교과이름과제번호수업시간제출일자성 명수강번호식품공학(2)14This experiment involved obtaining freezing time to allow the center temperature to reach -18 or -20oC. Additionally, temperature-time data were obtained for each trial. From the data saved on the spreadsheet, use the following steps to analyze the data1)Plot the temparature vs. time data for freezing the given sample, water or potato, for specified operating conditions. Identify regions of the plot that represent removal of sensible and latent heat.Initial T. (°C)20Medium T. (°C)-30AirVelocity (m/s)1FinCenter T.(°C)-20Product:WaterDiameter(mm)10Length(mm)20Time(s)CenterT.(°C)0202019.5984017.8576015.7628013.71610011.5681209.4581407.3261605.3211803.4972001.8722200.8932400.3892600.128280-0.001300-0.037320-0.054340-0.067360-0.081380-0.095400-0.105420-0.093440-0.079460-0.069480-0.069500-0.074520-0.083540-0.094560-0.107580-0.096600-0.084620-0.068640-0.068660-0.074680-0.084700-0.096720-0.11740-0.09760-0.075780-0.066800-0.07820-0.081840-0.094860-0.109880-0.085900-0.065920-0.068940-0.08960-0.099980-0.091000-0.0631020-0.0721040-0.0961060-0.0741080-0.0681100-0.1081120-0.0631140-0.0581160-2.3491180-9.4141200-11.8061220-13.8741240-15.7021260-17.3211280-18.741296.789-20.001현열잠 열현열2) Using the plots of temperature history for each condition, compare each plot and observe the influence of potato size and air velocity.?Also discuss the effect of air velocity on the freezing time.Initial T. (°C)101010Medium T. (°C)-30-30-30AirVelocity (m/s)1110FinalCenter T.(°C)-20-20-20Product:PotatoPotatoPotatoDiameter(mm)101010Length(mm)201020Time(s)CenterT.(°C)CenterT.(°C)CenterT.(°C)0101010209.7049.5549.155408.2897.3175.4606.4474.4972.553804.5772.0470.8321002.8390.507-0.0591201.289-0.215-0.451400.331-0.495-0.58160-0.194-0.605-0.632180-0.444-0.624-0.632200-0.572-0.643-0.638220-0.606-0.652-0.636240-0.629-0.645-0.63260-0.652-0.643-0.643280-0.636-0.658-0.62300-0.633-0.655-0.666320-0.645-0.645-0.644340-0.661-0.645-0.645360-0.639-0.661-9.386380-0.631-0.646-15.113400-0.644-0.644-19.377420-0.664-0.65-20.001440-0.644-0.654460-0.628-0.651480-0.639-0.642500-0.657-0.655520-0.652-0.635540-0.628-0.641560-0.634-0.623580-0.651-0.669600-0.669-0.624620-0.627-0.677640-0.631-4.663660-0.649-5.985680-0.673-7.905700-0.636-9.918720-0.633-11.715740-0.653-13.349760-0.618-15.471780-0.627-17.446800-0.648-19.152820-0.615-20.001840-0.654860-0.748880-1.417900-3.971920-5.48940-6.535960-8.666980-10.1991000-11.5381020-12.7591040-13.8421060-15.6561080-17.1051100-18.3961120-19.5561128.276-20.0023) Discuss how the center temperature changes with time for samples of water and potato. Comment on the shape of the plot.Initial T. (°C)1010Medium T. (°C)-30-30Air Velocity (m/s)1010Final Center T.