การออกแบบเครื่องพาสเจอไรซ์นมในท่อด้วยไมโครเวฟ

Design of in-tube microwave pasteurizer for milk

Name: สุภาวิตา นุชน้อย

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. วท.ม. (วิศวกรรมอาหาร) 2564

Classification :.LCCS: SF259

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สาขาวิศวกรรมอาหาร -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: การพาสเจอร์ไรส์

ThaSH: นมพาสเจอร์ไรส์

ThaSH: การทำความร้อนด้วยไมโครเวฟ

ThaSH: การปรุงอาหารด้วยไมโครเวฟ

ThaSH: ไมโครเวฟ

Abstract: การพาสเจอไรซ์นมแบบดั้งเดิมใช้ไอน้ำหรือน้ำร้อน ใช้พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน มีผลต่อการเกาะติดของนมมาก แต่การใช้ไมโครเวฟทำให้นมร้อนอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการเกาะติดของนมน้อยกว่า นอกจากนี้ยังใช้พื้นที่น้อยกว่า ทำให้ประหยัดพลังงานได้มากขึ้นและรักษาความสดของนมได้มากกว่า งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการออกแบบเครื่องพาสเจอไรซ์นมในท่อเทฟลอนด้วยไมโครเวฟความถี่ 2450 MHz จากอุณหภูมิ 30 ̊C เป็น 80 ̊C ที่อัตราการไหล 60 L/hโดยเริ่มจากการจำลองด้วยโปรแกรม Comsol Multiphysics รุ่น 5.3 มาใช้ในการพิจารณาสนามไฟฟ้าและอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในท่อนำคลื่นและโพรงตัวนำ เพื่อเป็นการยืนยันผลการจำลองจากโปรแกรม Comsol จึงมีการจำลองด้วยโปรแกรม CST Studio Suite รุ่น 2020.0 (2019) เพื่อศึกษาถึงสนามไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าที่ผลิตภัณฑ์ได้รับ และค่าการสะท้อนกลับของคลื่นไมโครเวฟ พิจารณาที่ความถี่ 2450 MHz กำลังไฟฟ้า 800 W โหมด TE10 โดยจำลองขนาดของท่อนำคลื่น 2 ขนาด คือ 44.45x88.9x200 mm (ขนาดที่ 1) และ 54.61x109.22x200 mm (ขนาดที่ 2) มาพิจารณาเปรียบเทียบกัน โดยใช้ขนาดของโพรงตัวนำเหมือนกัน เท่ากับ 77.3x109.3x154.6 mm ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ท่อเทฟลอน 0.5 นิ้ว ยาว 800 mm จากการจำลองการทดลองด้วยโปรแกรม Comsol พบว่า สนามไฟฟ้ามีค่าเฉลี่ยประมาณ 15,000 V/m. โดยท่อนำคลื่นขนาดที่ 1 สนามไฟฟ้าสามารถกระจายเข้าสู่โพรงตัวนำเพื่อให้ความร้อนผลิตภัณฑ์ที่บรรจุอยู่ในท่อเทฟลอนได้ แต่อุณหภูมิที่ได้สูงเกินจริง เมื่อจำลองการทดลองด้วยท่อนำคลื่นขนาดที่ 2 พบว่าสนามไฟฟ้าไม่สามารถเข้าสู่โพรงตัวนำได้ แต่อุณหภูมิที่เกิดขึ้นอยู่ในช่วงที่เหมาะสมประมาณ 65 ̊C หลังจากนั้นมีการจำลองการทดลองด้วยโปรแกรม CST พบว่า ขนาดท่อนำคลื่นที่ 1 สนามไฟฟ้าสามารถกระจายเข้าสู่โพรงตัวนำได้ มีกำลังไฟฟ้าที่ผลิตภัณฑ์ได้รับ เท่ากับ 417.71 W มีค่ากำลังไฟฟ้าสะท้อนกลับ 382.29 W มีค่าการสะท้อนกลับของคลื่น – 3.99 dB ขนาดท่อนำคลื่นที่ 2 พบว่า สนามไฟฟ้ามีค่าใกล้เคียงกับค่าในโปรแกรม Comsol มีกำลังไฟฟ้าที่ผลิตภัณฑ์ได้รับ 9.59 W มีค่ากำลังไฟฟ้าสะท้อนกลับ 790.41 W มีค่าการสะท้อนกลับของคลื่น -1.08 dB เมื่อพิจารณาถึงการจำลองการทดลองจากทั้งสองโปรแกรมพบว่า ขนาดของท่อนำคลื่นขนาดที่ 1 สนามไฟฟ้าสามารถส่งผ่านเข้าสู่โพรงตัวนำได้ มีกำลังไฟฟ้าที่ผลิตภัณฑ์ได้รับสูงกว่า ค่ากำลังไฟฟ้าสะท้อนกลับต่ำกว่าและ มีค่าการสะท้อนกลับของคลื่นต่ำกว่าขนาดของท่อนำคลื่นขนาดที่ 2 เพราะฉะนั้นระบบการพาสเจอไรซ์ด้วยไมโครเวฟควรมีขนาดของโพรงตัวนำเท่ากับ 