Và để thực hiện các quá trình truyền nhiệt giữacác chất tải nhiệt có nhiệt độ khác nhau thì phải sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt.. Qua thực tế, người ta phân thành các loại như sau:- Chả
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM o0o BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Q TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM II Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Quân MSSV: 20211523 Lớp: KTTP 01-K66 Mã lớp học: 738111 HÀ NỘI 12/2023 Bài 1: Thí nghiệm trao đổi nhiệt hai dịng 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 q 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 dòng lưu thể Trong trường hợp hai trường hợp đầu: dịng lưu thể chảy xi chiều ngược chiều hay gặp thể rõ q trình truyền nhiệt hai dịng lưu thể Trong thí nghiệm sinh viên khảo sát trình trao đổi nhiệt dịng lưu thể chảy xuôi 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 mặt trao đổi nhiệt, thời điểm nhiệt độ không 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 bề Với: Quy trình thí nghiệm ❖ Sơ đồ ngun lý hệ thống 1- Nồi gia nhiệt; – Thùng chứa; – Thanh nhiệt; – Lưu lượng kế; – Bơm; – Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Quy trình thí nghiệm Kiểm tra đóng van từ số → 11; mở van 01 van 12 Bật aptomat tủ điện để cấp điện cho hệ thống Mở van 13, van van để cấp nước lạnh ghi lại giá trị nhiệt độ nước lạnh vào hệ thống, sau ghi xong khóa van 13 lại Cấp dung dịch vào thùng chứa (4), đồng thời mở van số 10 van số bật bơm (3) để cấp dung dịch vào nồi gia nhiệt (2) vào thiết bị trao đổi nhiệt Bật nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch đặt giá trị nhiệt độ đầu vào lưu thể nóng Lưu thể nóng vào ống bên ống lồng ống số qua ống nối để vào ống số sau qua van số quay thùng chứa (4) Sau nhiệt độ đầu vào dịng lưu thể nóng đạt trì ổn định theo nhiệt độ cài đặt mở van 13 để cấp nước lạnh để cấp nước lạnh vào hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt Nước lạnh vào không gian ống thiết bị ống lồng ống số sau qua van lên vào ống lồng ống số 2, sau thực trình trao đổi nhiệt với dịng lưu thể nóng bên ống qua van số xả ngồi Điều chỉnh van số van số 13 để điều chỉnh lưu lượng dòng lưu thể Sau điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu, đợi nhiệt độ vào dòng lưu thể ổn định tiến hành đọc ghi thơng số nhiệt độ đồng hồ đo nhiệt độ Các thông số lấy lần, lần cách phút Kết thúc thí nghiệm ngắt điện, xả hết dung dịch hệ thống, thùng chứa thùng gia nhiệt Kết thí nghiệm Thơng số Đơn vị Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 60 59,5 59,7 59,8 60 59,8 54,7 54,1 53,8 54,6 54,7 54,4 27,4 27,5 27,3 27,3 27,3 27,4 C 32,7 32,5 32,7 32,3 32,3 32,5 Lưu lượng nước nóng lít/phút 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 Lưu lượng nước nóng m /s -5 5,83.10 -5 5,83.10 -5 5,83.10 -5 5,83.10 -5 5,83.10 -5 5,83.10 Lưu lượng nước lạnh lít/phút 3 3 3 Lưu lượng nước lạnh m /s -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 o Nhiệt độ nước nóng vào C o Nhiệt độ nước nóng C o Nhiệt độ nước lạnh vào C o Nhiệt độ nước lạnh II Tính tốn q trình Các số liệu cho trước: Diện tích truyền nhiệt: F = 784 mm Kích thước ống bên trong: d1t/d1n= 19/22 mm Kích thước ống bên ngồi: d2t/d2n = 47/50 mm Chiều dài ống bên ngoài: L = 600 mm Hệ số dẫn nhiệt vách truyền nhiệt: λ= 16,3 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: = 985,73 kg/m -4 = 0,5046.10 Pa.s Độ nhớt nước nhiệt độ nước nguồn nóng: Các bước tính tốn: Nhiệt lượng nguồn nóng cấp vào: -5 = 5,83.10 (59,8-54,4).4185= 1,32 (W) Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: -5 = 5.10 (32,5-27,4).4181= 1,07 (W) Chênh lệch nhiệt độ trung bình hai nguồn nóng lạnh: = Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: K ¿= ,1−5 , 5,1 ,3 log 5, =5,25 °C = 23,17 1 r2 + ,3 lg + α r λ r α r Tính α1 Hệ số tỏa nhiệt nguồn nóng: Vận tốc lưu thể ω = = −5 ,83.1 , 25 π Chuẩn số Reynol: Pr= 3600 Gr = = C p.μ = λ , 3600 = -3 = 1,19.10 (m/s) 985 , 73.(1 ,19.10−3).0 , 25 =5811, 63 0,5046.10−4 4185 (0 , 5046 10−4 ) =1340 , 79 ,567 46 .(55-39,1)= 2,55 = 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 1340 ,79 )0,25 = 525 31 ,58 0,33 0,43 0,1 = 0,15.1.1538,73 1340,79 (2,55.10 ) ( = 525 0,567 =1190 ,7 ,25 Tính α2 GL D π B Vận tốc lưu thể: ω = Chuẩn số Reynol: Pr= 3600 Re= 1, 72 10−5 =5.10-4 (m/s) ,25 π = ρ ω DB = μ =1709,3 = 3600 Gr = = 1430,3 = = 3600 .46 .(36,3-27,5) = 3600 =31,45 Vì Re < 2300 : Nu = 0,15 =0,15 =521 = Hiệu suất sử dụng nhiệt: η= QL/QN = = 1106,6 1, 07 100=81% ,32 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 dịng lưu thể ngược chiều I Mục đích thí nghiệm - Củng cố kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt - Hiểu trình vận hành hệ thống trao đổi nhiệt - Biết cách đo thu thập thơng số q trình - Đánh giá hiệu suất trình trao đổi nhiệt ngược chiểu II Cơ sở lý thuyết Lý thuyết Trong trình sản xuất ngành CNSH – CNTP nhiều q trình có diễn trình truyền nhiệt Và để thực q 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 lồng ống Chiều chuyển động lưu thể hai phía bề mặt trao đổi nhiệt có ảnh hưởng lớn đến q 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 dòng lưu thể Trong trường hợp hai trường hợp đầu: dịng lưu thể chảy xi chiều ngược chiều hay gặp thể rõ q trình truyền nhiệt hai dịng lưu thể Trong thí nghiệm sinh viên khảo sát q trình trao đổi nhiệt dịng lưu thể chảy ngược 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 không 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: a) ∆t1= t1đ – t2c < ∆t2 = t1c– t2đ b) ∆t1= t1đ – t2c > ∆t2 = t1c– t2đ II Quy trình thí nghiệm ❖ Sơ đồ ngun lý hệ thống 10 1- Nồi gia nhiệt; – Thanh nhiệt; – Bơm; – Thùng chứa; – Lưu lượng kế; – Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Quy trình thí nghiệm ❖ Kiểm tra đóng van từ số → 11; mở van 01 van 12 Bật aptomat tủ điện để cấp điện cho hệ thống Mở van 13, van van để cấp nước lạnh ghi lại giá trị nhiệt độ nước lạnh vào hệ thống, sau ghi xong khóa van 13 lại Cấp dung dịch vào thùng chứa (4), đồng thời mở van số van số bật bơm (3) để cấp dung dịch vào nồi gia nhiệt (2) vào thiết bị trao đổi nhiệt Bật nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch đặt giá trị nhiệt độ đầu vào lưu thể nóng Lưu thể nóng vào ống bên ống lồng ống số qua ống nối để vào ống số sau qua van số quay thùng chứa (4) Sau nhiệt độ đầu vào dịng lưu thể nóng đạt trì ổn định theo nhiệt độ cài đặt mở van 13 để cấp nước lạnh để cấp nước lạnh vào hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt Nước lạnh vào không gian ống thiết bị ống lồng ống số sau qua van lên vào ống lồng ống