Báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm ( IUH)

THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951

Mục lục

Page

1


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951

1. QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
1.1.

Mục Đích Thí Nghiệm

- Giúp sinh viên hiểu rõ về quá trình và thiết bị cô đặc
- Vận hành được hệ thống thiết bị cô đặc, đo đạc các thông số của quá trình.
- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn.
- So sánh năng lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế.
- Xác định năng suất và hiệu suất của quá trình cô đặc.
- Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ.

1.2.

Cơ Sở Lí Thuyết

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch (chứa chất tan không bay hơi) 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 (nước cất).
Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, tương ứng với mọi áp suất khác nhau (áp suất
chân không, áp suất thường – hệ thống thiết bị để hở hay áp suất dư).

1.2.1.

Nhiệt Độ Sôi Của Dung Dịch

Nhiệt độ sôi của dung dịch là thông số kỹ thuật rất quan trọng khi tính toán và thiết kế thiết
bị cô đặc.
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất tan. Nhiệt độ sôi
của dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng áp suất.
Nhiệt độ sôi của dung dịch còn phụ thuộc vào độ sâu của dung dịch trong thiết bị. Trên mặt
thoáng nhiệt độ sôi thấp, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng.

1.2.2.
Page

Cô Đặc Một Nồi Làm Việc Gián Đoạn

2

Trong thực tế cô đặc một nồi tường ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giá
trị kinh tế. Cô đặc một nồi có thể thực hiện theo hai phương pháp sau:

-

Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần cho đến khi
nồng độ đạt yêu cầu.


-

THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dung dịch mới liên tục vào
để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu, sau đó tháo dung dịch ra làm
sản phẩm và thực hiện một mẻ mới.
Nhưng trong thí này, nhóm em chỉ thực hiện theo phương pháp 1.

1.2.3.

Cân Bằng Vật Chất Và Năng Lượng

1.2.3.1. Nồng Độ
Nồng độ được sử dụng trong quá trình được xác định là khối lượng của chất tan so với thể
tích của dung dịch, được biểu diễn dưới dạng:

Ngoài ra nồng độ còn được xác định là khối lượng chất tan trong thể tích dung dịch, được
biểu diễn dưới dạng:

Mối liên hệ giữa hai nồng độ này như sau:

Với là khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3).

1.2.3.2. Cân Bằng Vật Chất
Phương trình cân bằng vật chất tổng quát
Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất ra + lượng chất tích tụ
Đối với quá trình cô đặc
- Không có lượng tích tụ
- Không có phản ứng hóa học nên không có lượng phản ứng.
Do đó phương trình cân bằng vật chất được viết lại là:
Lượng chất vào = Lượng chất ra
Đối với chất tan
Page

3

Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan ra


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Dùng phương trình này giúp chúng ta tính toán được khối lượng của dung dịch còn lại trong
nồi đun sau quá trình cô đặc khi cô đặc.
Đối với hỗn hợp
Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch còn lại + khối lượng hơi thứ

Dùng phương trình này cho phép tính được khối lượng dung môi đã bay hơi trong quá trình
cô đặc

Trong đó:
: khối lượng dung dịch trong nồi đun (kg)
[: nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun (kg/kg)
: khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun (kg)
: nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun (kg/kg)
: khối lượng dung môi bay hơi (kg)

1.2.3.3. Cân Bằng Năng Lượng
Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát
Năng lượng mang vào = Năng lượng mang ra + Năng lượng thất thoát.
Để đơn giản trong quá trình tính toán, chúng ta coi như không có mất mát năng lượng
Khi xét phương trình cân bằng năng lượng này, ta chia quá trình cô đặc ra làm 2 giai đoạn là
giai đoạn đun sôi dung dịch và giai đoạn bốc hơi dung môi để có thể dễ dàng tính toán
Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình

Năng lượng dung dịch nhận được
Page

4


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Năng lượng so nồi đun cung cấp cho quá trình đặc trưng cho năng lượng mang vào, năng
lượng dung dịch nhận được đặc trưng cho năng lượng mang ra. Do vậy phương trình cân bằng
năng lượng trong trường hợp này là (bỏ qua tổn thất năng lượng và nhiệt thất thoát thông qua
nước giải nhiệt)

Đối với giai đoạn bốc hơi dung môi
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình

Năng lượng dung dịch nhận được

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình đặc trưng cho năng lượng mang vào, năng
lượng nước nhận được để bốc hơi
Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ

Các phương trình cân bằng năng lượng giúp ta so sánh giữa lý thuyết với thực nghiệm
Trong đó
nhiệt lượng nồi đun cấp cho quá trình đun nóng (J)
nhiệt lượng nồi đun cấp cho quá trình hóa hơi dung môi (J)
nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ (J)
Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình đun nóng (W)
Công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình hóa hơi (W)
Thời gian thực hiện quá trình đun sôi dung dịch (s)
Thời gian thực hiện quá trình hóa hơi (s)
Page

Hàm nhiệt của hơi nước thoát ra trong quá trình ở áp suất thường (J/kg)

5

Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất thường (J/kg)
Chênh lệch nhiệt độ của nước ra và vào ở giai đoạn bốc hơi (oC)


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT

SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Chênh lệch giữa nhiệt độ sôi và nhiệt độ đầu của dung dịch (oC)
Lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ (m3/s)
khối lượng riêng của nước (kg/m3)
nhiệt dung riêng của nước (J/kg.K)
nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.K)

1.3.

Tiến hành thí nghiệm.

1.3.1.

Các thiết bị sử dụng trong thiết bị cô đặc.

Nồi đun.
Thiết bị gia nhiệt.
Các tên điều khiển.
Thiết bị ngưng tụ.
Sản phẩm đỉnh.
Bộ điều khiển thiết bị cô đặc.
Hệ thống ống dẫn nhiệt.
Hóa chất CuSO4.5H2O.

1.3.2.

Tiến hành.

Nạp 7 lít dung dịch CuSO4.5H2O vào nồi đun có điện trở để gia nhiệt công suất.
Mở van nước để cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ ở đỉnh tháp với lưu lượng 150 l/h giúp

ngưng tụ môi chất thành lỏng.
Đóng van hoàn lưu.
Điều chỉnh nhiệt độ ở công suất 100% và bắt đầu canh giờ.
Khi dung dịch trong nồi đun sôi sẽ có dòng hơi bốc lên đỉnh tháp đi quá ống xoắn ruột gà
Pagesẽ chuyển thành điện lỏng.
dòng hơi

6

Nhờ van hoàn lưu đóng sẽ giúp lượng môi chất quay ngược lại nồi đun.
Đợi khi nhiệt độ ổn định trong một vài phút ta ghi lại thời gian và bắt đầu hạ công suất điện
trở xuống còn 75%.


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Mở van hoàn lưu để thu lượng môi chất chảy từ trên đỉnh tháp xuống phiểu lọc.
Canh thời gian để lượng môi chất ở phiểu khoảng 2 lít thì ghi lại thời gian và nhiệt độ.
Đóng van nước và tắt các thiết bị điều khiển.
Xả dung dịch trong nồi đun và đo lại nồng độ trong dung dịch.
Làm vệ sinh thiết bị sau khi thực hành

1.4.
1.4.1.

Số Liệu Và Xử Lý Số Liệu Thực Nghiệm

Kết quả thí nghiệm.
Thời điểm

Ban đầu

Đun sôi
0 ml

Hơi thứ
1000 ml

101.48
2.065
100
200
2000
35.7
30.1
30.1
0

101.48
2.065
100
200
1500
99.4
30.1
35.2
15

101.69

2.651
100
200
1500
99.8
30.1
37
40

Đại lượng đo
Khối lượng cân 100ml (g)
Am (A)
Thể tích (ml)
Lưu lượng nước (l/h)
Công suất buồng gia nhiệt (W)
Nhiệt nồi đun (0C)
Nhiệt nước vào (0C)
Nhiệt nước ra (0C)
Thời gian (phút)

1.4.2.

