MÔN THỰC HÀNH kĩ THUẬT THỰC PHẨM 2 bài 1 KHUẤY CHẤT LỎNG

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM MÔN: THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẨM BÀI 1: KHUẤY CHẤT LỎNG NHÓM Giảng Viên Hướng Dẫn: LÊ VĂN NHIỀU Tên: Nguyễn Quang Đại Lớp: DHTP16BTT TPHCM, ngày 10 tháng 03 năm 2022 Năm học 2021-2022 download by : skknchat@gmail.com 1.1 Giới thiệu Qúa trình khuấy chất lỏng ứng dụng nhiều q trình cơng nghệ hóa chất, thực phẩm mơi trường Khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền nhiệt, truyền khối, tăng tốc độ phản ứng,tạo hệ đồng 1.2 Mục đích thí nghiệm - Xây dựng đồ thị quan hệ chuẩn số Re chuẩn số công suất khuấy, hiệu suất khuấy - Khảo sát công suất khuấy điều kiện khác - So sánh công suất hiệu suất 1.3 Cơ sở lý thuyết 1.3.2 Mục đích khuấy Quá trình khuấy học sử dụng nhằm mục đích: - Tạo hệ đồng từ thể tích lỏng lỏng khí rắn có tính chất, thành phần khác nhau: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, hệ bọt, - Tăng cường trình trao đổi nhiệt - Tăng cường trình trao đổi chất trình truyền khối q trình hóa hoc 1.3.2.1 Hệ thống thiết bị khuấy Thiết bị khuấy gồm phận chủ yếu sau; thùng khuấy hình trụ với đáy trịn (hoặc elip, nón); phía đậy nắp 14 ghép với than bích Theo đường tâm thùng lắp trục khuấy 10 với cánh khuấy 11 Trục khuấy xuyên qua nắp bịt kín hợp đệm Truyền chuyển động cho trục khuấy từ động qua hợp giảm tốc để tạo tốc độ thích hợp cho cánh khuấy Tháo lắp trục khuấy thông qua khớp nối Thùng khuấy gắn tay đỡ nhờ bulong lắp vào chân đỡ 9, Thực nhập kiệu qua cửa 13 nắp thiết bị, tháo sản phẩm qua đường 12 đáy Trên nắp thân thiết bị có ta bố trí cửa sửa chữa cửa quan sát 1.3.2.2 Các dạng cấu khuấy Cơ cấu khuấy thường chia thành cấu khuấy chậm quay nhanh Ngoài cịn phân chia thành hai loại cấu khuấy: hướng kính hướng trục Cơ cấu khuấy nhanh gồm cấu khuấy tuabin, cấu khuấy chân vịt, Cơ cấu khuấy tuabin kín cấu khuấy tuabin hở với cánh thẳng cánh cong tạo dịng hướng kính.Cơ cấu khuấy vịt tải có ống hướng cấu khuấy chân vịt trì dòng hướng trục download by : skknchat@gmail.com Cơ cấu quay nhanh thường làm việc thiết bị có chặn.Tấm chặn tạo chảy xoáy chất lỏng thiết bị khơng cho hình thành phiễu Loại quay chậm gồm cấu khuấy loại bản, loại tấm, loại mỏ neo loại khung.Chúng chủ yếu tạo dịng vịng (dịng chảy tiếp tuyến) có nghĩa chất lỏng quay quanh trục thiết bị Ngồi ra, cịn có loại cấu khác cấu khuấy chân động, cấu khuấy cào, 1.3.2.3 Công suất khuấy (N) a Đặc điểm Các thông số ảnh hưởng đến cơng suất khuấy là: kích thước quan trọng thùng chứa cánh khuấy ( d k ); độ nhớt (u,v) khối lượng riêng (p) chất lỏng; tốc độ cánh khuấy n số gia tốc trọng trường g N= f (n,D,p,g, ) N= K N p.n3 d 5k , (W) Với K N chuẩn số công suất khuấy (không thứ nguyên), xác định theo công thức sau: KN = A m ℜM Thông số A m cánh khuấy Cánh khuấy A Mái chèo (2 cánh) 14.35 Chân vịt (2 chân vịt) 0.985 m 0.31 0.15 Công suất động cho biết lượng tiêu hao thực tế cho trình khuấy định theo công thức : N đc = U.I.cosu , (W) Với : U: hiệu điện (V) I : cường độ dòng điện (A) Cosu: hệ số công suất dong điện b Các tiêu để giá trình khuấy ℜM = n d v Trong đó: n số vịng quay (vịng/s) d đường kính cánh khuấy (m) v độ nhớt động lực học (m/ s2) 1.4 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 