Báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị công nghệ thực phẩm ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ***** BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Q TRÌNH & THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM II Sinh viên thực hiện: Đinh Xuân Lộc MSSV: 20180493 Lớp: KTTP02-K63 HÀ NỘI 12/2020 Bài 1: Thí nghiệm trao đổi nhiệt hai dịng lưu thể xi chiều I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lý thuyết Trong trình sản xuất ngành CNSH – CNTP nhiều q trình có diễn q trình truyền nhiệt Và để thực trình truyền nhiệt chất tải nhiệt có nhiệt độ khác phải sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt Có nhiều loại thiết bị trao đổi nhiệt phân làm nhóm trực tiếp, gián tiếp loại đệm Trong nhóm thiết bị trao đổi nhiệt theo phương thức gián tiếp sử dụng rộng rãi Trong thí nghiệm này, sinh viên thí nghiệm hệ thống trao đổi nhiệt bản, hệ thống sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp dạng ống xoắn ruột gà Đây thiết bị trao đổi nhiệt ứng dụng sớm công nghiệp Chiều chuyển động lưu thể hai phía bề mặt trao đổi nhiệt có ảnh hưởng lớn đến trình truyền nhiệt Qua thực tế, người ta phân thành loại sau: - Chảy xuôi chiều: lưu thể chảy song song chiều theo tường ngăn cách a) - Chảy ngược chiều: lưu thể chảy song song ngược chiều theo tường ngăn cách (b) - Chảy chéo nhau: lưu thể chảy theo phương vng góc (c) - Chảy hỗn hợp: lưu thể chảy theo hướng cịn lưu thể lúc chảy chiều, lúc chảy ngược chiều với lưu thể (d) Hình 1: Chiều chuyển động dịng lưu thể Trong trường hợp hai trường hợp đầu: dịng lưu thể chảy xi chiều ngược chiều hay gặp thể rõ trình truyền nhiệt hai dịng lưu thể Trong thí nghiệm sinh viên khảo sát trình trao đổi nhiệt dịng lưu thể chảy xi chiều dọc theo thành ống trao đổi nhiệt Nhiệt độ lưu thể nóng giảm, nhiệt độ lưu thể lạnh tăng hình Nhiệt độ hai lưu thể biến đổi dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, thời điểm nhiệt độ khơng biến đổi theo thời gian Trong trường hợp hai dịng lưu thể chảy xi chiều hiệu số nhiệt độ trung bình tính theo cơng thức Với: Quy trình thí nghiệm ❖ Sơ đồ nguyên lý hệ thống – Bình trao đổi nhiệt - Ống xoắn ruột gà – Thanh Nhiệt – Bình gia nhiệt – Động khuấy - Ống chảy tràn ❖ Quy trình thí nghiệm – Van – Bơm – Thùng chứa nước nóng 10 – Cốc đong 11 – Thùng chứa nước lạnh Cấp điện cho hệ thống Kiểm tra lại Van 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 đóng, mở Van 12 Cấp nước vào thùng chứa 9, bật bơm để bơm nước vào thùng gia nhiệt 4, đến nước thùng gia nhiệt ngập gia nhiệt cánh khuấy bật nhiệt động cánh khuấy Mở Van 11 để cấp nước nóng vào không gian ống xoắn ruột gà gà thành bình trao đổi nhiệt Mở van để nước tuần hoàn thùng