đạt Hơi thứ
2000 ml

đạt

102.18
3.291
100

200
1500
99.8
30.1
36.9
65

Kết quả xử lý số liệu.

(kg)

(kg)

(kg)

(J)

7.1036

4.1695

2.9341

1512

1.5.

(J)

(J)

(J)

(kg/kg)

(kg/kg)

0.027

0.046

Nhận Xét Và Bàn Luận

Ta thấy nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun (, nhỏ hơn nồng độ cuối cùng của chất
tan trong
Page nồi đun().

7

Ngoài ra, ta thấy khối lượng dung dịch còn lại theo thực tế (thấp hơn khối lượng còn lại theo
lý thuyết (, khối lượng hơi thứ theo thực tế ( 2 lít=2 kg) nhỏ hơn khối lượng hơi thứ theo lý
thuyết là (2.9341 kg).


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Ở cả hai giai đoạn đun sôi và bốc hơi ta thấy năng lượng mà nồi đun cung cấp cho quá trình
thấp hơn hơn so với năng lượng mà dung dịch nhận được.
Nguyên nhân dẫn đến những chênh lệch trên là do:

-Trong quá trình cô đặc nước bốc hơi bị thất thoát trong quá trình ngưng tụ tại thiết bị ngưng
tụ, trong quá trình rót dung dịch vào nồi bị đọng lại trên dụng cụ đong, sau khi cô đặc xong ta xả
lấy dung dịch ra thì vẫn còn một lượng dung dịch đọng trong nồi.
-Do nồng độ dung dịch CuSO4 đậm đặc nên trước khi đem đo quang ta cần pha loãng dung
dịch nên cũng gây ra sai số trong tính toán.
-Do thiết bị đã được sử dụng lâu ngày nên năng suất làm việc giảm cũng gây ra sai số hệ
thống trong quá trình làm việc.
Các nguyên nhân gây sai số và cách khắc phục.
Có nhiều cách để nhập liệu nhưng chính sác nhất là ta đong vào ống đong cho đủ 7 lít rồi đổ
vào nồi đun.
Thiết bị làm chủ yếu để quan sát, không coi bộ phận cách nhiệt nên lượng nhiệt thất thoát ra
ngoài là rất lớn và rất khó tính toán chính xác căn bằng năng lượng. Ngoài ra việc sử dụng đầu
dò đo nồng độ gây sai số rất lớn, vì vậy để chắc ăn là ta lấy một lương dd đi sấy khô hoặc tốt hết
là nung 3000C trong 30 phút để chuyển về tinh thể CuSO4 trắng và đem cân, bấm máy tính là ra
nồng độ. Trong thí nghiệm của em sử dụng phương pháp sấy thì vẫn còn tinh thể CuSO 4.5H2O
và phải chờ trong thời gian lâu. Đo nồng độ một lần chưa đủ, ta có thể đo tổng cộng 3 lần để kết
quả chính xác hơn.

Page

8


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Phụ lục
Khối lượng 100ml dung dịch mẫu lúc đầu:
Khối lượng dung dịch mẩu đầu trong 7000ml:
Khối lượng 100ml dung dịch mẫu lúc cuối:

Sau khi có được ta đo được độ hấp thụ của dung dịch thì dựa vào đường chuẩn ta xác định
được nồng độ dung dịch CuSO4 (trang 99 trong tài liệu tham khảo [2])
A1 = 2.065

Cđ = 27.6 (g/l)

A2 = 3.291

Cc = 47 (g/l)

Ta có :

Khối lượng dung dịch còn lại theo thực tế:

Khối lượng dung dịch còn lại theo lý thuyết

Đối với hỗn hợp
Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch còn lại + Khối lượng hơi thứ
Page

Vì
thể tích còn lại của thực tế nhỏ hơn 5 lít. Ta tính được hiệu suất của
tổn thất của quá trình cô đặc như sau:

9

Vậy tổng lượng thể tích dung dịch còn lại theo thực tế được tính như sau:


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Năng suất quá trình cô đặc
Năng Suất = 100% - H% = 100% - 18.4% = 71.6%
Cân bằng năng lượng
Ta có :
W1 = 2000W
W2 = 1500W

Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch
Năng lượng nồi đun cung cấp cho quá trình (Thực nghiệm)

Năng lượng dung dịch nhận được (Lý thuyết)

Với nhiệt dung riêng của nước
Vì nhiệt độ ban đầu của dung dịch là 29.9
Tra bảng
Ở 20 :
Ở 40 :
⇒Ở:
⇒
Đối với giai đoạn bốc hơi dung dịch
Page

10

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình hóa hơi dung môi (Thực nghiệm)

Năng lượng nước nhận được để bốc hơi (lý thuyết)

THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ
Nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ

⇒Tổng năng lượng nhận được trong giai đoạn bốc hơi dung môi đặc trưng cho năng lượng
mang ra là

Page

11


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951

2. SẤY ĐỐI LƯU
2.1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy carton trong thiết bị sấy bằng không khí được đun
nóng nhằm:

o Xác định đường cong sấy
o Xác định đường cong tốc độ sấy
o Giá trị độ ẩm tới hạn, tốc độ sấy đẳng tốc, hệ số sấy
Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý thuyết
Xác định không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết
So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết

2.2. Cơ sở lý thuyết
Quá trình sấy gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn đốt nóng vật liệu : nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn
nhiệt của không khí thì giai đoạn đốt nóng vật liệu tăng lên. Trong giai đoạn này hàm ẩm của vật
liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến giai đoạn này nhanh kết thúc. Nếu vật liệu có độ dày
nhỏ thì thời gian diễn ra giai đọa này không đáng kể.
Giai đoạn sấy đẳng tốc: Sau giai đoạn sấy đốt nóng, hàm ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo
thời gian. Hàm ẩm của vật liệu giảm theo đơn vị thời gian là tốc độ sấy trong giai đoạn này.
Giai đoạn này kéo dài cho đến khi hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị Xk nào đấy thì kết thúc.
Giai đoạn giảm tốc: khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn Wk thì tốc độ sấy bắt đầu giảm
dần và đường cong sấy bắt đầu chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần tiến đến
độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy. Khi độ ẩm của vật liệu đạt tới độ
ẩm W thì hàm ẩm của vật liệu không giảm nữa và tốc độ sấy kết thúc, tốc độ sấy bằng 0. Quá
trình sấy kết thúc. Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi khác nhau tùy thuộc vào tính chất và
dạng vật liệu. Trong giai đoạn này Jm khác const, hệ số trao đổi ẩm thay đổi theo hàm ẩm và
nhiệt độ bề mặt vật liệu. Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay đường cong tốc độ sấy
bằng đường thẳng và phải đảm bảo sao cho việc sai số này là bé nhất, khi này giá trị độ ẩm tới
hạn sẽ
dịch chuyển về điểm tới hạn quy ước, Wkqư là giao điểm của đường đẳng tốc và đường
Page
giảm tốc.

12


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
2.3. Tiến hành thí nghiệm

•
-

Thí nghiệm 1: Khảo sát động lực học quá trình sấy ở nhiệt độ 60oC
Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt
Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế
Tắt tất cả công tắt trên tủ điều khiển
Cài đặt nhiệt độ sấy
Khởi động tủ điều khiển
Kiểm tra hoạt động của cân
Cân vật liệu sấy
Xác định kích thước vật liệu sấy
Lầm ẩm vật liệu sấy
Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm
Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo
Bật công tắt điện trở 1, 2, 3
Khi nhiệt độ đạt giá trị ổn định thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm
Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng vật liệu ban đầu G0, nhiệt độ sấy tại thời điểm
ban đầu (=0)
- Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ sấy sau mỗi thời gian 3 phút. Khi khối lượng vật
liệu không đổi sau 3 lần đo thì ngừng ghi số liệu.
- Tăng mức điện trở lên mức 8, tiến hành sấy thêm khoảng 30 phút ghi nhận chỉ số cân
xác định Gk
- Ngừng thiết bị: chuyển các nút diều chỉnh (điện trở, quạt) về mức “0”, đóng công tắc
điện trở gia nhiệt, đóng công tắc quạt.
• Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học quá trình sấy ở nhiệt độ 50oC
− Bật công tắc tổng
− Làm ẩm đều các tờ vật liệu
− Kiểm tra thiết bị sấy: đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt
− Điều chỉnh tốc độ quạt ở nút điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu thí nghiệm, bậc công tắc

