Mô hình hóa quá trình truyền nhiệt trong quá trình tiệt trùng thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG NGÔ THANH THẮNG MSSV: 2071838 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH TIỆT TRÙNG THỰC PHẨM Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tên đề tài: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH TIỆT TRÙNG THỰC PHẨM Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS Võ Tấn Thành Ngô Thanh Thắng MSSV: 2071838 Lớp: CB0708A2, K33 Cần Thơ, 2011 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ LỜI CAM ĐOAN -oOo Luận văn đính kèm theo sau với đề tài: “Mô hình hóa trình truyền nhiệt trình tiệt trùng thực phẩm” sinh viên Ngô Thanh Thắng thực báo cáo hội đồng chấm luận văn thông qua Giáo viên hướng dẫn Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2011 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD i Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ LỜI CẢM ƠN -oOo Luận văn tốt nghiệp thực tốt nhờ nỗ lực thân, giúp đỡ gia đình, thầy cô bạn bè Con xin gửi đến ba mẹ người thân yêu long biết ơn sâu sắc người làm cho con, để có đầy đủ điều kiện học tập nghiên cứu Xin trân thành cám ơn thầy Võ Tấn Thành tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Để có tất hiểu biết kiến thức quý giá đó, trước tiên xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông Nghiệp & SHƯD, Trường Đại Học Cần Thơ dạy truyền đạt kiến thức liên quan để tiếp thu kiến thức hoàn thành luận văn Trước dứt lời, xin gửi đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm lời chúc sức khoẻ thành đạt Chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực Ngô Thanh Thắng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD ii Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ TÓM LƯỢC Trong nghiên cứu, sử dụng mô hình hộp đen có chứa tham số vật lý (hộp xám) để biểu diễn trình truyền nhiệt từ dung dịch nước sản phẩm đến sản phẩm Thí nghiệm thực với nồng độ muối dung dịch rót từ 2% ÷ 4%, thể tích dịch rót từ 90 ml ÷ 100 ml nhiệt độ rót từ 700C ÷ 900C Để thu liệu động học cho việc mô hình hóa trình truyền nhiệt thí nghiệm “bước” thực với nhiệt độ thay đổi nhiệt độ môi trường khoảng từ 500C ÷ 950C từ 950C ÷ 1050C Trong trình thí nghiệm cảm biến loại T với độ xác 0,010C kết nối với máy tính thông qua Analog chuyển đổi tính hiệu Keithley 2700 Để ghi nhận liệu biến đổi nhiệt độ sản phẩm, nước sản phẩm môi trường với khoảng cách giữ lần ghi 10 giây Thuật toán SRIV lựa chọn để tính toán tham số hàm truyền Kết cho thấy, hàm truyền bậc từ quan hệ nhiệt độ dung dịch nước sản phẩm nhiệt độ tâm sản phẩm thu nhận từ thí nghiệm có hệ số tương quan R2 cao, sai số thấp, có số YIC thấp biểu diễn cho trình truyền Tham số vật lý mô hình sử dụng hàm truyền có liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt, so sánh tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt từ nhiệt độ dung dịch rót hộp đến sản phẩm với điều kiện thí nghiệm tương ứng (nhiệt độ, nồng độ muối, thể tích dịch rót) kết cho thấy tham số có liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt hoàn toàn tuân theo lý thuyết truyền nhiệt Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD iii Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM LƯỢC iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH v DANH SÁCH BẢNG vi CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan 1.2 Mục tiêu nghiên cứu CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Quá trình truyền nhiệt thực phẩm .2 2.2 Các hình thức truyền nhiệt 2.2.1 Truyền nhiệt dẫn nhiệt 2.2.2 Truyền nhiệt đối lưu 2.2.3 Truyền nhiệt xạ nhiệt .3 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt 2.4 Tính chất sản phẩm thực phẩm .4 2.5 Tình hình nghiên cứu CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương tiện nghiên cứu 3.1.1 Địa điểm thực 3.1.2 Phương tiện dùng nghiên cứu .6 3.1.2 Nguyên liệu cá viên 3.2 Phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 3.2.2 Mô tả thí nghiệm 10 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD iv Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ 3.3 Nội dung nghiên cứu 11 3.3.1 Các giả sử nghiên cứu 11 3.3.2 Mô hình hóa trình truyền nhiệt từ nhiệt độ nước sản phẩm truyền nhiệt đến nhiệt độ trung tâm sản phẩm 11 3.4 Mô hình hộp đen có chứa tham số có ý nghĩa vật lý (Data based mechanistic modelling) 13 3.5 Xác định hàm truyền từ liệu thu nhận thực tế 14 3.6 Xây dựng hàm truyền từ định luật trình truyền 15 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 17 4.1 Tính toán tham số hàm truyền bậc 17 4.2 Ý nghĩa vật lý hàm truyền 20 4.3 Kết ảnh hưởng điều kiện chế biến đến tham số truyền nhiệt bề mặt α1 trường hợp nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 21 4.