chứa Khi nước từ thùng gia nhiệt chảy tràn qua ống chảy tràn xuống thùng chứa điều chỉnh lưu lượng chảy vào khoảng khơng gian ống xoắn thành thiết bị trao đổi nhiệt cách điều chỉnh độ mở van 9, đồng thời điều chỉnh lượng nước bơm lên thùng gia nhiệt điều chỉnh van 10 Đo vào điều chỉnh lưu lượng nước nóng cấp vào thùng trao đổi nhiệt trì khoảng lít/phút Ta đo lưu lượng dịng nước nóng cách đóng van mở van dịng nước nóng chảy vào cốc đong đồng thời bấm thời gian để biết dòng nước nóng chảy lít cốc đong bn thời gian Điều chỉnh van 11 đến dòng nước nóng chảy lít khoảng phút (đo lần) Khi nhiệt độ dịng lưu thể nóng cấp vào bình trao đổi nhiệt trì nhiệt độ đặt (55 oC) ta mở van van để cấp nước lạnh vào không gian bên ống xoắn ruột gà từ lên Mở van nước lạnh chảy vào thùng chứa đợi đến dịng ổn định ta đo điều chỉnh lưu lượng dòng nước lạnh khoảng lít/phút (đo lần) điều chỉnh độ mở van 2, đóng van mở van cho nước lạnh chảy vào cốc đong bấm thời gian Khi dịng nước nóng lạnh cấp vào bình trao đổi nhiệt ổn định lưu lượng khoảng lít/phút tiến hành đo nhiệt độ nước nóng, nước lạnh đầu vào khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (mỗi thông số đo lần) Kết thúc thí nghiệm ngắt điện, đóng hết van lại mở van để xả nóng khơng gian ngồi ống xoắn ruột gà xuống thùng chứa Kết thí nghiệm Thơng số Đơn vị Nhiệt độ nước nóng vào o C Nhiệt độ nước nóng o C Lần Lần Lần Trung bình 43 45 42 43,3 32,7 32,8 32,9 32,8 Nhiệt độ nước lạnh vào o C Nhiệt độ nước lạnh o 26,9 26,7 26,8 26,8 31 30,9 30,8 30,9 0,95 0,98 1,1 1,01 C Lưu lượng nước nóng lít/phút Lưu lượng nước nóng m3/s Lưu lượng nước lạnh lít/phút Lưu lượng nước lạnh m3/s 15,8 16,3 1,02 17 16,7 II Tính tốn q trình Các số liệu cho trước: Diện tích truyền nhiệt: F =………… mm2 Đường kính ngồi ống: dn = mm Đường kính ống: dt = mm Đường kính vịng xoắn: D = 200 mm Đường kính bình trao đổi nhiệt: DB = 250 mm Chiều cao bình trao đổi nhiệt: H = 310 mm Bước xoắn ống ruột gà: x = 22 mm Chiều dày ống truyền nhiệt: δ = mm Số vòng xoắn: n = 12 Hệ số dẫn nhiệt vách truyền nhiệt: λ = 24,15 Các số liệu cần tra cứu: Nhiệt dung riêng nước nguồn nóng: CN = 4185 J/kg.K 18,3 16,7 16,8 1,01 16,8 Nhiệt dung riêng nước nguồn lạnh: CL = 4181 J/kg.K Hệ số dẫn nhiệt nước nguồn nóng: λ’ = 0,567 W/mK Khối lượng riêng nước: ρ = 985,73 kg/m3 Độ nhớt nước nhiệt độ nước nguồn nóng: μ = 0,5046.10-4 Pa.s Các số liệu lấy q trình làm thí nghiệm: Nhiệt độ nguồn lạnh vào: tL1 = 26,8 0C Nhiệt độ nguồn lạnh ra: tL2 = 30,9 0C Nhiệt độ nguồn nóng vào: tN1 = 43,3 0C Nhiệt độ nguồn nóng ra: tN2 = 32,8 0C Lưu lượng nguồn lạnh: GL = 16,8.10-6 (m3/s) Lưu lượng nguồn nóng: GN = 16,8.10-6 (m3/s) Các bước tính tốn: = Chiều dài vịng xoắn: = 0,63 (m) = 0,63.12.