quạt.
− Cài đặt mức điện trở theo yêu cầu thí nghiệm, bậc công tắc điển trở để gia nhiệt.
− Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng ban đầu, nhiệt độ sấy, tốc độ chuyển động
không khí trong phòng sấy tại thời điểm ban đầu.
− Sau thời gian 3 phút ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng vật liệu sau sấy, nhiệt độ
Page
sấy, tốc độ chuyển động của không khí trong phòng sấy
− Ngừng thiết bị: chuyển các nút điều chỉnh về trạng thái 0, đóng công tắc điện trở và công
tắc quạt.

13


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
2.4. Thực nghiệm
2.4.1. Kết quả thí nghiệm
Thí nghiệm 1
Nhiệt độ 60 oC,tốc độ gió 1,4 m/s.Go=0,084kg,m=0,092 kg

Page

14

Lần đo

T(phút)

G(kg)

Tu(oC)

Tk(oC)

1

0

0,234

48

58

2

3

0,194

49

58

3

6

0,175

50

59

4

9

0,158

50

59

5

12

0,144

50

59

6

15

0,131

50

59

7

18

0,122

50

59

8

21

0,111

50

59

9

24

0,102

50

59

10

27

0,092

50

59

11

30

0,086

50

59

12

33

0,086

50

59


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Thí nghiệm 2
Nhiệt độ 50 oC,tốc độ gió 1,6 m/s.Go=0,084kg,m=0,124 kg
Lần đo

T(phút)

G(kg)

Tu(oC)

Tk(oC)

1

0

0,268

34

47

2

3

0,257

39

48

3

6

0,232

40

49

4

9

0,211

40

49

5

12

0,203

40

49

6

15

0,19

40

49

7

18

0,167

40

49

8

21

0,153

40

49

9

24

0,146

41

50

10

27

0,133

41

50

11

30

0,122

41

51

12

33

0,115

41

51

13

36

0,107

41

51

14

39

0,104

41

51

15

42

0,098

41

51

16

45

0,092

41

51

17

48

0,092

41

51

2.4.2.Tính toán kết quả
Page

-Độ ẩm giấy lọc:

15

X1=(G1-Go)*100%/Go=(0,234-0,084)*100%/0,084=178,6
-Tốc độ sấy
N1=(X1-X2)/(t2-t1)=(178,6-131,0)/(180-0)= 0,26455 (%/S)


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Tương tự ta tính cho các thí nghiệm khác. Ta có bảng kết quả tính sau thí nghiệm 1

Page

16

STT

T(giây)

Xi(%)

N1(%/s)

1

0

178,6

0

2

180

131,0

0,13

3

360

108,3

0,11

4

540

88,1

0,09

5

720

71,4

0,09

6

900

56,0

0,06

7

1080

45,2

0,07

8

1260

32,1

0,06

9

1440

21,4

0,07

10

1620

9,5

0,04

11

1800

2,4

0,00

12

1980

2,4

0,00


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Thí nghiệm 2

Page

17

STT

T(giây)

Xi(%)

N1(%/s)