(°C)-20-20Product:WaterPotatoDiameter(mm)1010Length(mm)2020Time(s)CenterT.(°C)CenterT.(°C)01010209.1269.155405.5215.4602.8462.553801.3170.8321000.532-0.0591200.153-0.451400.005-0.58160-0.045-0.632180-0.085-0.632200-0.07-0.638220-0.076-0.636240-0.088-0.63260-0.068-0.643280-0.098-0.62300-0.066-0.666320-0.098-0.644340-0.065-0.645360-0.07-9.386380-0.068-15.113400-0.057-19.377420-16.798-20.001433.952-20.0044) Use an analytical procedure for calculating freezing time (such as Plank's or Pham's method) and compare the results with those you obtained from the experiment.◎Plank의 식은 다음과 같다.t _{F}= 평판의 중심이 냉각되는데 소요되는 시간(s)rho *= 동결된 제품의 밀도(kg/m3)DELTA H _{f}}= 융해잠열(kJ/kg){T _{F}= 초기동결온도(℃){T _{ INF }= 주위온도(℃)h _{c}= 표면 대류 열전달 계수(W/m2K)k ^{*}= 동결된 제품의 열전도도(W/mK)a= 평판의 두께(m)P= 제품의 기하학적 성질에 따라 정해지는 상수R= 제품의 기하학적 성질에 따라 정해지는 상수이 때, P과 R값은무한평판일 때 각각 1/2과 1/8구일 때 각각 1/6과 1/24무한 원기둥일 때 각각 1/4, 1/16 이다.여기서 시료를 물을 이용하고, 그 형태가 무한평판이라 가정하여 임의의 값들을 대입하면rho *= 999.87 (kg/m3)DELTA H _{f}}= 334.7 (kJ/kg){T _{F}= 20(℃){T _{ INF }= -30 (℃)h _{c}k ^{*}= 2.18 (W/mK)a= 0.003(m)P= 1/2R= 1/8로써,t _{F} = {999.87kg/m ^{3} *334.7kJ/kg} over {20 CENTIGRADE -(-30 CENTIGRADE )} LEFT [ {1*0.003m} over {2*(h _{c} )W/m ^{2} K} + {1*(0.003m) ^{2}} over {8*2.18W/mK} RIGHT ]이며h _{c}에 임의값으로 30을 대입하면t _{F} = {999.87kg/m ^{3} *334.7kJ/kg} over {20 CENTIGRADE -(-30 CENTIGRADE )} LEFT [ {1*0.003m} over {2*(30)W/m ^{2} K} + {1*(0.003m) ^{2}} over {8*2.18W/mK} RIGHT ]=0.3381105124kJ/WW=J/s이며, 1kJ=1000J 이므로 kJ/W는 1000J/J/s 이다.즉 0.3381105124kJ/W = 338.1105124s 가 된다.∴위의 값을 통한t _{F} = 338.11s.앞서 가상실험을 통해 얻은 값은 다음과 같다.Initial T. (°C)20Medium T. (°C)-35Air Velocity (m/s)6Final Center T.(°C)-18Product:PotatoDiameter(mm)10Length(mm)20Time(s)CenterT.(°C)0202019.0274014.886010.096805.351002.4261200.749140-0.096160-0.457180-0.581200-0.637220-0.627240-0.653260-0.627280-0.659300-0.624320-0.666340-0.627360-0.615380-0.671400-0.615420-11.655440-17.23443.344-18.004
교과이름과제번호수업시간제출일자성 명수강번호식품공학(2)51. 활성화에너지를 정의하고 Arrhenius 식을 이용하여 활성화에너지를 구하는 방법을 그림으로 나타내어 설명하시오.- 활성화 에너지란 반응을 일으키는 데 필요한 최소한의 에너지로, 반응에 참여하기 위해서는 이 에너지 이상의 에너지를 가져야한다. 활성화 에너지는 반응이 일어나기 위해 넘어야 하는 위치에너지(potential energy)이다.반응에서 속도상수가 k인 Arrhenius식에서 k=Aexp(-Ea/RT) [R:기체상수, T:절대온도, A:빈도인자]로 나타낼 때 Ea를 활성화 에너지라고 한다.k=Ae ^{- {E _{a}} over {RT}} Ea가 커지면 k값은 작아진다.lnk=lnA`+`lne ^{- {E _{a}} over {RT}}#`````````````=lnA`- {E _{a}} over {RT}{1} over {T}에 대한lnk의 그래프가 직선이며 기울기는- {E _{a}} over {RT}, 절편은lnA이다.서로 다른 두 온도에서 반응 속도 상수를 알면 식을 이용하여 Ea값을 구할 수 있다.ex) (T1,k1), (T2, k2)라면lnk _{1} =lnA- {E _{a}} over {RT _{1}} ,`lnk _{2} =lnA- {E _{a}} over {RT _{2}}#lnk _{1} -lnk _{2} =(lnA- {E _{a}} over {RT _{1}} )-(lnA- {E _{a}} over {RT _{2}} )#ln {k _{1}} over {k _{2}} = {E _{a}} over {RT _{2}} - {E _{a}} over {RT _{1}} ```=`` {E _{a}} over {R} ( {1} over {T _{2}} - {1} over {T _{1}} )2. D값과 z값을 정의하고 각각의 값들을 나타내는 graph를 그리시오.- D값 : 일정한 온도에서 미생물을 90% 감소(사멸)시키는 데 필요한 시간- z값 : D값을 90% 단축하는 데 따른 상승 온도3. 물의 온도 (50℃ - 100℃ 구간에 5℃간격으로)에 따른 증기압, 엔탈피의 변화를 표로 만들고 수증기의 증발잠열을 표로부터 구하시오.Temperature(℃)Vaporpressure(kPa)Enthalpy (kJ / kg)LiquidSaturatedvapor5012.349209.332592.15515.758230.232600.96019.940251.132609.66525.03272.062618.37031.19292.982626.87538.58313.932635.38047.39334.912643.78557.83355.902651.99070.14376.922660.19584.55397.962668.1100101.35419.042676.1수증기의 증발잠열 = Saturated vapor enthalpy - Liquid Enthalpy= 2676.1 - 419.04 = 2257.06∴2257.06 kJ/kg4. 냉매의 선택시 높은 증발잠열을 가진 물질이 선호되는 이유는?증발잠열은 어떤 물질이 기화할 때 외부로부터 흡수하는 열량인데, 이 열이 클수록 주변에서 더 많은 열을 빼앗아 주위의 온도를 낮추게 된다.따라서 증발 잠열이 높으면 그만큼 주위로부터 빼앗는 열도 많기 때문에 선호된다.5. 냉매 C2Cl2F4 는 R-114로 표시될 수 있다. 냉매 CCl3F, CClF3, CHClF2는 각각 어떻게 표시되는지 설명하시오.일반 분자식 CkHlClmFn 으로부터 유추할 수 있다.1단위 : n , 10단위 : l+1 , 100단위 : k-1
교과이름과제번호수업시간제출일자성 명수강번호식품공학(1)HomeworkAssignment #81. 활성화에너지에 대하여 자세히 설명하시오.화학 변화를 일으키기 위해서는 반응 물질이 충분한 에너지를 가지고 있어야 한다. 이처럼 반응을 일으키기 위하여 필요한 최소한의 에너지를 활성화 에너지라고 한다. 활성화 에너지가 큰 반응은 쉽게 일어나지 않으며, 활성화 에너지가 작은 반응은 반응이 빠르게 일어난다. 온도가 10℃ 올라가면 활성화 에너지보다 많은 에너지를 가지고 있는 분자들이 많아지기 때문에 반응 속도가 약 두 배 빨라진다. 활성화 에너지가 작아지면 정반응 속도만 빨라지는 것이 아니라 역반응 속도도 빨라진다.2. 온도를 달리하여 0.1 N 염산 속에서 50% 설탕용액을 가수분해할 때 반응속도 상수는 다음과 같다.온도(℃)015304050k(min-1)7.7x10-69.2x10-58.7x10-43.3x10-31.2x10-2이 반응의 활성화 에너지와 110℃에서 초기 설탕용액의 50%가 가수분해되는 데 걸리는 시간을 구하라.T(C)kT(K)1/T(K)lnk00.0000077273.150.003661-11.7743150.000092288.150.00347-9.29372300.00087303.150.003299-7.04702400.0033313.150.003193-5.71383500.012323.150.003095-4.42285Ea/R12973{k _{50}} over {k _{110}} =exp[ {Ea} over {R} ( {1} over {T _{110}} - {1} over {T _{50}} )]=exp[12973(0.00261-0.003095)]=0.00185#{0.012} over {k _{110}} =0.00185,`k _{110} =6.486#ln {50} over {100} =-kt=-0.693,`t=0.1068#{Ea} over {R} =12973J/mol,`Ea=(12973 TIMES 8.314)J/mol=107857.522J/mol=107.857kJ/mol#t _{(min)} image 0.11min3. 