Thưc tập kĩ thuật thực phẩm (ns113) phúc trình truyền khối bài 1 xác định tốc độ thấm hơi nước qua màng bao bì

Vì độ ẩm môi trường dẫnđến ảnh hưởng sự thấm hơi nước qua màng và nhiệt độ ảnh hưởng áp suất hơi bão hòacủa hơi nước.- Nếu đường kính đĩa petri nhỏ hơn, hệ số thấm hơi nước có thay đổi

Khảo sát sự thấm hơi nước qua loại màng bao bì PVC theo sự thay đổi độ ẩm môi trường.

2 Phương tiện thí nghiệm

Hạt silicagel sau khi sấy khô được lấy một lượng xác định cho vào đĩa petri, sau

đó đậy lại bằng màng bao bì thí nghiệm (PE) và một dĩa bao màng (PE) nhưng không chứa silicagel ( dĩa đối chứng)

Để xét sự thấm hơi nước đi qua một diện tích giới hạn trên đĩa petri, màng bao

bì cần được cố định thật chặt bằng dây thun và dán keo làm dấu

Trước khi đặt vào bình kín, các đĩa chứa hạt silicagel (mẫu) được cân chính xác, sau đó đặt toàn bộ mẫu vào bình có các độ ẩm tương đối khác nhau.

Tiến hành cân lại các mẫu theo từng ngày để theo dõi sự thay đổi về khối lượng của mẫu và xác định tốc độ thấm hơi nước qua màng bao bì.

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ thấm hơi nước qua màng bao bì

4 Báo cáo kết quả

4.1 Trả lời câu hỏi

- Độ thấm hơi nước qua màng là gì?

 Độ thấm hơi nước qua màng là tốc độ truyền hơi nước qua màng.

- Nêu những yếu tố ảnh hưởng đến sự thấm hơi nước qua màng?

 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự thấm hơi nước qua màng: độ dày màng, loại màng, độ ẩm môi trường, khối lượng và loại nguyên liệu chứ bên trong, nhiệt độ

- Độ ẩm không khí bên ngoài(RH1): 100%

- Độ ẩm không khí bên trong (RH2): 0%

Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng bên trong hai dĩa petri theo ngày bảo quản ở môi trường 100% ẩm

 Xác định độ thấm hơi nước qua màng bằng công thức sau:

- Tốc độ thấm hơi nước (g nước/ngày.m 2 )

5 Câu hỏi thảo luận

- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự thấm hơi nước qua màng không, giải thích?

 Nhiệt độ có ảnh hưởng đến tinh thấm hơi nước qua màng Vì độ ẩm môi trường dẫn đến ảnh hưởng sự thấm hơi nước qua màng và nhiệt độ ảnh hưởng áp suất hơi bão hòa của hơi nước.

- Nếu đường kính đĩa petri nhỏ hơn, hệ số thấm hơi nước có thay đổi không?

 Áp suất của hơi nước và độ ẩm môi trường giảm đi Vì hệ số thẩm hơi nước có thay đổi nếu đường kính đĩa petri nhỏ hơn.

- Lượng silicagel có ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm không, giải thích?

 Nếu lượng silicagel nhỏ thì lượng thẩm hơi nước qua mảng ít và nếu lượng silicagel nhiều thì sự thẩm hơi nước qua màng lớn nên lượng silicagel có ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.

- Đề nghị loại màng thích hợp cho bảo quản sản phẩm sấy?

 Vì màng PVC có sự thấp hơi nước cao hơn các màng PE, PP, PA nên mảng PVC thích hợp cho bảo quản sản phẩm sấy.

BÀI 2 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẤY THỰC PHẨM

1 Mục đích thí nghiệm

Theo dõi diễn biến thoát ẩm trong quá trình sấy thực phẩm.

Sử dụng mô hình hóa để tính các thông số trong các mô hình biểu diễn nhằm biểu diễn quá trình sấy thực tế

Sử dụng kỹ thuật so sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm để có thể áp dụng trong các quá trình khác.

