TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM 1 ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG Giảng viên hướng dẫn TS Đỗ Đình Nhật Lớp 20DTP1A Nhóm Trư.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC CHÂN KHƠNG Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Đình Nhật Lớp 20DTP1A Nhóm: Trương Thị Hồng Thắm – 2000006495 Ngơ Thị Ngọc Hân – 2000003056 Tp.HCM, tháng năm 2022 I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM Trình cấu tạo, nguyên lí làm việc ưu nhược điểm thiết bị cô đặc gián đoạn nồi, hoạt động điều kiện chân không Vận hành hệ thống cô đặc Tính tốn cân vật chất, cân lượng đại lượng đặc trưng cho trình đặc II CƠ SỞ LÍ THUYẾT Các khái niệm cô đặc Khái niệm cô đặc Cô đặc trình làm tăng nồng độ dung dịch cách tách phần dung môi nhiệt độ sôi, dung môi tách khỏi dung dịch bay lên gọi thứ Mục đích q trình đặc - Làm tăng nồng độ chất hòa tan dung dịch - Tách chất rắn hòa tan dạng rắn (kết tinh) - Tách dung môi dạng nguyên chất (cất nước) Các phương pháp đặc Cơ đặc áp suất khí quyển: phương pháp đơn giản không tinh tế Cô đặc áp suất chân không: dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao, dễ phân hủy nhiệt, … Cơ đặc áp suất dư: dùng cho dung dịch không phân hủy nhiệt độ cao, sử dụng thứ cho trình khác Thiết bị thí nghiệm Dung dich đặc theo mẽ, nhập liệu lần từ thùng chứa dung dịch đầu Dung dịch sôi buồng bốc nhiệt truyền từ dầu tải nhiệt bên vỏ ngồi Hơi thứ bốc lên từ dung dịch sơi dẫn qua thiết bị ngưng tụ ống xoắn để ngưng tụ thu hồi định lượng Một bơm chân không loại vịng nước sử dụng để tạo chân khơng cho hệ thống Hệ thống cô đặc gồm thiết bị chính: - Nồi đặc vỏ cánh khuấy - Máy khuấy trộn - Thiết bị ngưng tụ ống xoắn - Bình chứa nước ngưng - Bơm chân khơng loại vịng nước - Áp kế đo độ chân không - Nhiệt kế điện tử - Hệ thống điện - Xô nhựa chứa dung dịch đầu 3.1 Nồi cô đặc vỏ Nồi chứa dung dịch đường có đường kính D = 350 mm, cao H =530 mm, bề dày d = mm Nồi chế thép không gỉ AISI304 3.2 Thiết bị ngưng tụ ống xoắn Ống xoắn có đường kính f16 quấn thành vọng xoắn có đường kính D = 150mm Ống xoắn gia công thép k gỉ AISI304 3.3 Bơm chân khơng Hệ thống sử dụng bơm chân khơng loại vịng nước 1HP III SƠ ĐỒ THIẾT BỊ Thiết bị cô đặc chân khơng IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Giới thiệu thiết bị - Trước tiến hành thí nghiệm, sinh viên cần hiểu rõ nguyên lí hoạt động cách vận hành thiết bị theo dẫn cán Phịng Thí Nghiệm - Quan sát kĩ thao tác cán Phịng Thí Nghiệm để tiến hành đảm bảo an tồn có kết tốt Chuẩn bị thí nghiệm - Bước 1: Trộn lít nước 1kg đường - Bước 2: Khởi động máy cô đặc (kiểm tra vệ sinh máy trước thí nghiệm) - Bước 3: Tiến hành thí nghiệm + Khởi động máy bơm chân khơng tạo áp suất bên nồi cô đặc khoảng 55cmHg (áp suất bên lớn áp suất bên ngoài) sau tắt bơm nhập liệu vào máy - Bước 4: Lấy mẫu độ Brix đo nhiệt độ nước ra, nước ngưng, nhiệt độ dung dịch Cứ 10 phút lấy mẫu đo V PHÚC TRÌNH Bảng số liệu từ phịng thói nghiệm T (phút) Brix V (lít) tv (ᴼC) tr (ᴼC) tng (ᴼC) 14 10 15 0.117 30 30 35 20 15 0.183 30 30 45 30 17 0.154 30 25 43 40 17 0.15 30 30 41 50 18 0.038 30 30 39 80 19 0.47 30 30 45 110 20 0.356 30 31 39 130 22 0.25 30 32 42 140 23 0.15 30 45 42 150 24 0.056 30 31 38 Nồng độ phần khối lượng đường nhập liệu: tdd (ᴼC) tht (ᴼC) 34 31 34 34 33 