Bài giảng Công nghệ lạnh thực phẩm: Chương 1 - Những khái niệm cơ bản và các phương pháp làm lạnh nhân tạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Công nghệ lạnh thực phẩm: Chương 1 - Những khái niệm cơ bản và các phương pháp làm lạnh nhân tạo" trình bày các nội dung chính sau: Các khái niệm cơ bản của hệ nhiệt động; Các định luật nhiệt động cơ bản; Các phương pháp làm lạnh nhân tạo cơ bản;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ lạnh thực phẩm: Chương 1 - Những khái niệm cơ bản và các phương pháp làm lạnh nhân tạo

CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO -Hệ nhiệt động: Là tập hợp một hay nhiều vật thể được tách riêng ra để nghiên cứu về những quy luật chuyển hóa năng lượng. -Trạng thái của hệ nhiệt động: là tập hợp những đại lượng vật lý có giá trị xác định đặc trưng cho đặc tính của một hệ nhiệt động tại một thời điểm nào đó. Những đại lượng vật lý đó gọi là thông số trạng thái của hệ nhiệt động. - Trạng thái cân bằng: là trạng thái mà các thông số trạng thái có giá trị đồng đều trong toàn hệ và không đổi theo thời gian nếu không có tác động từ môi trường bên ngoài và bằng thông số của môi trường xung quanh. 19
-Thông số trạng thái cơ bản của hệ nhiệt động: + Thông số cơ bản: là các thông số có thể đo được trực tiếp gồm có nhiệt độ (T, K), áp suất (p, Pa), thể tích riêng phần v (m3/kg). + Hàm trạng thái cơ bản: là các thông số tổng hợp, được tính toán gián tiếp thông qua các thông số cơ bản của hệ nhiệt động. Hàm trạng thái bao gồm: Nội năng: là toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của hệ (nội nhiệt năng, nội hóa năng, lực phân tử, nguyên tử…) ký hiệu U (J). Entanpi: là một dạng thế năng nhiệt động, đặc trưng cho khả năng sinh công hữu ích hoặc trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài. Ký hiệu là I hoặc h (J). I =U+P.V Entropi: Là hàm trạng thái đặc trưng cho mức độ không thuận nghịch của một hệ nhiệt động. Ký hiệu S (J/oK). ds=∂q/T 20
Quá trình nhiệt động: là một chuỗi nối tiếp các trạng thái của hệ nhiệt động do có sự trao đổi nhiệt và công với môi trường bên ngoài. Chu trình nhiệt động:là một quá trình nhiệt động khép kín, trong đó hệ nhiệt động sau khi biến đổi qua các quá trình nhiệt động sẽ quay lại trạng thái ban đầu. Môi chất: Để thực hiện quá trình chuyển hóa giữa nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác trong chu trình nhiệt động, cần thiết phải thông qua chất trung gian gọi là môi chất. 21
Các định luật nhiệt động cơ bản Định luật nhiệt động một: là hệ quả của định luật bảo toàn năng lượng. Trong một hệ nhiệt động lượng nhiệt sinh ra (hoặc mất đi) khi trao đổi với môi trường xung quanh trong quá trình biến đổi từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) bằng sự thay đổi năng lượng cộng với sự thay đổi công của toàn hệ. Q1-2=∆E1-2+L1-2 Hệ quả: q1-2= (i2-i1) -∫v.dp=(i2-i1)+l1-2 trong quá trình đoạn nhiệt (q1-2=0): i2-i1=l1-2 trong quá trình đẳng áp (p=const): q1-2=i2-i1 Định luật nhiệt động hai: Xác định chiều biến đổi tự nhiên của hệ nhiệt động. Trong tự nhiên, nhiệt chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. 22
Phương trình trạng thái của khí lý tưởng (Mendeleev-Clapeyron): biểu diễn mối liên hệ giữa các thông số cơ bản của hệ nhiệt động 𝑚 𝑃. 𝑉 = 𝑅. 𝑇 𝜇 Chu trình máy lạnh và biểu diễn: để tính toán, thiết kế, phân tích các hoạt động của máy lạnh, người ta thường biểu diễn hoạt động của máy lạnh dưới dạng chu trình nhiệt động của môi chất lạnh được dùng trong máy lạnh (đồ thị logP-i (h) hoặc đồ thị T-S) 23
24
25
Các phương pháp làm lạnh nhân tạo cơ bản Nguyên lý chung: để làm lạnh cần thiết phải tạo ra nguồn có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường. Nguồn này sẽ nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh sau đó lượng nhiệt này sẽ được các hệ thống máy móc thiết bị chuyển tải đi và thải ra môi trường. 1. Môi chất lạnh (môi trường làm lạnh) 2. Bộ phận thải nhiệt (Bộ phận ngưng tụ) 3. Môi trường cần làm lạnh (sản phẩm) 4. Bộ phận sinh công (Máy nén) Nguyên lý làm lạnh nhân tạo 26