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 trường hợp nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 21 4.3.2 Ảnh hưởng nồng độ rót đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 trường hợp nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 22 4.3.3 Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 trường hợp nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 23 4.4 Kết ảnh hưởng điều kiện chế biến đến tham số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C 24 4.4.1 Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C 24 4.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C 26 4.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C 27 4.5 Mối quan hệ tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α trường hợp nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C trường hợp nhiệt độ 950C ÷ 1050C 28 CHƯƠNG V KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 29 5.1 Kết luận .29 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD v Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ 5.2 Đề nghị 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHỤ LỤC viii Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD vi Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình 3.1: Hệ thống thiết bị tiệt trùng Hình 3.2: Analog chuyển đổi tính hiệu Keithley 2700 .7 Hình 3.3: Hệ thống điều khiển nhiệt độ PID Hình 3.4: Thiết bị tiệt trùng Hình 3.5 Nguyên liệu cá viên Hình 3.6: Sơ đồ nghiên cứu tổng quát Hình 3.7: Hệ thống thiết bị dùng nghiên cứu 10 Hình 3.8 Các cảm biến nhiệt độ gắn vào bao bì sản phẩm: 11 Hình 3.9: Quá trình tiệt trùng ghi nhận liệu cách bố trí mẫu thiết bị tiệt trùng 11 Hình 3.10 Thí nghiệm bước để mô tả trình truyền nhiệt: 12 Hình 3.11 Sơ đồ mô hình hóa “hộp đen” với tham số vật lý có ý nghĩa 12 Hình 3.12 Sơ đồ mô hình hóa trình truyền nhiệt, (1) mô hình hộp đen, (2) mô hình hộp trắng 13 Hình 3.12: Vị trí cảm biến nhiệt độ bố trí vật thể dùng nghiên 15 Hình 4.1: Đồ thị thể ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 22 Hình 4.2: Đồ thị thể ảnh hưởng nồng độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 23 Hình 4.3: Đồ thị thể ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 24 Hình 4.4: Đồ thị thể ảnh hưởng nồng độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 25 Hình 4.5: Đồ thị thể ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 26 Hình 4.6: Đồ thị thể ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 27 Hình 4.7: Mối quan hệ hệ số α1 α2 28 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD vii Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Tổng kết kết nghiên cứu nước liên quan đến đề tài Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng cá viên Bảng 4.1: Kết tính toán tham số mô hình thực thí nghiệm bước từ nhiệt độ 500C ÷ 950C 17 Bảng 4.2: Kết tính toán tham số mô hình thực thí nghiệm bước từ nhiệt độ 500C ÷ 950C 18 Bảng 4.3: Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 21 Bảng 4.4: Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 22 Bảng 4.5: Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 23 Bảng 4.6: Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 nhiệt độ từ 500C ÷ 950C 25 Bảng 4.7: Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C 26 Bảng 4.8: Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C 27 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD viii Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ (X 0,001) 72 0,071 Hệ số, α1 (1/s) 69 66 63 60 57 54 0,054 70,0 90,0 Nhiệt độ (0C) Hình 4.1: Đồ thị thể ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 4.3.2 Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt 1 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C Ảnh hưởng thay đổi nồng độ rót đến hệ số α1 tính toán chi tiết phần phụ lục, giá trị trung bình tính toán