Sấy là một công đoạn sau thu hoạch để bảo quản sản phẩm, làm giảm hàm lượng ẩm trong sản phẩm, tăng thời gian bảo quản cũng như hạn chế được sự phát triển của hệ vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm. Các phương pháp sấy Sấy được phân thành hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo. Sấy tự nhiên Sấy tự nhiên là quá trình bốc hơi nước bằng năng lượng mặt trời hay gió. Đây là phương pháp không tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí cho việc sấy. Tuy nhiên năng suất của phương pháp thấp do chúng ta không thể chủ động điều chỉnh năng lượng sấy cũng như thời gian sấy (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004). Sấy nhân tạo Sấy nhân tạo là quá trình sấy được thực hiên trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy. Tùy vào phương pháp truyền nhiệt mà phân loại: Sấy đối lưu: không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO THỰC TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: ThS Hồ Thị Thu Trang Nhóm 2: Phạm Thị Thu Hà 16116122 Hồ Thị Trúc Linh 16116144 Võ Ngọc Anh Thư 16116255 Đào Lê Thủy Tiên 16116181 TP Hồ Chí Minh 04/2019 MỤC LỤC BÀI THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM 1 Tổng quan .1 1.1 Tổng quan sấy .1 1.2 Tổng quan vật liệu ẩm 1.2.1 Phân loại vật liệu ẩm 1.2.2 Các dạng liên kết ẩm với vật liệu .6 1.3 Tổng quan nguyên liệu sấy Mục đích thí nghiệm Dụng cụ - thiết bị Tiến hành thí nghiệm .9 4.1 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm .9 4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm Kết bàn luận .11 5.1 Kết thí nghiệm 11 5.1.1 Kết phương pháp sấy hồng ngoại .11 5.1.2 Sấy đối lưu 15 5.1.3 Sấy lạnh .18 5.2 Bàn luận 22 5.2.1 Bàn luận kết thí nghiệm .22 5.2.2 Bàn luận tính chất cảm quan 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 BÀI THÍ NGHIỆM LẠNH ĐƠNG THỰC PHẨM .28 Tổng quan .28 1.1 Q trình lạnh đơng .28 1.2 Các phương pháp lạnh đông 28 1.3 Tổng quan nguyên liệu lạnh đông 29 1.4 Tính chất vật lí thực phẩm 30 1.6 Cơ sở khoa học lạnh đông thực phẩm 31 1.5 Tính chất vật lí hóa học thực phẩm 34 1.7 Những biến đổi thực phẩm làm đông .34 1.8 Thành phần hóa học thực phẩm ảnh hưởng đến q trình truyền lạnh đơng .37 1.9 Môi trường làm đông thực phẩm 38 1.10 Mạ băng sản phẩm đông lạnh 38 1.10 Các phương pháp làm đông chia theo dạng sản phẩm 40 1.11 Bảo quản sản phẩm đông lạnh: 41 1.12 Tan giá sản phẩm đông lạnh 43 Mục đích thí nghiệm 45 Dụng cụ, thiết bị nguyên liệu thực nghiệm 46 Cơ sở lí thuyết .46 Tiến hành thí nghiệm 47 Kết bàn luận .48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 BÀI THÍ NGHIỆM TRÙN NHIỆT ỚNG LỜNG ỚNG 59 Tổng quan .59 1.1 Phương thức trao đổi nhiệt 59 1.2 Sự chuyển động lưu chất 59 1.3 Chế độ chuyển động của lưu chất 60 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt .62 Mục đích thí nghiệm 65 Dụng cụ thiết bị thực .66 Phương pháp tiến hành thực nghiệm 66 Kết bàn luận .67 5.1 Kết .67 5.1.1 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống xi dòng 67 5.1.2 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng 72 5.2 Bàn luận 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .79 DANH MỤC BẢNG Bài THÍ NGIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM Bảng 1.1 Bảng số liệu phương pháp sấy hồng ngoại 12 Bảng 1.2 Bảng số liệu phương pháp sấy đối lưu 15 Bảng 1.3 Bảng số liệu phương pháp sấy lạnh .18 Bảng 1.4 Ưu, nhược điểm ba phương pháp sấy sử dụng 22 Bảng 1.5 Đánh giá cảm quan mẫu sấy củ cải 25 Bài THÍ NGHIỆM LẠNH ĐƠNG THỰC