Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ********** BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNTPI Họ tên SV: Hoàng Thị Hải Chiều Lớp: KTTP – 01 – K64 MSSV: 20190421 Mã lớp: 705033 Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Thanh Hương ThS Nguyễn Tuấn Linh Mục lục Lời mở đầu………………………………………………………………………….3 Bài 1: Xác định vận tốc lắng môi trường thực phẩm lỏng…………………….4 Bài 2: Xác định công nghiền riêng hạt nông sản ……………………………….8 Bài 3: Thí nghiệm khuấy trộn chất lỏng ………………………………………… 15 Phần kết luận ……………………………………………………………………22 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, giới nói chung Việt Nam ngày phát triển Trước đây, khoa học cơng nghệ cịn yếu kém, lạc hậu người mong ăn đủ no, mặc đủ ấm Cho đến khoa học cơng nghệ có tiến nhu cầu người từ ăn no, mặc ấm sang ăn ngon, mặc đẹp Khi thứ trở nên phát triển, nhu cầu người nâng cao để hướng tới sống tốt đẹp Nhất nay, giới đối đầu với đại dịch Covid-19 nhu cầu ăn uống người khơng thể bỏ qua Vậy nên nói ngành công nghệ sản xuất thực phẩm ngày trở nên thịnh hành quan trọng hết Ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm ngày trở nên phát triển Nhận đầu tư lớn cơng nghệ tài từ nguồn nước nên sản phẩm sản xuất số lượng chất lượng vượt trội, đa dạng chủng loại Do đó, thiết bị ngày giới hóa, tự động hóa nhằm tạo sản phẩm tố đến tay người tiêu dùng xuất Tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, để vận dụng hiểu rõ lý thuyết học chúng em tham gia thí nghiệm mơn Q trình thiết bị CNTP, chúng em nhận hỗ trợ nhiệt tình từ Phạm Thanh Hương thầy Nguyễn Tuấn Linh Em làm quen với máy móc chuyên dụng, tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy gia cơng cơ; q trình khuấy trộn máy nghiền Do hiểu biết cịn ít, thời gian thí nghiệm hạn chế nên báo cáo cịn nhiều thiếu sót Mong thầy bạn đóng góp ý kiến để em hiểu rõ hoàn thiện báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! BÀI 1: Xác định vận tốc lắng môi trường thực phẩm lỏng Cơ sở lý thuyết Trong sản xuất ngành cơng nghiệp hóa chất, cơng nghệ mơi trường, phương pháp lắng thường sử dụng để tách chất rắn hạt lơ lửng khỏi môi trường lỏng, khí, VD tách bụi khỏi khơng khí, tách bùn từ nước thải v.v… Vì việc nghiên cứu lắng hạt đóng vai trị quan trọng Trong thí nghiệm này, sinh viên tiến hành lắng hạt thủy tinh môi trường mật ong, đo vận tốc lắng, tính tốn chuẩn số Reynolds, hệ số trở lực vận tốc lắng Sự khác vận tốc lắng thực tế lý thuyết đưa so sánh thảo luận Trong môi trường chất lỏng, theo định luật Archimedes, trọng lực hạt hình cầu K S tính sau: KS= πd ( ρ1−ρ2 ) g , ( N ) (1) ρ1: khối lượng riêng hạt cầu (kg/m3) ρ2: khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) g: gia tốc trọng trường (m/s2) Khi hạt cầu rơi (lắng) với vận tốc u, chịu trở lực gây môi trường chất lỏng Trở lực phụ thuộc vào tính chất vật lý môi trường lỏng (khối lượng riêng, độ nhớt), phụ thuộc vào kích thước hình dáng vật thể, phụ thuộc vào vận tốc rơi gia tốc trọng trường Theo Newton, trở lực S xác định sau: S=ξ F ρ2 u2 ( ) , N (2) ξ: hệ số trở lực F: tiết diện hạt theo hướng chuyển động Đối với hạt hình cầu: S=ξ 2 πd u ( ) ρ , N (3) 22 Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc khơng đổi Khi S = KS: ξ 2 πd u πd ρ2 = ( ρ1−ρ2 ) g (4 ) u= √ gd ( ρ1− ρ2) ρ2 ξ (5) Hệ số trở lực ξ hàm số Renolds, nghĩa phụ thuộc vào tốc độ lắng, kích thước hạt, khối lượng riêng chất lỏng độ nhớt chất lỏng Sự phụ thuộc ξ = f(Re) xác định thực nghiệm, cụ thể sau: 24 ℜ ℜ≤ 0,2 ξ= 0,2< ℜ< 500 ξ= 18,5 ℜ 500< ℜ< 15.10 ξ=0,44 với: ℜ= ρ2 ud ( 6) μ μ: độ nhớt động lực học chất lỏng, Pa.s Dụng cụ, thiết bị Ống thủy tinh cao 40 cm, đồng hồ bấm giờ, cân điện tử, thước kẹp, cốc đong Nguyên liệu Mật ong lít, túi hạt thủy tinh hình cầu Các bước tiến hành Sinh viên tiến hành thí nghiệm lắng hạt thủy tinh hình cầu mơi trường mật ong Kích thước hạt thủy tinh xác định thước kẹp theo thông số nhà sản xuất, sau thả vào ống thủy tinh chứa mật ong có chiều cao h = 35cm Đo thời gian rơi hạt thủy tinh t (s) Các bước tiến hành thí nghiệm Bước 1: Xác định khối lượng hạt thủy tinh cân điện tử: m1 (g) Bước 2: Xác định khối lượng 1l mật ong cân điện tử: m2 (kg) Bước 3: Tiến hành lắng hạt thủy tinh, đo thời gian lắng đồng hồ bấm t (s) Lặp lại thí nghiệm lần Tính tốn kết nhận xét Tính khối lượng riêng hạt thủy tinh ρ1 mật ong ρ2 Xác định vận tốc lắng thực: u tt = h/t Từ vận tốc kích thước đo hạt thủy tinh, tính chuẩn số Re, từ xác định hệ số trở lực (6) Tính vận tốc lắng lý thuyết theo công thức (5) So sánh vận tốc lắng thực tế lý thuyết, đưa nhận xét Số liệu: m1 = 0,0405g m2 = 1398g h = 22 cm d = 3mm o g = 9,8 m/s o t =23,6 C Tính khối lượng riêng hạt thủy tinh ρ1 mật ong ρ2 - ¿ Khối lượng riêng viên bi: ρ1 m = V −3 0,0405.10 =2864,79 kg /m3 0.3 −2 ∕ 3⋅π ⋅ ⋅ 10 ( - Khối lượng riêng mật ong ρ2 ¿ 1396 kg /m3 Bảng số liệu: ) Thời gian lắng t Vận tốc lắng thực tế utt Vận tốc lắng lý thuyết u (s) (m/s) (m/s) Lần 182 1,209.10-3 9,61.10-4 Lần 181 1,215.10-3 9,63.10-4 Lần 176 1,250.10-3 9,77.10-4 Lần 174 1,264.10-3 9,83.10-4 Lần 170 1,294.10-3 9,44.10-4 Nhận xét: Ta thấy kết thực tiễn kết lí thuyết có chệnh lệch tương đối, nguyên nhân có sai số đến từ: - Ta thấy độ chệnh lệch vận tốc thực tế vận tốc lý thuyết 20,15% - Các khối lượng riêng ρ1, ρ2 xác định đo đạc thể tích khổi lượng, trình đo đọc số liệu xảy sai số - Đọc bấm thời gian lắng viên bi, hạt thủy tinh xuất sai số - Gia tốc trọng trường lấy số liệu lí thuyết, mang tính tương đối - Ngồi ra, q trình thực thí nghiệm nhiều lần, việc không vớt viên bi khỏi dung dịch làm thay đổi thể tích cột mật ong, nhiên sai số không đáng kể, hạt thủy tinh nhỏ, nên ta bỏ qua - Tốc độ thả ban đầu không đồng BÀI 2: Xác định công nghiền riêng hạt nông sản Cơ sở lý thuyết Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc nhiều ngành cơng nghiệp khác thường tiến hành q trình nghiền cục to, hạt thành bột thô, vừa mịn Quá trình nghiền nhỏ vật liệu máy nghiền nhờ lực học Có thể phân loại dạng tác dụng học nhằm phá vỡ vật liệu đem nghiền sau: Bảng phân loại mức độ nghiền Tùy theo kết cấu loại máy nghiền mà lực phá vỡ vật liệu đem nghiền lực nén, ép, chẻ, cắt, va đập… vài lực tác dụng đồng thời Công nghiền không phụ thuộc vào loại lực tác dụng, kết cấu máy cấu truyền động mà cịn phụ thuộc vào tính chất lý vật liệu đem nghiền độ cứng, độ ẩm, tính chất vỏ hạt… Cơng nghiền dùng để khắc phục lực liên kết phần tử vật liệu đem nghiền, lực ma sát vật liệu với nhau, vật liệu cấu nghiền, ma sát phận chuyển động máy Để xây dựng cơng thức tính tốn cơng suất, suất cho máy nghiền phải dựa vào thực nghiệm Một số sở lý thuyết để tính tốn gần thuyết bề mặt P.Rv Rittingơ, thuyết thể tích, thuyết thể tích bề mặt P.A Rebinde (đọc giáo trình máy thiết bị chế biến lương thực) Hình Máy nghiền búa Hình Sơ đồ nguyên lý máy nghiền búa: 1- vỏ, 2- Roto, 3- búa, 4- cửa nạp liệu, 5- trục dẫn động, 6- sàng Dụng cụ, thiết bị Máy nghiền, đồng hồ bấm thời gian, rây có kích thước lỗ: 0.1mm, 0.2mm, 0.5 mm Nguyên liệu Gạo Tiến hành Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu - Cho máy chạy không tải, xác định công suất chạy không tải: P0 = 600 W - Cân 200 g gạo cho lần thí nghiệm nghiền Làm thí nghiệm lần nhiều Lần lượt thời gian nghiền 30 giây, phút, 1,5 phút Xác định công tiêu thụ A - Lần lượt rây để phân loại rây có kích thước lỗ : 0.1mm, 0.2mm, 0.5 mm - Bảng số liệu: 10 TT Khối lượng Kích Thời TT Số đồng hồ Cơng sản phẩm thướ gian Lúc bắt Lúc nghiền nghiền sau rây (kg) c lỗ nghiền đầu xong riêng rây T nghiền Acuối (kWh/kg) (mm) (h) Ađầu (kWh) (kWh) Lần 471,92.10-3 1/120 9238.10-3 9245.10-3 -0.03 9246.10-3 9261.10-3 0.11 9261.10-3 9285.10-3 0.012 Lần 512,74.10-3 Lần Lần 0.1 518,43.10 -3 Lần 516,11.10-3 1/60 Lần 556,93.10-3 Lần Lần 0.2 584,36.10 -3 Lần 613,39.10-3 1/40 Lần 624,65.10-3 Lần 620,16.10 -3 0.5 Lần 3 Lọt 0,5mm không lọt 0,2mm: m1 11 Lọt 0,2mm không lọt 0,1mm: m2 Lọt 0,1mm: m3 Lần Lần Lần m1 97,28.10-3 67,72.10-3 35,8.10-3 m2 44,19.10-3 59,1.10-3 65,93.10-3 m3 40,92.10-3 66,83.10-3 77,43.10-3 Kết 5.1 Tính cơng nghiền riêng - Tính cơng có ích: Aci1 = 2.10-3 Aci = A – A0 Aci2 = 5.10-3 Aci3 = 7.10-3 Trong đó: A cơng nghiền có tải thời gian nghiền T A = Acuối - Ađầu A0 công chạy không tải tương ứng với thời gian nghiền T A0 = P0 x T Cơng nghiền riêng: cơng có ích nghiền kg vật liệu Ariêng = Aci /m m - khối lượng vật liệu nghiền, kg 5.2 Xác định công nghiền riêng theo thuyết bề mặt - Tính cơng có ích: Aci = A – A0 Trong đó: A cơng nghiền có tải thời gian nghiền T A = Acuối - Ađầu A0 công chạy không tải tương ứng với thời gian nghiền T A0 = P0 x T 12 - Xác định diện tích bề mặt hạt gạo f, tổng diện tích bề mặt số lượng gạo đem nghiền F - Xác định giá trị trung bình tổng diện tích hạt có kích thước nhỏ 0.1mm (sau nghiền) F1, tương tự với kích thước khoảng 0.1mm 0.2mm F2, khoảng 0.2mm - 0.5mm F3 - Công nghiền riêng: Ariêng = Aci / (F1+F2+F3 - F) Theo số liệu thí nghiệm thu thay vào cơng thức ta có: F1 = 0,35mm; F2 = 0,15mm; F3 = 0,05mm A0 = 600wh => cơng có ích giai đoạn là: Aci1 = 2.10-3 Aci2 = 5.10-3 Aci3 = 7.10-3 Ta có hệ phương trình, ẩn tính cơng nghiền riêng là: Aci1 = A1.m11 + A2.m12 + A3.m13 Aci2 = A1.m21 + A2.m22 + A3.m23 Aci3 = A1.m31 + A2.m32 + A3.m33 2.10-3= 97,28.10-3 A1 + 44,19.10-3 A2 + 40,92.10-3 A3 5.10-3 = 67,72.10-3 A1 + 59,1.10-3 A2 + 66,83.10-3 A3 7.10-3 = 35,8.10-3 A1 + 65,93.10-3 A2 + 77,43.10-3 A3 Giải hệ phương trình ta được: A1 = -0,03; A2 = 0,11; A3 = 0,012 5.3 Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ cơng nghiền diện tích tạo thành nghiền Rút nhận xét 13 Nhận xét: - Công âm xuất do: + lượng sản phẩm dùng q + q trình sàng, lượng bột nghiền bị thất q trình thay đổi lưới lọc, q trình nghiền (gió thổi, lọc chưa kỹ v.v) + sai số trình cân lượng sản phẩm Do có sai số khiến kết xuất giá trị âm 14 BÀI 3: Khuấy trộn chất lỏng I Mở đầu Khuấy trộn môi trường lỏng thường ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp hóa chất thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũ tương, để tăng cường trình hịa tan, truyền nhiệt, chuyển khối q trình hóa học Phổ biến khuấy học, có nghĩa dùng loại cánh khuấy để khuấy trộn Tùy theo cấu tạo mà người ta chia loại cánh khuấy sau đây: loại mái chèo, loại chân vịt hay chong chóng, loại tua bin loại đặc biệt khác Đặc trưng trình khuấy công suất yêu cầu hiệu suất khuấy trộn Khi cánh khuấy quay lượng tiêu hao dùng để thắng ma sát cánh khuấy với chất lỏng Ta coi chất lỏng chuyển động máy khuấy trường hợp đặc biệt chuyển động chất lỏng Do để diễn đạt q trình khuấy chế độ ổn định ta dùng phương trình chuẩn số chất lỏng chuyển động: Eu = f (Re, Fr,…) Ở đây: ΔΡ Eu = ρω ωdρ Re = μ chuẩn số Ơ - le chuẩn số Rây - nôn ω Fr = gd Chuẩn số Phơ - rút - hiệu số áp suất ρ - Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 ω - vận tốc chuyển động dịng, m/s d - đường kính, m 15 (1) μ - độ nhớt, N.s/m2 Đối với thiết bị khuấy trộn d đường kính cánh khuấy, vận tốc chuyển động chất lỏng thay số vòng quay cánh khuấy ( ω=π dn ), cịn hiệu số áp suất thay cơng suất yêu cầu Khi đó, chuẩn số thủy lực có dạng sau đây : Ν EuK = ρn d ; Ở đây: ρnd ReK = μ ; nd FrK = g n – số vòng quay cánh khuấy, vịng/s d – đường kính cánh khuấy, m N – công suất trục, W EuK = f (ReK, FrK) Qua thực nghiệm ta có: m n EuK = C Re K Fr K (2) Trong đó : C, m, n – đại lượng xác định thực nghiệm Chúng phụ thuộc vào kích thước cánh khuấy, mức chất lỏng, dạng thùng khuấy, độ nhẵn thành thùng cấu khác Nếu bề mặt khơng tạo thành phễu, cánh khuấy nhúng sâu vào chất lỏng nên ảnh hưởng gia tốc trọng trường bỏ qua Ta có : II ( ) ρ nd Ν μ ρn3 d = C m (3) Mục đích thí nghiệm Làm quen với cấu tạo máy khuấy loại cánh khuấy mái chèo, chong chóng (chân vịt) Xác định cơng suất tiêu hao khuấy, số vịng quay, thời gian khuấy trộn Xác định chuẩn số Ơ - le, Rây - nôn mối quan hệ chúng Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ Brix theo thời gian khuấy 16 III Sơ đồ thí nghiệm IV Các bước tiến hành thí nghiệm Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ Xem xét dụng cụ đo: thiết bị đo công suất, chiết quang kế đo nồng độ Brix Đổ lít nước vào thùng, cho 0,2kg đường vào Chọn số vòng quay cánh khuấy tủ điều khiển Bật máy cho động hoạt động, cánh khuấy quay Bắt đầu tính thời gian khuấy, phút lấy mẫu đo nồng độ Brix lần (đọc xác đến 0,1) Ghi số liệu vào bảng bảng 17 Đo đến nồng độ Bx khơng đổi dừng khuấy Xác định thời gian khuấy Sau lấy tất số liệu xong tắt máy, làm vệ sinh chỗ làm thí nghiệm, báo cáo kết thí nghiệm với cán hướng dẫn V Tính tốn kết thực nghiệm, vẽ đồ thị Xác định chuẩn số Ơ - le Ν EuK = ρn d (4) N – cơng suất, W n – số vịng quay cánh khuấy, vịng/s d – đường kính cánh khuấy, m ρ - Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 Xác định chuẩn số Rây - nôn ρnd ReK = μ (5) μ - độ nhớt chất lỏng, N.s/m2 Làm thí nghiệm có giá trị ReK khác Trên hệ trục lgEuK - lgReK qua điểm ta vẽ đường thẳng Trên sở đường thẳng ta có phương trình : lgEuK = lgC + m.lgReK hay m EuK = C Re K (6) (7) Cần xác định giá trị m, C phương trình (7) 18 Số liệu thí nghiệm Nhiệt độ nước: t ° H O =26,2 ℃; Đường kính cánh khuấy: d = 5,5 cm; Khối lượng riêng nước: ρ =997 kg/m3 Độ nhớt nước: μ =0,8739.10-3 (N.s/m2) – độ nhớt dung dịch nước 27oC Bảng 1: Bảng kết thí nghiệm Số thí Số vịng nghiệm quay cánh khuấy Cơng suất EuK lgEuK ReK lgRe N (Vòng/ phút) m lgC C K (W) 108 5,3 1811 3,26 6212 3,79 270 6,7 126,5 2,1 15530 4,19 -2,9 14,251 1014,251 Bảng 2: Kết đo nồng độ Brix a Với vận tốc cánh khuấy n1 = 108 vòng/phút Thời gian(phút) Bx(%) 12 10 10 17 16 16 17 16 15 14 14 Thời 11 gian(phút) Bx(phút) 13 12 13 14 15 16 17 18 19 20 13 13 13,5 13,5 14 14 14 14 14 19 Với vận tốc cánh khuấy n2 = 207 vòng/phút Thời gian(phút) Bx(%) 17 18 18 18 18 18 18 18 18 3.5 2.5 lgEuK b 1.5 0.5 3.79 4.19 lgReK Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ Brix theo thời gian khuấy (với tốc độ cánh khuấy khác nhau) Rút nhận xét 20 Biểu đồ quan hệ nồng độ Bx thời gian khuấy 20 18 16 Bx (%) 14 12 10 n1=108 v/p n2=207 v/p 2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Thời gian (phút) Nhận xét: Ở trường hợp thời gian khuấy trộn lâu(18 phút) , tốc độ cánh khuấy cao (108 vòng/phút) nên nồng độ chất khô tăng từ từ Ở trường hợp thời gian khuấy trộn ngắn (9 phút), tốc độ cánh khuấy tăng lên (207 vòng/phút) nên nồng độ chất khô tăng lên nhanh đường sớm bão hòa Ở trường hợp ta thu nồng độ chất khơ cao hiệu suất trình khuấy trộn đạt cao Hiệu suất trình khuấy trộn phụ thuộc phần lớn vào thời gian khuấy trộn tốc độ cánh khuấy 21 PHẦN KẾT LUẬN Sau hồn thành thí nghiệm Q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm I hướng dẫn thầy cô, em tiếp thu kiến thức nguyên lý hoạt động máy gia cơng q trình khuấy trộn máy nghiền Em tìm hiểu kỹ cấu tạo nguyên lí hoạt động máy Hơn em hướng dẫn để trực tiếp sử dụng để biết xem lại cần có lưu ý hay yếu tố tác động vào Em cảm ơn thầy Bộ mơn Q trình thiết bị Công nghệ thực phẩm tạo hội cho chúng em thí nghiệm, giúp em bồi dưỡng thêm kiến thức tạo động lực cho em bước tiếp đường kỹ sư thực phẩm thân Trên nội dung báo cáo em mơn Thí nghiệm Q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm Nội dung cịn nhiều thiếu sót, em mong thầy thơng cảm cho em nhận xét góp ý để em rút kinh nghiệm ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 22 ... nghiền lực nén, ép, chẻ, cắt, va đập… vài lực tác dụng đồng thời Công nghiền không phụ thuộc vào loại lực tác dụng, kết cấu máy cấu truyền động mà cịn phụ thuộc vào tính chất lý vật liệu đem nghiền... Em tìm hiểu kỹ cấu tạo nguyên lí hoạt động máy Hơn em hướng dẫn để trực tiếp sử dụng để biết xem lại cần có lưu ý hay yếu tố tác động vào Em cảm ơn thầy Bộ mơn Q trình thiết bị Công nghệ thực. .. giúp em bồi dưỡng thêm kiến thức tạo động lực cho em bước tiếp đường kỹ sư thực phẩm thân Trên nội dung báo cáo em mơn Thí nghiệm Q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm Nội dung cịn nhiều thiếu sót,
Ngày đăng: 22/09/2022, 22:58
Xem thêm:
