báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị trong cntp ii

Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả thanh trùng Kf ở nhiệt độ khác nhau trong quá trình thanh trùng 5 Đồ thị động học của quá trình thanh trùng sản phẩm dưa chuột dầm

0

ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

VIỆN CÔNG NGH SINH HỆ ỌC VÀ CÔNG NGH Ệ THỰ C PH M Ẩ

Họ và tên: Đào Thị Phương Hoa MSSV: 20201145

Lớp: KTTP 03 K65 –

Mã lớp: 725437

Hà N i, 2023 ộ

MỤC LỤC

BÀI 1 THÍ NGHIỆM XÂY DỰNG CÔNG THỨC THANH TRÙNG TIỆT TRÙNG

ĐỒ HỘP THỰC PHẨM

II THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, NGUYÊN LIỆU2

Bảng 1 Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả thanh trùng

Kf ở nhiệt độ khác nhau trong quá trình thanh trùng 5

Đồ thị động học của quá trình thanh trùng sản phẩm dưa chuột dầm dấm ở

BÀI 2: THÍ NGHIỆM TRAO ĐỔI NHIỆT HAI DÒNG LƯU THỂ XUÔI CHIỀU

1 Lý thuyết

2 Quy trình thí nghiệm

1 Các số liệu cho trước

2 Các số liệu cần tra cứu

3 Các số liệu lấy trong quá trình làm thí nghiệm

4 Các bước tính toán

BÀI 3: THÍ NGHIỆM TRAO ĐỔI NHIỆT HAI DÒNG LƯU THỂ NGƯỢC CHIỀU

1 Lý thuyết

2 Quy trình thí nghiệm

1 Các số liệu cho trước

2 Các số liệu cần tra cứu

3 Các số liệu lấy trong quá trình làm thí nghiệm

4 Các bước tính toán

5 Hệ số tỏa nhiệt nguồn lạnh

2

BÀI 1 THÍ NGHI M XÂY D Ệ ỰNG CÔNG THỨC T HANH TRÙNG/TIỆT TRÙNG ĐỒ HỘP THỰC PHẨM

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

• Giúp cho sinh viên hiểu được quá trình thanh trùng/tiệt trùng thực phẩm

bằng nhiệt, sự tiêu diệt vi sinh vật và bào tử bằng nhiệt

• Hiểu và biết cách xây dựng công thức thanh trùng/tiệt trùng cho một loại đồ hộp thức phẩm cụ thể

• Nắm được, cấu tạo nguyên lý hoạt động và cách tiến hành nồi thanh trùng/tiệt trùng gián đoạn

II THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, NGUYÊN LIỆU

• Thiết bị thanh 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 thanh trùng cho sản phẩm dưa chuột dầm dấm đóng lọ thủy tinh có khối lượng tịnh 0g/lọ, có pH50 = 3,8

• Chuẩn bị nguyên vật liệu (dưa chuột, thìa là, ớt, muối ăn, đường, mì chính, axit axêtic,…) Tiến hành chần dưa chuột ở 85˚C/3 phút Pha thành phần dịch rót đường 5%, muối 2%, axit axetic 0.4%, và đun sôi cho tan hết, xếp lọ theo tỷ lệ cái/nước là 50%

• Đo pH của hỗn hợp thực phẩm bằng máy đo pH (sau khi xay nhuyễn cả phần cái và nước của thực phẩm)

• Cho hộp/lọ chứa thực phẩm vào thiết bị thanh/tiệt trùng và tiến hành lắp dụng cụ đo nhiệt độ tại tâm đồ hộp, đó là điểm đun nóng chậm nhất: với thực phẩm đặc thì tâm điểm 1/3 chiều cao lọ từ đáy lên, với thực phẩm lỏng thì từ 1/2 đáy lên

• Tiến hành thanh/tiệt trùng thực phẩm và lựa chọn công thức thanh trùng là:

𝐴 − 𝐵 − 𝐶

Trong đó:

• A: thời gian nâng nhiệt từ nhiệt độ ban đầu lên nhiệt độ thanh

trùng (phút) - ở bài này là nâng đến nhiệt độ T = 85°C

• B: thời gian giữ nhiệt (phút) – trong bài này thực hiện B = 20 phút, và mục đích của bài thí nghiệm là cần xác định B là như thế nào là vừa đủ hiệu quả thanh trùng

• C: thời gian hạ nhiệt (phút)