스낵 식품에 들어있는 비타민의 손실 반응이 1차 반응을 따른다. 비타민의 반감기(t1/2)가온도에 따라 다음과 같이 영향을 받는다면 22℃에서 초기 비타민 함량의 15%가 손실되는데 걸리는 시간을 구하라.온도, T(℃)10152025반감기, ?�狼撮� (day)29001600925530T(C)t1/2(day)klnkT(K)1/T(K)1029000.000239-8.33905283.150.*************.000433-7.74477288.150.00347209250.000749-7.19677293.150.003411255300.0013-6.64539298.150.00335422295.150.003388Ea/R9504ln {50} over {100} =-kt=-0.693`이므로`#각`온도에서`반응속도`상수`k값을`구할수`있다.{k _{t20}} over {k _{t22}} =exp( {1} over {T _{22}} - {1} over {T _{20}} )#{0.000749} over {k _{t22}} =exp LEFT [ 9504( {1} over {295.15} - {1} over {293.15} ) RIGHT ] =exp LEFT [ 9504(0.003388-0.003411) RIGHT ] =0.803650#k _{t22} =0.000932#ln {85} over {100} =-0.163=-kt#k가`0.000932이므로`t는175#THEREFORE t(day)=175`Exp.:1Exp.:2Exp.:3T(°C)=70T(°C)=80T(°C)=90t(min)Q/Qot(min)Q/Qot(min)Q/Qo0101017011.9340.9641965.8830.964591.0930.96414023.8670.933931.7660.931182.1870.9321035.8010.8965897.6490.8961773.280.89628047.7340.8647863.5320.8642364.3730.86435059.6680.8339829.4150.8332955.4660.83342071.6010.80311795.30.8033546.560.80349083.5350.77513761.180.7754137.6530.77556095.4680.74715727.060.7474728.7460.74763107.4020.7217692.950.725319.8390.7270119.3350.69419658.830.6945910.9330.69477131.2690.66921624.710.6696502.0260.66984143.2020.64523590.60.6457093.1190.64591155.1360.62225556.480.6227684.2120.62298167.0690.627522.360.68275.3060.61051790.57929488.250.5798866.3990.579112190.940.55831454.130.5589457.4920.558119202.870.53833420.010.53810048.5850.538126214.80.51935385.890.51910639.6790.519133226.740.537351.780.511230.7720.5Exp.:1Exp.:2Exp.:3T(°C)=70T(°C)=80T(°C)=90t(min)lnQ/Qot(min)Q/Qot(min)Q/Qo0000007011.934-0.036661965.883-0.03666591.093-0.0366614023.867-0.072573931.766-0.072571182.187-0.0725721035.801-0.109815897.649-0.109811773.28-0.1098128047.734-0.146187863.532-0.146182364.373-0.1461835059.668-0.182729829.415-0.182722955.466-0.1827242071.601-0.219411795.3-0.21943546.56-0.219449083.535-0.2548913761.18-0.254894137.653-0.2548956095.468-0.2916915727.06-0.291694728.746-0.2916963107.402-0.328517692.95-0.32855319.839-0.328570119.335-0.3652819658.83-0.365285910.933-0.3652877131.269-0.4019721624.71-0.401976502.026-0.4019784143.202-0.438523590.6-0.43857093.119-0.438591155.136-0.4748225556.48-0.474827684.212-0.4748298167.069-0.5108327