Nhiệt độ sấy lạnh thường thấp, sấytrong thời gian dài, nhưng phương pháp này giúp giữ lại toàn vẹn chất dinh dưỡng trong thựcphẩm, cũng như tránh làm mất các giá trị cảm quan của sản phẩ
THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Lê Nữ Thùy Trâm 19116138 BÀI 2: THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC
Võ Thị Thanh Trúc 19116142 BÀI 3: THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Lê Nữ Thùy Trâm 19116138 BÀI 2: THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC
Võ Thị Thanh Trúc 19116142 BÀI 3: THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Trần Minh Tiến – 19116136
Môn học: Thí nghiệm Quá trình và thiết bị trong Công nghệ thực phẩm
Họ và tên Giảng viên hướng dẫn: ThS Đỗ Thùy Khánh Linh
1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022
(Ký & ghi rõ họ tên)
BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ iv
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN v
BÀI 1: THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM 1
1.1.1 Tổng quan về phương pháp sấy 1
1.1.2 Tổng quan về vật liệu sấy (Khoai lang) 4
1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5
1.3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 11
1.3.1 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy 11
1.3.2 Diện tích trao đổi nhiệt của vật liệu sấy 12
1.3.3 Sự biến thiên hàm lượng ẩm theo thời gian của khoai lang trong quá trình sấy đối lưu 12 1.3.4 Sự biến thiên hàm lượng ẩm theo thời gian của khoai lang trong quá trình sấy hồng ngoại 16
1.3.5 Sự biến thiên hàm lượng ẩm theo thời gian của khoai lang trong quá trình sấy lạnh 19
1.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 22
BÀI 2: THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM 25
2.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG 25
2.1.2 Các phương pháp lạnh đông 25
2.1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình lạnh đông 27
2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông 28
2.2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 29
2.3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34
2.3.1 Độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian của sản phẩm trong quá trình lạnh đông chậm 34
2.3.2 Độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian của sản phẩm trong quá trình lạnh đông nhanh 36
2.3.3 Đánh giá cảm quan mẫu khoai lang sau quá trình lạnh đông 37
2.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39
BÀI 3: THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 41
3.1.1 Định nghĩa về thiết bị trao đổi nhiệt 41
3.1.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt 41
3.1.3 Một số thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp 42
3.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 45
3.2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47
3.2.1 Dụng cụ và thiết bị 47
3.3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 49
3.3.1 Nhiệt dung riêng của lưu chất nóng và lạnh 49
3.3.2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ống lồng ống 50
3.3.3 Kết quả thực nghiệm trong khảo sát với thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng 50
3.3.4 Kết quả thực nghiệm trong khảo sát với thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng 53
3.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56PHỤ LỤC
Hình 1.1 Khoai lang Ipomoea batatas 5
Hình 1.2 Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm sấy vật liệu ẩm 6
Hình 1.3 Hệ thống sấy hồng ngoại 7
Hình 1.4 Hệ thống sấy lạnh 8
Hình 1.5 Tủ sấy đối lưu 8
Hình 1.7 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) 11
Hình 1.8 Đường cong sấy W = f(τ) của quá trình sấy đối lưu 12
Hình 1.9 Đường cong sấy trong giai đoạn 2 của quá trình sấy đối lưu 13
Hình 1.10 Đường cong sấy trong giai đoạn 3 của quá trình sấy đối lưu 14
Hình 1.11 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) của quá trình sấy đối lưu 15
Hình 1.12 Đường cong sấy W = f(τ) của quá trình sấy hồng ngoại 16
Hình 1.13 Đường cong sấy trong giai đoạn 1 của quá trình sấy hồng ngoại 16
Hình 1.14 Đường cong sấy trong giai đoạn 2 của quá trình sấy hồng ngoại 17
Hình 1.15 Đường cong sấy trong giai đoạn 3 của quá trình sấy hồng ngoại 17
Hình 1.16 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) của quá trình sấy hồng ngoại 18
Hình 1.17 Đường cong sấy W = f(τ) của quá trình sấy lạnh 19
Hình 1.18 Đường cong sấy trong giai đoạn 2 của quá trình sấy lạnh 19
Hình 1.19 Đường cong sấy trong giai đoạn 3 của quá trình sấy lạnh 20
Hình 1.20 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) của quá trình sấy lạnh 21
Hình 1.21 Các mẫu khoai lang sau quá trình sấy: sấy đối lưu (bên trái), sấy hồng ngoại (giữa) và sấy lạnh (bên phải) 22
Hình 2.1 Quá trình lạnh đông thực phẩm 27
Hình 2.4 Thiết bị cảm biến nhiệt 31
Hình 2.6 Quy trình tiến hình thí nghiệm 32
Hình 2.7 Mẫu khoai lang hình khối lập phương 32
Hình 2.8 Gắn thiết bị cảm biến nhiệt vào hai vị trí của mẫu khoai lang 33
Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian trong quá trình lạnh đông chậm 34
Hình 2.10 Đồ thị động học của quá trình lạnh đông chậm 35
Hình 2.11 Đồ thị biểu diễn độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian trong quá trình lạnh đông nhanh 36
Hình 2.12 Đồ thị động học của quá trình lạnh đông nhanh 36
Hình 2.13 Mẫu khoai lang sau khi lạnh đông chậm (bên trái) và sau khi lạnh đông nhanh (bên phải) 37
Hình 2.14 Mẫu khoai lang trong quá trình rã đông sau khi lạnh đông chậm (bên trái) và sau khi lạnh đông nhanh (bên phải) 38
Hình 3.1 Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc ngoài 42
Hình 3.2 Một số thiết bị truyền nhiệt dạng ống xoắn 43
Hình 3.3 Thiết bị truyền nhiệt dạng ống tưới 44
Hình 3.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm 44
Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống 45
Hình 3.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng (bên trái) và ngược dòng (bên phải) 46
Hình 3.7 Sự biến thiên nhiệt độ của hai dòng lưu chất theo diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ống lồng ống 47
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g khoai lang 4
Bảng 1.2 Độ ẩm ban đầu của mẫu khoai lang sau quá trình sấy 11
Bảng 1.3 Đánh giá cảm quan các sản phẩm khoai lang sấy đối lưu, sấy hồng ngoại và sấy lạnh 22
Bảng 2.1 Đánh giá cảm quan mẫu khoai lang sau quá trình lạnh đông chậm và lạnh đông nhanh 38
Bảng 3.1 Nhiệt dung riêng của nước ở 1 at 49
Bảng 3.2 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng nóng 50
Bảng 3.3 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng nóng 50
Bảng 3.4 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng nóng 51
Bảng 3.5 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng lạnh 51
Bảng 3.6 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng lạnh 52
Bảng 3.7 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng lạnh 52
Bảng 3.8 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng nóng 53
Bảng 3.9 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng nóng 53
Bảng 3.10 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng nóng 53
Bảng 3.11 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng lạnh 54
Bảng 3.12 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng lạnh 54
Bảng 3.13 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng lạnh 55
BÀI 1: THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM
1.1.1 Tổng quan về phương pháp sấy
Các tác động vật lý, hóa học, hóa sinh, vi sinh là những nguyên nhân hàng đầu gây hư hỏng thực phẩm Độ ẩm, nhiệt độ môi trường, tính chất nguyên liệu và phương pháp bảo quản ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng duy trì trạng thái, cấu trúc, tính chất và các giá trị cảm quan của thực phẩm sau thu hoạch Hàm lượng nước trong thực phẩm càng cao, quá trình hư hỏng càng diễn ra nhanh chóng Do vậy, các phương pháp bảo quản thực phẩm, nhất là phương pháp sấy giúp làm giảm hàm lượng ẩm đang được sử dụng rộng rãi và phổ biến Đây là phương pháp tối ưu để làm giảm lượng ẩm, kéo dài thời gian bảo quản Các kỹ thuật bảo quản đang được phát triển để đáp ứng nhu cầu bảo quản thực phẩm và sự hài lòng của người tiêu dùng về các khía cạnh chất lượng, giá trị cảm quan, sự tiện lợi và an toàn (Rahman, 2020). Sấy là một phương pháp để bảo quản sản phẩm sau thu hoạch Mục đích của quá trình sấy là giảm hàm lượng ẩm trong sản phẩm, đồng thời làm tăng thời gian bảo quản cũng như hạn chế sự phát triển của hệ vi sinh vật gây hư hỏng trong sản phẩm (Nguyễn, 2014).
