PHÚC TRÌNH THỰC tập TRUYỀN NHIỆT bài 1 TRUYỀN NHIỆT TRONG hệ THỐNG bất ổn ĐỊNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM PHÚC TRÌNH THỰC TẬP TRUYỀN NHIỆT Họ tên: Trần Thị Tú Nhi Giảng viên hướng dẫn: MSSV: B2007826 Thầy Đồn Anh Dũng Nhóm Ngày thực tập: thứ 4, 14h00, ngày 18/05/2022 Cần Thơ, 20/05/2022 Trần Thị Tú Nhi B2007826 BÀI 1: TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BẤT ỔN ĐỊNH I Mục đích thí nghiệm - Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát hệ thống gia nhiệt dung dịch thực phẩm lỏng (dung dịch đường) nước nóng - Ảnh hưởng độ nhớt dung dịch hệ số truyền nhiệt tổng quát II Phương tiện tiến hành thí nghiệm Nguyên liệu - Đường - Nước lọc Dụng cụ thí nghiệm - Bình Inox chứa dung dịch lỏng (dung dịch đường) - Thước kẹp - Đồng hồ đo (Thermocouple) - Bể ổn định nhiệt III Phương pháp tiến hành Cách pha dung dịch đường 20% - Pha dung dịch đường 20% (với V dung dịch đường 1200ml) + Tra bảng khối lượng riêng đường ρđường= 1.5862 (g/cm3) + Áp dụng cơng thức tính Nồng độ phần trăm (C%) C%= mct x 100 % mdd Gọi x khối lượng chất tan (đường) Trần Thị Tú Nhi B2007826 Tính tốn: + Tính khối lượng chất tan (đường) cần pha chế 20%= x 1200  x= 240 (g) + Tính khối lượng nước cần pha chế V H O = mH O =1200 - 240 =960 (ml) 2 Pha chế dung dịch theo đại lượng xác định + Cân lấy 240g đường cho vào cốc + Cân lấy 960 g (hoặc đong lấy 960 ml) nước lọc đổ dần vào cốc khuấy nhẹ cho tan hết đường thu dung dịch đường 20% Chú ý: Dùng Brix kế ghi nhận xác nồng độ hai dung dịch đường pha chế làm thí ngiệm Tiến hành thí nghiệm Cho nước cất vào bể ổn định nhiệt gia nhiệt đến 1000C - Dùng bình Inox (đã xác định khối lượng đường kính thơng qua cân thước kẹp) tiến hành cho loại dung dung dịch đường pha với nồng độ xác định vào bình xác định khối lượng chiều cao dung dịch đường cho vào bình - Đặt bình Inox vào bể ổn định nhiệt tiến hành gia nhiệt Ghi nhận nhiệt độ ban đầu T0 thay đổi nhiệt độ theo thời gian (30 giây/lần) cho loại thực phẩm (dung dịch đường) thông qua đồng hồ đo (Thermocouple) IV Số liệu thực nghiệm Nhiệt độ TE = 100oC Trần Thị Tú Nhi B2007826 - Nhiệt độ To loại thực phẩm: + Nước To = 34,9oC + Đường To = 33,1oC - Khối lượng bình chứa: m = 115,6g + Khối lượng nước: m nước = 875,7 – 115,6 = 760,1g +Khối lượng đường: m đường = 891 – 115,6 = 775,4 g - Chiều cao h = 73,4 m - Đường kính trong: Lần đo Đường kính (mm) Trung bình 114,3 114,1 114,4 114,27 - Đường kính ngồi: Lần đo Đường kính ngồi (mm) Trung bình 114,6 114,7 114,5 114,6 Bảng 1.1 Bảng số liệu thu thập thay đổi nhiệt độ nước theo thời gian gia nhiệt Thời gian (s) Nhiệt độ (độ C) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 Trung bình 34,9 41,2 48,8 55,5 63 70,2 77,3 84,1 88,2 91,5 93,9 95,5 96,6 97,5 98 75,75 Trần Thị Tú Nhi B2007826 Bảng 1.2 Bảng số liệu thể thay đổi nhiệt độ dung dịch đường 20% theo thời gian V Xử lý kết Tính tốn kết thí  Diện tích bề mặt trao - - - Diện tích đáy: Sđáy = π r2 = (m2) Diện tích xung quanh: Sxq = π rh = 0,0132 (m2) Diện