Các phương pháp làm lạnh • Phương pháp hòa trộn lạnh • Phương pháp bay hơi chất lỏng • Phương pháp khử từ đoạn nhiệt • Bay hơi khuyếch tán • Phương pháp dãn nở khí có sinh công • Phương pháp tiết lưu không sinh ngoại công • Giãn nở khí trong ống xoáy • Hiệu ứng nhiệt điện 27
Phương pháp hòa trộn lạnh: Hòa trộn muối và nước hoặc nước đá theo những tỉ lệ nhất định. Phương pháp này hiện chỉ dùng trong sơ chế hải sản, sử dụng muối ăn, vì các loại muối khác giá thành cao và có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Phương pháp bay hơi chất lỏng: thông thường sử dụng nito lỏng, CO2 lỏng, các môi chất lạnh khác. Phương pháp này có giá thành cao. Dùng trong bảo quản các loại thực phẩm chất lượng cao. Phương pháp khử từ đoạn nhiệt: Sử dụng các loại muối nhiễm từ. Phương pháp này hiện nay chủ yếu dùng trong các phòng thí nghiệm để tạo ra nhiệt độ gần nhiệt độ không tuyệt đối. 28
Bay hơi khuyếch tán: bản chất là bay hơi nước đẳng entanpi vào không khí chưa bão hòa. Kết quả độ ẩm không khí tăng lên, môi trường được làm lạnh. 29
30
Phương pháp dãn nở khí có sinh công: theo phương trình trạng thái pv=C.R.T, khi giãn nở khí, áp suất giảm dẫn tới nhiệt độ giảm. 31
Phương pháp tiết lưu không sinh ngoại công (hiệu ứng Joule-Thomson): cho dòng môi chất đi qua ống có tiết diện bị thu hẹp đột ngột. Bản chất là hạ nhiệt độ của môi trường bằng cách hóa hơi (chuyển pha) môi chất lỏng ở nhiệt độ thấp có áp suất tương ứng. Hiệu ứng Joule –Thomson Sau khi tiết lưu thì elthanpy của môi chất được giữ nguyên không đổi. Ý nghĩa vật lý của hiệu ứng tiết lưu Joule-Thomson là nội năng của dòng môi chất trước tiết lưu được sử dụng không phải để sinh công mà là để thắng lực cản của các phân tử môi chất sinh ra do ma sát. 32
VD. Dòng khí có áp suất 6 bar thổi qua ống Ø12mm cho nguồn nóng có nhiệt độ +58 độ C và phía lạnh có nhiệt độ - 12 độ C. Giãn nở khí trong ống xoáy: dòng khí nén được bơm theo phương tiếp tiếp với thành ống, do chênh lệnh vận tốc góc giữa luồng khí ở trục ống và luồng khí đi sát thành ống xuất hiện lực ma sát, làm giảm động năng của luồng khí ở trục dẫn tới áp suất và nhiệt độ luồng khí này giảm. Phương pháp này ít sử dụng vì hiệu quả thấp 33
Hiệu ứng nhiệt điện( hiệu ứng Peltier): Khi cho dòng điện một chiều thích hợp đi qua cặp nhiệt điện (lưỡng kim hoặc bán dẫn), ở một đầu của cặp nhiệt điện có nhiệt độ cao hơn môi trường (tỏa nhiệt), đầu kia có nhiệt độ thấp hơn môi trường (làm lạnh) Hiệu ứng nhiệt điện 34
Cơ sở nhiệt động của máy lạnh Máy lạnh: là hệ thống thiết bị dùng để lấy nhiệt từ nguồn có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường sau đó chuyển lên nguồn có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường để thải nhiệt ra ngoài. Trong quá trình này máy lạnh nhận công từ bên ngoài. 35
Phương trình năng lượng và hệ số lạnh của máy lạnh Phương trình năng lượng của máy lạnh Trong đó: 𝑄 𝐾 – Nhiệt thải ra môi trường (nguồn có nhiệt độ cao, năng suất thải nhiệt) 𝑸𝑲= 𝑸𝑶+ 𝑳 𝑄 𝑂 – Nhiệt thu từ nguồn có nhiệt độ thấp (năng suất lạnh) L – Công nén Hệ số lạnh (ε, hoặc COP): là tỉ số giữa năng suất lạnh và công nén. Đặc trưng cho mức độ hiệu quả về mặt năng lượng. 𝑸𝟎 𝜺= 𝑳 Hệ số lạnh đạt lớn nhất khi hoạt động theo chu trình Carno khi đó: Trong đó: T1 – nhiệt độ nguồn có nhiệt độ thấp 𝑻𝟐 𝜺 𝒎𝒂𝒙 = 𝜺𝒄 = T2 – nhiệt độ nguồn có nhiệt độ cao; 𝑻𝟐− 𝑻𝟏 Hệ số đánh giá độ hoàn thiện của chu trình 𝜺 𝜼= 𝜺 𝒎𝒂𝒙 36
Các loại máy lạnh cơ bản trong thực tế: Các loại máy lạnh cơ bản Máy lạnh Máy lạnh Máy lạnh Máy lạnh nén hơi hấp thụ ejecter nén khí 3 loại máy lạnh đầu sử dụng van tiết lưu (hiệu ứng Joule-Thomson) để tạo ra nguồn có nhiệt độ thấp; môi chất có chuyển pha Loại thứ 4 sử dụng máy dãn nở khí sinh ngoại công; môi chất không chuyển pha 37
Máy lạnh nén hơi: ở dàn bay hơi (GBH) môi chất lạnh ở dạng lỏng (có chứa một phần hơi nhận nhiệt của vật cần làm lạnh, hóa hơi. Hơi sau đó được hút về máy nén (MN) được nén lên áp suất cao và nhiệt độ cao hơn môi trường, đẩy vào dàn ngưng (GN). Tại dàn ngưng môi chất thải nhiệt (Qk) cho môi trường và ngưng tụ tại áp suất Pk. Môi chất lạnh lỏng qua van tiết lưu (TL) hạ áp xuống Po. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy lạnh nén hơi 38