39 34 41 34 37 Bx = 14 x = 14% (phần khối lượng) tra bảng ta có khối lượng riêng dung dịch đường Sử dụng bảng khối lượng riêng đường theo độ Brix Sổ tay Công Nghệ Hóa Chất – tập 1: Bx = 14 r = 1056.77 (kg/m3) Tính lượng nước ngưng thực tế Vngưng = 1.924 (lít) W* = Vngưng ngưng (kg) = 1.924x10-3 x 991.87 = 1.91 (kg) Vngưng : tổng thể tích nước ngưng thu q trình thí nghiệm (lít) Đổi sang m3 ngưng : khối lượng riêng nước ngưng (kg/m 3) (ngưng = 991.87 (kg/m3)), tra Sổ tay Cơng Nghệ Hóa Chất – tập 1, nhiệt độ trung bình nước ngưng 40.9 oC) Tính khối lượng dung dịch đường nhập liệu Ta có: Vđ = (lít) đ = 1056.77 (kg/m3) mđường = (kg) Gđ = Vđ rđ = 5x10-3 x 1056.77 = 5.28 (kg) Mà: Gđ = mđường + mnước mnước pha = Gđ – mđường = 5.28 - = 4.28 (kg) = mnước ngưng + mnước lại mnước lại = mnước pha – mnước ngưng = 4.28 – 1.91 =2.37 (kg) (Với mnước ngưng = W* = 1.91 (kg)) Tính Gc, xc, W: Ta có: Gc = mđường + mnước cịn lại = + 2.37 = 3.37 (kg) Áp dụng định luật bảo toàn vật chất: + Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W + Bảo toàn chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc Nhớ đó: + Nồng độ sản phẩm cuối: + Lượng thứ W = �đ.(1−) = 5.28 x (1− ) = 1.92(kg) Tính phần trăm sai số dung dịch sau cô đặc: Ta có: %���� = ||.100 = ||∗100=9.1% Đánh giá sai số: Phần trăm sai số dung dịch sau cô đặc là: 9.1% Trong đó: + xc : Nồng độ chất khô sản phẩm sau cô đặc theo lý thuyết [phần khối lượng] + xc* : Nồng độ chất khô sản phẩm cô đặc theo thực tế đo Bx kế, [phần khối lượng] Giải thích kết quả: thời gian thực thí nghiệm ngắn nên nồng độ chất khô thực tế không lớn nhiều so với nồng độ chất khô sau cô đặc theo lý thuyết nên phần trăm sai số nồng độ cuối lớn Tính phần trăm sai số lượng nước ngưng thu q trình đặc: Giả định Gc = Gc* W ≈ W* Ta có: %��� = ||.100= ||∗100 = 0.52% Trong đó: + W: lượng thứ (lượng nước bốc hơi) + W*: lượng nước ngưng thực tế Đánh giá sai số: Ta %SSw = 0.52% Phần trăm sai số lượng nước ngưng thu q trình đặc là:0.6% Giải thích kết quả: nồng độ thứ gần lượng nước ngưng thực tế nên phần trăm sai số nhỏ Tính cân lượng + Tính cân nhiệt cho thiết bị ngưng tụ xác định lưu lượng nước sử dụng giải nhiệt ngưng tụ Ta có: r = Cn x tn = 4200 x 30 = 126000 Với: Cn nhiệt dung riêng nước ngưng 30oC = 4200j/kg.độ Tn nhiệt độ nước ngưng tụ = 30oC + Tính cân nhiệt cho thiết bị đặc xác định lượng nhiệt mà nguồn nóng cung cấp Nhiệt dung riêng dung dịch đường: c = 4190 – (2514 – 7.542t)* x Trong đó: t nhiệt độ dung dịch (oC) x nồng độ dung dịch (%) VI ĐỒ THỊ Thời gian (phút) Brix 14 10 15 20 15 30 17 40 17 50 18 80 19 110 20 130 22 140 23 150 24 Đồ thị biểu diễn quan hệ số Bx thời gian cô đặc t 30 25 Brix 20 15 Brix 10 0 20 40 60 80 Thời gian Nhận xét: 100 120 140 160 Ta có: W* = Vngưng x ngưng Wi = () x ngưng Thời gian (phút) W khối lượng nước ngưng (kg) V ngưng 10 20 30 40 50 80 110 130 140 150 0.117 0.183 0.154 0.15 0.038 0.47 0.356 0.25 0.15 0.056 116.04879 181.51221 152.74798 148.7805 37.69106 466.1789 353.10572 247.9675 148.7805 55.54472 Đồ thị biểu diễn quan hệ khối lượng nước ngưng thu thời gian cô đặc t 12 10 W W khối lượng nước ngưng (kg) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Thời gian (phút) Nhận xét: VII CÂU HỎI CHUẨN BỊ Mục đích q trình đặc: - Làm tăng nồng độ chất hòa tan dung dịch - Tách chất rắn hòa