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 GVHD: Nguyễn Hữu Quyền

τ
Brix
0 15
10 16
20 19
30 20
40 23
50 25
60 27
70 32
80 36
90 42
100 43
+ Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lượng nước ngưng thu được và thời gian cô đặc
τ
:
τ

Lượng
nước
ngưng thu
được V(l)
0 0
10 0,63
20 0,27
30 0,34
40 0,38
50 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 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 là mô hình toán đơn giản nhất dựa trên các
cơ sở sau:
a. Cân bằng giữa hai pha lỏng – hơi cho hỗn hợp hai cấu tử
b. Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm lý tưởng cho hai pha

lỏng– hơi là:
- Pha lỏng phải hòa trộn hoàn toàn trên mâm
- Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và
đồng thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vị trí trên tiết diện
- Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha
1.2. Hiệu Suất
Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất
mâm. Có ba loại hiệu suất mâm được dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến
toàn tháp; Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm; Hiệu suất cục bộ,
liên quan đến một vị trí cụ thể trên một mâm
- Hiệu suất tổng quát E
o
: là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kén chính
xác nhất, được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng vàsố mâm thực cho
toàn tháp
Trang 13
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
E
o
= =
- 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
E
M
=
trong đó:
y
n
: nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n

y
n+1
: nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n
y*
n
: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n
Nói chung, pha lỏng rời mâm có nồng độ không bằng với nồng độ trung bình của
phả lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục bộ
i. Hiệu suất cục bộ được định nghĩa như sau:
E
M
=
trong đó:
y’
n
: nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n
y’
n+1:
nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí
y’
en:
nồng độ pha hơi cânbằng với pha lỏng tại cùng vị trí
1.3 . Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng
quát
Trang 14
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu suất trung bình của từng
mâm. Mối quan hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc trên độ dốc tương đối của
đường cân bằng và đường làm việc. Khi mG/L>1 hiệu suất tổng quát có giá trị lớn
hơn và mG/L<1 hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ hơn. Như vậy, với quá trình

trong đó có cả hai vùng như trên (chưng cất) thì hiệu suất tổng quát E
o
có thể gần
bằng hiệu suất mâm E
M
. Tuy nhiên khi phân tích họat động của một tháp hay một
phần của 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 E
M
hơn là giả sử E
M
=E
o
.
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 thí nghiệm
1.5.1 Thực hiện thí nghiệm
a. Khởi động:
1. Cho nhập liệu từ 20-60 lít vào bình chứa qua nắp C1
2. Để đưa nhập liệu vào khỏang 1/3 nồi đun, ta mở van nhập liệu và bật
bơm nhập liệu .
3. Đưa điện vào hệ thống, sau đó bật nút nồi đun (boiler) và chờ nồi
đun sôi sẽ khởi động bơm nhập liệu (nút feed pump) Quan sat nhiệt

độ trong nồi qua nhiệt kế gần ở mặt trước nồi
4. Quan sát mức chất lỏng trong nồi thông qua ống đo mức bên trái nồi
đun trong suốt thời gian làm thí nghiệm. Nếu mực chất lỏng giảm
dưới múc 1/3 phải cấp thêm 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 dẫn nhập liệu vào một mâm nhập liệu thích hợp trên cột.
Điều chỉnh lưu lượng nhập liệu thích hợp trên lưu lượng kế.
8. Sản phẩm đỉnh thu được sẽ cho hòan lưu về đỉnh cột qua lưu lượng
kế. Điều chỉnh lưu lượng dòng hoàn lưu
9. Đun nóng dòng nhập liệu và dòng hòan lưu
10. Khi phải thay đổi vị trí mâm, ta mở van tương ứng của mâm đó
11.Theo dõi thường xuyên mức chất lỏng trong nồi. Nếu vì một lý do
nào mức chất lỏng trong nồi xuống dưới điện trở, dòng điện tự động
ngắt, khi nhiệt độ trong nồi giảm bớt cho điện trở họat động trở lại
b. Ngừng máy:
1. Tắt điện trở nồi đun
2. Tắt điện trở nung nóng nhập liệu và hoàn lưu và tắt các bơm
3. Tháo sản phẩm đỉnh .
4. Đóng van nước cấp ngưng tụ sản phẩm đỉnh
5. Ngắt điện vào hệ thống chưng cất
2. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Tỷ số hoàn lưu là gì? Không có dòng hoàn lưu được không?

Tỉ lệ dòng hoàn lưu tạo ra dòng lỏng có nhiệt độ thấp đi từ đỉnh tháp xuống
đáy tháp để trao đổi nhiệt với dòng hơi. Từ đó làm cho quá trình trao đổi
chất tách phân đoạn 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 quát:là hiệu suất đơn giản khi sử dụng nhưng kém
chính xác nhất,được định nghĩa là tỉ số giữa số mâm lý tưởng và số
mâm thực cho toàn tháp.
- Hiệu skuất mâm Murphree: là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi
qua 1 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.
 Pha lỏng rời mâm có nồng độ không bằng với nồng độ trung bình của pha
lỏng trên mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu suất cục bộ.
- Hiệu suất cục bộ:
Với: : nồng độ pha hơi rời khỏi vị trí cụ thể trên mâm n.
: nồng độ pha hơi mâm n tại cùng vị trí.
: nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng tại cùng vị trí.
3. Ảnh hưởng của 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 GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
Mâm
F
t
0
L
t
Ban đầu 20
3 81 67 56 280 82
12 84 69 58 320 78
21 86 70 59 280 72
30 89 71 60 260 60
39 90 74 62 400 48
48 92 75 62 410 30
57 93 75 63 190 14
60 93 75 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:
A
x
BBAA
AA

