BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM

BÁO CÁO THỰC HÀNH
KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2
BÀI 7: CÔ ĐẶC

GVHD: Phạm Văn Hưng
Lớp DHTP17C
Họ và tên: Lê Huỳnh Tươi
Mssv: 21067161
Nhóm: 3
Tổ: 1
Ngày thực hành: 10/4/2023

TP. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2023


MỤC LỤC

I Giới thiệu............................................................................................................................. 3
II Mục đích thí nghiệm.........................................................................................................3
III Cơ sở lý thuyết.................................................................................................................3
3.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch..........................................................................................3
3.2 Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn.............................................................................3
3.3 Cân bằng vật chất và năng lượng...............................................................................4
3.3.1 Nồng độ..................................................................................................................4
3.3.2 Cân bằng vật chất..................................................................................................4
3.3.3 Cân bằng năng lượng............................................................................................5
IV Tiến hành thí nghiệm.......................................................................................................7

4.1 Chuẩn bị thí nghiệm....................................................................................................7
4.1.1 Kiểm tra các hệ thống phụ trợ..............................................................................7
4.1.2 Kiểm tra mơ hình thiết bị......................................................................................7
4.1.3 Chuẩn bị dung dịch...............................................................................................8
4.2 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................................8
4.2.1 Giai đoạn đun sơi dung dịch.................................................................................8
4.2.2 Giai đoạn bốc hơi dung môi..................................................................................8
V Bảng số liệu........................................................................................................................9
VI Xử lý số liệu......................................................................................................................9
VII Kết luận......................................................................................................................... 11
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................12

Trang 2


I Giới thiệu
Cơ đặc là q trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở
nhiệt độ sôi. Dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ. Q trình cơ đặc được
tiến hành ở nhiệt độ sôi, tương ứng với mọi áp suất khác nhau (áp suất chân không, áp suất
thường - hệ thống thiết bị để hở hay áp suất dư). Cơ đặc ở áp suất chân khơng thì nhiệt độ
sơi dung dịch giảm do dó chi phí hơi đốt giảm, dùng để cơ đặc các dung dịch có nhiệt độ sôi
cao ở áp suất thường và dung dịch dễ phân hủy vì nhiệt hoặc có thể sinh ra phản ứng phụ
mong muốn (oxy hóa, đường hóa, nhựa hóa). Cơ đặc áp suất cao hơn thì khí quyển thường
dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để
sử dụng hơi thứ cho q trình cơ đặc và các q trình đun nóng khác. Cơ đặc ở áp suất cao
khí quyển thì hơi thứ khơng được sử dụng mà được thải ra ngồi khơng khí.
II Mục đích thí nghiệm
- Vận hành hóa được thiết bị cơ đặc gián đoạn, đo đạc các thơng số của q trình.
- Tính tốn cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng cho quá trình cơ đặc gián đoạn.
- So sánh năng lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế.

- Xác định năng suất và hiệu suất của quá trình cô đặc.
- Xác định hệ số truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ.
III Cơ sở lý thuyết
3.1 Nhiệt độ sơi của dung dịch
- Nhiệt độ sôi của dung dịch là thơng số kỹ thuật rất quan trọng khi tính tốn và thiết kế thiết
bị cô đặc.
- Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung mơi và chất tan. Nhiệt độ sôi
của dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng áp suất.
- Nhiệt độ sơi của dung dịch cịn phụ thuộc vào độ sâu của dung dịch trong thiết bị. Trên
mặt thống nhiệt độ sơi thấp,càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng.
3.2 Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn
- Trong thực tế cô đặc một nồi thường ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có
giá trị kinh tế. Cơ đặc một nồi có thể thực hiện theo 2 phương pháp sau:
- Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần cho đến
khi nồng độ đạt yêu cầu.
Trang 3


- Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ sung dung dịch mới liên tục
vào để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ dạt yêu cầu, sau đó tháo dung dịch
ra làm sản phẩm và thực hiện một mẻ mới.
3.3 Cân bằng vật chất và năng lượng
3.3.1 Nồng độ
Nồng độ được sử dụng trong quá trình được xác định là khối lượng của chất tan so với khối
lượng dung dịch, được biểu diễn dưới dạng:
x=

m chất tan
(kg/kg)
mdung dịch


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

mchất tan
(kg/m3)
v dung dịch

Mối liên hệ giữa hai nồng độ này như sau:
x=

c
ρdd

Với ρ dd là khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)
3.3.2 Cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật chất tổng quát:
Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất ra + lượng chất tích tụ
Đối với quá trình cơ đặc
- Khơng có lượng tích tụ
- Khơng có phản ứng hóa học nên khơng có lượng phản ứng
Do đó phương trình cân bằng vật chất được viết lại:
Lượng chất vào = lượng chất ra
Đối với chất tan:
Trang 4


Khối lượng chất tan vào = khối lượng chất tan ra
Gđ *


xđ = G * xc
c

Phương trình này giúp ta tính tốn được khối lượng của dung dịch cịn lại trong nồi đun sau
q trình cơ đặc.
Đối với hỗn hợp:
Khối lượng dung dịch ban đầu = Khối lượng dung dịch còn lại + Khối lượng dung hơi thứ
Gđ = G c + G w
Phương trình này tính tốn khối lượng dung mơi đã bay hơi trong q trình cơ đặc
Trong đó: Gđ: khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun (kg)

x đ nồng độ ban đầu của chất tan trong nồi đun(kg/kg)
Gc: khối lượng dung dịch còn lại trong nồi đun(kg)

x c : nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun(kg/kg)
Gw: khối lượng dung môi bay hơi(kg)
3.3.3 Cân bằng năng lượng
- Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát:
Năng lượng mang vào = năng lượng mang ra + năng lượng thất thốt
Để đơn giản tính tốn, chúng ta thường coi như khơng có mất mát năng lượng.
 Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình:
Qk1 = P1 * τ1
Năng lượng dung dịch nhận được:
Q1 = Gđ * Cp * (Tssd – Tđ)
Trang 5


Cp = CH2O * (1- x )

Phương trình cân bằng năng lượng trong trường hợp (Q k1 đặc trưng cho năng lượng mang
vào, Q1 đặc trưng cho năng lượng mang ra; bỏ qua tổn thất năng lượng và nhiệt thất thốt
thơng qua dịng nước giải nhiệt)
Qk1 = Q1
 Đối với giai đoạn bốc hơi dung dịch
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho q trình:
Qk2 = P2×τ2
Năng lượng nước nhận được để bốc hơi:
Q2 = Gw× iw
Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình Qk2 đặc trưng cho năng lượng mang vào, năng
lượng nước nhận được để bốc hơi Q2
Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ:
Qngưng tụ = Gw ×rw = VH2O ×pH2O ×CH20 ×(Tr – Tv) ×τ2
Chú thích:
Qk1: nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho q trình đun nóng (J)
Qk2 : nhiệt lượng nồi đun cung cấp cho q trình hóa hơi dung mơi (J)
Qngưng tụ : nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ (J)
P1: công suất điện trở nồi đun sử dụng cho q trình đun nóng (W)
P2: cơng suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình hóa hơi (W)
τ1: thời gian thực hiện q trình đun sơi dung dịch (s)
τ2: thời gian thực hiện q trình hóa hơi(s)
Q1 :nhiệt lượng dung dịch nhận được (J)
Trang 6


Q2: nhiệt lượng nước nhận được để hóa hơi (J)
iw : hàm nhiệt của hơi nước thoát ra trong quá trình ở áp suất thường
rw : ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất thường (J/kg)
(Tssd – Tđ): chênh lệch giữa nhiệt độ sôi và nhiệt độ đầu của dung dịch (0C)
(Tr – Tv) : chênh lệch nhiệt độ củ nước ra và vào (0C)

VH2O :lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ (m3/s)
pH2O: khối lượng riêng của nước (kg/m3)
CH20 : nhiệt dung riêng của nước (J/kg.K)
Cp : nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.K)
IV Tiến hành thí nghiệm
4.1 Chuẩn bị thí nghiệm
4.1.1 Kiểm tra các hệ thống phụ trợ
- Bật cơng tắc nguồn cấp cho tủ điện.
- Kích hoạt bộ điều khiển bằng cách chuyển công tắc tổng sang vị trí 1, cơng tắc đèn hiển
thị trắng sáng.
- Kích hoạt mơ hình thí nghiệm bởi cơng tắc cấp nguồn cho các thiết bị phụ trợ để kích hoạt
mơ hình,lúc này đèn xanh sáng.
- Bộ hiển thị số được cấp điện.
- Mở van nguồn nước cung cấp nước giải nhiệt cho hệ thống.
- Kiểm tra ống nhựa mềm dẫn nước giải nhiệt đầu ra được đặt đúng nơi quy định.
- Mở van V9
- Kiểm tra áp suất hệ thống đạt được 1 bar
- Mở van V6 để lưu thông nước trong thiết bị ngưng tụ.