Quá trình sấy có bản chất là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu cần sấy để thải ra ngoài môi trường Ẩm có mặt trong vật liệu sấy sẽ dịch chuyển từ trong lòng vật thể ra bề mặt bên ngoài, và từ bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh Để đưa lượng ẩm ra khỏi vật liệu sấy, người ta cần sử dụng đến tác nhân sấy Tác nhân sấy là những tác nhân dùng để đưa lượng ẩm từ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy và môi trường bên ngoài Tác nhân sấy thường là các chất khí, chất lỏng như không khí, hơi quá nhiệt, khói lò, không khí ẩm, một số loại dầu, dầu mỏ, macarin, Ngày nay, người ta còn dùng xenluloza dạng sợi làm tác nhân sấy (Lehotay và Lee, 1997) Tác nhân sấy được sử dụng phổ biến nhất là: không khí ẩm và khói lò (Phạm, 2007). Động học sấy thay thế các mô hình toán học phức tạp để mô tả các hiện tượng vận chuyển nhiệt và khối lượng đồng thời trong các lớp bên trong của vật liệu sấy và tại mặt phân cách với không gian xung quanh Các quy trình làm khô khác nhau bao gồm sấy không khí nóng, sấy đốt xung, sấy nhanh và sấy vi sóng, các phương pháp truyền thống, như sấy chân không, cũng như các công nghệ hiện đại chẳng hạn như sấy hồng ngoại, sấy âm và sấy đông lạnh (Michailidis và Krokida, 2014).
Các biến đổi trong quá trình sấy ảnh hưởng đến các đặc tính chất lượng của sản phẩm
Sấy khô tự nhiên là phương pháp sấy khô dưới ánh nắng mặt trời, sử dụng năng lượng nhiệt từ mặt trời để sấy khô sản phẩm Điều kiện sấy khô ngoài tự nhiên không được ổn định, phụ thuộc vào thời tiết do vậy điều kiện bảo quản không được tốt, phương pháp này dễ gây hư hỏng thực phẩm Các loại thịt, cá có hàm lượng protein cao là môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi sinh vật khi nhiệt độ và độ ẩm không được kiểm soát Điều kiện nhiệt độ cao, độ ẩm < 60%, nhiều nắng, gió, môi trường khô ráo thoáng mát là điều kiện tốt nhất để sấy khô thực phẩm Giàn sấy khô thực phẩm phải được làm bằng gỗ tốt, các loại vật liệu bắt nhiệt tốt, không bị oxy hóa, ăn mòn để tránh gây tổn thất dinh dưỡng, hư hỏng thực phẩm, gây những rủi ro không đáng có Phương pháp sấy khô tự nhiên ít kiểm soát được tốc độ sấy và chất lượng của sản phẩm sấy khô Máy sấy cơ học và máy sấy chủ động có tốc độ sấy cao hơn và cũng có thể được kiểm soát để đáp ứng các yêu cầu hay tiêu chuẩn chất lượng (Cristina và Arun, 1995).
Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy như không khí nóng, khói lò, Độ chính xác của hàm lượng ẩm trong sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ sấy trong lò đối lưu, thông thường nhiệt độ sấy khuyến nghị là từ 60 ÷ 115 o C Mỗi loại nguyên liệu sấy khác nhau sẽ có một mức độ nhiệt thích hợp Sấy đối lưu thường được sử dụng để sấy các loại trái cây như nho, táo, ngũ cốc, thức ăn chăn nuôi, Một nghiên cứu về việc sấy lá húng quế trong lò đối lưu ở nhiệt độ 50 o C và phơi nắng lá húng quế cho thấy hàm lượng các chất dinh dưỡng của lá húng quế sử dụng phương pháp sấy đối lưu giữ lại hàm lượng dinh dưỡng cao hơn so với phương pháp phơi nắng, tiết kiệm thời gian và năng lượng nhiều hơn (Musa và cộng sự, 2005).
Sấy hồng ngoại là phương pháp sử dụng các tia hồng ngoại để làm giảm lượng ẩm trong sản phẩm, kéo dài thời gian sử dụng Sấy bằng bức xạ hồng ngoại (IR – Infrared Radiation) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để làm khô hoặc khử nước bề mặt của thực phẩm.Đối với kỹ thuật sấy bằng tia hồng ngoại, các đặc tính bức xạ của cả bộ tản nhiệt và vật liệu sấy phải phù hợp với nhau để đạt hiệu quả tối ưu nhất (Cristina và Arun, 1995). Động học của quá trình sấy hồng ngoại phụ thuộc vào khoảng cách giữa các bộ phát và bề mặt bức xạ nhiệt và vận tốc không khí Động học làm khô tỷ lệ nghịch với cả quãng đường và vận tốc không khí Nếu so sánh giữa quá trình sấy bằng tia hồng ngoại với quá trình sấy đối lưu được thực hiện ở các thông số tương đương nhau sẽ cho kết quả thời gian của quá trình sấy bằng tia hồng ngoại có thể được rút ngắn tới 50% Ưu điểm của sấy hồng ngoại so với sấy đối lưu là thời gian sấy ngắn hơn, chất lượng sản phẩm sấy cuối cùng tốt hơn, không bị tổn thất quá nhiều hàm lượng dinh dưỡng, tiết kiệm năng lượng nhiều hơn (Nowak và Lewicki, 2004).
Sấy chân không là một quá trình trong đó vật liệu được làm khô trong môi trường áp suất lại, làm giảm nhiệt cần thiết để làm khô nhanh chóng Máy sấy chân không cung cấp khả năng sấy khô ở nhiệt độ thấp của vật liệu nhiệt rắn và thích hợp để thu hồi dung môi từ các sản phẩm rắn kết hợp dung môi Một ưu điểm chính của quá trình sấy khô chân không là tiết kiệm năng lượng, phương pháp này cần ít năng lượng hơn, hạn chế các chi phí về kinh tế và môi trường Ngoài ra, phương pháp sấy chân không còn có xu hướng hoạt động nhanh hơn, hạn chế sự hao hụt dưỡng chất từ thực phẩm hơn các phương pháp sấy khô khác (Parikh, 2015).
Sấy vi sóng là phương pháp sấy sử dụng các tia bức xạ điện từ để làm giảm hàm lượng ẩm trong sản phẩm, ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Bức xạ điện từ sử dụng trong phương pháp sấy vi sóng có tần số dao động từ 300 GHz đến 300 MHz (Parikh, 2015).
Sấy vi sóng sử dụng ciple làm nóng điện môi, dựa trên dao động điện từ tần số cao do chuyển động phân tử gây ra Năng lượng được truyền đến vật liệu bằng các tương tác phân tử với trường điện từ và chuyển đổi năng lượng điện trường thành nhiệt năng do đó nó cũng có một số ưu điểm nhất định Phương pháp này tạo ra chất lượng vượt trội hơn so với phương pháp sấy bằng không khí nóng thông thường, cho thấy sự thay đổi màu sắc ít hơn, thực phẩm độ xốp cao hơn cấu trúc tốt hơn (Argyropoulos và cộng sự, 2011).
Sấy lạnh còn gọi là sấy bằng bơm nhiệt là quá trình sấy được tiến hành ở điều kiện áp suất khí quyển, tác nhân sấy là không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để hạ nhiệt độ xuống dưới điểm đông sương Nhiệt độ sấy lạnh thường thấp, sấy trong thời gian dài, nhưng phương pháp này giúp giữ lại toàn vẹn chất dinh dưỡng trong thực phẩm, cũng như tránh làm mất các giá trị cảm quan của sản phẩm (Aydin, 2016).
Sấy thăng hoa là phương pháp sấy ở nhiệt độ và áp suất thấp, nhiệt độ nguyên liệu sấy dưới điểm kết tinh, áp suất môi trường sấy dưới 4.58 mmHg Sản phẩm sau khi sấy hầu như giữ được các tính chất ban đầu của nguyên vật liệu, protein không bị biến tính, lipid không bị thủy phân, vitamin không bị mất đi, trạng thái của sản phẩm không bị co rút, màu sắc hương vị không thay đổi.Sản phẩm có độ xốp tốt, khả năng hoàn nguyên cao Nhưng do chi phí sản xuất cao, quy trình sản xuất phức tạp, tiêu tốn nhiều năng lượng, phương pháp sấy thăng hoa chỉ thích hợp sử dụng cho các sản phẩm có giá trị cao, quý hiếm (Nguyễn, 2015).
1.1.2 Tổng quan về vật liệu sấy (Khoai lang)
Khoai lang (danh pháp khoa học: Ipomoea batatas), là cây lương thực quan trọng thứ bảy trên thế giới về sản lượng Khoai lang chủ yếu được trồng ở các nước đang phát triển, chiếm hơn 95% sản lượng thế giới Chúng được trồng trên khoảng 9 triệu ha, cho năng suất khoảng 140 triệu tấn, với năng suất trung bình khoảng 15 tấn/ha (FAOSTAT, 2001).