tích bề mặt trao F = Sđáy + Sxq = 0,0103  Nhiệt dung riêng Cp=4.187{1-Xs[0.57- - Nhiệt dung riêng dung C: o Thời gian (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 Trung bình Nhiệt độ (độ C) 33,1 34,7 37,2 42 48,1 53,4 59,1 65,2 70,6 75,7 80,1 84 87,2 89,8 92,2 93,9 94,9 95,9 96,7 70,2 nghiệm đổi nhiệt: 3,14*0,05732 = 0,0103 3,14*0,0573*0,0734 = đổi nhiệt + 0,0132 = 0,0235 (m2) theo chen.1993 0.0018(T-20)]} dịch đường 20% 70,2 Cp = 4.187{1-0.2[0.57-0.0018(70.2-20)]} = 3.785 (KJ/KgK) - Nhiệt dung riêng nước 75,75 oC: Cp = 4.192 (KJ/KgK) Bảng 1.3 Bảng xử lý số liệu thay đôi nhiệt độ nước dung dịch đường 20% theo thời gian gia nhiệt Te−¿ Te−T Thời gian Nước 30 60 1,11 1,27 Dung dịch đường 20% 1,02 1,07 ln Nước 0,1 0,24 Te−¿ Te−T Dung dịch đường Trần20% Thị Tú Nhi B2007826 0,02 0,06 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 1,46 1,76 2,18 2,87 4,09 5,52 7,66 10,67 14,47 19,15 26,04 32,55 1,15 1,29 1,44 1,64 1,92 2,28 2,75 3,36 4,18 5,23 6,56 8,58 10,97 13,12 16,32 20,27 0,38 0,57 0,78 1,05 1,41 1,71 2,04 2,37 2,67 2,95 3,26 3,48 0,14 0,25 0,36 0,49 0,65 0,82 1,01 1,21 1,43 1,65 1,88 2,15 2,39 2,57 2,79 3,01 Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ nước dung dịch đường 20% theo nhiệt độ f(x) = NaN x + NaN R² = BIỂU 3.5 ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ CỦA MẪU ln((Te-To)/(Te-T)) f(x) = 0.00592384033185701 x − 0.39294480274272 R² = 0.97020723910393 2.5 1.5 0.5 0 100 200 300 400 Nước Logarithmic (Nước) 500 Thời gian 600 Trần Thị Tú Nhi B2007826  Nước: Dựa vào phương trình đường đồ thị ta suy hệ số góc a1 = 0,0089 Xác định hệ số truyền nhiệt K nước: K= a m Cp 0,0089∗0,7601∗4,192 = = 1,206 (W/m2K) F 0,0235  Dung dịch đường 20%: Dựa vào phương trình đồ thị ta suy hệ số góc a2 = 0,0059 Xác định hệ số truyền nhiệt K dung dịch đường 20%: K= a m Cp 0,0059∗0,7754∗3,785 = = 0,737 (W/m2K) F 0,0235 Nhận xét Dựa vào giá trị hệ số truyền nhiệt K nước dung dịch đường 20% nhận xét ảnh hưởng độ nhớt dung dịch đến hệ số truyền nhiệt tổng quát: - Hệ số truyền nhiệt nước cao dung dịch đường 20% - Quá trình gia nhiệt nước cao dung dịch đường  Độ nhớt ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt Độ nhớt dung dịch cao trình gia nhiệt chậm ngược lại  Khi nhiệt độ cao phân tử dung dịch di chuyển nhanh lực ma sát chúng tăng lên làm cho dung dịch có độ nhớt lỗng Dung dịch có nồng độ cao gia nhiệt độ nhớt dung dịch lớn so với dung dịch có nồng độ thấp Trần Thị Tú Nhi B2007826  Độ nhớt nước thấp dung dịch đường 20% Qua ta thấy tốc độ gia nhiệt thực phẩm chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: - Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường gia nhiệt thực phẩm: giai đoạn đầu nhiệt độ tăng nhanh giai đoạn cuối tăng chậm dần đến với nhiệt độ tác nhân gia nhiệt - Trạng thái vật lí hộp: bề mặt nhận nhiệt vật liệu (hình dạng kích thước chiều dày hộp) khác q trình nhận nhiệt khác Tính chất vật lí thực phẩm mô tả qua thông số (độ nhớt nhiệt dung riêng khối lượng riêng nồng độ hệ số truyền nhiêt) khác trình truyền nhiệt vào phía bên khác BÀI 2: CHIÊN THỰC PHẨM I 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 béo thấm vào sản phẩm - Khảo sát thay đổi tính chất vật lý, cấu trúc cảm quan sản phẩm chiên II Phương tiện tiến hành Vật liệu - Khoai tây - Dầu thực vật tinh luyện Dụng cụ thí nghiệm Trần Thị Tú Nhi B2007826 - Thermocouple - Cân điện tử - Dĩa (nhựa) - Thiết bị chiên - Vợt lưới inox để nhúng sản phẩm chiên - Đồng hồ bấm - Khăn giấy - Cốc nhôm - Tủ sấy - Bình hút ẩm - Dao, thớt, thước thẳng III Cách tiến hành thí nghiệm - Rửa tách vỏ khoai tây, cắt thành miếng với kích thước phù hợp (12x12x45mm) - Cho dầu vào thiết bị chiên gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu, lựa chọn nhiệt độ dầu (140°C 160°C) để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dầu đến chất lượng sản phẩm - Cho mẫu khoai tây đánh số thứ tự tương ứng theo yêu thí nghiệm Trong trình chiên nên xếp khoai tây cách xa để trình truyền nhiệt đạt hiệu cao - Sau thời gian phút, phút, phút lấy mẫu khoai tây xác định nhiệt độ, khối lượng độ ẩm Cách đo nhiệt độ trung tâm khoai tây: Đặt thermocouple vào trung tâm miếng khoai tây sau lần chiên (Mỗi lần chiên miếng) - Ghi nhiệt độ trung tâm, khối lượng, % ẩm bị vào bảng số liệu Trần Thị Tú Nhi B2007826 Cách xác định khối lượng khoai tây sau chiên: Dùng khăn giấy lau bề mặt khoai tây để phần dầu chưa thấm vào bên khoai tây, sau tiến hành cân Cách xác định độ ẩm khoai tây: Gọi: Khối lượng khoai tây ban đầu m1 (g) Khối lượng khoai tây sau sấy m2 (g) Ta phần trăm độ ẩm mất: MCw = = IV m1 −m2 x100% ( Theo ướt ) m1 Số liệu thí nghiệm - Nhiệt độ ban đầu khoai tây: 30oC - Khối lượng dĩa: 5,5g Số liệu thí nghiệm Mẫu Nhiệt độ V 140 160 Thời gian Khối lượng khối lượng chiên Nhiệt độ tâm sau chiên ban đầu(g) (s) (g) 60 120 180 60 120 180 68,8 86,3 93,5 74,6 88,7 94,7 19,2 19 19,1 19,2 20 19,2 17,9 15,7 15,4 16 15,3 14,6 Xử lý kết Tính tốn kết thí nghiệm Trần Thị Tú Nhi B2007826 Thời gian Khối lượng khối lượng Độ ẩm Mẫu Nhiệt độ chiên Nhiệt độ tâm sau ban đầu(g) (%) (s) chiên (g) 140 160 60 120 180 60 120 180 68,8 86,3 93,5 74,6 88,7 94,7 19,2 19 19,1 19,2 20 19,2 17,9 15,7 15,4 16 15,3 14,6 6,770833 17,36842 19,37173 16,66667 23,5 23,95833 Biểu diễn đồ thị Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ trung tâm theo thời gian sau chiên khoai tây Biểu đồ thể thay đổi khối lượng khoai tây sau chiên Biểu đồ thể thất thoát độ ẩm sau chiên Trần Thị Tú Nhi B2007826 Nhận xét kết tính tốn thí nghiệm: + Khối lượng khoai tây sau chiên giảm + Ở nhiệt độ thời gian chiên khác ta thu nhiệt độ trung tâm, độ ẩm khoai tây khác + Ở nhiệt độ 140°C: Độ ẩm khoai tây tăng sau chiên, chiên lâu độ ẩm khoai tây giảm (1) + Ở nhiệt độ 160°C: Độ ẩm khoai tây sau chiên ngày giảm dần (2) + Cùng thời gian chiên 180 giây, khoai tây chiên 160 độ có nhiệt độ tâm cao khoai tây chiên 140 độ (1) Giải thích : (1) Do mẫu chưa sấy đến độ ẩm không đổi, lúc lấy mẫu khỏi tủ sấy đem cân diễn trính hút ẩm ngược thao