số 2, sau thực trình trao đổi nhiệt với dịng lưu thể nóng bên ống qua van số xả Điều chỉnh van số van số 13 để điều chỉnh lưu lượng dòng lưu thể Sau điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu, đợi nhiệt độ vào dòng lưu thể ổn định tiến hành đọc ghi thông số nhiệt độ đồng hồ đo nhiệt độ Các thông số lấy lần, lần cách phút Kết thúc thí nghiệm ngắt điện, xả hết dung dịch hệ thống, thùng chứa thùng gia nhiệt Kết thí nghiệm Thơng số Nhiệt độ nước nóng vào Nhiệt độ nước nóng Nhiệt độ nước lạnh vào Nhiệt độ nước lạnh Đơn vị o C o C o C o C Lưu lượng nước nóng lít/phút Lưu lượng nước nóng m /s Lưu lượng nước lạnh lít/phút Lưu lượng nước lạnh m /s Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 60 60,1 59,9 59,8 60 60 54,8 54,9 54,7 54,6 54,5 54,7 27,4 27,5 27,3 27,3 27,3 27,3 32,1 32,2 32,3 32,5 32,4 32,3 4 4 4 -5 6,67.10 -5 6,67.10 -5 6,67.10 -5 6,67.10 -5 6,67.10 -5 6,67.10 3 3 3 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 -5 5.10 II Hướng dẫn tính tốn: 11 Các số liệu cho trước: Diện tích truyền nhiệt: F = 784 mm Kích thước ống bên trong: d1t/d1n= 19/22 mm Kích thước ống bên ngoài: d2t/d2n = 47/50 mm Chiều dài ống bên ngoài: L = 600 mm Hệ số dẫn nhiệt vách truyền nhiệt: λ= 16,3 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 = 985,73 kg/m Khối lượng riêng nước: Độ nhớt nước nhiệt độ nước nguồn nóng: -4 = 0,5046.10 Pa.s Các bước tính tốn: Nhiệt lượng nguồn nóng cấp vào: -5 = 6,67.10 (54,7-60).4185= -1,48 (W) Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: -5 = 5.10 (27,3-32,3).4181 = -1,05 (W) Chênh lệch nhiệt độ trung bình hai nguồn nóng lạnh: Δ t tb = Δ t L −Δ t N 5−5 , = =5 , 15 ΔtL ,3 lg ,3 lg 5,3 ΔtN Hệ số truyền nhiệt lý thuyết: K ¿= 1 r2 + ,3 lg + α r λ r α r Hệ số tỏa nhiệt nguồn nóng Vận tốc lưu thể: ω = = -4 = 3,16.10 (m/s) 12 Chuẩn số Reynol: Re = Pr= 3600 ρ ω DB = μ = 1543,3 = 3600 = 1340,8 Gr = = = 3600 .46 .(55-40,8)=1,73 = 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 = 506 = Hệ số tỏa nhiệt nguồn lạnh Vận tốc lưu thể: = ω Chuẩn số Reynol: Re = Pr = 3600 Cp μ λ, Gr = 1147,6 (m/s) GL = 1, 63 10−5 =3 , 32 10−4 D2 , 25 π π 4 ρ ω DB 985 , 73 , 32 10−4 , 25 =1616 ,59 = , 5061 10− μ =3600 4181 ,5046 10−4 =1339 ,51 , 567 π (12 ,63 )3 g l = β Δt= 46 10−5 (36 , 6−27 , )=1 ,1 107 −7 γ ,14 10 13 PrT = 3600 C p μ 3600 4181 , 5046 10−4 = =31 , 45 λ 24 ,15 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 ⇨ ε d Re0 , 33 Pr , 43 Gr , ( Nu = 0,15 Pr 0, 25 ) Pr T 0,15.1.1616 ,59 0,33 1339,510, 43 1,1.107 ,1 ( = ⇨ ⇨ α 2= 1616,59 ,25 = 560 ) 31,45 Nu λ 560 , 567 = =1270 , 08 DB , 25 Hiệu suất sử dụng nhiệt: η= QL = −1 ,05 QN =70 ,9 % −1.48 BÀI THÍ NGHIỆM XÂY DỰNG CƠNG THỨC THANH TRÙNG/ TIỆT TRÙNG ĐỒ HỘP THỰC PHẨM I Mục đích thí nghiệm - Giúp cho sinh viên hiểu trình trùng/tiệt trùng thực phẩm nhiệt, tiêu diệt vi sinh vật bào tử nhiệt 14 - 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 II 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 III 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 công thức trùng là: A−B−C p T 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=20 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 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 1 Te−T 10 z Kf = Trong đó: - Te: nhiệt độ chuẩn, Te=80°C cho sản phẩm chua nhiều pH