Khoai lang tạo ra nhiều sinh khối và nó có chứa rất nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe con người Khoai lang chứa một hàm lượng rất lớn carbohydrate và β-carotene, trong lá của nó có rất nhiều protein Khoai lang được trồng để lấy cả lá, tận dụng làm rau xanh , làm thức ăn chăn nuôi Rễ cây cũng chứa nhiều phức hợp vitamin B, C và E, các chất khoáng như kali, canxi và sắt Ở hầu hết các nước đang phát triển, khoai lang là một loại cây trồng nhỏ nhưng có khả năng chống chịu với nhiều loại điều kiện khí hậu khắc nghiệt khác nhau (FAOSTAT, 2001).
Thành phần dinh dưỡng trong 100g khoai lang được thể hiện trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g khoai lang
Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng
Hàm lượng tinh bột (%) 18 ÷ 28 Đường tổng số (%FW) 1.5 ÷ 5.0 Đạm tổng số (%FW) 1.0 ÷ 1,5
Tỉ lệ trích tinh bột (%) 10 ÷ 15
Trong khoai lang có nhiều carbohydrate có hoạt tính sinh học, protein, lipid, carotenoid,anthocyanin, acid phenolic liên hợp, và các chất khoáng Thành phần dinh dưỡng trong khoai lang góp phần vào những lợi ích sức khỏe khác nhau của con người, chẳng hạn như tác dụng chống oxy hóa, bảo vệ gan, chống viêm, kháng khuẩn Các yếu tố như giống cây trồng, kích thước nguyên liệu, nhiệt độ, môi trường trồng, thời tiết, khí hậu, phân bón, các cách bảo quản sau thu hoạch và chế biến ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần dinh dưỡng của khoai lang(Wang và cộng sự, 2016).
Một củ khoai lang có khoảng 14mg β-carotene Đây là một chất có khả năng chống ung thư, nhất là ung thư phổi β-carotene còn làm tăng khả năng miễn dịch, làm giảm các nguy cơ bị cườm mắt, tai biến động mạch não, chứng kích tim và làm giảm cholesterol trong máu Một chất có nhiều trong khoai lang là acid pantothenic giúp cơ thể chống mệt mỏi qua việc thúc đẩy các quá trình chuyển hóa carbohydrate, chất đạm và chất béo (Nguyễn, 1996).
1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khoai lang sử dụng trong bài thực hành là khoai lang thường thuộc loại Ipomoea batatas. Nguyên liệu được mua tại Bách hóa xanh.
Khối lượng sử dụng: 3 củ (khoảng 300g).
Hình 1.1 Khoai lang Ipomoea batatas
1.2.2.1 Quy trình công nghệ
1.2.2.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 1.2 Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm sấy vật liệu ẩm 1.2.2.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Tấn Dũng (2014) Tài liệu hướng dẫn thực hành môn Thực tập quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Thành phố
Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.
2 Nguyễn Tấn Dũng (2015) Các quá trình và thiết bị trong CNHH&TP, Tập 2 Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Phần 2 Quá trình và thiết bị truyền nhiệt trong công nghệ thực phẩm NXB ĐHQG TPHCM, Thành phố Hồ Chí Minh.
3 Nguyễn Tấn Dũng (2021) “Chương 6: QUÁ TRÌNH SẤY VẬT LIỆU ẨM” Trong BÀI
GIẢNG QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Thành phố Thủ Đức, Thành phố
4 Nguyễn Ý Đức (1996) Dinh dưỡng và thực phẩm Nhà xuất bản Y Dược, Thành phố Hồ Chí Minh
5 Phạm Thanh (2007) Giáo trình kỹ thuật sấy Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Thành phố Đà Nẵng.
6 Argyropoulos Dimitrios, Albert Heindl and Joachim Müller (2011) “Assessment of convection, hot-air combined with microwave-vacuum and freeze-drying methods for mushrooms with regard to product quality”.
7 Aydin Kilic (2016) “Mathematical Modeling of Low Temperature High Velocity (LTHV)Drying in Food” Journal of Food Process Engineering.
8 Cristina Ratti and Arun S Mujumdar (1995) Different Drying Methods: Their Applications and Recent Advances.
9 Doymaz I (2012) “Infrared drying of sweet potato (Ipomoea batatas L.) slices” Journal of food science and technology, 49(6), pp.760-766.
10 FAOSTAT (2001) Statistics Division, Food and Agriculture Organization of the United Nations Viale delle Terme di Caracalla.
11 Krokida và Maroulis (2019) American Journal of Food Science and Technology, Vol 7
12 Lehotay Steven J and Lee Chang-Hwan (1997) “Evaluation of a fibrous cellulose drying agent in supercritical fluid extraction and pressurized liquid extraction of diverse pesticides” Journal of Chromatography A, Volume 785, Issues 1–2, pp 313-327.
13 Michailidis Panagiotis A and Krokida Magdalini K (2014) “Conventional and Advanced Food Processing Technologies” Drying and Dehydration Processes in Food Preservation and Processing.
14 Musa ệzcan, Derya Arslan and Ahmet ĩnver (2005) “Effect of drying methods on the mineral content of basil (Ocimum basilicum L.)” Journal of Food Engineering, Volume
15 Nowak Dorota and Lewicki Piotr P (2004) “Infrared drying of apple slices” Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 5, Issue 3, pp 353-360.
16 Parikh Dilip M (2015) “Vacuum Drying: Basics and Application” Chemical Engineering -New York- Mcgraw Hill Incorporated then Chemical Week Publishing Llc- 122(4).
17 Rahman Shafiur (2020) Chapter 27, Handbook of Food Preservation (3rd Edition) ISBN 9781498740487.
18 Rautenbach F., Faber M., Laurie S and Laurie R (2010) “Antioxidant capacity and antioxidant content in roots of 4 sweetpotato varieties” Journal of Food Science, 75, pp.5-10.
19 Wang Sunan, Shaoping Nie, Fan Zhu (2016) “Chemical constituents and health effects of sweet potato” Food Research International, Volume 89, Part 1, pp 90-116.
THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG
Lạnh đông là quá trình bảo quản thực phẩm bằng cách giảm nhiệt độ của sản phẩm xuống thấp hơn nhiệt độ mà tại đó, nước có trong sản phẩm sẽ kết tinh (Lê và cộng sự, 2011). Quá trình lạnh đông sản phẩm là quá trình làm giảm nhiệt độ sản phẩm dưới nhiệt độ kết tinh của ẩm trong sản phẩm, làm cho nước trong sản phẩm kết tinh (đông đá), hay nước từ pha lỏng chuyển sang pha rắn Nhiệt độ bề mặt sản phẩm sẽ giảm xuống trước, sau đó nhiệt độ tâm sẽ giảm xuống sau vì bề mặt sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với môi trường có nhiệt độ thấp (nhiệt độ môi trường lạnh đông (Nguyễn, 2017).
Mục đích của quá trình lạnh đông là hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật (đặc biệt là vi sinh vật ưa lạnh), hạn chế sự hư hỏng của thực phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm (Nguyễn, 2014).
2.1.2 Các phương pháp lạnh đông
2.1.2.1 Phương pháp làm lạnh đông chậm
Trong quá trình lạnh đông chậm, do nhiệt độ của không khí cao hơn -25°C và vận tốc đối lưu của không khí nhỏ hơn 1m/s nên thời gian lạnh đông thường kéo dài từ 15 giờ đến 20 giờ tùy kích thước và loại sản phẩm Số tinh thể đá hình thành trong gian bào và tế bào rất ít nên có kích thước lớn, gây cọ xát giữa các tinh thể trong và ngoài tế bào Sự cọ xát của những tinh thể đá lớn sẽ làm rách màng tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào của sản phẩm, vì vậy sau này khi đưa sản phẩm lạnh đông ra tan giá thì dịch bào trong sản phẩm bị chảy ra ngoài (do màng tế bào rách không giữ lại được) làm sản phẩm giảm giá trị dinh dưỡng Vì vậy ngày nay người ta không dùng phương pháp lạnh đông chậm để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm (Trần và cộng sự, 2009).