2 Phương tiện thí nghiệm

2.1 Dụng cụ

- Hệ thống sấy thực phẩm (hình 2.1)

- Cân

- Tủ sấy hay thiết bị đo độ ẩm

- Dụng cụ thí nghiệm thông thường

2.2 Nguyên liệu

- Xoài

3 Tiến hành thí nghiệm

3.1 Sơ đồ thí nghiệm

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm được tiến hành như ở hình 2.1

(3) Hệ thống gia nhiệt điều khiển nhiệt độ bằng máy tính (4) Thực phẩm

(9) Analog kết nối các cảm biến với máy tính và điều khiển nhiệt độ (10)Máy tính thu nhận dữ liệu

3.2 Tiến hành thí nghiệm

 Chuẩn bị mẫu trước khi sấy: Xoài cắt thành các khối và cân khối lượng (gram).

- Tiến hành phân tích độ ẩm ban đầu của mẫu nguyên liệu

- Cho mẫu vật đã biết trước hàm ẩm lên bàn cân (5) trong phòng sấy.

- Bật cầu dao điều khiển hệ thống.

- Mở máy tính, mở chương trình Matlab.

- Điều chỉnh vận tốc không khí ra khỏi máy sấy (bằng tay).

- Tại dấu nhắc của chương trình đánh saythucpham và Enter.

 Các thông số cần cài đặt cho hệ thống sấy:

- Nhiệt độ không khí cần sấy: điều chỉnh nhiệt độ cần thiết 65°C.

- Khoảng cách giữa 2 lần ghi: 1 phút.

- Số dữ liệu muốn ghi: Tùy thuộc vào loại sản phẩm và khối lượng mẫu.

- Ấn Enter để bắt đầu ghi dữ liệu của quá trình sấy.

- Kết thúc quá trình bằng cách ấn Ctrl-C (copy) và lưu dữ liệu ở dạng Excel (XLS) hay Mat để sử dụng trong tính toán.

4 Báo cáo kết quả

4.1 Dữ liệu đối với tác nhân sấy

 Dữ liệu thu nhận từ thí nghiệm: dùng để tính toán quá trình sấy

- Nhiệt độ sấy (°C): T = 65°C

- Vận tốc không khí (m/s): V = 1,5 m/s

4.2 Dữ liệu đối với vật liệu sấy

- Độ ẩm ban đầu của vật liệu (% căn bản khô) : M 0 = 75,67%

- Độ ẩm cân bằng của vật liệu (% căn bản khô): M e = 20%

Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0

20 40 60 80 100 120 140 160 180

f(x) = − 0.036442832898646 x + 127.196754961281 R² = 0.682324960826565

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian

Thời gian sấy ( phút)

Bảng 2: Sự thay đổi nhiệt độ mẫu theo thời gian

Thời gian sấy

Nhiệt độ tâm

Nhiệt độ không khí sấy

0 10 20 30 40 50 60 70

39

46 48

59 59 59 59 59

f(x) = 0.00993109844971512 x + 46.0020206704651 R² = 0.664585561434061

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ mẫu theo thời gian

Thời gian sấy (phút)

4.3 Kết quả tính toán quá trình sấy

 Đối với phương trình Lewis: K là hệ số góc a của phương trình y = - ax

Bảng 2: Tổng hợp số liệu theo mô hình Lewis:

Thời gian (s) Độ ẩm M t ( Căn bản khô) MR = M (t )−M e

f(x) = − 3.48842334116711E-06 x + 0.842535193553458 R² = 0.786908648896139

Biểu đồ thể hiện quá trình tính toán theo Lewis

 Đối với phương trình Page: n là hệ số góc a và – ln(K) =b của phương trình y=ax+b

Bảng 3: Tổng hợp số liệu theo mô hình Page:

0 f(x) = 1.09746171865816E-05 x − 1.45551935488471 R² = 0.746045335129641

Biểu đồ thể hiện quá trình tính toán theo Page

quan tâm để có thể kiểm soát và điểu khiển quá trình Đây là quá trình rất phức tạp kết hợp cả ba quá trình truyền: Truyền moment, truyền nhiệt và truyền vật chất Các đặc tính của thực phẩm và tính chất của môi trường sấy cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thoát ẩm.

