Bài giảng PPT (Power Point) học phần Quá trình và thiết bị CNTP 2 | SLIDE | Đại học Bách Khoa Hà Nội

Bộ slide bài giảng gồm 4 chương giúp sinh viên củng cố kiến thức và đạt điểm cao trong bài thi kết thúc học phần Quá trình và thiết bị CNTP 2

280 140 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Quá trình và thiết bị CNTP 2

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thông tin:

444 trang 11 tháng trước

Tác giả:

Profile VietJack
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
CNTP II
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNSH-CNTP
GV: Phan Minh Thụy
BM: Quá trình và thiết bị CNSH - CNTP
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Các quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt, Tôn Thất Minh
2. Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Phạm Xuân Toản
3. Thiết bị trao đổi nhiệt, Nguyễn Văn May
4. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Hoàng Đình Tín
5. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm, tập 2, Nguyễn Bin
6. Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 – 2, Nguyễn
Bin
7. Heat transfer, J. P. Hofman
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản
2. Dẫn nhiệt
3. Nhiệt đối lưu
4. Nhiệt bức xạ
5. Truyền nhiệt
TRUYỀN NHIỆT
KHÁI QUÁT VỀ TRUYỀN NHIỆT
Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng dưới
dạng nhiệt năng từ vật này sang vật khác,
vùng này sang vùng khác.
Truyền nhiệt
Truyền nhiệt
80
o
C
30
o
C
TRUYỀN
NHIỆT
KHI
NÀO
LÀ
GÌ?
Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng dưới
dạng nhiệt năng từ vật này sang vật khác, vùng
này sang vùng khác.
Nhiệt độ
cao
Nhiệt độ
Thấp
80
o
C
80
o
C
Truyền nhiệt
Đá truyền lạnh vào
tay???
Đá truyền lạnh cho
nước???
SAI
KHI
NÀO
Text
TRUYỀN
NHIỆT
THẾ
NÀO
LÀ
GÌ?
Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng dưới dạng
nhiệt năng từ vật này sang vật khác, vùng này sang
vùng khác.
Dẫn nhiệt
Đối lưu
Bức xạ
30
o
C
Nhiệt độ
cao
Truyền nhiệt
Nhiệt độ
Thấp
Đối lưu
Bức xạ
Đối lưu
Bức xạ
Đối lưu
Bức xạ
Đối lưu
Bức xạ
dQ
q
dt
=
Nhiệt lượng: năng lượng dưới dạng nhiệt, J,
Dòng nhiệt (công suất nhiệt) là lượng nhiệt
truyền đi trong một đơn vị thời gian (J/s; W).
Mật độ dòng nhiệt là lượng nhiệt truyền qua
một đơn vị bề mặt truyền nhiệt trong một đơn vị
thời gian.
2
W
'
F.d
dQ dq
q
t F m

==


CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT
Nhiệt lượng Q (kJ) thu vào hay mất đi của một vật
tỷ lệ thuận với khối lượng vật m (kg), nhiệt dung
riêng của vật C (kJ/kg.
o
C) và chênh lệch nhiệt độ
Q = mC
T
Trong đó:
Nhiệt dung riêng (C) là nhiệt lượng cần thiết để
nâng nhiệt độ của 1 kg vật liệu lên 1 độ C.
(kJ/kg
o
C)
VD: C
nước
= 4,186 (kJ/kg.
o
C)
NHIỆT KHÔNG CHUYỂN PHA
Dòng nhiệt (J/s; W) thu vào hay mất đi của
một dòng vật chất tỷ lệ thuận với lưu lượng
dòng chảy, nhiệt dung riêng của vật và
chênh lệch nhiệt độ .
q = GC
T
G = m/t
q = Q/t
NHIỆT KHÔNG CHUYỂN PHA
• Nhiệt lượng Q (kJ) cần thiết để làm bay hơi một
lượng vật chất tỷ lệ với khối lượng vật chất m
(kg) và ẩn nhiệt hóa hơi r (kJ/kg) của chất đó.
Q = mr
Ẩn nhiệt hóa hơi (r) của một chất là nhiệt
lượng cần thiết để làm bay hơi toàn bộ 1 kg chất
đó tại nhiệt độ sôi, (kJ/kg)
VD: r
nước
tại 1atm (t
s
= 100
o
C); r = 2260 kJ/kg
NHIỆT CẤP CHO HÓA HƠI
NHIỆT CHUYỂN PHA
• Nhiệt lượng Q (kJ) cần thiết để làm nóng chảy
một lượng vật chất tỷ lệ với khối lượng vật chất m
(kg) và ẩn nhiệt nóng chảy (kJ/kg) của chất đó
Q =m
Ẩn nhiệt nóng chảy (kJ/kg) của một chất ()
là nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy toàn bộ 1
kg chất đó tại nhiệt độ nóng chảy
Ví dụ:
nước đá
tại 1atm; = 334 kJ/kg
NHIỆT NÓNG CHẢY
NHIỆT CHUYỂN PHA
Bài 1: Một cốc nặng 500g chứa 200g cafe. Cần phải cấp
một nhiệt lượng là bao nhiêu để nâng nhiệt độ của cốc
cafe từ 20 đến 96
o
C. Biết C
cốc
= 390J/Kg
o
C và C
nước
=
4186 J/Kg
o
C
BÀI TẬP VÍ DỤ
Nhiệt lượng cần cung cấp cho cốc là:
Q
C
= m
c
c
c
Dt = (0.50 kg)(390 J/kgC
0
)(76 C
0
)= 14820J
Nhiệt lượng cần cung cấp cho cafe là:
Q
W
= m
w
c
w
Dt = (0.20 kg)(4186 J/kgC
0
)(76 C
0
) = 63627J
Tổng nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng cả cốc và
café là:
Q
T
= m
c
c
c
Dt + m
w
c
w
Dt= 14820 +63627 =78447J
Lời giải
Bài 2: Tính nhiệt lượng cần thiết để chuyển 250 g đá
nước ở -10 °C thành hơi nước ở 100
o
C, 1 atm.
Biết nhiệt dung riêng của đá nước là 2,09 J/g°C; Nhiệt
dung riêng của nước là 4,18 J/g°C; Ẩn nhiệt nóng chảy
của đá nước là 334 J/g và ẩn nhiệt hóa hơi của nước là
2257 J/g.
Lời giải:
Quá trình biến đổi: Đá nước -10°C
→
đá nước 0°C
→
nước 0°C
→
nước 100°C
→
hơi nước 100°C
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình đá nước -10°C →
đá nước 0°C
Q
1
= mCΔT = 250 x 2,09 x [0 – (-10)]= 5225 J
BÀI TẬP VÍ DỤ
Quá trình biến đổi: Đá nước -10°C
→
đá nước 0°C
→
nước 0°C
→
nước 100°C
→
hơi nước 100°C
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình nóng chảy đá nước
0°C → nước 0°C
Q
2
= m· = 250 x 334 = 83500 J
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình nước 0°C → nước
100°C
Q
3
= mCΔT = 250x4.18 (100 - 0 ) = 104500 J
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình bay hơi nước
100°C → hơi nước 100°C
Q
4
= m·r = 250 x 2257 = 564250 J
Tổng nhiệt lượng cần cấp cho các quá trình
Q
T
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
= 757475 J
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản
2. Dẫn nhiệt
3. Nhiệt đối lưu
4. Nhiệt bức xạ
5. Truyền nhiệt
TRUYỀN NHIỆT
KHÁI NIỆM DẪN NHIỆT
KHÁI NIỆM DẪN NHIỆT
✓ Dẫn nhiệt là quá trình
truyền nhiệt từ phần tử
này đến phần tử khác khi
chúng tiếp xúc trực tiếp
với nhau và có nhiệt độ
khác nhau
✓ Vùng nhiệt độ cao →
vùng nhiệt độ thấp hơn
✓ Diễn ra trong các dạng
vật chất rắn, lỏng, khí
KHÁI NIỆM DẪN NHIỆT
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG CHẤT RẮN
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT
➢ Trong vật rắn có chứa các phân tử, nguyên tử vật chất, Và
các phân tử, nguyên tử vật chất này luôn có mối liên kết với
các phần tử khác xung quanh chúng.
➢ Nếu ta gia nhiệt cho một phần của chất rắn thì các phần tử
đó sẽ dao động mạnh lên.
➢ Khi các phần tử này dao động sẽ kéo theo các phần tử xung
quanh dao động theo
➢ Sự truyền dao động này sẽ tiếp diễn đến phần còn lại của vật
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG CHẤT RẮN
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG KIM LOẠI
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT
Cơ chế dẫn nhiệt trong chất lỏng, khí: truyền
nhiệt năng do sự va đập của các phân tử có
năng lượng cao ở nơi có nhiệt độ cao với phân
tử có năng lượng thấp ở nơi có nhiệt độ thấp
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG PHI KIM THỂ RẮN
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT
Nhiệt
Nhiệt
Nhiệt
Dẫn nhiệt không xảy ra trong môi
trường nào???
DẪN NHIỆT
KẾT LUẬN VỀ MÔI TRƯỜNG DẪN NHIỆT
• Môi trường có mật độ vật chất càng lớn
➔ dẫn nhiệt càng tốt
• Dẫn nhiệt trong môi trường rắn tốt hơn
trong lỏng, tốt hơn trong khí
❖Trường nhiệt độ: là tập hợp tất cả các giá trị
của nhiệt độ trong vật thể, trong môi trường
tại một thời điểm τ nào đó.
NHIỆT TRƯỜNG VÀ GRADIENT NHIỆT ĐỘ
Trường nhiệt độ
Ổn định
Không
ổn định
t = f (x,y,z) t = f (x,y,z,τ)
❖ Mặt đẳng nhiệt: là tập hợp tất cả các điểm có cùng
một giá trị nhiệt độ tại một thời điểm τ xác định
t + ∆t
t
n
Chiều dòng nhiệt
Mặt đẳng
nhiệt
Khép kín bên
trong vật
Không cắt
nhau
NHIỆT TRƯỜNG VÀ GRADIENT NHIỆT ĐỘ
❖ Gradient nhiệt độ: sự thay đổi nhiệt độ trên một
đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề
mặt đẳng nhiệt là lớn nhất.
t + ∆t
t
n
Chiều dòng nhiệt
0
d
lim grad
d
n
tt
t
nn
→
==
Khi grad t ≠ 0 ➔ xảy ra quá trình dẫn nhiệt
NHIỆT TRƯỜNG VÀ GRADIENT NHIỆT ĐỘ
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ
ĐỘ DẪN NHIỆT
Gia nhiệt T
1
Đo được
nhiệt độ T
2
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
T
1
Bọc bảo ôn
Bọc bảo ôn
Bọc bảo ôn
q
x
q
x
“Một nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua một nguyên
tố bề mặt dF, trong khoảng thời gian dτ sẽ tỷ lệ với
gradient nhiệt độ, với đại lượng bề mặt và thời gian”
ddFQ . , (J
d
)
d
=−d
t
n
Quá trình dẫn nhiệt ổn định:
d
. .F, (W)
d
t
q
n
=−
❖Định luật Fourier
(“-” dòng nhiệt ngược
chiều với grad t)
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
Ký hiệu là λ -
❖Độ dẫn nhiệt (λ): là lượng nhiệt tính bằng Jun
dẫn qua 1 m
2
bề mặt trong thời gian 1 giây khi
chênh lệch nhiệt độ trên 1 m chiều dài theo
phương pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt là 1 độ
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào bản chất
của vật liệu???
Bản chất
vật lý
Cấu trúc
của vật
Khối lượng
riêng
Áp suất,
nhiệt độ
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
Ảnh hưởng của t đến λ
- Vật rắn: t → λ
- Chất lỏng: t → λ (trừ glyxerin và nước)
- Chất khí: t → λ
Khí
Lỏng
Chất cách
nhiệt
Phi kim
Kim Loại
Kim
Cương
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt của vật rắn
=
o
(1+bt)
λ – độ dẫn nhiệt của vật thể ở nhiệt độ t (W/m.độ)
o
– độ dẫn nhiệt của vật thể ở 0
o
C (W/m.độ)
b – hệ số nhiệt độ (xác định bằng thực nghiệm)
t – nhiệt độ làm việc (
o
C)
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt của chất lỏng
C
p
: Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng, J/kg.độ
ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m
3
;
M – Khối lượng mol của chất lỏng
ε – hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng
p
C
M
=
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt của chất khí
C
v
– nhiệt dung riêng đẳng tích của chất
khí, J/kg.độ;
– độ nhớt của chất khí
B – hệ số tỷ lệ
v
BC

=
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
PHƯƠNG TRÌNH VI
PHÂN DẪN NHIỆT
Q . d d d
x
t
yz
x

=−
Q . d d d
y
t
xz
y

=−
Q . d d d
z
t
xy
z

=−
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
Q . d d d . d d d d
x dx
tt
y z x y z
x x x
+

= − −


Q . d d d
. d d d d


+
=−


−



y dy
t
xz
y
t
xyz
yy
Q . d d d . d d d d
z dz
tt
x y x y z
z z z
+

= − −


PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
2
2
Q Q Q . d d d d
x x x dx
t
d x y z
x

+

= − =


2
2
Q Q Q . d d d d
y y y dy
t
d x y z
y

+

= − =


2
2
Q Q Q . d d d d
z z z dz
t
d x y z
z

+

= − =


PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
Q Q Q Q
x y z
d d d d= + +
2 2 2
2 2 2
Q . .d d d d
t t t
d x y z
x y z


= + +


= dV
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
Nếu quá trình ổn định:
0
t
=
2 2 2
2 2 2
t 0
t t t
a
x y z

+ + =


2 2 2
2 2 2
t
t t t t
a
x y z

= + +


a
C
=
Với
Mà a ≠ 0
2 2 2
2 2 2
0
t t t
x y z
+ + =
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
❖ Tường một lớp
δ
t
T2
t
T1
t
x
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG
2
2
0
t
x
=
2 2 2
2 2 2
0
t t t
x y z
+ + =
t = C
1
x + C
2
1
t
C
x
=
x=0 x=δ
t = t
T1
= C
2
t = t
T2
= C
1
.δ + t
T1
T1 T2
1
(t - t )
C =
δ
T2 T1
T2
(t -t )
= . t
δ
tx+
d
Q . dFd , (J)
d
t
d
n

=−
❖ Tường một lớp
δ
t
T2
t
T1
t
x
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG
T2 T1
(t -t )
dQ = λ .dFd (J)
δ
−
T1 T2
λ
q = .(t -t ).F, (W)
δ
Quá trình ổn định ta có:
d
Q . dFd , (J)
d
t
d
n

=−
❖ Tường nhiều lớp
Trong đó: i – số thứ tự của tường
n – số lớp tường
( )
12
1
.
q = (W)
TT
in
i
i
i
t t F
=
=
−
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG
12
T1 T2
12
δ
δδ
q ... (t -t ).F
λ λ λ

+ + + =


n
n
❖ Tường một lớp
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG ỐNG
dQ = λ .2 .Lrd
dt
dr

−
r
dr
Q = λ.2 .Lr
dt
dr
−
Fourier
Ổn định
2L
= λ
Q
dr
dt
r
−
2
T2 T1
1
2L
ln = λ (t - t )
Q
r
r
−
22
1
1
2L
= λ
Q
−

T
T
t
r
rt
dr
dt
r
❖ Tường một lớp
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG ỐNG
T1 T2
2
1
2πL(t - t )
q =
r
1
2,3lg
λr
T1 T2
1
1
2πL(t - t )
q = (W)
r
1
2,3lg
λr
n
i
i
ii
+
=
Trong đó: i – số thứ tự của tường
n – số lớp tường
❖ Tường nhiều lớp
BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 1: Tường phẳng 1 lớp là gạch thường dày 200mm,
kích thước 2000×3000mm. Nhiệt độ 2 bên tường lần lượt
là 600
0
C và 50
0
C. Biết hệ số dẫn nhiệt của tường là
20W/m.độ. Tính dòng nhiệt lượng truyền qua tường.
Bài 2: Một ống truyền nhiệt có đường kính trong 50mm,
ngoài 57mm. Hệ số dẫn nhiệt thành ống λ = 50(W/m.độ).
Tính dòng nhiệt truyền qua ống, nếu ống có chiều dài
10m, nhiệt độ vách trong 50
0
C và nhiệt độ vách ngoài
10
0
C .
Bài 3: Mái nhà bằng bê tông có chiều dày 0,25 m, chiều rộng
6m và dài 8m. Độ dẫn nhiệt của bê tông là λ= 0.8 W/m.
o
C.
Nhiệt độ bên trên và dưới mái nhà lần lượt là 15°C và 4°C. Giả
sử nhiệt độ mái nhà không đổi trong suốt quá trình khảo sát.
a, Tính dòng nhiệt tổn thất qua mái nhà
b, Nhiệt lượng mất mát trong thời gian 10h
BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 4: Một vách phẳng kích thước 4 m x 5 m, hệ số dẫn nhiệt
qua vách là 0,2 W/mK. Dòng nhiệt qua vách là 10000 W. Hãy
xác định chiều dày vách cần thiết để độ chênh nhiệt độ 2 bề mặt
vách không vượt quá 120
o
C
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản
2. Dẫn nhiệt
3. Nhiệt đối lưu
4. Nhiệt bức xạ
5. Truyền nhiệt
TRUYỀN NHIỆT
NHIỆT ĐỐI LƯU LÀ GÌ???
Không khí
nóng
Bánh
quy
Đầu phun
không khí nóng
Không khí
hồi lưu
Đầu
đốt
Quạt
➢ Nhiệt đối lưu: là quá trình truyền nhiệt khi chất
lỏng hay chất khí chuyển động theo dòng trong
không gian từ vùng có nhiệt độ này sang vùng
có nhiệt độ khác
PHÂN LOẠI
1
ĐỐI LƯU TỰ
NHIÊN
ĐỐI LƯU
ĐỐI LƯU
CƯỠNG
BỨC
2
là quá trình truyền
nhiệt do chuyển động
của các dòng đối lưu
tự nhiên
Tại sao bộ phận sưởi được đặt dưới sàn, giàn lạnh
của tủ lạnh đặt ở phía trên??????
PHÂN LOẠI
1
ĐỐI LƯU TỰ
NHIÊN
ĐỐI LƯU
ĐỐI LƯU
CƯỠNG
BỨC
2
là quá trình truyền
nhiệt do chuyển động
của các dòng đối lưu
tự nhiên
là quá trình trao đổi
nhiệt do chuyển động
của dòng đối lưu
cưỡng bức
CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY
Chế độ
chảy
Chảy
tầng
Chảy
rối
Chảy
quá
độ
LỚP BIÊN
l: kích thước xác định
µ: độ nhớt động học
: khối lượng riêng
. . .
Re
ll
v
==
Chảy tầng
Quá
độ
Chảy rối
Bề mặt truyền nhiệt
Lớp sát BM
CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY
Chế
độ
chảy
Chảy
tầng
Chảy
rối
Chảy
quá
độ
Quá trình chảy có quy luật, các phần tử trong dòng môi
chất chuyển động song song với mặt vách
Hiện tượng các phần
tử trong dòng chuyển
động hỗn loạn xáo trộn
với nhau, không theo
quỹ đạo xác định
Dòng môi chất từ chế
độ chảy tầng sang chế
độ chảy rối thường qua
giai đoạn trung gian
ĐỊNH LUẬT VỀ CẤP NHIỆT
Lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt của vật thể
rắn dF cấp cho môi trường xung quanh thì tỷ lệ
chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt vật thể rắn
tiếp xúc với môi trường t
T
và nhiệt độ của môi trường
t với diện tích bề mặt trao đổi nhiệt dF, thời gian dτ
( )
. . Q (J)
−=
T
ttd ddF
Nếu quá trình cấp nhiệt là ổn định:
( ) ( )
. W
T
q t t F
=−
NHIỆT ĐỐI LƯU
Những yếu tố ảnh
hưởng đến trao
đổi nhiệt đối lưu
Nguyên
nhân
gây ra
chuyển
động
Chế độ
dòng
chảy
Tính
chất vật
lý của
lưu chất
Bề mặt
trao đổi
nhiệt
Tăng hiệu quả quá trình truyền nhiệt đối
lưu bằng cách nào???
-Giảm thiểu chiều dày và diện tích lớp chảy màng
(chảy tầng)
-Tạo dòng chảy rối (tăng vận tốc, tạo dòng chảy
hỗn hợp đan cắt nhau)
-Tăng chênh lệch nhiệt đô
-Tăng diện tích truyền nhiệt
HỆ SỐ CẤP NHIỆT α
Hệ số cấp nhiệt α là lượng nhiệt do một đơn vị bề mặt
của tường cấp cho môi trường xung quanh (hay ngược
lại) trong khoảng thời gian 1 giây khi hiệu số nhiệt độ
giữa tường và môi trường là 1 độ
L
ưu chất α (W/m
2
K)
Không khí đối lưu tự nhiên
6 - 30
Hơi quá nhiệt và không khí đối lưu
cưỡng bức
30 – 300
Dầu đối lưu cưỡng bức
60 – 1800
Nước đối lưu cưỡng bức
300 – 18000
Nước sôi
3000 – 60000
Hơi nước bão hoà
6000 - 120000
ĐỒNG DẠNG NHIỆT VÀ CÁC CHUẨN SỐ
ĐỒNG DẠNG
Hệ số cấp nhiệt α phụ thuộc vào bản chất lưu
thể và chế độ dòng chảy:
( )
1 2 3
, , , , , , , , , ...
T f p
f t t c l l l
=
Phương pháp giải tích
Phương pháp thực
nghiệm
Xác định α
Khó xác
định
LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
LÀ GÌ
Text
PHÂN TÍCH
THỨ NGUYÊN
WHAT
Là phương pháp phân tích
dựa trên cơ sở các chuẩn số
đồng dạng không đổi.
Chuẩn số đồng dạng là một
nhóm không thứ nguyên của
các đại lượng.
HỆ THỨ NGUYÊN
Đại
Lượng Ký hiệu Thứ nguyên
Chiều
dài L, x, D L
Thời
gian t t
Khối
lượng M M
Nhiệt độ
T T
Lực
F ML/t
2
Nhiệt
lượng Q ML
2
/t
2
Vận
tốc v L/t
Gia tốc
a L/t
2
Công suất
W ML
2
/t
2
Áp suất
P M/t
2
L
Khối lượng riêng
ρ M/L
3
LÀ GÌ
THẾ
NÀO
TẠI
SAO
Để xác định số các
chuẩn số đồng dạng
độc lập cần thiết để
duy trì tính chất công
nghệ của hệ thống
Là phương pháp phân tích
dựa trên cơ sở các chuẩn số
đồng dạng không đổi.
Chuẩn số đồng dạng là một
nhóm không thứ nguyên của
các đại lượng.
LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
PHÂN TÍCH
THỨ NGUYÊN
Xác định hệ số TĐN đối lưu của chất lỏng chảy
trong ống
1. XĐ các đại lượng vật lý tác động đến hệ số TĐN đối lưu
Đại
lượng
Ký hiệu
Thứ
nguyên
Đường
kính
D
[L]
Hệ
số dẫn nhiệt
λ
[ML/t
3
T]
Vận
tốc tâm dòng chảy
v
[L/t]
Khối lượng riêng của lưu thể
ρ
[M/L
3
]
Độ
nhớt của lưu thể
μ
[M/Lt]
Nhiệt
dung riêng đẳng áp
C
p
[L
2
/t
2
T]
Hệ
số trao đổi nhiệt đối lưu
α
[M/t
3
T]
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
2. Thiết lập nhóm đồng dạng
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
a b c d e f g
p
D v C
=
2
3 3 2 3
f
b c d e g
a
ML L M M L M
L
t T t L Lt t T t T

=


3 2 3 2 3a b c d e f b d e g b c e f g b f g
L M t T
+ + − − + + + + − − − − − − − −
=
3. Thiết lập phương trình
4. Xác định các chuẩn số đồng dạng
- Vì ta muốn tìm hệ số trao đổi nhiệt nên chọn số mũ g = 1
Để đơn giản chọn c = d= 0
Giải hệ phương trình ta được a = 1, b= -1, e = f = 0.
→ Chuẩn số đồng dạng thứ nhất là Nusselt
3 2 3 2 3a b c d e f b d e g b c e f g b f g
L M t T
+ + − − + + + + − − − − − − − −
=
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
L: a + b + c – 3d – e + 2f = 0
M: b + d + e + g = 0
t: -3b – c – e – 2f – 3g = 0
T: -b – f – g = 0
.
D
D
Nu
=
4. Xác định các chuẩn số đồng dạng
- Tiếp tục ta chọn g = 0; a = 1 và f = 0
giải hệ phương trình => b = 0, c = d = 1, e = -1
→
Reynolds number
3 2 3 2 3a b c d e f b d e g b c e f g b f g
L M t T
+ + − − + + + + − − − − − − − −
=
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
..
Re
D
l

=
- Chọn e = 1 and c = g = 0, ta được Prandtl number
Pr
p
C
=
( )
Re ,Pr
DD
Nu f=
Như vậy ta đã tìm ra ba chuẩn số liên quan đến hệ số trao
đổi nhiệt đối lưu.
5. XĐ mối tương quan giữa các chuẩn số thông qua TN
Thổi không khí qua ống 25-mm-OD. Đo hệ số trao đổi nhiệt
đối lưu khi vận tốc thay đổi từ 0.15 đến 30 m/s
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
Vận tốc
α
Từ kết quả thí nghiệm tìm mối tương quan giữa hai chuẩn số
Nu = f(Re)
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
Re
Nu
CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
❖ Chuẩn số Nusselt: đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở
bề mặt phân giới
.l
Nu
=
(ống thì “l” là đường kính ống còn nếu tấm thẳng đứng thì “l”
là chiều cao)
❖ Chuẩn số Reynolds: đặc trưng cho chế độ chuyển
động của môi chất
.
Re
l
v
=
ω : Tốc độ chuyển động của dòng môi chất,
m/s.
v : Độ nhớt động lực học của môi chất, m
2
/s.
CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
❖ Chuẩn số Prandtl: đặc trưng cho tính chất vật lý của
chất lỏng trong quá trình TĐN
.
Pr
p
C
v
a
==
❖ Chuẩn số Grashoff: đặc trưng cho lực nâng gây ra do
chênh lệch nhiệt độ
3
2
g.
..
l
Gr t
=
μ : Độ nhớt động học của môi chất, Pa.s
a : Hệ số dẫn nhiệt độ, m
2
/s
g: gia tốc trong trường, m/s
3
∆t : Độ chênh lệch nhiệt độ trong môi chất
β : Hệ số dãn nở thể tích do nhiệt độ, K
-1
v : độ nhớt động lực học, m
2
/s
PHƯƠNG TRÌNH TIÊU CHUẨN
❖ Phương trình tiêu chuẩn được biểu diễn dạng hàm mũ
❖ Chuyển động cưỡng bức ở chế độ chảy rối
Nu = C . Re
m
. Pr
n
. Gr
p
Nu = f (Re, Gr, Pr)
Nu = f (Re, Pr)
❖ Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên
Nu = f (Gr, Pr)
❖ Dạng tổng quát của phương trình tiêu chuẩn:
CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN
❖ Bước 1: Xác định
Nhiệt độ (t
T
, t
f
)
Kích thước l (m)
, λ, a, v, c
p
Tra bảng
❖ Bước 2: Tính toán các tiêu chuẩn Re, Pr, Gr
❖ Bước 3: Suy ra
Nu = C . Re
k
. Pr
m
. Gr
n
Nu
l
=
CÁC CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM
VỀ CẤP NHIỆT
Cấp nhiệt đối lưu tự nhiên
Cấp nhiệt đối lưu cưỡng bức
Cấp nhiệt khi lưu thể có khuấy trộn
Cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ
Cấp nhiệt khi chất lỏng sôi
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
❖Với chất lỏng có tính thấm ướt thành bình
Với Pr > 7: Nu = C.(Gr.Pr)
n
Chế độ chuyển
động
Trị số của tích số
Pr.Gr
C n
Chảy dòng 1.10
2
– 5.10
2
1,18 1/8
Chảy quá độ 5.10
2
– 2.10
7
0,54 1/4
Chảy xoáy 2.10
7
– 1.10
10
0,135 1/3
2
−
=
TL
tb
tt
t
❖ Đối với ống nằm ngang có thể tính theo công thức
0,25
0,23
Pr
0,51.( .Pr) .
Pr
T
Nu Gr

=


❖ Đối với không khí Nu = 0,47.Gr
0,25
Pr
T
là chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ thành
tiếp xúc với chất lỏng
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
❖ Đối lưu tự nhiên trong không gian hẹp
.
=
td k
λ - hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng, W/m.K
ε
k
- Hệ số tính đến ảnh hưởng của đối lưu
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
( )
1/4
0,18. .Pr
=
k
Gr
12
2
+
=
TT
td
tt
t
❖Lưu thể chuyển động trong ống thẳng
0,25
0,33 0,43 0,1
Pr
0,15. .Re .Pr .Gr .
Pr
d
T
Nu

=


0,9 0,43
0,008.Re .PrNu =
0,25
0,8 0,43
Pr
0,021. .Re .Pr .
Pr
k
T
Nu

=


• Chảy tầng
• Chảy quá độ
• Chảy rối
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖ Lưu thể chuyển động trong ống cong
. 1 1,77.
c
d
R


=+


❖ Lưu thể chuyển động trong ống có tiết diện hình
vành khăn
0,45
0,8 0,4
0,23.Re .Pr .
tn
nt
d
Nu
d

=


0,4
.Re .Pr
n
Nu C=
0,4
. Re .Pr
n
n
C
d
=
❖ Lưu thể chuyển động ngang vuông góc bên ngoài 1
ống
Hoặc
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chảy ngang bên ngoài một chùm ống
0,25
0,65 0,33
Pr
0,23. .Re .Pr .
Pr
T
Nu

=


0,25
0,6 0,3
Pr
0,41. .Re .Pr .
Pr
T
Nu

=


➢ Với chất lỏng
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
0,65
0,21. .ReNu
=
0,6
0,37. .ReNu
=
• Khi các ống xếp thẳng hàng:
• Khi các ống xếp xem kẽ:
➢ Với chất khí
1 1 2 2 3 3
1 2 3
. . . ...
...
tb
F F F
F F F
+ + +
=
+ + +
Hệ số cấp nhiệt trung bình cho toàn bộ chùm ống:
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chảy dọc bên ngoài một chùm ống
0,6 0,8 0,23
1,16. .Re .Pr
td
Nu D=
❖Lưu thể chảy bên ngoài ống có tấm chắn
chia ngăn
0,14
0,6 0,6 0,23
. .Re .Pr .
td
T
Nu C D

=


❖Lưu thể chảy bên ngoài chùm ống có gân
0,54
0,14
0,4
. . Re .Pr
−
−


=




n
n
d
h
Nu C
tt
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖ Lưu thể chuyển động dọc theo tường phẳng
0,25
0,8 0,43
0,037.Re .Pr .
tn
nt
d
Nu
d

=


➢ Đối với Re > 10
4
có thể dùng PT
0,25
0,5 0,63
0,76.Re .Pr .
tn
nt
d
Nu
d

=


➢ Đối với Re < 10
5
có thể dùng PT
Đối với không khí: Nu = 0,032 . Re
0,2
Đối với không khí: Nu = 0,66 . Re
0,5
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chảy thành màng theo tường thẳng
đứng
Đối với màng chảy rối Re > 2000 có thể dùng PT
Đối với màng chảy tầng Re < 2000 có thể dùng PT
1/3
0,01.Ga.Pr.ReNu =
2 3 1/9
0,67.Ga .Pr .ReNu =
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
0,14
0,33
.Re .Pr .
m
T
Nu C

=


2
..
Re
nd
=
.
Pr
p
C
=
• Đối với thiết bị có vỏ bọc ngoài:C = 0,36; m = 0,67
• Đối với thiết bị có ống xoắn: C = 0,87; m = 0,62
Trong đó:
CẤP NHIỆT KHI LƯU THỂ KHUẤY TRỘN
BẰNG CÁNH KHUẤY
CẤP NHIỆT KHI HƠI NGƯNG TỤ
❖Ngưng tụ bên ngoài thành ống hoặc mặt
tường thẳng đứng
2 3 2 3
44
2
. . . . .
W
1,15. 2,04 ,
.
. . . .

