BÁO CÁO TRUYỀN NHIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÁO CÁO THỰC TẬP KỸ THUẬT THỰC PHẨM (PTN) PHẦN TRUYỀN NHIỆT MÃ HỌC PHẦN: NS113 Giảng viên hướng dẫn: Ths Đoàn Anh Dũng Sinh viên thực hiện: Quách Thị Vân Anh, MSSV:B1900405 NHÓM THỰC TẬP: Nhóm ( Thứ ngày 14/3/2022 ) Cần Thơ, tháng 3, năm 2022 BÀI TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BẤT ỔN ĐỊNH 1.1 Mục đích thí nghiệm Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát hệ thống gia nhiệt dung dịch thực phẩm lỏng nước nóng Ảnh hưởng độ nhớt dung dịch hệ số truyền nhiệt tổng quát 1.2 Phương tiện thí nghiệm - 1.2.1 Dụng cụ Bình inox Thước đo chiều cao nước Đồng hồ bấm Thermocouple Bể ổn định nhiệt (water bath) 1.2.2 Nguyên liệu - Nước máy Dung dịch đường sucrose 1.3 Cách tiến hành thí nghiệm Chuẩn bị bình inox để đựng nguyên liệu sau xác định khối lượng đường kính bình Chuẩn bị nước máy pha dung dịch đường sucrose 20% (pha 800ml nước 200g đường), đo lại độ brix dung dịch đường succrose ta brix = 19.8 Xác định chiều cao nước bình ( ta cố định h sau cho chiều cao nước máy dung dịch đường sucrose nhau) Để mẫu vào bên đặt thermocouple vào bình chứa vật liệu cần gia nhiệt bên ngồi bình chứa để ghi nhận nhiệt độ bên bên ngồi bình chứa mẫu vật Sau đóng nắp thiết bị lại cắm điện cho thiết bị hoạt động trở lại Khi có nước bốc ra, lúc ta bắt đầu bấm thời gian kết hợp ghi nhận nhiệt độ T0 ban đầu (T0: nhiệt độ thực phẩm phía bên thiết bị) thời điểm giây Tiếp tục ghi nhận thay đổi nhiệt độ theo thời gian gia nghiệt (30s/lần) cho loại thực phẩm 1.4 Số liệu thực nghiệm - Nhiệt độ mơi trường nước nóng TE = 1000C Nhiệt độ ban đầu nước máy thời điểm t=0 giây: T0 = 32,80C Nhiệt độ ban đầu dung dịch đường sucrose 20% thời điểm t=0 giây: T0 = 350C Bảng 1.1 Sự thay đổi nhiệt độ nước máy theo thời gian gia nhiệt Thời gian (giây) Nhiệt độ T ( 0C) Thời gian Nhiệt độ T (giây) ( 0C) 32.8 330 86.9 30 37.1 360 88.7 60 43.8 390 90.1 90 50.8 420 91.4 120 58 450 92 150 64 480 92.8 180 69.7 510 93.3 210 74.6 740 93.9 240 78.7 570 94.2 270 82.8 600 94.5 300 84.8 Bảng 1.2 Sự thay đổi nhiệt độ dung dịch đường sucrose nồng độ 20% theo thời gian gia nhiệt Thời gian Nhiệt độ T ( (giây) 0C) Thời gian Nhiệt độ T (giây) ( 0C) 35 330 76.6 30 36.8 360 79.2 60 38.7 390 81.8 90 42.6 420 83.9 120 48.3 450 85.7 150 52.8 480 87.2 180 57.5 510 88.5 210 61.6 740 89.5 240 66.4 570 90.3 270 70.3 600 91.2 1.5 Xử