biểu thị bảng Bảng 4.4: Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C Nồng độ (%) Hệ số α1 (1/s) 0,066a 0,067a 0,098b Các chữ khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa độ tin cậy 95% Kết Hình 4.2, Bảng 4.4 Bảng phần phụ lục cho thấy thay đổi nồng độ rót, tham số liên quan đến hệ truyền nhiệt bề mặt α1 thay đổi có ý nghĩa mặt thống kê Khi điều kiện nhiệt độ rót, với nồng độ muối rót 2% có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 nhỏ 0,063 (1/s) sau tăng dần đạt giá trị 0,095 (1/s) nồng độ muối rót 4% Khi chất lượng môi trường thay đổi dẫn đến tính chất nhiệt thay đổi từ dẫn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 thay đổi Kết Bảng phần phụ lục ta thấy nồng độ muối rót 4% có khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê so với mức nhiệt độ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 22 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ lại Như vậy, mức nồng độ muối rót 4% khoảng nồng độ ảnh hưởng lớn đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 Mối liên hệ nồng độ muối rót tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt α1 thể Hình 4.2 0,1 0,095 Hệ số, α1 (1/s) 0,09 0,08 0,07 0,063 0,06 2,0 4,0 Nồng độ (%) Hình 4.2: Đồ thị thể ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 4.3.3 Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt 1 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C Ảnh hưởng thay đổi thể tích rót đến hệ số α1 tính toán chi tiết phần phụ lục, giá trị trung bình tính toán biểu thị bảng Bảng 4.5: Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C Thể tích (ml) Hệ số α1 (1/s) 90 0,088b 95 0,073a 100 0,069a Các chữ khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa độ tin cậy 95% Kết Hình 4.3, Bảng 4.5 Bảng phần phụ lục cho thấy thay đổi thể tích rót, tham số liên quan đến hệ truyền nhiệt bề mặt α1 thay đổi có ý nghĩa mặt thống kê Khi thể tích rót 90 ml có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 0,078 (1/s) thể tích rót 100 ml có tham số liên quan đến hệ số truyền Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 23 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ nhiệt bề mặt α1 0,061 (1/s) Thể tích dịch rót thay đổi lên tốc độ truyền nhiệt thay đổi dẫn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 thay đổi Kết Bảng phần phụ lục ta thấy thể tích rót 90 ml có khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê so với mức thể tích lại Như vậy, với thể tích rót 90 ml khoảng thể tích ảnh hưởng lớn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 Mối liên hệ thể tích rót tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt α1 thể Hình 4.3 (X 0,001) 79 0,078 Hệ số, α1 (1/s) 75 71 67 63 0,061 59 90,0 100,0 Thể tích (ml) Hình 4.3: Đồ thị thể ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 4.4 Kết ảnh hưởng điều kiện chế biến đến tham số liên quan hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C 4.4.1 Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt  trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Ảnh hưởng thay đổi nồng độ rót đến hệ số α2 tính toán chi tiết phần phụ lục, giá trị trung bình tính toán biểu thị bảng Bảng 4.6: Ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 24 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ Nồng độ (%) Hệ số α2 (1/s) 0,065b 0,086a 0,137a Các chữ khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa độ tin cậy 95% Kết Hình 4.4, Bảng 4.6 Bảng phần phụ lục cho thấy thay đổi nồng độ rót, tham số liên quan đến hệ truyền nhiệt bề mặt α2 thay đổi có ý nghĩa mặt thống kê Khi điều kiện nhiệt độ rót, với nồng độ muối rót 2% có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 0,071 (1/s) nồng độ muối rót 4% có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 0,142 (1/s) Nhiệt độ gia nhiệt cao truyền nhiệt xảy nhanh dẫn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt thay đổi lớn Kết Bảng 11 phần phụ lục ta thấy nồng độ muối rót 4% khoảng nồng độ ảnh hưởng lớn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Mối liên hệ nồng độ muối rót tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt α2 thể Hình 4.4 (X 0,001) 149 Hệ số, α2 (1/s) 0,142 129 109 89 69 0,071 2,0 Nồng độ(%) 4,0 Hình 4.4: Đồ thị thể ảnh hưởng nồng độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 4.