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

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

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 trước2 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

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:

• 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

110

𝑇𝑒 − 𝑇𝑍Trong 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 )

Tính hiệu quả thanh trùng cần thiết: Fc Z Fc Z = D lg e 𝐶𝑜.𝑉𝑜 100.

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 FttZ≥ FC 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

Fc Z = D lg e 𝐶𝑜.𝑉𝑜 100.

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

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

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 ềđều 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 ếđược 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 ềmặt 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 ềtheo tường ngăn cách

b) Chảy ngược chiều: lưu thể 1 và 2 chảy song song và ngược chiều theo tường ngăn cách

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 ảtrình 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 cđều biến đổi dọc theo bề mặt trao đổi nhiệt, nhưng ở ừng th t ời điểm thì nhiệt độkhông 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 ốQuy trình thí nghiệm:

Kiểm tra và đóng các van từ ố 2 → 11; mở các s van 01 và van 12 B t aptomat ậtrong 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 đểcấp 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 thểnóng 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 ệthống, 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

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 THUYẾT1 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 ềđều 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 ếđược 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 ềmặt 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 ậtrong 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 đểcấp 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 thểnóng 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 ệthống, thùng chứa và thùng gia nhiệ t.

Kết quả thí nghiệm

bình Nhiệt độ

nước nóng vào

Nhiệt độ nước nóng

ra

Nhiệt độ nước lạnh

vào

Nhiệt độ nước nóng

ra

Lưu lượng nước nóng

Lưu lượng nước nóng m

7.10-5 6.6.10-5Lưu lượng

nước lạnh

Lưu lượng nước lạnh m

III HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN 1 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 ngu n nóng: C =4185 (J/kg.K) ồ N▪ Nhiệt dung riêng của nước nguồ ạn l nh: C = 4181 (J/kg.K) L

17

▪ Hệ s d n nhiố ẫ ệt của nước nguồn nóng: l’ = 1,116 W/mK▪ Khối lượng riêng của nước: ρ= 983 (kg/m3)

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

3 Các số liệu lấy trong quá trình làm thí nghiệm:

Nhiệt độ nguồn lạnh vào: tL1 = 21,9 C 0 Nhiệt độ nguồn lạnh ra: tL2 = 29,66 C 0 Nhiệt độ nguồn nóng vào: tN1 = 59,78 C 0 Nhiệt độ nguồn nóng ra: tN2 = 53,16 C 0 Lưu lượng nguồn lạnh: GL = 4,9.10 (m-53/s) Lưu lượng nguồn nóng: GN = 6,6.10-5 (m3/s)

III CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN:

▪ Nhiệt lượng nguồn nóng c p vào: ấ

QN =GN.(tN1-tN2 ).CN =6,6.10-5.(59,78-53,16).4185=1,83 ▪ Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được: :

QL =GLx(tL2-tL1 )xCL=4,9.10-5.(29,66-21,9).4181=1,59

▪ Chênh l ch nhiệ ệt độ đầu vào: ΔtL= tN1-tL1 = 59,78-21,9=37,88 ▪ Chênh l ch nhiệ ệt độ đầu ra: ΔtN= tN2-tL2 = 53,16-29,66=23,5 ▪ Chênh l ch nhiệ ệt độ trung bình gi a hai ngu n nóng l nh: ữ ồ ạ

Vận tốc của nước: w=

➔ NuN=0,008 8648,090,9 .1339,510,43 =617,88 ➔ NuL=0,008 7345,110,9.1229,450,43 = 514,12

α= Nu l/l’

➔ α1=617,88 0,567 /0,6=583,89(W/m2.độ) ➔ α2= 514,12.0,793/0,6=679.5 (W/m2.độ)

Hệ số truyền nhi t lý thuyệ ết:

KT =

Hiệu su t s d ng nhiấ ử ụ ệt: H = QL/QN 100% = 100% = 86.8%