Trang 7


4.1.2 Kiểm tra mơ hình thiết bị
Trước khi thí nghiệm
- Nồi đun và thiết bị kết tinh được tháo hết và sạch.
- Các van thốt được đóng: V2, V5, V8
- Thùng chứa dung dịch cô đặc phải rỗng và sạch
- Các van V3 và V4 đóng
Kết thúc thí nghiệm
- Tắt W1

- Khóa van VP1
- Đợi cho dung dịch trong nồi đun đạt đến nhiệt độ khoảng 30oC
- Khóa van nguồn nước giải nhiệt cấp cho thiết bị ngưng tụ ECH1
- Tháo hết dung dịch trong nồi đun qua van V2
- Tháo dung mơi (nước) trong bình chứa hơi thứ
4.1.3 Chuẩn bị dung dịch
Chuẩn bị 8l dung dịch CuSO4 lỗng (có thể pha mới theo yêu cầu giáo viên hướng dẫn)
Xác định nồng độ (g/l)
Xác định khối lượng riêng dung dịch
4.2 Tiến hành thí nghiệm
4.2.1 Giai đoạn đun sơi dung dịch
- Cho dung dịch nồi đun khoảng 8 lít
- Khóa van V1, VP1
- Kích hoạt bộ gia nhiệt, điều chỉnh cơng suất lên 100%
- Chỉnh lưu lượng nước cho thiết bị ngưng tụ ECH1 với lưu lượng 80l/h
- Đo thời gian và quan sát dung dịch trong nồi đun từ lúc bắt đầu đun đến khi dung dịch sôi,
quan sát nhiệt độ đầu vào và đầu ra của nước giải nhiệt.
- Đo nhiệt độ sôi của dung dịch trong nồi đun từ lúc bắt đầu đến khi dung dịch sôi.

Trang 8


4.2.2 Giai đoạn bốc hơi dung môi
- Mở van VP1
- Giảm nhẹ công suất bộ gia nhiệt xuống 75% để giữ nhiệt ổn định nhiệt độ hiệu số giữa TI3
và TI5.
- Ghi nhận thời gian thực hiện quá trình từ lúc bắt đầu cho đến khi lượng nước ngưng tụ
được 2l thì dừng quá trình.
- Đo nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ.
- Quan sát nhiệt độ của dung dịch trong nồi đun khi thực hiên quá trình.

- Đo nồng độ dung dịch sau khi kết thúc quá trình.
- Xác định khối lượng riêng của dung dịch sau khi q trình cơ đặc.
V Bảng số liệu
Giai

Nguồn

Thời

TI1

đoạn

gia nhiệt

gian

nồi đun

(phút)

TI3

TI5

Vdd

Vdm

( 0C) (0C )


( 0C)

(l)

(l)

6

0

Am

Nồng

Q (l/h)

độ (g/l)

P(W)
Bắt đầu

1500

0

33,5

30


30.2

Đun sôi

1500

24

78,3

30

31,9

Kết thúc 1500

81

93.3

30

35.3

2.0903

27,5

200
200


4,5

1.5

3,7597

36,5

200

VI Xử lý số liệu
- Ban đầu
o

T I 3=3 0 C ⇒ ρ H O=996 (kg/m3)
2

d bđ =

m CuSO
mH

2

4

O

=


560,1
=1,0187
549,84

⇒ ρbđ =ρH . d bđ=996 .1,0187=1014,6252 (kg/m3)
2O

Trang 9


- Lúc sau
ds =

mCuS O
mH

2

4

=

O

563,32
=1,0245
549,84

⇒ ρs= ρH . d s=996 . 1,0245=1020,402 (kg/m3)