77.3x109.3x154.6 mm ขนาดของท่อนำคลื่น เท่ากับ 44.45x88.9x200 mm (ขนาดที่ 1) งานวิจัยนี้จะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมนมในการต่อยอดพัฒนาเครื่องพาสเจอไรซ์นมด้วยไมโครเวฟในอนาคต Conventional milk pasteurizers use more space for heating that cause a deposit of solid material or fouling on the surface of the heat exchanger. Onthe other hand, microwave pasteurizers have a rapid heating and use less space, no fouling, save energy and maintain the freshness of milk. This research designed an original in-tube microwave pasteurizer for milk using Teflon tube at frequency 2450 MHz, 800 W magnetron and TE10 mode. The inlet temperature of 30 ̊C, the outlet temperature of 80 ̊C and flow rate of 60 L/h were set. Simulation with COMSOL Multiphysics software version 5.3 was conducted to analyze an electric field and temperature that was generated inside the waveguide and cavity. Next, simulation with CST Studio Suite software version 2020.0 (2019) were conducted to analyze the electric field, the outgoing power at port and the return loss (S-Parameter) to validate the result of COMSOL program. Two sizes of the rectangular waveguide size were simulated comprising 44.45x88.9x200 mm (number 1) and 54.61x109.22x200 mm (number 2) and size of cavity was 77.3x109.3x154.6 mm The diameter of Teflon tube was 0.5 inch with 800 mm length. The simulation from COMSOL program had an average electric field strength around 15,000 V/m in case of the waveguide number 1 and could heat milk inside the Teflon tube but the temperature was too high. Moreover, the waveguide number 2 could not generate electric field to the cavity but had a proper product temperature. Simulation with CST program showed that the waveguide number 1 had a power accepted 417.71 W, power outgoing atports of 382.29 W and return loss of –3.99 dB. The waveguide number 2 had a power accepted 9.59 W, power outgoing at ports of 790.41 W and return loss was -1.08 dB. In conclusion, the first dimension of waveguide of 44.45x88.9x200 mm (number 1), the cavity of 77.3x109.3x154.6 mm were recommended. This research will benefit to the milk factory with a better pasteurizer to prevent fouling, increase production and reduce cost of cleaning.

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: สิริชัย ส่งเสริมพงษ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Name: วีรเชษฐ์ จิตตาณิชย์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Created: 2564

Modified: 2568-07-22

Issued: 2568-07-22

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2564/supawita-nuc-all.pdf

CallNumber: SF259 .ส46

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมอาหาร

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	supawita-nuc-all.pdf	10.73 MB

ใช้เวลา

0.029613 วินาที