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt  trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ rót đến hệ số α2 tính toán chi tiết phần phụ lục, giá trị trung bình tính toán biểu thị bảng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 25 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ Bảng 4.7: Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Nhiệt độ (0C) Hệ số α2 (1/s) 70 0,078a 80 0,081a 90 0,107b Các chữ khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa độ tin cậy 95% Kết Hình 4.5, Bảng 4.7 Bảng phần phụ cho thấy thay đổi nhiệt độ rót, tham số liên quan đến hệ truyền nhiệt bề mặt α2 thay đổi có ý nghĩa mặt thống kê Khi nhiệt độ rót 700C có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 0,066 (1/s) nhiệt độ rót 900C có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 0,095 (1/s) Vì vậy, nhiệt độ gia nhiệt tăng lên dẫn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt tăng tương ứng Kết Bảng phần phụ lục ta thấy nhiệt độ rót 900C khoảng nhiệt độ rót ảnh hưởng lớn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Mối tương quan nhiệt độ rót tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 thể Hình 4.5 (X 0,001) Hệ số, α2 (1/s) 106 96 0,095 86 76 66 0,066 70,0 Nhiệt độ(0C) 90,0 Hình 4.5: Đồ thị thể ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 4.4.3 Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt  trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Ảnh hưởng thay đổi thể tích rót đến hệ số α2 tính toán chi tiết phần phụ lục, giá trị trung bình tính toán biểu thị bảng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 26 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ Bảng 4.8: Ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Thể tích (ml) Hệ số α2 (1/s) 90 0,109b 95 0,088a 100 0,084a Các chữ khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa độ tin cậy 95% Kết Hình 4.6, Bảng 4.8 Bảng phần phụ lục cho thấy thay đổi thể tích rót, tham số liên quan đến hệ truyền nhiệt bề mặt α2 thay đổi có ý nghĩa mặt thống kê Khi thể tích rót 90 ml có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 0,105 (1/s) thể tích rót 100 ml có tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 0,081 (1/s) Nhiệt độ gia nhiệt thay đổi lên tốc độ truyền nhiệt thay đổi dẫn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt thay đổi Kết Bảng 10 phần phụ lục ta thấy thể tích rót 90 ml khoảng thể tích ảnh hưởng lớn đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Mối liên hệ thể tích rót tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 thể Hình 4.6 (X 0,001) 109 0,105 Hệ số, α2 (1/s) 104 99 94 89 84 0,081 79 90,0 100,0 Thể tích (ml) Hình 4.6: Đồ thị thể ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 27 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ 4.4 Mối quan hệ tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α giai đoạn: giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C đến giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Kết so sánh tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α thể Bảng 13 phần phụ lục Hình 4.7 0.18 0.16 Hệ số α (1/s) 0.14 Hệ số α1 Hệ số α2 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Mẫu thí nghiệm Hình 4.7: Mối quan hệ hệ số α1 α2 Từ kết thể Bảng 13 phần phụ lục Hình 4.7, tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt tìm cho thấy α1 < α2 Nguyên nhân giai đoạn nhiệt độ gia nhiệt thấp giai đoạn 2, tốc độ truyền nhiệt giai đoạn chậm giai đoạn Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 28 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ CHƯƠNG V KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu “mô hình hóa trình truyền nhiệt trình tiệt trùng thực phẩm” rút kết luận sau: + Ở giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C tìm hàm truyền bậc có R2 cao (≈100%), SE nhỏ (0,03 ÷ 0,29) giá trị YIC thấp (-14,46 ÷ -18,85) Vì vậy, hàm truyền bậc có khả biểu thị cho trình truyền + Giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C tìm hàm truyền bậc có R2 cao (> 97%), SE nhỏ (0,00 ÷ 0,23) giá trị YIC thấp (-8,72 ÷ -17,58) Vì vậy, hàm truyền bậc có khả biểu thị cho trình truyền + Giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C đồng dạng phương trình truyền