给出测验成绩。 |
实验项目 |
流体流动阻力实验、离心泵性能实验、流量计校正实验、过滤实验、传热实验、吸收实验、精馏实验、干燥实验 |
实验效果 |
运用多媒体预习软件,能加深学生对实验原理的理解,通过反复播放可使学生掌握实验步骤,为实际操作做好充分准备。加上预习多媒体软件中的主要的设备和管道采用了动画,真实感较强,动感的界面使知识性和趣味性相统一,提高了学生的学习积极性,达到了较好的辅助实验教学的目的。
经过多媒体仿真预习之后,对于一些步骤简单的实验,学生基本可以自己动手操作,提高了学生分析问题和解决问题的能力。 |
虚拟仿真实验项目例
1:砻谷机吸风量的调节实验
实验目的:砻下物, (稻壳、糙米和稻谷的混合物)的分离是大米加工过程中的一个极为重要的环节(简称谷糙分离),其对后续工艺效果、生产成本、产量以及成品米的质, 量有显著的影响。因此,在砻谷中,将谷壳及时彻底地分离干净是必要的,这对谷壳的综合利用也是有利的。
实验原理:由于稻壳与稻谷和糙米的密度和容重等因素有较大差异,从而造成稻壳的悬浮速度与稻谷和糙米有较大的差别,因此,一般都是用风选的方法将稻壳从砻下物中分离出来。合适的吸风量可以保证较高的吸稻壳效率,同时减少“跑粮”现象。过高的吸风量虽然提高了吸稻壳效率,但也易造成粮粒被吸走,能耗同时增大。过低的吸风量则造成吸稻壳效率降低。因此,在砻谷中,吸风量的大小直接影响了稻壳的分离效果。
真实实验(如下图)的缺陷:费时(往往数小时)、耗能、成本高且资源消耗大(粮食浪费严重)、不直观、有噪声等,学生做完实验后,对谷糙分离与吸风量的关系仍然不甚了解、难以掌握。
砻谷机吸风量的调节实验砻谷机实物图(稻壳如上图被吸风抽入此图左边的容器中)
虚拟仿真实验的功能与效果:
(1)学生通过用户认证登录虚拟仿真实验教学与平台,在虚拟仿真的控制操作页面上调节不同的砻谷机出口吸风量,可观察和记录在不同的吸风量下砻谷机中稻谷的分离效果。
(2)将调节的吸风量与稻壳分离效果比较,选出最为合适的吸风量范围(在稻壳分离后,砻下物含壳率应低于0.8%,稻壳含量率应不超过30粒/100kg)。
(3)在虚拟仿真实验基础上,仅在最优点附近一些点范围内再进行真实实验。
(4)进行真实实验的前后,学生可反复进行虚拟仿真实验。虚拟仿真实验操作界面如下图所示。
虚拟仿真实验项目操作界面载图
通过上述虚拟仿真实验和真实实验的结合,克服了真实实验的缺陷,实验的粮食消耗少、实验周期短等优点得到体现,学生反映用他们熟悉的信息技术去学习和应用专业知识效果好,可完全掌握谷糙分离与吸风量的关系。老师也认为完全达到了教学大纲所要求的教学效果。
虚拟仿真实验项目例2:农产品加工粉尘控制及爆炸实验
实验的必要性:
2010年2月24日16时12分,河北秦皇岛市抚宁县骊骅淀粉股份有限公司淀粉四车间发生粉尘爆炸,厂房倒塌,事故共造成19人死亡,49人受伤,其中8人伤势较重(如下图所示)。此次事故直接经济损失1773.5万元。事故调查表明该公司违反《粉尘防爆安全规程》和《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》的有关规定,违规操作,产生火花,将作业过程中产生的、处于爆炸浓度范围内的玉米淀粉粉尘云引燃引发爆炸。
在农产品加工企业,加工或输送原料过程中会产生粉尘。这些粉尘如得不到及时处理,不仅会影响环境卫生,而且会危害人体健康,甚至会发生粉尘爆炸。因此必须了解粉尘的特性以及危害,从根本上控制粉尘的产生,将其带来的危害降低到最小。
农产品加工企业粉尘爆炸图
实验的可行性:
在教学中,老师可经过理论分析定量计算得出农产品加工过程中粉尘爆炸的必要条件即①要有合适的粉尘粒度和浓度,并有一定的空间;②要有充足空气(氧气);③要有火源及适宜的温度。据此,农产品加工粉尘控制及爆炸真实实验完全无法进行。
虚拟仿真实验功能及效果:
粉尘监控系统可模拟农产品加工过程中粉尘环境的形成过程及危害程度,并动态演示因设计失误,导致粉尘浓度超标后的爆炸场景,加深学生对农产品加工安全性的认识,掌握粉尘爆炸的防治技术。
粉尘超标后的虚拟仿真爆炸场景图