Tuy nhiên, phương pháp lạnh đông chậm vẫn được ứng dụng trong bảo quản một số rau quả dự trữ cho chế biến nước rau quả sau này và ứng dụng cho làm trong các hỗn hợp thực phẩm ở dạng huyền phù Quá trình đóng băng tinh thể ở làm lạnh đông chậm trong trường hợp này lại có lợi vì tác dụng phá hủy cấu trúc tế bào, cấu trúc hệ thống keo, nên khi ép nước rau quả sẽ cho năng suất và hiệu suất cao Như vậy, áp dụng phương pháp làm lạnh đông chậm chỉ đạt hiệu quả tốt trong trường hợp vừa cần bảo quản nguyên liệu bán thành phẩm với thời gian lâu để kéo dài được thời vụ chế biến, mà vừa cần tăng chất lượng cho một số sản
2.1.2.2 Phương pháp làm lạnh đông nhanh
Phương pháp lạnh động nhanh (còn gọi là lạnh đông đột ngột hay cấp đông) Môi trường làm lạnh đông nhanh thường là không khí hoặc các chất lỏng Các chất lỏng thường là dung dịch hỗn hợp của nhiều muối để nhiệt độ đóng băng của dung dịch càng thấp càng tốt. Nhược điểm của môi trường lỏng là nước muối gây bẩn và gì hỏng thiết bị, nước muối thấm vào sản phẩm làm ảnh hưởng đến chất lượng cũng như hình dáng bên ngoài của sản phẩm thực phẩm Môi trường không khí tuy có hệ số truyền nhiệt bé và dễ làm cho sản phẩm bị oxy hóa cũng như dễ bị hao hụt khối lượng, nhưng tiện lợi nên sử dụng phổ biến hơn Thường dùng không khí có nhiệt độ ≤ -40°C, vận tốc khoảng 5m/s cho các thiết bị lạnh đông Thời gian làm lạnh đông nhanh thực phẩm thường từ 20 phút tới 3 giờ tùy thuộc vào chủng loại và kích thước của sản phẩm, như tiêu xanh, ớt, sơri, lạnh đông ở máy băng chuyền chỉ khoảng 25 phút; còn dứa cắt rễ quạt, chuối cắt khúc đựng trong túi PE với khối lượng 0.5 kg làm lạnh đông nhanh phải tới hai giờ rưỡi Sản phẩm lạnh đông nhanh do có nhiều tinh thể để tạo thành ở tế bào và gian bào, và với kích thước tinh thể rất bé nên không phá hủy nhiều cấu trúc tế bào, nên có thể giữ được trên 95 % phẩm chất tươi sống của sản phẩm Muốn đạt được sản phẩm đông lạnh nhanh thì cần đảm bảo các điều kiện sau đây (Trần và cộng sự, 2009):
+ Nhiệt độ của môi trường truyền lạnh phải thấp hơn -35°C.
+ Vận tốc đối lưu của môi trường khí v = 3 ÷ 5m/s, của môi trường lỏng v ≈ 1 m/s. + Kích thước của sản phẩm phải nhỏ: 5 × 5 × 5 cm, hoặc 3 × 5 × 5 cm 3
+ Nhiệt độ quá lạnh của sản phẩm phải thấp: t ql ≤ -6°C.
+ Quá trình đóng băng sản phẩm phải xảy ra cùng lúc trong tế bào và ngoài gian bào để hạn chế sự chuyển nước từ trong tế bào ra gian bào.
2.1.2.3 Phương pháp làm lạnh đông cực nhanh
Ngày nay, kỹ thuật lạnh tiên tiến cho phép lạnh đông cực nhanh các sản phẩm trong CO2 lỏng, nitơ lỏng, các freon lỏng và các khí hóa lỏng khác Thời gian lạnh đông cực nhanh sản phẩm chỉ trong khoảng 5 đến 10 phút Do thời gian lạnh đông vô cùng nhanh như vậy cho nên tăng năng suất hàng bốn năm chục lần và giảm được hao hụt khối lượng sản phẩm đến 3 ÷ 4 lần Sản phẩm lạnh động cực nhanh bảo đảm hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sống của nguyên liệu ban đầu Vì thế hiện nay ở một số nước có kỹ thuật tiên tiến, lượng sản phẩm lạnh đông cực nhanh đã chiếm tỉ số khoảng 50% tổng số sản phẩm lạnh đông nói chung Sở dĩ tỷ số sản phẩm lạnh đông cực nhanh tăng mạnh như vậy là vì ở các nước có công nghiệp phát triển thì kỹ nghệ hóa lỏng không khí cũng phát triển (phục vụ cho luyện kim, hàn, y tế, quốc phòng, nhiên liệu cho tên lửa, ) cho nên nitơ lỏng và phụ phẩm của công nghiệp sản xuất oxy lỏng, vừa rẻ, vừa nhiều (vì chiếm gần 4/5 khối lượng không khí) Dùng nitơ lỏng có nhiều ưu việt hơn cả vì:
Nitơ lỏng bay hơi ở áp suất thường với nhiệt độ rất thấp là -196°C
Nitơ lỏng gần như khí trơ nên hạn chế được quá trình, oxy hóa sản phẩm.
Lạnh đông cực nhanh sản phẩm trong nitơ lỏng sẽ tiêu diệt và hạn chế được nhiều vi sinh vật hơn so với các phương pháp khác (Trần và cộng sự, 2009).
2.1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình lạnh đông
Quá trình lạnh đông trải qua các giai đoạn như sau:
Hình 2.1 Quá trình lạnh đông thực phẩm AB: làm lạnh; BC: quá lạnh; CD: kết tinh ẩm; DE: lạnh đông sâu; ABCDE là đường lạh đông lý thuyết; ABCD’E là đường lạnh đông thực tế.
Giai đoạn 1: giai đoạn làm lạnh (AB) và quá lạnh (BC); giai đoạn làm lạnh (AB) làm giảm nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu T P = T A = 25℃ (nhiệt độ phòng) xuống nhiệt độ
T B (điểm B) dưới điểm kết tinh T kt (0℃), nhưng ẩm trong thực phẩm vẫn chưa kết tinh; giai đoạn quá lạnh (BC) hiện tượng chậm trễ chuyển pha của ẩm từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn, sau đó nhiệt độ của thực phẩm tăng lên điểm kết tinh (điểm C): T C = T kt (0℃), lúc này ẩm trong thực phẩm bắt đầu kết tinh được gọi là hiện tượng quá lạnh (Nguyễn, 2014).
Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh, nếu xem nhiệt độ kết tinh không thay đổi (T kt const) thì quá trình kết tinh diễn biến theo CD (lý thuyết) trong môi trường lạnh đông có nhiệt độ âm sâu (T ∞ ≪ T kt ) Thực tế, quá trình kết tinh ẩm bên trong thực phẩm diễn biến theo đường CD’ Bởi vì khi lạnh đông các lớp bên ngoài ẩm sẽ kết tinh trước rồi lần lượt các lớp nhiệt nói chung, hình dạng và kích thước của nguyên liệu là một trong những yếu tố quan trọng sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt Kích thước và hình dạng của nguyên liệu là nhân tố quyết định diện tích bề mặt truyền nhiệt Diện tích bề mặt truyền nhiệt càng lớn thì quá trình truyền nhiệt xảy ra càng nhanh Kích thước của nguyên liệu càng nhỏ, thời gian cần thiết để nhiệt độ tại tâm nguyên liệu đạt giá trị nhiệt độ mong muốn càng ngắn Nguyên liệu có hình dạng càng cân đối, mức độ đồng đều về nhiệt trong một nguyên liệu càng cao (Lê và cộng sự, hiện quá trình lạnh đông và năng lượng cần thiết để thực hiện quá trình lạnh đông Cùng một điều kiện nhiệt độ, hàm ẩm càng cao thì thời gian lạnh động diễn ra càng dài Hàm ẩm càng cao, năng lượng tiêu tốn tính trên một đơn vị sản phẩm để thực hiện quá trình lạnh đông càng các chất hòa tan có trong nguyên liệu sẽ ảnh hưởng đến điểm đông của dung dịch Theo định luật Raul, nồng độ chất hòa tan trong nước càng cao thì nhiệt độ kết tinh nước trong dung dịch tương ứng sẽ giảm Các hợp chất khác nhau sẽ làm giảm điểm kết tinh của nước trong dung dịch với mức độ khác nhau Vì vậy, các loại nguyên liệu khác nhau thì điểm lạnh đông sẽ khácnhau vì hàm lượng và thành phần của các chất hòa tan trong nguyên liệu đó là khác nhau (Lê liệu và độ dẫn nhiệt của nguyên liệu là hai yếu tố quyết định năng lượng cung cấp cho quá trình lạnh đông và tốc độ của quá trình lạnh đông Nhiệt dung riêng càng cao, năng lượng tiêu tốn càng nhiều Nguyên liệu dẫn nhiệt càng tốt, tốc độ quá trình lạnh đông càng nhanh, mức độ
Kết thúc giai đoạn này ẩm kết tinh hoàn toàn (đối với lạnh đông dùng để sấy thăng hoa) hoặc tối thiểu là trên 86% (đối với lạnh đông dùng bảo quản) Tương ứng nhiệt độ của thực phẩm lúc đó gọi là nhiệt độ lạnh đông thích hợp (Nguyễn, 2014).
Giai đoạn 3: là giai đoạn cân bằng nhiệt DE (lý thuyết), D’E (thực tế), làm giảm nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ lạnh đông thích hợp xuống nhiệt độ cuối cùng T e (0℃) Giai đoạn này được thực hiện ở trong kho bảo quản lạnh đông được duy trì ở nhiệt độ nhỏ hơn T e Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình lạnh đông (Nguyễn, 2014).