==

r g r
mK
t H t H
2
+
=
T bh
m
tt
t
4
2
W
2,04. ,
.
.
=
r
A
mK
tH
Hơi nước ngưng tụ:
CẤP NHIỆT KHI HƠI NGƯNG TỤ
❖Ngưng tụ trên bề mặt ngoài của 1 ống đơn
độc nằm ngang
2 3 2 3
2
. . . . .
W
0,72. 1,28 ,
.
. . . .d

==

r g r
mK
t d t
2
W
1,28.A. ,
.
.d
=
r
mK
t
Hơi nước ngưng tụ:
CẤP NHIỆT KHI HƠI NGƯNG TỤ
❖Ngưng tụ hơi trên mặt ngoài của một chùm
ống nằm ngang
.
=
td bt
Xếp song hàng
Xếp xen kẽ
CẤP NHIỆT KHI CHẤT LỎNG SÔI
❖ Đối với nước, chế độ sôi sủi bọt, đối lưu tự
nhiên và p = 0,2 ÷ 100atm
0,13 0,7
3,14. .
=
n
pq
0,5 2,33
45,3. .
=
n
pt
Hoặc
❖ Dung dịch hoặc chất lỏng bất kì
.
=
n
0,435
0,565 2
dd dd dd
n
dd
. . 1



=


n n n
C
C
Đề bài: Bề mặt tấm kim loại nóng có kích thước 2,5 m x 8 m
được làm nguội cưỡng bức bằng một dòng khí mát có độ dẫn
nhiệt λ = 0,02917 W/m
o
C; ν = 2,486 10
-5
m
2
/s; Pr = 0,7166.
Xác định năng suất nhiệt truyền từ tấm kim loại vào không khí
trong hai trường hợp, dòng không khí chảy dọc theo chiều dài
của tấm kim loại; dòng không khí chảy theo chiều ngang của
tấm kim loại.
Khi Re < 2.10
5
Khi Re > 2.10
5
BÀI TẬP VÍ DỤ
( )
1
0,8
3
.
0,037.Re 871 Pr
LL
L
Nu
= = −
1
1
3
2
.
0,6640.Re / Pr
==
LL
L
Nu
NHIỆT BỨC XẠ
Truyền nhiệt bức xạ là quá trình truyền nhiệt bằng sóng điện từ.
Tại đó, nhiệt năng biến đổi thành các hạt bức xạ truyền đi theo
phương thức sóng điện từ
Đun nóng thức ăn trong lò vi sóng có phải do
truyền nhiệt bức xạ không???
Các tia bức xạ đều có hiệu ứng nhiệt???
400 μm
0,4 μm
NHIỆT BỨC XẠ
➢ Mọi vật bất kỳ có t > 0
o
K → bức xạ năng lượng
➢ Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ gồm 2 giai đoạn
• Biến đổi nội năng thành sóng điện từ (vật phát)
• Biến đổi sóng điện từ thành nhiệt năng (vật thu)
❖Bức xạ và hấp thụ nhiệt của vật thể
➢ Tia hồng ngoại và ánh sáng trắng (λ = 0,4 ÷ 400 μm)
➢ Vật đen tuyệt đối: hấp thụ hoàn toàn
➢ Vật trắng tuyệt đối: phản xạ hoàn
toàn
➢ Vật trong tuyệt đối: xuyên qua hoàn
toàn
➢ Vật xám: hấp thụ 1 phần và phản xạ
1 phần
➢ Bán trong suốt: Hấp thụ, phản xạ và
khúc xạ 1 phần
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
➢ Năng suất bức xạ (E) là dòng nhiệt bức xạ phát ra trên một
đơn vị diện tích bề mặt bức xạ
➢ Bức xạ hiệu quả là lượng nhiệt vật trao đổi với môi trường
xung quanh tính trên một đơn vị bề mặt
➢ Khả năng bức xạ bằng tổng của bức xạ riêng (E) và bức xạ
phản xạ (E
R
)
dQ
E
dF
=
HD R
E E E=+
1
1
HD
E
Eq
AA

= −


CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖ Định luật Stephan- Bozman
Thiết lập quan hệ giữa khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối
phụ thuộc vào nhiệt độ:
Trong đó hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đội.
24
W
mK
K
0
= 5,7.10
-8
E
0
= K
0
.T
4
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖ Định luật Stephan- Bozman
Khả năng bức xạ của vật xám
44
00
100 100
TT
E E C C

= = =
Trong đó: ɛ - là độ đen của vật
C
0
- là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
24
W
mK
C
0
= K
0
. 10
8
= 5,7
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖ Định luật Planck
Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ đơn sắc
của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và chiều dài bước sóng:
2
5
1
0
.
1
C
T
C
E
e
−
=
−
C
1
, C
2
– hằng số Planck thứ nhất và thứ 2
C
1
= 0,374 × 10
-15
W.m
2
C
2
= 1,4388.10
-12
m.
o
K
Nhiệt độ tăng → λ
max
giảm
Ở một nhiệt độ xác định, bức xạ
đơn sắc của vật đạt giá trị lớn
nhất tại bước sóng λ
max
3
max
2,898 10T mK
−
=
( )
max
2
5
1
5
0,002898
6 5 3
()
0,002898 1
12,87 10 W /
b
C
CT
ET
e
Tm
−
=

−



=
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Kierchoff
1
0
0
=
E
E
A
1 1 0
.=−q E A E
=A
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖ Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn đặt song song nhau
44
12
1 2 1 2
100 100
TT
qC
−−

=−



C
1-2
– hệ số bức xạ chung
0
12
12
11
1
C
C
AA
−
=
+−
A
1
, A
2
– hệ số hấp thụ của vật thể
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn bao trùm nhau
0
12
1
1 2 2
11
1
C
C
F
A F A
−
=

+−


F
1
– bề mặt vật bị bao bọc
F
2
– bề mặt vật bao bọc
44
12
1 2 1 2
100 100
TT
qC
−−

=−



Trong đó:
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖ Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn đặt bất kì trong không gian
F
1
, F
2
– bề mặt bức xạ của vật thể
44
12
1 2 1 2 1 2
.
100 100
TT
QC
− − −

=−



12
12
0
.
.
AA
C
C
−
=
12
12
1 2 1 2
cos cos
F
FF
dFd
r

−
=

Trong đó:
BỨC XẠ NHIỆT CỦA CÁC CHẤT KHÍ
44
'
1
10
100 100
K
KK
TT
Q C A


=−



2
0
..
100
K
T
QC

=


Năng lượng bức xạ của chất khí
Trao đổi nhiệt giữa khí và tường lò
Q – lượng nhiệt bức xạ từ khí đến tường lò
- độ đen của lò
ε
1
– độ đen của vật liệu làm lò
– độ đen của khí ở nhiệt độ làm việc của khí t
k
– khả năng hấp thụ của khí ở nhiệt độ tường lò t
1
T
K
, T
c
– nhiệt độ tuyệt đối của khí và tường lò,
o
K
( )
'
11
0,5 1

=+
22
K CO H O K
= + −
22
K CO H O K
A A A A= + −
Trong đó:
22
0,65
K
CO CO
T
T
A
T

=


22
H O H O
A

=
KK
A
=
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản
2. Dẫn nhiệt
3. Nhiệt đối lưu
4. Nhiệt bức xạ
5. Truyền nhiệt
NỘI DUNG
1. Khái niệm trao đổi nhiệt bức xạ
2. Bức xạ và hấp thụ nhiệt của vật thể
3. Các khái niệm cơ bản
NỘI DUNG
NHIỆT BỨC XẠ
Bức xạ
Bức xạ
Truyền nhiệt bức xạ là quá trình truyền nhiệt bằng
sóng điện từ. Tại đó, nhiệt năng biến đổi thành các
hạt bức xạ truyền đi theo phương thức sóng điện từ
NHIỆT BỨC XẠ
300
o
C
Đun nóng thức ăn trong lò vi sóng có phải do
truyền nhiệt bức xạ không???
Các tia bức xạ đều có hiệu ứng nhiệt???
400 μm
0,4 μm
NHIỆT BỨC XẠ
➢ Mọi vật bất kỳ có t > 0
o
K → bức xạ năng lượng
➢ Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ gồm 2 giai đoạn
• Biến đổi nội năng thành sóng điện từ (vật phát)
• Biến đổi sóng điện từ thành nhiệt năng (vật thu)
❖Bức xạ và hấp thụ nhiệt của vật thể
➢ Tia hồng ngoại và ánh sáng trắng (λ = 0,4 ÷ 400 μm)
➢ Vật xám: hấp thụ 1 phần và phản xạ 1 phần
➢ Bán trong suốt: Hấp thụ, phản xạ và khúc xạ 1 phần
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Vật đen tuyệt đối:
hấp thụ hoàn
toàn
Vật trắng tuyệt
đối: phản xạ
hoàn toàn
Vật trong tuyệt đối:
xuyên qua hoàn
toàn
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
➢ Năng suất bức xạ (E) là dòng nhiệt bức xạ phát ra
trên một đơn vị diện tích bề mặt bức xạ
➢ Bức xạ hiệu quả là lượng nhiệt vật trao đổi với môi
trường xung quanh tính trên một đơn vị bề mặt
➢ Khả năng bức xạ bằng tổng của bức xạ riêng (E)
và bức xạ phản xạ (E
R
)
dQ
E
dF
=
HD R
E E E=+
1
1
HD
E
Eq
AA

= −


dòng bức xạ
1. Định luật Stephan- Bozman
2. Định luật Planck
3. Định luật Kierchoff
NỘI DUNG
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Stephan- Bozman
hằng số bức xạ của
vật đen tuyệt đối
24
W
mK
E
0
= K
0
.T
4
44
00
100 100
TT
E E C C

= = =
C
0
= K
0
. 10
8
= 5,7
Vật đen tuyệt đối
Vật xám
độ đen của vật
Hệ số bức xạ của vật xám
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Planck
2
5
1
0
.
1
C
T
C
E
e
−
=
−
C
1
, C
2
– hằng số Planck thứ nhất và thứ 2
C
1
= 0,374 × 10
-15
W.m
2
C
2
= 1,4388.10
-12
m.
o
K
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Kierchoff
1
0
0
=
E
E
A
1 1 0
.=−q E A E
=A
NỘI DUNG
Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn
đặt song song nhau
Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn
bao trùm nhau
Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn
đặt bất kỳ trong không gian
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn đặt song song nhau
2
44
2
12 1
1
100 100
−−

=−



T
C
T
q
C
1-2
– hệ số bức xạ chung
0
12
12
11
1
−
=
+−
C
C
AA
A
1
, A
2
– hệ số hấp thụ của vật thể
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn bao trùm nhau
0
12
1
1 2 2
11
1
−
=

+−


C
C
F
A F A
F
1
– bề mặt vật bị bao bọc
F
2
– bề mặt vật bao bọc
2
44
2
12 1
1
100 100
−−

=−



T
C
T
q
Trong đó:
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Đặt bất kì trong không gian
44
12
2 21 121
.
100 100
− −−

=−



TT
Q C
12
12
0
.
.
−
=
AA
C
C
12
12
1 2 1 2
cos cos

−
=

F
FF
dFd
r
Trong đó:
BỨC XẠ NHIỆT CỦA CÁC CHẤT KHÍ
44
1
0
'
1
100 100

=−



K
K K
TT
Q C A
2
0
..
100

=


K
T
QC
Năng lượng bức xạ của chất khí
Trao đổi nhiệt giữa
khí và tường lò
( )
'
11
0,5 1

=+
22
= + −
K CO H O K
2 2
= + −
OK C H KO
AA AA
22
0,65

=


K
CO CO
T
T
A
T
22

=
H O H O
A
=
KK
A
TRUYỀN NHIỆT
Biến nhiệt
Ổn định
Ko ổn định
Đẳng nhiệt
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Tường phẳng 1 lớp
( ) ( )
1 1 1 1 1
1
. . .
TT
q
q F t t F t t
= − = −
( ) ( )
1 2 1 2
. . .
T T T T
q
q F t t F t t
= − = −
( ) ( )
2 2 2 2 2
2
. . .
TT
q
q F t t F t t
= − = −
Cấp
nhiệt
Dẫn
nhiệt
Cấp
nhiệt
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường phẳng 1 lớp
( )
12
12
11
.q F t t

+ + = −


q = K . F . ∆t
❖ Tường phẳng nhiều lớp
1
12
1
11
n
i
i
i
K
=
=

++


( )
12
12
1
.
11
q F t t
=−
++
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi
trong 1 giây từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội
qua 1 đơn vị bề mặt tường phân cách là 1m
2
khi
hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể là 1 độ.
Khi tính K cần chú ý nhiệt trở của lớp cặn
0,1 ÷ 0,5 mmChiều dày lớp cặn khoảng:
22
W
.s. .
J
K
m K m K
==
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường ống 1 lớp
( )
( )
1 1 1 1
11
11
.2 r .
1
2.

=−
= −
T
T
q L t t
q L t t
r
( )
( )
12
2
1
2
12
1
2
.
1
.2,3lg
1
.2,3lg 2 .
=−
= −
TT
TT
L
q t t
r
r
r
q L t t
r
( )
( )
2 2 2 2
22
22
.2 r .
1
2.

=−
= −
T
T
q L t t
q L t t
r
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường ống 1 lớp
( )
2
12
1 1 1 2 2
1 1 1
.2,3lg 2 .
.r .r
r
q L t t
r

+ + = −


2
1 1 1 2 2
1
1 1 1
.2,3lg
.r .r
T
K
r
r
=
++
q = K . 2πL . (t
1
– t
2
)
TRUYỀN NHIỆT
Biến nhiệt
Ổn định
Ko ổn định
Đẳng nhiệt
TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
XÁC ĐỊNH ∆
tb
❖Trường hợp xuôi chiều
Q = K . F . ∆t
tb
d
2,3lg
dc
tb
c
tt
t
t
t
−
=
Thì
2
d
c
t
t
2
dc
tb
tt
t
+
=
Với
Nếu
XÁC ĐỊNH ∆
tb
❖ Trường hợp ngược chiều
∆t
1
= t
1đ
– t
2c
< ∆t
2
= t
1c
– t
2đ
∆t
1
= t
1đ
– t
2c
> ∆t
2
= t
1c
– t
2đ
2,3lg
N
N
t
L
L
b
t
t
t
t
t
−
=
∆t
2
∆t
1
∆t
1
∆t
2
∆t
N
∆t
N
∆t
L
XÁC ĐỊNH ∆
tb
❖ Trường hợp chảy chéo dòng
Q = K . F . ∆t
tb
Với
d
.
2,3lg
dc
tb t
c
tt
t
t
t
−
=
t
- là hệu số hiệu chỉnh, thường nhỏ hơn 1 nên
∆
tb
chéo dòng < ∆
tb
ngược chiều
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Trong truyền nhiệt ổn định nhiệt độ của 2 lưu thể có
thể biến thiên theo 3 trường hợp sau:
➢ Cả 2 lưu thể cùng ko biến đổi nhiệt độ theo vị trí
và thời gian
➢ 1 trong 2 lưu thể biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
➢ Cả 2 lưu thể đều biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Lưu thể chuyển động ngược chiều vẫn lợi
hơn chuyển động xuôi chiều.
VÍ DỤ
Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình ∆𝑡
tb
của thiết bị
truyền nhiệt khi bố trí lưu thể chuyển động cùng chiều và
ngược chiều. Biết rằng lưu thể 1 : nhiệt độ t
1đ
= 300
0
C, t
1c
= 200
0
C; lưu thể 2: t
2đ
= 25
0
C, t
2c
= 175
0
C khi cùng chiều.
XĐ NHIỆT ĐỘ CỦA TƯỜNG
1 1 1
11
.

= − = −
tb
T
Kt
q
t t t
F
2 2 2
22
.

= + = +
tb
T
Kt
q
t t t
F
❖Nhiệt độ của tường
XĐ NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA
CHẤT TẢI NHIỆT
12
1
2
tb
tt
t
+
=
22tb tb
t t t=
+ Còn nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt thứ
hai thì bằng:
+ Nhiệt độ của chất tải nhiệt nào thay đổi ít thì
lấy trung bình số học:
1tb tb
t t t= −
Dùng dấu “ + “ khi t
tb1
là chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp hơn.
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ
CÁCH NHIỆT
❖Tăng cường truyền nhiệt
➢ Giảm chiều dày của vách và tăng hệ số dẫn nhiệt
của vật liệu có thể làm giảm nhiệt trở của vách
➢ Tăng cường sự nhiễu loạn và tăng tốc độ chuyển
động của chất lỏng thì có thể tăng cường tỏa
nhiệt.
➢ Trên bề mặt bức xạ có thể tìm cách tăng độ đen
và nhiệt độ để tăng cường trao đổi nhiệt bức xạ.
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ
CÁCH NHIỆT
❖Cách nhiệt
➢ Khái niệm: là chỉ những lớp phụ dùng làm tăng
nhiệt trở để giảm mật độ dòng nhiệt
➢ Mục đích: tiết kiệm nhiên liệu, thực hiện khả
năng của quá trình kỹ thuật hoặc đảm bảo an
toàn lao động
➢ Vật liệu : bông xỉ, bông thuỷ tinh, cactông
amiăng, giấy amiăng, gạch xốp…
VÍ DỤ
Bài 1: Hơi chuyển động bên trong vách phẳng có nhiệt độ
250
0
C, hệ số tỏa nhiệt đến mặt trong là 120 W/m
2
K. Phía bên
ngoài vách được cách nhiệt bằng 1 lớp cách nhiệt dày 120
mm. Nhiệt độ không khí là 25
0
C. Hệ số truyền nhiệt là 1,7
W/m
2
K. Hãy tính nhiệt độ bề mặt vách phía bên trong.
Bài 2: Hai dòng chất lỏng nóng và lạnh có hệ số tỏa nhiệt đối
lưu tương ứng là 200 W/m2K và 100 W/m
2
K, lượng nhiệt
truyền qua vách phẳng dài 2 m, rộng 2 m, dày 200 mm với hệ
số dẫn nhiệt là 40 W/mK là 1,5kW/m
2
. Hãy tính độ chênh
nhiệt độ giữa 2 dòng chất lỏng nóng và lạnh
VÍ DỤ
Bài 3: ống dẫn gió nóng cho lò cao, tốc độ gió ω
1
= 35
m/s; t
f1
= 800
o
C. có 03 lớp : gạch chịu lửa δ
1
= 250 mm,
λ
1
= 1,17 W/m.K; thép δ
2
= 10 mm, λ
2
= 46,5 W/mK;
cách nhiệt ngoài δ
3
= 200 mm, λ
3
= 0,174 W/mK; Đường
kính trong d
1
= 1000 mm, kh ông khí xung quanh t
f2
=
10
o
C, ω
2
= 4 m/s.
Tính tổn thất nhiệt trên 1 m đường ống (bỏ qua bức xạ).
VÍ DỤ
Bài 4: Ống dẫn hơi bằng thép d
tr
/d
ng
= 200 / 216 mm có
λ
1
= 47 W/(mK) được bọc một lớp cách nhiệt dày 120
mm, có λ
2
= 0 ,8 W/(mK). Nhiệt độ hơi là t
1
= 360
o
C ; hệ
số TNĐL phía hơi α
1
= 120 W/(m
2
K). Không khí bên
ngoài có t
2
= 25
o
C; α
2
= 11 W/(m
2
K).
- Hãy tính tổn thất nhiệt trên 1 m ống q
L
- Xác định nhiệt độ bề mặt tro ng và ng oài của lớp cách
nhiệt.
VÍ DỤ
Bài 5 : Trong một TBTĐN, nước chảy trong ống có
d
tr
/d
ng
= 28/32 mm với G
2
= 1 kg /s, nhiệt độ nước vào:
t’
f2
= 25
o
C; ra t’’
f2
= 95
o
C; Hơi: t
f1
= 120
o
C. Hệ số TNĐL
phía hơi α
1
= 4000 W/m
2
K ; vách có λ
v
= 45 W/mK.
- Hãy tính HSTN về ph ía nước α
2
. Xem (Pr
f
/Pr
w
)
0.25
= 1
- Xác định HSTN K và mật độ dòng nhiệt tru ng bình
trên 1 m ống q’
L
.
- Chiều dài cần thiết của ống là bao nhiêu?
Bài 6: Tường một lò đốt gồm 2 lớp: Lớp gạch chịu nhiệt
dày 500 mm; lớp gạch thường dày 250 mm. Nhiệt độ bên
trong lò: 1300
0
C, bên ngoài lò 25
0
C. Hãy xác định:
a, Tổn thất nhiệt trên 1 m
2
bề mặt tường lò
b, Nhiệt độ trên lớp giới hạn giữa hai lớp gạch
Cho biết: Hệ số cấp nhiệt từ khói lò đến tường lò 𝛼
1
=
34,8 W/m
2
.
0
C; từ tường lò vào không khí xung quanh 𝛼
2
= 16,2 W/m
20
C. Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch chịu nhiệt
𝜆
1
= 1,16 W/m
0
C, của lớp gạch thường 𝜆
2
= 0,58 W/m
0
C
TRUYỀN NHIỆT
Biến nhiệt
Ổn định
Ko ổn định
Đẳng nhiệt
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Tường phẳng 1 lớp
( ) ( )
1 1 1 1 1
1
. . .
TT
q
q F t t F t t
= − = −
( ) ( )
1 2 1 2
. . .
T T T T
q
q F t t F t t
= − = −
( ) ( )
2 2 2 2 2
2
. . .
TT
q
q F t t F t t
= − = −
Cấp
nhiệt
Dẫn
nhiệt
Cấp
nhiệt
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường phẳng 1 lớp
( )
12
12
11
.q F t t

+ + = −


q = K . F . ∆t
❖ Tường phẳng nhiều lớp
1
12
1
11
n
i
i
i
K
=
=

++


( )
12
12
1
.
11
q F t t
=−
++
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi
trong 1 giây từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội
qua 1 đơn vị bề mặt tường phân cách là 1m
2
khi
hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể là 1 độ.
Khi tính K cần chú ý nhiệt trở của lớp cặn
0,1 ÷ 0,5 mmChiều dày lớp cặn khoảng:
22
W
.s. .
J
K
m K m K
==
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường ống 1 lớp
( )
( )
1 1 1 1
11
11
.2 r .
1
2.

=−
= −
T
T
q L t t
q L t t
r
( )
( )
12
2
1
2
12
1
2
.
1
.2,3lg
1
.2,3lg 2 .
=−
= −
TT
TT
L
q t t
r
r
r
q L t t
r
( )
( )
2 2 2 2
22
22
.2 r .
1
2.

=−
= −
T
T
q L t t
q L t t
r
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường ống 1 lớp
( )
2
12
1 1 1 2 2
1 1 1
.2,3lg 2 .
.r .r
r
q L t t
r

+ + = −


2
1 1 1 2 2
1
1 1 1
.2,3lg
.r .r
T
K
r
r
=
++
q = K . 2πL . (t
1
– t
2
)
TRUYỀN NHIỆT
Biến nhiệt
Ổn định
Ko ổn định
Đẳng nhiệt
TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH
XÁC ĐỊNH ∆
tb
❖Trường hợp xuôi chiều
Q = K . F . ∆t
tb
d
2,3lg
dc
tb
c
tt
t
t
t
−
=
Thì
2
d
c
t
t
2
dc
tb
tt
t
+
=
Với
Nếu
XÁC ĐỊNH ∆
tb
❖ Trường hợp ngược chiều
∆t
1
= t
1đ
– t
2c
< ∆t
2
= t
1c
– t
2đ
∆t
1
= t
1đ
– t
2c
> ∆t
2
= t
1c
– t
2đ
2,3lg
N
N
t
L
L
b
t
t
t
t
t
−
=
∆t
2
∆t
1
∆t
1
∆t
2
∆t
N
∆t
N
∆t
L
XÁC ĐỊNH ∆
tb
❖ Trường hợp chảy chéo dòng
Q = K . F . ∆t
tb
Với
d
.
2,3lg
dc
tb t
c
tt
t
t
t
−
=
t
- là hệu số hiệu chỉnh, thường nhỏ hơn 1 nên
∆
tb
chéo dòng < ∆
tb
ngược chiều
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Trong truyền nhiệt ổn định nhiệt độ của 2 lưu thể có
thể biến thiên theo 3 trường hợp sau:
➢ Cả 2 lưu thể cùng ko biến đổi nhiệt độ theo vị trí
và thời gian
➢ 1 trong 2 lưu thể biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
➢ Cả 2 lưu thể đều biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Lưu thể chuyển động ngược chiều vẫn lợi
hơn chuyển động xuôi chiều.
XĐ NHIỆT ĐỘ CỦA TƯỜNG
1 1 1
11
.

= − = −
tb
T
Kt
q
t t t
F
2 2 2
22
.

= + = +
tb
T
Kt
q
t t t
F
❖Nhiệt độ của tường
XĐ NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA
CHẤT TẢI NHIỆT
12
1
2
tb
tt
t
+
=
22tb tb
t t t=
+ Còn nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt thứ
hai thì bằng:
+ Nhiệt độ của chất tải nhiệt nào thay đổi ít thì
lấy trung bình số học:
1tb tb
t t t= −
Dùng dấu “ + “ khi t
tb1
là chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp hơn.
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ
CÁCH NHIỆT
❖Tăng cường truyền nhiệt
➢ Giảm chiều dày của vách và tăng hệ số dẫn nhiệt
của vật liệu có thể làm giảm nhiệt trở của vách
➢ Tăng cường sự nhiễu loạn và tăng tốc độ chuyển
động của chất lỏng thì có thể tăng cường tỏa
nhiệt.
➢ Trên bề mặt bức xạ có thể tìm cách tăng độ đen
và nhiệt độ để tăng cường trao đổi nhiệt bức xạ.
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ
CÁCH NHIỆT
❖Cách nhiệt
➢ Khái niệm: là chỉ những lớp phụ dùng làm tăng
nhiệt trở để giảm mật độ dòng nhiệt
➢ Mục đích: tiết kiệm nhiên liệu, thực hiện khả
năng của quá trình kỹ thuật hoặc đảm bảo an
toàn lao động
➢ Vật liệu : bông xỉ, bông thuỷ tinh, cactông
amiăng, giấy amiăng, gạch xốp…
VÍ DỤ
Bài 1: Hơi chuyển động bên tr ong vách phẳng có nhiệt độ
250
0
C, hệ số tỏa nhiệt đến mặt trong là 120 W/m
2
K. Phía bên
ngoài vách được cách nhiệt bằng 1 lớp cách nhiệt dày 120
mm. Nhiệt độ không khí là 25
0
C. Hệ số truyền nhiệt là 1,7
W/m
2
K. Hãy tính nhiệt độ bề mặt vách phía bên trong.
Bài 2: Hai dòng chất lỏng nóng và lạnh có hệ số tỏa nhiệt đối
lưu tương ứng là 200 W/m2K và 100 W/m
2
K, lượng nhiệt
truyền qua vách phẳng dài 2 m, rộng 2 m, dày 200 mm với hệ
số dẫn nhiệt là 40 W/mK là 1,5kW/m
2
. Hãy tính độ chênh
nhiệt độ giữa 2 dòng chất lỏng nóng và lạnh
VÍ DỤ
Bài 3: ống dẫn gió nóng cho lò cao, tốc độ gió ω
1
= 35
m/s; t
f1
= 800
o
C. có 03 lớp : gạch chịu lửa δ
1
= 250 mm,
λ
1
= 1,17 W/m.K; thép δ
2
= 10 mm, λ
2
= 46,5 W/mK;
cách nhiệt ngoài δ
3
= 200 mm, λ
3
= 0,17 4 W/mK; Đường
kính trong d
1
= 1000 mm, không khí xung quanh t
f2
=
10
o
C, ω
2
= 4 m/s.
Tính tổn thất nhiệt trên 1 m đường ống (bỏ qua bức xạ).
VÍ DỤ
Bài 4: Ống dẫn hơi bằng thép d
tr
/d
ng
= 200 / 216 mm có
λ
1
= 47 W/(mK) được bọc một lớp cách nhiệt dày 120
mm, có λ
2
= 0,8 W/(mK). Nhiệt độ hơi là t
1
= 360
o
C ; hệ
số TNĐL phía hơi α
1
= 120 W/(m
2
K). Không khí bên
ngoài có t
2
= 25
o
C; α
2
= 11 W/(m
2
K).
- Hãy tín h tổn thất nhiệt trên 1 m ống q
L
- Xác định nhiệt độ bề mặt tro ng và ng oài của lớp cách
nhiệt.
VÍ DỤ
Bài 5: Trong một TBTĐN, nước chảy trong ống có
d
tr
/d
ng
= 28/32 mm với G
2
= 1 kg/s, nhiệt độ nước vào:
t’
f2
= 25
o
C; ra t’’
f2
= 95
o
C; Hơi: t
f1
= 120
o
C. Hệ số TNĐL
phía hơi α
1
= 4000 W/m
2
K ; vách có λ
v
= 45 W/mK.
- Hãy tính HSTN về phía nước α
2
. Xem (Pr
f
/Pr
w
)
0.25
= 1
- Xác định HSTN K và mật độ dòng nhiệt trung bình
trên 1 m ống q’
L
.
- Chiều dài cần thiết của ống là bao nhiêu?
ĐUN NÓNG
CÁC NGUỒN CUNG CẤP NHIỆT
1. Hơi nước bão hoà
2. Khói lò
3. Điện
4. Chất tải nhiệt đặc biệt
ĐIỀU KIỆN LỰA CHỌN NGUỒN NHIỆT
• Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh
nhiệt độ đủ và tốt.
• Độ độc và tính hoạt động hoá học ít.
• Độ an toàn khi đun nóng cao (không cháy,
nổ,…).
• Không ăn mòn thiết bị và bảo đảm cung cấp
nhiệt độ ổn định.
• Rẻ và dễ tìm.
ĐUN NÓNG
CÁC NGUỒN CUNG CẤP NHIỆT
1. Hơi nước bão hoà
2. Khói lò
3. Điện
4. Chất tải nhiệt đặc biệt
NỘI DUNG
Hơi nước bão hoà là gì???
Ưu nhược điểm của hơi nước bão hoà
Đun nóng trực tiếp
Đun nóng gián tiếp
HƠI NƯỚC BÃO HOÀ
Hơi nước
bão hoà
Hơi quá nhiệt
HƠI NƯỚC BÃO HOÀ
+ Hệ số cấp nhiệt lớn, α = 10.000 ÷ 15.000 W/m
2
độ
+ Nhiệt lượng cung cấp lớn
+ Đun nóng được đồng đều
+ Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng
+ Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống.
+ Sạch, đảm bảo VS ATTP
❑ Nhược điểm: Không thể đun nóng lên đến t
cao
được vì
❑ Ưu điểm
+ t → p
hơi bh
→ chi phí thiết bị tăng, dễ hỏng thiết bị
+ khi t → r → do đó hiệu suất nhiệt giảm
HƠI NƯỚC BÃO HOÀ
Thiết bị đo áp suất
Thiết bị đo lưu
lượng hơi
Nồi hơi
Thiết bị đo lưu
lượng gas
Thiết bị đo lưu
lượng nước
nước
Thiết bị đo
nhiệt độ
Bộ điều khiển
PHÂN LOẠI
1
TRỰC TIẾP
ĐUN NÓNG
GIÁN TIẾP
2
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP
Thiết bị loại sục
thùng chứa
ống hơi
van
van phụ
van 1 chiều
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP
Thiết bị loại sủi bọt
bể chứa
ống sủi bọt
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP
Thiết bị loại không có tiếng động
thùng chứa
loa hỗn hợp
ống dẫn hơi
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP
Cân bằng nhiệt
2 2 2d 2 2 2 2c c m
D G C t CDt G C t Q
+ = + +
Lượng hơi nước cần thiết
( )
2 2 2 2
2
c d m
c
G C t t Q
D
Ct
−+
=
−
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
thiết bị trao đổi nhiệt
thiết bị tháo nước ngưng
van
đoạn ống phụ
Hơi
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
Cốc tháo nước ngưng loại
phao kín
1 - ống dẫn hơi;
2 – tấm chắn;
3 – phao;
4 – đòn bẩy;
5 – van;
6 – cửa tháo nước ngưng;
7 – tay quay;
8 – van xả khí không ngưng tụ
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
Cốc tháo nước ngưng loại phao hở
1 – vỏ; 2 – phao hở; 3 – cần phao; 4 - ống dể dẫn nước ngưng;
5 – van; 6 – van một chiều; 7 – van tháo khí
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
Lượng hơi nước cần thiết
( )
2 2 2 2c d m
G C t t Q
D
C

−+
=
−
θ – nhiệt độ của nước ngưng,
o
C;
C – nhiệt dung riêng của nước
ngưng tụ, J/kg.
o
C.
NỘI DUNG
Sơ đồ đun nóng bằng khói
lò
Ưu nhược điểm của khói lò
Các bước tính toán
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
Lò đốt
Phòng
Trộn
Không khí
Không khí
Nhiên liệu
Khí thải
Thiết bị
truyền nhiệt
Quạt
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
❑ Nhược điểm:
❑ Ưu điểm: có thể tạo ra được nhiệt độ cao (trên 1000
o
C)
+ Hệ số cấp nhiệt nhỏ → thiết bị cồng kềnh
+ Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ
+ Đun nóng không đồng đều
+ Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng
+ Khói lò thường có bụi và khí độc của tự nhiên
+ Nếu đốt nóng bằng chất dễ cháy, dễ bay hơi thì ko an toàn
+ Thiết bị dễ oxy hóa kim loại làm hỏng thiết bị
+ Hiệu suất sử dụng nhiệt thấp, lớn nhất là 30%
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
(1) Tính nhiệt sinh của nhiên liệu
(2) Lượng không khí lý thuyết để dùng đốt cháy nhiên liệu
(3) Xác định thành phần các khí trong khói lò
(4) Tính hàm ẩm và nhiệt lượng riêng của khói lò
(5) Cân bằng nhiệt lượng
(6) Kích thước của lò đốt
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN
• Thành phần chính của khói lò
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
23
α: hệ số dư không khí
L
0
: Lượng không khí cần thiết
• Khối lượng khói khô của nhiên liệu rắn, lỏng
• Nhiệt trị của nhiên liệu đốt
• Nhiệt trị thấp của nhiên liệu đốt
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
24
• Lượng không khí đốt lý thuyết với nhiên liệu rắn, lỏng
• Lượng không khí đốt lý thuyết với nhiên liệu khí
• Lượng không khí đốt thực tế
• α: Hệ số dư không khí, x – Số nguyên tử cacbon; y – số
nguyên tử hydro
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
25
• Nhiệt dung riêng của khói lò
• Khối lượng khói khô của nhiên liệu rắn, lỏng
• Khối lượng khói khô của nhiên liệu khí
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
26
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN
Ưu nhược điểm đun nóng bằng dòng điện
Lò điện trở
Lò cảm ứng
Lò cao tần
❑Nhược điểm: thiết bị phức tạp, giá thành cao nên
chưa đc sử dụng rộng rãi
❑Ưu điểm:
• Tạo được nhiệt độ rất cao đến 3200
o
C mà các
thiết bị khác ko làm đc
• Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng và chính xác
• Hiệu suất rất cao, có thể đạt tới 95% điện tiêu hao
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN
Lò điện trở
Lò cảm ứng
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN
thiết bị đun nóng
dây dẫn điện
❖ Lò cao tần
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN
kW
L
DVFf
N ,10.129,0
22
12
−
=
Bề mặt của
tụ điện
Tần số của dòng điện
0,5.108Hz -100.108 Hz
Hằng số
điện môi
Hệ số
tổn thất
Hiệu
điện thế
KHoảng cách
giữa 2 bản cực
Đặc điểm
Đun nóng bằng dầu khoáng
Đun nóng bằng nước quá nhiệt
Đun nóng bằng chất tải nhiệt hữu cơ
Đun nóng bằng hỗn hợp muối nóng chảy
Đun nóng bằng thủy ngân và kim loại lỏng
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
-Thường được sử dụng trong trường hợp :
+ Đun nóng ở nhiệt độ ko cao
+ Đun nóng đồng đều
- Chất tải nhiệt: các chất lỏng có nhiệt độ sôi cao hoặc hơi
của nó làm chất tải nhiệt trung gian
- Quá trình tuần hoàn chất tải nhiệt có thể dùng bơm hoặc
tuần hoàn tự nhiên
- Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt cho phép điều chỉnh
nhiệt độ dễ dàng
- Nhiệt độ lớn nhất để đun nóng phụ thuộc vào tính chất của
chất tải nhiệt : có thể từ 360 đến trên 500 ° C
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ ĐUN NÓNG BẰNG DẦU KHOÁNG
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng nước quá nhiệt
1- thiết bị gia nhiệt
2- Lò đốt
3- Ống dẫn
4- Ống xoắn
5- Nước hồi lưu
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng chất tải nhiệt hữu cơ
- Nhiệt độ sôi cao
- Áp suất hơi bão hoà tương đối nhỏ
- Sản phẩm được đun nóng đồng đều hơn
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng hỗn hợp muối nóng chảy
- Đun nóng ở nhiệt độ cao hơn 380 ° C
- Hỗn hợp này được ứng dụng để đun nóng
từ 140 ° C đến 510 ° C không có áp suất dư
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng thủy ngân và kim loại lỏng
- Ưu điểm: Nhiệt độ sôi cao (327 ° C), áp suất hơi bão
hoà nhỏ, không cháy. ẩn nhiệt ngưng tụ của nó tuy nhỏ
nhưng khối lượng riêng lớn nên lượng nhiệt toả ra theo
một đơn vị thể tích không nhỏ hơn nước mấy
- Nhược điểm:
• Thuỷ ngân độc nên hệ thống đun nóng cần phỉ làm
việc ở điều kiện không có áp suất dư và phải có cơ
cấu bít kín tốt
• Thủy ngân không thấm ướt bề mặt nên có thể dẫn
tới quá nhiệt từng vùng ttrên thành thiết bị
LÀM NGUỘI
Phân loại phương pháp làm nguội
Tháp giải nhiệt là gì???
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
Ưu, nhược điểm và Phạm vi ứng dụng
LÀM NGUỘI
1
Trực tiếp
2
Gián tiếp
Làm nguội
• Nước lạnh hoặc nước đá
• Tự bay hơi
• Làm nguội khí
• Thiết bị trao đổi nhiệt
Nước Không khí
THIẾT BỊ LÀM NGUỘI – THÁP GIẢI NHIỆT
Tháp giải nhiệt là
thiết bị được sử
dụng để giảm nhiệt
độ của nước nhờ tận
dụng sự bay hơi của
nước vào không khí,
qua đó nhiệt theo
hơi nước được thải
ra khí quyển.
THIẾT BỊ LÀM NGUỘI – THÁP GIẢI NHIỆT
Ống nước
vào tháp
Motor cánh quạt
Cánh quạt
giải nhiệt
Ống nước
phun
Tấm trao
đổi nhiệt
Đường nước vào tháp
Bọng nước
tháp giải nhiệt
Không khí
vào tháp
Không khí
vào tháp
Nước đã
được làm mát
Không khí ấm
ra khỏi tháp
Nước nóng
Nước nóng
vào tháp
Dòng nước
Dòng không khí
Hệ thống máy
cần làm mát
Hệ thống bơm
vào máy
Hệ thống bơm
vào tháp
BỂ TRUNG GIAN
BỂ LẠNH BỂ NÓNG
Hệ thống
tháp giải
nhiệt
Sơ đồ của hệ thống làm mát nước bằng tháp giải nhiệt.
THIẾT BỊ LÀM NGUỘI – THÁP GIẢI NHIỆT
Ưu điểm
- Là thiết bị làm nguội hiệu quả, rẻ tiền
- Đem lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình vận hành
Nhược điểm
- Không làm nguội được xuống dưới nhiệt độ bầu ướt
- Khá ồn khi làm việc
Phạm vi ứng dụng
- Sử dụng để làm nguội nước giải nhiệt trong các thiết bị
ngưng tụ
- Giải nhiệt nước sau khi đã làm mát các thiết bị khác.
Theo chiều chuyển động của môi chất
Theo công dụng của thiết bị
Theo sự hoạt động của môi chất
Theo nguyên lý làm việc của thiết bị
Theo phương thức truyền nhiệt
PHÂN
LOẠI
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Chiều chuyển
động môi chất
Cùng
chiều
Ngược
chiều
Cắt nhau
Hỗn hợp
Bình ngưng
Bình bốc hơi
Thiết bị cô đặc
Thiết bị tinh cất
…………….
Theo
công
dụng
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Hoạt động
của môi chất
Liên tục Chu kỳ
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TBTĐN vách ngăn, hoạt động liên tục
TBTĐN vách ngăn hđ theo chu kỳ
TBTĐN kiểu hồi nhiệt
TBTĐN kiểu ống nhiệt
TBTĐN kiểu tiếp xúc
TBTĐN hỗn hợp
Theo
nguyên
lý
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Theo phương
thức truyền nhiệt
Trực
tiếp
Loại Đệm
Gián
tiếp
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
Thiết bị TĐN
gián tiếp
Ống
xoắn
Nồi
hai
vỏ
Ống
lồng
ống
Ống
chùm
Bản
mỏng
Dàn
ống
THIẾT BỊ ỐNG XOẮN RUỘT GÀ
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1, 7 – cửa vào ra của lưu thể ở pha hơi; 2 – nắp; 3 – giá đỡ;
4 – thân; 5 - ống xoắn ruột gà kép; 6, 10 – cửa ra và vào của chất
lỏng; 8 – gân tăng cứng cho ống xoắn; 9 – ống góp.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
MỘT SỐ DẠNG ỐNG XOẮN
❖ Ưu điểm
✓ Đơn giản, dễ chế tạo, dễ kiểm tra, sửa chữa
✓ Dễ dàng điều chỉnh bề mặt truyền nhiệt
✓ Vòng xoắn có tính đàn hồi nên khắc phục tốt sự cố
giãn nở khác nhau vì nhiệt giữa vỏ và ống xoắn
✓ Làm việc với áp suất khá lớn
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
❖ Nhược điểm
✓ Khó làm sạch bề mặt bên trong ống
✓ Năng suất truyền nhiệt không lớn
✓ Cản trở dòng đi trong và ngoài ống ruột gà
✓ Dùng làm thiết bị hoàn nhiệt giữa hơi
phreon và phreon lỏng trong lạnh phreon
✓ Được sử dụng trong các nồi hồ hóa, đường
hóa hay trong thiết bị lên men nhà máy
rượu cồn
PHẠM VI ỨNG DỤNG
THIẾT BỊ NỒI HAI VỎ
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
1 – cửa nạp liệu gián đoạn
2 – cửa lắp chân không kế
3 – nắp
4 – thân trong
5 – cửa cho hơi nước nóng vào
6 – tai treo
7 – vỏ ngoài
8 – đáy ngoài
9 – cửa nước ngưng ra
10 – cửa tháo sản phẩm
11 – cửa lắp áp kế
12 – cửa nối với bơm chân không
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
❖ Dạng gắn cứng
❖ Dạng gắn mềm
MỘT SỐ DẠNG ĐẶC BIỆT
❖ Ưu điểm
✓ Ứng dụng rộng rãi cho các QT vừa gia nhiệt vừa khuấy
✓ Phù hợp cho nhiều loại lưu thể Lỏng – Hơi, Lỏng –
Lỏng
✓ Không chịu được áp suất cao (không quá 10 atm)
✓ Bề mặt trao đổi nhiệt hạn chế (không quá 10 m
2
)
✓ Khó làm sạch về mặt trao đổi nhiệt ở không gian 2 vỏ
bằng cơ học
✓ Việc bịt kín khó khăn và đắt tiền (loại tháo rời)
❖ Nhược điểm
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
✓ Cô đặc dung dịch
VD: Cô đặc các loại dịch hoa quả, dịch đường…
✓ Gia nhiệt cho các dung dịch có nhiều cặn hoặc
độ nhớt lớn
✓ Gia nhiệt cho các dung dịch vừa gia nhiệt vừa
hòa tan
VD: Dịch siro trong các nhà máy bánh kẹo, nước
giải khát….
PHẠM VI ỨNG DỤNG
THIẾT BỊ NỒI HAI VỎ
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG LỒNG ỐNG
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1
2
3
4
Lưu thể 2
Lưu thể 2
Lưu thể 1
Lưu thể 1
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
❖ Cấu tạo dạng nối
tiếp
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG LỒNG ỐNG
❖ Cấu tạo dạng
song song
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG LỒNG ỐNG
❖ Ưu điểm
✓ Chịu được áp suất lớn
✓ Có khả năng làm sạch bè mặt truyền nhiệt trong ống
✓ Chiếm nhiều không gian hơn so với loại ống chùm
✓ Chỉ phù hợp cho loại truyền nhiệt liên tục
❖ Nhược điểm
✓ Có thể thay đổi bề mặt truyền nhiệt bằng cách nối
thêm cách đoạn ống
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
✓ Thường được ứng dụng trong quá trình trao đổi nhiệt
giữa 2 chất lỏng
VD: trong máy lạnh loại lớn, được lắp sau thiết bị
ngưng tụ để làm mát thêm tác nhân lỏng cao áp, nhằm
giảm tổn thất trong q uá trình tiết lưu, tăng năng suất
lạnh riêng.
✓ Sử dụng trong hệ thống thanh trùng, tiệt trùng
✓ Dùng trong hệ thống nấu liên tục (có thêm kết cấu thay
đổi tiết diện, tăng giảm áp) trong các nhà máy bia
PHẠM VI ỨNG DỤNG
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG CHÙM
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Vỉ ống
Nắp
Vỏ
Lưu thể 1
Lưu thể 1
Lưu thể 2
Lưu thể 2
Ống truyền
nhiệt
Nắp
Gioăng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CÁC KẾT CẤU
Kết cấu
Ghép
ống vào
vỉ
Ghép
nắp với
vỉ ống
Bố trí
ống
chùm
trên vỉ
Chia lối
cho lưu
thể
CÁCH GHÉP ỐNG VÀO VỈ
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2 3
3
1
2
3
1
2
3
4
a b
c
d e
f
g
CÁCH GHÉP NẮP THIẾT BỊ VỚI VỈ
1- nắp ; 2- đệm kín ; 3- Vỉ ống ; 4- ống truyền nhiệt ; 5- vỏ
khi áp suất nhỏ
khi áp suất lớn
CÁCH BỐ TRÍ ỐNG TRUYỀN NHIỆT TRÊN VỈ
Theo tam giác
đều
Theo các đường
tròn đồng tâm
Theo dạng
hình vuông
CHIA LỐI CHO LƯU THỂ
CHIA LỐI CHO LƯU THỂ
4. THIẾT BỊ DẠNG ỐNG CHÙM
PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU
Dạng ống
chùm
Loại lắp
cứng
Loại lắp
mềm
Đầu
phao
kín
Đầu
phao hở
Có hộp
đệm
Nửa
cứng
Loại
ghép
a) lắp cứng
b) Đầu phao
kín
c) đầu phao
hở
d) hộp đệm
e) nửa cứng
❖ Loại lắp cứng
❖ Loại lắp mềm có đầu phao kín
❖ Loại lắp mềm có đầu phao hở
❖ Loại lắp mềm có hộp
đệm
❖ Loại ống hình chữ U
1
2
3
4
5
6
8
7
❖ Loại nửa cứng
❖ Loại ghép
❖ Ưu điểm
✓ Bề mặt truyền nhiệt lớn, không gian gọn
✓ Khó (không) làm sạch được bề mặt giữa ống và vỏ
✓ Chỉ phù hợp cho truyền nhiệt có một lưu thể chuyển pha
❖ Nhược điểm
✓ Dễ dàng làm sạch bề mặt truyền nhiệt bên trong ống
✓ Chịu được áp suất khá lớn
✓ Tính thiết kế và cấu tạo phức tạp
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
✓ Áp dụng cho được các hệ thống cần năng suất lớn
✓ Thường được ứng dụng trong quá trình trao đổi nhiệt
cần năng suất lớn và áp suất cao
✓ Sử dụng nhiều làm thiết bị ngưng tụ
✓ Sử dụng làm thiết bị gia nhiệt ban đầu trong một số quá
trình như cô đặc, chưng luyện
PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Sử dụng làm thiết bị cô đặc như thiết bị cô đặc tuần
hoàn trung tâm
THIẾT BỊ DẠNG TẤM BẢN
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
60
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
5. THIẾT BỊ DẠNG BẢN MỎNG
❖ Kết cấu tấm bản
Gioăng
❖ Kết cấu tấm bản
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
❖ Ưu điểm
✓ Hiệu quả truyền nhiệt rất cao
✓ Cấu tạo nhỏ gọn
✓ Đáp ứng được năng suất rất lớn
✓ Dễ tháo lắp, vệ sinh bề mặt truyền nhiệt
✓ Chịu được áp suất không lớn
✓ Không chịu được nhiệt độ quá cao hay quá thấp
✓ Không dùng được cho những chất nhiều cặn bẩn
❖ Nhược điểm
✓ Sử dụng trong hệ thống thanh trùng, tiệt trùng
✓ Sử dụng trong các quá tình cần gia nhiệt nhanh: làm
lạnh nhanh
PHẠM VI ỨNG DỤNG
THIẾT BỊ DẠNG DÀN ỐNG
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Không khí
Lưu chất (chất tải lạnh, hơi bão hoà,…
Cánh tản nhiệt
Ống
6. THIẾT BỊ DẠNG DÀN ỐNG
❖ Phân loại
6. THIẾT BỊ DẠNG DÀN ỐNG
❖ Phạm vi áp dụng
✓ Được sử dụng nhiều trong các hệ thống sấy, hệ
thống lạnh
VD: Làm dàn lạnh trong hệ thống lạnh
VD: Làm calorifer trong hệ thống sấy
• Đã biết: Khối lượng chất cần gia
nhiệt, nhiệt độ trước và sau khi gia
nhiệt. Nguồn nhiệt.
• Yêu cầu: Tính bề mặt truyền nhiệt
BÀI TOÁN THIẾT KẾ
• Chọn dạng thiết bị truyền nhiệt
• Tính nhiệt lượng lưu thể
• Tính chênh lệch nhiệt độ trung bình
• Tính nhiệt độ tường
• Tính dòng nhiệt truyền qua vách
truyền nhiệt
• Tính diện tích truyền nhiệt
• Tính các kích thước hình học còn lại
CÁC BƯỚC TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT CƠ BẢN
• Chất lỏng: Q = GCt
• Hơi bão hòa: Q = Gr
• Chất khí: Q = Gi
TÍNH NHIỆT LƯỢNG LƯU THỂ
1. Hai lưu thể cùng chuyển pha
Trong đó lưu thể thứ nhất
ngưng tụ, lưu thể thứ hai
bay hơi
t
tb
= hiệu nhiệt độ chuyển
pha
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
2. Có 1 dòng lưu thể chuyển pha
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
2,3lg
LN
tb
L
N
tt
t
t
t

3. Hai lưu thể không chuyển pha
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
2,3lg
LN
tb
L
N
tt
t
t
t

CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
Nếu trong quá trình trao đổi nhiệt mà nhiệt độ của các
lưu thể ít thay đổi dọc theo bề mặt truyền nhiệt với:
Thì ta có thể tính gần đúng theo công thức sau
2
L
N
t
t
2
LN
tb
tt
t

TÍNH NHIỆT ĐỘ TƯỜNG
Cân bằng nhiệt
Cấp nhiệt
Dẫn nhiệt
Cấp nhiệt
2
2 1 2
'.
TT
q
q t t
F
3
3 2 2 2
'.
T
q
q t t
F
1
1 1 1 1
'.
T
q
q t t
F
• Chọn sơ bộ chênh lệch nhiệt độ môi chất và nhiệt độ
tường:
– Hơi bão hòa: 3-5
o
C
– Lỏng: 10-20
o
C
– Khí: 30-50
o
C
- Chọn chế độ dòng lưu thể ở chế độ chảy xoáy
– Chất khí: v = (8
30) m/s
– Chất lỏng: v = (0,5
3) m/s
– Thể hơi bão hòa: v = (9
11) m/s
- Tính hệ số cấp nhiệt: = f(Nu, Re, Pr, Gr)
2
2 1 2
'.
TT
q
q t t
F
3
3 2 2 2
'.
T
q
q t t
F
1
1 1 1 1
'.
T
q
q t t
F
Cân bằng nhiệt
Nếu q
1
– q
3
= 0,05q
1
Tính chọn đúng
Nếu q
1
– q
3
> 0,05q
1
Tính chọn sai Chọn tính lại
TÍNH DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT
Diện tích truyền nhiệt:
'
q
F
q
Truyền nhiệt qua vách phẳng
12
1
11
K

Diện tích truyền nhiệt qua vách phẳng
.
tb
q
F
Kt
TÍNH DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT
Hệ số truyền nhiệt qua vách trụ
Dòng nhiệt truyền qua vách trụ
2 . .
tb
F r L
2
1 1 1 2 2
1
1 1 1
.2,3lg
.r .r
T
K
r
r

.2 .
tb
q K L t

Diện tích truyền nhiệt
TÍNH DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT
Hệ số truyền nhiệt qua vách cầu
Dòng nhiệt truyền qua vách cầu
2
4.
tb
Fr
22
1 1 2 2
4
1 1 1 1 1
.
.r .r
K
rr



.
tb
q K t
Diện tích truyền nhiệt
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
CƠ BẢN
Tính các kích thước hình học còn lại
Tính lại vận tốc các lưu thể
Chia lối đi của lưu thể cho phù hợp với vận
tốc đã tính
VÍ DỤ
1
NGƢNG TỤ
Khái niệm, phân loại
Ngƣng tụ trực tiếp
Ngƣng tụ gián tiếp
NGƢNG TỤ
1
Trực tiếp
(ngưng tụ
hỗn hợp)
2
Gián tiếp
(ngưng tụ
bề mặt)
Ngƣng tụ
Thiết bị
loại ướt
Thiết bị
loại khô
Hơi hoặc
khí
Lỏng
Làm
nguội
Nén và
làm nguội
THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRỰC TIẾP
Nguyên tắc: phun nước lạnh vào trong hơi, hơi toả ẩn
nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại
Ƣu điểm:
+ Năng suất cao
+ Cấu tạo đơn giản
+ Dễ dàng chống ăn mòn
Phạm vi ứng dụng: Thiết bị ngưng tụ trực tiếp ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học
Nhƣợc điểm: chất lỏng đã ngưng tụ sẽ trộn lẫn với
nước làm nguội
THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRỰC TIẾP
Khí không ngưng
Nước
Hơi
Nước và
nước ngưng
1
2
5
4
3
H ≈ 11m
Thiết bị ngƣng tụ
Baromet
1- thân
2- thiết bị thu hồi bọt
3- ống barộmet
4- tấm ngăn hình bán nguyệt
5- ông dẫn khí không ngưng
THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRỰC TIẾP
Khí không ngưng
Nước
Hơi
Nước và
nước ngưng
1
2
5
4
3
H ≈ 11m
Ƣu điểm
• nước tự chảy ra được,
không cần bơm tốn ít
năng lượng
Ứng dụng: Thường được
dùng trong hệ thống cô
đặc nhiều nồi
• năng suất lớn.
NGƢNG TỤ GIÁN TIẾP
NGƢNG TỤ GIÁN TIẾP
Hiện tượng ngưng tụ giọt:
Khi nước ngưng co cụm lại
thành những giọt lỏng trên
bề mặt truyền nhiệt
Hiện tượng ngưng tụ màng:
Khi nước ngưng lan ra, dính
ướt trên bề mặt truyền nhiệt
tạo thành màng nước ngưng
- Hơi nước bão hòa ngƣng tụ trên bề mặt truyền nhiệt
khi nào???
- Có những hiện tƣợng ngƣng tụ nào???
Nguyên lý dính ƣớt - không dính ƣớt
Vật liệu
1
Vật liệu
1
Vật liệu
1
Vật liệu
2
Lực hút đồng phân tử
Lực hút dị phân tử
Ngƣng tụ giọt
Ngƣng tụ màng
A B C
- Ảnh hưởng của ngưng tụ giọt và ngưng tụ màng đến
truyền nhiệt?
- Nên đặt thiết bị ngưng tụ ống chùm như thế nào (thẳng
đứng, nằm ngang)?
NGƢNG TỤ GIÁN TIẾP
KẾT LUẬN: Vậy trong thiết bị ngưng tụ thì cố gắng để màng
nước ngưng được giải phóng khỏi bề mặt truyền nhiệt càng
sớm thì càng tốt
BỐC HƠI
Khái niệm quá trình sôi
Quá trình sôi xảy ra khi nào
Quá trình sôi xảy ra nhƣ thế nào
QUÁ TRÌNH SÔI
• Bay hơi: bề mặt & trong lòng
• Chênh lệch giữa T
F
và T
sôi
KHI
NÀO
Text
QUÁ TRÌNH
SÔI
THẾ
NÀO
LÀ
GÌ?
Các chế độ
sôi khác nhau
Độ quá nhiệt
QUÁ TRÌNH SÔI
A B C D E F
2
o
C 6
o
C 50
o
C 120
o
C 700
o
C
T (
o
C)
q’ (W/m
2
) hoặc α (W/m
2
.độ)
0,1
QUÁ TRÌNH SÔI
A B C D E F
0,1 - 2
o
C
T (
o
C)
q’ (W/m
2
) hoặc α (W/m
2
.độ)
Vùng A – Chế độ cận sôi dòng đối lƣu tự nhiên
QUÁ TRÌNH SÔI
A B C D E F
2 - 6
o
C 6 - 50
o
C
T (
o
C)
q’ (W/m
2
) hoặc α (W/m
2
.độ)
Vùng B&C – Sôi bọt bóng
QUÁ TRÌNH SÔI
A B C D E F
50 - 120
o
C
T (
o
C)
q’ (W/m
2
) hoặc α (W/m
2
.độ)
Vùng D – Sôi màng hơi
QUÁ TRÌNH SÔI
A B C D E F
120 - 700
o
C
T (
o
C)
q’ (W/m
2
) hoặc α (W/m
2
.độ)
Vùng E – Sôi màng hơi ổn định
QUÁ TRÌNH SÔI
A B C D E F
> 700
o
C
T (
o
C)
q’ (W/m
2
) hoặc α (W/m
2
.độ)
Vùng F – Sôi màng hơi bức xạ
1. Khái niệm, phân loại, mục đích
2. Chế độ thanh trùng , tiệt trùng
3. Biến đổi nguyên liệu, sản phẩm
4. Các yếu tố ảnh hưởng
5. Thiết bị thanh trùng, tiệt trùng
NỘI DUNG
MỘT SỐ SẢN PHẨM
SẢN PHẨM DƯA CHUỘT BAO TỬ
NGÂM DẤM THANH TRÙNG
THANH TRÙNG – TIỆT TRÙNG LÀ GÌ?
Thanh trùng : là quá trình tiêu diệt vi sinh vật gây
hại cho thực phẩm và ức chế các quá trình sinh,
tổng hợp độc tố của chúng
Tiệt trùng : là quá trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật
(ở dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử) và ức chế
không thuận nghịch các enzyme trong thực phẩm
PHÂN LOẠI
THANH TRÙNG
Nhiệt
Áp
suất
cao
Sóng
siêu
âm
Tia ion
hoá,
điện ly
Trường
điện từ
Màng
lọc
Hoá
chất
PHÂN LOẠI
Thanh
trùng
Nhiệt
Pasteur
Tyndall
Công
nghiệp
BẢO QUẢN
CHẾ BIẾN
MỤC ĐÍCH CÔNG NGHỆ
CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG
Giai đoạn 1: gia nhiệt sản phẩm
đến nhiệt độ thanh trùng/tiệt trùng.
Giai đoạn 2: giữ sản phẩm ở
nhiệt độ thanh trùng/tiệt trùng.
Giai đoạn 3: làm nguội sản phẩm
về nhiệt độ thích hợp.
CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG
Nhiệt độ
sản phẩm
Nhiệt độ
trong thiết bị
t
t
o
C
τ
B
A
C
A B C
P
T
−−
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU
BIẾN
ĐỔI
Vật lý
Hoá học
Hoá lý
Sinh học
Hoá Sinh
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU
• Thể tích, trọng lượng, độ giòn, độ dai…
• Có ý nghĩa tiêu cực hoặc tích cực.
Biến đổi
Vật lý
• Nước và một số chất dễ bay hơi → pha
khí
• Protein hòa tan trong thực phẩm lỏng
→ bị đông tụ và chuyển sang pha rắn…
Biến đổi
Hoá lý
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU
Nhiệt độ cao → phản ứng Maillard →
màu sẫm và gây ảnh hưởng đến màu
sắc thực phẩm.
Biến đổi
Hoá học
Nhiệt độ cao → QT trao đổi chất của tế
bào sinh vật ngừng lại, các VSV sẽ bị
ức chế hoặc tiêu diệt.
Biến đổi
Sinh học
Nhiệt độ cao → biến tính bất thuận
nghịch các enzyme có mặt trong TP →
bị vô hoạt
Biến đổi
Vi sinh
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẾ
ĐỘ THANH TRÙNG
Thành phần hoá học
của thực phẩm
Giống loài, số lượng
VSV ban đầu
Nồng độ đường và muối
Độ axit
Thành phần
hoá học của
thực phẩm
Chất sát trùng thực vật
(phitonxit)
Chất
béo
VSV nhiễm thuộc nhóm ưa nhiệt → chế độ
thanh trùng phải nghiêm ngặt.
Loại VSV bị nhiễm và mức độ của
chúng trong thực phẩm.
Mật độ VSV trong mẫu càng cao → tăng nhiệt
độ và thời gian xử lý
Tính chất vật lý của
thực phẩm
Tính chất vật lý và độ
dày vật liệu làm vỏ hộp
Kích thước hình học
bao bì đồ hộp
Nhiệt độ đầu, cuối và
nhiệt độ thanh trùng
Trạng thái của hộp khi
thanh trùng
Thực phẩm lỏng: có độ nhớt thấp và tỉ trọng
nhỏ, hệ số truyền nhiệt cao hơn thực phẩm
rắn. Hàm lượng chất khô, độ nhớt… ảnh
hưởng đến hệ số truyền nhiệt.
Thực phẩm có cả phần lỏng và
phần đặc: đối lưu và dẫn nhiệt.
Thực phẩm rắn: truyền nhiệt
là do sự dẫn nhiệt
Thời gian truyền nhiệt ấy tỷ lệ thuận với nhiệt
trở của vỏ hộp, thời gian này lớn nếu vỏ hộp
có nhiệt trở lớn và ngược lại
Bao bì làm bằng VL khác nhau, có độ
dày và kích thước to nhỏ khác nhau →
truyền nhiệt qua lớp vỏ cũng khác nhau
Truyền nhiệt vào tới SP →
phải truyền qua lớp vỏ hộp
Nhiệt độ chất tải nhiệt càng cao → thời gian
thanh trùng càng giảm
T
cuối
SP càng cao → Thời gian thanh
trùng càng dài và ngược lại
T
đầu
càng cao → thời gian
thanh trùng càng nhanh
Kích thước hình học
bao bì đồ hộp
Trạng thái của hộp
khi thanh trùng
Hộp có kích thước
càng lớn → thời gian
truyền nhiệt càng dài
và ngược lại
- Hộp đứng yên
hoặc chuyển động
- Thanh trùng liên
tục → hệ số K cao
hơn → Thanh
trùng nhanh hơn
THIẾT BỊ THANH TRÙNG – TIỆT TRÙNG
GIÁN
ĐOẠN
THIẾT BỊ
THANH
TRÙNG
LIÊN
TỤC
NỒI HẤP GIÁN ĐOẠN DẠNG ĐỨNG
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG NỒI THANH TRÙNG
TỦ ĐIỀU KHIỂN
NỒI THANH TRÙNG
NỒI HẤP GIÁN ĐOẠN DẠNG NẰM NGANG
THIẾT BỊ THANH TRÙNG DẠNG TRỐNG
THIẾT BỊ THANH TRÙNG LIÊN TỤC TẤM BẢN
Quá trình thanh trùng sữa
THIẾT BỊ THANH TRÙNG LIÊN TỤC TẤM BẢN
THIẾT BỊ THANH TRÙNG LIÊN TỤC ỐNG LỒNG ỐNG
12/19/2021
1
• Thanh trïng/tiệt trùng lµ mét trong nh÷ng kh©u c¬ b¶n nhÊt trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn ®å hép, gióp tiªu
diÖt toµn bé VSV nªn SP cã kh¶ n¨ng b¶o qu¶n ®ưîc l©u (tõ 1 ®Õn vµi n¨m). Víi s÷a ®ưîc tiÖt trïng
UHT (ë 140oC trong vµi gi©y) cã thÓ b¶o qu¶n 6 th¸ng.
• Cã nhiÒu phư¬ng ph¸p thanh trïng ®å hép:
- Thanh trïng b»ng nhiÖt, dïng chÊt t¶i nhiÖt lµ nưíc nãng hay h¬i nưíc.
- Thanh trïng b»ng dßng ®iÖn cao tÇn
- Thanh trïng b»ng c¸ch chiÕu s¸ng
- Thanh trïng b»ng c¸ch chiÕu c¸c tia ph©n cùc.
Phư¬ng ph¸p dïng nhiÖt lµ phæ biÕn h¬n c¶ v× dÔ sö dông vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cao.
• C«ng thøc thanh trïng cã d¹ng tæng qu¸t như sau: a A - B - C p
t: nhiÖt ®é thanh trïng T
A: thêi gian n©ng nhiÖt (phót)
B : thêi gian gi÷ nhiÖt (phót)
C : thêi gian lµm nguéi (phót)
a: thêi gian x¶ kh«ng khÝ trong thiÕt bÞ ra ngoµi
p : ¸p suÊt ®èi kh¸ng cÇn t¹o ra trong qu¸ tr×nh thanh trïng (at)
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
- ĐH Bách Khoa Hà Nội
1
Quá trình thanh trùng và tiệt trùng đồ hộp thực phẩm
Đồ thị quá trình thanh trùng/tiệt trùng đồ hộp thực phẩm
Bắt đầu từ 100°C trong quá trình gia nhiệt (a) - tiến hành đo giá trị F
(phút) - hiệu quả thanh trùng thực tế tại điểm tâm SP cho đến điểm
(b) điểm nhiệt độ bắt đầu hạ thấp dưới 100°C
Nhiệt độ môi trường nồi thanh trùng
Nhiệt độ tâm SP
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
ĐH Bách Khoa Hà Nội
3
Nhóm đồ hộp có độ axit cao
Dưa chuột dầm dấm
Vải nước đường đóng lọ
Một số rau quả dầm dấm
Fig. : Meat mix with potatoes
Fig : Bologna sausage mix, variety of same type is Luncheon meat
Fig.: Corned bee
Fig. : Canned pork shoulder
Nhóm đồ hộp có độ axit thấp
12/19/2021
2
Nhiệt độ thanh trùng: Khả năng sống sót của VSV phụ thuộc nhiều vào
độ pH của MT. Chia thực phẩm làm 2 nhóm (hoặc 3 nhóm)
- Nhóm TP không chua: pH > 4,6 (4,2-4,5) (thịt, cá, đậu,…
Nhiệt độ thanh trùng > 100
o
C (115-121
o
C).
- Nhóm TP chua: pH ≤ 4,6 (4,2-4,5)(rau quả,…) Nhiệt độ
thanh trùng < 100oC (không thấp hơn 75-80oC)
Thời gian thanh trùng: phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
- Nhiệt độ thanh trùng (tỷ lệ nghịch với thời gian thanh trùng).
- Thành phần hóa học (H
+
, đường, muối n/độ cao, chất kháng
khuẩn làm rút ngắn thời gian thanh trùng; protein, lipit, đường, muối
n/độ thấp làm kéo dài thời gian thanh trùng.)
- Loại và số lượng vi sinh vật.
- Nhiệt độ ban đầu.
- Tính chất vật lý bao bì đồ hộp (vật liệu, kích thước, hình dạng,..)
và SP bên trong (đặc, lỏng, độ nhớt,…)
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
- ĐH Bách Khoa Hà Nội
5
- Với SP rắn (a) truyền nhiệt bằng truyền dẫn và điểm đun nóng chậm
nhất là ½ chiều cao hộp,
- Với SP lỏng (b) truyền nhiệt bằng đối lưu và điểm đun nóng chậm
nhất là 1/3 hộp từ đáy lên.
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
ĐH Bách Khoa Hà Nội
6
Điểm đun nóng chậm nhất
Dụng cụ đo nhiệt độ tâm sản phẩm đồ hộp
Size of 99/36 99/63 99/113
cans h/d: 200 g 400 g 800 g
Sự truyền nhiệt đến
tâm SP của 3 hôp
(chứa hỗn hợp thịt
loại Luncheon, nhiệt
độ nước thanh
trùng là 118°C) có
ĐK như nhau nhưng
chiều cao khác
nhau, hộp c1 có thời
gian truyền nhiệt
gấp đôi hộp a1
12/19/2021
3
Cách truyền nhiệt theo chiều thẳng đứng (a2);
theo chiều ngang (b2);
theo hướng vuông góc (c2) với SP chất rắn
Các hộp có
cùng thể
tích khác
nhau về
hình dạng,
hộp a2, b2
có thời gian
truyền nhiệt
nhanh hơn
hộp c2 có
kích thước
hình vuông
với loại SP
rắn
Hinh: Hộp bằng thép có hình dạng khác
nhau, Bên trong phủ một lớp nhựa tổng hợp,
Bên ngoài phủ lớp khá bền cùng đường hàn
và miệng TK dễ dàng mở
Hinh: Hộp khác nhau về kích thước nhưng cùng
hình dạng (tỉ lệ giữa DK và chiều cao)
Hình: Hai hộp làm bằng
chất liệu khác nhau, bên
trái làm bằng thép, bên
phải bằng nhôm có độ
dẫn nhiệt và giữ nhiệt
khác nhau
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
ĐH Bách Khoa Hà Nội
11
biểu diễn
Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật
- F : thời gian cần thiết (tính bằng phút) để tiêu diệt vi sinh vật, tại một nhiệt độ nhất định.
- Z : khoảng nhiệt độ cần thiết cho đường “thời gian chết nhiệt” thực hiện một chu trình
logarite (Đối với mỗi loại vi sinh vật và thực phẩm khác nhau, có giá trị D và Z khác nhau)
Diệt các vi sinh vật
bằng nhiệt theo thời gian
Đường sống
sót của
Bacillus
subtilis ở
110
0
C
trong dd
đệm
McIlvaine
(pH=7)
Thời gian(giây)
Quá trình tiêu diệt vi sinh vật bởi nhiệt -
Độ bền nhiệt của vi sinh vật
12/19/2021
4
Giá trị D = thời gian
Làm giảm thập phân - 10 lần lượng VSV
Thời gian
Diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian
Nếu thời gian giảm thập phân D = 3 phút
Diệt VSV bằng nhiệt theo thời gian
Z = khoảng nhiệt độ cần
thiết để giảm 10xD
Diệt VSV bằng nhiệt theo thời gian
Z- Hằng số cảm nhiệt
16
Sự kháng nhiệt của vi sinh vật trong quá trình xử lý nhiệt
Nhóm vi khuẩn D (phút) z ( oC)
Sản phẩm không chua và ít chua (pH >
4,5)
- Vi khuẩn chịu nhiệt (bào tử) 2,0 - 5,0 (1) 8 - 12
- Vi khuẩn không chịu nhiệt (bào tử) 0,1 - 1,5 (1) 8 - 10
Sản phẩm chua (pH 4,0 - 4,5)
- Vi khuẩn chịu nhiệt (bào tử) 0,01 - 0,07 (1) 8 - 10
- Vi khuẩn không chịu nhiệt (bào tử) 0,1 - 0,5 (2) 7 - 10
Sản phẩm rất chua (pH < 4,0)
Vi sinh vật không chịu nhiệt (vi khuẩn
không sinh bào tử, nấm men, nấm mốc)
0,5 - 1,0 (3) 5 - 7
(Carla,1992)
Ghi chú (1): xử lý ở 121,1
O
C
(2): xử lý ở 100
O
C
(3): xử lý ở 65
O
C
12/19/2021
5
17
Sự vô hoạt vi sinh vật (bào tử) trong quá trình tiệt trùng
LOÀI VI SINH VẬT(Type
of microorganism)
MÔI TRƯỜNG(Medium) z-value (oC) D121,1(min)
Bacillus
stearothermophilus
General 7,6-10,3 1,8-4,7
Bacillus subtilis 5230 General 7,4-13 0,3-0,76
Bacillus coagulans solution 8,2-9,0 0,2-2,5
Bacillus cereus General 9,7 0,0065
Bacillus megaterium General 8,8 0,04
Clostridium perfringens General 10,0 /
Clostridium sporogenes General 8,0-12,0 0,48-1,4
Clostridium botulinum General 9,9 0,21
(Carla.1992)
18
Sự vô hoạt vi sinh vật (Tế bào sinh dưỡng) trong quá trình thanh trùng
LOÀI VI SINH VẬT(Type
of microorganism)
MÔI TRƯỜNG(Medium) z-value (oC) D
T
(min)
Escherichia coli / 4,9 4,5 (56
o
C)
Pseudomonas fluoresens / 7,5 3,2 (60
o
C)
Streptococcus faecalis Fish 6,7 15,7 (60
o
C)
Staphylococcus aureus Pea soup 4,6 10,4 (60
o
C)
Salmonella senftenberg Pea soup 5,7 10,6 (60
o
C)
Lactobacillus plantarum Tomato soup 12,5 11,0 (70
o
C)
Listeria monocytogenes Carrots 6,7 0,27 (70
o
C)
Closstridium botulinumNon-
proteolytic type BNon-
proteolytic type E
Buffer pH 7,0Water 9,79,4 32,3 (82
o
C)3,3 (80
o
C)
Bacillus cereus Buffer pH 7,0 10,5 8,0 (100
o
C)
Bacillus subtilis Buffer pH 6,8 9,8 0,57 (121
o
C)
(Carla.1992)
19
Sự kháng nhiệt của các enzyme trong quá trình xử lý nhiệt
Enzyme
D (phút) z (oC)
Peroxydase 232 (1) 28
Polygalacturonase 20 (1) 6,8
O-diphenoloxydase 0,82 (1) 5,5
Lipoxygenase 0,09 (1) 8,5
Catalase 0,02 (1) 8,3
Lipase 25 (2) 26
Protease 300 (2) 28
(Carla.1992)
Ghi chú (1): xử lý ở 80
O
C
(2): xử lý ở 120
O
C
20
Giá trị Z đối với sự vô hoạt enzyme và các nhân tố chất lượng của một số thực phẩm
ENZYME GÍA TRỊ Z ( o C)
Lipoxygenase (peas) 8,7
Lipoxygenase (soybean) 6,9
Polyphenoloxidase (mushroom) 6,5
Polyphenoloxidase (plum) 17,6
Chlorophyllase (spinach) 12,2
Peroxidase (potato) 35,0
NHÂN TỐ CHẤT L ƯỢNG
Thiamine (milk) 29,4 – 31,4
Thiamine (meat, vegetables) 25,0 – 31,3
Chất lượng chung (peas) 28,3
Chất lượng chung (green beans) 28,8
Chất lượng chung (bắp) 31,6
(Carla.1992)
12/19/2021
6
21
Gía trị Z của các nhân tố thực phẩm (tổng quát)
NHÂN TỐ GÍA TRỊ Z ( o C)
Bào tử vi khuẩn 7 –12
Tế bào sinh dưỡng 4 – 8
Vitamins 25 – 30
Proteins 15 – 37
Enzymes 5 – 50
Chất lượng cảm quan chung 25 – 45
Cấu trúc 17 – 47
Màu sắc 17 - 57
Độ bền nhiệt của vi sinh vật
Vi sinh vật Nhiệt độ
(
o
C)
D (phút) Z (
o
C)
-Sinh dưỡng
Entérobactériaceae, Staphylococcus aureus
Lactobacillus, Streptococcus, Micrococcus
-Bào tử ưa lạnh
Clostridium botulinum type B, E
-Bào tử ưa ấm
B. lichniformis, B. cereus, B. subtilis,
C. perfringens
C. botulinum type A, B
C. sporogenes
-Bào tử ưa nóng
C. nigrificans, C. thermosaccharolyticum, B.
stearothermophilus
60
70
80
100
121
121
121
0,1 - 4
0,1 - 11
0,3 - 40
3 - 14
0,1 - 0,2
0,1 - 1,5
2 - 6
4 - 20
3 - 20
7 - 11
6 - 10
8 - 10
8 - 13
9 - 12
Kiểm tra quá trình xử lý nhiệt
Cặp đôi
Tps + T°
• Thanh trùng Pasteur
Vd: đối với Enterococcus faecalis
ở 70°C D = 2,95 phút
ở 70°C 12D = 12 x 2,95 phút = 35,4 phút
• Tiệt trùng
Vd: đối với C. botulinum loại A và B
ở 121°C D = 0,21 phút
ở 121°C 12D = 12 x 0,21 = 2,52 phút
D
70oC
= 2,95 phút
Nếu sản phẩm = 3kg, nhiễm tạp ban đầu = 10
7
mầm/gr,
nguy cơ nhiễm còn 10
-5
(1 mầm/100000 sản phẩm) ta
có:
F
70 = 2,95(log3000x10
7
- log10
-5
) = 45,65 (phút)
F=D
ref
(logN
o
- logN)
12/19/2021
7
Giá trị Pasteur
VP hay F
70
= thời gian (phút) duy trì nhiệt độ dẫn (70
o
C) cần thiết để
nhận được cùng một tỷ lệ tiêu diệt quần thể Entercoccus
faecalis so với nhiệt độ T khác trong khoảng thời gian t
Entercoccus faecalis : D= 2,95 phút , z=10
0
C
Giá trị tiệt trùng
• F
o
= Thời gian ( phút) duy trì nhiệt độ dẫn (121
o
C) cần thiết để nhận được
cùng một tỷ lệ tiêu diệt quần thể Clostridium botilinum so với nhiệt
độ T khác trong khoảng thời gian t
Clostridium botulinum kiểu A và B:
D= 0,31 phút , z= 10
o
C
121,1°C = 250°F (nhiệt độ thông thường của nồi cao áp)
Tính hiệu quả thanh trùng cho sản phẩm
Công thức thanh trùng được lập theo công thức cải tiến của Flaumenbaum, 1982 (Bigelow, 1920). Tuần tự tiến
hành như sau:
• Ta tính K
f
– hệ số thanh trùng quy đổi cho cả 2 giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội theo công thức:
𝐾
=