PHẦM Bảng 2.1 Bảng số liệu nhiệt độ lạnh đông củ cải trắng .48 Bài THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG Bảng 3.2 Số liệu thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng 67 Bảng 3.3 Số liệu thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng .72 DANH MỤC HÌNH Bài THÍ NGIỆM SẤY VẬT LIỆU Ẩ Hình 1.1 Tủ sấy đối lưu Hình 1.2 Hệ thống sấy hồng ngoại Hình 1.3 Hệ thống sấy lạnh Hình 1.4 Hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp Hình 1.5 Củ cải trắng Hình 1.6 Sơ đồ thực nghiệm trình sấy Hình 1.7 Đường cong sấy W = f (τ) 10 Hình Đường cong tốc độ sấy u = f(W) 11 Hình 1.9 Đường cong sấy hồng ngoại củ cải trắng .13 Hình 1.10 Đường cong tốc độ sấy hồng ngoại củ cải trắng 14 Hình 1.11 Đường cong sấy đối lưu củ cải trắng .16 Hình 1.12 Đường cong tốc độ sấy đối lưu củ cải trắng 17 Hình 1.13 Đường cong sấy lạnh củ cải trắng 20 Hình 1.14 Đường cong tốc độ sấy lạnh củ cải trắng .21 Hình 1.15 Mẫu củ cải trắng trước sấy 24 Hình 16 Sản phẩm củ cải trắng sấy hồng ngoạ 24 Hình 1.17 Sản phẩm củ cải trắng sấy đối lưu .25 Hình 1.18 Sản phẩm củ cải trắng sấy lạnh 25 Bài THÍ NGHIỆM LẠNH ĐƠNG THỰC PHẦM Hình Củ cải trắng 29 Hình 2 Hình dạng củ cải trước lạnh đơng 30 Hình Quan hệ nhiệt độ môi trường lạnh với độ nước tương đối 36 Hình Quá trình lạnh đơng thực phẩm 46 Hình Sơ đồ tiến hành thí nghiệm 47 Hình Đồ thị đường cong lạnh đơng củ cải .53 Hình Củ cải trước sau lạnh đông 55 Bài THÍ NGHIỆM TRÙN NHIỆT ỚNG LỜNG ỚNG Hình 1Khơng khí chuyển động tự nhiên 60 Hình Khơng khí chuyển động cưỡng bức .60 Hình 3Mô tả chế độ dòng chảy 61 Hình Thiết bị trao đổi nhiệt cùng chiều 63 Hình Thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều .63 Hình 6Thiết bị trao đởi nhiệt chéo 63 Hình Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 64 Hình Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống dùng thí nghiệm 65 BÀI THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM Tổng quan 1.1 Tổng quan sấy Sấy công đoạn sau thu hoạch để bảo quản sản phẩm, làm giảm hàm lượng ẩm sản phẩm, tăng thời gian bảo quản hạn chế phát triển hệ vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm Các phương pháp sấy Sấy phân thành hai loại: sấy tự nhiên sấy nhân tạo Sấy tự nhiên Sấy tự nhiên trình bốc nước lượng mặt trời hay gió Đây phương pháp khơng tiêu tốn nhiều lượng chi phí cho việc sấy Tuy nhiên suất phương pháp thấp chủ động điều chỉnh lượng sấy thời gian sấy (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) Sấy nhân tạo Sấy nhân tạo trình sấy thực hiên thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy Tùy vào phương pháp truyền nhiệt mà phân loại: Sấy đối lưu: khơng khí nóng khói lị dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm vật sấy bay theo tác nhân sấy Không khí chuyển động chiều, ngược chiều cắt ngang dòng chuyển động sản phẩm Sấy đối lưu thực theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục Trang Hình 1.1 Tủ sấy đối lưu Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) Sấy tia hồng ngoại: Sấy tia hồng ngoại phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) Hình Hệ thống sấy hồng ngoại Sấy lạnh: phương pháp sấy điều kiện nhiệt độ độ ẩm tác nhân sấy thấp nhiều so với môi trường Nhiệt độ thấp để đảm bảo đặc tính cảm quan thực phẩm ẩm thấp để tạo chênh lệch ẩm cho ẩm vật liệu thoát dễ dàng Trang Hình 1.3 Hệ thống sấy lạnh Sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa trình tách ẩm khỏi vật sấy thăng hoa nước Quá trình thăng hoa trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể Ở điều kiện bình thường, ẩm thực phẩm dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần chuyển sang thể rắn phương pháp lạnh đơng Chính nên phương pháp cịn gọi phương pháp Sấy lạnh đơng (Freeze Drying hay Lyophillisation) Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu Sấy chân không: phương pháp sấy vật liệu không chịu nhiệt độ cao dễ bị oxy hố Hình 1.4 Hệ thống sấy chân không nhiệt độ thấp Sấy tầng sôi: dùng không khí nóng thổi từ đáy buồng, thổi bùng lớp vật liệu lên làm vật liệu trạng thái lơ lửng gọi tầng sôi Sấy phun: nguyên liệu nhập vào thiết bị vào vòi phun thành hạt sương, tác nhân sấy trộn lẫn vào tách ẩm Các yếu tố phân biệt phương pháp sấy Trang Do điều kiện sấy trường hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau, có nhiều cách phân loại phương pháp sấy Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy khơng khí thiết bị sấy khói lị, ngồi cịn có thiết bị sấy phương pháp đặc biệt sấy thăng hoa, sấy tia hồng ngoại hay dòng điện cao tần (Nguyễn Tấn Dũng, 2013) Dựa vào áp suất làm việc: sấy chân không, thiết bị sấy áp suất thường (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy xạ (Nguyen Tan Dzung, 2012) Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi… (Nguyễn Tấn Dũng, 2013) Dựa vào chiều chuyển động tác nhân sấy vật liệu sấy: chiều, nghịch chiều giao chiều (Nguyễn Tấn Dũng, 2013) Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy Tốc độ sấy phụ thuộc vào số yếu tố sau (Nguyễn Tấn Dũng, 2013): Bản chất vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm Hình dáng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, chiều dày lớp vật liệu Diện tích bề mặt riêng vật liệu lớn tốc độ sấy nhanh Độ ẩm ban đầu, độ ẩm cuối độ ẩm tới hạn vật liệu Chênh lệch nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối khơng khí sấy, nhiệt độ cuối cao nhiệt độ trung bình khơng khí cao, tốc độ sấy tăng Nhưng nhiệt độ cuối khơng nên q cao không sử dụng triệt để nhiệt Độ ẩm, nhiệt độ tốc độ khơng khí Tính chất tác nhân sấy Tốc độ sấy phụ thuộc lớn vào cấu tạo máy sấy, phương thức chế độ sấy Tác nhân sấy Trang Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Khi sấy, môi trường buồng sấy ln bổ sung ẩm từ vật liệu ẩm Nếu lượng ẩm không mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên, đến lúc đạt giá trị cân q trình ẩm ngưng lại Do với việc cung cấp nhiệt độ cho vật liệu để hoá ẩm phải đồng thời tải ẩm thoát khỏi buồng sấy (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) Trong trình sấy tác nhân sấy thường chất khí như: khói, q nhiệt nhiều khơng khí có giá thành rẻ nguồn tài ngun vơ tận bầu khí Ngồi ra, cịn sử dụng tác nhân sấy chất lỏng loại dầu hay số loại muối nóng chảy (Nguyễn Tấn Dũng, 2013) Đợng lực q trình sấy Q trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu (Nguyen Tan Dzung, Trinh Van Dzung, Tran Duc Ba, 2012) Động lực trình sấy chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu (Nguyễn Tấn Dũng, 2013) Quá trình khuếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước mơi trường khơng khí xung quanh (Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, 2004) 1.2 Tổng quan vật liệu ẩm 1.2.1 Phân loại vật liệu ẩm Vật liệu ẩm vật liệu có cấu trúc xốp mao dẫn (do hấp phụ nước) Tuỳ đặc tính vật liệu mà tính liên kết hay hấp phụ nước khác Dựa vào đặc điểm này, người ta chia vật liệu thành ba loại sau (Nguyễn Tấn Dũng, 2016): Vật liệu keo: Đặc tính lưu biến loại vật liệu có tính