2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông
2.1.4.1 Bản chất của nguyên liệu
Kích thước và hình dạng: trong quá trình lạnh đông nói riêng và trong các quá trình truyền
Hàm ẩm: hàm ẩm sẽ ảnh hưởng đến sự trương nở của sản phẩm lạnh đông, thời gian thực lớn (Lê và cộng sự, 2011).
Hàm lượng và thành phần các chất hòa tan trong nguyên liệu: hàm lượng và thành phần và cộng sự, 2011).
Tính chất nhiệt của nguyên liệu: trong quá trình lạnh đông, nhiệt dung riêng của nguyên thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của nguyên liệu Đối với một số loại thực phẩm đã được đóng gói thì cần chú ý thêm đến nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt của bao bì (Lê và cộng sự, 2011).
2.1.4.2 Các thông số công nghệ
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2.2.1 Dụng cụ, thiết bị và nguyên liệu thực nghiệm
Tủ lạnh (dùng cho thí nghiệm lạnh đông chậm).
Tủ cấp đông (dùng cho thí nghiệm lạnh đông nhanh).
Hình 2.3 Tủ cấp đông
Thiết bị cảm biến nhiệt.
Hình 2.4 Thiết bị cảm biến nhiệt
Nguyên liệu: khoai lang được mua ở Bách hóa xanh.
2.2.2.1 Quy trình công nghệ
2.2.2.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 2.6 Quy trình tiến hình thí nghiệm 2.2.2.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
Bước 1: Mẫu khoai lang đã được rửa sạch gọt vỏ và cắt theo hình lập phương với kích thước 3cm × 3cm × 3cm.
Hình 2.7 Mẫu khoai lang hình khối lập phương
Bước 2: Gắn thiết bị cảm biến nhiệt vào hai vị trí của mẫu khoai lang 1 cảm biến nhiệt ở mặt ngoài và 1 cảm biến nhiệt phía trong lõi Ghi nhận lại nhiệt độ tại thời điểm này.
Hình 2.8 Gắn thiết bị cảm biến nhiệt vào hai vị trí của mẫu khoai lang
Bước 3: Tiến hành quá trình lạnh đông chậm và lạnh động nhanh mẫu khoai lang, xác định sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian lạnh đông Theo dõi và ghi số liệu mỗi 2 phút/lần trong khoảng 3 giờ.
Các biến đổi nguyên liệu trong quá trình lạnh đông:
+ Biến đổi vật lý: Là do giảm nhiệt độ dưới Tkt sẽ làm thay đổi trạng thái pha của ẩm từ thể lỏng sang thể rắn, làm thay đổi các đặc tính lưu biến của thực phẩm (độ dẻo, độ dòn, độ dai, ), làm thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm như khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, (Nguyễn, 2016).
+ Biến đổi hóa học: Là do ẩm kết tinh tách ra khỏi dung dịch trong nội tế bào hay tách ra khỏi liên kết (cơ, lý hóa, ) với cấu trúc hữu cơ của tế bào, của thực phẩm, sẽ làm thay đổi cấu trúc protein, cấu trúc enzyme, cấu trúc tế bào, làm ngừng các phản ứng sinh hóa xảy ra, ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giữ nước của sản phẩm Sự thay đổi này phụ thuộc nhiều vào kích thước của các tinh thể đá tạo thành trong sản phẩm (Nguyễn, 2016).
+ Biến đổi vi sinh vật: Khi nhiệt độ xuống thấp sẽ ức chế, kìm hãm hoạt động của enzyme trong bản thân thực phẩm và ức chế sự hoạt động vi sinh vật (đặc biệt vi sinh vật ưa lạnh), làm giảm các hoạt động sống của tế bào, do đó làm chậm lại hoặc chấm dứt các quá trình biến đổi gây ra hư hỏng (Nguyễn, 2016).
Bước 4: Xử lý số liệu thu nhận được Các vật liệu sau khi dừng lạnh đông sẽ tiến hành để ở nhiệt độ phòng nhằm rã đông Sau rã đông ta ghi nhận các biến đổi (về màu sắc, kích thước, ) xảy ra (nếu có).
2.2.2.2 Các phương pháp phân tích
2.2.2.2.1 Xác định nhiệt độ của củ khoai lang
Nhiệt độ của củ khoai lang trong quá trình lạnh đông là nhiệt độ trung bình (T tb ) của hai vị trí phần lõi (T 1) và phần bề mặt củ khoai lang (T 2).
+ T 2 (℃) là nhiệt độ ở bề mặt;
+ T tb (℃) là nhiệt độ trung bình của vật liệu.
2.2.2.2.2 Xác định sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian lạnh đông
( ) T 3 f 3 ( ) Theo dõi và ghi số liệu nhiệt độ trong vòng 2 phút/lần trong vòng 3 giờ.
Các số liệu thu thâp được sau đó sẽ tiến hành vẽ đồ thị sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian và đồ thị động học của quá trình lạnh đông bằng phần mềm Microsoft Excel 2013.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
2.3.1 Độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian của sản phẩm trong quá trình lạnh đông chậm
Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian trong quá trình lạnh đông
Nhiệt độ trung bình Nhiệt độ ở bề mặt
-40 ĐỘ BIẾN THIÊN NHIỆT ĐỘ THEO THỜI GIAN TRONG QUÁ
Hình 2.10 Đồ thị động học của quá trình lạnh đông chậm Nhận xét: Đồ thị động học của quá trình lạnh đông chậm cho ta thấy, quá trình lạnh đông chậm diễn ra 3 giai đoạn gồm: giai đoạn làm lạnh, giai đoạn kết tinh và giai đoạn cân bằng nhiệt.
+ Giai đoạn 1 (giai đoạn làm lạnh): Giai đoạn này diễn ra trong 18 phút đầu Giai đoạn làm lạnh làm giảm nhiệt độ của mẫu khoai lang từ nhiệt độ ban đầu (28.9℃) xuống nhiệt độ (- 5.4℃) nhưng ẩm trong mẫu vẫn chưa được kết tinh Giai đoạn quá lạnh diễn ra trong thời gian rất ngắn nên khoảng thời gian 2 phút ghi nhận nhiệt độ một lần không đủ điều kiện để có thể biểu diễn giai đoạn quá lạnh trên đồ thị Vì vậy so với đồ thị lý thuyết có sự khác biệt.
+ Giai đoạn 2 (giai đoạn kết tinh): Trong giai đoạn kết tinh (từ phút 18 đến phút 44), nhiệt độ giảm từ (-5.4℃) xuống (-8.2℃) Lý do có sự giảm nhiệt độ như vậy là do ban đầu nhiệt độ bên ngoài lớn hơn nhiệt độ bên trong (ở bên ngoài nhiệt độ giảm từ -7.3℃ xuống - 10.1℃, trong khi bên trong lõi nhiệt độ giảm từ -3.5℃ xuống -6.3℃) vì khi lạnh đông các lớp bên ngoài ẩm sẽ kết tinh trước rồi lần lượt các lớp bên trong, ẩm kết tinh sẽ tách ra làm nồng độ của chúng tăng, dẫn đến nhiệt độ kết tinh của chúng càng giảm Kết thúc giai đoạn này ẩm kết tinh hoàn toàn.
+ Giai đoạn 3 (giai đoạn cân bằng nhiệt): Trong giai đoạn cân bằng nhiệt (từ phút 44 đến phút 120) có sự giảm nhiệt độ từ (-8.2℃) xuống (-27.4℃) Giai đoạn này diễn ra trong 76 phút.
Giai đoạn Cân bằng nhiệt Giai đoạn Kết tinh
0 ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG CHẬM
Tổng thời gian thực hiện lạnh đông mẫu khoai lang trong quá trình lạnh đông chậm là
120 phút, nhiệt độ điểm cuối là -27.4℃.
2.3.2 Độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian của sản phẩm trong quá trình lạnh đông nhanh
Hình 2.11 Đồ thị biểu diễn độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian trong quá trình lạnh đông nhanh
Nhiệt độ trung bình Nhiệt độ ở bề mặt
-50 ĐỘ BIẾN THIÊN NHIỆT ĐỘ THEO THỜI GIAN TRONG QUÁ
-50 ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG NHANH
Nhận xét: Đồ thị động học của quá trình lạnh đông nhanh cho ta thấy, quá trình lạnh đông nhanh diễn ra 3 giai đoạn gồm: giai đoạn làm lạnh, giai đoạn kết tinh và giai đoạn cân bằng nhiệt. + Giai đoạn 1: giai đoạn làm lạnh (từ 0 phút đến 16 phút) Giai đoạn làm lạnh làm giảm nhiệt độ của mẫu khoai lang từ nhiệt độ ban đầu (28.7℃) xuống nhiệt độ (-5.8℃) nhưng ẩm trong mẫu vẫn chưa được kết tinh Giai đoạn quá lạnh trong quá trình lạnh đông nhanh cũng tương tự với lạnh đông chậm giai đoạn này diễn ra trong thời gian rất ngắn nên không thể biểu diễn giai đoạn quá lạnh trên đồ thị Vì vậy so với đồ thị lý thuyết có sự khác biệt.
+ Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh Trong giai đoạn kết tinh (từ phút 16 đến phút 42), nhiệt độ giảm từ (-5.8℃) xuống (-10.6℃) Giai đoạn kết tinh trong quá trình lạnh đông nhanh diễn ra nhanh hơn so với quá trình lạnh đông chậm, nhiệt độ hạ xuống tới (-10.6℃) trong khi lạnh đông chậm chỉ hạ xuống nhiệt độ (-8.2℃) Kết thúc giai đoạn này ẩm kết tinh hoàn toàn.
+ Giai đoạn 3: là giai đoạn cân bằng nhiệt Trong giai đoạn cân bằng nhiệt (từ phút
42 đến phút 100) có sự giảm nhiệt độ từ (-10.6℃) xuống (-38.1℃) Giai đoạn cân bằng nhiệt của quá trình lạnh đông nhanh (58 phút) diễn ra ít thời gian hơn so với lạnh đông chậm (76 phút).
Tổng thời gian thực hiện lạnh đông mẫu khoai lang trong quá trình lạnh đông nhanh là
100 phút, nhiệt độ điểm cuối là -38.1℃ So với quá trình lạnh đông chậm, thời gian diễn ra ở cả 3 giai đoạn của quá trình lạnh đông nhanh diễn ra nhanh hơn.
2.3.3 Đánh giá cảm quan mẫu khoai lang sau quá trình lạnh đông
Hình 2.13 Mẫu khoai lang sau khi lạnh đông chậm (bên trái) và sau khi lạnh đông nhanh
Hình 2.14 Mẫu khoai lang trong quá trình rã đông sau khi lạnh đông chậm (bên trái) và sau khi lạnh đông nhanh (bên phải) Bảng 2.1 Đánh giá cảm quan mẫu khoai lang sau quá trình lạnh đông chậm và lạnh đông nhanh
Chỉ tiêu Lạnh đông chậm Lạnh đông nhanh
Màu sắc Mẫu khoai lang bị sậm màu Mẫu khoai lang có màu sáng
Cấu trúc Mẫu khoai bị mềm, và có hiện tưởng chảy nước Mẫu khoai giữ được độ cứng, và hiện tượng chảy nước ít
Kết quả bài thí nghiệm có sự sai lệch so với lý thuyết Một số nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch kết quả: sai số xảy ra trong quá trình xử lí mẫu, sai số trong quá trình đọc nhiệt độ, sai số trong quá trình canh thời gian Mẫu được cắt theo hình lập phương, tuy nhiên do cắt bằng tay có thể không đồng đều nên dẫn đến sự chênh lệch về mẫu trong quá trình thực nghiệm. Trong quá trình làm thí có sự thất thoát nhiệt khi đo đạc do quá trình canh thời gian không chuẩn, bỏ mẫu vào thiết bị không đồng đều Thông số trên thiết bị cảm biến nhiệt liên tục thay đổi có thể sai lệch về thời gian khi đọc nhiệt độ.
Xét về mặt thời gian, phương pháp lạnh đông nhanh có thời gian lạnh đông mẫu ngắn hơn so với lạnh đông chậm Bởi vì lạnh đông nhanh hạ nhiệt độ nhanh hơn, tiết kiệm được thời gian Xét về mặt cảm quan, mẫu lạnh đông nhanh về màu sắc và cấu trúc vẫn giữ được trạng thái như mẫu tươi, còn mẫu lạnh đông chậm bị biến đổi nhiều Nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi của mẫu lạnh đông chậm là vì thời gian lạnh đông dài nên số tinh thể đá hình thành trong gian bào và tế bào rất ít nên có kích thước lớn, gây cọ xát giữa các tinh thể trong và phẩm, vì vậy sau này khi đưa sản phẩm lạnh đông ra tan giá thì dịch bào trong sản phẩm bị chảy ra ngoài (do màng tế bào rách không giữ lại được).
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua kết quả thu nhận được từ thí nghiệm cho ta thấy, sản phẩm của phương pháp lạnh đông nhanh ưu điểm hơn so với phương pháp lạnh đông chậm Sản phẩm của phương pháp lạnh đông nhanh do có nhiều tinh thể đá được tạo thành ở tế bào và gian bào của nguyên liệu, với kích thước tinh thể rất bé nên không phá hủy cấu trúc tế bào, vì vậy chất lượng sản phẩm vẫn giữ được cấu trúc, màu sắc như sản phẩm tươi.
Theo một cuộc khảo sát ở Hoa Kỳ, doanh số bán thực phẩm lạnh đông đã tăng 21% vào năm 2020; về cơ bản tăng gấp đôi mức tăng trưởng doanh số bán thực phẩm tươi sống trong cùng kỳ (Park, 2021) Trong lĩnh vực lạnh đông, các mặt hàng tương đương gần nhất với thực phẩm tươi sống (cụ thể là thịt, hải sản, trái cây và rau quả lạnh đông) thậm chí còn tăng nhanh hơn, vào năm 2021 tốc độ tăng trưởng các sản phẩm lạnh đông tiếp tục vượt xa thực phẩm tươi (Renner và cộng sự, 2021) Sản phẩm trải qua quá trình lạnh đông giúp hạt chế được hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật, ngăn chặn sự hư hỏng của thực phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm Trong tương lai, thực phẩm lạnh đông ở nước ta cũng sẽ rất phát triển để phù hợp với nhu cầu, và sự phát triển của thế giới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên), Lại Quốc Đạt, Nguyễn Thị Hiền, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Trần Thị Thu Trà (2011) Công nghệ chế biến thực phẩm NXB Đại học Quốc gia.
2 Nguyễn Tấn Dũng (2014) Tài liệu thực hành môn: Thực tập quá trình thiết bị trong công nghệ thực phẩm Bộ môn Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
3 Nguyễn Tấn Dũng (2017) Quá trình lạnh đông ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy thăng hoa Cơ sở khoa học, Hệ thống sấy thăng hoa DS-XX.
4 Nguyễn Tấn Dũng (2016) Quá trình và Thiết bị trong CNHH&TP, Công nghệ lạnh ứng dụng trong thực phẩm NXB ĐHQG TP HCM.
5 Trần Đức Ba (chủ biên), ThS Lê Phước Hùng, Đỗ Thanh Thủy, TS Trần Thu Hà (2009).
Lạnh đông rau quả xuất khẩu Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP HCM.
6 Anne-Marie Roerink (2021) Fresh produce sales remain ahead in first half of 2021, IRIworldwide, June 27, 2021.
7 Park Emily.“FMI: Produce department sales up 11.4% in 2020,” Supermarket Perimeter, April 8, 2021.
8 Renner Barb, Brian Baker, Justin Cook, and Jagadish Upadhyaya (2021) Fresh vs frozen:
The future of fresh in a changing competitive landscape, The deloitte consumer industry center.
THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
TỔNG QUAN
3.1.1 Định nghĩa về thiết bị trao đổi nhiệt
Quá trình truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là một ví dụ của sự truyền nhệt phức tạp Ở đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa 2 lưu chất được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhệt đối lưu từ dòng nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dòng lạnh và thành ống.
+ Trao đổi nhiệt trực tiếp: chỉ xảy ra khi các lưu chất tiếp xúc trực tiếp với nhau Thực tế, trường hợp này phổ biến khi làm nguội chất lỏng nào đó mà không quan tâm đến nồng độ, độ pha loãng, độ tinh khiết, thì thông thường cho nước đá vào Trong trường hợp cần quan tâm đến nồng độ, độ pha loãng, độ tinh khiết, chất lỏng không phản ứng với không khí thì cần phải trải chất lỏng lên bề mặt diện tích lớn, sau đó cho không khí đối lưu trực tiếp để làm nguội Còn nếu chất lỏng phản ứng với không khí thì lúc này không thể sử dụng phương pháp trao đổi nhiệt trực tiếp được mà phải sử dụng phương pháp trao đổi nhiệt gián tiếp (Nguyễn
+ Trao đổi nhiệt gián tiếp: thiết bị trao đổi nhiệt là các loại thiết bị luôn có diện tích bề mặt ngăn cách gữa hai dòng lưu chất nóng và lạnh, T 1 > T 2 với T 1 là nhiệt độ dòng lưu chất nóng, T 2 là nhiệt độ dòng lưu chất lạnh Quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa dòng lưu chất nóng với dòng lưu chất lạnh là nhiệt truyền từ dòng lưu chất nóng sang dòng lưu chất lạnh thông qua bề mặt ngăn cách gữa hai dòng lưu chất Bề mặt ngăn cách giữa hai dòng lưu chất gọi là diện tích trao đổi nhiệt (Nguyễn, 2013).