BÀI 3 HIỆN TƯỢNG THẨM THẤU

- Pha dung dịch đường có nồng độ phù hợp cho thí nghiệm, sau đó kiểm tra lại

độ chính xác bằng Brix kế Chú ý pha ở 2 mức nồng độ có sự chênh lệch đáng kể (thí

dụ mức nồng độ đường 30% và nồng độ bão hòa) để có thể nhận thấy rõ sự khác biệt

về tốc độ truyền khối do ảnh hưởng của nồng độ dịch ngâm

- Cắt xoài thành khối sau đó đem cân.

- Phân tích độ ẩm, độ Brix ban đầu của nguyên liệu.

- Cho mẫu vào dung dịch đường với tỷ lệ 1 kg mẫu / 5 lít dung dịch Gài nén ở

bề mặt dụng cụ ngâm nhằm đảm bảo mẫu được ngâm ngập hoàn toàn trong dung dịch đường.

4 Báo cáo kết quả

4.1 Các thông số ban đầu

- Độ Brix mẫu: 13,53%

- Độ ẩm mẫu : 86,65%

- Khối lượng mẫu ban đầu: m 0 =50g; m 1 =49g; m 2 =47,9g; m 3 =49,9g

- Khối lượng dung dịch đường: m đường = 1000g

- Độ Brix dung dịch đường ban đầu: 48,5%

WL t (2)= ( W o −W t ) +(S t −S o )

W 0 = (48,6−44,9)+((44,9 x0,264 )−( 48,6 x0,136 )) 48,6 = 0,184

Bảng 2: Tốc độ ngấm đường của mẫu xoài theo thời gian ngâm ở nồng độ đường

8 f(x) = 0.00122222222222222 x + 0.735 R² = 0.950388120148498

Biểu đồ thể hiện sự biến đổi khối lượng theo thời gian ngâm

Thời gian ngâm ( phút)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

0.4 f(x) = 0.00006 x + 0.0462 R² = 0.929633872976339 Biểu đồ thể hiện sự biến đổi độ ẩm theo thời gian ngâm

Thời gian ngâm ( phút)

0.25 f(x) = 3.53472222222222E-05 x + 0.0316 R² = 0.905649626667412

Biểu đồ thể hiện sự biến chất tan theo thời gian ngâm

Thời gian ngâm ( phút)

4.5 Trả lời câu hỏi

Câu 1: Lý do ngâm mẫu trong dung dịch đường với tỷ lệ 1kg : 5 lít dung dịch?

 Để tránh lượng nước trong nguyên liệu thoát ra làm ảnh hưởng đến nồng độ ban đầu của dung dịch thì thời gian ngâm nguyên liệu phải tương đối lâu Nồng độ dung dịch không bị giảm nhiều so với nồng độ ban đầu vì khi sử dụng một lượng dung dịch lớn hơn nhiều so với lượng nguyên liệu cho vào.

Câu 2: Xác định khối lượng mẫu trước và sau từng thời gian ngâm có ý nghĩa gì?

 Có thể so sánh về tốc độ thẩm thấu khi ngâm mẫu trong dung dịch đường trong cùng một khoảng thời gian và xác định khối lượng mẫu trước và sau từng thời gian ngăm để tính toán sự thay đổi khối lượng độ ẩm, của màu theo thời gian Thông qua tốc độ ngấm đường vào nguyên liệu nên có thể xác định tốc độ truyền khối của thực phẩm.

Câu 3: Giải thích lý do của các biến đổi khối lượng, nước và đường? Trong các biến đổi này, biến đổi nào là chính, biến đổi nào là phụ thuộc, các biến đổi có xảy ra đồng thời không?

