CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Mô tả chi tiết các thiết bị truyền nhiệt chính được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm như : thiết bị đun nóng loại sủi bọt, thiết bị tháo nước ngưng loại phao hở, thiết bị ngưng tụ loại khô xuôi chiều thấp, thiết bị ngưng tụ loại ống lồng ống, thiết bị trao đổi nhiệt loại ống gân, thiết bị cô đặc loại roto, thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT TRONG KỸ THUẬT THỰC PHẨM Giảng viên: T.S ĐINH TIẾN DŨNG Sinh viên thực hiện: Nguyễn Cao Cường Bùi Duy Thông Nguyễn Tuấn Anh Mai Hoàng Đạt MỤC LỤC PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT Truyền nhiệt ngành liên quan đến biến đổi định lượng xếp lại lượng nhiệt gây vật thể Hay nghiên cứu tốc độ trao đổi nhiệt giữ nguồn nóng nguồn lạnh Các trình truyền nhiệt thường gặp: đun nóng, làm nguội, ngưng tụ đặc - Là q trình chiều, truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Quá trình truyền nhiệt ổn định:nhiệt độ thay đổi theo theo không gian không thay đổi theo thời gian Quá trình truyền nhiệt khơng ổn định: nhiệt độ thay đổi theo khơng gian thời gian Có phương thức truyền nhiệt +Dẫn nhiệt: trình truyền nhiệt chúng tiếp xúc trực tiếp với +Nhiệt đối lưu:là tượng truyền nhiệt chất lỏng khí đổi chỗ cho + Nhiệt xạ: Nhiệt biến thành tia xạ truyền 1.1 Dẫn nhiệt 1.1.1.Định luật fourier độ dẫn nhiệt Một nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua nguyên tố bề mặt dF khoảng thời gian dt tỉ lệ với gradient nhiệt độ dQ = -λdFdt (J) Nếu q trình ổn định: Q=-λF (W) Trong đó: Q; lượng nhiệt truyền vật thể, W; F: bề mặt vng góc với chiều dịng điện, m2 ; grad t, T; thời gian λ: độ dẫn nhiệt • Ý nghĩa vật lý thứ nguyên độ dẫn nhiệt λ Từ công thức λ=== Vậy độ dẫn nhiệt λ lượng nhiệt tính Jun dẫn qua 1m2 bề mặt vng góc với phương dẫn nhiệt đơn vị thời gian 1s chênh lệch nhiệt độ đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt 10c Độ dẫn nhiệt cuả vật thể khác khác 1.1.2.Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng: 1.1.2.1 Tường phẳng lớp - Tường có chiều dày δ, vật liệu đồng nhất, hệ số dẫn nhiệt λ - Giả sử tường có chiều rộng chiều dài lớn so với chiều dày, đặt vào hệ tọa độ tox Hình 1.1 dẫn nhiệt qua tường phẳng lớp - Gọi tT1, tT2 nhiệt độ măt ngài tường, tT1>tT2 nhiêt độ biến thiên theo phương x nên: =0 lấy tích phân: = C1 tích phân lần 2: t=C1x+C2  biến thiên nhiêt độ qua ườngphẳng môt lớp tuân the qui luật đường thẳng + x=0, t=tT1 ta có C2=tT1  dQ= -λ (J) Vì q trình truyền nhiệt ổn định nên ta có phương trình truyền nhiệt ổn định qua tường phẳng lớp: Q=(tT1-tT2)F (W) 1.1.2.2 Tường phẳng nhiều lớp - Giả xử tường phẳng có n lớp khác chiều dày độ dẫn nhiệt +δ1, δ2, δ3, ,δn: chiều dày lớp + λ1,λ2,λ3, , λn: độ dẫn nhiệt tương ứng Hình 1.2 dẫn nhiệt qua tường phẳng nhiều lớp + Nhiệt độ mặt tường là: tT1, tT2 ( tT1>tT2), mặt - theo thứ tự ta,tb,tc, tn Quá trình truyền nhiệt ổn định, nhiệt dẫn qua lớp tường nhau, nên