1.4.1 Sơ đồ hệ thống Hệ thống thiết bị khuấy chất lỏng thể download by : skknchat@gmail.com 1.5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM TN1: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo ( khơng có chặn) Chuẩn bị: - Chuẩn bị nước đến 2/3 thùng khuấy - Kiểm tra đứng loại cánh khuấy khảo sát chặn - Chỉnh nút điều khiển tốc độ vị trí số (zero) Các lưu ý: - Thay chất lỏng khảo sát thấy bẩn, nhiều cặn bẩn có mùi - Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy - Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chăn hay chưa; - Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí TN2: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo ( có chặn) Chuẩn bị: - Tương tự thí nghiệm Các lưu ý: - Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy download by : skknchat@gmail.com - Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chăn hay chưa; - Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí TN3: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt ( khơng có chặn) Chuẩn bị: - Tương tự thí nghiệm Các lưu ý: - Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy - Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chăn hay chưa; - Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí TN4: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt ( có chặn) Chuẩn bị: - Tương tự thí nghiệm Các lưu ý: - Đảm bảo mức chất lỏng thùng khuấy mức 2/3 chiều cao thùng, không cho chất lỏng vào đầy - Trước tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra lắp đặt loại cánh khuấy tháo chăn hay chưa; - Khi kết thúc thí nghiệm chỉnh nút điều khiển vị trí 1.6 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Đo độ nhớt động lực học CMC - Thời gian chảy: 11 giây - Khối lượng 100ml CMC: 281,64g - Thể tích CMC cân : 100ml /// KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM/// TN1: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo ( chặn) STT Loại Mức I (A) U (V) Tốc độ vòng độ quay khuấy (vòng/phút) H H H Khơng CMC CMC CMC 2O 2O 2O có 1 217 120 400 400 21 28 chặn 2 223 126 397 398 34 54 3 239 129 399 401 65 77 4 249 130 398 401 107 109 265: skknchat@gmail.com 144 399 401 132 download by 140 TN2: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo ( có chặn) STT Loại Có chặn Mức độ khuấy I (A) H 2O U (V) CMC H 2O CMC Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC 223 122 400 401 32 24 2 235 127 399 402 59 45 3 245 130 398 402 104 76 4 225 137 398 402 79 110 5 263 145 399 402 137 143 TN3: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt ( khơng có chặn) STT Loại Khơng có chặn Mức độ khuấy I (A) U (V) Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC H 2O CMC H 2O CMC 124 125 400 400 29 29 2 128 125 399 400 68 43 3 130 125 399 400 77 60 4 140 136 399 400 106 98 5 146 139 399 400 140 136 TN4: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt ( có chặn) download by : skknchat@gmail.com STT Loại Có Mức độ khuấy chặn I (A) H 2O U (V) CMC H 2O CMC Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC 120 126 399 400 27 30 2 125 129 399 400 49 56 3 130 399 400 80 75 4 147 140 399 400 109 105 5 157 153 399 400 143 146 135 /// XỬ LÝ SỐ LIỆU/// TN1: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo ( khơng có chặn) STT Loại Khơng có chặn Mức độ khuấy I (A) U (V) Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC H 2O CMC H 2O CMC 217 120 400 400 21 28 2 223 126 397 398 34 54 3 239 129 399 401 65 77 4 249 130 398 401 107 109 5 265 144 399 401 132 140 p (kg/m3) 996 v (m/ s2) 1 cos D (m) 0.285 *Nước - Khuấy chất lỏng với nước ( Chuẩn số Re đặc chưng) ℜM = n d v = 0,02842875 download by : skknchat@gmail.com A Chuẩn số công suất khuấy: K N = ℜm = 14,35 = 43.27000986 ¿¿ M Công suất khuấy: N= K N p.n3 d 5k = 3.474369594 (W) 265 Công suất động cơ: N đc = U.I.cosu = 400 1000 1= 106 (W) *Dung dịch CMC Khuấy chất lỏng với CMC ( Chuẩn số Re đặc chưng) 281,64 Khối lượng riêng D= 100 =2.8164(g /ml) Tra bảng với thời gian chảy 11 giây, ta độ nhớt động lực 0.03 Pa.s 0.03 = =0.010651(m /s) Độ nhớt động học: v= ❑ D 2.8164  (kg/m3)  (m2/s) cos D (m) 2800 0.010651 0.31 ℜM = n d v 28 ×0.31 60 = = 4.4866 0.010651 A Chuẩn số công suất khuấy: K N = ℜm = 14,35 = 9.0107 ¿¿ M 28 Công suất khuấy: N= K N p.n3 d 5k = 9.0107.2800.( 60 ¿ 0.315 = 8.6037(W) Công suất động cơ: N đc = U.I.cosu = 48 (W) * Nước STT Loại N( vịng/s) Khơng 0,35 có chặn 0,5667 Re 0,02842875 KN 43,2700 0,0460302075 37,2656 N k (W) N đc (W ) 3,4744 86.8 12,7014 88.97 download by : skknchat@gmail.com 1,0833 0,0879910425 30,4843 72,5781 95.36 1,7833 0,1448485425 26,1197 277,4121 99.10 2,2 0,178695 488,0325 105.7 24,4735 * Dung dịch CMC N( vòng/s) Re KN N k (W) N đc (W) 0,466667 4.48 9.01 8.603 48 0,9 8.65 7.35 50.34 50.14 1,283333 12.3 6.58 130.76 51.6 1,816667 17.4 5.91 333.04 52.13 2,333333 22.4 5.47 653.00 57.74 STT Loại Khơng có chặn TN2: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy mái chèo ( có chặn) download by : skknchat@gmail.com STT Loại Có Mức độ khuấy chặn I (A) H 2O U (V) CMC H 2O CMC Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC 223 122 400 401 32 24 2 235 127 399 402 59 45 3 245 130 398 402 104 76 4 225 137 398 402 79 110 5 263 145 399 402 137 143 *Nước p (kg/m3) 996 v (m/ s2) cosu 1 D (m) 0.285 *Nước: Khuấy chất lỏng với nước vòng ( Chuẩn số Re đặc chưng) ℜM = n d v 32 ×0.2852 60 = = 0.04332 A Chuẩn số công suất khuấy: K N = ℜm = 14,35 = 37.9733124 ¿¿ M Công suất khuấy: N= K N p.n3 d 5k = 10.178828344(W) Công suất động cơ: N đc = U.I.cosu = 105 (W) *Dung dịch CMC: Khuấy chất lỏng với CMC vòng ( Chuẩn số Re đặc chưng) 281,64 Khối lượng riêng D= 100 =2.8164(g /ml) Tra bảng với thời gian chảy 11 giây, ta độ nhớt động lực 0.03 Pa.s 0.03 = =0.010651(m /s) Độ nhớt động học: v= ❑ D 2.8164 download by : skknchat@gmail.com  (kg/m3)  (m2/s) cos D (m) 2800 0.010651 0.31 ℜM = n d v = 3.845648296 A Chuẩn số công suất khuấy: K N = ℜm = 14,35 = 9.451730641 ¿¿ M Công suất khuấy: N= K N p.n3 d 5k = 5.682241733 (W) Công suất động cơ: N đc = U.I.cosu = 48.92 (W) *Tính tương tự với TN3 *Nước STT Loại N( vịng/s) Có chặn 0,5333 Re KN 0.043 37.97 N k (W) 10,17882834 N đc (W) 89.2 0,9833 0.07 31.41 55,93127439 93.76 1,7333 0.10 29.04 110.53 97.51 1,31667 0.10 28.69 122.664902 89.55 2,28333 0.185 24.19 539,3665492 104.9 *Dung dịch CMC STT Loại N( vòng/s) Re KN N k (W) N đc (W) 0.4 3.84 9.45 5.68 48.92 0.75 7.21 7.77 30.82 51.05 1.732 16.66 5.99 293.52 52.26 1.8333 17.62 5.89 341.33 55.07 Có chặn download by : skknchat@gmail.com 2.3833 22.91 5.43 691.32 58.29 Biểu đồ quan hệ giữ REm với hiệu xuất khuấy CMC 25 22.4 20 12,000 22.91 10,735 10,000 9,350 17.62 16.668,725 8,000 10,555 17.48,821 7,842 15 6,822 5,327 10 6,570 12.3 8.65 4,000 7.21 4.48 6,000 5,177 3.84 Rem 2,000 Column1 10 hiệu xuất khuấy đồ thị quan hệ chuẩn số ReM công suất khuấy dung dịch nước 0.2 50 0.18 45 0.16 40 0.14 35 0.12 30 0.1 25 0.08 20 0.06 15 0.04 10 0.02 ReM chuẩn số công suất khuấy download by : skknchat@gmail.com 10 đồ thị quan hệ chuẩn số ReM công suất khuấy dung dịch CMC 25 20 15 10 chuẩn số Re 10 chuẩn số công suất khuấy TN3 4: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến công suất khuấy loại cánh khuấy chân vịt ( khơng có chặn) ( có chặn) * Nước STT Loại N( vòng/s) Re KN N k (W) N đc (W) Khơng có chặn 0.48 0.04 1.54 0.32 49.6 1.13 0.11 1.36 3.71 51.07 1.28 0.14 1.33 5.29 51.87 1.75 0.18 1.27 12.79 55.86 2.33 0.24 1.22 29.05 58.25 *Dung dịch CMC download by : skknchat@gmail.com N( vòng/s) Re KN N k (W) N đc (W) 0.48 4.64 8.91 2.06 50 0.71 6.89 7.89 6.73 50 9.61 7.11 18.29 50 1.63 15.70 6.11 79.70 54.4 2.26 21.79 5.52 213.01 55.6 N( vòng/s) Re KN N k (W) N đc (W) 0.45 0.04 1.56 0.26 47.88 0.81 0.08 1.43 1.45 49.87 1.33 0.13 1.33 5.89 53.86 1.81 0.18 1.28 14.23 58.65 2.38 0.24 1.22 30.86 62.64 Re KN N k (W) N đc (W) STT Loại Khơng có chặn *Nước ( có chặn) STT Loại Có chặn *Dung dịch CMC (có chặn) STT Loại N( vòng/s) download by : skknchat@gmail.com Có chặn 0.5 4.81 8.82 2.28 50.4 0.93 8.97 7.26 14.87 51.6 1.25 12.02 6.64 35.72 52 1.75 16.82 5.98 98.03 56 2.3333 22.43 5.47 232.36 61.2 Biểu đồ quan hệ REm với hiệu xuất khuấy nước 0.3 60,000 0.25 50,000 0.2 40,000 0.15 30,000 0.1 20,000 0.05 10,000 Rem Column1 hiệu xuất khuấy Column2 download by : skknchat@gmail.com 10 biểu đồ quan hệ giữ REm với hiệu xuất khuấy CMC 12,000 25 10,000 20 8,000 15 6,000 10 4,000 2,000 Rem Column1 10 hiệu xuất khuấy đồ thị quan hệ chuẩn số ReM công suất khuấy dung dịch nước 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 chuẩn số Re chuẩn số công suất khuấy download by : skknchat@gmail.com 10 đồ thị quan hệ chuẩn số ReM công suất khuấy dung dịch CMC 25 20 15 10 chuẩn số Re 10 chuẩn số cơng suất khuấy 1.7.KẾT LUẬN Qua ta thấy tốc độ vịng quay có chặn nhỏ khơng có chặn : chặn cản trở dòng lưu nước cánh khuấy quay chuyển động, số ReM giảm so với số ReM khơng có chặn Chỉ số công suất khuấy KN giảm dần theo tăng dần số ReM số tỉ lệ nghịch với Tuy nhiên tốc độ giảm cơng suất khuấy khơng đáng kể vậy, ta xem cơng suất khuấy N tỉ lệ thuận với số vịng quay Ngồi ra, cơng suất động lớn công suất khuấy download by : skknchat@gmail.com download by : skknchat@gmail.com ... khuấy I (A) U (V) Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC H 2O CMC H 2O CMC 21 7 12 0 400 400 21 28 2 223 12 6 397 398 34 54 3 23 9 12 9 399 4 01 65 77 4 24 9 13 0 398 4 01 107 10 9 5 26 5 14 4 399 4 01 1 32. .. Mức độ khuấy chặn I (A) H 2O U (V) CMC H 2O CMC Tốc độ vòng quay (vòng/phút) H 2O CMC 22 3 12 2 400 4 01 32 24 2 235 12 7 399 4 02 59 45 3 24 5 13 0 398 4 02 10 4 76 4 22 5 13 7 398 4 02 79 11 0 5 26 3 14 5 399... (W) N đc (W) Khơng có chặn 0.48 0.04 1. 54 0. 32 49.6 1. 13 0 .11 1. 36 3. 71 51. 07 1 .28 0 .14 1. 33 5 .29 51. 87 1. 75 0 .18 1 .27 12 . 79 55.86 2. 33 0 .24 1 .22 29 .05 58 .25 *Dung dịch CMC download by : skknchat@gmail.com