( 
)/
(K
f
chính là Fo hay (l
t
Z
) – giá trị gây chết VSV tại nhiệt độ t)
Trong đó:
t
e
- nhiệt độ chuẩn; t
e
= 80
0
C cho sản phẩm chua nhiều ( pH ≤ 4,6); t
e
= 121
0
C cho sản phẩm chua ít (
pH > 4,6);
Z= hằng số cảm nhiệt của vi khuẩn chuẩn.
Với nhóm đồ hộp có độ axit cao z = 8,8 ( pH 3.8- 4.0); Với nhóm đồ hộp có độ axit thấp z = 10/12
(pH >4,6)
• Tính hiệu quả thanh trùng thực tế 𝐹

theo công thức:
𝐹

= 𝐾 . ∆𝑡
Trong đó:
∑K là tổng hệ số thanh trùng quy đổi của cả giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội.
∆t là khoảng thời gian đọc nhiệt độ
Giá trị gây chết F
o
(K
f
) khi tiệt trùng trên 100
o
C với Z=10
• Đối với C. botulinum và C. sporogenesa:
z = 10°C
• Đối với C. botulinum A và B: D = 0,21 phút
12D = 12 x 0,21 = 2,52 phút
F
0
>= 3
• Đối với sản phẩm nhiệt đới: F
0
= 12 - 15 , bảo quản 1
năm ở 40°C
• Đối với sản phẩm thường: F
0
= 4,0 - 5,5, bảo quản 4
năm ở 25°C
12/19/2021
8
Phải kiểm tra chặt chẽ nhiệt độ và thời gian gia nhiệt
Biến dạng bao bì
Thay đổi mùi – hình dáng
Đo pH
Kiêm tra vi sinh
Không đạt tiêu chuẩn Đạt tiêu chuẩn
Nghi ngờ
Có
Không
Có
> 0,5
< 0,3
0,3< pH<0,5
Không
Cho phépVượt mức cho phép
Tiêu chuẩn
NF V 08-408
Fig. 378: Can seaming using semi-manual can seaming machine
S1 - First operation W - Width of the seam BH - Body hook OL - Overlap
S2 - Second Operation LH - Lid hook RS - Rubber seal
S1 – Hàn sơ bộ W - Độ sâu mép hàn BH - Ngoạm trong; OL - phần chồng lên nhau
S2 - Second Operation LH - Ngoạm ngoài; RS - mép joang cao su
Quá trình ghép mí hộp
Quá trình viền mép hộp
vào thân hộp sắt tây
Steps of operation
B1: Trước khi viền mí
First operation (pre-seaming):
B2: Đang viền
Second operation (seaming):
B3: Bắt đầu
Start of operation (above left)
Start of operation (above right)
End of operation (below left)
End of operation (below right)
12/19/2021
9
Thiết bị thanh trùng cao áp gián đoạn kiểu đứng
A: hơi; B: Nước; C: Nước chảy tràn; D: Ống thu hồi; E: không
khí; F: van an toàn
Hình: Hệ thống thanh trùng nằm ngang
Với hai thùng có ưu điểm là nước được
đun nóng trước khi thanh trùng và được
hồi lưu tái sử dụng, tiết kiệm NL và thời gian
1: thùng chứa nước trên
2: Giỏ chứa đồ hộp (có thể CĐ quay)
3: thùng chứa nước dưới
Hình: Hệ thống thanh trùng nằm ngang
(Large horizontal autoclave)
Hơi nước
Van nước
Đồ thị quá trình thanh trùng/tiệt trùng đồ hộp thực phẩm
Bắt đầu từ 100°C trong quá trình gia nhiệt (a) - tiến hành đo giá trị F
(phút) - hiệu quả thanh trùng thực tế tại điểm tâm SP cho đến điểm
(b) điểm nhiệt độ bắt đầu hạ thấp dưới 100°C
Nhiệt độ môi trường nồi thanh trùng
Nhiệt độ tâm SP
Áp lực
nồi TT
Làm nguội bằng nước lạnh
Áp lực trong nồi bị giảm
đột ngột
Áp lực trong hộp
được duy trì đến
giai đoạn sau khi
bắt đầu làm nguội
Áp lực trong nồi TT (màu xanh) và trong
đồ hộp (màu đỏ) trong suốt quá trình gia
nhiệt và làm nguội
Việc tạo áp suất đối kháng
trên hộp (mũi tên) phía
trong nồi TT bằng khí nén
12/19/2021
10
S
CV
DF
t
Z
c
100..
lg.
F
t
z
: hiệu quả thanh trùng cần thiết là thời gian cần thiết (phút) mà đồ hộp chịu tác dụng nhiệt
ở nhiệt độ tiêu chuẩn nhằm làm giảm số lượng của nha bào hay tế bào sinh dưỡng của vi
sinh vật xuống mức thấp nhất, không gây hại cho người sử dụng (1 nha bào/10000 đồ hộp).
Z: đại lượng bền nhiệt biểu thị sự thay đổi nhiệt độ để làm giảm 10 lần thời gian cần thiết D.
V: thể tích hộp (cm3)
C: Số lượng vi sinh vật trong 1cm
3
khi chưa thanh trùng
S: phần trăm hộp bị hư hỏng do vi sinh vật (%) - 0,01%
D
t
: Thời gian cần thiết để giảm lượng vi sinh vật đi 10 lần khi xử lý ở nhiệt độ T.
Chú ý: đồ hộp có độ a xit thấp nhiệt độ tiêu chuẩn là 121oC; còn đối với đồ hộp có độ axit cao nhiệt
độ tiêu chuẩn là 93,3oC (80
o
C).
VSV điển hình có trong các loại đồ hộp có độ axit thấp là: Bac. stearothermophilus Z=12; Cl.
sporogenes Z= 12; Cl.botulinum Z = 7,8
o
C; Đại lượng bền nhiệt chung cho các loại VSV trong đồ
hộp có độ axit cao là Z = 8,8
o
C.
F
tt
z
=
∆t
.Σl
t
Z
F
tt
Z
là tổng hiệu quả thanh trùng ở những nhiệt độ khác nhau trong thời gian thanh trùng
thực tế.
∆t là khoảng thời gian đọc nhiệt độ ghi tại điểm tăng nhiệt chậm nhất.
Để đảm bảo hiệu quả thanh trùng, ta phải đảm bảo F
tt
Z
> F
c
Z
Tính toán hiệu quả thanh trùng cần thiết để
xây dựng công thức thanh trùng
Xác định công thức thanh trùng cho sản phẩm thịt cá xay đóng
hộp sắt tây 185g ở nhiệt độ 121
o
C, pH là 5,8.
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội
39
Bài tập: Xác định chế độ tiệt trùng cho sản phẩm cá viên sốt cà chua đóng hộp 185g
Mẫu cá viên được chuẩn bị theo công thức phối trộn trên có pH = 5,8 và được hấp bằng
hơi nước nóng 100
o
C/7 phút, sau đó được phối trộn với dịch sốt cà chua đã chuẩn bị với tỷ
lệ cái/nước là 50/50 vào hộp sắt tây 185g. Tiến hành tiệt trùng ở nhiệt độ 115
0
C. Đo nhiệt
độ môi trường và nhiệt độ tâm sản phẩm và tra bảng tìm l
z
T
(theo phụ lục bảng 1, 2)
Chọn nhiệt độ tiệt trùng là 121
o
C và đại lượng Z=12 ứng với loài vi sinh vật ưa nhiệt
điển hình ở khí hậu nhiệt đới Bac. sterothermophillus
Bảng I: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả tiệt trùng l
z
T
ở nhiệt độ
khác nhau trong quá trình tiệt trùng sản phẩm cá viên sốt cà chua ở 121
0
C.
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội
40
Bảng I: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả tiệt trùng l
z
T
-K
f
ở nhiệt độ khác nhau trong
quá trình tiệt trùng sản phẩm cá viên ở 121
0
C.
Thời gian
( phút)
Nhiệt độ môi trường (
0
C ) Nhiệt độ tâm sản phẩm (
0
C ) l
z
T
/K
f
0
41
2
41
4
41
6
41
8
42
10
43
12
45
14
46
16
100 48
18
102 52
20
107 53
22
111 67
24
115 74
26
117 86
28
119 93
12/19/2021
11
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội
41
Thời gian
( phút)
Nhiệt độ môi trường (
0
C ) Nhiệt độ tâm sản phẩm (
0
C )
l
Z
T
/
K
f
32
121 101 0.0213
34
121 107 0.066
36
121 110 0.1145
38
121 111 0.1175
40
121 113 0.2138
42
121 115 0.3162
44
121 118 0.5623
46
121
……..
121
…….
0.9795
………..
…….
60
……..
121
…….
121
………..
0.9795
62 119 120 0.8128
64 117 119 0.6716
66 115 118 0.5623
68 113 117 0.4571
70 111 115 0.3162
72 109 113 0.2138
74 106 111 0.1175
76 104 109 0.097
78 101 107 0.066
80 106 0.0549
82 104 0.038
84 102 0.0257
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội
42
Từ bảng I, hãy tính toán hiệu quả tiệt trùng thực tế tính để so sánh với
hiệu quả thanh trùng lý thuyết F
z
c
=16,2 (tra bảng 2)
F
tt
z
= t. ∑ l
Z
T
= 2. 12,7233 = 25,4466 >16,2 (tra phụ lục)
Từ số liệu thực nhiệm ta thấy hiệu quả tiệt trùng thực tế lớn hơn hiệu
quả tiệt trùng lý thuyết do đó cần giảm thời gian tiệt trùng là (25,45-
16,2)/0,9795 = 9 phút
Theo bảng kết quả, thời gian nâng nhiệt là 30 phút, thời gian giữ nhiệt
là 21 phút, thời gian hạ nhiệt là 28 phút.
Chế độ tiệt trùng là:


Bảng 1: Hiệu quả thanh trùng thực tế l
Z
T
ứng với Bac. sterarothermophilus (Z = 12)
T
0
C l
Z
T
T
0
C l
Z
T
T
0
C l
Z
T
98 0.0123 107 0.0660 116 0.3802
99 0.0144 108 0.0812 117 0.4571
100 0.0173 109 0.0970 118 0.5623
101 0.0213 110 0.1175 119 0.6761
102 0.0257 111 0.1445 120 0.8128
103 0.0316 112 0.1778 121 0.9795
104 0.0380 113 0.2138 122 1.1890
105
0.0457
114
0.2570
123
1.440
106 0.0549 115 0.3162
T
ừ thời gian tiêu diệt VSV ở các nhiệt độ khác nhau
(thực nghiệm) chuyển về thời gian tiêu diệt ở nhiệt
độ chuẩn
l
t
Z
= 1/10
(121-T)/Z
= K
f
F
tt
z
= t.Σl
t
Z
F
tt
Z
=
ƒK
f
dt
Bảng 2: Hiệu quả thanh trùng cần thiết F
12
121
của các loại đồ hộp
phụ thuộc vào pH và thể tích hộp
Thể tích hộp
(cm
3
)
F
12
121
ở pH
5.0 ÷ 5.6 5.7 ÷ 6.0 6.1 ÷ 6.4 > 6.4
< 200 12.0 16.2 20.4 24.6
200 ÷ 400 12.0 17.0 21.4 25.8
400 ÷ 600 13.0 17.5 22.1 27.0
600 ÷ 800 13.2 17.8 22.4 27.0
800 ÷ 1000 13.4 18.1 22.8 27.5
1000 ÷ 3000 14.4 19.4 24.5 29.5
3000 ÷ 5000 14.8 20.0 25.2 30.3
5000 ÷ 10000 15.4 20.8 26.2 31.6
12/19/2021
12
Hình 2: Động học quá trình tiệt trùng sản phẩm cá viên ở 121
0
C
Tính hiệu quả thanh trùng cho sản phẩm có độ a xit cao –
Dưa chuột dầm dấm
Công thức thanh trùng được lập theo công thức cải tiến của Flaumenbaum (Bigelow). Tuần tự tiến hành như
sau:
• Ta tính K
f
-(l
t
Z
) hệ số thanh trùng quy đổi cho cả 2 giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội theo công
thức 𝐾
=

( 
)/
Trong đó:
t
e
- nhiệt độ chuẩn; t
e
= 80
0
C D
80
= 2,95 với loại vi sinh vật điển hình lựa chọn là Enterococcus
faecalis cho sản phẩm chua nhiều ( pH < 4,5)
Z= hằng số cảm nhiệt của vi khuẩn chuẩn.
Với nhóm đồ hộp có độ axit cao z = 8,8 ( pH 3.8- 4.0)
• Tính hiệu quả thanh trùng thực tế F

theo công thức:
𝐹

= 𝐾 . ∆𝑡
Trong đó:
∑K
là
tổng
hệ
số
thanh
trùng
quy
đổi
của
cả
giai
đoạn
nâng
nhiệt
,
giữ
nhiệt
và
làm
nguội
.
• Tính hiệu quả thanh trùng cần thiết :
𝐹
𝐹
= 𝐷
.𝑙𝑔
𝐶
. 𝑉
. 100
𝑆
D
e
= D
80
– D chuẩn = 2,95 với loại vi sinh vật điển hình lựa chọn là
Enterococcus faecalis (với nhóm đồ hộp có độ axit cao 3.8- 4.0)
C
0
= 10
7
- Mật độ vi sinh trong một đơn vị khối lượng hay thể tích ( tb/g)
V
0 -
khối lượng sản phẩm trong hộp
S
0
= 0,001% - tỷ lệ hư hỏng cho phép.
• 𝐹

> 𝐹
Đạt hiệu quả thanh trùng
Xác định chế độ thanh trùng dưa chuột dầm dấm lọ 500g
Bảng II: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả tiệt trùng K
f
ở nhiệt độ khác nhau trong
quá trình thanh trùng sản phẩm dưa chuột dầm giấm ở 85
o
C
Thời gian
( phút)
Nhiệt độ môi trường (
0
C ) Nhiệt độ tâm sản phẩm (
0
C ) K
f
0 29 45,8 1,3.10
-4
3 49 49,6 3,5.10
-4
6 53 52 6,6. 10
-4
9 60 56,7 2,3.10
-3
12 73 61,9 8,8.10
-3
15 83 70,8 0,09
18 85 75,7 0,32
21 85 79,1 0,79
24 85 81,1 1,33
27 85 82,4 1,87
12/19/2021
13
30 85 83,4 2,43
33 85 84 2,85
36 85 85 3,7
39 75 84 2,85
42 60 69,8 0,07
45 41 76 5,3.10
-3
48 35 53,2 9.10
-4
51 30 48,9 2,9.10
-4
𝐹

= 𝐾
.∆𝑡 = 16,3 .3 = 48,9
𝐹
= 𝐷
.𝑙𝑔
𝐶
. 𝑉
. 100
𝑆
= 2,95.𝑙𝑔
10
.500.100
0,001
= 40,13
Thấy 𝐹

