báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị cntpi

Em được làm quen với các máy móc chuyên dụng, được tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ; quá trình khuấy trộn và máy nghiền.. Cơ sở lý thuyết:Trong sản xuất và trong các n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Thanh Hương

ThS Nguyễn Tuấn Linh

Ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm đang ngày càng trở nên phát triển Nhận được sự đầu tư lớn cả về công nghệ cũng như tài chính từ các nguồn trong

và ngoài nước nên các sản phẩm được sản xuất ra số lượng và chất lượng vượt trội, đa dạng về chủng loại Do đó, các thiết bị ngày càng được cơ giới hóa, tự động hóa nhằm tạo ra những sản phẩm tố nhất đến tay người tiêu dùng và xuất khẩu

Tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, để có thể vận dụng và hiểu rõ những lý thuyết đã được học chúng em được tham gia thí nghiệm môn Quá trình và thiết

bị CNTP, chúng em nhận được sự hỗ trợ nhiệt tình từ cô Phạm Thanh Hương vàthầy Nguyễn Tuấn Linh Em được làm quen với các máy móc chuyên dụng, được tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ; quá trình khuấy trộn và máy nghiền Do hiểu biết còn ít, thời gian thí nghiệm hạn chế nên bài báo cáo còn nhiều thiếu sót Mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để em hiểu rõ hơn và hoàn thiện bài báo cáo Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

BÀI 1: TÍNH TOÁN VẬN TỐC LẮNG CỦA CÁC HẠT TRONG MÔI

TRƯỜNG LỎNG 1

I Mục đích thí nghiệm: 1

II Cơ sở lí thuyết: 1

III Dụng cụ, thiết bị 2

IV Nguyên liệu 2

V Cách tiến hành thí nghiệm: 2

VI Tính toán kết quả và nhận xét: 2

BÀI 2: XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA HẠT NÔNG SẢN 4 I.Cơ sở lý thuyết 4

II.Dụng cụ, thiết bị 5

III.Nguyên liệu 6

IV.Tiến hành 6

V Tính toán kết quả thực nghiệm, nhận xét 7

BÀI 3: THÍ NGHIỆM KHUẤY TRỘN 8

I.Cơ sở lý thuyết 8

II Mục đích thí nghiệm 10

III Máy khuấy trộn, chiết quang kế đo nồng độ Brix 10

IV.Thí nghiệm 11

1 Cách bước tiến hành 11

2 Số liệu thí nghiệm 12

V Tính toán kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị 14

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 1 : Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng

1 Cơ sở lý thuyết:

Trong sản xuất và trong các ngành công nghiệp hóa chất, công nghệ môi trường, phương pháp lắng thường được sử dụng để tách chất rắn và các hạt lơ lửng ra khỏi môi trường lỏng, khí, VD tách bụi khói không khí, tách bùn từ nước thải,vv… Vì vậy việc nghiên cứu sự lắng của các hạt đóng một vai trò quan trọng Trong thí nghiệm này, sinh viên tiến hành lắng cát trong môi trường nước, đo vận tốc lắng, tính toán chuẩn số Reynolds, hệ số trở lực và vận tốc lắng Sự khác nhau giữa vận tốc lắng thực

tế và lý thuyết được đưa ra so sánh và thảo luận

Trong môi trường chất lỏng, theo định luật Archimedes, trọng lực của hạt hình cầu K s

được tính như sau:

Ks= ( ) ,(N) (1) : Khối lượng riêng của hạt cầu (kg/m )3

: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m )3

: Gia tốc trọng trường (m/s )2

Khi hạt cầu rơi (lắng) với vận tốc u, sẽ chịu trở lực gây ra bởi môi trường chất lỏng.Trở lực này phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường lỏng (khối lượng riêng, độnhớt), phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của vật thể, và phụ thuộc vào vận tốcrơi và gia tốc trọng trường Theo Newton, trở lực S được xác định như sau:

S= F ,(N) (2) : hệ số trở lực

: tiết diện của hạt theo hướng chuyển động

Đối với hạt hình cầu:

S= , (N) (3)

Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc không đổi Khi đó S= K :s

= ( ) (4) = (5)

Hệ số trở lực là hàm số của Renolds, nghĩa là phụ thuộc vào tốc độ lắng, kích thướchạt, khối lượng riêng của chất lỏng và độ nhớt của chất lỏng Sự phụ thuộc = f(Re)được xác định bằng thực nghiệm, cụ thể như sau:

Re 0,2 = 0,2 < Re < 500 =

500 < Re < 15* 10 = 0,444

Với Re = (6) : độ nhớt động lực học của chất lỏng, Pa.s

- Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Xác định khối lượng của hạt bi thủy tinh bằng cân điện tử: m1 (g)

Bước 2: Xác định khối lượng của 650ml mật ong bằng cân điện tử: m2(g)

Bước 3: Tiến hành lắng hạt thủy tinh, đo thời gian lắng bằng đồng hồ bấm giờ t (s).Lặp lại thí nghiệm 5 lần.

5 Tính toán kết quả và nhận xét:

Đối với viên bi nhỏ

+ Khối lượng bi thủy tinh là: 4.10-5(kg)

+ Lấy đường kính của hạt bi thủy tinh là: d= 2,9 mm = 2,9.10 m-3

+ Thể tích của bi thủy tinh : V = πr 3= π (1,45.10 ) -3 3 (m )3

+ Khối lượng riêng của bi thủy tinh là: = = = 3132,3 (kg/)

+ Thể tích mật ong là: 1 lít

+ Khối lượng của 1 lít mật ong : 1,3727 kg

+ Khối lượng riêng mật ong:= =1372,7 (kg/)

+ Chiều cao mật ong : h = 0,35m

thuyết u (m/s)

Nhận xét:Vận tốc lí thuyết có sai khác với vận tốc thực tế vì:

+ Tốc độ thả ban đầu không đồng đều (lực thả không đồng đều)

+ Sai số do người quan sát và bấm thời gian bi thủy tinh lắng

+ Kích thước hạt bi thủy tinh không đều

+ Do nhiệt độ môi trường

+ Do quỹ đạo đường đi không theo quỹ đạo nhất định

+ Do dung dịch mật ong chưa được đồng hóa làm cho độ nhớt ở những điểm khácnhau trên đường đi là khác nhau

+ Trong cốc chứa bi thủy tinh, ngoài khối lượng của bi thủy tinh còn có khối lượngcủa không khí nên khối lượng riêng của bi thủy tinh chúng ta sử dụng không đúng

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài 2 Xác định công nghiền riêng cuả các sản phẩm thực phẩm

I Tìm hiểu máy nghiền búa

1 Vẽ sơ đồ nguyên lý cấu tạo, mô tả cấu tạo của máy nghiền búa.

Vẽ sơ đồ nguyên lý thiết bị máy nghiền búa

Cấu tạo của máy nghiền búa

2 Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách vận hành máy khuấy trộn

Cấu tạo gồm 2 hô šp chính: hộp thứ nhất để nghiền và hô šp thứ 2là hô šp hút bô št, haihộp nàythông với nhau bởi1ống dẫn bột ở dưới và trùng trục quay Ngoài ra cònđộng cơ, đĩa búa và búa, quạt hút gió, phễu chứa nguyên liệu vào và sản phẩmra…

Nguyên lý hoạt đô šng:

- Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu theo chiều tiếp tuyến với chiều quaycủa búa Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa là do sự va đậpcủa búa vào vật liệu, sự chà xát của vật liệu với búa và với thành vỏ máy, cáchạt vật liệu to chưa lọt qua lưới lại được búa tiếp tục nghiền nhỏ Để nghiềnđược, động năng của búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡvật liệu Kích thước sản phẩm phụ thuộc vào lưới sàng, tùy theo yêu cầu sảnphẩm mà ta thay lưới sàng phù hợp

- Sau khi qua lưới sàng rơi xuống ống dẫn bột được hộp hút gió với tác động củaquạt hút với luồng gió từ cửa hút gió hút bột lên hộp và đưa lên túi chứa bột

II.Làm thí nghiệm lấy số liệu và tính toán công nghiền riêng

1 Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu

- Cho máy chạy không tải, xác định công suất chạy không tải: P 0 = 600W

- Cân 300g gạo cho một lần thí nghiệm nghiền Làm thí nghiệm 3 lần Lần

lượt thời gian nghiền là 15 giây, 30 giây, 45 Xác định công tiêu thụ A

- Lần lượt rây để phân loại bằng các rây có kích thước lỗ : 0.1mm, 0.2mm, 0.5mm

- Bảng số liệu:

Khối lượng Kích thước Thời gian Số chỉ đồng hồ Công nghiền

vật liệu sau

rây (kg)

lỗ rây(mm)

nghiền T(h)

riêng(kWh/kg)

Lúc bắt đầunghiền

Ađầu

(Wh)

Lúc nghiềnxong

Acuối

(Wh)Lần 1 0,023

1.1 Tính công nghiền riêng

m - khối lượng vật liệu nghiền, kg

1.1 Xác định công nghiền riêng theo thuyết bề mặt

A0 = 600wh => công có ích trong từng giai đoạn là:

Giải hệ phương trình ta được: A = -0,03; A = 0,11 ; A = 0,0121 2 3

1.2 Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công nghiền và diện tích mới tạo thành khi nghiền Rút ra nhận xét

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0

- Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm lại có sai khác do:

+ Từ đầu khi cho vật liệu vào, cánh búa không được cách đều nên một số cánh thay đổitrục quay =>Trở lực không đều =>Máy chạy rung.Về sau vật liệu được cho đều vào vànhiều dẫn đến cánh búa cách đều nhau => Máy chạy êm.Lúc cuối vật liệu ít nên trở lựckhông đều => máy lại chạy rung

+ Thời gian rung của máy nghiền lâu hơn khi kích thước lỗ sàng bé là do: ban đầu và lúccuối trở lực cánh không đều

+ Vật liệu càng nhỏ nó càng không thể cản được trở lực =>Nó có xu hướng bay ra ngoàinên ở lỗ thoát không khí sẽ có các hạt nhỏ bay ra theo

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài 3

Thí nghiệm khuấy trộn chất lỏng

I Mở đầu

Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường được ứng dụng rộng rãi trong các ngành côngnghiệp hóa chất và thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũ tương, để tăng cường quátrình hòa tan, truyền nhiệt, chuyển khối và quá trình hóa học

Phổ biến hơn cả là khuấy cơ học, có nghĩa là dùng các loại cánh khuấy để khuấy trộn.Tùy theo cấu tạo mà người ta chia ra các loại cánh khuấy sau đây: loại mái chèo, loại chânvịt hay chong chóng, loại tua bin và các loại đặc biệt khác

Đặc trưng của quá trình khuấy là công suất yêu cầu và hiệu suất khuấy trộn Khi cánhkhuấy quay thì năng lượng tiêu hao dùng để thắng ma sát của cánh khuấy với chất lỏng

Ta có thể coi chất lỏng chuyển động trong máy khuấy như là trường hợp đặc biệt củachuyển động chất lỏng Do đó để diễn đạt quá trình khuấy ở chế độ ổn định ta có thể dùngphương trình chuẩn số của chất lỏng chuyển động:

Đối với thiết bị khuấy trộn thì d là đường kính cánh khuấy, vận tốc chuyển động của chấtlỏng được thay bằng số vòng quay của cánh khuấy (), còn hiệu số áp suất thì thay bằngcông suất yêu cầu Khi đó, chuẩn số thủy lực sẽ có dạng sau đây :

Trong đó : C, m, n – những đại lượng được xác định bằng thực nghiệm

Chúng phụ thuộc vào kích thước cánh khuấy, mức chất lỏng, dạng thùng khuấy, độ nhẵncủa thành thùng và các cơ cấu khác

Nếu trên bề mặt không tạo thành phễu, nghĩa là trong máy khuấy có đặt các tấm cản, khi

đó cánh khuấy nhúng sâu vào trong chất lỏng nên ảnh hưởng của gia tốc trọng trường cóthể bỏ qua

3 Xác định các chuẩn số Ơ – le, Rây – nôn và mối quan hệ giữa chúng

4 Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ Brix theo thời gian khuấy.