A
vv
v
x
ρρ
ρ
⋅+⋅
⋅
=
Với:
v
: nồng độ phần thể tích
3
/790 mkg
A
=
ρ
3
/1000 mkg
B
=
ρ
Trang 19
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
Suy ra:
( )
165,0
10002,017902,0
7902,0
=

⋅−+⋅
⋅
=
⋅+⋅
⋅
=
BBAA
AA
A
vv
v
x
ρρ
ρ
- Nồng độ phần mol:
A
x
( )
072,0
18
165,01
46
165,0
46
165,0
=
−
+
=
+

=
B
B
A
A
A
A
A
M
x
M
x
M
x
x
 Tính tương tự cho các nồng độ tiếp theo, ta được bảng số liệu sau:
Thời
gian
(phút)
Nồng độ sản phẩm
theo phần thể tích
(%)
Nồng độ sản phẩm
theo phần khối
lượng
(
A
x
)
Nồng độ sản

phẩm
theo phần mol
( )
A
x
0 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 hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
BÀI 3: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Mục đích thí nghiệm
- Làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và
lưu lượng lưu chất.
- Xác định hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng lạnh và
nóng qua vách kim loại ở các chế dộ chảy khác nhau.
- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.
 Cơ sở lý thuyết
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 hai 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.
1.1 . Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất
Q = G
1
C
1
(t
v1
– t
R1
) = G
2
C
2
(t
R2
– t
v2
) , W (1)
G
1
, G
2
: lưu lượng dòng nóng và lạnh, kg/s.
C
1
, C
2

: nhiệt dung riêng trung bình của dòng nóng và dòng lạnh, J/kg.K
t
v1
, t
R1
: nhiệt độ vào và ra của dòng nóng,
o
C.
t
v2
, t
R2
: nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh,
o
C.
1.2 . Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt
 Lượng nhiệt Q truyền qua tường phẳng trong một đơn vị thời gian là:
= ∆
Q K.F. t , W
Trong đó:
K – hệ số truyền nhiệt, W/m
2
.K;
Trang 22
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
F – diện tích bề mặt truyền nhiệt, m
2
;
∆
t

– hiệu số nhiệt độ trung bình, K.
Hệ số truyền nhiệt cho tường nhiều lớp theo công tính theo công thức sau:
n
i
1 2
i 1
1 i 2
1
K
1 1
r r
=
=
δ
+ + + +
α λ α
∑
, W/m
2
.K
Trong đó:
1 2
,
α α
– hệ số cấp nhiệt (ở hai phía của tường, giữa lưu thể và bề mặt
tường), (W/m
2
.K)
r
1

, r
2
– nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của tường, (m
2
.K/W)
– nhiệt trở của lớp tường thứ i, (m
2
.K/W)
i
δ
– bề dày lớp tường thứ i, (m)
i
λ
– hệ số dẫn nhiệt tương ứng với lớp tường thứ i, (W/m.K)
 Phương trình truyền nhiệt qua tường hình trụ nhiều lớp:
L
Q K . t.L , W= ∆
Trong đó:
K
L
– hệ số truyền nhiệt của 1m chiều dài ống, (W/m.K)
L – chiều dài ống, m
Hệ số truyền nhiệt K
L
đối với tường hình trụ có n lớp xác định theo công
thức:
Trang 23
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
( )
L

n
1 i 1 2
i 1
1 1 1 i i n 1 2 n 1
3,14
W
K ,
m.K
r d r
1 1 1
.ln
d d 2 d d d
+
=
+ +
=
+ + + +
α λ α
∑
Trong đó:
1 2
,
α α
– hệ số cấp nhiệt (ở hai phía của ống, giữa lưu thể và bề mặt ống),
(W/m
2
.K);
r
1
, r

2
– nhiệt trở của cặn bẩn ở phía trong và ngoài của ống, (m
2
.K/W);
d
1
và d
n+1
– đường kính trong và ngoài của ống, (m);
d
i
và d
i+1
– đường kính trong và ngoài của lớp thứ i, (m);
i
λ
– hệ số dẫn nhiệt của lớp tương ứng thứ i, (W/m.K);
 Ở bài thí nghiệm này, ta tiến hành thí nghiệm với ống truyền nhiệt, do vậy
ta xem như là truyền nhiệt ở tường hình trụ 1 lớp nên công thức trên trở thành :
Q = K
L
.
∆
t
log
.L (2)
L : chiều dài ống, m.
K
L
: hệ số truyền nhiệt dài, W/mK.

∆t
log
: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, K
1.3 . Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit
∆
t
log
=
N
l
Nl
t
t
tt
∆
∆
∆−∆
ln
(3)
1.4 . Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết, K
L
*
Trang 24
Thực hành kĩ thuật thực phẩm GVHD: Nguyễn Hữu Quyền
K
L
*

=
b

b
ngtr
ng
tr
d
r
dd
d
d
+++
21
1
ln
2
11
αλα
π
(4)
d
ng
, d
tr
: đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt, m.
λ
: hệ số dẫn nhiệt của ống, W/mK.
r
b
: nhiệt trở của lớp cáu.
d
b

: đường kính lớp cáu, m.
Ở bài thí nghiệm này, lớp cáu coi như không đáng kể, tức là r
b
/d
b
→ 0.
1.5 . Hệ số cấp nhiệt α
1
, α
2
giữa vách ngăn và dòng lưu chất được tính theo
chuẩn số Nusselt như sau
Nu=α.l/ λ
Trong đó
Nu = A.Re
m
Pr
n
Rl
t
εε
250,
Pr
Pr









(5)
Các hệ số A, n, m,
Rl
εε
,
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