> 𝐹
nên đạt hiệu quả thanh trùng nên Công thức thanh trùng:
𝟏𝟖𝟏𝟖𝟏𝟓
𝟖𝟓
1
1. Khái niệm và Cơ sở khoa học
2. Các yếu tố ảnh hƣởng
3. Mục đích quá trình chần
4. Ảnh hƣởng đến chất lƣợng SP
5. Thiết bị chần – hấp
NỘI DUNG
KHÁI NIỆM
a)
b)
c)
d)
CƠ SỞ KHOA HỌC
Xử lí nguyên liệu ở nhiệt độ cao bằng hơi nước
hoặc nước nóng trong khoảng thời gian nhất định.
Mục đích quan trọng: ức chế các ezyme trong
nguyên liệu chế biến (enzyme bền nhất là
peroxidase)
Gồm 3 giai đoạn: gia nhiệt giữ nhiệt làm nguội
nhanh hoặc chuyển nhanh nguyên liệu qua công
đoạn chế biến tiếp theo.
CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƢỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH
CHẦN – HẤP
Nhiệt độ
Thời gian
Bản chất
nguyên liệu
Kích thƣớc,
hình dáng NL
Phƣơng thức
gia nhiệt
MỤC ĐÍCH
- Giảm tỷ lệ tổn thất nguyên liệu và nâng cao
hiệu suất chế biến
- Đình chỉ các quá trình sinh hoá xảy ra trong
nguyên liệu, giữ màu sắc của nguyên liệu
không hoặc ít bị biến đổi
- Đuổi khí có trong gian bào của nguyên liệu
- Làm thay đổi trọng lượng và thể tích của
nguyên liệu
MỤC ĐÍCH
- Làm cho rau quả có màu sáng hơn do phá huỷ
một số chất màu
- Làm giảm lượng vi sinh vật bám trên bề mặt của
nguyên liệu
- Mục đích chế biến: dưới tác dụng của nhiệt độ
cao, nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về cấu
trúc, tính chất hoá học, lý học,… làm cho chất
lượng của nguyên liệu biến đổi hẳn
ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG
SẢN PHẨM
Ảnh hƣởng về dinh dƣỡng
Ảnh hƣởng về màu sắc
Ảnh hƣởng về mùi vị
VỀ DINH DƢỠNG
Chất dinh dưỡng, Chất khoáng, Vitamin
Hòa tan Biến đổi
Lƣợng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào:
• Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay
không khí nóng)
• Nhiệt độ, thời gian chần, hấp
VỀ DINH DƢỠNG
VỀ DINH DƢỠNG
Điều kiện xử lý
Trƣớc khi
xử lý
Sau khi
xử lý
Tỉ lệ tổn
thất
Nước ở nhiệt độ
90
o
C
10,9
6,9
36,7
Nước ở nhiệt độ
100
o
C
11,2
6,7
40,0
Hơi nước ở nhiệt độ
100
o
C
12,8
10,8
15,6
Hơi nước ở nhiệt độ
110
o
C
17,9
9,0
49,7
Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C)
theo điều kiện chần, hấp khác nhau, %
Lƣợng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào:
• Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay
không khí nóng)
• Nhiệt độ, thời gian chần, hấp
• Nồng độ chất tan có trong nước chần
• Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và nước chần
VỀ DINH DƢỠNG
Màu chlorophyl (màu xanh)
VỀ MÀU SẮC
Chlorophyl A
Chlorophyl B
Nhiệt axit
Pheophytin A
Nhiệt axit
Pheophytin B
Nhạy cảm với
nhiệt độ
(màu vàng xanh – màu olive)
(màu vàng xanh – màu olive)
Màu anthocyan
VỀ MÀU SẮC
Leoanthocyan
Nhiệt
Anthocyan
Oxy hóa
Mất màu
Màu caroten
• Tương đối bền nhiệt ít bị biến đổi
• Quá trình tồn trữ, bảo quản thì hàm lượng ổn
định hơn
VỀ MÙI VỊ
Chất mùi trong nguyên liệu
Các hợp chất este dễ bay hơi
Sẽ bị giảm
Chần, hấp
CÁC LOẠI THIẾT BỊ CHẦN – HẤP
Thiết bị chần – hấp trục xoắn
Thiết bị chần băng tải
Thiết bị chần kiểu thùng quay
THIẾT BỊ CHẦN – HẤP TRỤC XOẮN
THIẾT BỊ CHẦN BĂNG TẢI
THIẾT BỊ CHẦN KIỂU THÙNG QUAY
Theo chiều chuyển động của môi chất
Theo công dụng của thiết bị
Theo sự hoạt động của môi chất
Theo nguyên lý làm việc của thiết bị
Theo phương thức truyền nhiệt
PHÂN
LOẠI
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Chiều chuyển
động môi chất
Cùng
chiều
Ngược
chiều
Cắt nhau
Hỗn hợp
Bm đ thêm nội dung
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Bình ngưng
Bình bốc hơi
Thiết bị cô đặc
Thiết bị tinh cất
Thiết bị gia nhiệt, làm mát,…
Theo
công
dụng
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Bm đ thêm nội dung
Bm đ thêm nội dung
Hoạt động
của môi chất
Liên tục Chu kỳ
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TBTĐN vách ngăn, hoạt động liên tục
TBTĐN vách ngăn hđ theo chu kỳ
TBTĐN kiểu hồi nhiệt
TBTĐN kiểu ống nhiệt
TBTĐN kiểu tiếp xúc
TBTĐN hỗn hợp
Theo
nguyên
lý
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Theo phương
thức truyền nhiệt
Trực
tiếp
Loại Đệm
Gián
tiếp
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
Thiết bị TĐN
gián tiếp
Ống
xoắn
Nồi
hai
vỏ
Ống
lồng
ống
Ống
chùm
Bản
mỏng
Dàn
ống
THIẾT BỊ ỐNG XOẮN RUỘT GÀ
Cấu tạo của thiết bị
Nguyên lý làm việc
Ưu, nhược điểm
Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
MỘT SỐ DẠNG ỐNG XOẮN
❖ Ưu điểm
✓ Đơn giản, dễ chế tạo, dễ kim tra, sửa chữa
✓ Dễ dàng điều chỉnh bề mặt truyền nhiệt
✓ Vòng xoắn có tính đàn hồi nên khắc phục tốt sự cố
giãn nở khác nhau vì nhiệt giữa vỏ và ống xoắn
✓ Làm việc với áp sut khá lớn
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
❖ Nhược điểm
✓ Khó làm sạch bề mặt bên trong ống
✓ Năng sut truyền nhiệt không lớn
✓ Cản trở dòng đi trong và ngoài ống ruột gà
✓ Dùng làm thiết bị hoàn nhiệt giữa hơi
phreon và phreon lỏng trong lạnh phreon
✓ Được sử dụng trong các nồi hồ hóa, đường
hóa hay trong thiết bị lên men nhà máy
rượu cồn
PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Được sử dụng trong các thiết bị gia nhiệt,
làm mát,…
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TỦ ĐIỀU KHIỂN
18
HỆ THỐNG THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT
Bình trao đổi nhiệt
Bình gia nhiệt
Tủ điện ĐK
Thùng chứa nước nóng ra
Bm đ thêm nội dung
Sơ đồ bố trí các cặp van
Các van
V1 ->V4
Sơ đồ nguyên lý hệ thống
1 – Bình trao đổi nhiệt
2 - Ống xoắn ruột gà
3 – Thanh Nhiệt
4 – Bình gia nhiệt
5 – Động cơ khuấy
6 - Ống chảy tràn
7 – Van
8 – Bơm
9 – Thùng chứa nước nóng ra
10 – Cốc đong
11 – Thùng chứa nước lạnh ra
Chú ý khi tính hiệu số nhiệt độ trung bình
Chú ý khi tính hiệu số nhiệt độ trung bình
1. Khái niệm và Cơ sở khoa học
2. Mục đích quá trình nƣớng
3. Những biến đổi nguyên liệu, SP
4. Các yếu tố ảnh hƣởng
5. Thiết bị nƣớng
NỘI DUNG
KHÁI NIỆM, CƠ SỞ KHOA HỌC
KHÁI NIỆM, CƠ SỞ KHOA HỌC
Trong quá trình nƣớng sẽ xảy ra đồng thời sự
truyền nhiệt và sự truyền khối.
Là quá trình chế biến thực phẩm sử dụng
nhiệt kéo dài, kết hợp của các quá trình đối lƣu
nhiệt, dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
Xảy ra những biến đổi hoá học, lý học, hoá lý
sản phẩm đạt chất lƣợng yêu cầu
MỤC ĐÍCH
QT
Nƣớng
Chuẩn
bị
Chế
biến
Bảo
quản
Những
biến
đổi
Vật
lý
Hoá
Lý
Hoá
học
Sinh
học
Vi
sinh
Cảm
quan
NHỮNG BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU,
SẢN PHẨM
BIẾN ĐỔI VẬT LÝ
VẬT
LÝ
Thể tích & Khối
lƣợng riêng
Khối
lƣợng
Nhiệt độ
T
nƣớng
T
sôi
T
đầu
Nhiệt độ lò nƣớng
t
o
C
0
GĐ1
GĐ2
GĐ3
τ
BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ
BIẾN ĐỔI VẬT LÝ
VẬT
LÝ
Thể tích & Khối
lƣợng riêng
Khối
lƣợng
Nhiệt độ
BIẾN ĐỔI HOÁ HỌC
HOÁ
HỌC
Phân huỷ
protein
Caramen
Oxi hoá chất
béo
Maillard
BIẾN ĐỔI HOÁ LÝ
HOÁ
LÝ
Sự biến
đổi ẩm
Biến đổi
hệ keo
Biến đổi
trạng thái
BIẾN ĐỔI SINH HỌC
• Tốc độ tăng nhiệt trong khối vật liệu sẽ ảnh
hƣởng đến hoạt động của các loại enzyme
• Nguyên nhân: sự tăng nhiệt độ khi nƣớng
• Enzym trong NL
Có sẵn
Thêm vào
BIẾN ĐỔI VI SINH
• Khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên đến 60
O
C
protit bắt đầu đông tụ VSV bị tiêu diệt dần
cho đến khi tiêu diệt gần nhƣ hoàn toàn
• Trong sản phẩm
Vi sinh vật
Chủng nấm men
• Sau khi nƣớng mật độ VSV giảm sản
phẩm bảo quản đƣợc lâu hơn.
BIẾN ĐỔI CẢM QUAN
• Màu sắc: màu vàng đặc trƣng do phản ứng
caramen và melanoidin
• Mùi: sản phẩm trƣớc khi nƣớng có mùi vị
không hấp dẫn nhƣ: mùi tanh của cá thịt.
Nhƣng sau khi nƣớng có mùi thơm rất đặc
trƣng cho sản phẩm.
• Cấu trúc: tạo cấu trúc cho sản phẩm (cấu trúc
xốp cho bánh mỳ...)
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH NƢỚNG
CÁC YẾU
TỐ ẢNH
HƢỞNG
Nhiệt độ
Thời gian
Bản chất
nguyên liệu
Độ ẩm
không khí
CÁC LOẠI THIẾT BỊ NƢỚNG
PHÂN
LOẠI
PHƢƠNG PHÁP
CẤP NHIỆT
Gián
tiếp
Trực
tiếp
NGUYÊN LÝ
HOẠT ĐỘNG
Gián
đoạn
Liên tục
LÒ NƢỚNG ĐƢỜNG HẦM
Giai đoạn 1
Giai
đoạn 2
Giai
đoạn 3
(t < 150⁰C)
(190-205⁰C)
(170⁰C)
DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT BÁNH QUY
Máy tạo
hình
Băng tải
cấp bánh
Lò
nƣớng
Ống thoát
hơi ẩm
Băng tải
quay tròn
Máng làm
nguội
Quạt gió làm
nguội bánh
Băng tải làm
nguội bánh
Máy trộn
bột nhão
THIẾT BỊ NƢỚNG THỊT BẰNG THAN
Xiên
thịt
Động
cơ, hộp
giảm tốc
Quạt
Nguyên liệu
nƣớng
Đĩa
xích
trung
gian
Đĩa
xích
của
xiên
thịt
Thùng
nƣớng
Xích
truyền
động
THIẾT BỊ NƢỚNG THỊT BẰNG GAS
Động
cơ, hộp
giảm
tốc
Bánh
răng
NL
Trục
Bánh
răng lớn
Bánh
răng nhỏ
Ống
dẫn
gas
Máng
hứng
mỡ
Lồng
quay
LÒ NƢỚNG DÂN DỤNG
| 1/444
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNSH-CNTP
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNTP II GV: Phan Minh Thụy
BM: Quá trình và thiết bị CNSH - CNTP TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Các quá trình và thiết bị trao đổi nhiệt, Tôn Thất Minh
2. Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Phạm Xuân Toản
3. Thiết bị trao đổi nhiệt, Nguyễn Văn May
4. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Hoàng Đình Tín
5. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm, tập 2, Nguyễn Bin
6. Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1 – 2, Nguyễn Bin
7. Heat transfer, J. P. Hofman TRUYỀN NHIỆT
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản 2. Dẫn nhiệt 3. Nhiệt đối lưu 4. Nhiệt bức xạ 5. Truyền nhiệt
KHÁI QUÁT VỀ TRUYỀN NHIỆT
Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng dưới
dạng nhiệt năng từ vật này sang vật khác, vùng này sang vùng khác. Truy Truyền nhiệt ền nh iệt
Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng dưới
dạng nhiệt năng từ vật này sang vật khác, vùng này sang vùng khác. LÀ GÌ? TRUYỀN NHIỆT 80oC 80oC KHI NÀO Truyền nhiệt Nhiệt độ Nhiệt độ 80oC 30oC cao Thấp Đá truyền lạnh vào Đá truyền lạnh cho tay??? nước??? SAI
Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng dưới dạng
nhiệt năng từ vật này sang vật khác, vùng này sang vùng khác. LÀ Dẫn nhiệt GÌ? THẾ Đối lưu NÀO TRUYỀN Bức xạ NHIỆT KHI Truyền nhiệt Text NÀO Nhiệt độ Nhiệt độ 30oC cao Thấp Đối lưu Bức xạ Đối lưu Bức xạ Đối lưu Bức xạ Đối lưu Bức xạ
CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT
Nhiệt lượng: năng lượng dưới dạng nhiệt, J,
Dòng nhiệt (công suất nhiệt) là lượng nhiệt
truyền đi trong một đơn vị thời gian (J/s; W). dQ q = dt
Mật độ dòng nhiệt là lượng nhiệt truyền qua
một đơn vị bề mặt truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian. dQ dq  W  q ' = =   2 F.d t Fm
NHIỆT KHÔNG CHUYỂN PHA
Nhiệt lượng Q (kJ) thu vào hay mất đi của một vật
tỷ lệ thuận với khối lượng vật m (kg), nhiệt dung
riêng của vật C (kJ/kg.oC) và chênh lệch nhiệt độ
Q = mCT Trong đó:
Nhiệt dung riêng (C) là nhiệt lượng cần thiết để
nâng nhiệt độ của 1 kg vật liệu lên 1 độ C. (kJ/kgoC)
VD: Cnước = 4,186 (kJ/kg.oC)
NHIỆT KHÔNG CHUYỂN PHA
Dòng nhiệt (J/s; W) thu vào hay mất đi của
một dòng vật chất tỷ lệ thuận với lưu lượng
dòng chảy, nhiệt dung riêng của vật và
chênh lệch nhiệt độ .
q = GCT G = m/t q = Q/t NHIỆT CHUYỂN PHA
NHIỆT CẤP CHO HÓA HƠI
• Nhiệt lượng Q (kJ) cần thiết để làm bay hơi một
lượng vật chất tỷ lệ với khối lượng vật chất m
(kg) và ẩn nhiệt hóa hơi r (kJ/kg) của chất đó. Q = mr
Ẩn nhiệt hóa hơi (r) của một chất là nhiệt
lượng cần thiết để làm bay hơi toàn bộ 1 kg chất
đó tại nhiệt độ sôi, (kJ/kg)
VD: rnước tại 1atm (t = 100oC); r = 2260 kJ/kg s NHIỆT CHUYỂN PHA NHIỆT NÓNG CHẢY
• Nhiệt lượng Q (kJ) cần thiết để làm nóng chảy
một lượng vật chất tỷ lệ với khối lượng vật chất m
(kg) và ẩn nhiệt nóng chảy  (kJ/kg) của chất đó Q =m
Ẩn nhiệt nóng chảy (kJ/kg) của một chất ()
là nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy toàn bộ 1
kg chất đó tại nhiệt độ nóng chảy
Ví dụ: nước đá tại 1atm; = 334 kJ/kg BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 1: Một cốc nặng 500g chứa 200g cafe. Cần phải cấp
một nhiệt lượng là bao nhiêu để nâng nhiệt độ của cốc
cafe từ 20 đến 96oC. Biết Ccốc = 390J/KgoC và Cnước = 4186 J/KgoC Lời giải
Nhiệt lượng cần cung cấp cho cốc là:
Q = m c Dt = (0.50 kg)(390 J/kgC0)(76 C0)= 14820J C c c
Nhiệt lượng cần cung cấp cho cafe là:
Q = m c Dt = (0.20 kg)(4186 J/kgC0)(76 C0) = 63627J W w w
Tổng nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng cả cốc và café là:
Q = m c Dt + m c Dt= 14820 +63627 =78447J T c c w w BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 2: Tính nhiệt lượng cần thiết để chuyển 250 g đá
nước ở -10 °C thành hơi nước ở 100oC, 1 atm.
Biết nhiệt dung riêng của đá nước là 2,09 J/g°C; Nhiệt
dung riêng của nước là 4,18 J/g°C; Ẩn nhiệt nóng chảy
của đá nước là 334 J/g và ẩn nhiệt hóa hơi của nước là 2257 J/g. Lời giải:
Quá trình biến đổi: Đá nước -10°C → đá nước 0°C →
nước 0°C → nước 100°C → hơi nước 100°C
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình đá nước -10°C → đá nước 0°C
Q = mCΔT = 250 x 2,09 x [0 – (-10)]= 5225 J 1
Quá trình biến đổi: Đá nước -10°C → đá nước 0°C →
nước 0°C → nước 100°C → hơi nước 100°C
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình nóng chảy đá nước 0°C → nước 0°C
Q = m·= 250 x 334 = 83500 J 2
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình nước 0°C → nước 100°C
Q = mCΔT = 250x4.18 (100 - 0 ) = 104500 J 3
- Nhiệt lượng cần cấp cho quá trình bay hơi nước 100°C → hơi nước 100°C
Q = m·r = 250 x 2257 = 564250 J 4
Tổng nhiệt lượng cần cấp cho các quá trình
Q = Q + Q + Q + Q = 757475 J T 1 2 3 4 TRUYỀN NHIỆT
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản 2. Dẫn nhiệt 3. Nhiệt đối lưu 4. Nhiệt bức xạ 5. Truyền nhiệt
KHÁI NIỆM DẪN NHIỆT
KHÁI NIỆM DẪN NHIỆT
KHÁI NIỆM DẪN NHIỆT
✓ Dẫn nhiệt là quá trình
truyền nhiệt từ phần tử
này đến phần tử khác khi
chúng tiếp xúc trực tiếp
với nhau và có nhiệt độ khác nhau
✓ Vùng nhiệt độ cao →
vùng nhiệt độ thấp hơn
✓ Diễn ra trong các dạng
vật chất rắn, lỏng, khí CƠ CHẾ DẪN NHIỆT
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG CHẤT RẮN
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG CHẤT RẮN
➢ Trong vật rắn có chứa các phân tử, nguyên tử vật chất, Và
các phân tử, nguyên tử vật chất này luôn có mối liên kết với
các phần tử khác xung quanh chúng.
➢ Nếu ta gia nhiệt cho một phần của chất rắn thì các phần tử
đó sẽ dao động mạnh lên.
➢ Khi các phần tử này dao động sẽ kéo theo các phần tử xung quanh dao động theo
➢ Sự truyền dao động này sẽ tiếp diễn đến phần còn lại của vật CƠ CHẾ DẪN NHIỆT
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG KIM LOẠI CƠ CHẾ DẪN NHIỆT
CƠ CHẾ DẪN NHIỆT TRONG PHI KIM THỂ RẮN Nhiệt Nhiệt Nhiệt
Cơ chế dẫn nhiệt trong chất lỏng, khí: truyền
nhiệt năng do sự va đập của các phân tử có
năng lượng cao ở nơi có nhiệt độ cao với phân
tử có năng lượng thấp ở nơi có nhiệt độ thấp DẪN NHIỆT
KẾT LUẬN VỀ MÔI TRƯỜNG DẪN NHIỆT
• Môi trường có mật độ vật chất càng lớn
➔ dẫn nhiệt càng tốt
• Dẫn nhiệt trong môi trường rắn tốt hơn
trong lỏng, tốt hơn trong khí
Dẫn nhiệt không xảy ra trong môi trường nào???
NHIỆT TRƯỜNG VÀ GRADIENT NHIỆT ĐỘ
❖Trường nhiệt độ: là tập hợp tất cả các giá trị
của nhiệt độ trong vật thể, trong môi trường
tại một thời điểm τ nào đó. Trường nhiệt độ Ổn định Không ổn định t = f (x,y,z) t = f (x,y,z,τ)
NHIỆT TRƯỜNG VÀ GRADIENT NHIỆT ĐỘ
❖ Mặt đẳng nhiệt: là tập hợp tất cả các điểm có cùng
một giá trị nhiệt độ tại một thời điểm τ xác định t + ∆t t n Khép kín bên Chiều dòng nhiệt trong vật Mặt đẳng nhiệt Không cắt nhau
NHIỆT TRƯỜNG VÀ GRADIENT NHIỆT ĐỘ t + ∆t t n t  d t lim = = grad t n  →0 n  d n Chiều dòng nhiệt
❖ Gradient nhiệt độ: sự thay đổi nhiệt độ trên một
đơn vị chiều dài theo phương pháp tuyến với bề
mặt đẳng nhiệt là lớn nhất.
Khi grad t ≠ 0 ➔ xảy ra quá trình dẫn nhiệt
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT Bọc bảo ôn Gia nhiệt T Đo được 1 T1 nhiệt độ T2 qx qx Bọc bảo ôn Bọc bảo ôn
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Định luật Fourier
“Một nguyên tố nhiệt lượng dQ dẫn qua một nguyên
tố bề mặt dF, trong khoảng thời gian dτ sẽ tỷ lệ với
gradient nhiệt độ, với đại lượng bề mặt và thời gian” d t
(“-” dòng nhiệt ngược Q d = −. d dF  , (J) d n chiều với grad t) d t
Quá trình dẫn nhiệt ổn định: q = −. .F, (W) d n
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt (λ): là lượng nhiệt tính bằng Jun
dẫn qua 1 m2 bề mặt trong thời gian 1 giây khi
chênh lệch nhiệt độ trên 1 m chiều dài theo
phương pháp tuyến của mặt đẳng nhiệt là 1 độ Ký hiệu là W λ - 2 m .do
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào bản chất của vật liệu??? Bản chất Cấu trúc Khối lượng Áp suất, vật lý của vật riêng nhiệt độ
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT Kim Kim Loại Cương Phi kim Lỏng Chất cách nhiệt
Ảnh hưởng của t đến λ - Vật rắn: t → λ Khí
- Chất lỏng: t → λ (trừ glyxerin và nước) - Chất khí: t → λ
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt của vật rắn  =  (1+bt) o
λ – độ dẫn nhiệt của vật thể ở nhiệt độ t (W/m.độ)
 – độ dẫn nhiệt của vật thể ở 0oC (W/m.độ) o
b – hệ số nhiệt độ (xác định bằng thực nghiệm)
t – nhiệt độ làm việc (oC)
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt của chất lỏng   = C p M
C : Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng, J/kg.độ p
ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;
M – Khối lượng mol của chất lỏng
ε – hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng
ĐỊNH LUẬT FOURIER VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT
❖Độ dẫn nhiệt của chất khí  = BC v
C – nhiệt dung riêng đẳng tích của chất v khí, J/kg.độ;
 – độ nhớt của chất khí B – hệ số tỷ lệ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆTt = −   Q . d d x d z t yy Q = −. d d y d z xxt Q = −. d d x d y zz
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆTt    t  Q = −. d d x d y  − . d d x d y d z z +dz    z
z   z   t Q = −. d d x d z y+dyy    t  − . d d x d y d z   
y   y   t    t  Q = −. d d y d z  − . d d x d y d z x+dx    x
x   x
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT 2   t  2   t  Q d = Q − Q = . d d x d y d z  Q d = Q − Q = . d d x d y d z x x x+dx 2  + x   y y y dy 2  y   2   t  Q d = Q − Q = . d d x d y d z z z z +dz 2  z  
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT Q d = Q d + Q d + Q d x y z = dV 2 2 2   ttt  Q d = . + + .d d x d y d z  2 2 2  xyz  
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT 2 2 2 t    ttt  = a + +  t 2 2 2    xyz    Với a = Ct  2 2 2   ttt
Nếu quá trình ổn định: = 0 a  + +  t = 0   2 2 2  xyz   2 2 2  ttt Mà a ≠ 0 + + = 0 2 2 2 xyz
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG d t = − 
❖ Tường một lớp Q d . dFd , (J) d n t 2 2 2 2  tttt + + = 0 = 0 2 2 2 2 xyzx  tT1 t  t = C x + C = C 1 2 1 x  tT2 t = t = C T1 2 (t - t ) t = t = C .δ + t T1 T2 C = δ T2 1 T1 1 δ x (t - t ) x=0 x=δ T2 T1 t = .x + tT2 δ
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG
❖ Tường một lớp t d t Q d = −. dFd , (J) d n tT1 (t - t ) T2 T1 dQ = − λ .dFd (J) δ tT2
Quá trình ổn định ta có: δ x λ q = .(t - t ).F, (W) T1 T2 δ
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG PHẲNG
❖ Tường nhiều lớp  δ δ δ  1 2 q  +
+...+ n  = (t - t ).F T1 T2 λ λ λ  1 2 n
(t −t .F T 1 T 2 ) q = (W) i=n i = i 1 i Trong đó:
i – số thứ tự của tường
n – số lớp tường
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG ỐNG
❖ Tường một lớp dr dt Fourier dQ = − λ .2.Lrd dr Ổn định r dr 2 L Q = − λ.2 .Lr dt = − λ dt dr r Q t 2 r 2 T dr 2 L r 2 L 2 − ln = − λ (t - t ) = λ dt T2 T1   r Q r Q 1 1 r t 1T
DẪN NHIỆT QUA TƯỜNG ỐNG
❖ Tường một lớp 2πL(t - t ) T1 T2 q = 1 r2 2,3lg λ r1
❖ Tường nhiều lớp 2πL(t - t ) T1 T2 q = (W) n 1 ri 1  2,3lg + i= λ r 1 i i Trong đó:
i – số thứ tự của tường
n – số lớp tường BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 1: Tường phẳng 1 lớp là gạch thường dày 200mm,
kích thước 2000×3000mm. Nhiệt độ 2 bên tường lần lượt
là 6000C và 500C. Biết hệ số dẫn nhiệt của tường là
20W/m.độ. Tính dòng nhiệt lượng truyền qua tường.
Bài 2: Một ống truyền nhiệt có đường kính trong 50mm,
ngoài 57mm. Hệ số dẫn nhiệt thành ống λ = 50(W/m.độ).
Tính dòng nhiệt truyền qua ống, nếu ống có chiều dài
10m, nhiệt độ vách trong 500C và nhiệt độ vách ngoài 100C . BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 3: Mái nhà bằng bê tông có chiều dày 0,25 m, chiều rộng
6m và dài 8m. Độ dẫn nhiệt của bê tông là λ= 0.8 W/m.oC.
Nhiệt độ bên trên và dưới mái nhà lần lượt là 15°C và 4°C. Giả
sử nhiệt độ mái nhà không đổi trong suốt quá trình khảo sát.
a, Tính dòng nhiệt tổn thất qua mái nhà
b, Nhiệt lượng mất mát trong thời gian 10h
Bài 4: Một vách phẳng kích thước 4 m x 5 m, hệ số dẫn nhiệt
qua vách là 0,2 W/mK. Dòng nhiệt qua vách là 10000 W. Hãy
xác định chiều dày vách cần thiết để độ chênh nhiệt độ 2 bề mặt
vách không vượt quá 120oC TRUYỀN NHIỆT
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản 2. Dẫn nhiệt 3. Nhiệt đối lưu 4. Nhiệt bức xạ 5. Truyền nhiệt
NHIỆT ĐỐI LƯU LÀ GÌ???
➢ Nhiệt đối lưu: là quá trình truyền nhiệt khi chất
lỏng hay chất khí chuyển động theo dòng trong
không gian từ vùng có nhiệt độ này sang vùng có nhiệt độ khác Không khí Đầu Quạt nóng Không khí đốt hồi lưu Bánh quy Đầu phun không khí nóng PHÂN LOẠI ĐỐI LƯU 1 2 ĐỐI LƯU ĐỐI LƯU TỰ CƯỠNG NHIÊN BỨC là quá trình truyền nhiệt do chuyển động của các dòng đối lưu tự nhiên
Tại sao bộ phận sưởi được đặt dưới sàn, giàn lạnh
của tủ lạnh đặt ở phía trên?????? PHÂN LOẠI ĐỐI LƯU 1 2 ĐỐI LƯU ĐỐI LƯU TỰ CƯỠNG NHIÊN BỨC là quá trình truyền là quá trình trao đổi
nhiệt do chuyển động
nhiệt do chuyển động
của các dòng đối lưu của dòng đối lưu tự nhiên cưỡng bức
CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY Chảy tầng Chế độ chảy Chảy Chảy quá rối độ LỚP BIÊN Chảy tầng Quá Chảy rối độ Lớp sát BM Bề mặt truyền nhiệt l: kích thước xác định ..l .l = = µ: độ nhớt động học Re  v : khối lượng riêng
CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY
Quá trình chảy có quy luật, các phần tử trong dòng môi
chất chuyển động song song với mặt vách Chảy tầng Hiện tượng các phần Dòng môi chất từ chế tử trong dòng chuyển độ chảy tầng sang chế
động hỗn loạn xáo trộn
độ chảy rối thường qua giai đoạn trung gian Chế với nhau, không theo độ quỹ đạo xác định chảy Chảy Chảy quá rối độ
ĐỊNH LUẬT VỀ CẤP NHIỆT
Lượng nhiệt dQ do một phân tố bề mặt của vật thể
rắn dF cấp cho môi trường xung quanh thì tỷ lệ
chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt vật thể rắn
tiếp xúc với môi trường t và nhiệt độ của môi trường T
t với diện tích bề mặt trao đổi nhiệt dF, thời gian dτ Q d
= .(t −t dF d T ) .  (J)
Nếu quá trình cấp nhiệt là ổn định:
q = .(t − t ) F (W T ) NHIỆT ĐỐI LƯU
Những yếu tố ảnh hưởng đến trao
đổi nhiệt đối lưu Nguyên Tính nhân Chế độ Bề mặt chất vật gây ra dòng trao đổi lý của chuyển chảy nhiệt lưu chất động
Tăng hiệu quả quá trình truyền nhiệt đối
lưu bằng cách nào???
-Giảm thiểu chiều dày và diện tích lớp chảy màng (chảy tầng)
-Tạo dòng chảy rối (tăng vận tốc, tạo dòng chảy hỗn hợp đan cắt nhau)
-Tăng chênh lệch nhiệt đô
-Tăng diện tích truyền nhiệt
HỆ SỐ CẤP NHIỆT α
Hệ số cấp nhiệt α là lượng nhiệt do một đơn vị bề mặt
của tường cấp cho môi trường xung quanh (hay ngược
lại) trong khoảng thời gian 1 giây khi hiệu số nhiệt độ
giữa tường và môi trường là 1 độ Lưu chất α (W/m2K)
Không khí đối lưu tự nhiên 6 - 30
Hơi quá nhiệt và không khí đối lưu 30 – 300 cưỡng bức
Dầu đối lưu cưỡng bức 60 – 1800
Nước đối lưu cưỡng bức 300 – 18000 Nước sôi 3000 – 60000 Hơi nước bão hoà 6000 - 120000
ĐỒNG DẠNG NHIỆT VÀ CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
Hệ số cấp nhiệt α phụ thuộc vào bản chất lưu
thể và chế độ dòng chảy:
 = f (t ,t ,,c , ,,,l ,l ,l ... T f p 1 2 3 )
Phương pháp giải tích Khó xác định Xác định α Phương pháp thực nghiệm
LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN WHAT PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN LÀ GÌ Text Là phương pháp phân tích
Chuẩn số đồng dạng là một
dựa trên cơ sở các chuẩn số
nhóm không thứ nguyên của đồng dạng không đổi. các đại lượng. HỆ THỨ NGUYÊN Đại Lượng Ký hiệu Thứ nguyên Chiều dài L, x, D L Thời gian t t Khối lượng M M Nhiệt độ T T Lực F ML/t2 Nhiệt lượng Q ML2/t2 Vận tốc v L/t Gia tốc a L/t2 Công suất W ML2/t2 Áp suất P M/t2L Khối lượng riêng ρ M/L3
LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN Để xác định số các chuẩn số đồng dạng TẠI
độc lập cần thiết để SAO THẾ duy trì tính chất công nghệ của hệ thống NÀO PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN LÀ GÌ Là phương pháp phân tích
Chuẩn số đồng dạng là một
dựa trên cơ sở các chuẩn số
nhóm không thứ nguyên của đồng dạng không đổi. các đại lượng.
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
Xác định hệ số TĐN đối lưu của chất lỏng chảy trong ống
1. XĐ các đại lượng vật lý tác động đến hệ số TĐN đối lưu Đại lượng
Ký hiệu Thứ nguyên Đường kính D [L] Hệ số dẫn nhiệt λ [ML/t3T] Vận tốc tâm dòng chảy v [L/t]
Khối lượng riêng của lưu thể ρ [M/L3] Độ nhớt của lưu thể μ [M/Lt]
Nhiệt dung riêng đẳng áp C [L2/t2T] p
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α [M/t3T]
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
2. Thiết lập nhóm đồng dạng a b c d e f g
 = D v   C p f b c d e g              2 a ML L M M LM  = L           3 3 2  3 
t T   t   L   Lt  t T  t T
 =  a+b+c−3d−e+2 f  b+d+e+g   3−b−c−e−2f −3g  −b−f −g L M t T
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
 =  a+b+c−3d−e+2f  b+d+e+g   3−b−c−e−2f −3g  −b−f −g L M t T
3. Thiết lập phương trình L:
a + b + c – 3d – e + 2f = 0 M: b + d + e + g = 0 t:
-3b – c – e – 2f – 3g = 0 T: -b – f – g = 0
4. Xác định các chuẩn số đồng dạng
- Vì ta muốn tìm hệ số trao đổi nhiệt nên chọn số mũ g = 1
Để đơn giản chọn c = d= 0
Giải hệ phương trình ta được a = 1, b= -1, e = f = 0. 
→ Chuẩn số đồng dạng thứ nhất .D là Nusselt Nu = D
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
 =  a+b+c−3d−e+2 f  b+d+e+g   3−b−c−e−2f −3g  −b−f −g L M t T
4. Xác định các chuẩn số đồng dạng
- Tiếp tục ta chọn g = 0; a = 1 và f = 0
giải hệ phương trình => b = 0, c = d = 1, e = -1   → . .l Reynolds number Re = DC
- Chọn e = 1 and c = g = 0, ta được Prandtl number Pr p = 
Như vậy ta đã tìm ra ba chuẩn số liên quan đến hệ số trao đổi nhiệt đối lưu. Nu = f (Re ,Pr D D )
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