đàn hồi, hút ẩm trương phồng nở tách ẩm co lại Đối với loại thực phẩm chứa hàm lượng tinh bột lipid nhiều thường có tính keo Trong tự nhiên nhiều loại vật liệu có tính đàn hồi lớn nên khó tách ẩm trình sấy Trang - Thiết bị trao đổi nhiệt chiều: - Hình Thiết bị trao đổi nhiệt cùng chiều Thiết bị trao nhiệt ngược chiều: - Hình Thiết bị trao đởi nhiệt ngược chiều Thiết bị trao đổi nhiệt chéo nhau: Hình 6Thiết bị trao đổi nhiệt chéo Trang 60 Trong thực tế sản xuất ba loại thiết bị trao đổi nhiệt xi dịng, ngược dịng, chéo thường sử dụng phổ biến Tùy theo yêu cầu công nghệ đặt mà sử dụng loại thiết bị cho phù hợp Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống TBTĐN kiểu ống nhiệt loại TBTĐN dùng ống nhiệt để truyền tải nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Mơi chất ống nhiệt nhân nhiệt từ chất lỏng 1, sơi hố thành bão hồ khơ, truyền đến vùng tiếp xúc chất lỏng 2, ngưng thành lỏng quay vùng nóng để lặp lại chu trình Trong ống nhiệt, mơi chất sơi, ngưng chuyển động tuần hồn, tải lượng nhiệt lớn từ chất lỏng đến chất lỏng Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, đoạn có hai ống lồng vào nhau, ống (1) đoạn nối với ống đoạn khác ống (2) đoạn nối thơng với ống ngồi đoạn khác Để dễ thay rửa ống người ta nối khuỷa (3) ống nối (4) có mặt bích Ớng (2) hàn kín với ống (1) mối hàn (5) (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) Một ống có đường kính lớn bọc nhiều ống nhỏ bên trong, gồm nhiều ống nối tiếp với nhau, đoạn có hai đoạn ống lồng vào Ớng trơn có cánh dọc theo chiều dài ống (Lý Ngọc Minh, 2007) Hình Thiết bị trao đởi nhiệt ống lồng ống Ngun lí hoạt động: Dung dịch đưa vào đáy buồng chảy ống truyền nhiệt ống trung tâm Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn ta vận tốc lớn cho hai chất tải nhiệt, cấu tạo đơn giản (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) Trang 61 Nhược điểm: Cồng kềnh, giá thành cao tốn nhiều kim loại, khó làm khoảng trống hai ống (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) Ở nước ta, nhiều doanh nghiệp sử dụng thiết bị TĐN ống lồng ống qui trình cơng nghệ ngành cơng nghiệp sản xuất đồ hộp thực phẩm Ví dụ để sản xuất loại nước nho ép từ nho đỏ, loại trái có hiệu phịng tránh bệnh nhiễm trùng đường tiết niệu, chữa thấp khớp, tim mạch…, trình sản xuất, nước nho cần phải trùng để tiêu diệt hệ vi sinh vật vơ hoạt enzyme, lúc người ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, bố trí ngồi lỏng cấp nhiệt nóng, nguyên liệu Ngoài ra, thiết bị TĐN ống lồng ống sử dụng nhiều lĩnh vực khác ngành cơng nghiệp cơng nghiệp hóa học, lĩnh vực vui chơi giải trí, dịch vụ du lịch, sinh hoạt, ngành giao thông vận tải, ứng dụng ngành hóa, ngành y tế, nhà máy nhiệt điện nhà máy điện hạt nhân, nghiên cứu phịng thí nghiệm… Hình Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống dùng thí nghiệm Mục đích thí nghiệm - Làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, dụng cụ đo nhiệt độ lưu lượng lưu chất Trang 62 - Thiết lập cân nhiệt lượng - Xác định hệ số truyền nhiệt trình truyền nhiệt dịng nóng lạnh, qua vách kim loại, chế độ chảy khác Dụng cụ thiết bị thực - Hệ thống thiết bị thí nghiệm - Nồi đun nước có điện trở gia nhiệt - Bơm nước lên hệ thống - Lưu lượng kế - Dụng cụ đo nhiệt độ Phương pháp tiến hành thực nghiệm Tiế n hà nh thí nghiệ m vớ i cá c loạ i ố ng c vớ i chế độ dò ng chả y c Cụ thể sau: - Với loại ống tiến hành thí nghiệm với giá trị lưu lượng dịng nóng - Ứng với giá trị dịng nóng, ta đo giá trị dòng