Download miễn phí Nghiên cứu phương pháp xác định tỷ lệ nước đóng băng bên trong thực phẩm theo nhiệt độ lạnh đông
Đối tượng nghiên cứu là thủy hải sản nhóm giáp xác như: tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ
Hiện nay công nghệnuôi tôm đã phát triển mạnh mẽtrên toàn quốc. Có được sựphát triển đó
là nhờquá trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước, đồng thời tiếp thu những thành
tựu khoa học tiên tiến của thếgiới. Đó chính là nền tảng cho sựphát triển toàn diện và bền
vững của ngành nuôi tôm tại Việt Nam, tạo ra lợi ích xã hội, kinh tếrất lớn cho Quốc Gia.
Tôm làm nghiên cứu có kích thước: nửa bềdày R = 6.10-3m; chiều dài l = (70÷75).10-3m.
Thành phần hoá học cơbản của nguyên liệu tôm sú, tôm bạc, tôm thẻ được phân tích tại Trung
Tâm Phân Tích Hóa Học và Thực Phẩm 79 – Trương Định, Q.1, Tp.HCM trình bày ở bảng 1
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Science & Technology Development, Vol 11, No.09 - 2008Trang 58
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỶ LỆ NƯỚC ĐÓNG BĂNG BÊN
TRONG THỰC PHẨM THEO NHIỆT ĐỘ LẠNH ĐÔNG
Nguyễn Tấn Dũng (1), Trịnh Văn Dũng (2), Trần Đức Ba (3)
(1)Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, (2) Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM
(3) Trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM
(Bài nhận ngày 27 tháng 12 năm 2007, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 03 tháng 07 năm 2008)
TÓM TẮT: Thực tế cho thấy rằng quá trình lạnh đông thực phẩm để bảo quản, kéo dài
thời gian sử dụng sẽ đạt hiệu quả nhất khi nhiệt độ nguyên liệu đạt tới nhiệt độ lạnh đông tối
ưu, tại đó nước tự do đóng băng hoàn toàn, vi sinh vật mất môi trường sống và bị giết chết
hay bị mất khả năng sinh trưởng và phát triển. Chính vì lý do đó, chúng tui đã nghiên cứu
phương pháp xác định tỷ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông, thông qua phương pháp
này sẽ xác định được nhiệt độ lạnh đông tối ưu, kết quả thu được làm cơ sở cho việc tính toán
thiết kế, chế tạo hệ thống lạnh (HTL), hệ thống sấy thăng hoa (HT-STH) chính xác hơn, đồng
thời vận hành HTL, HT-STH đạt hiệu quả hơn, năng suất làm việc tốt hơn, tiết kiện năng
lượng rất nhiều và nâng cao tuổi thọ máy nén lạnh trong quá trình sản xuất.
Mặt khác, trong kỹ thuật sấy thăng hoa việc xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ
lạnh đông của vật liệu sấy rất quan trọng, bởi vì thông qua thông số nhiệt - vật lý này sẽ xác
định được nhiệt độ lạnh đông tối ưu và nước tụ do trong vật liệu ẩm đóng băng hoàn toàn,
lượng ẩm đóng băng này cũng chính là lượng ẩm cần thăng hoa ở giai đoạn sấy thăng hoa,
rút ngắn thời gian quá trình sấy.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi nghiên cứu chế biến lạnh đông thực phẩm để bảo quản, kéo dài thời gian sử dụng hay
để thực hiện quá trình sấy thăng hoa thì vấn đề đặt ra ở đây: làm thế nào biết được lạnh đông ở
nhiệt độ âm nào là tối ưu. Nếu lạnh đông ở nhiệt độ âm quá thấp thì HTL tiêu tốn rất nhiều
năng lượng, mặt khác thực phẩm bị giảm chất lượng rất nhiều, còn nếu lạnh đông ở nhiệt độ
âm cao thì vi sinh vật vẫn tồn tại và phát triển làm thực phẩm hư hỏng. Thực tế ở các nhà máy
đông lạnh thực phẩm người ta lạnh đông đến một nhiệt độ âm nào đó, sau đó lấy mẫu kiểm tra
vi sinh nếu vi sinh vật bị giết chết hay mất khả năng sinh trưởng và phát triển là đạt, làm như
thế không biết được lạnh đông ở nhiệt độ nào là tối ưu. Vì vậy, việc nghiên cứu đưa ra phương
pháp xác định tỷ lệ nước đóng băng của thực phẩm theo nhiệt độ lạnh đông là rất cần thiết, qua
đó sẽ xác định được nhiệt độ lạnh đông tối ưu (Nhiệt độ lạnh đông tối ưu là ứng với nhiệt độ
đó thì nước tự do trong thực phẩm đóng băng hoàn toàn, vi sinh vật sẽ bị giết chết hay ngừng
hoạt động). Trong sấy thăng hoa nếu vật liệu sấy được làm lạnh đông tại nhiệt độ lạnh đông tối
ưu thì kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa ẩm tự do hóa hơi hết hoàn toàn, do đó giai đoạn sấy
chân không cuối cùng chỉ việc tách ẩm liên kết còn lại. Mặt khác khi biết nhiệt độ lạnh đông
tối ưu và tỷ lệ nước đóng băng thì việc tính toán thiết kế, chế tạo HTL, TH-STH sẽ chính xác
hơn.
2.NỘI DUNG
2.1. Cơ sở khoa học xác định tỷ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông
2.1.1. Các giả thiết ban đầu khi thiết lập bài toán
- Hàm mục tiêu cần xây dựng có dạng: ω = f(Te, T0, τ, R) (1)
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 09 - 2008
Trang 59
Trong đó: xem các thông số nhiệt– vật lý vật liệu ẩm gần như không đổi.