1

0

219,0

0

2

180

206,0

0,165

3

360

176,2

0,139

4

540

151,2

0,053

5

720

141,7

0,086

6

900

126,2

0,152

7

1080

98,8

0,093

8

1260

82,1

0,046

9

1440

73,8

0,086

10

1620

58,3

0,073

11

1800

45,2

0,046

12

1980

36,9

0,053

13

2160

27,4

0,020

14

2340

23,8

0,040

15

2520

16,7

0,040

16

2700

9,5

0,000

17

2880

9,5

0,000


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Bảng kết quả tính toán thông số động học:
Ở 60 oC
Độ ẩm cân bằng Xđ: Dựa vào đường cong tốc độ sấy, từ điểm tốc độ sấy N=0
ta xác định Wđ=34,62%
- Độ ẩm tới hạn quy ước Xk:
+Lý thuyết: Xk=X1/1,8+Xđ=178,6/1,8+34,62=133,4%

-Nhiệt độ bầu ước trung bình tu: lấy giá trị trung bình cộng nhiệt độ bầu ướcđầu. Ta được:
tutb=49,8 0C
-Nhiệt độ bầu khô trung bình tu: lấy giá trị trung bình cộng nhiệt độ bầu khô đầu. Ta được:
tktb=58,8 0C
-Dựa vào nhiệt độ bầu ước tutb=49,8 0C tra trên giản đồ Ramzin ta
được áp suất Pu= 47,2 mmHg
-Dựa vào nhiệt độ bầu khô tktb=58,8 0C tra trên giản đồ Ramzin ta
được áp suất Pk= 49,8 mmHG
Hệ số trao đổi ẩm αm có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau:
+αq=3,6.(wk.pk)0,6/(2R)0,4=3,6.(1,4.1,293)0,6/(2.0,1485)0,4=8,35 (w/m2.0C)
Với wk=1,4 m/s là vận tốc tác nhân sấy,p=1,293 kg/m3,R=14,85 cm=0,1485m
-Cường độ bây hơi ẩm
Jm=aq.(Pu-Pk).760/B=8,35.(49,8-47,2).760/760=21,71 (kg/m2.h)
Tốc độ sấy lý thuyết
N1=100.Jm.f=100.21,71. 0,7425 =1612 (m/h)
Với bề mặt riêng :f=F/Go=0,297.0,21/0,084=0,7425 (m2)
Với F là diện tích khổ A4 chiều dài 29,7cm,rộng 21cm
-Tốc độ sấy thực tế
Ntn=(W1-W2)/t=(178,6-34,62)/0,5=287,96 (%/h)
-Hệ số sấy K=Ntn/(Xk-Xd)=287,96/(133,4-34,62)=2,92 h-1
Page

Thời gian sấy đẳng tốc

18

t2=(X1-Xk)/N=(178,6-133,4)/287,96=0,157 (h)


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM

GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Thông số

500C

600C

Xk(%)

145,07

133,4

Xd(%)

23,4

34,62

tutb (0C)

40,1

49,8

tktb ( C)

49,8

58,8

Pu (mmHg)

45,6

47,2

Pk (mmHg)

47,2

49,8

αq
(w/m2.0C)

8,35

8,35

Jm (kg/m2.h)

13,36

21,71

Nlt (m/h)

991,9

1612

Ntn (%/h)

243,34

287,96

K (1/h)

2

2,92

0

2.4.3.Vẽ biểu đồ
Thí nghiệm 1: mức 60oC

Nhận xét:
Với kết quả trên cho thấy quá trình sấy diễn ra theo nhiều chiều hướng khác nhau, có thể
giảm đột ngột quá nhanh hoặc chậm.
Tốc độ sấy của thí nghiệm 1 có xu hướng giảm theo chiều gần bằng nhau và tốc độ giảm
gần như nhau.
Đường cong tốc độ sấy của thí nghiệm 1 theo chiều hướng của phương trình bậc 4 có trục
đối xứng và tăng giảm gần như không chênh lệch nhiều. Điều này cho thấy quá trình sấy diễn ra
có sự ổn định và tạo kết quả chính xác nhiều hơn.
Thí nghiệm 2:mức 50oC

