BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM BÁO CÁO THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2 BÀI 7 CÔ ĐẶC GVHD Phạm Văn Hưng Lớp DHTP17C Họ và tên Lê Huỳnh Tươi[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM BÁO CÁO THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẨM BÀI 7: CÔ ĐẶC GVHD: Phạm Văn Hưng Lớp DHTP17C Họ tên: Lê Huỳnh Tươi Mssv: 21067161 Nhóm: Tổ: Ngày thực hành: 10/4/2023 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 MỤC LỤC I Giới thiệu II Mục đích thí nghiệm .3 III Cơ sở lý thuyết .3 3.1 Nhiệt độ sôi dung dịch 3.2 Cô đặc nồi làm việc gián đoạn 3.3 Cân vật chất lượng .4 3.3.1 Nồng độ 3.3.2 Cân vật chất 3.3.3 Cân lượng IV Tiến hành thí nghiệm .7 4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 4.1.1 Kiểm tra hệ thống phụ trợ 4.1.2 Kiểm tra mơ hình thiết bị 4.1.3 Chuẩn bị dung dịch .8 4.2 Tiến hành thí nghiệm 4.2.1 Giai đoạn đun sôi dung dịch .8 4.2.2 Giai đoạn bốc dung môi V Bảng số liệu VI Xử lý số liệu VII Kết luận 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 Trang I Giới thiệu Cơ đặc q 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 Quá trình đặc tiến hành nhiệt độ sơi, tương ứng với áp suất khác (áp suất chân không, áp suất thường - hệ thống thiết bị để hở hay áp suất dư) Cô đặc áp suất chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch giảm dó chi phí đốt giảm, dùng để đặc dung dịch có nhiệt độ sơi cao áp suất thường dung dịch dễ phân hủy nhiệt sinh phản ứng phụ mong muốn (oxy hóa, đường hóa, nhựa hóa) Cơ đặc áp suất cao khí thường dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho q trình đặc q trình đun nóng khác Cơ đặc áp suất cao khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí II Mục đích thí nghiệm - Vận hành hóa thiết bị đặc gián đoạn, đo đạc thơng số q trình - Tính tốn cân vật chất, cân lượng cho q trình đặc gián đoạn - So sánh lượng cung cấp cho trình theo lý thuyết thực tế - Xác định suất hiệu suất q trình đặc - Xác định hệ số truyền nhiệt trình ngưng tụ III Cơ sở lý thuyết 3.1 Nhiệt độ sôi dung dịch - Nhiệt độ sôi dung dịch thông số kỹ thuật quan trọng tính tốn thiết kế thiết bị cô đặc - Nhiệt độ sôi dung dịch phụ thuộc vào tính chất dung môi chất tan Nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất - Nhiệt độ sôi dung dịch phụ thuộc vào độ sâu dung dịch thiết bị Trên mặt thống nhiệt độ sơi thấp,càng xuống sâu nhiệt độ sôi tăng 3.2 Cô đặc nồi làm việc gián đoạn - Trong thực tế cô đặc nồi thường ứng dụng suất nhỏ nhiệt khơng có giá trị kinh tế Cơ đặc nồi thực theo phương pháp sau: - Dung dịch cho vào lần cho bốc hơi, mức dung dịch thiết bị giảm dần nồng độ đạt yêu cầu Trang - Dung dịch cho vào mức định, cho bốc đồng thời bổ sung dung dịch liên tục vào để giữ mức chất lỏng không đổi nồng độ dạt yêu cầu, sau tháo dung dịch làm sản phẩm thực mẻ 3.3 Cân vật chất lượng 3.3.1 Nồng độ Nồng độ sử dụng trình xác định khối lượng chất tan so với khối lượng dung dịch, biểu diễn dạng: x= m chất tan (kg/kg) mdung dịch Ngồi ra, nồng độ cịn xác định khối lượng chất tan thể tích dung dịch, biểu diễn dạng: c = mchất tan (kg/m3) v dung dịch Mối liên hệ hai nồng độ sau: x= c ρdd Với ρ dd khối lượng riêng dung dịch (kg/m3) 3.3.2 Cân vật chất Phương trình cân vật chất tổng quát: Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất + lượng chất tích tụ Đối với q trình đặc - Khơng có lượng tích tụ - Khơng có phản ứng hóa học nên khơng có lượng phản ứng Do phương trình cân vật chất viết lại: Lượng chất vào = lượng chất Đối với chất tan: Trang Khối lượng chất tan vào = khối lượng chất tan Gđ * xđ = G * xc c Phương trình giúp ta tính tốn khối lượng dung dịch lại nồi đun sau q trình đặc Đối với hỗn hợp: Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch lại + Khối lượng dung thứ Gđ = G c + G w Phương trình tính tốn khối lượng dung mơi bay q trình đặc Trong đó: Gđ: khối lượng dung dịch ban đầu nồi đun (kg) x đ nồng độ ban đầu chất tan nồi đun(kg/kg) Gc: khối lượng dung dịch lại nồi đun(kg) x c : nồng độ cuối chất tan nồi đun(kg/kg) Gw: khối lượng dung môi bay hơi(kg) 3.3.3 Cân lượng - Phương trình cân lượng tổng quát: Năng lượng mang vào = lượng mang + lượng thất Để đơn giản tính tốn, thường coi khơng có mát lượng Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình: Qk1 = P1 * τ1 Năng lượng dung dịch nhận được: Q1 = Gđ * Cp * (Tssd – Tđ) Trang Cp = CH2O * (1- x ) Phương trình cân lượng trường hợp (Q k1 đặc trưng cho lượng mang vào, Q1 đặc trưng cho lượng mang ra; bỏ qua tổn thất lượng nhiệt thất thơng qua dịng nước giải nhiệt) Qk1 = Q1 Đối với giai đoạn bốc dung dịch Năng lượng nồi đun cung cấp cho q trình: Qk2 = P2×τ2 Năng lượng nước nhận để bốc hơi: Q2 = Gw× iw Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình Qk2 đặc trưng cho lượng mang vào, lượng nước nhận để bốc Q2 Cân lượng thiết bị ngưng tụ: Qngưng tụ = Gw ×rw = VH2O ×pH2O ×CH20 ×(Tr – Tv) ×τ2 Chú thích: Qk1: nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho trình đun nóng (J) Qk2 : nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho q trình hóa dung mơi (J) Qngưng tụ : nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận thiết bị ngưng tụ (J) P1: công suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình đun nóng (W) P2: công suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình hóa (W) τ1: thời gian thực q trình đun sơi dung dịch (s) τ2: thời gian thực q trình hóa hơi(s) Q1 :nhiệt lượng dung dịch nhận (J) Trang Q2: nhiệt lượng nước nhận để hóa (J) iw : hàm nhiệt nước q trình áp suất thường rw : ẩn nhiệt hóa nước áp suất thường (J/kg) (Tssd – Tđ): chênh lệch nhiệt độ sôi nhiệt độ đầu dung dịch (0C) (Tr – Tv) : chênh lệch nhiệt độ củ nước vào (0C) VH2O :lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ (m3/s) pH2O: khối lượng riêng nước (kg/m3) CH20 : nhiệt dung riêng nước (J/kg.K) Cp : nhiệt dung riêng dung dịch (J/kg.K) IV Tiến hành thí nghiệm 4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 4.1.1 Kiểm tra hệ thống phụ trợ - Bật cơng tắc nguồn cấp cho tủ điện - Kích hoạt điều khiển cách chuyển công tắc tổng sang vị trí 1, cơng tắc đèn hiển thị trắng sáng - Kích hoạt mơ hình thí nghiệm cơng tắc cấp nguồn cho thiết bị phụ trợ để kích hoạt mơ hình,lúc đèn xanh sáng - Bộ hiển thị số cấp điện - Mở van nguồn nước cung cấp nước giải nhiệt cho hệ thống - Kiểm tra ống nhựa mềm dẫn nước giải nhiệt đầu đặt nơi quy định - Mở van V9 - Kiểm tra áp suất hệ thống đạt bar - Mở van V6 để lưu thông nước thiết bị ngưng tụ Trang 4.1.2 Kiểm tra mô hình thiết bị Trước thí nghiệm - Nồi đun thiết bị kết tinh tháo hết - Các van đóng: V2, V5, V8 - Thùng chứa dung dịch cô đặc phải rỗng - Các van V3 V4 đóng Kết thúc thí nghiệm - Tắt W1 - Khóa van VP1 - Đợi cho dung dịch nồi đun đạt đến nhiệt độ khoảng 30oC - Khóa van nguồn nước giải nhiệt cấp cho thiết bị ngưng tụ ECH1 - Tháo hết dung dịch nồi đun qua van V2 - Tháo dung mơi (nước) bình chứa thứ 4.1.3 Chuẩn bị dung dịch Chuẩn bị 8l dung dịch CuSO4 lỗng (có thể pha theo yêu cầu giáo viên hướng dẫn) Xác định nồng độ (g/l) Xác định khối lượng riêng dung dịch 4.2 Tiến hành thí nghiệm 4.2.1 Giai đoạn đun sôi dung dịch - Cho dung dịch nồi đun khoảng lít - Khóa van V1, VP1 - Kích hoạt gia nhiệt, điều chỉnh công suất lên 100% - Chỉnh lưu lượng nước cho thiết bị ngưng tụ ECH1 với lưu lượng 80l/h - Đo thời gian quan sát dung dịch nồi đun từ lúc bắt đầu đun đến dung dịch sôi, quan sát nhiệt độ đầu vào đầu nước giải nhiệt - Đo nhiệt độ sôi dung dịch nồi đun từ lúc bắt đầu đến dung dịch sôi Trang 4.2.2 Giai đoạn bốc dung môi - Mở van VP1 - Giảm nhẹ công suất gia nhiệt xuống 75% để giữ nhiệt ổn định nhiệt độ hiệu số TI3 TI5 - Ghi nhận thời gian thực trình từ lúc bắt đầu lượng nước ngưng tụ 2l dừng trình - Đo nhiệt độ nước giải nhiệt vào khỏi thiết bị ngưng tụ - Quan sát nhiệt độ dung dịch nồi đun thực hiên trình - Đo nồng độ dung dịch sau kết thúc trình - Xác định khối lượng riêng dung dịch sau q trình đặc V Bảng số liệu Giai Nguồn Thời TI1 đoạn gia nhiệt gian nồi đun (phút) TI3 TI5 Vdd Vdm ( 0C) (0C ) ( 0C) (l) (l) Am Nồng Q (l/h) độ (g/l) P(W) Bắt đầu 1500 33,5 30 30.2 Đun sôi 1500 24 78,3 30 31,9 Kết thúc 1500 81 93.3 30 35.3 2.0903 27,5 200 200 4,5 1.5 3,7597 36,5 200 VI Xử lý số liệu - Ban đầu o T I 3=3 C ⇒ ρ H O=996 (kg/m3) d bđ = m CuSO mH O = 560,1 =1,0187 549,84 ⇒ ρbđ =ρH d bđ=996 1,0187=1014,6252 (kg/m3) 2O Trang - Lúc sau ds = mCuS O mH = O 563,32 =1,0245 549,84 ⇒ ρs= ρH d s=996 1,0245=1020,402 (kg/m3) 2O - Nồng độ chất tan trước sau cô đặc xđ= C1 27,5 = =0,027 (kg/kg) ρbđ 1014,6252 xc= C2 36,5 = =0,036 (kg/kg) ρ s 1020,402 - Khối lượng dung dịch ban đầu nồi đun Dung dịch CuSO4 nạp vào: lít Gđ =ρ bđ V bđ=1014,6252 0,006=6,088 (kg) Ta có: Gđ x đ =Gc x c ⇒ Gc = Gđ x đ 6,088 0,027 = =4,566(kg) xc 0,036 Mặc khác: G đ =G c +G w ⇒ G w =Gđ −Gw =6,088−4,566=1,522 (kg) - Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình giai đoạn đun sôi Qk 1=P1 τ 1=1500 ( 24 60 )=2160000 (J) - Năng lượng dung dịch nhận giai đoạn đun sôi C p=C H O ( 1−x đ )=4180 ( 1−0,027 )=4067,14 (J/kg.K) Q1=Gđ C p ( T ssd −T đ ) =6,088 4067,14 ( 78,3−33,5 ) =1059760,028(J) - Năng lượng nồi đun cung cấp cho trình giai đoạn bốc hơi: Q k 2=P2 τ 2=1500 ( 81 60 )=7290000 (J) - Năng lượng nước nhận để bốc giai đoạn bốc hơi: Q 2=G w i w =1,522 2679=4077,438 (kJ)¿ 4077438 (J) - Cân lượng thiết bị ngưng tụ Qngưng tụ =G w r w =V H O ρH O C H O ( T r−T v ) τ 2 2 Tính theo lý thuyết Trang 10 Qngưng tụ =G w r w =1,522 2260000=3439720 (J) Tính theo thực tế Qngưng tụ =V H O ρH O C H O ( T r−T v ) τ 2 ¿ 2 200 996 4180 (35,3−30 ) ( 81.60 )=5957653,68(J) 3600.1000 - Hệ số truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ Ta có Nhiệt độ nồi đun 93.3℃ Nhiệt độ nước giải nhiệt vào 30℃ Nhiệt độ nước giải nhiệt 35.3℃ ∆ t 1=¿ 93.3℃ - 30℃ = 63.3℃ ∆ t 2=¿ 93.3℃ - 35.3℃ = 58℃ Nên K ¿= ∆ T log = ∆ t 1−∆ t 63,3−58 = =60.61 ℃ ∆ t1 63,3 ln ln 58 ∆ t2 Qngưng tụ 3439720 = =51553,001 (J/m2.K) ¿ 26,85(W/m2.K) F ∆ T log 0,2 (60,61+273) K tn = Qngưng tụ 5957653,68 = =89290,694 (J/m2.K) ¿ 46,51 (W/m2.K) F ∆ T log 0,2 (60,61+273) VII Kết luận - Năng lượng nồi đun cung cấp để đun sơi dung dịch phần sử dụng phần bị thất nhiệt bên ngồi mơi trường - Ngun nhân sai số tính tốn cân lượng vật chất: + Thời gian lần đo bị chênh lệch + Nồng độ chất tan sau cô đặc tính độ xác khơng cao Q trình đặc tiến hành thiết bị đặc nồi nhiều nồi làm việc liên tục hay gián đoạn Trong thực tế cô đặc nồi thường ứng dụng suất nhỏ nhiệt khơng có gia trị kinh tế Q trình đặc sử dụng nhiều công nghệ đồ hộp Trang 11 để sản xuất cà chua đặc, sữa đặc…Trong q trình cô đặc người ta thường sử dụng nước bão hịa để nâng nhiệt độ ngun liệu cần đặc đến điễm sơi Khi nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái Trang 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình hướng dẫn thực hành kỹ thuật thực phẩm- Trường đại học Công Nghiệp TP.HCM [2[ Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt- truyền khối- Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP HCM [3] Sách kỹ thuật thực phẩm 2- Trường đại học Công Nghiệp TP.HCM Trang 13