• T: nhiệt độ thanh trùng (°C), với dưa chuột dầm dấm T = 85°C

• p: áp suất đối kháng (atm) – khi tiệt trùng ở nhiệt độ > 100°C Tiến hành đo nhiệt độ tại tâm đồ hộp trong suốt quá trình thanh trùng thực phẩm

để xác định hiệu quả thanh trùng Kf tại nhiệt độ t theo công thức cải tiến của Flaumenbaum và điền giá trị K và số liệu bảng 1f

K = f

1

10

𝑇𝑒 − 𝑇 𝑍 Trong đó:

• Te: nhiệt độ chuẩn, Te = 80°C cho sản phẩm chua nhiều (pH < 4, 5)

• Z là đại lượng bền nhiệt đặc trưng cho từng loại vi sinh vật (vsv điển hình có trong

đồ hộp có độ axit cao là z = 8, 8°C )

4

Và sau đó xác định tổng hiệu quả thanh trùng thực tế theo công thức sau:

𝐹𝑡𝑡𝑍= ∑ 𝐾𝑓 𝛥

Trong đó:

• Ftt Z là tổng các hiệu quả thanh trùng thực tế ở nhiệt độ khác nhau trong thời gian thanh trùng Hiệu quả ở nhiệt độ khác nhau được xác định dựa trên nhiệt độ ghi ở điểm tăng nhiệt chậm nhất (tâm của hộp) của đồ hộp trong thời gian thanh trùng Xác định nhiệt độ của điểm tăng nhiệt chậm nhiệt bằng nhiệt kế được gắn vào trong hộp với đầu đo đến tâm của hộp và cứ sau một khoảng thời gian nhất định, ta đọc nhiệt độ tại điểm tăng nhiệt độ chậm nhất và tính toán hiệu quả thanh trùng K (giá trị gây f chết) tại nhiệt độ t theo công thức rồi điền vào bảng kết quả thí nghiệm Bảng 1

• ∆τ là khoảng thời gian đọc nhiệt độ ghi tại điểm tăng nhiệt chậm nhất (phút)

• 𝐹𝑐𝑍 là hiệu quả thanh trùng lý thuyết là thời gian cần thiết (phút) mà đồ hộp chịu tác dụng nhiệt ở nhiệt độ tiêu chuẩn nhằm làm giảm số lượng của nha bào hay tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật xuống mức thấp nhất, không gây hại cho người sử dụng (bằng 0 hay 1 nha bào/10000 đồ hộp) Đại lượng này được các nghiên cứu trước đó xác định bằng thực nghiệm

Tính hiệu quả thanh trùng cần thiết: Fc Z

Fc Z = D lg e 𝐶𝑜.𝑉𝑜 100.

𝑆𝑜

Trong đó:

• De = D80 - D chuẩn (với nhóm đồ hộp có độ axit cao 3.8- 4.0) có D80 = 2,95 – với loại vi sinh vật điển hình lựa chọn là Enterococcus faecalis

• C0 = 10 = - 7 Mật độ vi sinh trong một đơn vị khối lượng có ban đầu (CFU/g)

• V0: khối lượng sản phẩm trong hộp

• S0 = 0,001% - tỷ lệ hư hỏng cho phép

- Để đảm bảo hiệu quả thanh/tiệt trùng thì F tt Z≥ F C từ đó tìm được tổng thời gian cần thiết thanh/tiệt trùng (B- phút) và từ đó xây dựng được công thức thanh/tiệt trùng đồ hộp thực phẩm 𝐴 − 𝐵 − 𝐶

- Theo dõi bảo ôn các đồ hộp và đánh giá chất lượng đồ hộp thực phẩm (cảm quan, vi sinh, )

Bảng 1: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả thanh trùng

Kf ở nhiệt độ khác nhau trong quá trình thanh trùng

Đối với sản phẩm Dưa chuột muối ở 85°C (đóng hộp 500 g/ pH = 3.8)

Thời gian đọc (phút) Nhiệt độ môi trường

(o C) Nhiệt độ tâm sản phẩm

(o C)

Hiệu quả thanh trùng Kf tại nhiệt

độ t

Tổng hiệu quả thanh trùng thực tế:

Ftt Z= ∑ 𝐾𝑓 𝛥 =6,172.2 = 12,344

Hiệu quả thanh trùng cần thiết:

Fc Z = D lg e 𝐶𝑜.𝑉𝑜 100.

