Đại Học Bách Khoa Hà Nội Em Bé.docx

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ********** BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNTPI Họ và tên SV Phan Thị Việt Linh Lớp Thực phẩm 01 – K66 MSSV 20211488 Mã[.]

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ********** BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNTPI Họ tên SV: Phan Thị Việt Linh Lớp: Thực phẩm 01 – K66 MSSV: 20211488 Mã lớp: 728694 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 TRONG MÔI TRƯỜNG THỰC PHẨM LỎNG .4 1.Cơ sở lý thuyết Dụng cụ, thiết bị Nguyên liệu Các bước tiến hành .6 Tính tốn kết nhận xét BÀI 2: KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG Mở đầu Mục đích thí nghiệm 10 Sơ đồ thí nghiệm 10 Các bước tiến hành thí nghiệm 11 Tính tốn kết thực nghiệm vẽ đồ thị 11 BÀI 3: XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA HẠT NÔNG SẢN 16 Cơ sở lý thuyết 16 Dụng cụ, thiết bị 18 Nguyên liệu 18 Tiến hành 18 4.1 Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu 18 Tính toán số liệu 19 5.1 Tính cơng nghiền riêng 19 5.2 Xác định công nghiền riêng theo thuyết bề mặt 20 LỜI MỞ ĐẦU Trong kỉ 21 đại, ngành kỹ thuật thực phẩm trở thành lĩnh vực quan trọng hấp dẫn người đam mê kết hợp khoa học, công nghệ ẩm thực Với phát triển không ngừng, ngành có đóng góp to lớn cho phát triển kinh tế, sức khỏe an toàn thực phẩm toàn giới Kỹ thuật thực phẩm khơng đơn q trình sản xuất chế biến thực phẩm, mà hòa quyện kiến thức chuyên môn, công nghệ tiên tiến với sáng tạo Vì vậy, việc nắm rõ nguyên lý hoạt động, quy trình sản xuất tảng cốt lõi với sinh viên theo đuổi ngành Qua học phần thí nghiệm Q trình thiết bị CNTP I với hỗ trợ nhiệt tình từ thầy mơn, chúng em làm quen với máy móc chuyên dụng, tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy gia công cơ; xác định công nghiền riêng sản phẩm thực phẩm xác định độ đồng trình khuấy trộn Sau báo cáo sau buổi thí nghiệm, báo cịn nhiều sai sót mong thầy chỉnh sửa để báo cáo em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! BÀI 1: XÁC ĐỊNH VẬN TỐC LẮNG TRONG MÔI TRƯỜNG THỰC PHẨM LỎNG 1.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 KS tính sau: KS= π d3 ( 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 πd u ( ) ρ , N (3) 22 Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc khơng đổi Khi S = KS: πd u2 π d ξ ρ = ( ρ1−ρ2 ) g (4 ) 22 u= √ gd ( ρ1− ρ2) (5) ρ2 ξ 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: ℜ≤ 0,2 ξ= 24 ℜ 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 thơng 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 - Số liệu  Khối lượng viên bi: m1 = 0.0002 (kg)  Đường kính viên bi: d1 = 0,006 (m)  Khối lượng mật ong: m2 = 1,3969 (kg)  Thể tích mật ong: V2 = 10-3 (m3)  Độ nhớt mật ong 28ºC µ= 4,9172 (Pa.s)  Chiều cao cột mật ong: h= 0,31 (m) - Tính tốn  Thể tích viên bi: V1 = πrr3 = 1,13.10-7 (m3) m  Khối lượng riêng viên bi: ρ1= V =1768 ,39 ( kg/m ) m  Khối lượng riêng mật ong: ρ2= V =1396 , ( kg /m )  Xác định vận tốc lắng thực: utt = h/t Từ vận tốc kích thước đo viên bi, tính chuẩn số Re, từ xác định hệ số trở lực (6)  Tính chuẩn số Re theo công thức: ℜ= ρ2 utt d μ  Xác định hệ số trợ lực theo công thức (6)  Tính vận tốc lắng lý thuyết theo cơng thức (5) BẢNG SỐ LIỆU Thời Vận tốc lắng Chuẩn số Hệ số trở Vận tốc lắng lý gian lắng thực tế utt Re lựcξ thuyết u (m/s) t (s) 147 150 151 152 155 151 (m/s) 2,10 10-3 2,07.10-3 2,05.10-3 2,04.10-3 2.10-3 2,052.10-3 3,58.10-3 3,53.10-3 3,49.10-3 3,48.10-3 3,41.10-3 3,498.10-3 6677 6813 6858 6904 7040 6858,4 1,76.10-3 1,75.10-3 1,74.10-3 1,74.10-3 1,72.10-3 1,742.10-3 Lần Lần Lần Lần Lần Trun g bình Nhận xét: Ta thấy kết thực tiễn kết lí thuyết có