lạnh Đọc nhiệt độ dòng ra, vào ứng với trường hợp cụ thể Phương trình cân lượng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống sau: Q = G1C1(tV1 – tR1) = G2C2(tR2 – tV2) = K.F.ttb (W) Với: G1, G2 (kg/s) lưu lượng dịng nóng dòng lưu chất lạnh C1, C2 (J/(Kg.K)) nhiệt dung riêng trung bình hai dịng nóng dịng lạnh tV1, tR1 (˚C) nhiệt độ vào dịng nóng tV2, tR2 (˚C) nhiệt độ vào dịng lạnh F (m2) diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị K (W/(m2.K)) hệ số truyền nhiệt thiết bị ttb độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit hai dịng lưu chất nóng lạnh F = d.L (m2) Trong đó: d (m) đường kính trung bình ống trao đổi nhiệt d = (d1 + d2)/2 d1, d2 (m) đường kính đường kính ngồi ống trao đổi nhiệt Trang 63 L (m) chiều dài ống trao đổi nhiệt ttb = Kết bàn luận 5.1 Kết Chiều dài ống = 80 (cm) = 0.8 (m) Chu vi ống lớn = 28 (cm) = 0.28 (m) Đường kính ống lớn (d1) = 0.28/3.14 = 0.089 (m) Chu vi ống nhỏ = 16 (cm) = 0.16 (m) Đường kính ống nhỏ (d2) = 0.16/3.14 = 0.051 (m) Nhiệt dung riêng lượng nhiệt thêm vào lấy đơn vị khối lượng thực phẩm để nhiệt độ biến đổi 1˚C hay (1 K) Nhiệt dung riêng nước 4.186 kJ/(kg.K) hay 4186 J/(kg.K) (Nguyễn Tấn Dũng, 2013) 5.1.1 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống xi dòng Hình 3.9 Sơ đồ chuyển động dòng lưu chất chuyển động xuôi dòng Bảng Số liệu thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng t1 t2 t4 o G1 (kg/phút) G2 (kg/phút) t ( C) (oC) (oC) (oC) 1.08 0.52 35.6 34.6 14.4 16.5 1.08 0.77 34.4 33.2 13.9 15.6 1.19 0.8 35.1 34.2 19.5 20.8 1.19 0.88 36.1 35.1 19.4 20.5 1.19 0.44 35 34.3 18.3 20.3 0.86 0.36 37.6 36.6 16.2 18.7 0.86 0.77 36.7 35.5 17.6 19 0.86 0.89 35.5 34.4 18.9 20 0.121 0.61 36.1 35.1 17.2 19.2 Trang 64 Vận tốc dòng lưu chất nóng lạnh Vận tốc dòng lưu chất nóng lần thí nghiệm: o Lần (Lần 2): Vn1 = = = 1,8.10-5 (m3/s) o Lần (Lần 4, Lần 5): Vn3 = = = 1,98.10-5 (m3/s) o Lần (Lần 7, Lần 8): Vn6 = = = 1,43.10-5 (m3/s) o Lần 9: Vn9 = = = 2,02.10-5 (m3/s) Vận tốc dòng lưu chất lạnh lần thí nghiệm: o Lần 1: VL1 = = = 0,87.10-5 (m3/s) o Lần 2: VL2 = = = 1,28.10-5 (m3/s) o Lần 3: VL3 = = = 1,33.10-5 (m3/s) o Lần 4: VL4 = = = 1,47.10-5 (m3/s) o Lần 5: VL5 = = = 0,73.10-5 (m3/s) o Lần 6: VL6 = = = 0,60.10-5 (m3/s) o Lần 7: VL7 = = = 1,28.10-5 (m3/s) o Lần 8: VL8 = = = 1,48.10-5 (m3/s) o Lần 9: VL9 = = = 1,02.10-5 (m3/s2) Nhiệt lượng trao đổi Theo lý thuyết khơng có tổn thất nhiệt lượng trao đổi tính cơng thức: Q = QN = QL = - G1 cp (t2 – t1) = G1.cp.(t1 – t2) = G2.cp.(t4 – t3) Nhiệt lượng trao đổi dòng lưu chất nóng lần thí nghiệm: QN1 = GN1 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(35.6 – 34.6) = 75.348 (W) QN2 = GN2 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(34.4 – 33.2) = 90.418 (W) QN3 = GN3 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(35.1– 34.2)= 74.720 (W) QN4 = GN4 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(36.1 – 35.1) = 83.022 (W) QN5 = GN5 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(35 – 34.3) = 58.116 (W) QN6 = GN6 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(37.6 – 36.6) = 69.029 (W) QN7 = GN7 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(36.7 – 35.5) = 82.835 (W) Trang 65 QN8 = GN8 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(35.5 – 34.4)= 75.932 (W) QN9 = GN9 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(36.1 – 35.1)= 84.418 (W) Nhiệt lượng trao đổi dòng lưu chất lạnh lần thí nghiệm: QL1 = GL1 