𝑆𝑜 = 2,95 lg107 0,001%.500 100. = 49,262

6

So sánh Fc và Ftt : Fc > Ftt Để đảm bảo hiệu quả thanh trùng thì :

Ftt Z≥ FC do vậy cần tăng thời gian thanh trùng là:

49 262 12 344 , − ,

Vậy công thức thanh trùng là:

16 28− −8

85

Đồ thị động học của quá trình thanh trùng sản phẩm dưa chuột dầm dấm ở

85°C

BÀI 2: QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHI T 2 DÒNG XUÔI CHI U Ệ Ề

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

• Củng c ki n thố ế ức về ấ ạ c u t o và nguyên lý hoạt động c a thiủ ết bị trao đổi nhiệt - Hiểu quá trình v n hành cậ ủa 1 hệ thống trao đổi nhiệt cơ bản

• Biết cách đo và thu thập các thông s cố ủa quá trình

• Đánh giá hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt xuôi chi u ể

II CƠ SỞ LÝ THUY T Ế

1 Lý thuyết

Trong các quá trình s n xu t c a ngành CNSH CNTP thì r t nhi u các quá trình ả ấ ủ – ấ ề đều có diễn ra quá trình truyền nhiệt Và để thực hiện các quá trình truyền nhiệt giữa các ch t t i nhi t có nhiấ ả ệ ệt độ khác nhau thì ph i s d ng thi t bả ử ụ ế ị trao đổi nhi t Có rệ ất nhiều lo i thi t bạ ế ị trao đổi nhiệt được phân ra làm 3 nhóm chính là trực tiếp, gián tiếp

và loại đệm Trong đó thì nhóm thiế ị trao đổt b i nhiệt theo phương thức gián ti p là ế được sử dụng rộng rãi hơn cả Trong bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ được thí nghiệm trên m t hộ ệ thống trao đổi nhiệt cơ bản, hệ thống s d ng thi t bử ụ ế ị trao đổi nhiệt gián ti p d ng ế ạ ống l ng ng Chi u chuyồ ố ề ển động của lưu thể ở hai phía c a b ủ ề mặt trao đổi nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình truy n nhi ề ệt

Qua thực tế, người ta phân thành các loại như sau:

a) Chảy xuôi chiều: lưu thể 1 và 2 ch y song song và cùng chi u ả ề

theo tường ngăn cách

b) Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song và ngược chiều

theo tường ngăn cách

c) Chảy chéo nhau: lưu thể 1 và 2 chảy theo phương vuông góc nhau

d) Ch y h n hả ỗ ợp: lưu thể 1 ch y theo mả ột hướng nào đấy còn lưu thể

2 lúc thì ch y cùng chi u, lúc thì ả ề chảy ngược chi u về ới lưu thể 1

8

Trong 4 trường hợp trên thì hai trường hợp đầu: 2 dòng lưu thể chảy xuôi chiều và ngược chiều thì hay gặp hơn cả và nó thể hiện rõ nhất quá trình truyền nhiệt của hai dòng lưu thể

Trong bài thí nghi m 1 này sinh viên kh o sát quá ệ ả trình trao đổi nhiệt của 2 dòng lưu thể chảy xuôi chiều dọc theo thành c a ủ ống trao đổi nhiệt Nhiệt độ của lưu thể nóng gi m, nhiả ệt độ ủa lưu thể ạnh tăng như hình 2 Nhiệt độ ủa hai lưu thể c l c đều biến đổi dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhưng ở ừng th t ời điểm thì nhiệt độ không biến đổi theo thời gian

Trong trường hợp hai dòng lưu thể chảy xuôi chi u hi u s nhiề ệ ố ệt độ trung bình được tính theo công thức:

Δttb= với

Quy trình thí nghiệm

1- Nồi gia nhiệt; 4 – Thùng chứa; 2 – Thanh nhiệt; 5 – Lưu lượng kế; 3 – Bơm;

6 – Thiết bị trao đổi nhiệt ống l ng ng ồ ố

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động c a thiết bị TĐN ng lồng ng ủ ố ố Quy trình thí nghiệm:

Kiểm tra và đóng các van từ ố 2 → 11; mở các s van 01 và van 12 B t aptomat ậ trong tủ điện để ấp điệ c n cho hệ thống Mở van 13, van 4 và van 6 để ấp nướ ạ c c l nh

và ghi l i giá tr nhiạ ị ệt độ nướ ạc l nh vào hệ thống, sau khi ghi xong thì khóa van 13 lại

