Đang tải... (xem toàn văn)
Thực hành kĩ thuật thực phẩm
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Bài 1: CÔ ĐẶC 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 . Các khái niệm trong cô đặc. Khái niệm cô đặc: Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ. Mục đích của quá trình cô đặc: - Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch. - Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh). - Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước). Các phương pháp cô đặc: - Cô đặc ở áp suất khí quyển: Là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế. - Cô đặc ở áp suất chân không: Dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ phân hủy vì nhiệt, … - Cô đặc ở áp suất dư: Dùng cho các dung dịch không phân hủy ở nhiệt độ cao, sử dụng hơi thứ cho các quá trình khác. 1.2 . Cân bằng vật chất trong hệ thống cô đặc 1 nồi. Theo phương trình cân bằng vật chất ta có: G đ = G c + W G đ X đ = G c X c (theo hàm lượng chất khô có trong dung dịch) Trong đó: G đ – khối lượng nguyên liệu, [kg]; kg/s G c – khối lượng sản phẩm, [kg]; kg/s W – lượng hơi thứ, [kg]; kg/s X đ - nồng độ chất khô trong nguyên liệu, [phần khối lượng] 1.3 . Cân bằng nhiệt lượng trong hệ thống cô đặc 1 nồi. Theo định luật bảo toàn nhiệt . Trang 1 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 76543 21 QQQQQQ QQQ QQ r v rv ++++= += = ∑ ∑ ∑ ∑ Trong đó: Q 1 : Nhiệt do dung dịch mang vào Q 2 : Nhiệt do hơi đốt ngưng tụ Q 3 : Nhiệt do dung dịch sau cô đặc mang ra Q 4 : Nhiệt do hơi thứ mang ra Q 5 : Nhiệt do nước ngưng mang ra Q 6 : Nhiệt do quá trình cô đặc Q 7 : Nhiệt tổn thất ra môi trường → G đ .c đ .t đ + D.i = G c .c c .t c + W.i’ + D.c n .t n + Q cđ + Q mt Với: t đ : Nhiệt độ nguyên liệu, [độ] t c ; Nhiệt độ sản phẩm, [độ]. t n : Nhiệt độ nước ngưng, [độ] c đ : Nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ] c c : Nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ] c n : Nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ]. i : Hàm nhiệt trong hơi đốt, [J/kg] i’: Hàm nhiệt trong hơi thứ, [J/kg] Lượng hơi đốt tiêu tốn : nn mtcđđđđccc tci QQtcGtcGiW D − ++−+ = '. Tính bề mặt truyền nhiệt . Theo phương trình truyền nhiệt. Q = K.F.τ.∆ hi = D.(i - c n .t n ). Trong đó : Q: lượng nhiệt truyền, [J]. K: Hệ số truyền nhiệt,[ W/m 2 .độ]. F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, [m 2 ]. τ: Thời gian cô đặc,[s]. Trang 2 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền ∆ hi : Hiệu số nhiệt độ hữu ích , [đô]. o Rút ra bề mặt truyền nhiệt : , . ).( hi nn tK tciD F ∆ − = [m 2 ] 1.4 . Sơ đồ thiết bị Trang 3 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Hệ thống cô đặc gồm các thiết bị chính sau: - Nồi cô đặc hai vỏ có cánh khuấy. - Máy khuấy trộn - Thiết bị ngưng tụ ống xoắn. - Bình chứa nước ngưng. - Bơm chân không loại vòng nước. - Áp kế đo độ chân không. - Nhiệt kế điện tử. Trang 4 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền - Hệ thống điện - Xô nhựa chứa dung dịch đầu 1.5 . Tiến hành thí nghiệm 1.5.1. Chuẩn bị - Làm quen với hệ thống thiết bị, tìm hiểu các van và tác dụng của nó. - Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc để đo nhiệt độ. - Làm quen với thiết bị đo hàm lượng đường - Xác định các đại lượng cần đo. - Chuẩn bị dung dịch sữa đem cô đặc - Chuẩn bị bảng số liệu thí nghiệm 1.5.2. Các bước thực hiện. Bước 1: Rửa thiết bị - Kiểm tra các van; mở van 6, 10, các van còn lại đóng. - Mở công tắc tổng. - Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa - Hút chân không khi kim áp kế chỉ 0.6 at thì tắt bơm. - Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi. - Kiểm tra mực nước trong vỏ áo bằng cách mở van 5. - Mở công tắc điện trở - Mở công tắc khuấy trộn. - Khi nhiệt độ nước trong nồi đạt 60 o C thì xả nước bằng cách xả chân không ở van 1 sau đó mở van 4 xả nước trong nồi ra ngoài. - Tắt máy khuấy trộn. - Rửa lặp lần 2 Bước 2: Cô đặc dung dịch. - Pha 5lít dung dịch sữa 15% . Trang 5 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền - Kiểm tra các van , van 6 mở, các van còn lại đóng. - Mở công tắc tổng. - Hút chân không bằng cách bơm chân không và mở van 10 khi kim áp kế chỉ 0,6 – 0,8 at thì tắt bơm và khóa van 10. - Mở van 1 hút hết 5lít dung dịch vào trong nồi. - Mở van 9 để nước vào ống xoắn ngưng tụ hơi thứ. - Mở công tắc khuấy trộn( 5 phút khuấy 1 lần, mỗi lần 1phút). - Kể từ lúc dung dịch trong nồi sôi (60 o C), thì cứ 10phút lấy mẫu 1 lần đo độ Brix, lấy nước ngưng tụ ra đo thể tích và ghi nhận các nhiệt độ. - Cách lấy mẫu : Mở van 2 trong thời gian 5giây sau đó đóng van 2 lại, mở van 3 lấy mẫu. - Cách lấy nước ngưng tụ : Đóng van 6, mở van 7, van 8, lấy nước ngưng xong thao tác van ngược lại trở về trạng thái ban đầu( chú ý trong lúc nuớc ngưng tụ không được hút chân không). - Khi dung dich trong nồi đạt 50 Brix trở lên thì dừng quá trình cô đặc. - Mở van 1 để thông áp khí trời. - Mở van 4 xả dung dịch sau cô đặc ra ngoài để cân khối lượng. - Tắt máy khuấy trộn. Bước 3: Vệ sinh thiết bị - Kiểm tra các van: van 6, 10 mở, các van còn lại đóng. - Mở công tắc tổng. - Chuẩn bị 20 lít nước sạch trong xô nhựa . - Hút chân không khi chim áp kế chỉ 0.6 at thì tắt bơm. - Mở van 1 hút hết nước sạch vào trong nồi. Trang 6 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền - Mở công tắc khuấy trộn trong thời gian 3 phút. - Mở van 4 xả nước trong nồi ra ngoài. - Rửa lặp lần 2. - Tắt máy khuấy trộn. - Tắt công tắc tổng. 2. CÂU HỎI CHUẨN BỊ 1. Các phương pháp đo nồng độ của dung dịch đường? - Phương pháp tỷ trọng - Phương pháp pha loãng - Phương pháp chiết quang 2. Tính áp suất tuyệt đối dựa vào chỉ số áp kế? = 3. Độ Brix là gì? Một bộ phận trong cân Brix; tỷ lệ bổi trọng lượng của các chất rắn có thể hòa tan trong xiro ở nhiệt độ . Nồng độ chất khô được biểu diễn bằng % hay còn gọi là nồng độ Brix. Độ Brix biểu thị tỷ lệ % khối lượng các chất hòa tan so với khối lượng nước mía hay dung dịch đường. 4. Ưu – nhược điểm của phương pháp cô đặc gián đoạn? Ưu điểm: - Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi - Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng. - Thao tác dễ dàng - Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau - Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch - Cấu tạo đơn giản giá thành thấp Nhược điểm: -Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian. -Khó giữ được độ chân không trong thiết bị. 3. XỬ LÝ SỐ LIỆU. Trang 7 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền BẢNG SỐ LIỆU Khối lượng sản phẩm: kgm sp 25,1 = GIẢI TRÌNH TÍNH TOÁN Tính nồng độ phần khối lượng của dung dịch dòng nhập liệu và đổi thể tích lượng nước ngưng thu được sang m 3 Sau khi pha dung dịch đường nhập liệu ta tiến hành đo nồng độ dung dịch đường bằng Brix kế ta được Bx ban đầu, từ đó suy ra nồng độ phần khối lượng nhập liệu đ x Dung dịch đường lúc đầu đo được là 