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(16.5 – 14.4) = 76.185 (W) QL2 = GL2 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(15.6 – 13.9) = 91.325 (W) QL3 = GL3 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(20.8 – 19.5) = 72.557 (W) QL4 = GL4 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(20.5 – 19.4) = 67.534 (W) QL5 = GL5 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(20.3 – 18.3) = 61.395 (W) QL6 = GL6 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(18.7 – 16.2) = 62.790 (W) QL7 = GL7 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19 – 17.6) = 75.209 (W) QL8 = GL8 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(20 – 18.9) = 68.302 (W) QL9 = GL9 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19.2 – 17.2) = 85.115 (W) Lượng nhiệt tổn thất Qtt1 =│QL1 – QN1│= │76.185 – 75.348 │= 0.837 (W) Qtt2 =│QL2 – QN2│= │91.325 – 90.418 │= 6.907 (W) Qtt3 =│QL3 – QN3│= │72.557 – 74.720 │= 2.163 (W) Qtt4 =│QL4 – QN4│= │67.534 – 83.022 │= 18.488 (W) Qtt5 =│QL5 – QN5│= │61.395 – 58.116 │= 6.279 (W) Qtt6 =│QL6 – QN6│= │62.790 – 69.029 │= 6.239 W) Qtt7 =│QL7 – QN7│= │75.209 – 82.835│= 7.626 (W) Qtt8 =│QL8 – QN8│= │68.302 – 75.932 │= 7.630 (W) Qtt9 =│QL9 – QN9│= │85.115 – 84.418 │= 0.697 (W) Độ chênh lệnh nhiệt độ trung bình logarit • Lần TN 1: t1= t1 – t3 = 35.6 – 14.4 = 21.2 (oC) t2 = t2 – t4 = 34.6 – 16.5 = 18.1 (oC) tb1 = = = 19.61 (oC) • Lần TN 2: t1= t1 – t3 = 34.4 – 13.9 = 20.5 (oC) t2 = t2 – t4 = 33.2 – 15.6 = 17.6 (oC) Trang 66 tb2 = = = 19.01 (oC) • Lần TN 3: t1= t1 – t3 = 35.1 – 19.5 = 15.6 (oC) t2 = t2 – t4 = 34.2 – 20.8 = 13.4 (oC) tb3 = = = 14.47 (oC) • Lần TN 4: t1= t1 – t3 = 36.1 – 19.4 = 16.7 (oC) t2 = t2 – t4 = 35.1 – 20.5 = 14.6 (oC) tb4 = = = 15.63 (oC) • Lần TN 5: t1= t1 – t3 = 35 – 18.3 = 16.7 (oC) t2 = t2 – t4 = 34.3 – 20.3 = 14 (oC) tb5 = = = 15.31 (oC) • Lần TN 6: t1= t1 – t3 = 37.6 – 16.2 = 21.4 (oC) t2 = t2 – t4 = 36.6 – 18.7 = 17.9 (oC) tb6 = = = 19.59 (oC) • Lần TN 7: t1= t1 – t3 = 36.7 – 17.6 = 19.1 (oC) t2 = t2 – t4 = 35.5 – 19 = 16.5 (oC) tb7 = = = 17.77 (oC) • Lần TN 8: t1= t1 – t3 = 35.5 – 18.9 = 16.6 (oC) t2 = t2 – t4 = 34.4 – 20 = 14.4 (oC) = = = 15.47 (oC) tb8 • Lần TN 9: t1= t1 – t3 = 36.1 – 17.2 = 18.9 (oC) t2 = t2 – t4 = 35.1 – 19.2 = 15.9 (oC) tb9 = = = 17.36 (oC) Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ống lồng ống d1 = 0.089 (m) d2 = 0.051 (m) d = = = 0.07 (m) Trang 67 L = 0.8 (m) F = d.L = 0.07 x 0.8 x 3.14= 0.17584 (m2) Hệ số truyền nhiệt thiết bị Q = K.F.tb K = (W/m2.K) ΔK = (W/m2.K) ΔK1 = = = 0.243 (W/m2.K) ΔK2 = = = 0.271 (W/m2.K) ΔK3 = = = 0.850 (W/m2.K) ΔK4 = = = 6.727 (W/m2.K) ΔK5 = = = 2.332 (W/m2.K) ΔK6 = = = 1.811 (W/m2.K) ΔK7 = = = 2.441 (W/m2.K) ΔK8 = = = 2.805 (W/m2.K) ΔK9 = = = 0.228 (W/m2.K) 5.1.2 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng Hình 1Sơ đồ chuyển động dòng lưu chất chuyển động nược dòng Bảng Số liệu thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống ngược dòng G1 (kg/phút) G2 (kg/phút) t1 (oC) t2 (oC) t3 (oC) t4 (oC) 1.05 1.05 1.05 0.8 0.8 0.8 0.58 0.58 0.58 1.0 1.2 0.75 0.67 1.1 1.2 1.0 0.9 0.7 35.8 36.8 36 38.7 37.6 37.2 37.4 37.3 37.3 34.6 35.6 34.8 37.2 36.2 36 35.7 35.8 35.7 Vận tốc dòng lưu chất nóng lạnh Vận tốc dòng lưu chất nóng lần thí nghiệm: - Lần (Lần 2, Lần 3): Vn1 = = = 1,75.10-5 (m3/s) - Lần (Lần 5, Lần 6): Vn4 = = = 1,33.10-5 (m3/s) Trang 68 17.2 18.7 17.4 17.8 18.6 17.9 18 18 18.4 18.9 19.6 19.1 19 19.5 18.8 18.9 19.1 19.5 - Lần (Lần 8, Lần 9): Vn7 = = = 0,97.10-5 (m3/s) Vận tốc dòng lưu chất lạnh lần thí nghiệm: - Lần 1: VL1 = = = 1,67.10-5 (m3/s) - Lần 2: VL2 = = = 2.10-5 (m3/s) - Lần 3: VL3 = = = 1,25.10-5 (m3/s) - Lần 4: VL4 = = = 1,12.10-5 (m3/s) - Lần 5: VL5 = = = 1,83.10-5 (m3/s) - Lần 6: VL6 = = = 2,67.10-5 (m3/s) - Lần 7: VL7 = = = 1,67.10-5 (m3/s) - Lần 8: VL8 = = = 1,50.10-5 (m3/s) - Lần 9: VL9 = = = 1,12.10-5 (m3/s2) Nhiệt lượng trao đổi Theo lý thuyết khơng có tổn thất nhiệt lượng trao đổi tính cơng thức: Q = QN = QL = G1.cp.