tan dạng rắn (kết tinh) - Tách dung môi dạng nguyên chất (cất nước) Các bước chuẩn bị tiến hành thí nghiệm: Bước 1: Trộn lít nước 1kg đường Bước 2: Khởi động máy cô đặc (kiểm tra vệ sinh máy trước thí nghiệm) Bước 3: Tiến hành thí nghiệm: Khởi động máy bơm chân không tạo áp suất bên nồi cô đặc khoảng 55cmHg (áp suất bên lớn áp suất bên ngồi) sau tắt bơm nhập liệu vào máy Bước 4: Lấy mẫu đo độ Brix đo nhiệt độ nước ra, nước ngưng, nhiệt độ dung dịch Cứ 10 phút lấy mẫu đo Các phương pháp đo nồng độ dung dịch đường: - Sử dụng dụng cụ đo: máy đo nồng độ đường - Sử dụng công thức: �ồ�� độ ��=�đ×�đ��=�đ×�đ�đ− � Trong đó: Xc: nồng độ chất khô sản phẩm (phần khối lượng) Xđ: nồng độ chất khô nguyên liệu (phần khối lượng) Gđ: khối lượng nguyên liệu (kg); (kg/s) Gc: khối lượng sản phẩm (kg); (kg/s) W: lượgn thứ (Kg); (m/s) Cấu tạo thiết bị hệ thống đặc dùng thí nghiệm: - Hệ thống cô đặc gồm: · Nồi cô đặc vỏ cánh khuấy · Máy khuấy trộn · Thiết bị ngưng tụ ống xoắn · Bình chứa nước ngưng · Bơm chân khơng lồi vịng nước · Áp kế đo độ chân không · Nhiệt kế điện tử · Hệ thống điện · Xô nhựa chứa dung dịch - Nguyên lí làm việc: · Nguyên liệu đưa vào nồi cô đặc, khởi động máy bơm chân không, tác động bơm chân không, nồi cô đặc hút chân không, tạo chênh lệch áp suất, áp suất nhiệt độ sôi giảm · Cánh khuấy hoạt động, nguyên liệu đảo trộn · Hơi cấp vào để gia nhiệt giúp làm sôi nguyên liệu làm dung môi nguyên liệu bốc · Kết thúc q trình đặc ta lấy mẫu thử xem đạt yêu cầu chưa đưa vào giai đoạn chế biến khác Mục đích, ưu điểm, nhược điểm hệ thống cô đặc chân không gián đoạn: - Mục đích + Làm tăng nồng độ chất hịa tan + Tách chất rắn hòa tan dạng rắn + Tách dung môi dạng nguyên chất - Ưu điểm + Giữ chất lượng sản phẩm + Nhập liệu lấy sản phẩm dễ dàng + Có thể cô đặc đến nhiều nồng độ khác + Cấu tạo đơn giản - Nhược điểm + Tính chất hóa lý nồng độ thay đổi + Khó trì áp suất chân không nồi Các thông số cần đo bài: - T: thời gian - Brix: nồng độ - V (lít): thể tích nước ngưng - Tr (oC): nhiệt độ nước - Tng (oC): nhiệt độ nước ngưng - Tdd (oC): nhiệt độ mẫu sau lấy - Tht (oC): nhiệt độ thứ Viết cân nhiệt lượng cho q trình đặc: ∑��=∑�� �đ×�(đ)×�(đ)+�×�=��× �(�)×�(�)+ �× �′+ �× �(�)×�(�)+��đ+��� Trong đó: tđ: nhiệt độ nguyên liệu (oC) tc: nhiệt độ sản phẩm (oC) tn: nhiệt độ nước ngưng (oC) cđ: nhiệt dung riêng nguyên liệu (J/kg.độ) cc: nhiệt dung riêng sản phẩm (J/kg.độ) cn: nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg.độ) i: hàm nhiệt đốt (J/kg) i’: hàm nhiệt thứ (J/kg) Qcđ: tổn thất nhiệt cô đặc (J); ��đ=0,01× △�× �� Qmt: tổn thất nhiệt mơi trường (J) Ứng dụng q trình đặc: - Ứng dụng sản xuất mức hoa quả, nước cô đặc, sir ... (kg) V ngưng 10 20 30 40 50 80 11 0 13 0 14 0 15 0 0 .11 7 0 .18 3 0 .15 4 0 .15 0.038 0.47 0.356 0.25 0 .15 0.056 11 6.04879 18 1. 512 21 152.74798 14 8.7805 37.6 910 6 466 .17 89 353 .10 572 247.9675 14 8.7805 55.54472... đường: c = 419 0 – (2 514 – 7.542t)* x Trong đó: t nhiệt độ dung dịch (oC) x nồng độ dung dịch (%) VI ĐỒ THỊ Thời gian (phút) Brix 14 10 15 20 15 30 17 40 17 50 18 80 19 11 0 20 13 0 22 14 0 23 15 0 24... Cứ 10 phút lấy mẫu đo V PHÚC TRÌNH Bảng số liệu từ phịng thói nghiệm T (phút) Brix V (lít) tv (ᴼC) tr (ᴼC) tng (ᴼC) 14 10 15 0 .11 7 30 30 35 20 15 0 .18 3 30 30 45 30 17 0 .15 4 30 25 43 40 17 0 .15