C p dung d ch vào thùng chấ ị ứa (4), đồng thời mở van s 10 và van s 8 r i bố ố ồ ật bơm (3) để cấp dung dịch vào nồi gia nhiệt (2) và đi vào thiết bị trao đổi nhiệt Bật thanh nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch và đặt giá trị nhiệt độ đầu vào của lưu thể nóng Lưu thể nóng đi vào ống bên trong của ống l ng ng s 1 rồ ố ố ồi đi qua ống nối để đi vào ống

số 2 sau đó qua van số 8 và quay về thùng chứa (4) Sau khi nhiệt độđầu vào của dòng lưu thể nóng đã đạt và duy trì ổn định theo nhiệt độ đã cài đặt thì mở van 13 để cấp nướ ạnh để ấp nước l c c lạnh vào trong hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt Nướ ạc l nh

sẽ đi vào không gian giữa 2 ống của thiết bị ống l ng ng sồ ố ố 1 sau đó qua van 4 và đi lên vào ng l ng ng s 2, sau khi th c hiố ồ ố ố ự ện quá trình trao đổi nhi t vệ ới dòng lưu thể nóng đi bên trong ống thì qua van số 6 và được xả ra ngoài Điều chỉnh van số 1 và van số 13 để điều chỉnh lưu lượng của 2 dòng lưu thể Sau khi điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu, đợi khi nhiệt độ vào và ra của 2 dòng lưu thể ổn định thì tiến hành đọc

và ghi thông s nhiố ệt độ trên đồng hồ đo nhiệt độ Các thông số đượ ấc l y 5 l n, mầ ỗi lần cách nhau 5 phút K t thúc thí nghi m thì ngế ệ ắt điện, x h t dung dả ế ịch trong h ệ

thống, thùng chứa và thùng gia nhiệ t

III TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH

Các thông s cố ần đo:

- Nhiệt độ đầu vào và ra của lưu thể nóng

- Nhiệt độ ào và ra của lưu thể ạ v l nh

- Lưu lượng của hai dòng lưu thể nóng và lạnh

Yêu cầu:

- V n hành hậ ệ thống truy n nhiề ệt và đo các thông số ầ c n thi ết

- Tính hệ ố truyề s n nhiệt lý thuyết và hi u suệ ất sử ụ d ng nhi ệt

10

Kết qu thí nghiả ệm

Thông số Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Trung

bình Nhiệt độ

nước nóng

vào

Nhiệt độ

nước nóng

ra

Nhiệt độ

nước lạnh

vào

Nhiệt độ

nước lạnh ra

Lưu lượng

Lưu lượng

nước nóng m

3/s 6,67.10-5 6.10-5 6,33.10-5 7.10-5 7,33.10-5 6,67.10-5 Lưu lượng

nước lạnh

Lưu lượng

nước lạnh

m3/s 4,67.10-5 5.10-5 5,33.10-5 5.10-5 5.10-5 5.10-5

❖ Hướng dẫn tính toán:

- Các số liệu cho trước:

▪ Diện tích truy n nhi t: F =4006mm ề ệ 2

▪ Kích thước củ ốa ng bên trong: d1t/d1n= 19/22 mm

▪ Kích thước củ ốa ng bên ngoài: d2t/d2n =47/50mm

▪ Chiều dài ng bên ngoài: L =600 mm ố

▪ Hệ s d n nhiố ẫ ệt của vách truy n nhiề ệt: l = 16,3 W/mK

- Các s u c n tra c u: ố liệ ầ ứ

▪ Nhiệt dung riêng của nước nguồn nóng: C =4185 (J/kg.K) N

▪ Nhiệt dung riêng của nước nguồ ạn l nh: C = 4181 (J/kg.K) L

▪ Hệ s d n nhiố ẫ ệt của nước nguồn nóng: l’ = 1,116 W/mK

▪ Khối lượng riêng của nước: ρ= 983 (kg/m)

▪ Độ nh t của nước tại nhiớ ệt độ ủa nước nguồ c n nóng: m =0,467.10 -3 (N.s/m2)

- Các bước tính toán:

▪ Nhiệt lượng nguồn nóng cấp vào:

QN =GNx(tN1-tN2 )xCN =6,67.10-5.(59,94-54,92).4185=1,40

▪ Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: :

QL =GLx(tL2-tL1 )xCL=5.10-5.(36,7-31,66).4181=1,05

▪ Chênh l ch nhiệ ệt độ đầu vào: ΔtL= tN1-tL1 = 59,94-31,66=28,28

▪ Chênh l ch nhiệ ệt độ đầu ra: ΔtN= tN2-tL2 = 54,92-36,7=18,22

▪ Chênh l ch nhiệ ệt độ trung bình gi a hai ngu n nóng l nh: ữ ồ ạ

Vận tốc của nước: w =

ReN = = 9398,49 € (2320; 10000) -> chế độ chảy quá độ ReL = = 8013,45 € (2320; 10000) -> chế độ chảy quá độ

