Bài giảng Vật lý thực phẩm: Chương 4 - PGS. TS. Trần Thị Định và TS. Vũ Thị Hạnh

Bài giảng Vật lý thực phẩm: Chương 4 Tính chất nhiệt của thực phẩm, cung cấp cho người học những kiến thức như: Nhiệt độ; Nhiệt và enthalpy; Nhiệt dung riêng; Độ dẫn nhiệt; Truyền nhiệt trong thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 4: Tính chất nhiệt thực phẩm  Nhiệt độ  Nhiệt enthalpy  Nhiệt dung riêng  Độ dẫn nhiệt  Truyền nhiệt thực phẩm 4.1 Nhiệt độ • • • Là tính chất vật lý vật chất, đặc trưng cho mức độ nóng hay lạnh vật thể Biểu thị động hệ chuyển động phân tử Động tỷ lệ thuận với nhiệt độ E  T k • E: động (J), k: hệ số Boltzmann (J/K) đơn vị đo nhiệt độ thường dùng kỹ thuật o C K  o C  273 o F  C   32 o 4.1 Nhiệt độ Một số điểm nhiệt độ cố định 4.2 Nhiệt dung riêng • Là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho đơn vị đo lượng chất (khối lượng, mol) để nóng lên đơn vị đo nhiệt độ • Đơn vị kJ/kgK kJ/kgoC • Công thức ước lượng Cp cho thực phẩm biết hàm lượng nước – Trên điểm đóng băng Cp = 0.837 +3.348 * Xw – Dưới điểm đóng băng Cp = 0.837 +1.256 * Xw Xw: Phần khối lượng nước thực phẩm • Cơng thức ước lượng Cp (kJ/kgK) biết thành phần thực phẩm Cp  4.180 Xw  1.711Xp  1.928 Xf  1.547 Xc  0.908 Xa Xp Xf, Xc, Xa:Phần khối lượng protein, chất béo, carbonhydrate, tro 4.2 Nhiệt dung riêng • Công thức tổng quát – Sự phụ thuộc Cp (J/kgoC) vào nhiệt độ (oC) 4.2 Nhiệt dung riêng • Bài tập 1: Tính nhiệt dung riêng khoai tây có hàm lượng nước 85% biết rằng: – Cp nước: 4186.80 J/kgK – Cp chất rắn: 837.36 J/kgK • Bài tập 2: Tính nhiệt dung riêng gạo 20 oC theo cách biết thành phần gạo sau: Nhận xét kết thu từ cách tính 4.3 Nhiệt enthalpy • Nhiệt cảm nhận (Nhiệt hiện) – Khi có thay đổi nhiệt độ vật Q  m  C p  (T2  T1 ) • Nhiệt ẩn : Q = m x r – Do chuyển pha vật chất – Các trình chuyển pha • • • Nóng chảy đơng đặc – Nóng chảy trình chuyển từ pha rắn sang pha lỏng – Đơng đặc q trình chuyển từ pha lỏng sang pha rắn Thăng hoa ngưng kết – Thăng hoa trình chuyển từ pha rắn sang pha – Ngưng kết trình chuyển từ pha sang pha rắn Hóa ngưng tụ – Hóa q trình chuyển từ pha lỏng sang pha – Ngưng tụ trình chuyển từ pha sang pha lỏng Q  m  r  m  (H v  H c ) Biểu đồ P-H (steam diagram) 4.3 Nhiệt enthalpy Subcooled Liquid Superheated Vapors C B A Mixture of Liquid & Vapors D 4.3 Nhiệt enthalpy • Nội (U) – Là tổng nội động chuyển động hỗn loạn nguyên tử hay phân tử chứa vật nội liên kết phân tử, tính hệ quy chiếu gắn với khối tâm vật hay hệ vật lý – Tồn dạng nhiệt công – dU = dQ + dU • Enthalpy (H) – Là nhiệt lượng hệ cho đơn vị khối lượng (KJ/kg) – Là hàm trạng thái nhiệt động hệ, hệ nhiệt động trao đổi nhiệt công với môi trường xung quanh – H = U + pV; U nội năng, p - áp suất V - thể tích 4.4 Độ dẫn nhiệt • Giả thiết thực phẩm chứa nước, khơng , chất rắn – Nhiệt truyền vng góc với thành phần thực phẩm 4.4 Độ dẫn nhiệt • Bài tập 1:Thành phần hóa học cá hồi liệt kê bảng đây: Thành phần % khối lượng Nước Protein Chất béo Carbonhydrate Tro 63.5 21.5 13.0 0.8 1.2 Khối lượng riêng (kg/m3) 995.7 1319.6 917.15 1592.9 2418.2 • Anh (Chị) tính: • Khối lượng riêng cá hồi • Độ dẫn nhiệt cá hồi oC trường hợp nhiệt truyền song song vng góc với thành phần thực phẩm cho nhận xét 4.5 Truyền nhiệt thực phẩm • chế truyền nhiệt 4.5 Truyền nhiệt thực phẩm 4.5.1 Truyền nhiệt dẫn nhiệt • Là trình truyền nhiệt từ phân tử đến phần tử khác vật chất chúng tiếp xúc với • Thường xảy vật thể rắn, chênh lệch nhiệt độ • Phần tử có nhiệt độ cao, dao động mạnh va chạm với phân tử lân cận, truyền phần động cho chúng • Có thể xảy mơi trường lỏng khí lưu chất đứng yên hay chuyển động dịng • Dẫn nhiệt khơng ổn định – Nhiệt độ thay đổi theo không gian thời gian (thiết bị làm việc gián đoạn giai đoạn đầu cuối thiết bị làm việc liên tục) 4.5 Truyền nhiệt thực phẩm • Dẫn nhiệt ổn định: phổ biến công nghiệp thực phẩm – Nhiệt độ thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian (thiết bị làm việc liên tục) 4.5.1.1 Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng lớp nhiều lớp a) Tường phẳng lớp • Lượng nhiệt truyền qua tường phẳng theo định luật Fourier Q1  A (T0  T1 )  4.5 Truyền nhiệt thực phẩm b) Tường phẳng nhiều lớp • Lớp thứ Q1  A1 (T0  T1 ) 1 • Lớp thứ Q  A2 (T1  T2 ) 2 • Lớp thứ Q3  A3 (T2  T3 ) 3 ... pV; U nội năng, p - áp suất V - thể tích 4. 4 Độ dẫn nhiệt • Là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả dẫn nhiệt vật liệu thực phẩm • Xác định nhiệt lượng truyền qua đơn vị diện tích vật liệu đơn vị... gian, gradient nhiệt độ • Đơn vị k (W/mK) • k nước = 0.614W/moC • k đá = 2. 24 W/moC 4. 4 Độ dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt số vật liệu 27 oC 4. 4 Độ dẫn nhiệt • k ước lượngkhi biết hàm lượng nước k  kwXw... (W/moC) vào nhiệt độ (oC) Khoảng nhiệt độ áp dụng: – 90 oC 4. 4 Độ dẫn nhiệt • K ước lượng biết thành phần thực phẩm hướng truyền nhiệt – Nhiệt truyền song song với thành phần thực phẩm 4. 4 Độ dẫn