Page

19
Nhận xét:
Khi ta làm thí nghiệm 2 do nhiệt độ ở mức trung bình nên hơi nước thoát ra ở giai đoạn
đầu hơi nhanh và dần về sau không có chênh lệch giữa các lần đo là bao nhiêu. Tuy nhiên thời


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
gian khi thực hiện thú nghiệm hơi lâu và do sai sót về kỹ thuật dẫn tới một số sai số nhỏ về nhiệt
độ giữa ướt và khô.
Điều đó dẫn tới đồ thị đường cong tốc độ sấy không tuân theo quy luật và hình dạng gấp
khúc thay đổi liên tục giữa các điểm giao của đồ thị. Đường cong tốc độ sấy biểu thị sự giao thoa
và sự ổn định trong quá trình sấy, sự ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, hàm
lượng ẩm…
2.4.4.Bàn luận
Đường cong sấy là đường biễu diễn quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy t.
Đường cong tốc độ sấy là đường biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu. Qua
biểu đồ đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy, ta thấy:
Nhiệt độ càng cao thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng và tổng thời gian sấy vật liệu càng
giảm vì nhiệt độ tăng làm tăng nhanh tk của không khí trong khi tư tăng với tốc độ chậm hơn làm
tăng thế của quá trình sấy dẫn đến tăng động lực quá trình sấy .
Nhiệt độ càng cao thì Uth, Ucb càng giảm do tăng động lực quá trình và hiệu quả quá trình
sấy. Tuy nhiên,từ đồ thị đường cong tốc độ sấy, ta thấy 2 giá trị này thay đổi không phù hợp với
lý thuyết nêu trên.Nguyên nhân có thể do độ ẩm ban đầu của mỗi chế độ sấy khác nhau, thời gian
sấy có ngắn hơn và khi nhiệt độ tăng nhưng do phải tổn thất động lực để làm bốc hơi ẩm khác
nhau nên kết quả thu được là không phù hợp với lý thuyết.

3. CHƯNG CẤT
3.1.

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.
Sinh viên có khả năng trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và ưu nhược
điểm của thiết bị chưng cất cồn hoạt động liên tục.
Vận hành được hệ thống chưng cất.
Tính toán được ảnh hưởng của lưu lượng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu lên độ
tinh khiết của sản phẩm, tính hiệu suất của quá trình chưng cất.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Page 3.2.

20

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:


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
- 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
3.2.1.
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 E0: 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

- 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

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
: 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
- Hiệu suất cục bộ được định nghĩa như sau:
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
3.2.2.
Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng
quát
HiệuPage
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 E0 có thể gần bằng hiệu suất mâm EM. Tuy nhiên khi phân tích họat động của

21


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
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 EM hơn là giả sử EM=E0

3.2.3.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ
Hơi bão hòa

Thiết bị ngưng tụ
Lỏng sôi

Tháp chưng cất

Dòng bão hòa

Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
Thiết bị đun nóng dòng nhập liệu

Hơi bão hòa

Nồi đun

Dòng nhập liệu

Sản phẩm đáy

3.3.

Các Bước Tiến Hành Thí Nghiệm.

-

Pha rượu với nồng độ khoảng 20-300

-

Bật công tắc điện chính

-

Mở hệ thống nước giải nhiệt

-

Mở công tắc tổng

-

Đặt giá trị lưu lượng dòng nước giải nhiệt trên bộ điều khiển.

-

-

Mở van nhập liệu ở vị trí thấp nhất, điều chỉnh lưu lượng bơm nhập liệu với
hiệu suất , số vòng quay tối đa, mở bơm nhập liệu vào nồi đun đến
lượng cho phép
Mở điện trở nồi đun
Cài
đặt độ giảm áp trên máy
Page
Vận hành ở chế độ Reflux hồi lưu hoàn toàn

22

-

Sau thời gian ổn định hệ thống, bậc công tắc sang chế độ draw off, đo nồng
độ sản phẩm đỉnh

Ghi lại chỉ sôd hồi lưu và các nhiệt độ cần thiết
3.4.
Thực nghiệm


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951

3.4.1.