lý kết Bảng 1.3 xử lí số liệu nước máy Thời gian (giây) 𝑻𝑬 − 𝑻𝟎 𝑻𝑬 − 𝑻 Nhiệt độ T ( 0C) 32.8 𝐥𝐧 𝑻𝑬 − 𝑻𝟎 𝑻𝑬 − 𝑻 30 37.1 1.0684 0.0661 60 43.8 1.1957 0.1788 90 50.8 1.3659 0.3118 120 58 1.6000 0.4700 150 64 1.8667 0.6242 180 69.7 2.2178 0.7965 210 74.6 2.6457 0.9729 240 78.7 3.1549 1.1490 270 82.8 3.9069 1.3628 300 84.8 4.4211 1.4864 330 86.9 5.1298 1.6351 360 88.7 5.9469 1.7828 390 90.1 6.7879 1.9151 420 91.4 7.8140 2.0559 450 92 8.4000 2.1282 480 92.8 9.3333 2.2336 510 93.3 10.0299 2.3056 540 93.9 11.0164 2.3994 570 94.2 11.5862 2.4498 600 94.5 12.2182 2.5029 Bảng 1.4 Xử lí số liệu dung dịch đường nồng độ 20% Thời gian 𝑻𝑬 − 𝑻𝟎 𝑻𝑬 − 𝑻 Nhiệt độ T ( 0C) (giây) 𝐥𝐧 35 30 36.8 1.0285 0.0281 60 38.7 1.0604 0.0586 90 42.6 1.1324 0.0586 120 48.3 1.2573 0.2289 150 52.8 1.3771 0.3200 180 57.5 1.5294 0.4249 210 61.6 1.6927 0.5263 240 66.4 1.9345 0.6599 270 70.3 2.1886 0.7832 𝑻𝑬 − 𝑻𝟎 𝑻𝑬 − 𝑻 300 73.8 2.4809 0.9086 330 76.6 2.7778 1.0217 360 79.2 3.1250 1.1394 390 81.8 3.5714 1.2730 420 83.9 4.0373 1.3956 450 85.7 4.5455 1.5141 480 87.2 5.0781 1.6249 510 88.5 5.6522 1.7320 540 89.5 6.1905 1.8230 570 90.3 6.0710 1.9023 600 91.2 7.3864 1.9996 Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian nước máy dung dịch đường sucrose 20% y = 0,0046x - 0,0001 R² = 0,9843 𝐥n((𝑻E−𝑻0)/(𝑻E−𝑻)0 2,5 1,5 y = 0,0037x - 0,1707 R² = 0,9923 0,5 0 100 200 300 400 500 600 700 -0,5 Thời gian T (giây) nước máy - đường sucrose 20% Xác định nhiệt dung riêng của: + Nước máy Dựa vào sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ, ta tra nhiệt dung riêng nước nhiệt độ 32,8 0C Cp = 4178 J/kg0C = 4,178 kJ/kg0C + Dung dịch đường Dựa vào hàm lượng chất tan có dung dịch, nhiệt dung riêng dung dịch đường sucrose 20% xác định theo cơng thức: Cp = 4,187 {1 – Xs [0,57 – 0,0018 (T – 20)]} (1.6) (Chen, 1993) = 4,187 {1 – 0,2 [0,57 – 0.0018 (35 – 20)]} = 3,73 kJ/kg0C - Xác định hệ số truyền nhiệt K theo phương trình 𝑲 = 𝒂.𝒎.𝑪𝑷 + Xác định hệ số truyền nhiệt nước máy: 𝑭 (w/m2K) Nhiệt dung riêng nước máy Cp = 4,178 (kJ/kg0C) Khối lượng bình inox = 0,115 (kg) Khối lượng nước m = 0,6625 (kg) Đường kính bình D = 0,1235 (m) Chiều cao nước bình h = 0.0663 (m) Sđáy = 𝜋𝑟 = 𝜋 × ( 0,1235 ) 0.1235 Sxq = 2𝜋𝑟ℎ = 2𝜋 × ( = 0,012 (m2) ) × 0,0663 = 0,026 (m2) F = Sđáy + Sxq = 0,012 + 0,026 = 0,038 (m2) Dựa vào đồ thị ta có hệ số góc a = 0,0046 K1 = 𝑎.𝑚.