522.36-0.510838275.306-0.51083105179-0.5464529488.25-0.546458866.399-0.54645112190.94-0.583431454.13-0.58349457.492-0.5834119202.87-0.619933420.01-0.619910048.585-0.6199126214.8-0.6558535385.89-0.6558510639.679-0.65585133226.74-0.6931537351.78-0.6931511230.772-0.69315T(°C)T(°K)1/T(°K)k(1/min)ln(k)70343.150.0029145.00E-06-12.206180353.150.0028322.00E-05-10.819890363.150.0027546.00E-05-9.72117
교과이름과제번호수업시간제출일자성 명수강번호식품공학(1)HomeworkAssignment #7EXAMPLE 3(Kim KW, p.43): 압력이 198.53 kPa인 포화수증기를 당근에 직접 투입하여 당근을 연속식으로 데치기 한다. 이때 당근은 물과 함께 이동하는데 당근과 물의 질량속도는 각각 400 kg/h, 600 kg/h이다. 데침기(blancher)에 투입하는 당근과 물의 온도는 21℃이며 데침기에서 배출되는 당근, 물, 응축수의 온도는 95℃이다. 당근의 수분함량은 변하지 않고, 이 공정에서 열손실이 60 kW라고 가정한다면 이때 투입되는 포화수증기의 질량속도를 구하시오. 당근의 평균비열은 3.75 kJ/kg·K이다.열손실QL=60kW데침기당근(C):400kg/h (Tc)0=95°C(Tc)i=21°C (Tw)0=95°C물(W):600kg/h (Ts)0=95°C(Tw)i=21°C포화수증기S=?kg/hPs=198.53kPainputC :m TIMES cp TIMES TRIANGLE T=400kg/h` TIMES `3.75kJ/kg BULLET K` TIMES (21 CENTIGRADE -0 CENTIGRADE )=31500kJ/hW :600kg/h TIMES (21 CENTIGRADE 물의`엔탈피:`88.14kJ/kg)`=`52884kJ/h수증기 :2706.3kJ/kg TIMES S`kg/h`=`2706.3S`kJ/houtputC :400kg/h TIMES 3.75kJ/kg BULLET K TIMES (95 CENTIGRADE -0 CENTIGRADE )=142500kg/hW :600kg/h TIMES (95 CENTIGRADE 의`엔탈피`:`397.96kJ/kg)`=`238776kg/h수증기 :397.96kJ/kg TIMES S`kg/h`=`397.96S`kg/h열손실QL :60kW`,`W=J/s`#THEREFORE 60kW=60kJ/s시간의 단위를 h에서 s로 변환하면inputC :8.75kJ/s, W :14.69kJ/s, 수증기 :0.75175S`kJ/soutputC :39.58kJ/s W :66.33kJ/s, 수증기 :0.11054S`kJ/s, 열손실60kJ/sinput = output 이므로,input :23.44kJ/s+0.75175S`kJ/s= output :189.35kJ/s+0.11054S`kJ/s189.35kJ/s-23.44kJ/s=0.75175S`kJ/s-0.11054S`kJ/s165.91kJ/s=0.64121S`kJ/s#THEREFORE S image 258.75kJ/sHomework Assignment #5 (due: May 20th)1. (Kim KW, p.47): 온도가 45℃이고 고형분 13%가 들어있는 액체식품에 가압 상태에서 포화수증기를 직접 접촉시켜 115℃로 가열한다. 액체식품은 분당 108 kg만큼 가열 장치에 투입된다. 가열 전 액체식품의 비열과 가열 후의 비열은 각각 3.38, 4.05 kJ/kg·K이다. 가열 후 최종 액체식품의 고형분 함량이 11.4%가 되기 위해서는 투입되는 포화수증기의 압력은 얼마가 되어야 하는가?액체식품(F)i=108kg/m 액체식품(F)o= ? kg/m고형분(13%) 고형분(11.4%)(TF)i=45℃ (TF)o=115℃cp=3.38kJ/kg·K cp=4.05kJ/kg·K포화수증기S=?kPa고형분의 함량은 변함이 없으므로 108kg의 고형분은{108 TIMES 13} over {100} =14.04kg따라서 액체식품(F)o 의 고형분은 14.04kg이고 이때 고형분의 백분율이 11.4%이므로{x TIMES 11.4} over {100} =14.04,`````11.4x=1404,```x image 123kg포화수증기의 양은 15kg, 엔탈피의 단위는 kJ/kg이므로 15SkJ엔탈피를 구하면 mcp△Tinput =108kg TIMES 3.38kJ/kg BULLET K TIMES 45 CENTIGRADE =16426.8kJ+15SkJoutput =123kg TIMES 4.05kJ/kg BULLET K TIMES 115 CENTIGRADE =57287.25kJinput = output 이므로