 Khối lượng giảm, lượng nước giảm, lượng đường tăng lên khi ngâm xoài vào dung dịch nước đường Là kết quả của quá trình thăm thẩu Đường sẽ di chuyển

từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp (Từ dung dịch đường vào trong nguyên liệu.), đồng thời nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ tháp đến nơi có nồng độ cao (Từ nguyên liệu ra môi trường.) đề căn bằng nồng độ chất tan giữa dung dịch thẩm thấu và nguyên liệu Kết quả là lượng nước trong nguyên liệu giảm, lượng đường trong nguyên liệu tăng và khối lượng của nguyên liệu giảm

do lượng đường thẩm thấu vào nhỏ hơn lượng nước đi ra, đường có phân tử lượng lớn.

 Trong các biến đổi trên thị biến đổi về khối lượng, hình dạng chỉ là phụ thuộc

và biến đổi về lượng nước, nồng độ đường mới là chính Các biến đổi xảy ra đồng thời trong quá trình thẩm thấu Tiền đề cho biến đổi khối lượng nguyên liệu chính là biến đổi về khối lượng nước và đường.

Câu 4: Biến đổi của hình dạng sản phẩm trong quá trình thí nghiệm? Lý do?

 Mẫu xoài bị teo nhỏ từ từ do ngâm trong dung dịch ưu trương trong suốt quá trình thí nghiệm Nguyên nhân là nồng độ đường trong mẫu xoài thấp hơn môi trường, hình dạng sản phẩm bị teo nhỏ lại do nước sẽ di chuyển từ mẫu ra môi trường dẫn đến hiện tượng mất nước (Co nguyên sinh).

Câu 5: Ảnh hưởng của sự thay đổi kích thước và sự thay đổi nồng độ đường ngâm đến tốc độ truyền khối?

 Tốc độ truyền khối chậm lại, kích thước nhỏ và mỏng thì tốc độ truyền khối nhanh do kích thước nguyên liệu dày và lớn Tốc độ truyền khối càng nhỏ do nồng độ đường càng thấp Tốc độ truyền khỏi càng lớn do nồng độ đường càng cao sự chênh lệch áp suất thẩm thấu cảng lớn.

Câu 6: Trong trường hợp các mẫu có đường kính bằng nhau nhưng chiều dài thay đổi, tốc độ truyền khối ở cùng một điều kiện ngâm có khác nhau không? Tại sao?

 Trong trường hợp các mẫu có đường kính bằng nhau nhưng chiều dài thay đổi tốc độ truyền khối ở cùng một điều kiện ngâm có khác nhau Vì khuếch tán theo phương vuông góc (Xuyên tâm).

BÀI 5 CHƯNG CẤT

(Lý thuyết)

1 Mục đích thí nghiệm

Quan sát và nhận xét quá trình chưng cất gián đoạn đơn giản.

Tính toán quá trình chưng cất gián đoạn đơn giản so sánh với kết quả thực tế thu được.

2 Cơ sở lý thuyết

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí - lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử khác nhau) Quá trình chưng cất được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau:

Chưng cất đơn giản: Thường sử dụng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có

độ bay hơi rất khác nhau Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất.

Chưng bằng hơi nước trực tiếp: Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước.

Chưng chân không: Dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử, như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.

Chưng cất hoàn lưu: Đây là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hoà tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau (Paul Singh and Helman, 1993).

Trong bài thí nghiệm này, sinh viên quan sát quá trình chưng cất gián đoạn đơn giản.

Quá trình chưng cất đơn giản gián đoạn được tính toán theo hình 5.1.

Gọi:

L 1 : số gmol dung dịch lỏng ban đầu cho vào hệ thống

x 1 : phần mol chất dễ bay hơi trong L1

L 2 : số gmol dung dịch lỏng còn lại trong hệ thống sau quá trình chưng cất

x 2 : phần mol chất dễ bay hơi trong L2

Ở thời điểm t bất kỳ lượng dung dịch lỏng trong hệ thống là L gmol và phân mol cấu tử dễ bay hơi tương ứng là x.

3 Phương tiện thí nghiệm

3.1 Dụng cụ thí nghiệm

Sơ đồ thí nghiệm được trình bày như hình 5.2