tác nên làm độ ẩm bị sai lệch (2) Sự chênh lệch nhiệt độ mẫu khoai cắt không nhau, dẫn đến tốc độ truyền nhiệt khác Câu hỏi thảo luận: Sự cần thiết việc ổn định nhiệt độ dầu chế độ nhiệt độ chiên khác ? Trần Thị Tú Nhi B2007826 Về mặt cảm quan: Nhiệt độ ổn định giúp sản phẩm chín vàng đẹp, độ ẩm vừa phải Nếu nhiệt độ thấp làm cho sản phẩm bị thấm dầu nhiều, khó quản thời gian dài Nhiệt độ cao làm sản phẩm bị cháy khét, sử dụng Về mặt hóa lý: Dầu ăn hợp chất hữu cơ, có loại dầu ăn nhiệt độ bình thường tốt cho sức khỏe, khơng tốt đun đến nhiệt độ Và q trình sinh chất có hại cho sức khỏe phụ thuộc vào điểm khói dầu Điểm khói dầu hiểu nhiệt độ làm bay hợp chất nước, axit béo tự sản phẩm thủy phân ngắn chuổi q trình oxy hóa bốc lên từ dầu dạng khói Tại nhiệt độ điểm khói, dầu bị phân hủy, bị oxy hóa hợp chất độc (toxicologic) có liên quan hình thành aldehyde lipid peroxide Aldehyde chất độc gây ung thư, bệnh tim mạch hay trí nhớ, dị dạng thai nhi, viêm, nguy loét tăng huyết áp ăn hay hít phải dù với lượng  Vì cho dù xét mặt cảm quan hay hóa lý giữ nhiệt độ dầu ổn định chế độ chiên quan trọng cần thiết Tại nhiệt độ trung tâm mẫu khoai tây chiên khơng vượt qua 103°C ? Vì truyền nhiệt lúc chiên khoai tây truyền nhiệt bất ổn định, nhiệt độ cao nước khỏi khoai tây làm giảm nhiệt độ dầu cung cấp Phần trăm dầu chiên thấm vào thay đổi sử dụng loại dầu có độ nhớt nhỏ, trung bình lớn để chiên khoai tây ? Độ nhớt gọi lực cản chất lỏng, kết tương tác phân tử chất lỏng Dầu ăn có độ nhớt cao chứng tỏ lực cản lớn làm lượng dầu thẩm thấu vào thực phẩm => Phần trăm dầu thấm vào khoai tây chiên loại dầu có độ nhớt nhỏ cao so với chiên khoai tây loại dầu có độ nhớt cao Trần Thị Tú Nhi B2007826 BÀI 3: GIA NHIỆT THỰC PHẨM BẰNG MICROWAVE - I Mục đích thí nghiệm Vận hành thiết bị microwave đo nhiệt độ - Quan sát ảnh hưởng lượng microwave tốc độ nâng nhiệt , lượng hấp thu hiệu suất - Quan sát ảnh hưởng gia nhiệt microwave thực phẩm dạng hình cầu II Phương tiện tiến hành vật liệu thí nghiệm - Dầu thực vật tinh luyện: Màu sắc vàng nhạt mùi thơm đặc trưng Trần Thị Tú Nhi B2007826 - Nước: Sử dụng nước máy Dụng cụ thí nghiệm - Thermo couple: Ống đong: ống Cốc thủy tinh chịu nhiệt: 12 cốc Thiết bị Microwave Cốc nhỏ chịu nhiệt: cốc III Cách tiến hành thí nghiệm - Dùng bình định mức cân để tính khối lượng riêng nước dầu - Dùng ống đong, đong nước vào cốc thủy tinh cốc 150ml nước, ống lại dùng đong dầu cho cốc thủy tinh, cốc 150ml dầu - Đặt cốc dầu cốc nước vào microwave với vị trí dĩa thủy tinh Tiến hành gia nhiệt mức lượng khác 60% 80%, mức lượng tiến hành đo nhiệt độ phút, phút phút - Dùng themo couple để đo nhiệt độ nước dầu ( đặt cốc) - Đặt khoai tây lên cốc nhỏ chịu nhiệt Đặt lần cốc vào microwave Tiến hành gia nhiệt mức 60% 80% thời gian phút, phút, phút - Dùng themo couple đo nhiệt độ trung tâm khoai tây ghi nhận - IV Số liệu thí nghiệm Cơng suất: 1000W Nhiệt độ ban đầu nước: tonước = 30,8oC Nhiệt độ ban đầu dầu: todầu = 30,9oC Công suất (W) 300W 400W Thời