chệnh lệch tương đối, nguyên nhân có sai số đến từ: Tốc độ thả ban đầu không đồng Nếu vận tốc thả ban đầu lớn, thời gian lắng nhanh, vận tốc lắng lớn Nếu vận tốc thả ban đầu nhỏ hơn, thời gian lắng chậm, vận tốc lắng nhỏ  Nhiệt độ môi trường: ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt chất lỏng  Nhiệt độ thấp, phân tử chất lỏng linh động, độ nhớt tăng dẫn đến tốc độ lắng hạt giảm  Nhiệt độ tăng, phân tử chất lỏng linh động, độ nhớt giảm, hạt dễ rơi xuống dẫn đến tốc độ lắng tăng  Sai số q trình thí nghiệm, người quan sát, đọc thể tích, bấm thời gian, sai số q trình tính tốn làm trịn, yếu tố bên khác  BÀI 2: KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG 1.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 chuẩn số Ơ - le ωdρ Re = μ 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 dòng, m/s d - đường kính, m (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 : EuK = Ở đây: Ν ρn3 d ; ReK = ρnd μ n2 d 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 : 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 : Ν ρn3 d = C ρ nd μ m ( ) (3) Mục đích thí nghiệm  Làm quen với cấu tạo máy khuấy loại cánh khuấy mái chèo, chong chóng (chân vịt)  Xác định công suất tiêu hao khuấy, số vòng 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 Sơ đồ thí nghiệm 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  Đo đến nồng độ Bx không 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 Tính tốn kết q thí nghiệm vẽ đồ thị Số liệu thí nghiệm  Nhiệt độ nước: t ° H O =26 ℃ ;  Đường kính cánh khuấy: d = 5,5.10-2 m;  Khối lượng riêng nước: ρ = 997 kg/m3  Độ nhớt nước: μ =0,8739.10-3 (N.s/m2) – độ nhớt dung dịch nước 26oC a) Xác định chuẩn số Ơ-le Ν ρn3 d EuK = (4) N – công suất, W n – số vòng quay cánh khuấy, vòng/s d – đường kính cánh khuấy, m ρ - Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 b) Xác định chuẩn số Rây-nôn ReK = ρnd 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) Bảng 1: Bảng kết thí nghiệm Số Số vịng Cơng TN quay cánh suất N khuấy EuK lgEuK ReK lgReK m lgC C -3,3 16,7 1016,7 (W) (vòng/s) 4,9 11,5 234,4 2,4 17870 4,2 8,4 12,2 49,4 1,7 30635 4,5 10,5 12,7 26,3 1,4 38294 4,6 11 12,9 23,2 1,4 40117 4,6 14,1 13,1 11,2 1,0 51423 4,7 4.4 4.5 2.5 f(x) = − 2.71 x + 13.84 R² = 0.98 LgEuK 1.5 0.5 4.1 4.2 4.3 4.6 4.7 4.8 LgReK c) 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 Bảng 2: Kết đo nồng độ Brix a Với vận tốc cánh khuấy n1 = 146 vòng/phút Thời gian khuấy t (phút) Nồng độ Brix (Bx) 1,5 2,5 Thời gian khuấy t (phút) 17 25 Nồng độ Brix (Bx) 7,5 3 34 3,5 4 51 56 60 44 10,5 12 10 11 4,5 4,5 4,5 63 69 74 76 13 13,5 14 15 16 16,5 b Với vận tốc cánh khuấy n2 = 364 vòng/phút Thời gian (phút) Bx(%) 10 11 10 12 14 15 15,5 16 16 16 16 16,5 17 n1= 146 vòng/phút n2= 364 vòng/phút 18 16 14 B X (% ) 12 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian (phút) Nhận xét Từ đồ thị, ta thấy tốc độ đảo trộn nhanh độ đồng sản phẩm nhanh Tốc độ đảo trộn tăng tăng khả độ đồng cho sản phẩm tăng Hiệu suất trình khuấy trộn phụ thuộc phần lớn vào thời gian khuấy tốc độ cánh khuấy Ngồi ra, q trình khuấy trộn chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: Nhiệt độ Tốc độ khuấy trộn Bản chất sản phẩm khô Bản chất dung môi: độ nhớt ( VD: dung môi loãng dễ khuấy trộn ngược lại)  Cấu tạo cánh khuấy     BÀI 3: XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA HẠT NÔNG SẢN Cơ sở lý thuyết Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc nhiều ngành công nghiệp khác thường tiến hành trình nghiền cục to, hạt thành bột thơ, vừa mịn Q 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 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 Cấu tạo máy nghiền