Nu = 0,008.Re0,9.Pr0,43

➔ NuN = 0,008.9398,490,9 .1339,510,43 = 665,93

➔ NuL= 0,008.8013,450,9.1229,450,43 = 556,04

α = Nu l /l

➔ α1 = 665,93.1,116/0,6 = 1238,63(W/m2.độ)

➔ α2 = 556,04.0,793/0,6 = 734,899 (W/m2.độ)

H sệ ố truyền nhi t lý thuy t ệ ế

KT=

12

Hiệu su t s d ng nhiấ ử ụ ệt: h = QL/QN 100% = (1,05/1,40).100% = 75%

BÀI 3: THÍ NGHIỆM TRAO ĐỔI NHIỆT HAI DÒNG LƯU THỂ NGƯỢC

CHIỀU

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

• Củng cố kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt

• Hiểu quá trình vận hành của một hệ thống trao đổi nhiệt cơ bản

• Biết cách đo và thu thập các thông số của quá trình

• Đánh giá hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt ngược chiều và so sánh với quá trình trao đổi nhiệt xuôi chiều

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Lý thuyết

Trong các quá trình s n xu t cả ấ ủa ngành CNSH CNTP thì r t nhi u các quá trình – ấ ề đều có diễn ra quá trình truyền nhiệt Và để thực hiện các quá trình truyền nhiệt giữa các ch t t i nhi t có nhiấ ả ệ ệt độ khác nhau thì ph i s d ng thi t bả ử ụ ế ị trao đổi nhi t Có rệ ất nhiều lo i thi t bạ ế ị trao đổi nhiệt được phân ra làm 3 nhóm chính là trực tiếp, gián tiếp

và loại đệm Trong đó thì nhóm thiế ị trao đổt b i nhiệt theo phương thức gián ti p là ế được sử dụng rộng rãi hơn cả Trong bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ được thí nghiệm trên m t hộ ệ thống trao đổi nhiệt cơ bản, hệ thống s d ng thi t bử ụ ế ị trao đổi nhiệt gián ti p d ng ế ạ ống l ng ng Chi u chuyồ ố ề ển động của lưu thể ở hai phía c a b ủ ề mặt trao đổi nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình truy n nhi ề ệt

15

Quy trình thí nghiệm

Kiểm tra và đóng các van từ ố 2 → 11; mở s các van 01 và van 12 B t aptomat ậ trong tủ điện để ấp điệ c n cho hệ thống Mở van 13, van 4 và van 6 để ấp nướ ạ c c l nh

và ghi l i giá tr nhiạ ị ệt độ nướ ạc l nh vào hệ thống, sau khi ghi xong thì khóa van 13 lại

C p dung d ch vào thùng chấ ị ứa (4), đồng thời mở van s 10 và van s 8 r i bố ố ồ ật bơm (3) để cấp dung dịch vào nồi gia nhiệt (2) và đi vào thiết bị trao đổi nhiệt Bật thanh nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch và đặt giá trị nhiệt độ đầu vào của lưu thể nóng Lưu thể nóng đi vào ống bên trong của ống l ng ng s 1 rồ ố ố ồi đi qua ống nối để đi vào ống

số 2 sau đó qua van số 8 và quay về thùng chứa (4) Sau khi nhiệt độđầu vào của dòng lưu thể nóng đã đạt và duy trì ổn định theo nhiệt độ đã cài đặt thì mở van 13 để cấp nướ ạnh để ấp nước l c c lạnh vào trong hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt Nướ ạc l nh

sẽ đi vào không gian giữa 2 ống của thiết bị ống l ng ng sồ ố ố 1 sau đó qua van 4 và đi lên vào ng l ng ng s 2, sau khi th c hiố ồ ố ố ự ện quá trình trao đổi nhi t vệ ới dòng lưu thể nóng đi bên trong ống thì qua van số 6 và được xả ra ngoài Điều chỉnh van số 1 và van số 13 để điều chỉnh lưu lượng c a 2 ủ dòng lưu thể Sau khi điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu, đợi khi nhiệt độ vào và ra của 2 dòng lưu thể ổn định thì tiến hành đọc

và ghi thông s nhiố ệt độ trên đồng hồ đo nhiệt độ Các thông số đượ ấc l y 5 l n, mầ ỗi lần cách nhau 5 phút K t thúc thí nghi m thì ngế ệ ắt điện, x h t dung dả ế ịch trong h ệ

thống, thùng chứa và thùng gia nhiệ t