phương trình dẫn nhiệt qua lớp  tường sau: + lớp 1:Q=F hay Q=(tT1-ta)F + lớp 2:Q=F hay Q=(tTa-tb)F + lớp n:Q=F hay Q=(tn-tT2)F Cộng vế theo vế: Q= phương trình dẫn nhiệt qua tương phẳng nhiều lớp 1.1.3 Dẫn nhiệt qua tường ống 1.1.3.1 Dẫn nhiệt qua tường ống lớp Hình 1.3 Dẫn nhiệt qua tường ống lớp Giả sử tường ống lớp có bán kính r1 bán kính ngồi r2, độ dẫn nhiệt λ, chiều dài ống L Quá trình dẫn nhiệt ổn định, nên nhiệt độ bề mặt tT1 mặt ngồi ống tT2 khơng đổi theo thời gian Do tường có dạng hình ống nên bề mặt dẫn nhiệt thay đổi từ ngoài, bề mặt nhỏ bề mặt Do phương trình (1.13) tường phẳng khơng áp dụng trường hợp Để cho bề mặt dẫn nhiệt thay đổi không đáng kể, ta xét tượng dẫn nhiệt qua lớp có bán kính r chiều dày dr vô nhỏ Theo định luật Fourier lượng nhiệt dẫn qua tường có chiều dày dr là: dQ = (1.15) Như giả thiết trình dẫn nhiệt ổn định, nên lượng nhiệt dẫn không thay đổi theo thời gian, viết lại phương trình sau: Q = - λ2πrL Hay: = - λ dt Lấy tích phân giới hạn từ r1 tới r2 từ tT1 đến tT2, ta có: =-λ Kết quả: ln = - λ(- ) Hay: Q= Đây phương trình dẫn nhiệt qua tường ống lớp trạng thái nhiệt ổn định Dẫn nhiệt qua tường ống nhiều lớp: Chứng minh tương tự tường phẳng nhiều lớp cuối ta có phương trình dẫn nhiệt qua tường ống nhiều lớp sau: 1.1.3.2 Hình 1.4 Dẫn nhiệt qua tường ống nhiều lớp Trong đó: i: số thứ tự lớp tường; n: số lớp tường Chú ý: tỉ số r2/r1 Cách khắc phục: Ngưng trình làm việc tiến hành hàn kín điểm rị rỉ tiếp tục vận hành 27 - Ống tuần hồn trung tâm ống truyền nhiệt thường bị đóng cặn làm giảm khả tuần hoàn dung dịch bên thiết bị => Cách khắc phục: Ngừng trình hoạt động đường ống sau vệ sinh thiết bị - Dễ cháy nguyên liệu phần đoạn ống => Cách khắc phục: cho nguyên liệu phủ kín bề mặt ống truyền nhiệt - Hiện tượng thủy kích buồng đốt làm buồng đốt rung động, làm bong mối hàn dẫn đến nguyên liệu tiếp xúc với nhau, nước ngưng tụ bị nhiễm cấu tử - Nước ngưng tụ bị nhiễm cấu tử ăn mòn học xảy thiết bị làm việc áp suất cao, nhiệt độ cao làm mối ghép thiết bị, bị hư hỏng dẫn đến nguyên liệu trộn lẫn vào => Cách khắc phục, theo dõi thường xuyên áp xuất nhiệt độ buồng, ý đến mối hàn mối ghép thiết bị - Nước ngưng tụ tháo không liên tục, dẫn đến tổn thất nhiệt, hệ số truyền nhiệt giảm, trình bốc kéo dài - Vận tốc tuần hoàn giảm, khắc phục cách thay ống tuần hoàn nhỏ 28 ... cấp nhiệt, dẫn nhiệt xạ nhiệt - Phân loại: dựa theo nhiệt độ làm việc lưu người ta chia trình truyền nhiệt thành truyền nhiệt đẳng nhiệt truyền nhiệt biến nhiệt - Truyền nhiệt đẳng nhiệt xảy nhiệt. .. Nghĩa số nhiệt độ hai lưu thể số ví trí thời gian - Truyền nhiệt biến nhiệt xảy nhiệt độ thay đổi q trình làm việc, hiệu số nhiệt độ hai lưu thể thay đổi Trong trường hợp truyền nhiệt biến nhiệt. .. t2)F (W) (1.44) Trong đó: Phương trình (1.44) phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng lớp Thứ nguyên hệ thống truyền nhiệt K: Vậy, hệ số truyền nhiệt K lượng nhiệt truyền giây từ