Nguyên lý hoạt đô šng: đô šng cơ quay tác đô šng lên cánh khuấy dựa vào bảng điều khiển

để điều khiển tốc đô š quay của cánh khuấy Dung dịch được hoà tan đồng đều nhờ cánhkhuấy

2 Cách sử dụng chiết quang kế để đo nồng độ Brix

Bước 1: Nhỏ 1 - 2 giọt dung dịch cần đo lên lăng kính

Bước 2: Đậy tấm chắn sáng

Bước 3: Nước phải phủ đều trên lăng kính

Bước 4: Chờ 30 giây để bù nhiệt độ Đưa lên mắt ngắm

Bước 5: Đọc số trên thang đo Chỉnh tiêu cự sao cho số thấy rõ nhất

Bước 6: Sau khi sử dụng, lau sạch bằng giấy thấm mềm

* Chú ý:

- Không được làm ướt khúc xạ kể

- Khi nồng độ dung dịch đường quá cao, trên màn quan sát chỉ xuất hiện màu trắng

IV Các bước tiến hành Thí nghiệm

Bước 1: Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

Bước 2: Xem xét các dụng cụ đo: thiết bị đo công suất, chiết quang kế đo nồng độBrix

Bước 3: Đổ 5 lít nước vào thùng, cho 1 hoặc 2kgđường vào

Bước 4: Chọn số vòng quay của cánh khuấy trên tủ điều khiển

Bước 5: Bật máy cho động cơ hoạt động, cánh khuấy quay

Bước 6: Bắt đầu tính thời gian khuấy,sau 1 phút lấy mẫu 1 lần, đo nồng độ muối Bx(nồng độ chất tan/ 100 g dung dịch) bằng chiết quang kế Ghi số liệu vào bảng.Bước 7: Đến khi nồng độ Bx = const thì dừng khuấy

Bước 8: Xác định thời gian khuấy và vẽ đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ giữa nồng độ Bxtheo thời gian.

1 Số liệu thí nghiệm

Đường kính cánh khuấy: d= 5,3cm=0,053m

Khối lượng riêng của nước: = 999,98 kg/

Độ nhớt của nước: =7,89.10 (N.s/m ) – độ nhớt của dung dịch nước ở 30 C-4 2 o

2,902,802,672,612,18

11748,4312816,4714240,5314952,5521004,77

4,074,114,154,174,32-2,88 14,6216 1014,6216

Bảng 2: Kết quả đo nồng độ Brix

* Máy chạy với tốc độ cánh khuấy là n= 240 vòng/phút:

15,5

15,916

* Máy chạy với tốc độ cánh khuấy là n= 252 vòng/phút:

- Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3

2 Xác định chuẩn số Rây - nôn

Re = (5)K

- độ nhớt chất lỏng, N.s/m2

Làm 5 thí nghiệm có các giá trị của Re khác nhau.K

Trên hệ trục lgEu - lgRe qua các điểm ta vẽ đường thẳng Trên cơ sở đường thẳng taK K

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0

Nhận xét:Dựa vào đồ thị ta có thế khẳng định tốc độ đảo trộn càng nhanh thì độ đồng

đều của sản phẩm càng nhanh Tốc độ đảo trộn càng tăng thì càng tăng khả năng độ đồngđều cho sản phẩm càng nhanh => Hiệu suất của quá trình khuấy trộn phụ thuộc phần lớnvào thời gian khuấy trộn và tốc độ cánh khuấy

Ngoài ra trong quá trình khuấy trô šn, còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như:

Sau khi hoàn thành thí nghiệm Quá trình và thiết bị công nghệ thực phẩm I dưới sự hướngdẫn của các thầy cô, em đã tiếp thu được những kiến thức về nguyên lý hoạt động của máygia công cơ cũng như quá trình khuấy trộn và máy nghiền Em đã được tìm hiểu kỹ hơn vềcấu tạo cũng như nguyên lí hoạt động của các máy đó Hơn nữa em cũng được hướng dẫn

để được trực tiếp sử dụng để biết xem vì sao lại như thế và cần có những lưu ý hay yếu tốnào tác động vào Em rất cảm ơn thầy cô cũng như Bộ môn Quá trình và thiết bị Công nghệthực phẩm đã tạo cơ hội cho chúng em được đi thí nghiệm, giúp em được bồi dưỡng thêmkiến thức và tạo động lực cho em bước tiếp trên con đường kỹ sư thực phẩm của bản thânmình Trên đây là nội dung bài báo cáo của em về môn Thí nghiệm Quá trình vá thiết bịCông nghệ thực phẩm Nội dung còn nhiều thiếu sót, em mong thầy cô thông cảm và cho

em nhận xét cũng như góp ý để em rút kinh nghiệm và ngày càng hoàn thiện hơn Em xinchân thành cảm ơn!