5. XĐ mối tương quan giữa các chuẩn số thông qua TN
Thổi không khí qua ống 25-mm-OD. Đo hệ số trao đổi nhiệt
đối lưu khi vận tốc thay đổi từ 0.15 đến 30 m/s α Vận tốc
PP PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN
Từ kết quả thí nghiệm tìm mối tương quan giữa hai chuẩn số Nu = f(Re) Nu Re
CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
❖ Chuẩn số Nusselt: đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt phân giới .l Nu = 
(ống thì “l” là đường kính ống còn nếu tấm thẳng đứng thì “l” là chiều cao)
❖ Chuẩn số Reynolds: đặc trưng cho chế độ chuyển
động của môi chất 
ω : Tốc độ chuyển động của dòng môi chất, .l Re = m/s. v
v : Độ nhớt động lực học của môi chất, m2/s.
CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
❖ Chuẩn số Prandtl: đặc trưng cho tính chất vật lý của
chất lỏng trong quá trình TĐN
μ : Độ nhớt động học của C . môi chất, Pa.s v Pr p = =  a
a : Hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s
❖ Chuẩn số Grashoff: đặc trưng cho lực nâng gây ra do
chênh lệch nhiệt độ
g: gia tốc trong trường, m/s3 3 g .l
∆t : Độ chênh lệch nhiệt độ trong môi chất Gr = . . t  2 
β : Hệ số dãn nở thể tích do nhiệt độ, K-1
v : độ nhớt động lực học, m2/s
PHƯƠNG TRÌNH TIÊU CHUẨN
❖ Dạng tổng quát của phương trình tiêu chuẩn: Nu = f (Re, Gr, Pr)
❖ Chuyển động cưỡng bức ở chế độ chảy rối Nu = f (Re, Pr)
❖ Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên Nu = f (Gr, Pr)
❖ Phương trình tiêu chuẩn được biểu diễn dạng hàm mũ Nu = C . Rem . Prn . Grp
CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN
❖ Bước 1: Xác định Nhiệt độ (t , t ) Kích thước l (m) T f Tra bảng , λ, a, v, cp
❖ Bước 2: Tính toán các tiêu chuẩn Re, Pr, Gr ❖ Bước 3: Suy ra  Nu = C . Rek . Prm . Grn  = Nu l
CÁC CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM VỀ CẤP NHIỆT
Cấp nhiệt đối lưu tự nhiên
Cấp nhiệt đối lưu cưỡng bức
Cấp nhiệt khi lưu thể có khuấy trộn
Cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ
Cấp nhiệt khi chất lỏng sôi
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
❖Với chất lỏng có tính thấm ướt thành bình Với Pr > 7: Nu = C.(Gr.Pr)n t − t = t T L tb 2 Chế độ chuyển
Trị số của tích số C n động Pr.Gr Chảy dòng 1.102 – 5.102 1,18 1/8 Chảy quá độ 5.102 – 2.107 0,54 1/4 Chảy xoáy 2.107 – 1.1010 0,135 1/3
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
❖ Đối với ống nằm ngang có thể tính theo công thức 0,25  Pr  0,23
Nu = 0,51.(Gr.Pr) .  Pr  T
Pr là chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ thành T
tiếp xúc với chất lỏng ❖ Đối với không khí Nu = 0,47.Gr0,25
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
❖ Đối lưu tự nhiên trong không gian hẹp  = . td k
λ - hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng, W/m.K
ε - Hệ số tính đến ảnh hưởng của đối lưu k  = Gr k ( )1/4 0,18. .Pr t + t 1 2 t = T T td 2
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chuyển động trong ống thẳng 0,25  Pr  0,33 0,43 0,1 • Chảy tầng Nu = 0,15. .Re .Pr .Gr .  d Pr  T  0,9 0,43 • Chảy quá độ Nu = 0, 008.Re .Pr 0,25  Pr  0,8 0,43 • Chảy rối Nu = 0, 021. .Re .Pr .  k Pr  T
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖ Lưu thể chuyển động trong ống cong d     = . 1+1,77. c    R
❖ Lưu thể chuyển động trong ống có tiết diện hình vành khăn 0,45  d  0,8 0,4 Nu = 0, 23.Re .Pr . tn   dnt
❖ Lưu thể chuyển động ngang vuông góc bên ngoài 1 ốngn 0,4 Nu = C.Re .Pr n 0,4 Hoặc  = C. Re .Pr dn
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chảy ngang bên ngoài một chùm ống ➢ Với chất lỏng 0,25  0,25 Pr   Pr  0,65 0,33 Nu = 0, 23. .Re .Pr . 0,6 0,3 =     Nu 0, 41. .Re .Pr .    Pr  Pr T   T
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC ➢ Với chất khí
• Khi các ống xếp thẳng hàng: 0,65 Nu = 0, 21. .Re 
• Khi các ống xếp xem kẽ: 0,6 Nu = 0,37. .Re 
Hệ số cấp nhiệt trung bình cho toàn bộ chùm ống:
 .F  .F  .F ... 1 1 2 2 3 3  + + + = tb
F + F + F + ... 1 2 3
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chảy dọc bên ngoài một chùm ống 0,6 0,8 0,23
Nu = 1,16.D .Re .Pr td
❖Lưu thể chảy bên ngoài ống có tấm chắn chia ngăn 0,14    0,6 0,6 0,23
Nu = C.D .Re .Pr .  td   T
❖Lưu thể chảy bên ngoài chùm ống có gân 0 − ,54 0 − ,14  d h n    n 0,4 Nu = C. . Re .Pr      t   t
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖ Lưu thể chuyển động dọc theo tường phẳng
➢ Đối với Re > 104 có thể dùng PT 0,25  d  0,8 0,43 Nu = 0, 037.Re .Pr . tn   dnt  Đối với không khí: Nu = 0,032 . Re0,2
➢ Đối với Re < 105 có thể dùng PT 0,25  d  0,5 0,63 Nu = 0, 76.Re .Pr . tn   dnt  Đối với không khí: Nu = 0,66 . Re0,5
CẤP NHIỆT ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
❖Lưu thể chảy thành màng theo tường thẳng đứng
Đối với màng chảy rối Re > 2000 có thể dùng PT 1/3 Nu = 0,01.Ga.Pr.Re
Đối với màng chảy tầng Re < 2000 có thể dùng PT 2 3 1/9 Nu = 0,67.Ga .Pr .Re
CẤP NHIỆT KHI LƯU THỂ KHUẤY TRỘN BẰNG CÁNH KHUẤY 0,14    m 0,33 Nu = C.Re .Pr .    T  2 . n .d Trong đó: Re =  C . Pr p = 
• Đối với thiết bị có vỏ bọc ngoài:C = 0,36; m = 0,67
• Đối với thiết bị có ống xoắn: C = 0,87; m = 0,62
CẤP NHIỆT KHI HƠI NGƯNG TỤ
❖Ngưng tụ bên ngoài thành ống hoặc mặt
tường thẳng đứng 2 3 2 3 r. . .g r. .  = 4 = 4 W 1,15. 2, 04 , 2 .t.H .t.H m .K t + t = t T bh m 2 r 4 W Hơi nước ngưng tụ:  = 2,04.A , 2 t.H m .K
CẤP NHIỆT KHI HƠI NGƯNG TỤ
❖Ngưng tụ trên bề mặt ngoài của 1 ống đơn độc nằm ngang 2 3 2 3 r. . .g r. . W  = 0,72. =1, 28 , 2 .t.d .t.d m .K Hơi nước ngưng tụ: r W  =1,28.A. , 2 t.d m .K
CẤP NHIỆT KHI HƠI NGƯNG TỤ
❖Ngưng tụ hơi trên mặt ngoài của một chùm ống nằm ngang  =  . td bt Xếp xen kẽ Xếp song hàng
CẤP NHIỆT KHI CHẤT LỎNG SÔI
❖ Đối với nước, chế độ sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên và p = 0,2 ÷ 100atm 0,13 0,7  = 3,14.p .q 0,5 2,33
Hoặc  = 45,3.p .t n n
❖ Dung dịch hoặc chất lỏng bất kì  = .n 0,435 0,565 2    C           dd dd dd n  =     . .  1   C n    
n   n    dd   BÀI TẬP VÍ DỤ
Đề bài: Bề mặt tấm kim loại nóng có kích thước 2,5 m x 8 m
được làm nguội cưỡng bức bằng một dòng khí mát có độ dẫn
nhiệt λ = 0,02917 W/moC; ν = 2,486 10-5 m2/s; Pr = 0,7166.
Xác định năng suất nhiệt truyền từ tấm kim loại vào không khí
trong hai trường hợp, dòng không khí chảy dọc theo chiều dài
của tấm kim loại; dòng không khí chảy theo chiều ngang của tấm kim loại. Khi Re < 2.105  1 1 .L 2 3 Nu = = 0,6640.Re / Pr LL Khi Re > 2.105 .L Nu = = (0,037.Re −87 ) 1 0,8 3 1 Pr L LNHIỆT BỨC XẠ
Truyền nhiệt bức xạ là quá trình truyền nhiệt bằng sóng điện từ.
Tại đó, nhiệt năng biến đổi thành các hạt bức xạ truyền đi theo
phương thức sóng điện từ
Các tia bức xạ đều có hiệu ứng nhiệt??? 0,4 μm 400 μm
Đun nóng thức ăn trong lò vi sóng có phải do
truyền nhiệt bức xạ không??? NHIỆT BỨC XẠ
❖Bức xạ và hấp thụ nhiệt của vật thể
➢ Mọi vật bất kỳ có t > 0oK → bức xạ năng lượng
➢ Tia hồng ngoại và ánh sáng trắng (λ = 0,4 ÷ 400 μm)
➢ Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ gồm 2 giai đoạn
• Biến đổi nội năng thành sóng điện từ (vật phát)
• Biến đổi sóng điện từ thành nhiệt năng (vật thu)
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
➢ Vật đen tuyệt đối: hấp thụ hoàn toàn
➢ Vật trắng tuyệt đối: phản xạ hoàn toàn
➢ Vật trong tuyệt đối: xuyên qua hoàn toàn
➢ Vật xám: hấp thụ 1 phần và phản xạ 1 phần
➢ Bán trong suốt: Hấp thụ, phản xạ và khúc xạ 1 phần
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
➢ Năng suất bức xạ (E) là dòng nhiệt bức xạ phát ra trên một
đơn vị diện tích bề mặt bức xạ dQ E = dF
➢ Khả năng bức xạ bằng tổng của bức xạ riêng (E) và bức xạ phản xạ (E ) R E = E + E HD R
➢ Bức xạ hiệu quả là lượng nhiệt vật trao đổi với môi trường
xung quanh tính trên một đơn vị bề mặt E  1  E =  q −1 HD   AA
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖ Định luật Stephan- Bozman
Thiết lập quan hệ giữa khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối
phụ thuộc vào nhiệt độ: E = K .T4 0 0
Trong đó hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đội. W K = 5,7.10-8 2 4 0 m K
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖ Định luật Stephan- Bozman
Khả năng bức xạ của vật xám 4 4 T T EE      = = C = C 0 0     100  100  Trong đó:
ɛ - là độ đen của vật
C - là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối 0 W C = K . 108 = 5,7 2 4 0 0 m K
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖ Định luật Planck
Định luật thiết lập mối quan hệ giữa khả năng bức xạ đơn sắc
của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và chiều dài bước sóng: 5 C . − 1 E = 0 2 C T e −1
C , C – hằng số Planck thứ nhất và thứ 2 1 2 C = 0,374 × 10-15 W.m2 1 C = 1,4388.10-12 m.oK 2
Ở một nhiệt độ xác định, bức xạ
đơn sắc của vật đạt giá trị lớn
nhất tại bước sóng λmax 3  T 2,898 10− =  mK
Nhiệt độ tăng → λ giảm max max 5 C T 1 E (T ) = bmax C (   0, 002898) 2 5 0,002898 e −1     6 − 5 3
= 12,87 10 T W / m
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Kierchoff
q = E − A .E 1 1 0 E1  = E0 A0 A = 
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖ Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn đặt song song nhau 4 4  T T      1 2 q = C  −  1−2 1−2      100 100        C – hệ số bức xạ chung 1-2 C0 C = 1−2 1 1 + −1 A A 1 2
A , A – hệ số hấp thụ của vật thể 1 2
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn bao trùm nhau 4 4  T T      1 2 q = C  −  1−2 1−2      100 100        Trong đó: C0 C =
F – bề mặt vật bị bao bọc 1 1−2 1 F  1  1 +  −1 – bề mặt vật A F A F bao bọc 2 1 2  2 
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖ Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn đặt bất kì trong không gian 4 4  T T      1 2 Q = C  − . 1−2 1−2      1−2 100 100        Trong đó: A .A 1 2 C = 1−2 .C0 cos cos 1 2  = dF d   1−2 1 F 2 r 1 F 2 F
F , F – bề mặt bức xạ của vật thể 1 2
BỨC XẠ NHIỆT CỦA CÁC CHẤT KHÍ 2 T
Năng lượng bức xạ của chất khí Q    = .C . K 0   100  4 4  T T      ' K 1
Trao đổi nhiệt giữa khí và tường lò Q =  C   − A      1 0 K  100 K  100   
Trong đó: Q – lượng nhiệt bức xạ từ khí đến tường lò '  = 0,5  +1 1 ( 1 ) - độ đen của lò
ε – độ đen của vật liệu làm lò 1  =  +  −   K CO H O
K – độ đen của khí ở nhiệt độ làm việc của khí t 2 2 k A = A + A − AK CO H O
K – khả năng hấp thụ của khí ở nhiệt độ tường lò t 2 2 1 0,65  T K A =    A =  A  =   H O H O K K 2 CO 2 CO TT  2 2
T , T – nhiệt độ tuyệt đối của khí và tường lò, oK K c NỘI DUNG
1. Các kiến thức truyền nhiệt cơ bản 2. Dẫn nhiệt 3. Nhiệt đối lưu 4. Nhiệt bức xạ 5. Truyền nhiệt NỘI DUNG
1. Khái niệm trao đổi nhiệt bức xạ
2. Bức xạ và hấp thụ nhiệt của vật thể
3. Các khái niệm cơ bản NHIỆT BỨC XẠ Bức xạ Bức xạ NHIỆT BỨC XẠ
Truyền nhiệt bức xạ là quá trình truyền nhiệt bằng
sóng điện từ. Tại đó, nhiệt năng biến đổi thành các
hạt bức xạ truyền đi theo phương thức sóng điện từ 300oC
Các tia bức xạ đều có hiệu ứng nhiệt??? 0,4 μm 400 μm
Đun nóng thức ăn trong lò vi sóng có phải do
truyền nhiệt bức xạ không??? NHIỆT BỨC XẠ
❖Bức xạ và hấp thụ nhiệt của vật thể
➢ Mọi vật bất kỳ có t > 0oK → bức xạ năng lượng
➢ Tia hồng ngoại và ánh sáng trắng (λ = 0,4 ÷ 400 μm)
➢ Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ gồm 2 giai đoạn
• Biến đổi nội năng thành sóng điện từ (vật phát)
• Biến đổi sóng điện từ thành nhiệt năng (vật thu)
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Vật trắng tuyệt đối: phản xạ hoàn toàn Vật đen tuyệt đối: Vật trong tuyệt đối: hấp thụ hoàn xuyên qua hoàn toàn toàn
➢ Vật xám: hấp thụ 1 phần và phản xạ 1 phần
➢ Bán trong suốt: Hấp thụ, phản xạ và khúc xạ 1 phần
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
➢ Năng suất bức xạ (E) là dòng nhiệt bức xạ phát ra
trên một đơn vị diện tích bề mặt bức xạ dQ E = dòng bức xạ dF
➢ Khả năng bức xạ bằng tổng của bức xạ riêng (E)
và bức xạ phản xạ (E ) R E = E + E HD R
➢ Bức xạ hiệu quả là lượng nhiệt vật trao đổi với môi
trường xung quanh tính trên một đơn vị bề mặt E  1  E =  q −1 HD   AANỘI DUNG
1. Định luật Stephan- Bozman
2. Định luật Planck
3. Định luật Kierchoff
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Stephan- Bozman hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối Vật đen tuyệt đối E = K .T4 0 0 4 4 T T Vật xám EE      = = C = C 0 0     100  100  độ đen của vật
Hệ số bức xạ của vật xám W C = K . 108 = 5,7 0 0 2 4 m K
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Planck 5 C . − 1 E = 0 2 C T e −1
C , C – hằng số Planck thứ nhất và thứ 2 1 2 C = 0,374 × 10-15 W.m2 1 C = 1,4388.10-12 m.oK 2
CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ BỨC XẠ NHIỆT
❖Định luật Kierchoff
q = E − A .E 1 1 0 E1  = E0 A0 A =  NỘI DUNG
Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn đặt song song nhau
Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn bao trùm nhau
Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn
đặt bất kỳ trong không gian
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Bức xạ nhiệt giữa 2 vật rắn đặt song song nhau 4 4    T   T  1 2 q = C  −  1−2 1−2      100 100        C – hệ số bức xạ chung 1-2 C0 C = 1−2 1 1 + −1 A A 1 2
A , A – hệ số hấp thụ của vật thể 1 2
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Bức xạ nhiệt giữa 2 vật thể rắn bao trùm nhau 4 4    T   T  1 2 q = C  −  1−2 1−2      100 100        Trong đó: C0 C =
F – bề mặt vật bị bao bọc 1−2 1 1 F  1  1 +  −1 A F A
F – bề mặt vật bao bọc 2 1 2  2 
BỨC XẠ NHIỆT GIỮA 2 VẬT THỂ RẮN
❖Đặt bất kì trong không gian 4 4    T   T  1 2 Q = C  − . 1−2 1−2      1−2 100 100        Trong đó: . 1 2 = A A C1−2 .C0 cos cos 1 2  =   dF d 1−2 1 F 2 r 1 F 2 F
BỨC XẠ NHIỆT CỦA CÁC CHẤT KHÍ 2
Năng lượng bức xạ của chất khí Q   T  = .C . K 0   100  4 4 Trao đổi nhiệt giữa    T T K    ' 1 Q =  C   − A K   K    1 0 khí và tường lò  100  100    '  = 0,5  +1  =  +  −   1 ( 1 ) K 2 CO H2O K A = A + A − A K C 2 O H2O K 0,65  T A =   K A =  A =   CO CO  2 2  T H K K 2O H2O T TRUYỀN NHIỆT Đẳng nhiệt Ổn định Biến nhiệt Ko ổn định
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Tường phẳng 1 lớp q Cấp
q =  .F. t − t
= F. t − t nhiệt Dẫn 1 ( 1 T1) ( 1 T1)  nhiệt 1 Cấp nhiệt  q q =
.F.(t − t
= F. t − t T 1 T 2 ) ( T1 T2 )    q
q =  .F. t − t
= F. t − t 2 ( T2 2) ( T2 2) 2
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường phẳng 1 lớp  1  1  q  + +
 = F.(t − t 1 2 )     1 2  1 q =
F.(t − t 1 2 ) 1  1 + +    1 2 q = K . F . ∆t 1
❖ Tường phẳng nhiều lớp
K =  1 n  1  i  +  +    =   1 i 1 i 2 
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi
trong 1 giây từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội
qua 1 đơn vị bề mặt tường phân cách là 1m2 khi
hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể là 1 độ.      K J W = =  2   2 
m .s.K  m .K
Khi tính K cần chú ý nhiệt trở của lớp cặn
Chiều dày lớp cặn khoảng: 0,1 ÷ 0,5 mm
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT 2 L
❖ Tường ống 1 lớp q = .(t − t T 1 T 2 ) 1 r2 .2,3lg  r1 1 r2  q .2,3lg = 2 .
L (t − t T 1 T 2 )  r1 q =  .2 r . L t − t 2 2 ( T2 2) q =  .2 r . L t − t 1 1 ( 1 T1) 1 1  q = 2 .
L (t − tq = 2 .
L (t − t T 2 2 ) 1 T1 )  rr 1 1 2 2
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường ống 1 lớp  1 1 r 1  2 q  + .2,3lg +  = 2 .
L (t − t 1 2 )   .r  r  .r 1 1 1 2 2  1 K = T 1 1 r 1 2 + .2,3lg +  .r  r  .r 1 1 1 2 2 q = K . 2πL . (t – t ) 1 2 TRUYỀN NHIỆT Đẳng nhiệt Ổn định Biến nhiệt Ko ổn định
TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH XÁC ĐỊNH ∆tb
❖Trường hợp xuôi chiều Q = K . F . ∆ttb t  − td c t  = tb Với t  d 2,3lg tc t   +  d Nếu  t t 2 d c Thì t  = ttb c 2 XÁC ĐỊNH ∆tb
❖ Trường hợp ngược chiều t  − tL N t  = tb t  2,3lg L ∆t t  L N ∆t1 ∆t1 ∆tN ∆tN ∆t2 ∆t2 ∆t = t < ∆t = t – t ∆t = t > ∆t = t – t 1 1đ – t2c 2 1c 2đ 1 1đ – t2c 2 1c 2đ XÁC ĐỊNH ∆tb
❖ Trường hợp chảy chéo dòng Q = K . F . ∆ttb t  − t  Với t  =  . d c tb tt  d 2,3lg tc
t - là hệu số hiệu chỉnh, thường nhỏ hơn 1 nên
∆ chéo dòng < ∆ ngược chiều tb tb
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Trong truyền nhiệt ổn định nhiệt độ của 2 lưu thể có
thể biến thiên theo 3 trường hợp sau:
➢ Cả 2 lưu thể cùng ko biến đổi nhiệt độ theo vị trí và thời gian
➢ 1 trong 2 lưu thể biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
➢ Cả 2 lưu thể đều biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Lưu thể chuyển động ngược chiều vẫn lợi
hơn chuyển động xuôi chiều. VÍ DỤ
Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình ∆𝑡 của thiết bị tb
truyền nhiệt khi bố trí lưu thể chuyển động cùng chiều và
ngược chiều. Biết rằng lưu thể 1: nhiệt độ t1đ = 3000C, t1c = 2000C; lưu thể 2: t = 1750C khi cùng chiều. 2đ = 250C, t2c
XĐ NHIỆT ĐỘ CỦA TƯỜNG
❖Nhiệt độ của tường q K t = t − = t − ttb T 1 1 1  .F  1 1 q Kt = t + = t + ttb T 2 2 2  .F  2 2
XĐ NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA CHẤT TẢI NHIỆT
t = t − ttb 1 tb
+ Nhiệt độ của chất tải nhiệt nào thay đổi ít thì lấy trung bình số học: t + t 1 2 t = 1 tb 2
+ Còn nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt thứ hai thì bằng: t = t ttb2 2 tb
Dùng dấu “ + “ khi t
là chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp hơn. tb1
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ CÁCH NHIỆT
❖Tăng cường truyền nhiệt
➢ Giảm chiều dày của vách và tăng hệ số dẫn nhiệt
của vật liệu có thể làm giảm nhiệt trở của vách
➢ Tăng cường sự nhiễu loạn và tăng tốc độ chuyển
động của chất lỏng thì có thể tăng cường tỏa nhiệt.
➢ Trên bề mặt bức xạ có thể tìm cách tăng độ đen
và nhiệt độ để tăng cường trao đổi nhiệt bức xạ.
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ CÁCH NHIỆT ❖Cách nhiệt
➢ Khái niệm: là chỉ những lớp phụ dùng làm tăng
nhiệt trở để giảm mật độ dòng nhiệt
➢ Mục đích: tiết kiệm nhiên liệu, thực hiện khả
năng của quá trình kỹ thuật hoặc đảm bảo an toàn lao động
➢ Vật liệu : bông xỉ, bông thuỷ tinh, cactông
amiăng, giấy amiăng, gạch xốp… VÍ DỤ
Bài 1: Hơi chuyển động bên trong vách phẳng có nhiệt độ
2500C, hệ số tỏa nhiệt đến mặt trong là 120 W/m2K. Phía bên
ngoài vách được cách nhiệt bằng 1 lớp cách nhiệt dày 120
mm. Nhiệt độ không khí là 250C. Hệ số truyền nhiệt là 1,7
W/m2K. Hãy tính nhiệt độ bề mặt vách phía bên trong.
Bài 2: Hai dòng chất lỏng nóng và lạnh có hệ số tỏa nhiệt đối
lưu tương ứng là 200 W/m2K và 100 W/m2K, lượng nhiệt
truyền qua vách phẳng dài 2 m, rộng 2 m, dày 200 mm với hệ
số dẫn nhiệt là 40 W/mK là 1,5kW/m2. Hãy tính độ chênh
nhiệt độ giữa 2 dòng chất lỏng nóng và lạnh VÍ DỤ
Bài 3: ống dẫn gió nóng cho lò cao, tốc độ gió ω = 35 1
m/s; t = 800oC. có 03 lớp : gạch chịu lửa δ = 250 mm, f1 1
λ = 1,17 W/m.K; thép δ = 10 mm, λ = 46,5 W/mK; 1 2 2
cách nhiệt ngoài δ = 200 mm, λ = 0,174 W/mK; Đường 3 3
kính trong d = 1000 mm, không khí xung quanh t = 1 f2 10oC, ω = 4 m/s. 2
Tính tổn thất nhiệt trên 1 m đường ống (bỏ qua bức xạ). VÍ DỤ
Bài 4: Ống dẫn hơi bằng thép d /d = 200 / 216 mm có tr ng
λ = 47 W/(mK) được bọc một lớp cách nhiệt dày 120 1
mm, có λ = 0,8 W/(mK). Nhiệt độ hơi là t = 360oC ; hệ 2 1
số TNĐL phía hơi α = 120 W/(m2K). Không khí bên 1
ngoài có t = 25oC; α = 11 W/(m2K). 2 2
- Hãy tính tổn thất nhiệt trên 1 m ống qL
- Xác định nhiệt độ bề mặt trong và ngoài của lớp cách nhiệt. VÍ DỤ
Bài 5: Trong một TBTĐN, nước chảy trong ống có d /d
= 28/32 mm với G = 1 kg/s, nhiệt độ nước vào: tr ng 2
t’ = 25oC; ra t’’ = 95oC; Hơi: t = 120oC. Hệ số TNĐL f2 f2 f1
phía hơi α = 4000 W/m2K ; vách có λ = 45 W/mK. 1 v
- Hãy tính HSTN về phía nước α . Xem (Pr /Pr )0.25 = 1 2 f w
- Xác định HSTN K và mật độ dòng nhiệt trung bình trên 1 m ống q’ . L
- Chiều dài cần thiết của ống là bao nhiêu?
Bài 6: Tường một lò đốt gồm 2 lớp: Lớp gạch chịu nhiệt
dày 500 mm; lớp gạch thường dày 250 mm. Nhiệt độ bên
trong lò: 13000C, bên ngoài lò 250C. Hãy xác định:
a, Tổn thất nhiệt trên 1m2 bề mặt tường lò
b, Nhiệt độ trên lớp giới hạn giữa hai lớp gạch
Cho biết: Hệ số cấp nhiệt từ khói lò đến tường lò 𝛼1 =
34,8 W/m2.0C; từ tường lò vào không khí xung quanh 𝛼2
= 16,2 W/m20C. Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch chịu nhiệt
𝜆1 = 1,16 W/m0C, của lớp gạch thường 𝜆2 = 0,58 W/m0C TRUYỀN NHIỆT Đẳng nhiệt Ổn định Biến nhiệt Ko ổn định
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Tường phẳng 1 lớp q Cấp
q =  .F. t − t
= F. t − t nhiệt Dẫn 1 ( 1 T1) ( 1 T1)  nhiệt 1 Cấp nhiệt  q q =
.F.(t − t
= F. t − t T 1 T 2 ) ( T1 T2 )    q
q =  .F. t − t
= F. t − t 2 ( T2 2) ( T2 2) 2
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường phẳng 1 lớp  1  1  q  + +
 = F.(t − t 1 2 )     1 2  1 q =
F.(t − t 1 2 ) 1  1 + +    1 2 q = K . F . ∆t 1
❖ Tường phẳng nhiều lớp
K =  1 n  1  i  +  +    =   1 i 1 i 2 
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi
trong 1 giây từ lưu thể nóng đến lưu thể nguội
qua 1 đơn vị bề mặt tường phân cách là 1m2 khi
hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể là 1 độ.      K J W = =  2   2 
m .s.K  m .K
Khi tính K cần chú ý nhiệt trở của lớp cặn
Chiều dày lớp cặn khoảng: 0,1 ÷ 0,5 mm
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT 2 L
❖ Tường ống 1 lớp q = .(t − t T 1 T 2 ) 1 r2 .2,3lg  r1 1 r2  q .2,3lg = 2 .
L (t − t T 1 T 2 )  r1 q =  .2 r . L t − t 2 2 ( T2 2) q =  .2 r . L t − t 1 1 ( 1 T1) 1 1  q = 2 .
L (t − tq = 2 .
L (t − t T 2 2 ) 1 T1 )  rr 1 1 2 2
TRUYỀN NHIỆT ĐẲNG NHIỆT
❖ Tường ống 1 lớp  1 1 r 1  2 q  + .2,3lg +  = 2 .
L (t − t 1 2 )   .r  r  .r 1 1 1 2 2  1 K = T 1 1 r 1 2 + .2,3lg +  .r  r  .r 1 1 1 2 2 q = K . 2πL . (t – t ) 1 2 TRUYỀN NHIỆT Đẳng nhiệt Ổn định Biến nhiệt Ko ổn định
TRUYỀN NHIỆT BIẾN NHIỆT ỔN ĐỊNH XÁC ĐỊNH ∆tb
❖Trường hợp xuôi chiều Q = K . F . ∆ttb t  − td c t  = tb Với t  d 2,3lg tc t   +  d Nếu  t t 2 d c Thì t  = ttb c 2 XÁC ĐỊNH ∆tb
❖ Trường hợp ngược chiều t  − tL N t  = tb t  2,3lg L ∆t t  L N ∆t1 ∆t1 ∆tN ∆tN ∆t2 ∆t2 ∆t = t < ∆t = t – t ∆t = t > ∆t = t – t 1 1đ – t2c 2 1c 2đ 1 1đ – t2c 2 1c 2đ XÁC ĐỊNH ∆tb
❖ Trường hợp chảy chéo dòng Q = K . F . ∆ttb t  − t  Với t  =  . d c tb tt  d 2,3lg tc
t - là hệu số hiệu chỉnh, thường nhỏ hơn 1 nên
∆ chéo dòng < ∆ ngược chiều tb tb
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Trong truyền nhiệt ổn định nhiệt độ của 2 lưu thể có
thể biến thiên theo 3 trường hợp sau:
➢ Cả 2 lưu thể cùng ko biến đổi nhiệt độ theo vị trí và thời gian
➢ 1 trong 2 lưu thể biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
➢ Cả 2 lưu thể đều biến đổi nhiệt độ theo vị trí
nhưng ko biến đổi theo thời gian
CHỌN CHIỀU HAI LƯU THỂ
Lưu thể chuyển động ngược chiều vẫn lợi
hơn chuyển động xuôi chiều.
XĐ NHIỆT ĐỘ CỦA TƯỜNG
❖Nhiệt độ của tường q K t = t − = t − ttb T 1 1 1  .F  1 1 q Kt = t + = t + ttb T 2 2 2  .F  2 2
XĐ NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA CHẤT TẢI NHIỆT
t = t − ttb 1 tb
+ Nhiệt độ của chất tải nhiệt nào thay đổi ít thì lấy trung bình số học: t + t 1 2 t = 1 tb 2
+ Còn nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt thứ hai thì bằng: t = t ttb2 2 tb
Dùng dấu “ + “ khi t
là chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp hơn. tb1
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ CÁCH NHIỆT
❖Tăng cường truyền nhiệt
➢ Giảm chiều dày của vách và tăng hệ số dẫn nhiệt
của vật liệu có thể làm giảm nhiệt trở của vách
➢ Tăng cường sự nhiễu loạn và tăng tốc độ chuyển
động của chất lỏng thì có thể tăng cường tỏa nhiệt.
➢ Trên bề mặt bức xạ có thể tìm cách tăng độ đen
và nhiệt độ để tăng cường trao đổi nhiệt bức xạ.
TĂNG CƯỜNG TRUYỀN NHIỆT VÀ CÁCH NHIỆT ❖Cách nhiệt
➢ Khái niệm: là chỉ những lớp phụ dùng làm tăng
nhiệt trở để giảm mật độ dòng nhiệt
➢ Mục đích: tiết kiệm nhiên liệu, thực hiện khả
năng của quá trình kỹ thuật hoặc đảm bảo an toàn lao động
➢ Vật liệu : bông xỉ, bông thuỷ tinh, cactông
amiăng, giấy amiăng, gạch xốp… VÍ DỤ
Bài 1: Hơi chuyển động bên trong vách phẳng có nhiệt độ
2500C, hệ số tỏa nhiệt đến mặt trong là 120 W/m2K. Phía bên
ngoài vách được cách nhiệt bằng 1 lớp cách nhiệt dày 120
mm. Nhiệt độ không khí là 250C. Hệ số truyền nhiệt là 1,7
W/m2K. Hãy tính nhiệt độ bề mặt vách phía bên trong.
Bài 2: Hai dòng chất lỏng nóng và lạnh có hệ số tỏa nhiệt đối
lưu tương ứng là 200 W/m2K và 100 W/m2K, lượng nhiệt
truyền qua vách phẳng dài 2 m, rộng 2 m, dày 200 mm với hệ
số dẫn nhiệt là 40 W/mK là 1,5kW/m2. Hãy tính độ chênh
nhiệt độ giữa 2 dòng chất lỏng nóng và lạnh VÍ DỤ
Bài 3: ống dẫn gió nóng cho lò cao, tốc độ gió ω = 35 1
m/s; t = 800oC. có 03 lớp : gạch chịu lửa δ = 250 mm, f1 1
λ = 1,17 W/m.K; thép δ = 10 mm, λ = 46,5 W/mK; 1 2 2
cách nhiệt ngoài δ = 200 mm, λ = 0,174 W/mK; Đường 3 3
kính trong d = 1000 mm, không khí xung quanh t = 1 f2 10oC, ω = 4 m/s. 2
Tính tổn thất nhiệt trên 1 m đường ống (bỏ qua bức xạ). VÍ DỤ
Bài 4: Ống dẫn hơi bằng thép d /d = 200 / 216 mm có tr ng
λ = 47 W/(mK) được bọc một lớp cách nhiệt dày 120 1
mm, có λ = 0,8 W/(mK). Nhiệt độ hơi là t = 360oC ; hệ 2 1
số TNĐL phía hơi α = 120 W/(m2K). Không khí bên 1
ngoài có t = 25oC; α = 11 W/(m2K). 2 2
- Hãy tính tổn thất nhiệt trên 1 m ống qL
- Xác định nhiệt độ bề mặt trong và ngoài của lớp cách nhiệt. VÍ DỤ
Bài 5: Trong một TBTĐN, nước chảy trong ống có d /d
= 28/32 mm với G = 1 kg/s, nhiệt độ nước vào: tr ng 2
t’ = 25oC; ra t’’ = 95oC; Hơi: t = 120oC. Hệ số TNĐL f2 f2 f1
phía hơi α = 4000 W/m2K ; vách có λ = 45 W/mK. 1 v
- Hãy tính HSTN về phía nước α . Xem (Pr /Pr )0.25 = 1 2 f w
- Xác định HSTN K và mật độ dòng nhiệt trung bình trên 1 m ống q’ . L
- Chiều dài cần thiết của ống là bao nhiêu? ĐUN NÓNG
CÁC NGUỒN CUNG CẤP NHIỆT
1. Hơi nước bão hoà 2. Khói lò 3. Điện
4. Chất tải nhiệt đặc biệt
ĐIỀU KIỆN LỰA CHỌN NGUỒN NHIỆT
• Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ đủ và tốt.
• Độ độc và tính hoạt động hoá học ít.
• Độ an toàn khi đun nóng cao (không cháy, nổ,…).
• Không ăn mòn thiết bị và bảo đảm cung cấp nhiệt độ ổn định. • Rẻ và dễ tìm. ĐUN NÓNG
CÁC NGUỒN CUNG CẤP NHIỆT
1. Hơi nước bão hoà 2. Khói lò 3. Điện
4. Chất tải nhiệt đặc biệt NỘI DUNG
Hơi nước bão hoà là gì???
Ưu nhược điểm của hơi nước bão hoà
Đun nóng trực tiếp Đun nóng gián tiếp HƠI NƯỚC BÃO HOÀ Hơi quá nhiệt Hơi nước bão hoà HƠI NƯỚC BÃO HOÀ ❑ Ưu điểm
+ Hệ số cấp nhiệt lớn, α = 10.000 ÷ 15.000 W/m2độ