búa gồm roto, roto có cánh búa Cánh búa có nhiều dạng khác tuỳ theo yêu cầu nghiền lý tính nguyên vật liệu Roto quay vỏ máy làm gang đúc, có chỗ lắp lưới tồn xung quanh lưới Loại đúc gang bên thường lắp gờ Loại bao xung quanh lưới bên có gờ khơng Ngun liệu cần nghiền cho vào bên máy qua cửa nạp liệu Do va đập vật liệu với cánh búa quay với thành máy, vật liệu biến dạng vỡ thành thành phần có kích thước nhỏ Ngoài nguyên liệu ban đầu có kích thước lớn, cịn có thêm chà xát vật liệu với thành máy Do bị va đập nhiều lần cánh búa vỏ máy, nguyên liệu giảm kích thước đến nhỏ lỗ lưới, hạt theo lỗ lưới Các hạt vật liệu nhỏ lọt qua lưới tự ngồi quạt hút khỏi máy, hạt vật liệu to chưa lọt qua lưới lại búa tiếp tục nghiền nhỏ Ðể nghiền được, động búa quay phải lớn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu Do vậy, nghiền vật liệu lớn cần có trọng lượng búa lớn, cịn nghiền vật liệu nhỏ cần búa nhẹ Trong trường hợp vật liệu nghiền kích thước khơng cứng, người ta dùng loại có cánh búa xếp Ưu điểm cánh búa loại xếp qua tải vật cứng; vượt qua tải hay vật cứng này, cánh búa mở nhờ lực ly tâm Nguyên liệu đưa vào máy theo hướng tâm trục hay nhập liệu theo phương tiếp tuyến với rô to Phương pháp không thuận lợi nguyên liệu bị văng lên theo đường nhập liệu Trong q trình nghiền, lỗ lưới bị bít, vật liệu khơng được, suất giảm nhiều Vì để máy hoạt động tốt vật liệu nghiền khơng làm bít lỗ lưới Máy nghiền búa thường không làm việc loại vật liệu ẩm, dẻo, bám dính Dụng cụ, thiết bị Máy nghiền, đồng hồ bấm thời gian, rây có kích thước lỗ: 0.1mm, 0.2mm, 0.5 mm Ngun liệu Gạo Tiến hành 4.1 Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu  Cho máy chạy không tải, xác định công suất chạy không tải: P0 = 511 W  Cân 200 g gạo cho lần thí nghiệm nghiền Làm thí nghiệm lần nhiều Lần lượt thời gian nghiền 15 giây, 30 giây, 45 giây Xác định công tiêu thụ A  Lần lượt rây để phân loại rây có kích thước lỗ: 0.1mm, 0.2 mm, 0.5 mm  Bảng số liệu: TT TT Khối Kích Thời gian Số đồng hồ lượng sản thước nghiền T Lúc bắt Lúc nghiền nghiền phẩm sau lỗ rây (h) đầu xong riêng rây (kg) (mm) nghiền Acuối (kWh/kg) Ađầu Công (kWh) (kWh) Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 111,8.10-3 54,3.10-3 0.1 1/240 Lần 511.10-3 515.10-3 0,00935 Lần 515.10-3 522.10-3 0,0137 Lần 522.10-3 533.10-3 0,02805 24,6.10 -3 128,9.10-3 73,9.10 -3 0.2 1/120 0.5 1/80 35,2.10-3 139,6.10-3 92,8.10 -3 44,3.10-3 Tính tốn số liệu 5.1 Tính cơng nghiền riêng  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 P0 T A0= P0 x T (kw) 511.10-3 (h) (kWh)A 1/240 0,00213 (kWh) 0,004 1/120 0,00426 0,007 1/80 0,00639 0,011 A cuối A0 A đầu (kWh) Aci= A-A0 (kWh) 515.10-3 511.10-3 (kWh) 0,00213 0,00187 522.10-3 0,00426 0,00274 533.10-3 0,00639 0,00461 A (kWh) 0,004 515.10-3 0,007 522.10-3 0,011   Cơng nghiền riêng: cơng có ích nghiền kg vật liệu Ariêng = Aci / m m - khối lượng vật liệu nghiền, kg m(kg) 0,2 Aci 0,00187 0,00274 0,00461 A riêng 0,00935 0,01370 0,02305 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  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 F 2, khoảng 0.2mm - 0.5mm F3  Công nghiền riêng: Ariêng = Aci /(F1+F2+F3 - F) Xử lý số liệu  ρ π D2 L Khối lượng hạt gạo: m1 hạt = ρ x V = = 2,26.10−5 Kg  Trong 0,2kg gạo có: n= 0,2 = 8850 (hạt) 2,26.10−5 Coi hạt gạo khối trụ➝ Diện tích bề mặt hạt gạo diện tích tồn phần khối trụ  ➝ Diện tích bề mặt hạt gạo: f= D2 π −6 2+πDL=43,98.10 (m ) -Tổng diện tích bề mặt 0,2kg gạo đem nghiền là: F = f.n = 43,98.10−6 8850=0,389(m2) -Hạt sau vỡ coi khối lập phương  Nghiền lần + Các hạt có kích thước < 0,1 mm Trung bình kích thước hạt lớn hạt bé: a = 0,05mm Khối lượng trung bình hạt: Trong 0,0246kg gạo có kích thước