3.1.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt
3.1.2.1 Căn cứ vào quá trình trao đổi nhiệt
Thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp: hai chất tải nhiệt tiếp xúc với nhau.
Thiết bị trao đổi nhiệt đệm: quá trình trao đổi nhiệt thực hiện trên cùng một bề mặt của vật rắn và tiến hành theo hai giai đoạn nối tiếp nhau Đầu tiên cho chất tải nhiệt nóng tiếp xúc với bề mặt vật rắn (đệm), vật rắn sẽ được đun nóng lên đến một nhiệt độ cần thiết , khi đó ngừng cung cấp chất tải nhiệt nóng, cho chất tải nhiệt lạnh vào, vật rắn sẽ truyền nhiệt cho chất tải nhiệt lạnh.
Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp: nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt khác qua bề mặt phân cách (bề mặt truyền nhiệt).
3.1.2.2 Căn cứ vào tính chất trao đổi nhiệt
Thiết bị trao đổi nhiệt hỗn hợp.
Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt.
Thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt.
3.1.2.3 Căn cứ vào chiều hướng của dòng chảy chất lưu
Thiết bị trao đổi nhiệt xuôi dòng
Thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng
Thiết bị trao đổi nhiệt chéo dòng.
3.1.3 Một số thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp
Dựa vào cấu tạo của bề mặt truyền nhiệt ta có thể chia thiết bị truyền nhiệt gián tiếp thành các loại chính sau.
3.1.3.1 Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc
Hình 3.1 Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc ngoài
Khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng, đặc biệt là những thiết bị bên trong không đặt được ống xoắn, ta thường truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị Một trong những thiết bị loại này là thiết bị vỏ bọc ngoài Vỏ ngoài (2) được ghép chắn chắc vào vỏ thiết bị (1) bằng mặt bích (3) (hoặc hàn bền), giữa hai lớp vỏ tạo thành khoảng trống kín Chất tải nhiệt sẽ vào khoảng trống để đun nóng hoặc làm nguội Chiều cao của vỏ bọc không được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị (Nguyễn, 2015).
+ Cấu tạo gọn, chắc chắn tốn ít kim loại (tính theo một đơn vị truyền nhiệt);
+ Khó chế tạo bằng vật liệu không nong và hàn được như gang hoặc thép silic.
3.1.3.2 Thiết bị truyền nhiệt loại ống
Loại này bề mặt truyền nhiệt có dạng hình ống, căn cứ vào cấu tạo thiết bị và tính chất làm việc, xếp thành các loại như sau.
Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn là một trong những thiết bị đơn giản nhất, nó gồm những ống thẳng nối với nhau bằng ống khuỷu gọi là xoắn gấp khúc Hoặc các ống uốn cong theo hình ren ốc gọi là xoắn ruột gà (Phạm, 2007).
+ Cấu tạo đơn giản có thể làm bằng vật liệu chống ăn mòn;
+ Dễ kiểm tra và sửa chữa.
+ Hệ số truyền nhiệt nhỏ do hệ số cấp nhiệt bên ngoài nhỏ;
+ Khó làm sạch phía trong ống ;
+ Trở lực thủy lực lớn hơn ống thẳng.
Hình 3.2 Một số thiết bị truyền nhiệt dạng ống xoắn 3.1.3.2.2 Loại ống tưới
Loại này thường dùng để làm lạnh và ngưng tụ, chất lỏng phun bên ngoài thường là nước Nước tưới ở ngoài ống chảy lần lượt từ ống trên xuống ống dưới rồi chảy vào máng. Trong trao đổi nhiệt sẽ có khoảng từ 1-2% lượng nước đưa vào tưới bị bay hơi, khi bay hơi nó sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải nhiệt nóng ở trong ống do đó lượng nước dùng làm nguội ở thiết bị này ít hơn so với các thiết bị làm nguội khác.
+ Lượng nước làm lạnh ít;
+ Cấu tạo đơn giản, dễ quan sát và làm sạch bên ngoài ống;
+ Dễ sửa chữa, thay thế.
+ Lượng nước không tưới đều trên toàn bộ bề mặt ống.
(1) Bích nối và ống truyền nhiệt
Hình 3.3 Thiết bị truyền nhiệt dạng ống tưới 3.1.3.2.3 Loại ống lồng ống
Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau, ống trong của đoạn này nối với ống trong của đọan khác và ống ngoài của đoạn này nối thông với ống ngoài của đoạn khác.
Thiết bị này được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp hoá chất vì có ưu điểm là cơ cấu gọn nhẹ, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn gồm vỏ hình trụ, hai đầu hàn với hai lưới ống (vỉ ống), các ống truyền nhiệt được ghép chắc chắn kín vào lưới ống Đáy và nắp được nối với vỏ bằng mặt bích có bu lông bích kín Trên vỏ, nắp và đáy có cửa (nối ống) để dẫn chất tải nhiệt Chất tải nhiệt I đi vào đáy dưới qua các ống từ dưới lên trên và ra khỏi thiết bị, còn chất tải nhiệt II đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng không giữa ống và vỏ rồi ra phía dưới.
(1) Vỏ thiết bị truyền nhiệt
3.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống
3.1.4.1 Giới thiệu và cấu tạo
Thiết bị gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau, ống trong
(1) của đoạn này nối với ống trong của đọan khác và ống ngoài (2) của đoạn này nối thông với ống ngoài của đoạn khác Để dễ thay thế và rửa ống người ta nối bằng khuỷu (3) và ống nối (4) có mặt bích Ống (2) được hàn kín với ống (1) bằng mối hàn (5) Chất tải nhiệt II đi trong ống trong từ dưới lên còn chất tải nhiệt I đi trong ống ngoài từ trên xuống, khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làm việc song song (Nguyễn, 2015).
+ Hệ số truyền nhiệt lớn;
+ Thường được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng với nhau hoặc chất lỏng với môi chất đang sôi hay đang ngưng tụ với khả năng trao đổi nhiệt lớn;
+ Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ rất lớn nên thời gian đạt được yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống.
+ Khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống.
Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống
Hình 3.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng (bên trái) và ngược dòng (bên phải)
3.1.4.2 Đồ thị nhiệt động và nguyên lý làm việc
Hình 3.7 Sự biến thiên nhiệt độ của hai dòng lưu chất theo diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ống lồng ống Nguyên lý hoạt động: Quá trình truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là một ví dụ của sự truyền nhiệt phức tạp Ở đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa 2 lưu chất được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dòng nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dòng lạnh với thành ống.
Quá trình trao đổi nhiệt xảy ra dọc theo chiều dài L (m) hay diện tích trao đổi nhiệt F
(m 2 ) của thiết bị, như vậy sẽ làm nhiệt độ của hai dòng lưu chất nóng và lạnh cũng thay đổi theo (Nguyễn, 2013).
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.1 Dụng cụ và thiết bị
Hệ thống thiết bị thực nghiệm Ấm đun nước Đá
Thiết bị cảm biến nhiệt
3.2.2.1 Quy trình tiến hành thí nghiệm
Thiết bị gồm 2 bể chứa nước: một bể chứa nước nóng và bể còn lại chứa nước lạnh. Nước ở 2 bể được đổ ngập máy bơm Nhiệt độ lưu chất nóng được duy trì trong khoảng 38°C. Nhiệt độ lưu chất lạnh được duy trì trong khoảng 18°C Tiến hành cố định lưu lượng của 1 dòng và thay đổi lưu lượng dòng còn lại Ghi nhận nhiệt độ dòng nóng vào, dòng nóng ra, dòng lạnh vào, dòng lạnh ra sau 20 giây Lặp lại mỗi thí nghiệm 5 lần Thực nghiệm tương tự với thiết bị còn lại.
3.2.2.2.1 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ống lồng ống
+ d (m) là đường kính trung bình của ống trao đổi nhiệt; d d 1 d 2
2 + d 1, d 2 (m) là đường kính trong và đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt;
+ L (m) là chiều dài ống trao đổi nhiệt.
3.2.2.2.2 Vận tốc dòng lưu chất
+ υ (m/s) là vận tốc dòng lưu chất;
+ G (m 3 /s) là lưu lượng dòng lưu chất;
+ F (m 2 ) là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.
3.2.2.2.3 Phương trình cân bằng năng lượng
+ G 1, G 2 (kg/s) là lưu lượng dòng nóng và dòng lưu chất lạnh;
+ C 1, C 2 (J/(kg.K)) là nhiệt dung riêng trung bình của hai dòng nóng và dòng lạnh; + t v1, t r1 (℃) là nhiệt độ vào và ra của dòng nóng;
+ t v2, t r2 (℃) là nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh;
+ Δt tb là độ chênh nhiệt độ trung bình logarit của hai dòng lưu chất nóng và lạnh.
+ Q s (W) là nhiệt lượng tổn thất của thiết bị;
+ Q 1 (W) là nhiệt lượng trao đổi của dòng nóng;
+ Q 2 (W) là nhiệt lượng trao đổi của dòng lạnh.