+ Nhiệt lượng cung cấp lớn
+ Đun nóng được đồng đều
+ Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng
+ Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống. + Sạch, đảm bảo VS ATTP
❑ Nhược điểm: Không thể đun nóng lên đến t được vì cao + t → phơi
→ chi phí thiết bị tăng, dễ hỏng thiết bị bh
+ khi t → r → do đó hiệu suất nhiệt giảm HƠI NƯỚC BÃO HOÀ Thiết bị đo áp suất Thiết bị đo lưu lượng hơi Nồi hơi Thiết bị đo lưu lượng gas Thiết bị đo nhiệt độ Thiết bị đo lưu Bộ điều khiển nước lượng nước PHÂN LOẠI ĐUN NÓNG 1 2 TRỰC TIẾP GIÁN TIẾP
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP van 1 chiều van phụ van ống hơi thùng chứa
Thiết bị loại sục
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP bể chứa ống sủi bọt
Thiết bị loại sủi bọt
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP thùng chứa ống dẫn hơi loa hỗn hợp
Thiết bị loại không có tiếng động
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC TRỰC TIẾP Cân bằng nhiệt D + G C t
= CDt + G C t + Q 2 2 2d 2c 2 2 2c m
Lượng hơi nước cần thiết G C t − t + Q 2 2 ( 2c 2d ) m D =  − Ct2c
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP Hơi
thiết bị trao đổi nhiệt
thiết bị tháo nước ngưng đoạn ống phụ van
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
Cốc tháo nước ngưng loại phao kín 1 - ống dẫn hơi; 2 – tấm chắn; 3 – phao; 4 – đòn bẩy; 5 – van;
6 – cửa tháo nước ngưng; 7 – tay quay;
8 – van xả khí không ngưng tụ
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
Cốc tháo nước ngưng loại phao hở
1 – vỏ; 2 – phao hở; 3 – cần phao; 4 - ống dể dẫn nước ngưng;
5 – van; 6 – van một chiều; 7 – van tháo khí
ĐUN NÓNG BẰNG HƠI NƯỚC GIÁN TIẾP
Lượng hơi nước cần thiết G C t − t + Q 2 2 ( 2c 2d ) m D =  − C
θ – nhiệt độ của nước ngưng, oC;
C – nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ, J/kg.oC. NỘI DUNG
Sơ đồ đun nóng bằng khói lò
Ưu nhược điểm của khói lò
Các bước tính toán
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ Thiết bị truyền nhiệt Khí thải Không khí Phòng Không khí Trộn Lò đốt Nhiên liệu Quạt
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
❑ Ưu điểm: có thể tạo ra được nhiệt độ cao (trên 1000oC) ❑ Nhược điểm:
+ Hệ số cấp nhiệt nhỏ → thiết bị cồng kềnh
+ Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ
+ Đun nóng không đồng đều
+ Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng
+ Khói lò thường có bụi và khí độc của tự nhiên
+ Nếu đốt nóng bằng chất dễ cháy, dễ bay hơi thì ko an toàn
+ Thiết bị dễ oxy hóa kim loại làm hỏng thiết bị
+ Hiệu suất sử dụng nhiệt thấp, lớn nhất là 30%
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN
(1) Tính nhiệt sinh của nhiên liệu
(2) Lượng không khí lý thuyết để dùng đốt cháy nhiên liệu
(3) Xác định thành phần các khí trong khói lò
(4) Tính hàm ẩm và nhiệt lượng riêng của khói lò
(5) Cân bằng nhiệt lượng
(6) Kích thước của lò đốt
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
• Thành phần chính của khói lò
• Khối lượng khói khô của nhiên liệu rắn, lỏng α: hệ số dư không khí
L : Lượng không khí cần thiết 0 23
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
• Nhiệt trị của nhiên liệu đốt
• Nhiệt trị thấp của nhiên liệu đốt 24
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
• Lượng không khí đốt lý thuyết với nhiên liệu rắn, lỏng
• Lượng không khí đốt lý thuyết với nhiên liệu khí
• Lượng không khí đốt thực tế •
α: Hệ số dư không khí, x – Số nguyên tử cacbon; y – số nguyên tử hydro 25
ĐUN NÓNG BẰNG KHÓI LÒ
• Nhiệt dung riêng của khói lò
• Khối lượng khói khô của nhiên liệu rắn, lỏng
• Khối lượng khói khô của nhiên liệu khí 26
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN
Ưu nhược điểm đun nóng bằng dòng điện Lò điện trở Lò cảm ứng Lò cao tần
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN ❑Ưu điểm:
• Tạo được nhiệt độ rất cao đến 3200oC mà các thiết bị khác ko làm đc
• Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng và chính xác
• Hiệu suất rất cao, có thể đạt tới 95% điện tiêu hao
❑Nhược điểm: thiết bị phức tạp, giá thành cao nên
chưa đc sử dụng rộng rãi
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN Lò điện trở
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN thiết bị đun nóng dây dẫn điện Lò cảm ứng
ĐUN NÓNG BẰNG DÒNG ĐIỆN ❖ Lò cao tần Bề mặt của Hiệu Hằng số tụ điện điện thế điện môi −  12 Ff V 2 2 D N = 1 , 0 29 10 . , kW L Tần số của dòng điện KHoảng cách Hệ số 0,5.108Hz -100.108 Hz giữa 2 bản cực tổn thất
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT Đặc điểm
Đun nóng bằng dầu khoáng
Đun nóng bằng nước quá nhiệt
Đun nóng bằng chất tải nhiệt hữu cơ
Đun nóng bằng hỗn hợp muối nóng chảy
Đun nóng bằng thủy ngân và kim loại lỏng
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
-Thường được sử dụng trong trường hợp :
+ Đun nóng ở nhiệt độ ko cao
+ Đun nóng đồng đều
- Chất tải nhiệt: các chất lỏng có nhiệt độ sôi cao hoặc hơi
của nó làm chất tải nhiệt trung gian
- Quá trình tuần hoàn chất tải nhiệt có thể dùng bơm hoặc
tuần hoàn tự nhiên
- Đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt cho phép điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng
- Nhiệt độ lớn nhất để đun nóng phụ thuộc vào tính chất của
chất tải nhiệt : có thể từ 360 đến trên 500 ° C
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ ĐUN NÓNG BẰNG DẦU KHOÁNG
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng nước quá nhiệt 1- thiết bị gia nhiệt 2- Lò đốt 3- Ống dẫn 4- Ống xoắn 5- Nước hồi lưu
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng chất tải nhiệt hữu cơ - Nhiệt độ sôi cao
- Áp suất hơi bão hoà tương đối nhỏ
- Sản phẩm được đun nóng đồng đều hơn
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng hỗn hợp muối nóng chảy
- Đun nóng ở nhiệt độ cao hơn 380 ° C
- Hỗn hợp này được ứng dụng để đun nóng
từ 140 ° C đến 510 ° C không có áp suất dư
ĐUN NÓNG BẰNG CHẤT TẢI NHIỆT ĐẶC BIỆT
❖ Đun nóng bằng thủy ngân và kim loại lỏng
- Ưu điểm: Nhiệt độ sôi cao (327 ° C), áp suất hơi bão
hoà nhỏ, không cháy. ẩn nhiệt ngưng tụ của nó tuy nhỏ
nhưng khối lượng riêng lớn nên lượng nhiệt toả ra theo
một đơn vị thể tích không nhỏ hơn nước mấy - Nhược điểm:
• Thuỷ ngân độc nên hệ thống đun nóng cần phỉ làm
việc ở điều kiện không có áp suất dư và phải có cơ cấu bít kín tốt
• Thủy ngân không thấm ướt bề mặt nên có thể dẫn
tới quá nhiệt từng vùng ttrên thành thiết bị LÀM NGUỘI
Phân loại phương pháp làm nguội
Tháp giải nhiệt là gì???
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
Ưu, nhược điểm và Phạm vi ứng dụng LÀM NGUỘI Làm nguội 1 2 Trực tiếp Gián tiếp
• Nước lạnh hoặc nước đá
• Thiết bị trao đổi nhiệt • Tự bay hơi • Làm nguội khí Nước Không khí
THIẾT BỊ LÀM NGUỘI – THÁP GIẢI NHIỆT
Tháp giải nhiệt là thiết bị được sử dụng để giảm nhiệt
độ của nước nhờ tận dụng sự bay hơi của nước vào không khí, qua đó nhiệt theo hơi nước được thải ra khí quyển.
THIẾT BỊ LÀM NGUỘI – THÁP GIẢI NHIỆT Motor cánh quạt Cánh quạt giải nhiệt Ống nước Ống nước vào tháp phun Tấm trao đổi nhiệt Bọng nước Đường nước vào tháp tháp giải nhiệt Không khí ấm ra khỏi tháp Dòng nước Dòng không khí Nước nóng Không khí Không khí vào tháp vào tháp Nước đã Nước nóng được làm mát vào tháp
Sơ đồ của hệ thống làm mát nước bằng tháp giải nhiệt. Hệ thống Hệ thống máy tháp giải cần làm mát nhiệt Hệ thống bơm Hệ thống bơm vào máy vào tháp BỂ LẠNH BỂ NÓNG BỂ TRUNG GIAN
THIẾT BỊ LÀM NGUỘI – THÁP GIẢI NHIỆT Ưu điểm
- Là thiết bị làm nguội hiệu quả, rẻ tiền
- Đem lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình vận hành Nhược điểm
- Không làm nguội được xuống dưới nhiệt độ bầu ướt - Khá ồn khi làm việc Phạm vi ứng dụng
- Sử dụng để làm nguội nước giải nhiệt trong các thiết bị ngưng tụ
- Giải nhiệt nước sau khi đã làm mát các thiết bị khác.
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Theo chiều chuyển động của môi chất
Theo công dụng của thiết bị PHÂN
Theo sự hoạt động của môi chất LOẠI
Theo nguyên lý làm việc của thiết bị
Theo phương thức truyền nhiệt
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Cùng chiều Chiều chuyển Cắt nhau động môi chất Hỗn hợp Ngược chiều
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Bình ngưng Bình bốc hơi Theo công Thiết bị cô đặc dụng Thiết bị tinh cất …………….
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Hoạt động của môi chất Liên tục Chu kỳ
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TBTĐN vách ngăn, hoạt động liên tục
TBTĐN vách ngăn hđ theo chu kỳ Theo
TBTĐN kiểu hồi nhiệt nguyên
TBTĐN kiểu ống nhiệt lý
TBTĐN kiểu tiếp xúc TBTĐN hỗn hợp
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Theo phương thức truyền nhiệt Trực Gián tiếp Loại Đệm tiếp
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP Thiết bị TĐN gián tiếp Nồi Ống Ống Ống Bản lồng Dàn xoắn hai mỏng ống vỏ ống chùm
THIẾT BỊ ỐNG XOẮN RUỘT GÀ
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1, 7 – cửa vào ra của lưu thể ở pha hơi; 2 – nắp; 3 – giá đỡ;
4 – thân; 5 - ống xoắn ruột gà kép; 6, 10 – cửa ra và vào của chất
lỏng; 8 – gân tăng cứng cho ống xoắn; 9 – ống góp.
MỘT SỐ DẠNG ỐNG XOẮN ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ❖ Ưu điểm
✓ Đơn giản, dễ chế tạo, dễ kiểm tra, sửa chữa
✓ Dễ dàng điều chỉnh bề mặt truyền nhiệt
✓ Vòng xoắn có tính đàn hồi nên khắc phục tốt sự cố
giãn nở khác nhau vì nhiệt giữa vỏ và ống xoắn
✓ Làm việc với áp suất khá lớn ❖ Nhược điểm
✓ Khó làm sạch bề mặt bên trong ống
✓ Năng suất truyền nhiệt không lớn
✓ Cản trở dòng đi trong và ngoài ống ruột gà PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Dùng làm thiết bị hoàn nhiệt giữa hơi
phreon và phreon lỏng trong lạnh phreon
✓ Được sử dụng trong các nồi hồ hóa, đường
hóa hay trong thiết bị lên men nhà máy rượu cồn
THIẾT BỊ NỒI HAI VỎ
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1
1 – cửa nạp liệu gián đoạn
2 – cửa lắp chân không kế 2 3 – nắp 3 12 4 – thân trong 4
5 – cửa cho hơi nước nóng vào 5 6 – tai treo 11 7 – vỏ ngoài 6 8 – đáy ngoài 7 9 – cửa nước ngưng ra
10 – cửa tháo sản phẩm 8 11 – cửa lắp áp kế 9
12 – cửa nối với bơm chân không 10 ❖ Dạng gắn cứng ❖ Dạng gắn mềm
MỘT SỐ DẠNG ĐẶC BIỆT ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ❖ Ưu điểm
✓ Ứng dụng rộng rãi cho các QT vừa gia nhiệt vừa khuấy
✓ Phù hợp cho nhiều loại lưu thể Lỏng – Hơi, Lỏng – Lỏng ❖ Nhược điểm
✓ Không chịu được áp suất cao (không quá 10 atm)
✓ Bề mặt trao đổi nhiệt hạn chế (không quá 10 m2)
✓ Khó làm sạch về mặt trao đổi nhiệt ở không gian 2 vỏ bằng cơ học
✓ Việc bịt kín khó khăn và đắt tiền (loại tháo rời) PHẠM VI ỨNG DỤNG ✓ Cô đặc dung dịch
VD: Cô đặc các loại dịch hoa quả, dịch đường…
✓ Gia nhiệt cho các dung dịch có nhiều cặn hoặc độ nhớt lớn
✓ Gia nhiệt cho các dung dịch vừa gia nhiệt vừa hòa tan
VD: Dịch siro trong các nhà máy bánh kẹo, nước giải khát….
THIẾT BỊ NỒI HAI VỎ
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG LỒNG ỐNG
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Lưu thể 2 1 2 3 Lưu thể 1 4 Lưu thể 1 Lưu thể 2
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG LỒNG ỐNG
❖ Cấu tạo dạng nối tiếp
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG LỒNG ỐNG ❖ Cấu tạo dạng song song ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ❖ Ưu điểm
✓ Chịu được áp suất lớn
✓ Có khả năng làm sạch bè mặt truyền nhiệt trong ống
✓ Có thể thay đổi bề mặt truyền nhiệt bằng cách nối thêm cách đoạn ống ❖ Nhược điểm
✓ Chiếm nhiều không gian hơn so với loại ống chùm
✓ Chỉ phù hợp cho loại truyền nhiệt liên tục PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Thường được ứng dụng trong quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 chất lỏng
VD: trong máy lạnh loại lớn, được lắp sau thiết bị
ngưng tụ để làm mát thêm tác nhân lỏng cao áp, nhằm
giảm tổn thất trong quá trình tiết lưu, tăng năng suất lạnh riêng.
✓ Sử dụng trong hệ thống thanh trùng, tiệt trùng
✓ Dùng trong hệ thống nấu liên tục (có thêm kết cấu thay
đổi tiết diện, tăng giảm áp) trong các nhà máy bia
THIẾT BỊ DẠNG ỐNG CHÙM
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Lưu thể 1 Vỉ ống Vỏ Ống truyền nhiệt Nắp Nắp Lưu thể 2 Lưu thể 2 Gioăng Lưu thể 1
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC KẾT CẤU Kết cấu Bố trí Ghép Ghép Chia lối ống ống vào nắp với cho lưu vỉ vỉ ống chùm thể trên vỉ
CÁCH GHÉP ỐNG VÀO VỈ 1 1 2 2 1 2 a b c 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 d e f 2 3 g 4
CÁCH GHÉP NẮP THIẾT BỊ VỚI VỈ khi áp suất nhỏ khi áp suất lớn
1- nắp ; 2- đệm kín ; 3- Vỉ ống ; 4- ống truyền nhiệt ; 5- vỏ
CÁCH BỐ TRÍ ỐNG TRUYỀN NHIỆT TRÊN VỈ Theo tam giác Theo các đường Theo dạng đều tròn đồng tâm hình vuông
CHIA LỐI CHO LƯU THỂ
CHIA LỐI CHO LƯU THỂ
4. THIẾT BỊ DẠNG ỐNG CHÙM
PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU Dạng ống chùm Loại lắp Loại lắp Nửa Loại cứng mềm cứng ghép Đầu Đầu Có hộp phao phao hở đệm kín a) lắp cứng b) Đầu phao c) đầu phao kín hở d) hộp đệm e) nửa cứng ❖ Loại lắp cứng
❖ Loại lắp mềm có đầu phao kín
❖ Loại lắp mềm có đầu phao hở
❖ Loại lắp mềm có hộp
❖ Loại ống hình chữ U đệm 1 2 8 3 7 4 6 5 ❖ Loại nửa cứng ❖ Loại ghép ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ❖ Ưu điểm
✓ Bề mặt truyền nhiệt lớn, không gian gọn
✓ Dễ dàng làm sạch bề mặt truyền nhiệt bên trong ống
✓ Chịu được áp suất khá lớn
✓ Áp dụng cho được các hệ thống cần năng suất lớn ❖ Nhược điểm
✓ Khó (không) làm sạch được bề mặt giữa ống và vỏ
✓ Chỉ phù hợp cho truyền nhiệt có một lưu thể chuyển pha
✓ Tính thiết kế và cấu tạo phức tạp PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Thường được ứng dụng trong quá trình trao đổi nhiệt
cần năng suất lớn và áp suất cao
✓ Sử dụng nhiều làm thiết bị ngưng tụ
✓ Sử dụng làm thiết bị gia nhiệt ban đầu trong một số quá
trình như cô đặc, chưng luyện
✓ Sử dụng làm thiết bị cô đặc như thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm
THIẾT BỊ DẠNG TẤM BẢN
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 60
5. THIẾT BỊ DẠNG BẢN MỎNG
❖ Kết cấu tấm bản Gioăng
❖ Kết cấu tấm bản ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ❖ Ưu điểm
✓ Hiệu quả truyền nhiệt rất cao ✓ Cấu tạo nhỏ gọn
✓ Đáp ứng được năng suất rất lớn
✓ Dễ tháo lắp, vệ sinh bề mặt truyền nhiệt ❖ Nhược điểm
✓ Chịu được áp suất không lớn
✓ Không chịu được nhiệt độ quá cao hay quá thấp
✓ Không dùng được cho những chất nhiều cặn bẩn PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Sử dụng trong hệ thống thanh trùng, tiệt trùng
✓ Sử dụng trong các quá tình cần gia nhiệt nhanh: làm lạnh nhanh
THIẾT BỊ DẠNG DÀN ỐNG
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Lưu chất (chất tải lạnh, hơi bão hoà,… Cánh tản nhiệt Ống Không khí
6. THIẾT BỊ DẠNG DÀN ỐNG ❖ Phân loại
6. THIẾT BỊ DẠNG DÀN ỐNG
❖ Phạm vi áp dụng
✓ Được sử dụng nhiều trong các hệ thống sấy, hệ thống lạnh
VD: Làm dàn lạnh trong hệ thống lạnh
VD: Làm calorifer trong hệ thống sấy
BÀI TOÁN THIẾT KẾ
• Đã biết: Khối lượng chất cần gia
nhiệt, nhiệt độ trước và sau khi gia nhiệt. Nguồn nhiệt.
• Yêu cầu: Tính bề mặt truyền nhiệt
CÁC BƯỚC TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT CƠ BẢN
• Chọn dạng thiết bị truyền nhiệt
• Tính nhiệt lượng lưu thể
• Tính chênh lệch nhiệt độ trung bình
• Tính nhiệt độ tường
• Tính dòng nhiệt truyền qua vách truyền nhiệt
• Tính diện tích truyền nhiệt
• Tính các kích thước hình học còn lại
TÍNH NHIỆT LƯỢNG LƯU THỂ • Chất lỏng: Q = GCt • Hơi bão hòa: Q = Gr • Chất khí: Q = Gi
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
1. Hai lưu thể cùng chuyển pha
Trong đó lưu thể thứ nhất
ngưng tụ, lưu thể thứ hai bay hơi
t = hiệu nhiệt độ chuyển tb pha
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
2. Có 1 dòng lưu thể chuyển pha t   tL N t   tb t  2, 3lg L tN
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
3. Hai lưu thể không chuyển pha t   tL N t   tb t  2, 3lg L tN
CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH
Nếu trong quá trình trao đổi nhiệt mà nhiệt độ của các
lưu thể ít thay đổi dọc theo bề mặt truyền nhiệt với: tL  2 tN
Thì ta có thể tính gần đúng theo công thức sau t   t L N t   tb 2
TÍNH NHIỆT ĐỘ TƯỜNG
Cân bằng nhiệt q1 q '    . t t 1 1  1 T1  Cấp nhiệt F Dẫn nhiệt Cấp nhiệt q  2 q '   . t t 2  T1 T2 Fq3 q ' 
  . t t 3 2  T 2 2  F
• Chọn sơ bộ chênh lệch nhiệt độ môi chất và nhiệt độ tường: – Hơi bão hòa: 3-5oC – Lỏng: 10-20oC – Khí: 30-50oC
- Chọn chế độ dòng lưu thể ở chế độ chảy xoáy
– Chất khí: v = (830) m/s
– Chất lỏng: v = (0,5 3) m/s
– Thể hơi bão hòa: v = (9 11) m/s
- Tính hệ số cấp nhiệt:  = f(Nu, Re, Pr, Gr)
Cân bằng nhiệt q1 q '    . t t 1 1  1 T1  F q  2 q '   . t t 2  T1 T2 Fq3 q ' 
  . t t 3 2  T 2 2  F
 Nếu q – q = 0,05q  Tính chọn đúng 1 3 1
 Nếu q – q > 0,05q  Tính chọn sai  Chọn tính lại 1 3 1
TÍNH DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT q
 Diện tích truyền nhiệt: F q'
 Truyền nhiệt qua vách phẳng 1 K  1  1      1 2
 Diện tích truyền nhiệt qua vách phẳng q
F K. ttb
TÍNH DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT
 Hệ số truyền nhiệt qua vách trụ 1 K T 1 1 r 1 2  .2,3lg   .r  r  .r 1 1 1 2 2
 Dòng nhiệt truyền qua vách trụ q K.2 . L ttb
 Diện tích truyền nhiệt
F  2 .r .L tb
TÍNH DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT
 Hệ số truyền nhiệt qua vách cầu 4 K  1 1  1 1  1  .    2 2 .r  r r .r 1  1 2  2
 Dòng nhiệt truyền qua vách cầu
q K. ttb 2
 Diện tích truyền nhiệt F  4 .rtb
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT CƠ BẢN
 Tính các kích thước hình học còn lại
 Tính lại vận tốc các lưu thể
 Chia lối đi của lưu thể cho phù hợp với vận tốc đã tính VÍ DỤ 1 NGƢNG TỤ
Khái niệm, phân loại
Ngƣng tụ trực tiếp
Ngƣng tụ gián tiếp NGƢNG TỤ Hơi hoặc Lỏng khí Ngƣng tụ Làm Nén và nguội làm nguội 1 2 Trực tiếp Gián tiếp (ngưng tụ (ngưng tụ hỗn hợp) bề mặt) Thiết bị Thiết bị loại ướt loại khô
THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRỰC TIẾP
Nguyên tắc: phun nước lạnh vào trong hơi, hơi toả ẩn
nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Ƣu điểm: + Năng suất cao + Cấu tạo đơn giản + Dễ dàng chống ăn mòn
Nhƣợc điểm: chất lỏng đã ngưng tụ sẽ trộn lẫn với nước làm nguội
Phạm vi ứng dụng: Thiết bị ngưng tụ trực tiếp ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học
THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRỰC TIẾP Khí không ngưng 5
Thiết bị ngƣng tụ Nước Baromet 2 4 1- thân 1 Hơi
2- thiết bị thu hồi bọt 3 3- ống barộmet ng
4- tấm ngăn hình bán nguyệt gư ớc và ư H ≈ 11m ớc n N ư
5- ông dẫn khí không ngưng n
THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRỰC TIẾP Khí không ngưng 5 Ƣu điểm Nước
• nước tự chảy ra được, 2 4
không cần bơm  tốn ít 1 năng lượng Hơi • năng suất lớn. 3
Ứng dụng: Thường được ng dùng trong hệ thống cô gư ớc và đặc ư H ≈ 11m nhiều nồi ớc n N ưn
NGƢNG TỤ GIÁN TIẾP
NGƢNG TỤ GIÁN TIẾP
- Hơi nước bão hòa ngƣng tụ trên bề mặt truyền nhiệt khi nào???
- Có những hiện tƣợng ngƣng tụ nào???
Hiện tượng ngưng tụ giọt:
Hiện tượng ngưng tụ màng:
Khi nước ngưng co cụm lại
Khi nước ngưng lan ra, dính
thành những giọt lỏng trên
ướt trên bề mặt truyền nhiệt bề mặt truyền nhiệt
tạo thành màng nước ngưng
Nguyên lý dính ƣớt - không dính ƣớt Lực hút đồng phân tử Lực hút dị phân tử Vật liệu Vật liệu Vật liệu Vật liệu 1 1 1 2 Ngƣng tụ giọt Ngƣng tụ màng A B C
NGƢNG TỤ GIÁN TIẾP
- Ảnh hưởng của ngưng tụ giọt và ngưng tụ màng đến
truyền nhiệt?
- Nên đặt thiết bị ngưng tụ ống chùm như thế nào (thẳng
đứng, nằm ngang)?
KẾT LUẬN: Vậy trong thiết bị ngưng tụ thì cố gắng để màng
nước ngưng được giải phóng khỏi bề mặt truyền nhiệt càng sớm thì càng tốt BỐC HƠI
Khái niệm quá trình sôi
Quá trình sôi xảy ra khi nào
Quá trình sôi xảy ra nhƣ thế nào QUÁ TRÌNH SÔI LÀ GÌ? Các chế độ THẾ
NÀO sôi khác nhau QUÁ TRÌNH SÔI KHI Text Độ quá nhiệt NÀO
• Bay hơi: bề mặt & trong lòng
• Chênh lệch giữa T và T F sôi QUÁ TRÌNH SÔI 0,1 2oC 6oC 50oC 120oC 700oC ) A B C D E F .độ2 /m (W α hoặc )2 (W/m q’ T (oC) QUÁ TRÌNH SÔI
Vùng A – Chế độ cận sôi dòng đối lƣu tự nhiên 0,1 - 2oC A B C D E F ) .độ2 (W/m α hoặc )2 (W/m q’ T (oC) QUÁ TRÌNH SÔI
Vùng B&C – Sôi bọt bóng 2 - 6oC 6 - 50oC A B C D E F ) .độ2 /m (W α hoặc )2 (W/m q’ T (oC) QUÁ TRÌNH SÔI
Vùng D – Sôi màng hơi 50 - 120oC A B C D E F ) .độ2 (W/m α hoặc )2 (W/m q’ T (oC) QUÁ TRÌNH SÔI
Vùng E – Sôi màng hơi ổn định 120 - 700oC A B C D E F ) .độ2 (W/m α hoặc )2 (W/m q’ T (oC) QUÁ TRÌNH SÔI
Vùng F – Sôi màng hơi bức xạ > 700oC A B C D E F ) .độ2 /m (W α hoặc )2 (W/m q’ T (oC) NỘI DUNG
1. Khái niệm, phân loại, mục đích
2. Chế độ thanh trùng , tiệt trùng
3. Biến đổi nguyên liệu, sản phẩm
4. Các yếu tố ảnh hưởng
5. Thiết bị thanh trùng, tiệt trùng MỘT SỐ SẢN PHẨM
SẢN PHẨM DƯA CHUỘT BAO TỬ
NGÂM DẤM THANH TRÙNG
THANH TRÙNG – TIỆT TRÙNG LÀ GÌ?
Thanh trùng : là quá trình tiêu diệt vi sinh vật gây
hại cho thực phẩm và ức chế các quá trình sinh,
tổng hợp độc tố của chúng
Tiệt trùng : là quá trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật
(ở dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử) và ức chế
không thuận nghịch các enzyme trong thực phẩm PHÂN LOẠI THANH TRÙNG Áp Sóng Tia ion Nhiệt suất Trường Màng Hoá siêu hoá, điện từ lọc chất cao âm điện ly PHÂN LOẠI Pasteur Thanh trùng Nhiệt Công Tyndall nghiệp
MỤC ĐÍCH CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN CHẾ BIẾN
CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG
Giai đoạn 1: gia nhiệt sản phẩm
đến nhiệt độ thanh trùng/tiệt trùng.
Giai đoạn 2: giữ sản phẩm ở
nhiệt độ thanh trùng/tiệt trùng.
Giai đoạn 3: làm nguội sản phẩm
về nhiệt độ thích hợp.
CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG toC − − Nhiệt độ A B C P trong thiết bị T t Nhiệt độ sản phẩm A B C τ
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU Vật lý Hoá Sinh Hoá học BIẾN ĐỔI Sinh học Hoá lý
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU
Biến đổi • Thể tích, trọng lượng, độ giòn, độ dai… Vật lý
• Có ý nghĩa tiêu cực hoặc tích cực.
• Nước và một số chất dễ bay hơi → pha Biến đổi khí Hoá lý
• Protein hòa tan trong thực phẩm lỏng
→ bị đông tụ và chuyển sang pha rắn…
CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU
Nhiệt độ cao → phản ứng Maillard → Biến đổi
màu sẫm và gây ảnh hưởng đến màu Hoá học sắc thực phẩm.
Nhiệt độ cao → QT trao đổi chất của tế Biến đổi
bào sinh vật ngừng lại, các VSV sẽ bị Sinh học
ức chế hoặc tiêu diệt.
Nhiệt độ cao → biến tính bất thuận Biến đổi
nghịch các enzyme có mặt trong TP → Vi sinh bị vô hoạt
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG
Thành phần hoá học của thực phẩm
Giống loài, số lượng VSV ban đầu
Nồng độ đường và muối Thành phần Chất Độ axit hoá học của thực phẩm béo
Chất sát trùng thực vật (phitonxit)
Loại VSV bị nhiễm và mức độ của chúng trong thực phẩm.
VSV nhiễm thuộc nhóm ưa nhiệt → chế độ
thanh trùng phải nghiêm ngặt.
Mật độ VSV trong mẫu càng cao → tăng nhiệt độ và thời gian xử lý Tính chất vật lý của thực phẩm
Tính chất vật lý và độ
dày vật liệu làm vỏ hộp Kích thước hình học bao bì đồ hộp
Nhiệt độ đầu, cuối và nhiệt độ thanh trùng Trạng thái của hộp khi thanh trùng
Thực phẩm rắn: truyền nhiệt là do sự dẫn nhiệt
Thực phẩm có cả phần lỏng và
phần đặc: đối lưu và dẫn nhiệt.
Thực phẩm lỏng: có độ nhớt thấp và tỉ trọng
nhỏ, hệ số truyền nhiệt cao hơn thực phẩm
rắn. Hàm lượng chất khô, độ nhớt… ảnh
hưởng đến hệ số truyền nhiệt.
Truyền nhiệt vào tới SP →
phải truyền qua lớp vỏ hộp
Bao bì làm bằng VL khác nhau, có độ
dày và kích thước to nhỏ khác nhau →
truyền nhiệt qua lớp vỏ cũng khác nhau
Thời gian truyền nhiệt ấy tỷ lệ thuận với nhiệt
trở của vỏ hộp, thời gian này lớn nếu vỏ hộp
có nhiệt trở lớn và ngược lại
Tđầu càng cao → thời gian thanh trùng càng nhanh
Tcuối SP càng cao → Thời gian thanh
trùng càng dài và ngược lại
Nhiệt độ chất tải nhiệt càng cao → thời gian thanh trùng càng giảm
Kích thước hình học
Trạng thái của hộp bao bì đồ hộp khi thanh trùng - Hộp đứng yên Hộp có kích thước hoặc chuyển động càng lớn → thời gian - Thanh trùng liên truyền nhiệt càng dài tục → hệ số K cao và ngược lại hơn → Thanh trùng nhanh hơn
THIẾT BỊ THANH TRÙNG – TIỆT TRÙNG THIẾT BỊ GIÁN LIÊN ĐOẠN THANH TỤC TRÙNG ĐỨNG DẠNG ĐOẠN GIÁN HẤP NỒI
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG NỒI THANH TRÙNG TỦ ĐIỀU KHIỂN NỒI THANH TRÙNG
NỒI HẤP GIÁN ĐOẠN DẠNG NẰM NGANG
THIẾT BỊ THANH TRÙNG DẠNG TRỐNG
THIẾT BỊ THANH TRÙNG LIÊN TỤC TẤM BẢN
THIẾT BỊ THANH TRÙNG LIÊN TỤC TẤM BẢN
Quá trình thanh trùng sữa
THIẾT BỊ THANH TRÙNG LIÊN TỤC ỐNG LỒNG ỐNG 12/19/2021
Quá trình thanh trùng và tiệt trùng đồ hộp thực phẩm
Đồ thị quá trình thanh trùng/tiệt trùng đồ hộp thực phẩm
• Thanh trïng/tiệt trùng lµ mét trong nh÷ng kh©u c¬ b¶n nhÊt trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn ®å hép, gióp tiªu
diÖt toµn bé VSV nªn SP cã kh¶ n¨ng b¶o qu¶n ®ưîc l©u (tõ 1 ®Õn vµi n¨m). Víi s÷a ®ưîc tiÖt trïng
Nhiệt độ môi trường nồi thanh trùng
UHT (ë 140oC trong vµi gi©y) cã thÓ b¶o qu¶n 6 th¸ng.
• Cã nhiÒu phư¬ng ph¸p thanh trïng ®å hép: Nhiệt độ tâm SP
- Thanh trïng b»ng nhiÖt, dïng chÊt t¶i nhiÖt lµ nưíc nãng hay h¬i nưíc.
- Thanh trïng b»ng dßng ®iÖn cao tÇn
- Thanh trïng b»ng c¸ch chiÕu s¸ng
- Thanh trïng b»ng c¸ch chiÕu c¸c tia ph©n cùc.
Phư¬ng ph¸p dïng nhiÖt lµ phæ biÕn h¬n c¶ v× dÔ sö dông vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cao.
• C«ng thøc thanh trïng cã d¹ng tæng qu¸t như sau: a A - B - C p t: nhiÖt ®é thanh trïng T
A: thêi gian n©ng nhiÖt (phót)
B : thêi gian gi÷ nhiÖt (phót)
C : thêi gian lµm nguéi (phót)
a: thêi gian x¶ kh«ng khÝ trong thiÕt bÞ ra ngoµi
p : ¸p suÊt ®èi kh¸ng cÇn t¹o ra trong qu¸ tr×nh thanh trïng (at)
Bắt đầu từ 100°C trong quá trình gia nhiệt (a) - tiến hành đo giá trị F
(phút) - hiệu quả thanh trùng thực tế tại điểm tâm SP cho đến điểm
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
(b) điểm nhiệt độ bắt đầu hạ thấp dưới 100°C - ĐH Bách Khoa Hà Nội 1
Nhóm đồ hộp có độ axit cao
Nhóm đồ hộp có độ axit thấp Dưa chuột dầm dấm Fig. : Meat mix with potatoes Fig. : Canned pork shoulder
Một số rau quả dầm dấm