2O

- Nồng độ chất tan trước và sau cô đặc
xđ=

C1
27,5
=
=0,027 (kg/kg)
ρbđ 1014,6252

xc=

C2
36,5
=
=0,036 (kg/kg)
ρ s 1020,402

- Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun
Dung dịch CuSO4 nạp vào: 6 lít
Gđ =ρ bđ .V bđ=1014,6252 . 0,006=6,088 (kg)

Ta có:
Gđ . x đ =Gc . x c ⇒ Gc =

Gđ . x đ 6,088 . 0,027
=
=4,566(kg)
xc

0,036

Mặc khác:
G đ =G c +G w ⇒ G w =Gđ −Gw =6,088−4,566=1,522 (kg)

- Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình giai đoạn đun sôi
Qk 1=P1 . τ 1=1500 . ( 24 . 60 )=2160000 (J)

- Năng lượng dung dịch nhận được giai đoạn đun sôi
C p=C H O . ( 1−x đ )=4180. ( 1−0,027 )=4067,14 (J/kg.K)
2

Q1=Gđ .C p . ( T ssd −T đ ) =6,088 . 4067,14 . ( 78,3−33,5 ) =1059760,028(J)

- Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình giai đoạn bốc hơi:
Q k 2=P2 . τ 2=1500 . ( 81 .60 )=7290000 (J)

- Năng lượng nước nhận được để bốc hơi trong giai đoạn bốc hơi:
Q 2=G w . i w =1,522 .2679=4077,438 (kJ)¿ 4077438 (J)

- Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ
Qngưng tụ =G w .r w =V H O . ρH O . C H O . ( T r−T v ) . τ 2
2

2

2

Tính theo lý thuyết
Trang 10



Qngưng tụ =G w .r w =1,522. 2260000=3439720 (J)

Tính theo thực tế
Qngưng tụ =V H O . ρH O . C H O . ( T r−T v ) . τ 2
2

¿

2

2

200
. 996 . 4180 . (35,3−30 ) . ( 81.60 )=5957653,68(J)
3600.1000

- Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ
Ta có
 Nhiệt độ nồi đun là 93.3℃
 Nhiệt độ nước giải nhiệt vào 30℃
 Nhiệt độ nước giải nhiệt ra là 35.3℃
∆ t 1=¿ 93.3℃ - 30℃ = 63.3℃

∆ t 2=¿ 93.3℃ - 35.3℃ = 58℃

Nên

K ¿=


∆ T log =

∆ t 1−∆ t 2 63,3−58
=
=60.61 ℃
∆ t1
63,3
ln
ln
58
∆ t2

Qngưng tụ
3439720
=
=51553,001 (J/m2.K) ¿ 26,85(W/m2.K)
F . ∆ T log 0,2 .(60,61+273)

K tn =

Qngưng tụ
5957653,68
=
=89290,694 (J/m2.K) ¿ 46,51 (W/m2.K)
F . ∆ T log 0,2 .(60,61+273)

VII Kết luận
- Năng lượng do nồi đun cung cấp để đun sơi dung dịch thì một phần được sử dụng cịn một
phần bị thất thốt nhiệt ra bên ngồi mơi trường.

- Ngun nhân sai số khi tính tốn cân bằng năng lượng và vật chất:
+ Thời gian giữa các lần đo bị chênh lệch.
+ Nồng độ chất tan sau cơ đặc tính được độ chính xác khơng cao.
Q trình cơ đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi làm việc liên
tục hay gián đoạn. Trong thực tế cô đặc một nồi thường ứng dụng năng suất nhỏ và nhiệt
năng khơng có gia trị kinh tế. Q trình cơ đặc được sử dụng nhiều trong công nghệ đồ hộp
Trang 11


để sản xuất cà chua cô đặc, sữa đặc…Trong quá trình cơ đặc người ta thường sử dụng hơi
nước bão hịa để nâng nhiệt độ ngun liệu cần cơ đặc đến điễm sơi. Khi đó nước sẽ từ trạng
thái lỏng sang trạng thái hơi.

Trang 12


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Giáo trình hướng dẫn thực hành kỹ thuật thực phẩm- Trường đại học Công Nghiệp
TP.HCM.
[2[ Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt- truyền khối- Nhà xuất bản Đại Học Quốc
Gia TP. HCM.
[3] Sách kỹ thuật thực phẩm 2- Trường đại học Công Nghiệp TP.HCM.

Trang 13