15 Bx thì 15,0 = đ x và 0 = ngung V Trang 8 Thời gian τ (phút) Nồng độ dd đường (Brix) Lượng nước ngưng V(ml) Nhiệt độ nước vào v t ( 0 C) Nhiệt độ nước ra r t ( 0 C) Nhiệt độ dung tích dd t ( 0 C) Nhiệt độ hơi thứ ht t ( 0 C) 0 15 0 0 0 0 0 10 16 630 49 32 66 65 20 19 270 46 32 62 63 30 20 340 46 32 59 61 40 23 380 46 32 59 61 50 25 240 46 32 60 61 60 27 270 46 32 60 62 70 32 390 45 32 58 59 80 36 125 47 32 65 65 90 42 250 47 32 64 63 100 43 70 47 32 64 63 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Ta có bảng số liệu sau: Thời gian τ (phút) Nồng độ phần khối lượng đường nhập liệu x đ Lượng nước ngưng thu được V(l) 0 0,15 0 10 0,16 0,63 20 0,19 0,27 30 0,20 0,34 40 0,23 0,38 50 0,25 0,24 60 0,27 0,27 70 0,32 0,39 80 0,36 0,125 90 0,42 0,25 100 0,43 0,07 Tính khối lượng dung dich đường nhập liệu: đđđ VG ρ ⋅= ( ) kg Với: + lV đ 5= + Nồng độ dung dịch đường lúc đầu đo được là 15; sử dụng bảng tra khối lượng riêng của đường theo độ Brix ta được: 12,1058= đ ρ ( ) 3 / mkg Suy ra: 291,512,1058105 3 =⋅⋅= − đ G ( ) kg Tính khối lượng nước ngưng thực tế: W * ngungngung V ρ ×= Trang 9 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Với: + = ngung V 0+0,63+0,27+0,34++0,38+0,24+0,27 +0,39+0,125+0,25+0,07 = 2,965 (l) + 3 /1000 mkg ngung ≈ ρ (ở nhiệt độ 30 0 C) Suy ra: W * = 965,2100010965,2 3 =×× − (kg) Tính cân bằng vật chất và các đại lượng chưa biết trong phương trình: ccđđ xGxG ⋅=⋅ Với khối lượng sản phẩm : kgG c 25,1= Suy ra nồng độ chất khô trong sản phẩm: 635,0 25,1 15,0291,5 = ⋅ = ⋅ = c đđ c G xG x Tìm sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm. o Nồng độ cuối của quá trình: %283,32100 635,0 43,0635,0 100% * =× − =× − = c cc xc x xx SS o Lượng nước ngưng thu được trong quá trình cô đặc: 100% * × − = W WW SS W Với: 041,425,1291,5 =−=−== cđlythuyet GGWW (kg) Suy ra: 627,26100 041.4 965,2041,4 100% * =× − =× − = W WW SS W Đồ thị. + Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa chỉ số Bx và thời gian cô đặc τ : Trang 10 [...].. .Thực hành kĩ thuật thực phẩm τ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Brix 15 16 19 20 23 25 27 32 36 42 43 + Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lượng nước ngưng thu được và thời gian cô đặc τ : τ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Lượng nước ngưng thu được V(l) 0 0,63 0,27 0,34 0,38 0,24 0,27 0,39 0,125 0,25 0,07 Trang 11 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Trang 12 Thực hành. .. sản phẩm Thời Nồng độ sản phẩm gian theo phần thể tích (phút) (%) 0 Nồng độ sản theo phần khối phẩm lượng theo phần mol ( xA ) ( xA ) 0,20 0,645 0,072 3 0,82 0,783 0,585 12 0,78 0,737 0,523 21 0,72 0,670 0,443 30 0,60 0,542 0,317 39 0,48 0,422 0,222 48 0,30 0,253 0,117 57 0,14 0,114 0,048 60 0,11 0,089 0,037 Vẽ đồ thị Trang 20 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 4 NHẬN XÉT Trang 21 Thực. .. nhập liệu, nếu nồi đun quá đầy phải tháo bớt chất lỏng trong nồi 5 Trong khi hệ thống đang đun nóng mở van thông áp của sản phẩm đỉnh, để thông hơi với bình chứa, các van sau sẽ đóng - Van xả sản phẩm đỉnh - Van hòan lưu dẫn sản phẩm đỉnh lại cột Trang 16 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 6 Mở van cho nước hoặc dòng làm lạnh đủ để hóa lỏng tất cà các hơi qua bộ phận ngưng tụ 7 Mở van... tháp thực tế, trong đó đo được sự biến thiên nồng độ qua một hoặc một vài mâm sẽ xác định được giá trị đúng của EM hơn là giả sử EM=Eo 1.4 Mô hình thiết bị Trang 15 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền A Thùng chứa nhập liệu B Bơm nhập liệu C Lưu lượng kế nhập liệu D Điện trở gia nhiệt nhập liệu E Cột chưng cất F Nồi đun G Thiết bị ngưng tụ H Bơm hoàn lưu K Bình chứa sản phẩm 1.5 Tiến hành. .. tỷ số hoàn lưu R đến quá trình chưng cất? Tỉ số hoàn lưu càng lớn thì lượng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng cao 4 Khi thay đổi vị trí mâm nhập liệu thì ảnh hưởng như thế nào đến sản phẩm? ??????????????????????? 3 XỬ LÝ SỐ LIỆU Bảng số liệu thô Thời gian Nhiệt độ đo Trang 18 Thực hành kĩ thuật thực phẩm Mâm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền tF t L0 Ban đầu 20 3 81 67 56 280 82 12 84 69 58 320 78 21... được triệt để và thu được chất lượng sản phẩm cất như mong muốn Nếu bỏ qua việc hoàn lưu thì nồng độ sản phẩm đỉnh sẽ không cao,hiệu suất chưng cất sẽ thấp nên phải có dòng hoàn lưu Dòng hoàn lưu có hay không tùy thuộc vào mục đích công nghệ và đối tượng chưng cất Trang 17 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền 2 Nêu định nghĩa các hiệu suất mâm và mối tương quan nếu có? - Hiệu suất tổng... thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Trang 12 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền BÀI 2: CHƯNG CẤT 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mục đích thí nghiệm Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu lên sản phẩm, trạng thái nhiệt động của nhập liệu trên trên số mâm thực, hiệu suất của một cột chưng cất và độ tinh khiết của sản phẩm Lý thuyết chưng cất 1.1 Mô hình mâm lý thuyết... 63 230 11 Giải trình tính toán Biến đổi nồng độ sản phẩm theo thể tích sang nồng độ phần khối lượng và nồng độ phần mol: Gọi A: rượu, B: nước Ban đầu, nồng độ phần thể tích là 20%: - Nồng độ phần khối lượng: x A xA = Với: vA ⋅ ρ A v A ⋅ ρ A + vB ⋅ ρ B v : nồng độ phần thể tích ρ A = 790kg / m 3 ρ B = 1000kg / m 3 Trang 19 Thực hành kĩ thuật thực phẩm xA = Suy ra: GVHD: Nguyễn Hữu Quyền vA ⋅ ρ A 0,2... tưởng vàsố mâm thực cho toàn tháp Trang 13 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Eo = - = Hiệu suất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với pha lỏng rời mâm thứ n EM = trong đó: yn: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n yn+1: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n y*n: nồng độ pha... R là các hệ số thực nghiệm, tùy thuộc vào các yếu tố sau: Chế độ chảy của các dòng lưu chất Sự tương quan giữa dòng chảy và bề mặt truyền nhiệt Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng…) 2 CÂU HỎI CHUẨN BỊ 1 Ưu nhược điểm của TBTN ống lồng ống Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tăng tốc độ chảy của cả 2 chất tải nhiệt, chế tạo đơn giản Trang 25 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn . 0,24 60 0,27 70 0,39 80 0,125 90 0,25 100 0,07 Trang 11 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Trang 12 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền BÀI 2: CHƯNG CẤT 1. CƠ SỞ. thông áp của sản phẩm đỉnh, để thông hơi với bình chứa, các van sau sẽ đóng. - Van xả sản phẩm đỉnh - Van hòan lưu dẫn sản phẩm đỉnh lại cột. Trang 16 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn. 291,512,1058105 3 =⋅⋅= − đ G ( ) kg Tính khối lượng nước ngưng thực tế: W * ngungngung V ρ ×= Trang 9 Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền Với: + = ngung V 0+0,63+0,27+0,34++0,38+0,24+0,27 +0,39+0,125+0,25+0,07