𝐶𝑝 𝐹 = 0,0046×0,6625×4,178 = 0,335 (W/m2K) 0,038 + Xác định hệ số truyền nhiệt dung dịch đường sucrose 20% Nhiệt dung riêng dung dịch đường sucrose 20% Cp = 3,73 kJ/kg0C Khối lượng bình inox = 0,115 (kg) Khối lượng nước m = 0,7265 (kg) Đường kính bình D = 0,1235 (m) Chiều cao nước bình h = 0.0663 (m) Sđáy = 𝜋𝑟 = 𝜋 × ( 0,1235 ) 0,1235 Sxq = 2𝜋𝑟ℎ = 2𝜋 × ( = 0,012 (m2) ) × 0,0663 = 0,026 (m2) F = Sđáy + Sxq = 0,012 + 0,026 = 0,038 (m2) Dựa vào đồ thị ta có hệ số góc a = 0,0037 K2 = 𝑎.𝑚.𝐶𝑝 𝐹 = 0,0037×0,7265×3,73 0,038 = 0,264 (W/m2K)  Nhận xét: Theo lí thuyết: hệ số truyền nhiệt bề mặt tổng quát tỉ lệ thuận với độ nhớt dung dịch (dựa công thức 𝜇 𝜌 = k.t) Tức là, hệ số truyền nhiệt bề mặt tổng quát dung dịch đường sucrose 20% lớn hệ số truyền nhiệt bề mặt tổng quát nước máy (K2 > K1) Tuy nhiên, từ số liệu thu từ thí nghiệm ta tính K1> K2 Nguyên nhân gây kết do: khối lượng thực phẩm lần thí nghiệm khơng nhau, nhiệt độ ban đầu dung dịch khác có sai sót thao tác thí nghiệm (đọc nhiệt độ bấm thời gian khơng hồn tồn trùng khớp) dẫn đến hệ số góc phương trình có sai lệch nên kết thu từ thực nghiệm trái ngược với lí thuyết Các yếu tố ảnh hưởng đến gia tăng nhiệt độ thực phẩm theo thời gian: Sự chênh lệch nhiệt độ Giá trị nhiệt độ chênh lệch lớn tốc độ truyền nhiệt nhanh Nhưng cuối trình tốc độ truyền nhiệt chậm dần nhiệt độ thực phẩm tăng theo thời gian mà nhiệt độ môi trường truyền nhiệt cố định ∆𝑻 = 𝑻𝑬 − 𝑻 T tăng ∆𝑇 giảm  tốc độ nhận nhiệt phía sau chậm lại Tính chất vật lý hộp hình dạng, kích thước, vật liệu làm hộp, chiều dày hộp,… Tính chất vật lý thực phẩm độ nhớt, nhiệt dung riêng, khối lượng riêng, nồng độ, hệ số truyền nhiệt,… Quá trình truyền nhiệt nước máy dung dịch đường sucrose gồm giai đoạn: - Giai đoạn 1: Đối lưu nhiệt Giai đoạn 2: Dẫn nhiệt Giai đoạn 3: Đối lưu nhiệt (vì trạng thái lỏng) BÀI CHIÊN THỰC PHẨM 2.1 Mục đích thí nghiệm - Đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ thời gian chiên nhiệt độ bề mặt trung tâm sản phẩm - Tính lượng nước lượng chất béo thấm vào sản phẩm - Khảo sát thay đổi tính chất vật lý, cấu trúc cảm quan sản phẩm chiên 2.2 Phương tiện thí nghiệm 2.2.1 Dụng cụ - Nhiệt kế - Cân điện tử - Dĩa nhựa - Thiết bị chiên - Vợt lưới inox để nhúng sản phẩm chiên - Dao, thớt - Thước kẻ 2.2.2 Nguyên liệu - Khoai tây - Dầu thực vật tinh luyện 2.3 Cách tiến hành thí nghiệm - Rửa tách vỏ khoai tây, cắt thành miếng với kích thước phù hợp (12x12x40mm) - Chuẩn bị dĩa nhựa đựng khoai tây , đánh dấu cân khối lượng dĩa từ dĩa đến dĩa Cho vào dĩa miếng khoai tây (tổng cộng dĩa 18 miếng + miếng dự bị) - Cân khối lượng đo nhiệt độ khoai tây trước chiên - Cho dầu vào thiết bị chiên gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu, lựa chọn nhiệt độ dầu (120 0C 140 0C) để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dầu đến chất lượng sản phẩm - Khảo sát mức thời gian phút, phút, phút cho mức nhiệt độ chiên Cho dĩa khoai tây vào chiên Sau chiên xong dĩa đặt nhiệt kế vào trung tâm miếng khoai tây ghi nhận nhiệt độ tâm lớn Cho vào dĩa đựng khoai tây lúc nảy miếng khăn giấy cho khoai tây vừa chiên vào dĩa để dầu thấm hết vào khăn giấy, sau lấy dĩa khoai tây cân lại ghi nhận khối lượng khoai tây sau chiên Thực tương tự với dĩa lại Lưu ý: nâng nhiệt độ dầu từ 120 0C lên 140 0C cần chờ thêm thời gian phút để dầu nóng lên ổn định nhiệt 2.4 Số liệu thực nghiệm Nhiệt độ tâm khoai tây trước chiên: 27.5oC Bảng 2.1 Sự thay đổi nhiệt độ khối lượng khoai tây Nhiệt độ dầu ăn (℃) 120 140 Thời gian chiên (phút) Khối lượng ban đầu (g) Khối lượng sau chiên (g) Nhiệt độ tâm mẫu (℃) 21.43 20.48 70.8 21.01 19.84 83.8 21.61 17.24 96.1 20.09 17.66 76.4 20.31 16.96 82.4 20.99 16.25 97.2 2.5 Xử lý kết Đồ thị thể quan hệ nhiệt độ trung tâm khoai tây thời gian nhiệt độ dầu chiên 120 0C Nhiệt độ 0C 120 100 80 60 40 20 0 0,5 1,5 2,5 3,5 Thời gian (phút) Đồ thị thể quan hệ nhiệt độ trung tâm khoai tây thời gian nhiệt độ dầu chiên 140 0C Nhiệt độ 0C 120 100 80 60 40 20 0 0,5 1,5 2,5 Thời gian (phút) 3,5  Sự cần thiết việc ổn định dầu chế độ nhiệt độ chiên khác nhau: Là để đảm bảo chất lượng mùi vị thực phẩm trình chiên Trong trình chiên, dầu bị biến đổi thành phần hóa học bên tác dụng nhiệt độ cao thời gian dài, nước từ thực phẩm tiết có hịa lẫn chất glucid, protid, lipid,… dầu khơng ổn định (chứa chất béo bão hịa đa) phản ứng với oxy làm dầu bị sẫm màu, có mùi khét hình thành chất độc hại Vì vậy, cần phải giữ ổn định nhiệt độ dầu trình chiên thay dầu thấy dầu sẩm màu để thực phẩm thơm ngon hạn chế độc hại  Nhiệt độ trung tâm khoai tây chiên khơng vượt q 103 0C vì: Nhiệt độ dầu mức 120 -1800C tùy vào sản phẩm (tính chất, thành phần hóa học) loại dầu khác Tuy nhiên nhiệt độ trung tâm sản phẩm ln nhỏ 1000C Vì nhiệt độ trung tâm lên đến 1000C bốc (ẩn nhiệt hóa hơi), lúc nồng độ chất tan bề mặt cao cịn bên bình thường chưa có phản ứng Ngồi ra, q