Fig : Bologna sausage mix, variety of same type is Luncheon meat
Vải nước đường đóng lọ Fig.: Corned bee
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm ĐH Bách Khoa Hà Nội 3 1 12/19/2021
Nhiệt độ thanh trùng: Khả năng sống sót của VSV phụ thuộc nhiều vào
Điểm đun nóng chậm nhất
độ pH của MT. Chia thực phẩm làm 2 nhóm (hoặc 3 nhóm)
- Nhóm TP không chua: pH > 4,6 (4,2-4,5) (thịt, cá, đậu,… Nhiệt
độ thanh trùng > 100oC (115-121oC).
- Nhóm TP chua: pH ≤ 4,6 (4,2-4,5)(rau quả,…) Nhiệt độ thanh
trùng < 100oC (không thấp hơn 75-80oC)
Thời gian thanh trùng: phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
- Nhiệt độ thanh trùng (tỷ lệ nghịch với thời gian thanh trùng).
- Thành phần hóa học (H+, đường, muối n/độ cao, chất kháng khuẩn làm
rút ngắn thời gian thanh trùng; protein, lipit, đường, muối n/độ thấp làm
kéo dài thời gian thanh trùng.)
- Loại và số lượng vi sinh vật.
- Với SP rắn (a) truyền nhiệt bằng truyền dẫn và điểm đun nóng chậm - Nhiệt độ ban đầu.
nhất là ½ chiều cao hộp,
- Với SP lỏng (b) truyền nhiệt bằng đối lưu và điểm đun nóng chậm
- Tính chất vật lý bao bì đồ hộp (vật liệu, kích thước, hình dạng,..)
nhất là 1/3 hộp từ đáy lên.
và SP bên trong (đặc, lỏng, độ nhớt,…)
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm ĐH Bách Khoa Hà Nội - ĐH Bách Khoa Hà Nội 5 6
Dụng cụ đo nhiệt độ tâm sản phẩm đồ hộp Sự truyền nhiệt đến tâm SP của 3 hôp (chứa hỗn hợp thịt loại Luncheon, nhiệt độ nước thanh trùng là 118°C) có ĐK như nhau nhưng chiều cao khác nhau, hộp c1 có thời gian truyền nhiệt gấp đôi hộp a1 Size of 99/36 99/63 99/113 cans h/d: 200 g 400 g 800 g 2 12/19/2021 Các hộp có cùng thể tích khác nhau về hình dạng, hộp a2, b2
Hinh: Hộp khác nhau về kích thước nhưng cùng
hình dạng (tỉ lệ giữa DK và chiều cao) có thời gian truyền nhiệt nhanh hơn hộp c2 có kích thước hình vuông với loại SP
Cách truyền nhiệt theo chiều thẳng đứng (a2); Hình: Hai hộp làm bằng rắn
Hinh: Hộp bằng thép có hình dạng khác theo chiều ngang (b2);
nhau, Bên trong phủ một lớp nhựa tổng hợp,
chất liệu khác nhau, bên trái làm bằng thép, bên
theo hướng vuông góc (c2) với SP chất rắn
Bên ngoài phủ lớp khá bền cùng đường hàn và miệng TK dễ dàng mở phải bằng nhôm có độ
dẫn nhiệt và giữ nhiệt khác nhau biểu diễn
Quá trình tiêu diệt vi sinh vật bởi nhiệt -
Độ bền nhiệt của vi sinh vật Diệt các vi sinh vật
bằng nhiệt theo thời gian Đường sống sót của Bacillus subtilis ở 1100C trong dd
Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật đệm
- F : thời gian cần thiết (tính bằng phút) để tiêu diệt vi sinh vật, tại một nhiệt độ nhất định. McIlvaine
- Z : khoảng nhiệt độ cần thiết cho đường “thời gian chết nhiệt” thực hiện một chu trình (pH=7)
logarite (Đối với mỗi loại vi sinh vật và thực phẩm khác nhau, có giá trị D và Z khác nhau) Thời gian(giây)
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm ĐH Bách Khoa Hà Nội 11 3 12/19/2021
Diệt VSV bằng nhiệt theo thời gian
Nếu thời gian giảm thập phân D = 3 phút
Diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian Giá trị D = thời gian
Làm giảm thập phân - 10 lần lượng VSV Thời gian
Diệt VSV bằng nhiệt theo thời gian
Sự kháng nhiệt của vi sinh vật trong quá trình xử lý nhiệt Nhóm vi khuẩn D (phút) z ( oC)
Sản phẩm không chua và ít chua (pH > 4,5)
- Vi khuẩn chịu nhiệt (bào tử) 2,0 - 5,0 (1) 8 - 12
- Vi khuẩn không chịu nhiệt (bào tử) 0,1 - 1,5 (1) 8 - 10
Sản phẩm chua (pH 4,0 - 4,5)
- Vi khuẩn chịu nhiệt (bào tử) 0,01 - 0,07 (1) 8 - 10
- Vi khuẩn không chịu nhiệt (bào tử) 0,1 - 0,5 (2) 7 - 10
Sản phẩm rất chua (pH < 4,0) Z- Hằng số cảm nhiệt
Vi sinh vật không chịu nhiệt (vi khuẩn 0,5 - 1,0 (3) 5 - 7
không sinh bào tử, nấm men, nấm mốc)
Z = khoảng nhiệt độ cần (Carla,1992)
Ghi chú (1): xử lý ở 121,1OC thiết để giảm 10xD (2): xử lý ở 100OC (3): xử lý ở 65OC 16 4 12/19/2021
Sự vô hoạt vi sinh vật (Tế bào sinh dưỡng) trong quá trình thanh trùng
Sự vô hoạt vi sinh vật (bào tử) trong quá trình tiệt trùng LOÀI VI SINH VẬT(Type LOÀI VI SINH VẬT(Type MÔI TRƯỜNG(Medium) z-value (oC) D121,1(min) MÔI TRƯỜNG(Medium) z-value (oC) D of microorganism) of microorganism) T (min) Bacillus Escherichia coli / 4,9 4,5 (56oC) General 7,6-10,3 1,8-4,7 stearothermophilus Pseudomonas fluoresens / 7,5 3,2 (60oC) Bacillus subtilis 5230 General 7,4-13 0,3-0,76 Streptococcus faecalis Fish 6,7 15,7 (60oC) Bacillus coagulans solution 8,2-9,0 0,2-2,5 Staphylococcus aureus Pea soup 4,6 10,4 (60oC) Bacillus cereus General 9,7 0,0065 Salmonella senftenberg Pea soup 5,7 10,6 (60oC) Lactobacillus plantarum Tomato soup 12,5 11,0 (70oC) Bacillus megaterium General 8,8 0,04 Listeria monocytogenes Carrots 6,7 0,27 (70oC) Clostridium perfringens General 10,0 / Closstridium botulinumNon- Clostridium sporogenes General 8,0-12,0 0,48-1,4 proteolytic type BNon- Buffer pH 7,0Water 9,79,4 32,3 (82oC)3,3 (80oC) Clostridium botulinum General 9,9 0,21 proteolytic type E Bacillus cereus Buffer pH 7,0 10,5 8,0 (100oC) (Carla.1992) Bacillus subtilis Buffer pH 6,8 9,8 0,57 (121oC) 17 18 (Carla.1992)
Giá trị Z đối với sự vô hoạt enzyme và các nhân tố chất lượng của một số thực phẩm
Sự kháng nhiệt của các enzyme trong quá trình xử lý nhiệt ENZYME GÍA TRỊ Z ( o C) Lipoxygenase (peas) 8,7 D (phút) z (oC) Enzyme Lipoxygenase (soybean) 6,9 Peroxydase 232 (1) 28 Polyphenoloxidase (mushroom) 6,5 Polygalacturonase 20 (1) 6,8 Polyphenoloxidase (plum) 17,6 O-diphenoloxydase 0,82 (1) 5,5 Chlorophyllase (spinach) 12,2 Lipoxygenase 0,09 (1) 8,5 Peroxidase (potato) 35,0 Catalase 0,02 (1) 8,3 NHÂN TỐ CHẤT L ƯỢNG Lipase 25 (2) 26 Thiamine (milk) 29,4 – 31,4 Protease 300 (2) 28 Thiamine (meat, vegetables) 25,0 – 31,3 (Carla.1992) Chất lượng chung (peas) 28,3
Ghi chú (1): xử lý ở 80OC
Chất lượng chung (green beans) 28,8 (2): xử lý ở 120OC Chất lượng chung (bắp) 31,6 19 (Carla.1992) 20 5 12/19/2021
Độ bền nhiệt của vi sinh vật
Gía trị Z của các nhân tố thực phẩm (tổng quát) Vi sinh vật Nhiệt độ D (phút) Z (oC) NHÂN TỐ GÍA TRỊ Z ( o C) (oC) Bào tử vi khuẩn 7 –12 -Sinh dưỡng
Entérobactériaceae, Staphylococcus aureus 60 0,1 - 4 4 - 20 Tế bào sinh dưỡng 4 – 8
Lactobacil us, Streptococcus, Micrococcus 70 0,1 - 11 3 - 20 Vitamins 25 – 30 -Bào tử ưa lạnh
Clostridium botulinum type B, E 80 0,3 - 40 7 - 11 Proteins 15 – 37 -Bào tử ưa ấm Enzymes 5 – 50
B. lichniformis, B. cereus, B. subtilis, 100 3 - 14 6 - 10 C. perfringens
Chất lượng cảm quan chung 25 – 45 C. botulinum type A, B 121 0,1 - 0,2 8 - 10 Cấu trúc 17 – 47 C. sporogenes 121 0,1 - 1,5 8 - 13 -Bào tử ưa nóng Màu sắc 17 - 57
C. nigrificans, C. thermosaccharolyticum, B. 121 2 - 6 9 - 12 stearothermophilus 21
Kiểm tra quá trình xử lý nhiệt Cặp đôi Tps + T° • Thanh trùng Pasteur F=Dref(logNo - logN)
Vd: đối với Enterococcus faecalis ở 70°C D = 2,95 phút D70oC = 2,95 phút
ở 70°C 12D = 12 x 2,95 phút = 35,4 phút
Nếu sản phẩm = 3kg, nhiễm tạp ban đầu = 107 mầm/gr,
nguy cơ nhiễm còn 10-5 (1 mầm/100000 sản phẩm) ta • Tiệt trùng có:
Vd: đối với C. botulinum loại A và B F ở 121°C D = 0,21 phút
70 = 2,95(log3000x107 - log10-5 ) = 45,65 (phút)
ở 121°C 12D = 12 x 0,21 = 2,52 phút 6 12/19/2021
Tính hiệu quả thanh trùng cho sản phẩm Giá trị Pasteur VP hay F
Công thức thanh trùng được lập theo công thức cải tiến của Flaumenbaum, 1982 (Bigelow, 1920). Tuần tự tiến 70 hành như sau:
= thời gian (phút) duy trì nhiệt độ dẫn (70oC) cần thiết để
nhận được cùng một tỷ lệ tiêu diệt quần thể Entercoccus
• Ta tính Kf – hệ số thanh trùng quy đổi cho cả 2 giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội theo công thức:
faecalis so với nhiệt độ T khác trong khoảng thời gian t 𝐾 = (K
Z) – giá trị gây chết VSV tại nhiệt độ t) ( )/ f chính là Fo hay (lt
Entercoccus faecalis : D= 2,95 phút , z=100C Trong đó:
te - nhiệt độ chuẩn; te = 800C cho sản phẩm chua nhiều ( pH ≤ 4,6); te = 1210C cho sản phẩm chua ít ( Giá trị tiệt trùng pH > 4,6); • F
Z= hằng số cảm nhiệt của vi khuẩn chuẩn. o
= Thời gian ( phút) duy trì nhiệt độ dẫn (121oC) cần thiết để nhận được
Với nhóm đồ hộp có độ axit cao z = 8,8 ( pH 3.8- 4.0); Với nhóm đồ hộp có độ axit thấp z = 10/12
cùng một tỷ lệ tiêu diệt quần thể Clostridium botilinum so với nhiệt (pH >4,6)
độ T khác trong khoảng thời gian t
• Tính hiệu quả thanh trùng thực tế 𝐹 theo công thức:
Clostridium botulinum kiểu A và B: 𝐹 = 𝐾 . ∆𝑡 D= 0,31 phút , z= 10oC Trong đó:
121,1°C = 250°F (nhiệt độ thông thường của nồi cao áp)
∑K là tổng hệ số thanh trùng quy đổi của cả giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội.
∆t là khoảng thời gian đọc nhiệt độ
Giá trị gây chết Fo (Kf) khi tiệt trùng trên 100oC với Z=10
• Đối với C. botulinum và C. sporogenesa: z = 10°C
• Đối với C. botulinum A và B: D = 0,21 phút 12D = 12 x 0,21 = 2,52 phút F0 >= 3
• Đối với sản phẩm nhiệt đới: F0 = 12 - 15 , bảo quản 1 năm ở 40°C
• Đối với sản phẩm thường: F0 = 4,0 - 5,5, bảo quản 4 năm ở 25°C 7 12/19/2021 Biến dạng bao bì
Phải kiểm tra chặt chẽ nhiệt độ và thời gian gia nhiệt Không Tiêu chuẩn NF V 08-408
Thay đổi mùi – hình dáng Có Có Không Nghi ngờ Đo pH > 0,5 0,3< pH<0,5 < 0,3 Kiêm tra vi sinh Vượt mức cho phép Cho phép Không đạt tiêu chuẩn Đạt tiêu chuẩn Quá trình ghép mí hộp Quá trình viền mép hộp vào thân hộp sắt tây
Fig. 378: Can seaming using semi-manual can seaming machine Steps of operation B1: Trước khi viền mí First operation (pre-seaming): B2: Đang viền S1 - First operation W - Width of the seam BH - Body hook OL - Overlap Second operation (seaming): S2 - Second Operation LH - Lid hook RS - Rubber seal B3: Bắt đầu S1 – Hàn sơ bộ W - Độ sâu mép hàn
BH - Ngoạm trong; OL - phần chồng lên nhau S2 - Second Operation LH - Ngoạm ngoài; RS - mép joang cao su
Start of operation (above left)
Start of operation (above right) End of operation (below left) End of operation (below right) 8 12/19/2021 Van nước Hơi nước
Hình: Hệ thống thanh trùng nằm ngang (Large horizontal autoclave)
Hình: Hệ thống thanh trùng nằm ngang
Với hai thùng có ưu điểm là nước được
đun nóng trước khi thanh trùng và được
Thiết bị thanh trùng cao áp gián đoạn kiểu đứng
hồi lưu tái sử dụng, tiết kiệm NL và thời gian 1: thùng chứa nước trên
A: hơi; B: Nước; C: Nước chảy tràn; D: Ống thu hồi; E: không
2: Giỏ chứa đồ hộp (có thể CĐ quay) khí; F: van an toàn
3: thùng chứa nước dưới
Đồ thị quá trình thanh trùng/tiệt trùng đồ hộp thực phẩm
Làm nguội bằng nước lạnh Áp lực
Áp lực trong nồi bị giảm Áp lực trong hộp nồi TT đột ngột được duy trì đến
Nhiệt độ môi trường nồi thanh trùng giai đoạn sau khi bắt đầu làm nguội Nhiệt độ tâm SP
Việc tạo áp suất đối kháng
Áp lực trong nồi TT (màu xanh) và trong
Bắt đầu từ 100°C trong quá trình gia nhiệt (a) - tiến hành đo giá trị F trên hộp (mũi tên) phía
đồ hộp (màu đỏ) trong suốt quá trình gia
(phút) - hiệu quả thanh trùng thực tế tại điểm tâm SP cho đến điểm
trong nồi TT bằng khí nén nhiệt và làm nguội
(b) điểm nhiệt độ bắt đầu hạ thấp dưới 100°C 9 12/19/2021
Tính toán hiệu quả thanh trùng cần thiết để Z V C . .100
xây dựng công thức thanh trùng F  D .lg c t S
Xác định công thức thanh trùng cho sản phẩm thịt cá xay đóng
hộp sắt tây 185g ở nhiệt độ 121oC, pH là 5,8. F z
t : hiệu quả thanh trùng cần thiết là thời gian cần thiết (phút) mà đồ hộp chịu tác dụng nhiệt
ở nhiệt độ tiêu chuẩn nhằm làm giảm số lượng của nha bào hay tế bào sinh dưỡng của vi
sinh vật xuống mức thấp nhất, không gây hại cho người sử dụng (1 nha bào/10000 đồ hộp).
Z: đại lượng bền nhiệt biểu thị sự thay đổi nhiệt độ để làm giảm 10 lần thời gian cần thiết D. V: thể tích hộp (cm3)
C: Số lượng vi sinh vật trong 1cm3 khi chưa thanh trùng
S: phần trăm hộp bị hư hỏng do vi sinh vật (%) - 0,01%
Dt: Thời gian cần thiết để giảm lượng vi sinh vật đi 10 lần khi xử lý ở nhiệt độ T.
Chú ý: đồ hộp có độ a xit thấp nhiệt độ tiêu chuẩn là 121oC; còn đối với đồ hộp có độ axit cao nhiệt
độ tiêu chuẩn là 93,3oC (80oC).
VSV điển hình có trong các loại đồ hộp có độ axit thấp là: Bac. stearothermophilus Z=12; Cl.
sporogenes Z= 12; Cl.botulinum Z = 7,8oC; Đại lượng bền nhiệt chung cho các loại VSV trong đồ
hộp có độ axit cao là Z = 8,8oC. F z Z tt = ∆t.Σlt F Z
tt là tổng hiệu quả thanh trùng ở những nhiệt độ khác nhau trong thời gian thanh trùng thực tế.
∆t là khoảng thời gian đọc nhiệt độ ghi tại điểm tăng nhiệt chậm nhất.
Để đảm bảo hiệu quả thanh trùng, ta phải đảm bảo F Z Z tt > Fc
Bảng I: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả tiệt trùng lz -K T
f ở nhiệt độ khác nhau trong
quá trình tiệt trùng sản phẩm cá viên ở 1210C.
Bài tập: Xác định chế độ tiệt trùng cho sản phẩm cá viên sốt cà chua đóng hộp 185g Thời gian
Nhiệt độ môi trường (0C )
Nhiệt độ tâm sản phẩm (0C ) lzT /Kf
Mẫu cá viên được chuẩn bị theo công thức phối trộn trên có pH = 5,8 và được hấp bằng ( phút) 0 41
hơi nước nóng 100oC/7 phút, sau đó được phối trộn với dịch sốt cà chua đã chuẩn bị với tỷ 2 41
lệ cái/nước là 50/50 vào hộp sắt tây 185g. Tiến hành tiệt trùng ở nhiệt độ 1150C. Đo nhiệt 4 41 6
độ môi trường và nhiệt độ tâm sản phẩm và tra bảng tìm lz 41
T (theo phụ lục bảng 1, 2) 8 42
Chọn nhiệt độ tiệt trùng là 121oC và đại lượng Z=12 ứng với loài vi sinh vật ưa nhiệt 10 43
điển hình ở khí hậu nhiệt đới Bac. sterothermophillus 12 45 14 46
Bảng I: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả tiệt trùng lz 16 100 48 T ở nhiệt độ 18 102 52
khác nhau trong quá trình tiệt trùng sản phẩm cá viên sốt cà chua ở 1210C. 20 107 53 22 111 67 24 115 74 26 117 86
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội 39
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội 40 28 119 93 10 12/19/2021 Thời gian
Nhiệt độ môi trường (0C )
Nhiệt độ tâm sản phẩm (0C ) lZT/Kf ( phút) 32 121 101 0.0213
Từ bảng I, hãy tính toán hiệu quả tiệt trùng thực tế tính để so sánh với 34 121 107 0.066 36 121 110 0.1145
hiệu quả thanh trùng lý thuyết Fz 38 121 111 0.1175 c =16,2 (tra bảng 2) 40 121 113 0.2138 F z = t. ∑ lZ 42 121 115 0.3162 tt
T = 2. 12,7233 = 25,4466 >16,2 (tra phụ lục) 44 121 118 0.5623
Từ số liệu thực nhiệm ta thấy hiệu quả tiệt trùng thực tế lớn hơn hiệu 46 121 121 0.9795 …….. ……. ………..
quả tiệt trùng lý thuyết do đó cần giảm thời gian tiệt trùng là (25,45- ……. …….. ……. ……….. 60 121 121 0.9795 16,2)/0,9795 = 9 phút 62 119 120 0.8128 64 117 119 0.6716
Theo bảng kết quả, thời gian nâng nhiệt là 30 phút, thời gian giữ nhiệt 66 115 118 0.5623 68 113 117 0.4571
là 21 phút, thời gian hạ nhiệt là 28 phút. 70 111 115 0.3162 72 109 113 0.2138 74 106 111 0.1175
Chế độ tiệt trùng là: 76 104 109 0.097 78 101 107 0.066 80 106 0.0549
8 P2han Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm 10 4- ĐH Bách Khoa Hà Nội 0.038 41
Phan Thanh Tâm - Viện CN Sinh học - CN Thực phẩm - ĐH Bách Khoa Hà Nội 42 84 102 0.0257
Bảng 1: Hiệu quả thanh trùng thực tế lZT
ứng với Bac. sterarothermophilus (Z = 12)
Bảng 2: Hiệu quả thanh trùng cần thiết F12121 của các loại đồ hộp
phụ thuộc vào pH và thể tích hộp T0C lZT T0C lZT T0C lZT 98 0.0123 107 0.0660 116 0.3802 Thể tích hộp F12121 ở pH 99 0.0144 108 0.0812 117 0.4571 (cm3) 5.0 ÷ 5.6 5.7 ÷ 6.0 6.1 ÷ 6.4 > 6.4 100 0.0173 109 0.0970 118 0.5623 < 200 12.0 16.2 20.4 24.6 101 0.0213 110 0.1175 119 0.6761 200 ÷ 400 12.0 17.0 21.4 25.8 102 0.0257 111 0.1445 120 0.8128 400 ÷ 600 13.0 17.5 22.1 27.0 103 0.0316 112 0.1778 121 0.9795 600 ÷ 800 13.2 17.8 22.4 27.0 104 0.0380 113 0.2138 122 1.1890 800 ÷ 1000 13.4 18.1 22.8 27.5 105 0.0457 114 0.2570 123 1.440 1000 ÷ 3000 14.4 19.4 24.5 29.5 106 0.0549 115 0.3162 3000 ÷ 5000 14.8 20.0 25.2 30.3
Từ thời gian tiêu diệt VSV ở các nhiệt độ khác nhau F z Z 5000 ÷ 10000 15.4 20.8 26.2 31.6 tt = t.Σlt
(thực nghiệm) chuyển về thời gian tiêu diệt ở nhiệt F ttZ = ƒKfdt độ chuẩn l Z t = 1/10(121-T)/Z = Kf 11 12/19/2021
Tính hiệu quả thanh trùng cho sản phẩm có độ a xit cao – Dưa chuột dầm dấm
Công thức thanh trùng được lập theo công thức cải tiến của Flaumenbaum (Bigelow). Tuần tự tiến hành như sau: • Ta tính K Z
f -(lt ) hệ số thanh trùng quy đổi cho cả 2 giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội theo công thức 𝐾 = ( )/ Trong đó:
te - nhiệt độ chuẩn; te = 800C D80 = 2,95 với loại vi sinh vật điển hình lựa chọn là Enterococcus
faecalis cho sản phẩm chua nhiều ( pH < 4,5)
Z= hằng số cảm nhiệt của vi khuẩn chuẩn.
Với nhóm đồ hộp có độ axit cao z = 8,8 ( pH 3.8- 4.0)
• Tính hiệu quả thanh trùng thực tế F theo công thức: 𝐹 = 𝐾 . ∆𝑡
Hình 2: Động học quá trình tiệt trùng sản phẩm cá viên ở 1210C Trong đó:
∑K là tổng hệ số thanh trùng quy đổi của cả giai đoạn nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội.
Xác định chế độ thanh trùng dưa chuột dầm dấm lọ 500g
Bảng II: Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tâm sản phẩm và hiệu quả tiệt trùng K
• Tính hiệu quả thanh trùng cần thiết : 𝐹
f ở nhiệt độ khác nhau trong
quá trình thanh trùng sản phẩm dưa chuột dầm giấm ở 85oC 𝐶 𝐹 = 𝐷 . 𝑉 . 100 . 𝑙𝑔 Thời gian
Nhiệt độ môi trường (0C )
Nhiệt độ tâm sản phẩm (0C ) K 𝑆 f ( phút) 0 29 45,8 1,3.10-4 D 3 49 49,6 3,5.10-4
e = D80 – D chuẩn = 2,95 với loại vi sinh vật điển hình lựa chọn là
Enterococcus faecalis (với nhóm đồ hộp có độ axit cao 3.8- 4.0) 6 53 52 6,6. 10-4 C 9 60 56,7 2,3.10-3
0 = 107 - Mật độ vi sinh trong một đơn vị khối lượng hay thể tích ( tb/g) V 12 73 61,9 8,8.10-3
0 - khối lượng sản phẩm trong hộp 15 83 70,8 0,09
S0 = 0,001% - tỷ lệ hư hỏng cho phép. 18 85 75,7 0,32
• 𝐹 > 𝐹 Đạt hiệu quả thanh trùng 21 85 79,1 0,79 24 85 81,1 1,33 27 85 82,4 1,87 12 12/19/2021 30 85 83,4 2,43 33 85 84 2,85 36 85 85 3,7 39 75 84 2,85 42 60 69,8 0,07 45 41 76 5,3.10-3 48 35 53,2 9.10-4 51 30 48,9 2,9.10-4 𝐹 =
𝐾 . ∆𝑡 = 16,3 . 3 = 48,9 𝐶 10 . 500. 100 𝐹 = 𝐷 . 𝑉 . 100 . 𝑙𝑔 = 2,95. 𝑙𝑔 = 40,13 𝑆 0,001 𝟏𝟖 𝟏𝟖 𝟏𝟓
Thấy 𝐹 > 𝐹 nên đạt hiệu quả thanh trùng nên Công thức thanh trùng: 𝟖𝟓 13 1 NỘI DUNG
1. Khái niệm và Cơ sở khoa học
2. Các yếu tố ảnh hƣởng
3. Mục đích quá trình chần
4. Ảnh hƣởng đến chất lƣợng SP
5. Thiết bị chần – hấp KHÁI NIỆM a) c) b) d) CƠ SỞ KHOA HỌC
 Xử lí nguyên liệu ở nhiệt độ cao bằng hơi nước
hoặc nước nóng trong khoảng thời gian nhất định.
 Mục đích quan trọng: ức chế các ezyme trong
nguyên liệu chế biến (enzyme bền nhất là peroxidase)
 Gồm 3 giai đoạn: gia nhiệt  giữ nhiệt  làm nguội
nhanh hoặc chuyển nhanh nguyên liệu qua công
đoạn chế biến tiếp theo. Nhiệt độ Phƣơng thức Thời gian gia nhiệt CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHẦN – HẤP Kích thƣớc, Bản chất hình dáng NL nguyên liệu MỤC ĐÍCH
- Làm thay đổi trọng lượng và thể tích của nguyên liệu
- Giảm tỷ lệ tổn thất nguyên liệu và nâng cao hiệu suất chế biến
- Đình chỉ các quá trình sinh hoá xảy ra trong
nguyên liệu, giữ màu sắc của nguyên liệu
không hoặc ít bị biến đổi
- Đuổi khí có trong gian bào của nguyên liệu MỤC ĐÍCH
- Làm cho rau quả có màu sáng hơn do phá huỷ một số chất màu
- Làm giảm lượng vi sinh vật bám trên bề mặt của nguyên liệu
- Mục đích chế biến: dưới tác dụng của nhiệt độ
cao, nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về cấu
trúc, tính chất hoá học, lý học,… làm cho chất
lượng của nguyên liệu biến đổi hẳn
ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM
Ảnh hƣởng về dinh dƣỡng
Ảnh hƣởng về màu sắc
Ảnh hƣởng về mùi vị VỀ DINH DƢỠNG
Chất dinh dưỡng, Chất khoáng, Vitamin Hòa tan Biến đổi VỀ DINH DƢỠNG
Lƣợng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào:
• Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay không khí nóng)
• Nhiệt độ, thời gian chần, hấp VỀ DINH DƢỠNG
Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C)
theo điều kiện chần, hấp khác nhau, % Trƣớc Tỉ lệ tổn Điều kiện xử lý khi Sau khi xử lý xử lý thất
Nước ở nhiệt độ 90oC 10,9 6,9 36,7
Nước ở nhiệt độ 100oC 11,2 6,7 40,0
Hơi nước ở nhiệt độ 100oC 12,8 10,8 15,6
Hơi nước ở nhiệt độ 110oC 17,9 9,0 49,7 VỀ DINH DƢỠNG
Lƣợng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào:
• Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay không khí nóng)
• Nhiệt độ, thời gian chần, hấp
• Nồng độ chất tan có trong nước chần
• Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và nước chần VỀ MÀU SẮC
Màu chlorophyl (màu xanh) Nhiệt axit Chlorophyl A Pheophytin A
(màu vàng xanh – màu olive) Nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt axit Chlorophyl B Pheophytin B
(màu vàng xanh – màu olive) VỀ MÀU SẮC Màu anthocyan Nhiệt Leoanthocyan Anthocyan Oxy hóa Mất màu  Màu caroten
• Tương đối bền nhiệt  ít bị biến đổi
• Quá trình tồn trữ, bảo quản thì hàm lượng ổn định hơn VỀ MÙI VỊ
Các hợp chất este dễ bay hơi
Chất mùi trong nguyên liệu Chần, hấp Sẽ bị giảm
CÁC LOẠI THIẾT BỊ CHẦN – HẤP
Thiết bị chần – hấp trục xoắn
Thiết bị chần băng tải
Thiết bị chần kiểu thùng quay
THIẾT BỊ CHẦN – HẤP TRỤC XOẮN
THIẾT BỊ CHẦN BĂNG TẢI
THIẾT BỊ CHẦN KIỂU THÙNG QUAY
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Theo chiều chuyển động của môi chất
Theo công dụng của thiết bị PHÂN
Theo sự hoạt động của môi chất LOẠI
Theo nguyên lý làm việc của thiết bị
Theo phương thức truyền nhiệt
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Cùng chiều Bấm để thêm nội dung Chiều chuyển Cắt nhau động môi chất Hỗn hợp Ngược chiều
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Bình ngưng Bình bốc hơi Theo Bấm để thêm nội dung Bấm để thêm nội dung công Thiết bị cô đặc dụng Thiết bị tinh cất
Thiết bị gia nhiệt, làm mát,…
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Hoạt động của môi chất Liên tục Chu kỳ
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TBTĐN vách ngăn, hoạt động liên tục
TBTĐN vách ngăn hđ theo chu kỳ Theo
TBTĐN kiểu hồi nhiệt nguyên
TBTĐN kiểu ống nhiệt lý
TBTĐN kiểu tiếp xúc TBTĐN hỗn hợp
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Theo phương thức truyền nhiệt Trực Gián tiếp Loại Đệm tiếp
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP Thiết bị TĐN gián tiếp Nồi Ống Ống Ống Bản hai lồng Dàn xoắn mỏng ống vỏ ống chùm
THIẾT BỊ ỐNG XOẮN RUỘT GÀ
Cấu tạo của thiết bị Nguyên lý làm việc Ưu, nhược điểm Phạm vi ứng dụng
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
MỘT SỐ DẠNG ỐNG XOẮN ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ❖ Ưu điểm
✓ Đơn giản, dễ chế tạo, dễ kiểm tra, sửa chữa
✓ Dễ dàng điều chỉnh bề mặt truyền nhiệt
✓ Vòng xoắn có tính đàn hồi nên khắc phục tốt sự cố
giãn nở khác nhau vì nhiệt giữa vỏ và ống xoắn
✓ Làm việc với áp suất khá lớn ❖ Nhược điểm
✓ Khó làm sạch bề mặt bên trong ống
✓ Năng suất truyền nhiệt không lớn
✓ Cản trở dòng đi trong và ngoài ống ruột gà PHẠM VI ỨNG DỤNG
✓ Dùng làm thiết bị hoàn nhiệt giữa hơi
phreon và phreon lỏng trong lạnh phreon
✓ Được sử dụng trong các nồi hồ hóa, đường
hóa hay trong thiết bị lên men nhà máy rượu cồn
✓ Được sử dụng trong các thiết bị gia nhiệt, làm mát,…
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TỦ ĐIỀU KHIỂN Bình gia nhiệt
HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Tủ điện ĐK Bình trao đổi nhiệt Bấm để thêm nội dung Thùng chứa nước nóng ra 18
Sơ đồ bố trí các cặp van Các van V1 ->V4
Sơ đồ nguyên lý hệ thống
1 – Bình trao đổi nhiệt 2 - Ống xoắn ruột gà 3 – Thanh Nhiệt 4 – Bình gia nhiệt 5 – Động cơ khuấy 6 - Ống chảy tràn 7 – Van 8 – Bơm
9 – Thùng chứa nước nóng ra 10 – Cốc đong
11 – Thùng chứa nước lạnh ra
Chú ý khi tính hiệu số nhiệt độ trung bình
Chú ý khi tính hiệu số nhiệt độ trung bình NỘI DUNG
1. Khái niệm và Cơ sở khoa học
2. Mục đích quá trình nƣớng
3. Những biến đổi nguyên liệu, SP
4. Các yếu tố ảnh hƣởng
5. Thiết bị nƣớng
KHÁI NIỆM, CƠ SỞ KHOA HỌC
KHÁI NIỆM, CƠ SỞ KHOA HỌC
 Là quá trình chế biến thực phẩm sử dụng
nhiệt kéo dài, kết hợp của các quá trình đối lƣu
nhiệt, dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
 Xảy ra những biến đổi hoá học, lý học, hoá lý
 sản phẩm đạt chất lƣợng yêu cầu
 Trong quá trình nƣớng sẽ xảy ra đồng thời sự
truyền nhiệt và sự truyền khối. MỤC ĐÍCH Chuẩn bị QT Nƣớng Bảo Chế quản biến
NHỮNG BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM Vật lý Cảm Hoá quan Lý Những biến đổi Vi Hoá sinh học Sinh học
BIẾN ĐỔI VẬT LÝ Thể tích & Khối lƣợng riêng VẬT LÝ Khối Nhiệt độ lƣợng
BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ toC Nhiệt độ lò nƣớng Tnƣớng T sôi Tđầu 0 GĐ1 GĐ2 GĐ3 τ
BIẾN ĐỔI VẬT LÝ Thể tích & Khối lƣợng riêng VẬT LÝ Khối Nhiệt độ lƣợng
BIẾN ĐỔI HOÁ HỌC Phân huỷ protein HOÁ Maillard Caramen HỌC Oxi hoá chất béo BIẾN ĐỔI HOÁ LÝ Sự biến đổi ẩm HOÁ LÝ Biến đổi Biến đổi trạng thái hệ keo
BIẾN ĐỔI SINH HỌC
• Nguyên nhân: sự tăng nhiệt độ khi nƣớng Có sẵn • Enzym trong NL Thêm vào
• Tốc độ tăng nhiệt trong khối vật liệu sẽ ảnh
hƣởng đến hoạt động của các loại enzyme BIẾN ĐỔI VI SINH Vi sinh vật • Trong sản phẩm Chủng nấm men
• Khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên đến 60OC 
protit bắt đầu đông tụ  VSV bị tiêu diệt dần
cho đến khi tiêu diệt gần nhƣ hoàn toàn
• Sau khi nƣớng  mật độ VSV giảm  sản
phẩm bảo quản đƣợc lâu hơn.
BIẾN ĐỔI CẢM QUAN
• Màu sắc: màu vàng đặc trƣng do phản ứng caramen và melanoidin
• Mùi: sản phẩm trƣớc khi nƣớng có mùi vị
không hấp dẫn nhƣ: mùi tanh của cá thịt.
Nhƣng sau khi nƣớng có mùi thơm rất đặc trƣng cho sản phẩm.
• Cấu trúc: tạo cấu trúc cho sản phẩm (cấu trúc xốp cho bánh mỳ...)
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NƢỚNG Nhiệt độ CÁC YẾU Độ ẩm TỐ ẢNH Thời gian không khí HƢỞNG Bản chất nguyên liệu
CÁC LOẠI THIẾT BỊ NƢỚNG PHÂN LOẠI PHƢƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CẤP NHIỆT HOẠT ĐỘNG Gián Trực Gián Liên tục tiếp tiếp đoạn
LÒ NƢỚNG ĐƢỜNG HẦM Giai Giai đoạn 1 Giai đoạn 3 đoạn 2 (t < 150⁰C) (170⁰C) (190-205⁰C)
DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT BÁNH QUY Máy tạo Băng tải Lò Ống thoát Băng tải hình cấp bánh nƣớng hơi ẩm quay tròn Băng tải làm Quạt gió làm Máng làm nguội bánh nguội bánh nguội Máy trộn bột nhão
THIẾT BỊ NƢỚNG THỊT BẰNG THAN Xiên Nguyên liệu thịt nƣớng Quạt Động cơ, hộp Xích Thùng Đĩa Đĩa giảm tốc truyền nƣớng xích xích động của trung xiên gian thịt
THIẾT BỊ NƢỚNG THỊT BẰNG GAS Bánh Bánh Trục răng nhỏ răng lớn Bánh NL răng Động cơ, hộp giảm tốc Ống Lồng dẫn Máng quay gas hứng mỡ
LÒ NƢỚNG DÂN DỤNG