3.2.2.2.5 Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit của hai dòng lưu chất
3.2.2.2.6 Hệ số truyền nhiệt của thiết bị
Hệ số truyền nhiệt cho vách ngăn nhiều lớp được tính theo công thức (3.7).
+ α 1, α 2 (W/(m2.K)) là hệ số cấp nhiệt ở 2 phía của vách ngăn;
+ r 1, r 2 (m2.K/W) là nhiệt trở của cặn bẩn ở 2 phía của vách ngăn;
+ i (m 2 K/W) là nhiệt trở của vách ngăn thứ i;
+ δ i (m) là bề dày vách ngăn thứ i;
+ λ i (W/(m.K)) là hệ số dẫn nhiệt của vách ngăn thứ i.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.3.1 Nhiệt dung riêng của lưu chất nóng và lạnh
Nhiệt dung riêng của nước được tra ở Bảng I.149, trang 168, Sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất (Tập 1) (Nguyễn và cộng sự, 2006).
Bảng 3.1 Nhiệt dung riêng của nước ở 1 at
Nhiệt dung riêng (kcal/(kg.K)) 1.006 0.999 0.998
Áp dụng phương trình hồi quy, ta tính được nhiệt dung riêng của nước ở 38℃ (C 1) và
3.3.2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ống lồng ống Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt: d 1 = 0.051 (m) Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt: d 2 = 0.089 (m)
Chiều dài ống trao đổi nhiệt: L = 0.8 (m).
3.3.3 Kết quả thực nghiệm trong khảo sát với thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng
Bảng 3.2 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng nóng
Bảng 3.3 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng nóng
Lưu lượng dòng nóng (kg/s)
Lưu lượng dòng lạnh (kg/s)
Bảng 3.4 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng nóng Đại lượng Dòng nóng Dòng lạnh
Vận tốc dòng lưu chất ʋ (m/s) υ 1 0.0000379 υ 2.1 0.0000085 υ 2.2 0.0000180 υ 2.3 0.0000275 υ 2.4 0.0000379 υ 2.5 0.0000739
Q s 5 4.08 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δ t tb Δ t tb 1 1.8 Δ t tb 2 1.7 Δ t tb 3 1.9 Δ t tb 4 1.9 Δ t tb 5 1.5
Bảng 3.5 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng lạnh
Bảng 3.6 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng lạnh
Lưu lượng dòng nóng (kg/s) Lưu lượng dòng lạnh (kg/s)
Bảng 3.7 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng cố định dòng lạnh Đại lượng Dòng nóng Dòng lạnh
Vận tốc dòng lưu chất ʋ (m/s) υ 1.1 0.0000360 υ 2 0.0000540 υ 1.2 0.0000814 υ 1.3 0.0000871 υ 1.4 0.0001013 υ 1.5 0.0001042
Q s 5 8.79 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δ t tb Δ t tb 1 0.4 Δ t tb 2 1.7 Δ t tb 3 1.9 Δ t tb 4 1.6 Δ t tb 5 1.5
Hệ số truyền nhiệt: Dựa trên kết quả, hệ số truyền nhiệt không cố định, nó thay đổi khi vận tốc dòng lưu chất thay đổi Trong thí nghiệm ống lồng ống xuôi dòng – cố định dòng nóng cho thấy khi vận tốc dòng lạnh tăng, hệ số truyền nhiệt K 2 tăng Đối với dòng lạnh được cố định, khi vận tốc dòng nóng tăng cũng kéo theo hệ số truyện nhiệt K 2 tăng nhẹ.
Nhiệt lượng tổn thất: khi vận tốc dòng lưu chất nóng/ lạnh tăng thì nhiệt lượng tổn thất của thiết bị cũng tăng dần.
3.3.4 Kết quả thực nghiệm trong khảo sát với thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng
Bảng 3.8 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng nóng
Bảng 3.9 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng nóng
Lưu lượng dòng nóng (kg/s)
Lưu lượng dòng lạnh (kg/s)
Bảng 3.10 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng nóng Đại lượng Dòng nóng Dòng lạnh
Vận tốc dòng lưu chất ʋ (m/s) υ 1 0.0000076 υ 2.1 0.0000189 υ 2.2 0.0000313 υ 2.3 0.0000417 υ 2.4 0.0000502 υ 2.5 0.0000568
Q 1.2 11.14 Q 2.2 20.70 Đại lượng Dòng nóng Dòng lạnh
Q s 5 9.77 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δ t tb Δ t tb 1 1.6 Δ t tb 2 1.4 Δ t tb 3 1.2 Δ t tb 4 1.0 Δ t tb 5 1.1
Bảng 3.11 Số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng lạnh
Bảng 3.12 Xử lý số liệu truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng lạnh
Lưu lượng dòng nóng (kg/s) Lưu lượng dòng lạnh (kg/s)
Bảng 3.13 Kết quả tính toán quá trình truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng cố định dòng lạnh Đại lượng Dòng nóng Dòng lạnh
Vận tốc dòng lưu chất ʋ (m/s) υ 1.1 0.0000265 υ 2 0.0000303 υ 1.2 0.0000331 υ 1.3 0.0000388 υ 1.4 0.0000426 υ 1.5 0.0000455
Q s 5 18.93 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δ t tb Δ t tb 1 1.2 Δ t tb 2 1.2 Δ t tb 3 1.3 Δ t tb 4 1.4 Δ t tb 5 0.9
Dựa trên kết quả, hệ số truyền nhiệt không cố định, nó thay đổi khi vận tốc dòng lưu chất thay đổi Trong thí nghiệm ống lồng ống ngược dòng – cố định dòng nóng không cho thấy rõ xu hướng giữa vận tốc và hệ số truyền nhiệt K Còn trong thí nghiệm ống lồng ống ngược dòng – cố định dòng lạnh vận tốc dòng nóng tăng, hệ số truyền nhiệt K 1 tăng.
Thông qua bài thí nghiệm, giúp làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống tuy nhiên có một số tác nhân khiến việc đo đạc có xảy ra sai số:
+ Việc điều chỉnh nhiệt độ của bể nóng và bể lạnh bằng nước sôi và đá không duy trì được nhiệt độ một cách chính xác. thấp.
+ Thao tác thí nghiệm và đọc kết quả có phần sai sót.
+ Tuy thiết bị được trao đổi nhiệt dọc theo chiều dài của ống nhưng hiệu suất truyền nhiệt
+ Tổn thất nhiệt khá lớn.
+ Diện tích tiếp xúc giữa lưu chất và ống nhỏ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 PHỤ LỤC
1 Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân Toản, Trần Xoa (2006) Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (Tập 1) NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Thành phố Hà Nội.
2 Nguyễn Tấn Dũng (2013) Các quá trình và thiết bị trong CNHH&TP, Tập 2 Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Phần 1 Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt NXB ĐHQG TPHCM, Thành phố Hồ Chí Minh.
3 Nguyễn Tấn Dũng (2015) Các quá trình và thiết bị trong CNHH&TP, Tập 2 Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Phần 2 Quá trình và thiết bị truyền nhiệt trong công nghệ thực phẩm NXB ĐHQG TPHCM, Thành phố Hồ Chí Minh.
4 Phạm Xuân Toản (2007) Các quá trình và thiết bị trong CNHH&TP, Tập 3 Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Thành phố Hà Nội.
Phụ lục 1: Sự biến thiên khối lượng (G), hàm lượng ẩm (W) và tốc độ sấy (u) theo thời gian (τ) trong quá trình sấy đối lưu khoai lang τ (phút) G (g) W (%) u (kg/(m 2 h))
(τ)trong quá trình sấy hồng ngoại khoai lang τ (phút) G (g) W (%) u (kg/(m 2 h))
Phụ lục 3: Sự biến thiên khối lượng (G), hàm lượng ẩm (W) và tốc độ sấy (u) theo thời gian (τ)trong quá trình sấy lạnh khoai lang τ (phút) G (g) W (%) u (kg/(m 2 h))
760 24.04 7.67 0.0150 lạnh đông chậm khoai lang τ (phút) Nhiệt độ ở tâm (℃) Nhiệt độ ở bề mặt (℃) Nhiệt độ trung bình (℃)
70 -21.9 -22.0 -22.0 τ (phút) Nhiệt độ ở tâm (℃) Nhiệt độ ở bề mặt (℃) Nhiệt độ trung bình (℃)
120 -27.5 -27.2 -27.4 lạnh đông nhanh khoai lang τ (phút) Nhiệt độ ở tâm (℃) Nhiệt độ ở bề mặt (℃) Nhiệt độ trung bình (℃)
70 -31.2 -32.1 -31.7 τ (phút) Nhiệt độ ở tâm (℃) Nhiệt độ ở bề mặt (℃) Nhiệt độ trung bình (℃)