trình truyền nhiệt ln xảy tượng trễ nhiệt (nhiệt độ trung tâm thực phẩm cần có khoảng thời gian để tăng lên); q trình truyền nhiệt khơng ổn định phụ thuộc vào thời gian khơng gian nên ta kết nhiệt độ trung tâm nhỏ 103℃  Quá trình chiên làm thay đổi tính chất vật lý thực phẩm: Bề mặt thực phẩm nhận nhiệt từ dầu (đối lưu nhiệt) làm cho bề mặt thực phẩm nóng lên truyền nhiệt vào bên (dẫn nhiệt) Nước từ bên thực phẩm bên bốc theo trình chiên  nước  làm cho thực phẩm rổng xốp dầu thấm vào bên thực phẩm Q trình làm cho thực phẩm biến đổi mặt khối lượng, theo số liệu thu từ thí nghiệm ta thấy rõ khối lượng khoai tây sau chiên nhỏ khối lượng khoai tây trước chiên  Nếu sử dụng loại dầu có độ nhớt nhỏ, trung bình lớn để chiên khoai tây lượng dầu chiên thấm vào thay đổi: Phần trăm thấm dầu dung dịch có độ nhớt lớn cao đến dung dịch có độ nhớt trung bình cuối dung dịch có độ nhớt nhỏ Vì dung dịch có độ nhớt cao phần trăm bám dầu vào khoai tây lớn khả bám dính cao 10 BÀI GIA NHIỆT THỰC PHẨM BẰNG MICROWAVE 3.1 Mục đích thí nghiệm - Vận hành thiết bị microwave đo nhiệt độ Quan sát ảnh hưởng lượng microwave tốc độ nâng nhiệt, lượng hấp thụ hiệu suất Quan sát ảnh hưởng thành phần khác nước dầu tốc độ nâng nhiệt lượng hấp thụ 3.2 Phương tiện thí nghiệm 3.2.1 Dụng cụ - Nhiệt kế Cốc thủy tinh chịu nhiệt, thể tích 150ml Thiết bị microwave Ống đong 3.2.2 Nguyên liệu - Nước máy Dầu thực vật tinh luyện 3.3 Cách tiến hành thí nghiệm - Chuẩn bị cốc nước 150ml cốc dầu ăn 150ml Đo ghi nhận nhiệt độ ban đầu nước dầu ăn Tiến hành thí nghiệm với nước máy trước, mức lượng 200w 300w với thời gian 30s, 60s, 90s, ghi nhận nhiệt độ Lặp lại thí nghiệm với dầu ăn 3.4 Số liệu thực nghiệm - Công suất microwave Q = 1000 W - Nhiệt độ ban đầu nước: 29.9oC - Nhiệt độ ban đầu dầu ăn: 31,4oC - Khối lượng riêng nước: 𝜌 = 995,7 (kg/m3) - Khối lượng riêng dầu: 𝜌 = 800 (kg/m3) - Nhiệt dung riêng nước CP = 4,178 (kJ/kg℃) - Nhiệt dung riêng dầu ăn CP = 1,67 (kJ/kg℃) Bảng 3.1 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian gia nhiệt nước dầu hai mức lượng Nhiệt độ (℃) Năng lượng Thời gian (W) (giây) Nước Dầu 30 39.9 37.3 60 42.4 40.3 90 53 46.8 30 40.7 40.2 60 51.5 45.4 90 60.1 52.7 200 300 11 3.5 Xử lý kết Nhiệt độ 0C Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ dầu nước theo thời gian mức lượng 200W 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian (giây) Nước - Dầu Tốc độ gia nhiệt + Của nước mức lượng 200W ∆𝑇 = 𝑇3 − 𝑇1 = 53 – 39,9 = 13,1 0C ∆𝑡 = 𝑡3 − 𝑡1 = 90 – 30 = 60 (s) ∆𝑇 ∆𝑡 = 13,1 60 = 0,2183 (0C/s) + Của dầu mức lượng 200W ∆𝑇 = 𝑇3 − 𝑇1 = 46,8 – 37,3 = 9,5 0C ∆𝑡 = 𝑡3 − 𝑡1 = 90 – 30 = 60 (s) ∆𝑇 ∆𝑡 - = 9,5 60 = 0,1583 (0C/s) Năng lượng hấp thụ: + Của nước mức lượng 200W 𝑄 = 𝜌 𝐶𝑃 ∆𝑇/∆𝑡 = 995,7 × 10−6 × 4,178 × 103 × 0,2183 = 0.9081 (W/cm3) 12 + Của dầu mức lượng 200W 𝑄 = 𝜌 𝐶𝑃 ∆𝑇/∆𝑡 = 800 × 10−6 ×1,67 × 103 ×0,1583 = 0,2115 (W/cm3) Hiệu suất lượng sử dụng: - + Của nước mức lượng 200W H= 𝑄 × 𝑡ℎể 𝑡í𝑐ℎ 𝑐ơ𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑤𝑎𝑣𝑒 = 0,9081 × 150 200 × 100 = 68,1075% + Của dầu mức lượng 200W H= 𝑄 × 𝑡ℎể 𝑡í𝑐ℎ 𝑐ơ𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑤𝑎𝑣𝑒 = 0,2115 × 150 200 × 100 = 15,8625% Nhiệt độ 0C Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ dầu nước theo thời gian mức lượng 300W 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian (giây) Nước - Dầu Tốc độ gia nhiệt + Của nước mức lượng 300W ∆𝑇 = 𝑇3 − 𝑇1 = 60,1 – 40,7 = 19,4 0C ∆𝑡 = 𝑡3 − 𝑡1 = 90 – 30 = 60 (s) ∆𝑇 ∆𝑡 = 19,4 60 = 0,3233 (0C/s) + Của dầu mức lượng 300W ∆𝑇 = 𝑇3 − 𝑇1 13 = 52,7 – 40,2 = 12,5 0C ∆𝑡 = 𝑡3 − 𝑡1 = 90 – 30 = 60 (s) ∆𝑇 ∆𝑡 = 12,5 60 = 0,2083 (0C/s) - Năng lượng hấp thụ: + Của nước mức lượng 300W 𝑄 = 𝜌 𝐶𝑃 ∆𝑇/∆𝑡 = 995,7 × 10−6 × 4,178 × 103 × 0,3233 = 1,3449 (W/cm3) + Của dầu mức lượng 300W 𝑄 = 𝜌 𝐶𝑃 ∆𝑇/∆𝑡 = 800 × 10−6 ×1,67× 103 ×0,2083 = 0,2783 (W/cm3) - Hiệu suất lượng sử dụng: + Của nước mức lượng 300W H= 𝑄 × 𝑡ℎể 𝑡í𝑐ℎ 𝑐ơ𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑤𝑎𝑣𝑒 = 1,3449 × 150 300 × 100 = 67,245% + Của dầu mức lượng 300W H= 𝑄 × 𝑡ℎể 𝑡í𝑐ℎ 𝑐ơ𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑤𝑎𝑣𝑒 = 0,2783 × 150 300 × 100 = 13,915% 14 ... hưởng đến gia tăng nhiệt độ thực phẩm theo thời gian: Sự chênh lệch nhiệt độ Giá trị nhiệt độ chênh lệch lớn tốc độ truyền nhiệt nhanh Nhưng cuối trình tốc độ truyền nhiệt chậm dần nhiệt độ thực phẩm... nhớt, nhiệt dung riêng, khối lượng riêng, nồng độ, hệ số truyền nhiệt, … Quá trình truyền nhiệt nước máy dung dịch đường sucrose gồm giai đoạn: - Giai đoạn 1: Đối lưu nhiệt Giai đoạn 2: Dẫn nhiệt. .. TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BẤT ỔN ĐỊNH 1.1 Mục đích thí nghiệm Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát hệ thống gia nhiệt dung dịch thực phẩm lỏng nước nóng Ảnh hưởng độ nhớt dung dịch hệ số truyền