Kết quả thí nghiệm:

Vị trí mân
1

R
1

R=1.5Rmi
n
1.22 R=1.8Rmi
n
1.5 R=2.3Rmi
n

2
3

V đỉnh (l)
0.2

Thời gian (s)
435

Nồng độ đỉnh
800

0.15

605

770

0.15

611

780

Bảng nhiệt độ
T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

G

93

90.3

88.3

79.1

78.5

89.9

30

30.7

198

93

90.5

88.2

79.2

78.4

90.0

30

30.6

207

93

97.0

88.5

77.8

77.4

90.0

30

30.9

189

3.4.2.

2
3

xD
(mol/mol)

xW
(mol/mol)

0.7646

0.508

0.058

0.072

0.7646

0.508

0.058

0.072

0.7646

0.508

0.058

STT

xF

1

0.072

2
3

(mol/mol)

F

(mol/h)

STT

R

D
(mol/h)

W
(mol/h)

Đường làm việc phần
Đường làm việc phần cất
chưng

1

1.00

0.023

0.7416

y=17.121x-0.935

y=0.50000x+0.254

2

1.22

0.023

0.7416

y=15.524x-0.842

y=0.54955x+0.2288

3

1.50

0.023

0.7416

y=13.897x-0.748

y=0.60000x+0.2032

Stt Page
1

Kết quả

23

Qng

(W)

QF

(W)

Qw

(W)

QD
(W)

18.195

93706.89

271884.9

2417.02

18.19

93718.64

275526.4

2416.51

18.08

93718.64

296479.6

2411.71

l/h


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
QDll (W)

Qwll (W)

Qlo

QK

1

180.65

6705.86

18.195

20068.14

2

180.67

6566.55

22.193

20471.38

3

204.85

2063.04

27.127

22798.97

Stt

3.4.3.

(W)

Xử lý kết quả thí nghiệm

a. Các công thức tính toán:

• Công thức chuyển đổi từ độ cồn và nồng độ phần mol:

• Cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng cho toàn tháp
F=W+ D
F.xF=W.xW + D.xD
F, W, D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh, mol/h
xF, xW, xD: phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh
(mol/mol)
•

Phương pháp Mc Cabe-Theile

Phương pháp Mc Cabe-Theile thích hợp cho nhiều trường hợp có tổn thất nhiệt và nhiệt
dung dung riêng không lớn. Cơ sở của phương pháp này là xem gần đúng đường làm việc phần
chưng và phần cất là đường thẳng, tức là chúng ta thừa nhận một số giả thuyết sau:
Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả tiết diện của tháp.

Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi
Chất lỏng nhưng trong thiết bị ngưng có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp

Page

Đun sôi ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp
24

Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và chưng

•

Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu)


THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẪM
GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT
SV: PHAN TẤN PHÚC - MSSV 13013951
Chỉ số hồi lưu là tỉ số giữa lưu lượng dòng hoàn lưu (L 0) và lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh
(D)

Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (R min) và quan
hệ theo phương trình sau: R=b.Rmin
Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xácđịnh theo hai phương pháp: phương phápđại số và phương
pháp đồ thị.
− Phương pháp đồ thị:
: nồng độ pha hơi cân bằngứng với nồng độ nhập liệu pha lỏng.
− Phương pháp đồ thị:
Phương phápđại số là phương phápđơn giản nhưng trong một số trường hợp phương pháp
đại số không sử dụng được phải sử dụng phương pháp đồ thị (vẽ tiếp tuyến). Trường hợp này

thường gặp đối với các hỗn hợp chưng cất cóđiểm đẳng phí.
•

Phương trình đường làm việc
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất:

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

, lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh
• Cân bằng năng lượng:
− Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu:
Qnl= F.CPF.(tFr-tFV) + Qm
Với

Qnl : Nhiệt lượng cần cung cấp, W
CPF : Nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W

Page

25

tFv, tFr : Nhiệt độ nhập liệu và ra khỏi thiết bị, 0C

− Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:
Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh.