(TIỂU LUẬN) bài báo cáo THỰC HÀNH kỹ THUẬT THỰC PHẨM CHƯNG cất

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Mạc Xuân Hòa SVTH: Nhóm Mai Thị Thiện _2005190609 Cao Hồng Ngọc_2005190399 Bùi Thanh Ngân_2005190354 Phan Thị Thùy Trang _2005190731 Đầu Huỳnh Thanh Xuân_2005191352 MỤC LỤC CHƯNG CẤT Mục đích thí nghiệm Cơ sở lí thuyết Các bước tiến hành thí nghiệm Tính tốn kết .7 Trả lời câu hỏi 15 CÔ ĐẶC 18 Mục đích thí nghiệm 18 Cơ sở lí thuyết 18 Các bước tiến hành thí nghiệm 20 Tính tốn kết 22 Trả lời câu hỏi 23 CỘT CHÊM 26 Mục đích thí nghiệm 26 Cơ sở lý thuyết 26 Các bước tiến hành thí nghiệm: 29 4.Tính tốn kết 30 SẤY ĐỐI LƯU 40 Mục đích thí nghiệm 40 Cơ sở lí thuyết 40 Các bước tiến hành thí nghiệm 41 Tính tốn kết 41 LỌC KHUNG BẢN 55 Mục đích thí nghiệm 55 Cơ sở lí thuyết 55 Các bước tiến hành thí nghiệm 57 Tính tốn kết 58 Trả lời câu hỏi 63 LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Mạc Xuân Hòa tận tình truyền đạt kiến thức để em hồn thành tốt báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm Dù cố gắng hồn thiện khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhận thơng cảm nhận xét thầy Một lần nhóm em trân trọng cảm ơn thầy! CHƯNG CẤT Mục đích thí nghiệm Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng hồn lưu vị trí mâm nhập liệu lên độ tinh khiết sản phẩm, tính hiệu suất q trình chưng cất Cơ sở lí thuyết a) Định nghĩa chưng cất Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khílỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (ở củng điều kiện) b) Các phương pháp chưng cất Chưng cất đơn giản: dủng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Chưng cất nước trực tiếp: dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất khơng bay Chưng cất: dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn tồn vào c) Định luật Henry: Đối với dung dịch lý tưởng áp suất riêng phần p khí chất lỏng tỷ lệ với phần mol x dung dịch y=H.p Trong đó: H: Hằng số Henry (khi nhiệt độ tăng H tăng) d) Định luật Raoult: Áp suất riêng phần cấu tử dung dịch áp suất bão hòa cấu tử (ở nhiệt độ) nhân với nồng độ phần mol cấu tử dung dịch p= x ℎ Trong đó: p: áp suất riêng phần cấu tử hỗn hợp ℎ: áp suất bão hòa cấu tử nhiệt độ x: nồng độ phần mol cấu tử dung dịch e) Mô hình mâm lý thuyết Mơ hình mâm lý thuyết mơ hình tốn đơn giản dựa sở sau: Cân hai pha lỏng - cho hỗn hợp hai cấu tử Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng mâm lý cho hai pha lỏng - là: + Pha lỏng phải hòa trộn hồn tồn mâm + Pha khơng lơi giọt lỏng từ mâm lên mâm đồng thời có nồng độ đồng vị trí tiết diện + Trên mâm ln đạt cân hai pha D: Suất lượng sản phẩm đỉnh W: Suất lượng sản phẩm đáy : Nồng độ nhập liệu (của cấu tử dễ bay hơi) : Nồng độ sản phẩm đỉnh (của cấu tử dễ bay hơi) : Nồng độ sản phẩm đáy(của cấu tử dễ bay hơi) F: Suất lượng nhập liệu f) Hiệu suất Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm Có ba loại hiệu suất mâm dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp; Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quan đến vị trí cụ thể mâm Hiệu suất tổng quát Eo: hiệu suất đơn giản sử dụng kén xác nhất, định nghĩa tỉ số số mâm lý tưởng số mâm thực cho toàn tháp = Hiệu suất mâm Murphree: tỉ số biến đổi nồng độ pha qua mâm với biến đổi nồng độ cực đại đạt pha rời mâm cân với pha lỏng rời mâm thứ n − = Trong đó: +1: +1 ∗− +1 yn: nồng độ thực pha rời mâm thứ n nồng độ thực pha vào mâm thứ n ∗ : nồng độ pha cân với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n Nói chung, pha lỏng rời mâm có nồng độ khơng với nồng độ trung bình pha lỏng mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục Hiệu suất cục định nghĩa sau: ′− ′ Trong đó: +1 ∗ − ′ = ′ : nồng độ pha rời khỏi vị trí cụ thể mâm n ′ +1: nồng độ pha mâm n vị trí ∗ : nồng độ pha cânbằng với pha lỏng vị trí Các bước tiến hành thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Bước 1: Vận hành thiết bị Cho 50 lít cồn thơ vào bình chứa nhập liệu A +1 Mở van 6, van 14, bật bơm nhập liệu B để đưa cồn khô nồi đun F dung dịch ngập điện trở (khoảng 1/3 nồi đun) tắt bơm, khóa van 6, van 14 Mở van 11 thơng áp bình chứa sản phẩm đỉnh mở van 12 cho nước vào thiết bị ngưng tụ Khóa van 7, van van Bật công tắc điện trở nồi đun Khi dung dịch nồi đun sơi tiến hành làm thí nghiệm Bước 2: Chưng cất Mở van tương ứng mâm cần khảo sát (van → 5) Bật bơm nhập liệu, mở từ từ van 10 để chỉnh lưu lượng nhập liệu (thông qua lư lượng kế C) Bật công tắc điện trở I gia nhiệt dịng hồn lưu Chờ hệ thống hoạt động ổn định (5 phút), bắt đầu lấy số liệu thí nghiệm Chuyển chế độ thí nghiệm: (khảo sát ảnh hưởng thay đổi vị trí mâm nhập liệu lưu lượng dịng hồn lưu) Thay đổi vị trí mâm nhập liệu: tắt điện trở nhập liệu điện trở hoàn lưu, tắt bơm nhập liệu điện trở hoàn lưu Mở van tương ứng mâm cần khảo sát vận hành tương tự Thay đổi lưu lượng hoàn lưu: giữ nguyên chế độ làm việc, chỉnh từ từ van 13 đến giá trị lưu lượng Tương tự chờ ổn định (5 phút), bắt đầu lấy số liệu thí nghiệm Bước 3: Ngừng máy Tắt điện trở nung nóng nhập liệu hoàn lưu Tắt bơm nhập liệu hoàn lưu Tắt điện trở nồi đun Tháo sản phẩm đỉnh Đóng van nước cấp ngưng tụ sản phẩm đỉnh (van 12) Tắt điện vào hệ thống chưng cất Tính tốn kết Số liệu thực nghiệm: Bảng Số liệu từ phịng thí nghiệm Vị TN mâm 10 11 12 13 14 15 16 17 2 2 2 2 2 2 2 2 Xử lí số liệu: Thí nghiệm 1: Ta phải quy đổi đơn vị F,D, xD, xF,từ thể tích mol, phần thể tích phần mol tính W, xW Khối lượng riêng: = 30℃ = 30℃ Trong đó: (kg/m3): khối lượng riêng rượu 300C tra sổ trang (kg/m3): khối lượng riêng nước 300C tra sổ tay QTTB ướ trang 12 Suất lượng nhập liệu F, suất lượng sản phẩm đỉnh D = 2000 × 60 × 10−6 = Suất lượng nhập liệu: = 30℃ × = 120 ∙ 10−3 × 956,935 = 114,832 kg/h Suất lượng sản phẩm đỉnh: = 30℃ × = ∙ 10−3 × 851,405 = 2,554 kg/h Nồng độ phần mol, suất lượng mol: Nồng độ phần khối lượng cấu tử dễ bay pha lỏng dòng nhập liệu: ′ ̅̅ = = 0,331 (phần khối lượng) Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay pha lỏng dòng nhập liệu: ′ = = 0,07 (phần mol) Suất lượng mol dòng nhập liệu: ̅̅ ′ ′ = Đồ thị Đồ thị W-τ đường cong Độ ẩm vật liệu giảm dần theo thời gian Đồ thị đường cong tốc độ sấy khác biệt nhiều, so với lí thuyết sai số Đường đẳng tốc khơng rõ ràng Kết thí nghiệm: có sai số Nguyên nhân: Thời gian sấy chưa thật xác ổn định Sai số q trình tính tốn, xử lý số liệu 54 LỌC KHUNG BẢN Mục đích thí nghiệm - Khảo sát q trình hoạt động máy lọc khung - Xác định vận tốc lọc trung bình, chu kỳ lọc suất lọc - Xác định hệ số lọc phương trình lọc, mối liên hệ động lực trình lọc suất máy lọc Cơ sở lí thuyết a) Nguyên lí làm việc Mục đích trình lọc phân riêng pha liên tục pha phân tán tồn hỗn hợp Hai pha lỏng – khí; rắn – khí; rắn – lỏng hai pha lỏng khơng tan lẫn tồn hỗn hợp b) Khái niệm: lọc trình thực để phân riêng hỗn hợp nhờ vật ngăn xốp Một pha qua vật ngăn xốp pha giữ lại Vật ngăn dạng hạt: cát, đá, than; dạng sợi tơ nhân tạo, sợi bông, đay, gai; dạng lưới kim loại; dạng vật ngăn sứ xốp, thủy tinh xốp vv Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc gọi động lực trình lọc nghĩa là: ∆P = P1 - P2 Động lực q trình lọc tạo ba cách sau: - Dùng áp lực cột chất lỏng (áp suất thủy tĩnh) - Dùng máy bơm hay máy nén đưa huyền phù vào (lọc áp suất) - Dùng bơm chân không (lọc chân không) c) Phương pháp lọc Tốc độ lọc yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lọc Lượng nước lọc thu đơn vị diện tích bề mặt vách ngăn lọc đơn vị thời gian gọi tốc độ lọc W= , m/s Trong đó: V - Thể tích nước lọc thu được, m3 F - Diện tích bề mặt vách lọc, m2 τ - thời gian lọc, s Quá trình lọc huyền phù phụ thuộc vào yếu tố sau: Tính chất huyền phù: độ nhớt, kích thước hình dạng pha phân tán; động lực trình lọc; trở lực bã vách ngăn; diện tích bề mặt vách lọc 55 Theo DAKSI, tốc độ lọc biểu diễn dạng phương trình sau: W= Trong đó:  - độ nhớt pha liên tục, Ns/m Rb = ∆Pb - trở lực bã lọc (tổn thất áp suất qua lớp bã), 1/m Rv = ∆Pv - trở lực vách lọc (tổn thất áp suất qua vách lọc), 1/m Gọi: r0 - trở lực riêng theo thể tích bã lọc (1/m2): trở lực bã dày 1m h0 - chiều dày lớp bã lọc, m 0= - tỉ số thể tích bã ẩm thu lượng nước lọc Vậy: Thay (1.3) vào phương trình (1.2) ta được: = Khi nghiên cứu trình lọc, để đơn giản người ta tiến hành hai chế độ lọc với áp suất không đổi lọc với tốc độ lọc không đổi Lọc với áp suất không đổi, ∆ P = const Gọi q = V/F - lượng nước lọc riêng: lượng nước lọc thu 1m2 bề mặt vách lọc, m3/m2 Từ phương trình (1.4), với điều kiện bã lọc vách lọc không chịu nén ép nghĩa là: r 0= const Rv = const, biến đổi tích phân hai vế phương trình ta được: 0 + ∫( Hay: µ.r0.X0.V2 + µ.Rv.F.V = 2.F2.∆P.τ Chia hai vế phương trình (1.6) cho µ.r0.X0/F2 ta ( 56 ⇔ q2 + 2.C.q = K Đây phương trình lọc với áp suất khơng đổi Trong đó: C= Vi phân hai vế phương trình (1.7) theo dq ta được: 2q + 2C = = +2 Từ phương trình (1.8) ta nhận thấy: mối quan hệ ∆ ∆ – q đường thẳng có hệ số góc 2/K tung độ gốc 2C/K Như làm thí nghiệm lọc, dựng đồ thị mối quan hệ hai đại lượng này, quan hệ đường thẳng kết luận trình lọc với áp lực không đổi đồng thời ta xác định số lọc C K Lọc với tốc độ lọc không đổi (w=const) Do tốc độ lọc khơng đổi nên biến thiên thể tích nước lọc đơn vị thời gian số Do phương trình (1.4) viết dạng W= = ∆ Nhận thấy rằng: ∆P = ∆Pb + ∆Pv = µ.r0.X0.w2.τ + µRv.w Vậy: ∆P = A.τ + B; (A=µ.r0.X0.w2; B=µ.Rv.w); A, B số Nghĩa động lực q trình lọc biến thiên tuyến tính treo thời gian Các bước tiến hành thí nghiệm 3.1 Tiến hành thí nghiệm với áp suất lọc khơng đổi Các bước tiến hành thí nghiệm: Kiểm tra tổng quát thiết bị, cho huyền phù vào bể chứa nguyên liệu, lắp vách ngăn lọc vào khung ép chặt khung tay quay Kiểm tra nguồn điện, khóa van v2, v6; mở hồn tồn van v1, v4; mở ¼ van v3, bật cơng tắc bơm Thay đổi áp suất áp kế P1 cách điều chỉnh van số 3, đọc giá trị áp suất áp kế P1, P2 thời gian thu thể tích nước lọc cố định 57 Dừng máy, tháo ngăn lọc, rữa bã đồng thời đo thời gian rữa bã thời gian thao tác phụ để xác định chu kỳ lọc 3.2 Tiến hành thí nghiệm với tốc độ lọc khơng đổi Các bước tiến hành thí nghiệm: Kiểm tra tổng quát thiết bị, cho huyền phù vào bể chứa nguyên liệu, lắp vách ngăn lọc vào khung ép chặt khung, tay quay Kiểm tra nguồn điện, khóa van v2, v6; mở hồn tồn van v1, v4; mở van v3, bật công tắc bơm Điều chỉnh van v4 cho lưu lượng không đổi giá trị định, đọc giá trị áp suất áp kế P1, P2 thời điểm khác Dừng máy, tháo ngăn lọc, rữa bã Tính tốn kết Số liệu thực nghiệm: ∆ =0,25 ( ) V(I) ∆ =0,5 ( ) V(I) ∆ =0,75 ( ) V(I) Tính tốn: Diện tích bề mặt lọc F = n a2 = 10 252 = 7500 (cm2) = 0,75 (m2) Trong : n: số mặt lọc a : kích thước bề mặt lọc (cm) Lượng nước lọc riêng q= 58 Trong đó: V thể tích nước lọc thu (m ) F diện tích bề mặt lọc (m2) Năng suất q trình lọc = V thể tích nước lọc thu (m ) thời gian lọc thực (m2) ∆ = − ∆q = qsau – qtrước  ướ ∆P = 0,25 V Q ∆ q ∆q ∆ ∆ Phương trình đường bình phương cực tiểu : 59 y =-6322x +4476,1 Ta có : y=0  x = -b/a = (-4476,1/-6322) =0,708  C = -x = -0,708  x =0 y = b = (2.C)/K  K = (2.C)/b =2*(-0,708)/4476,1 =-0.0003  ∆P = 0,5 Q.10 -4 V ∆ q ∆q ∆ ∆ 60 Phương trình đường bình phương cực tiểu : y =214534x +3310,8 Ta có : y=0  x = -b/a = (-3310,8/214534) =-0,0154  C = -x = 0,0154 x =0  y = b = (2.C)/K  K = (2.C)/b =2*(0,0154)/3310,8 =9,3.10  -6 ∆P = 0,75 V Q.104 ∆ q ∆ ∆ ∆ Phương trình đường bình phương cực tiểu : y =99752x +2960,5 Ta có : y =  x = -b/a = (-2960,5/99752) = -0.0296  C = -x = 0,0296 x =0  y = b = (2.C)/K  K = (2.C)/b =(2*0,0296)/2960= 2.10 -5 Vì suốt q trình ta sử dụng nước lọc khơng lẫn bã nên ta khơng có trỡ lực bã Bảng : Giá trị C, K ro theo ∆P 0,25 0,5 0,75 -0,0296 2.10-5 Trả lời câu hỏi a Nêu mục đích thí nghiệm? Trả lời: - Làm quen với cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị lọc khung - Biết chế độ vận hành, kiểm tra trước vận hành thiết bị - Vận hành thí nghiệm lọc huyền phù CaCO3 nước với áp suất không đổi - Xác định hệ số lọc theo số liệu thí nghiệm thu b Lọc sử dụng dùng để làm gì? Cho ví dụ? Trả lời: lọc sử dụng để phân riêng hay tách hỗn hợp không đồng (lỏng – rắn) hay nhũ tương thành hai hệ rắn lỏng khác Ví dụ: lọc nước rau má sau xay, lọc dầu sau ép,… c Nêu phương pháp tạo chênh lệch áp suất lọc? Trả lời: phương pháp tạo chênh lệch áp suất lọc là: Làm dày hay làm mỏng vách lọc lớp bã lọc,Thay đổi vận tốc chảy lưu chất.Tạo áp lực bên lọc hay đặt máy hút bên sản phẩm d Lọc có máy chế độ, đặc trưng đại lượng nào? Trả lời: lọc có chế độ lọc: lọc chân không lọc ép đặt trưng bề mặt lọc Lọc chân khơng bề mặt lọc đổi liên lục (cạo bã liên tục) Lọc ép thị phải tạo lớp bã đủ dày để tạo thành áo lọc e Nêu cấu tạo nguyê n lý họat động, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng lọc khung bản? Trả lời: Cấu tạo: Máy lọc khung gồm có dãy khung kích thước xếp liền nhau, khung có vải lọc.Huyền phù đưa vào rảnh tác dụng áp suất vào khoảng trống khung Chất lỏng qua vải lọc sang rãnh theo van Các hạt rắn giữ lại tạo thành bã chứa khung 63 Nguyên lý hoạt động: cho huyền phù vào bên vách ngăn tạo bề mặt lớp huyền phù áp suất P1, lỗ dẫn huyền phù nhập liệu khung nối liền tạo thành ống dẫn nhô để ghép với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy từ qua hệ thống đường ống lấy Bã giữ lại bề mặt vách ngăn lọc chứa khung Khi bã khung đầy dừng trình lọc để tiến hành rửa tháo bã Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn Dịch lọc loại bỏ nấm men Tấm đỡ thay dễ dàng Lọc cặn bẩn Khơng cần người có chun mơn cao Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh Phải thay đỡ theo chu kỳ Giá thành đỡ cao Dịch chảy nhiều, phân bố không đồng đều.Phải tháo khung cần giảm áp suất f Trình tự tiến hành thí nghiệm? Trả lời: Thí nghiệm lọc cấp Bước 1: Pha 510g bột CaCO3 vào 17 lít nước vào xơ nhựa để có huyền phù CaCO 3% khối lượng Bước 2: đóng van V1, V2 Bước 3: cho dung dịch pha vào bồn chứa dung dịch Bước 4: bật công tắc máy khuấy, khuấy hỗn hợp CaCO3 Bước 5: mở van V3,V4, V5, V6 Bước 6: mở bơm điều chỉnh V4 đồng hồ áp suất mức mong muốn Bước 7: hứng dung dịch lọc đầu C1 ghi thời gian cho 1000ml Đặc biệt ghi thời gian không ổn định Bước 8: lặp lại thí nghiệm cho nhiều áp suất khác (3 lần) Lọc cấp tương tự mở van V3, V4, V5, V8 đóng van V6, V7 Và hứng dung dịch lọc đầu C2 g Kể tên vài loại thiết bị lọc lọc khung bản? Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc Thiệt bị lọc chân không dạng thùng quay Thiết bị lọc ly tâm Thiết bị lọc ép,… 64 h Nêu phương pháp để tăng suất lọc? Trả lời: phương pháp để tăng suất lọc Tăng áp lực lọc Tăng tốc độ lọc Gia nhiệt trình lọc để giảm độ nhớt i Nêu yếu tố ảnh hưởng tới trình lọc? Trả lời: yếu tố ảnh hưởng tới trình lọc: Vận tốc lưu chất lọc Áp suất lọc Lớp bã lọc, tính chất vách ngăn Lớp vải lọc Hệ thống lọc hay thiệt bị lọc Trạng thái chất lọc, tính chất huyền phù Nhiệt độ lọc j Trình bày phương trình lọc áp suất khơng đổi ý nghĩa đại lượng? Trả lời:phương trình lọc Khi áp suất không đổi V r X + 2R S.V 0 v ∆P = µ 2S 2.τ Trong độ nhớt (kg/ms) V thể tích nước lọc (m ) S diện tích bề mặt lọc (m2)  thời gian lọc ấn đính trước r0 trở lực riêng (1/m2), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m2 bề mặt) 65 X0= Va/V0: tỉ số lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3)) Rv: trở lực vách ngăn (1/m) Nêu phương trình lọc tốc độ không đổi ý nghĩa đại lượng? Trả lời: phương trình lọcvới tốc độ khơng đổi: W=const (kém hiệu quả) ∆P=µ (N/m ) độ nhớt (kg/ms) V thể tích nước lọc (m3) S diện tích bề mặt lọc (m2) τ thời gian lọc ấn đính trước 2 r0 trở lực riêng (1/m ), trở lực lớp bã tạo thành (1kg bã khô/1m bề mặt) X0= Va/V0: tỉ số lượng bã ẩm (m3/ lượng nước lọc (m3)) RV: trở lực vách ngăn (1/m) HẾT 66 ... thành tốt báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm Dù cố gắng hồn thiện khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhận thơng cảm nhận xét thầy Một lần nhóm em trân trọng cảm ơn thầy! CHƯNG CẤT Mục đích... kiện) Nêu số loại thiết bị chưng cất Có thể sử dụng loại tháp chưng cất sau: Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ mâm đĩa lưới Tháp chưng cất dùng mâm chóp Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm ) Thí... phương pháp chưng cất Chưng cất đơn giản: dủng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Chưng cất nước trực tiếp: dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay Chưng cất: dùng để