(t1 – t2) = QL = G2.cp.(t4 – t3) Nhiệt lượng trao đổi dòng lưu chất nóng lần thí nghiệm: QN1 = GN1 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(35.8 – 34.6) = 87.906 (W) QN2 = GN2 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(36.8 – 35.6) = 87.906 (W) QN3 = GN3 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(36 – 34.8)= 87.906 (W) QN4 = GN4 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(38.7 – 37.2) = 83.720 (W) QN5 = GN5 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(37.6 – 36.2) = 78.139 (W) QN6 = GN6 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(37.2 – 36) = 66.976 (W) QN7 = GN7 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(37.4 – 35.7) = 68.790 (W) QN8 = GN8 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(37.3 – 35.8)= 60.697 (W) QN9 = GN9 cp.(t1 – t2) = 4,186.103.(37.3 – 35.7)= 64.743 (W) Nhiệt lượng trao đổi dòng lưu chất lạnh lần thí nghiệm: QL1 = GL1 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(18.9 – 17.2) = 118.603 (W) QL2 = GL2 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19.6 – 18.7) = 75.348 (W) QL3 = GL3 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19.1 – 17.4) = 88.953 (W) QL4 = GL4 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19 – 17.8) = 56.092 (W) Trang 69 QL5 = GL5 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19.5 – 18.6) = 69.069 (W) QL6 = GL6 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(18.8 – 17.9) = 75.348 (W) QL7 = GL7 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(18.9 – 18) = 62.790 (W) QL8 = GL8 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19.1 – 18) = 69.069 (W) QL9 = GL9 cp.(t4 – t3) = 4,186.103.(19.5 – 18.4) = 53.720 (W) Lượng nhiệt tổn thất Qtt1 =│QL1 – QN1│= │87.906 – 118.603 │= 30.697 (W) Qtt2 =│QL2 – QN2│= │87.906 – 75.348│= 12.558 (W) Qtt3 =│QL3 – QN3│= │87.906 – 88.953│= 1.047 (W) Qtt4 =│QL4 – QN4│= │83.720 – 56.092│= 27.628 (W) Qtt5 =│QL5 – QN5│= │78.139 – 69.069 │= 9.070 (W) Qtt6 =│QL6 – QN6│= │66.976 – 75.348 │= 8.372 W) Qtt7 =│QL7 – QN7│= │68.790 – 62.790 │= 6.000 (W) Qtt8 =│QL8 – QN8│= │60.697 – 69.069 │= 8.372 (W) Qtt9 =│QL9 – QN9│= │64.743 – 53.720│= 11.023 (W) Độ chênh lệnh nhiệt đợ trung bình logarit • Lần TN 1: t1= t1 – t4 = 35.8 – 18.9 = 16.9 (oC) t2 = t2 – t3 = 34.6 – 17.2 = 17.4 (oC) tb1 = = = 17.15 (oC) • Lần TN 2: t1= t1 – t4 = 36.8 – 19.6 = 17.2 (oC) t2 = t2 – t3 = 35.6 – 18.7 = 16.9 (oC) tb2 = = = 17.05 (oC) • Lần TN 3: t1= t1 – t4 = 36 – 19.1 = 16.9 (oC) t2 = t2 – t3 = 38.7 – 17.4 = 21.3 (oC) tb3 = = = 19.02 (oC) • Lần TN 4: t1= t1 – t4 = 38.7 – 19 = 19.7 (oC) t2 = t2 – t3 = 37.2 – 17.8 = 19.4 (oC) Trang 70 tb4 = = = 19.55 (oC) • Lần TN 5: t1= t1 – t4 = 37.6 – 19.5 = 18.1 (oC) t2 = t2 – t3 = 36.2 – 18.6 = 17.6 (oC) tb5 = = = 17.85 (oC) • Lần TN 6: t1= t1 – t4 = 37.2 – 18.8 = 18.4 (oC) t2 = t2 – t3 = 36 – 17.9 = 18.1 (oC) tb6 = = = 18.25 (oC) • Lần TN 7: t1= t1 – t4 = 37.4 – 18.9 = 18.5 (oC) t2 = t2 – t3 = 35.7 – 18 = 17.7 (oC) tb7 = = = 18.02 (oC) • Lần TN 8: t1= t1 – t4 = 37.3 – 19.1 = 18.2 (oC) t2 = t2 – t3 = 35.8 – 18 = 17.8 (oC) = = = 17.99 (oC) tb8 • Lần TN 9: t1= t1 – t4 = 37.3 – 19.5 = 17.8 (oC) t2 = t2 – t3 = 35.7 – 18.4 = 17.3 (oC) tb9 = = = 17.55 (oC) Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ống lồng ống d1 = 0.089 (m) d2 = 0.051 (m) d = = = 0.07 (m) L = 0.8 (m) F = d.L = 0.07 x 0.8 x 3.14= 0.17584 (m2) Hệ số truyền nhiệt thiết bị Q = K.F.tb K = (W/m2.K) ΔK = (W/m2.K) ΔK1 = = = 10.18 (W/m2.K) ΔK2 = = = 4.19 (W/m2.K) ΔK3 = = = 0.31 (W/m2.K) ΔK4 = = = 8.04 (W/m2.K) ΔK5 = = = 2.89 (W/m2.K) ΔK6 = = = 2.61 (W/m2.K) ΔK7 = = = 1.89 (W/m2.K) ΔK8 = = = 2.647 (W/m2.K) Trang 71 ΔK9 = = = 3.572 (W/m2.K) 5.2 Bàn luận Nhận xét đánh giá - Lượng nhiệt tổn thất hai thí nghiệm trao đổi nhiệt ống lồng ống xi dịng ngược dịng không lớn - Hệ số truyền nhiệt lớn lượng nhiệt nhận từ lưu thể lạnh sang lưu thể nóng ngày tăng q trình truyền nhiệt đạt hiệu - Khi tăng lưu lượng dịng lạnh hay dịng nóng lên, nhiệt truyền từ dịng nóng sang dịng lạnh cao lượng nhiệt tổn thất tăng lên đáng kể - Nguyên nhân tổn thất nhiệt khơng có bọc lớp cách nhiệt, cặn bẩn đường ống, sai số đọc nhiệt độ q trình thí nghiệm,… - Độ chênh lệnh nhiệt độ trung bình logarit dao động từ đến Nguyên nhân gây sai số - Do thiết bị, tính tốn, đọc nhiệt độ không thời điểm ghi số liệu xử lý số liệu không cẩn thận - Do thao tác người tiến hành chưa đạt đến độ xác cao, thao tác có hạn chế định - Do xác định lưu lượng dịng nóng dịng lạnh: lưu lượng dịng nóng dịng lạnh dù điều chỉnh không đạt trạng thái ổn định tuyệt đối - Do ống không bọc lớp cách nhiệt gây thất thoát nhiệt trao đổi nhiệt ống với mơi trường bên ngồi Đường dài lượng nhiệt tổn thất nhiều Đường ống làm đồng không bọc lớp cách nhiệt nên tổn hao nhiệt môi trường xung quanh lớn - Cặn bẩn đường ống làm tổn hao nhiệt lượng Phương pháp giảm thiểu sai số - Chuẩn bị kiểm tra dụng cụ thí nghiệm, kiểm tra vị trí van trước làm thí nghiệm, thao tác thí nghiệm cận thận kỹ càng, quan sát ghi nhận xác, tính tốn cận thận Trang 72 - Để giảm thiểu tối đa việc sai số ta cần thực thao tác thí nghiệm cách cẩn thận - Có nhạy bén lúc thực thí nghiêm, đọc kết xác - Thao tác thí nghiệm phải chỉnh xác, chỉnh van lưu lượng thích hợp - Tiến hành thí nghiệm lặp lại nhiều lần Trang 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lý Ngọc Minh 2007 Quá Trình Và Thiết Bị Truyền Nhiệt (Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Và Môi Trường) NXB Khoa Học Kỹ Thuật 378 trang [2] Nguyễn Tấn Dũng 2013 Giáo Trình Q Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Hóa Học Và Thực Phẩm - Tập 1: Các Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học, Thủy Lực Và Khí Nén Nhà xuất ĐH Quốc gia TP HCM 300 trang [3] Nguyễn Tấn Dũng 2013 Giáo Trình Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm - Tập 2: Các Quá Trình Thiết Bị Truyền Nhiệt Phần 1: Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt Nhà xuất ĐH Quốc gia TP HCM 395 trang [4] Nguyễn Tấn Dũng 2013 Giáo Trình Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm - Tập 2: Các Quá Trình Thiết Bị Truyền Nhiệt Phần 3: Các trình thiết bị làm lạnh làm đông Nhà xuất ĐH Quốc gia TP HCM 406 trang [5] Nguyễn Tấn Dũng 2015 Giáo Trình Q Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Hóa Học Và Thực Phẩm - Tập 2: Các Quá Trình Thiết Bị Truyền Nhiệt Phần 2: Các trình thiết bị truyền nhiệt thực phẩm 474 trang [6] Platten, J K., & Legros, J C 2012 Convection in liquids Springer Science & Business Media Trang 74