lý thuyết từ tìm tham số α1 chứa hệ số truyền nhiệt km có khả ứng dụng để kiểm soát nhiệt độ sản phẩm + Giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C đồng dạng phương trình truyền lý thuyết từ tìm tham số α2 chứa hệ số truyền nhiệt km có khả ứng dụng để kiểm soát nhiệt độ sản phẩm + Điều kiện chế biến ảnh hưởng đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α với nhiệt độ rót, nồng độ muối rót tăng dẫn đến hệ số α tăng tương ứng + Ở hai giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C ta có α1 < α2 điều phù hợp với lý thuyết truyền nhiệt 5.2 Đề nghị - Sử dụng thêm cảm biến nhiệt độ để đo khoảng không áp suất phía hộp để kiểm soát trình xác - Sử dụng mô hình hóa trình truyền nhiệt từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ dung dịch nước sản phẩm nhằm kiểm soát nhiệt độ dễ dàng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 29 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Hồ Sưởng (1982), Vi sinh vật bảo quản chế biến thực phẩm, NXB Nông nghiệp Nguyễn Trọng Cẩn Nguyễn Lệ Hà (2000), Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Huy Sinh (2006), Giáo trình nhiệt học, NXB Giáo dục Nguyễn Thị Phương Linh (2010), Phát triển phương pháp đoán nhiệt độ sản phẩm trực tuyến trình cấp đông sản phẩm chế biến từ thủy sản, luận văn cao học trường đại học Cần Thơ Luận văn cao học Lê Thị Hoa Xuân (2010), Phát triển phương pháp đoán nhiệt độ sản phẩm nhằm tính toán trị số trùng F value trực tuyến không gian ba chiều (3D) thiết bị trùng, luận văn cao học trường đại học Cần Thơ Tiếng anh Vo Tan Thanh, Erik Vranken, Daniel Berckmans (2008), Data-based mechanistic modelling of threedimensional temperature in ventilated rooms filled with biological material, Journal of Food Engineering 86 (2008) 422-432 V.T.Thanh A Van Brecht1; E Vranken1; D Berckmans1 (2007), Modelling of three-dimensional air temperature distributions in porous media, Biosystems Engineering (2007) 96 (3), 345- 360 P.C Young, H Garnier (2006), Identification and estimation of continuous-time, data-based mechanistic (DBM) models for environmenal systems, Environmental modelling & Software 21 (2006) 1055- 1072 R Simpson, A Teixeira, S Almonacid (2007), Advances with intelligen on-line retort control and automation in thermal processing of canned foods, Food Control 18 (2007) 821- 833 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 30 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ PHỤ LỤC PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỐNG KÊ Kết phân tích thống kê thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 giai đoạn nhiệt độ từ 500C ÷ 950C Bảng 3: Phân tích phương sai ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 giai đoạn nhiệt độ từ 500C ÷ 950C Analysis of Variance for he so α1 Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value A:nongdo 0.00467222 0.00467222 58.59 0.0000 B:thetich 0.00160556 0.00160556 20.14 0.0003 C:nhietdo 0.00125 0.00125 15.68 0.0010 Total error 0.00135556 17 0.0000797386 Total (corr.) 0.0114 26 Bảng 4: Kiểm định LSD ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 Multiple Range Tests for he so α1 by nhietdo Method: 95.0 percent LSD nhietdo Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups 70 0.0677778 0.00361752 X 80 90 9 0.0711118 0.0844444 0.00361752 0.00361752 X X Bảng 5: Kiểm định LSD ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 Multiple Range Tests for heso α1 by thetich Method: 95.0 percent LSD Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD ix Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ thetich Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups 100 0.0688889 0.00361752 X 95 0.0733333 0.00361752 X 90 0.0877778 0.00361752 X Bảng 6: Kiểm định LSD ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 Multiple Range Tests for heso α1 by nongdo Method: 95.0 percent LSD nongdo Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups 0.0655556 0.00361752 X 0.0666667 0.00361752 X 0.0977778 0.00361752 X Bảng 7: Kết tối ưu ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 giai đoạn nhiệt độ từ 500C ÷ 950C Optimize Response Goal: maximize he so α1 Optimum value = 0.123333 Factor Low High Optimum nongdo 2.0 4.0 4.0 thetich 90.0 100.0 90.0 nhietdo 70.0 90.0 90.0 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD x Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ 1.1 Kết phân tích thống kê thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α1 giai đoạn nhiệt độ từ 500C ÷ 950C A:nongdo + - B:thetich C:nhietdo Mức độ ảnh hưởng Hình 1: Ảnh hưởng yếu tố đến tham số α1 Kết phân tích thống kê thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 giai đoạn nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C Bảng 8: Phân tích phương sai ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 giai đoạn nhiệt độ từ 950C ÷ 1050C Analysis of Variance for heso α2 Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value A:nongdo 0.0234722 0.0234722 53.09 0.0000 B:thetich 0.00293889 0.00293889 6.65 0.0195 C:nhietdo 0.00375556 0.00375556 8.49 0.0097 Total error 0.00751667 17 0.000442157 Total (corr.) 0.0448667 26 Bảng 9: Kiểm định LSD ảnh hưởng nồng độ muối rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Multiple Range Tests for he so α2 by nhietdo Method: 95.0 percent LSD Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD xi Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 nhietdo 70 80 90 Count 9 LS Mean 0.0777778 0.0812222 0.106667 Trường đại học Cần Thơ LS Sigma 0.00841075 0.00841075 0.00841075 Homogeneous Groups X X X Bảng 10: Kiểm định LSD ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Multiple Range Tests for heso α2 by thetich Method: 95.0 percent LSD thetich Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups 100 0.0833333 0.00841075 X 95 0.0884444 0.00841075 X 90 0.108889 0.00841075 X Bảng 11: Kiểm định LSD ảnh hưởng thể tích rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 Multiple Range Tests for heso α2 by nongdo Method: 95.0 percent LSD nongdo Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups 0.0644444 0.00841075 X 0.0855556 0.00841075 X 0.136667 0.00841075 X Bảng 12: Kết tối ưu ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 giai đoạn nhiệt độ từ 950C đến 1050C Optimize Response Goal: maximize heso α2 Optimum value = 0.189444 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD xii Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ Factor Low High Optimum nongdo thetich 2.0 90.0 4.0 100.0 4.0 90.0 nhietdo 70.0 90.0 90.0 2.1 Kết phân tích thống kê thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ rót, thể tích rót nhiệt độ rót đến tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α2 giai đoạn nhiệt độ từ 950C đến 1050C A:nongdo C:nhietdo + - B:thetich Mức độ ảnh hưởng Hình 2: Ảnh hưởng yếu tố đến tham số α2 Mối quan hệ tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt α giai đoạn: giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C đến giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Bảng 13: Tham số mô hình α giai đoạn: giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 500C ÷ 950C giai đoạn trường hợp nhiệt độ thay đổi từ 950C ÷ 1050C Nhiệt độ (0C) Nồng độ (%) Thể tích (ml) 700C 2 700C Mẫu Hệ số α (1/s) Hệ số α1 Hệ số α2 90 0,06 0,08 95 0,05 0,07 700C 100 0,04 0,06 700C 90 0,07 0,09 700C 95 0,06 0,08 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD xiii Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ 700C 100 0,05 0,06 700C 90 0,10 0.12 700C 95 0,08 0,10 700C 100 0,07 0,09 10 800C 90 0,07 0,09 11 800C 95 0,06 0,08 12 800C 100 0,05 0,07 13 800C 90 0,09 0,11 14 800C 95 0,08 0,09 15 800C 100 0,07 0,08 16 800C 90 0,13 0,15 17 800C 95 0,12 0,13 18 800C 100 0,08 0,10 19 900C 90 0,09 0,11 20 900C 95 0,07 0,09 21 900C 100 0,05 0,07 22 900C 90 0,11 0,13 23 900C 95 0,10 0,11 24 900C 100 0,08 0,09 25 900C 90 0,15 0,17 26 900C 95 0,13 0,15 27 900C 100 0,10 0,12 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD xiv [...]... độ thấp Trong đó có hai quá trình truyền nhiệt là truyền nhiệt ổn định và truyền nhiệt không ổn định - Truyền nhiệt ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt lượng không thay đổi trong suốt quá trình truyền (không phụ thuộc vào thời gian) - Truyền nhiệt không ổn định là quá trình truyền nhiệt mà nhiệt lượng thay đổi khi truyền nhiệt từ vị trí này sang vị trí khác (nhiệt độ sản phẩm là hàm số của không... số truyền nhiệt bề mặt (Thanh et al., 2008) Tuy nhiên chưa có thấy nghiên cứu nào liên quan đến kiểm soát nhiệt độ của các vật thể lơ lửng ở bên trong hộp trong quá trình tiệt trùng Việc phát triển đề tài mô hình hóa quá trình truyền nhiệt trong quá trình tiệt trùng thực phẩm là rất cần thiết, nhằm kiểm soát nhiệt độ sản phẩm bên trong hộp tiến tới chế biến sản phẩm an toàn Ngành Công Nghệ Thực Phẩm. .. 2006) 2.2 Các hình thức truyền nhiệt Sự truyền nhiệt diễn ra dưới 3 hình thức: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt (tia hồng ngoại) Trong đó, dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt là hai hình thức truyền nhiệt chủ yếu trong quá trình tiệt trùng thực phẩm Tất cả vật liệu, bao gồm cả không khí, vật liệu xây dựng (chẳng hạn như gỗ, kính nhựa và vật liệu cách nhiệt) và thực phẩm đều có hình thức truyền nhiệt như... được thực hiện: + Mô hình tìm tham số có ý nghĩa vật lý trong mô hình có thể để kiểm soát nhiệt độ sản phẩm bên trong hộp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 1 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Quá trình truyền nhiệt trong thực phẩm Truyền nhiệt là quá trình di chuyển nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Trong. .. vì vậy đề tài Mô hình hóa quá trình truyền nhiệt trong quá trình tiệt trùng thực phẩm giúp kiểm soát nhiệt độ mà không cần đo đạc nhiệt độ của sản phẩm một cách chính xác làm tiện lợi cho quá trình kiểm soát nhiệt độ trong quá trình sản xuất 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là kiểm soát nhiệt độ của sản phẩm với đồ hộp có chứa các chất rắn lơ lửng trong dung dịch Để thực hiện được... Các giả sử trong nghiên cứu + Nhiệt độ của nước và vật thể bên trong hộp đồng nhất và một nhiệt độ khác biệt chấp nhận + Tính chất của thực phẩm ít thay đổi (nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng) và xem như không có sự khác biệt ở bên trong hộp sản phẩm trong quá trình tiệt trùng 3.3.2 Mô hình hóa quá trình truyền nhiệt từ nhiệt độ dung dịch nước sản phẩm truyền nhiệt đến nhiệt độ trung... truyền thực tế với R2 cao, độ lệch chuẩn thấp, YIC thấp Đồng dạng hàm truyền thực tế và hàm truyền lý thuyết (2) Lý thuyết (Mechanistic phase) Từ các phương trình truyền lý thuyết Biến đổi tìm các hàm truyền tương ứng (hàm truyền lý thuyết) Tham số có ý nghĩa vật lý biểu thị cho quá trình Hình 3.12 Sơ đồ mô hình hóa quá trình truyền nhiệt, (1) Mô hình hộp đen, (2) Mô hình hộp trắng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm. .. Vị trí cảm biến nhiệt độ được bố trí trong vật thể dùng trong nghiên cứu Cân bằng nhiệt độ cho hệ thống có một vật thể trong vùng môi trường kiểm soát Quá trình truyền nhiệt từ nhiệt độ dung dịch nước sản phẩm đến tâm sản phẩm phụ thuộc vào vận tốc của dòng chất lỏng và đặc tính của môi trường truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt từ nhiệt độ dung dịch nước sản phẩm vào sản phẩm bên trong hộp có thể... thực phẩm và hiệu quả sử dụng thiết bị 2.2.2 Truyền nhiệt do đối lưu Là quá trình truyền nhiệt từ lưu chất đến vật thể khi có sự khác biệt nhiệt độ giữa dòng lưu thể và vật thể Khác với tính toán truyền nhiệt do dẫn nhiệt Tính toán các quá trình truyền nhiệt do đối lưu dựa trên việc giải các phương trình thực nghiệm với các thực nghiệm và phân tích thứ nguyên Phương trình truyền nhiệt trong đối lưu nhiệt. .. gian nâng và giữ nhiệt ổn định là 40 phút Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & SHƯD 10 Luận văn tốt nghiệp khóa 33 - 2011 Trường đại học Cần Thơ Quá trình thí nghiệm tiệt trùng được biểu diễn theo các Hình 3.8 và Hình 3.9 Hình 3.8: Các cảm biến nhiệt độ được gắn vào bào bì và sản phẩm Hình 3.9: Quá trình tiệt trùng ghi nhận dữ liệu và cách bố trí mẫu trong thiết bị tiệt trùng 3.3 Nội dung ... LIỆU 2.1 Quá trình truyền nhiệt thực phẩm Truyền nhiệt trình di chuyển nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Trong có hai trình truyền nhiệt truyền nhiệt ổn định truyền nhiệt không... bước để mô tả trình truyền nhiệt: 12 Hình 3.11 Sơ đồ mô hình hóa “hộp đen” với tham số vật lý có ý nghĩa 12 Hình 3.12 Sơ đồ mô hình hóa trình truyền nhiệt, (1) mô hình hộp đen, (2) mô hình. .. Các hình thức truyền nhiệt Sự truyền nhiệt diễn hình thức: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt xạ nhiệt (tia hồng ngoại) Trong đó, dẫn nhiệt đối lưu nhiệt hai hình thức truyền nhiệt chủ yếu trình tiệt trùng