gian(s) 30 45 60 30 45 60 o Nhiệt độ( C) Dầu Nước 37 37,6 40 43,2 43,5 50,1 39,1 43,3 43,9 50,4 49,6 57,4 Trần Thị Tú Nhi B2007826 V Xử lý kết Xác định khối lượng riêng, nhiệt dung riêng mẫu lỏng phịng thí nghiệm Nhiệt Khối lượng dung riêng Mẫu riêng (kg/cm ) o (J/kg C) -4 Nước 4179 9,96.10 Dầu ăn 1670 8.10 -4 Kết thí nghiệm Mức lượng 30% (300W) 40% (400W) Thời gian 30 45 60 30 45 60 o Nhiệt độ ( C) Tốc độ gia nhiệt Năng lượng Hiệu suất lượng sử dụng (%) Nước 37,6 43,2 50,1 43,3 50,4 57,4 Dầu 37 40 43,5 39,1 43,9 49,6 Nước 0,23 0,276 0,322 0,42 0,436 0,443 Dầu 0,203 0,202 0,21 0,27 0,289 0,312 Nước 0,9448 1,1488 1,3403 1,7357 1,8148 1,8439 Dầu 0,2712 0,2699 0,2806 0,3647 0,3861 0,4168 Nước 47,242 57,44 67,013 65,088 68,053 69,146 Dầu 13 13,4936 14,028 13,6773 14,4789 15,6312 Trần Thị Tú Nhi B2007826 Nhận xét kết tính tốn thí nghiệm - Khi gia nhiệt đồng thời dầu nước mức lượng 30% 40% thời gian vị trí nhiệt độ dầu nước tăng Nhiệt độ nước lớn dầu - Ở mức lương 40% nhiệt độ nước dầu lớn nhiệt độ mức 30% - Cùng mức lượng gia nhiệt thời gian lâu: + Tốc độ gia nhiệt giảm + Năng lượng hấp thụ giảm + Hiệu suất tăng đến mức hạ xuống Câu hỏi thảo luận Làm để xác định khối lượng riêng nguyên liệu trạng thái rắn ? - Chia vật rắn thành loại vật rắn không thấm nước vật rắn thấm nước Đối với vật rắn không thấm nước: Cân vật liệu thu khối lượng m Dùng bình tràng, cho vào cốc thủy tinh đầy nước, lượng nước tràn ngồi thể tích vật V Dùng cơng thức tính khối lượng riêng: ρ= m V Trần Thị Tú Nhi B2007826 Đối với vật rắn thấm nước: Cách 1: Đo trực tiếp Đem cân thu khối lượng m Dùng bình tràng, cho vào cốc thủy tinh đầy nước, lượng nước tràn ngồi thể tích Vo Cân lại vật rắn thu khối lượng m1 Thể tích lượng nước thấm vật V1= m1-m ( đổi sang đơn vị thể tích) Thể tích vật liệu rắn: V=V1+Vo Dùng cơng thức tính khối lượng riêng ρ= m V Cách 2: Dùng vật không thấm nước để bao bọc nguyên liệu thấm nước (màng nilon bọc thực phẩm,đất sét,…) Đo thể tích vật bao bọc bình tràng cốc thủy tinh đầy nước thu V1 Cân vật liệu cần đo khối lượng m Dùng vật bao bọc, gói nguyên liệu lại cho kín nước khơng thấm vào Đo thể tích bình tràng cốc đầy nước V2 Thể tích vật liệu V=V2-V1 Dùng cơng thức tính khối lượng riêng ρ= m V  Chú ý: Các thí nghiệm cần thực nhiều lần, lấy trung bình để tăng tính xác Trần Thị Tú Nhi B2007826 ... 90 12 0 15 0 18 0 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 1, 46 1, 76 2 ,18 2,87 4,09 5,52 7,66 10 ,67 14 ,47 19 ,15 26,04 32,55 1, 15 1, 29 1, 44 1, 64 1, 92 2,28 2,75 3,36 4 ,18 5,23 6,56 8,58 10 ,97...BÀI 1: TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BẤT ỔN ĐỊNH I Mục đích thí nghiệm - Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát hệ thống gia nhiệt dung dịch thực phẩm lỏng (dung dịch đường)... 10 ,97 13 ,12 16 ,32 20,27 0,38 0,57 0,78 1, 05 1, 41 1, 71 2,04 2,37 2,67 2,95 3,26 3,48 0 ,14 0,25 0,36 0,49 0,65 0,82 1, 01 1, 21 1,43 1, 65 1, 88 2 ,15 2,39 2,57 2,79 3, 01 Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