• Te [0C]: nhiệt độ trung bình vật liệu ẩm cần lạnh đông, Te ≤ Tkt (nhiệt độ kết tinh của
nước trong vật liệu ẩm nghiên cứu: Tkt = -1,15 ÷ -1,50C)
• T0 [0C]: nhiệt độ môi trường lạnh đông.
• δ = 2R [m]: bề dày của vật liệu ẩm dạng phẳng cần nghiên cứu.
• ρ [kg/m3]: khối lượng riêng của vật liệu ẩm.
• Cpn [kJ/(kgK)]: nhiệt dung riêng của ẩm (nước) có trong vật liệu ẩm.
• Cpb [kJ/(kgK)]: nhiệt dung riêng của ẩm (nước) đóng băng bên trong vật liệu ẩm.
• Cpk [kJ/(kgK)]: nhiệt dung riêng của chất khô tuyệt đối của vật liệu ẩm.
• ω ∈ [0,1]: tỷ lệ nước đóng băng trung bình theo nhiệt động lạnh đông của vật liệu ẩm.
• ω = Gnb/Gn ∈ [0,1]: tỷ lệ ẩm (nước) đóng băng bn trong vật liệu ẩm.
• Gnb, Gn, G [kg]: khối lượng ẩm (nước) đã đóng băng và tổng khối lượng ẩm (nước)
có trong vật liệu và khối lượng vật liệu ẩm.
• Wa = Gn/G ∈ (0,1): tỷ lệ ẩm (hay độ ẩm tương đối) có trong vật liệu và được phân bố
đều.
• L [kJ/kg]: ẩn nhiệt đông đặc của nước.
• τ[h]: là thời gian làm lạnh đông vật liệu.
- Làm lạnh đông tôm sú, tôm bạc, tôm thẻ với mô hình dạng tấm phẳng, xem hình 1.
• dx: bề dày của lớp nước đóng băng trong vật liệu ẩm khi Te bắt đầu bé hơn Tkt.
• F[m2]: tiết diện trao đổi nhiệt của vật liệu ẩm dạng tấm phẳng.
• α [W/(m2.độ)]: hệ số tỏa nhiệt của môi trường làm lạnh đông.
• Điều kiện ban đầu: khi Te = Tkt thì τ = 0, ω = 0; ω = 0.
• Điều kiện biên: khi τ = 0 thì x = 0; khi τ = τ thì x = δ.
2.1.2. Thiết lập bài toán xác định tỷ lệ nước đóng băng
- Phương trình cân bằng nhiệt: dQ = dQ1 + dQ2 (2)
Có nghĩa nhiệt lượng của vật liệu ẩm trao đổi nhiệt với môi trường bằng tổng nhiệt lượng
lấy ra để làm kết tinh ẩm bên trong vật liệu ẩm và nhiệt lượng lấy ra để làm giảm nhiệt độ vật
liệu ẩm từ nhiệt độ kết tinh TKt xuống nhiệt độ Te.
Science & Technology Development, Vol 11, No.09 - 2008
Trang 60
Trong đó: xem hình 2.
Hình 2. Đồ thị T-τ của quá trình làm lạnh đông thực phẩm; (1) - Giai đoạn kết tinh Tkt = const; (2) -
Giai đoạn hạ nhiệt độ từ Tkt xuống Te
• dQ [kJ]: dòng nhiệt trao đổi giữa phân tố lớp băng dx có nhiệt độ Tkt với môi trường
làm lạnh đông có nhiệt độ T0.
• dQ1 [kJ]: dòng nhiệt lấy ra để làm kết tinh nước trong vật liệu ẩm làm lạnh đông tại
điểm Tkt.
• dQ2 [kJ]: dòng nhiệt lấy ra để giảm nhiệt độ vật liệu ẩm làm lạnh đông từ nhiệt độ Tkt
xuống nhiệt độ Te.
• dQ = ( )
λα
τ
x
dFTTkt
+
−
1
...0 (3)
• dQ1 = L.dGnb = L.ω.Wa.dG = L.ω.Wa.ρ.F.dx (4)
• dQ2 = [Cpn(1 - ω).Wa + Cpb. ω.Wa + Cpk.(1 – Wa)].(Tkt – Te). ρ.F.dx (5)
• Thay (3), (4), (5) vào (2) sẽ thu được:
( )
λα
τ
x
dFTTkt
+
−
1
..0 = [L.ω.Wa + [Cpn(1 - ω).Wa + Cpb. ω.Wa
+ Cpk.(1 – Wa)].(Tkt – Te)]. ρ.F.dx (6)
• Biến đổi (6) rồi lấy tích phân hai vế sẽ thu được:
[L.ω.Wa + [Cpn(1 - ω).Wa + Cpb. ω.Wa + Cpk.(1 – Wa)].(Tkt – Te)]. ρ.δ. )
.2
1( λ
δ
α +
= (Tkt – T0).τ
(7)
• Biến đổi (7) và thay δ = 2R sẽ thu được : ( ) [ ]
).().(.
).()1.(.
1
.
..2
. 0
ektapnpba
ektapkapn
kt
TTWCCWL
TTWCWC
Bi
TT
R
−−+
−−+−+
−
= ρ
τα
ω
(8)
T [0C]
(1) (2)
τ [h]
0
Tkt
Te
T0
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 09 - 2008
Trang 61
Đặt: A = 3,6α/(2.ρ); hệ số 3,6 chuyển đổi từ τ[h] → τ
B = Cpn.Wa + Cpk.(1 – Wa); C = L.Wa ; D = (Cpb – Cpn).Wa ; Bi = α.R/λ
Như vậy (8) sẽ viết gọn lại :
( )
).(
).(
)1.(
.. 0
ekt
ekt
kt
TTDC
TTB
BiR
TTA
−+
−−+