π Diện tích trao đổi nhiệt: =0,19 (m ) Nhiệt lượng nguồn nóng cấp vào: (W) = 16,8.10-6.(43,3-32,8).4185=0,73 Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: (W) = 16,8.10-6.(30,9-26,8).4181= 0,29 Chênh lệch nhiệt độ trung bình hai nguồn nóng lạnh: = = = 2,937 oC Chênh lệch nhiệt độ đầu vào: ΔtL = tN1 – tL1= 43,3-26,8 = 16,5 oC Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: ΔtN = tN2 – tL2= 32,8-30,9 = 1,9 oC Hệ số truyền nhiệt thực tế: = 0,11 = Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: = 23,17 Tính α1 Hệ số tỏa nhiệt nguồn nóng: Vận tốc lưu thể ω = = = Chuẩn số Reynol: Pr= = 3,4.10-4 (m/s) = 1660,46 = Gr = = 46 .(43,3- 32,8)=1,28.10 = 3600 = 3600 = 31,58 PrT: tính toán lấy theo nhiệt độ thành tiếp xúc với lưu thể Các chuẩn số Nu, Re, Pr, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình lưu thể Vì Re < 2300: Nu = 0,15 = 0,15.1.1660,460,33.1340,790,43.(1,28.107)0,1( )0,25 = 503 = 1140,8 Tính α2 Vận tốc lưu thể: = 3,4 m/s Chuẩn số Reynol: Pr= 3600 = = 1655,5 = 3600 Gr = = 1430,3 = = 3600 .46.10-5.(30,9-26,8)=0,5.107 = 3600 =31,45 Vì Re < 2300 : Nu = 0,15 =0,15.1.1655,50,33.1430,30,43.(0,5.107)0,1 = Hiệu suất sử dụng nhiệt: 0,25 =482 = 1023,8 η = QL/QN = 100% = 40% III Nhận xét Hiệu suất thấp q trình thao tác thí nghiệm ảnh hưởng từ nhiều yếu tố bên ngoài, yếu tố chủ quan từ người thao tác Bài 2: Thí nghiệm trao đổi nhiệt hai dòng lưu thể ngược chiều I Quy trình thí nghiệm ❖ Sơ đồ ngun lý hệ thống – Bình trao đổi nhiệt - Ống xoắn ruột gà – Thanh Nhiệt – Bình gia nhiệt – Động khuấy - Ống chảy tràn – Van – Bơm – Thùng chứa nước nóng 10 – Cốc đong 11 – Thùng chứa nước lạnh ❖ Quy trình thí nghiệm Cấp điện cho hệ thống Kiểm tra lại Van 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 đóng, mở Van 12 Cấp nước vào thùng chứa 9, bật bơm để bơm nước vào thùng gia nhiệt 4, đến nước thùng gia nhiệt ngập gia nhiệt cánh khuấy bật nhiệt 10 động cánh khuấy Mở Van 11 để cấp nước nóng vào khơng gian ống xoắn ruột gà gà thành bình trao đổi nhiệt Mở van để nước tuần hoàn thùng chứa Khi nước từ thùng gia nhiệt chảy tràn qua ống chảy tràn xuống thùng chứa điều chỉnh lưu lượng chảy vào khoảng không gian ống xoắn thành thiết bị trao đổi nhiệt cách điều chỉnh độ mở van 9, đồng thời điều chỉnh lượng nước bơm lên thùng gia nhiệt điều chỉnh van 10 Đo vào điều chỉnh lưu lượng nước nóng cấp vào thùng trao đổi nhiệt trì khoảng lít/phút Ta đo lưu lượng dịng nước nóng cách đóng van mở van dịng nước nóng chảy vào cốc đong đồng thời bấm thời gian để biết dịng nước nóng chảy lít cốc đong bn thời gian Điều chỉnh van 11 đến dịng nước nóng chảy lít khoảng phút (đo lần) Khi nhiệt độ dịng lưu thể nóng cấp vào bình trao đổi nhiệt trì nhiệt độ đặt (55oC) ta mở van van để cấp nước lạnh vào không gian bên ống xoắn ruột gà từ xuống Mở van nước lạnh chảy vào thùng chứa đợi đến dòng ổn định ta đo điều chỉnh lưu lượng dịng nước lạnh khoảng lít/phút (đo lần) điều chỉnh độ mở van 1, đóng van mở van cho nước lạnh chảy vào cốc đong bấm thời gian Khi dòng nước nóng lạnh cấp vào bình trao đổi nhiệt ổn định lưu lượng khoảng lít/phút tiến hành đo nhiệt độ nước nóng, nước lạnh đầu vào khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (mỗi thông số đo lần) Kết thúc thí nghiệm ngắt điện, đóng hết van lại mở van để xả nóng khơng gian ngồi ống xoắn ruột gà xuống thùng chứa Kết thí nghiệm Thơng số Đơn vị Lần Lần Lần Trung bình Nhiệt độ nước nóng vào o C 44 45 45 44,7 Nhiệt độ nước nóng o C 33,8 33,9 34 33,9 Nhiệt độ nước lạnh vào o C 26,8 26,7 26,9 26,8 Nhiệt độ nước lạnh o C 32,3 32,3 32,1 32,2 Lưu lượng nước nóng lít/phút 0,95 0,98 1,1 Lưu lượng nước nóng m3/s 1,58.10-5 1,63.10-5 Lưu lượng nước lạnh lít/phút Lưu lượng nước lạnh m3/s 1,83.10-5 1,68.10-5 1,1 1,01 1,04 1,83.10-5 1,68.10-5 1,67.10-5 1,73.10-5 II Hướng dẫn tính tốn: 11 Các số liệu cho trước: Diện tích truyền nhiệt: F =………… mm2 Đường kính ngồi ống: dn = mm Đường kính ống: dt = mm Đường kính vịng xoắn: D = 200 mm Đường kính bình trao đổi nhiệt: DB = 250 mm Chiều cao bình trao đổi nhiệt: H = 310 mm Bước xoắn ống ruột gà: x = 22 mm Chiều dày ống truyền nhiệt: δ = mm Số vòng xoắn: n = 12 Hệ số dẫn nhiệt vách truyền nhiệt: λ = 24,15 Các số liệu cần tra cứu: Nhiệt dung riêng nước nguồn nóng: CN = 4185 J/kg.K Nhiệt dung riêng nước nguồn lạnh: CL = 4181 J/kg.K Hệ số dẫn nhiệt nước nguồn nóng: λ’ = 0,567 W/mK Khối lượng riêng nước: ρ = 985,73 kg/m3 Độ nhớt nước nhiệt độ nước nguồn nóng: μ = 0,5046.10-4 Pa.s Các số liệu lấy q trình làm thí nghiệm: Nhiệt độ nguồn lạnh vào: tL1 = 26,8 0C Nhiệt độ nguồn lạnh ra: tL2 = 32,2 0C Nhiệt độ nguồn nóng vào: tN1 = 44,7 0C Nhiệt độ nguồn nóng ra: tN2 = 33,9 0C Lưu lượng nguồn lạnh: GL = 1,73.10-5 (m3/s) Lưu lượng nguồn nóng: GN = 1,68.10-5 (m3/s) 12 Các bước tính tốn: = Chiều dài vòng xoắn: = 0,63 (m) = 0,63.12.π Diện tích trao đổi nhiệt: =0,19 (m ) Nhiệt lượng nguồn nóng cấp vào: (W) = 1,68.10-5.(44,7-33,9).4185= 0,76 Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: (W) = 1,73.10-5.(32,2-26,8).4181 = 0,39 Chênh lệch nhiệt độ trung bình hai nguồn nóng lạnh: = Chênh lệch nhiệt độ đầu vào: Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: =4,15 ΔtL = tN1 – tL2 = 44,7 – 32,2 = 12,5oC ΔtN = tN2 – tL1 = 33,9 -26,8 = 7,1 oC = Hệ số truyền nhiệt thực tế: = 0,49 Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: Hệ số tỏa nhiệt nguồn nóng Vận tốc lưu thể: ω = Chuẩn số Reynol: Re = Pr= 3600 = = 3,42.10-4 (m/s) = = 1670,23 = 3600 = 1340,8 13 Gr = = = 3600 .46 .(44,7-33,9)=1,31 = 3600 = 31,48 PrT: tính tốn lấy theo nhiệt độ thành tiếp xúc với lưu thể Các chuẩn số Nu, Re, Pr, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình lưu thể Vì Re < 2300 : Nu = 0,15 = 0,15.1.1670,230,33 (1,31.107)0,1 = 505 = = 1145,3 Hệ số tỏa nhiệt nguồn lạnh Vận tốc lưu thể: = = =3,52.10-4 Chuẩn số Reynol: Re = =1713,97 Pr = 3600 Gr = = 46 .(32,2-26,8)=0,7.107 PrT PrT tính tốn theo nhiệt độ thành tiếp xúc lưu thể Các chuẩn số Re, Nu, Pr, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình lưu thể Vì: Re < 2300 ⇨ Nu = 0,15 14 0,25 =0,15.1.1713,970,33.1339,510,43.(0,7.107)0,1.( ⇨ = 0,25 =509 =1154,41 Hiệu suất sử dụng nhiệt: 100%=51,3% BÀI THÍ NGHIỆM XÂY DỰNG CƠNG THỨC THANH TRÙNG/ TIỆT TRÙNG ĐỒ HỘP THỰC PHẨM 15 I II III Mục đích thí nghiệm - Giúp cho sinh viên hiểu trình trùng/tiệt trùng thực phẩm nhiệt, tiêu diệt vi sinh vật bào tử nhiệt - Hiểu biết cách xây dựng công thức trùng/tiệt trùng cho loại đồ hộp thức phẩm cụ thể - Nắm được, cấu tạo nguyên lý hoạt động cách tiến hành nồi trùng/tiệt trùng gián đoạn Thiết bị, dụng cụ, nguyên liệu - Thiết bị trùng/tiệt trùng gián đoạn thực phẩm - Dụng cụ đo tâm đồ hộp thực phẩm - Hộp/lọ chưa thực phẩm - Máy đo pH - Dưa chuột bao tử Nội dung thí nghiệm - Tiến hành xây dựng công thức trùng cho sản phẩm dưa chuột dầm dấm đóng lọ thủy tinh có khối lượng tịnh 250g/lọ, có pH= - Chuẩn bị nguyên liệu: dưa chuột, muối ăn, đường, dấm, cà rốt, - Cho lọ chứa thực phẩm vào thiết bị trùng/tiệt trùng tiến hành lắp dụng cụ đo nhiệt độ tâm đồ hộp, điểm đun nóng chậm nhất: với thực phẩm đặc tâm điểm 1/3 chiều cao lọ từ đáy lên, với thực phẩm lỏng từ ½ lên - Tiến hành thanh/tiệt trùng thực phẩm lựa chọn cơng thức trùng là: Trong đó: + A: thời gian nâng nhiệt từ nhiệt độ ban đầu lên nhiệt độ trùng (phút) - nâng đến nhiệt độ T=85°C + B: thời gian giữ nhiệt (phút) – thực B=40 phút + C: thời gian hạ nhiệt (phút) + T: nhiệt độ trùng (°C), với dưa chuột dầm dấm T=85°C + p: áp suất đối kháng (atm) – trùng nhiệt độ >100°C 16 Tiến hành đo nhiệt độ tâm đồ hộp suốt trình trùng thực phẩm để xác định hiệu trùng Kf nhiệt độ t theo công thức cải tiến Flaumenbaum điền giá trị Kf số liệu bảng Kf = Trong đó: - Te: nhiệt độ chuẩn, Te=80°C cho sản phẩm chua nhiều pH =49,26 Nhận xét: Tổng thời gian giữ nhiệt: τ =58 phút Thời gian dư: phút τ’ = = Thời gian giữ nhiệt cần thiết là: B= τ - τ’ = 58 – 12 = 46 phút Suy công thức trùng: = 20 = 12 đồ thị độ ng họ c củ a trình trù ng sản phẩm 85oC 90 4.0000 3.5000 85 3.0000 2.5000 75 2.0000 1.5000 70 1.0000 65 60 20 0.5000 30 40 50 60 70 80 0.0000 t ( phú t) Nhiệ t độ tâ m sả n phẩ m(°C) Hiệ u trù ng kf tạ i nhiệ t độ t 21 Kf T (độ C) 80