tài liệu môn tính chất vật lý của vật liệu thực phẩm phương pháp đâm xuyên

2.Nguyễn Thị Phương Dung - 20052206533.Đồng Thị Hải Đăng - 2005220952

4.Huỳnh Nữ Khánh Linh - 20052222805.Trần Thị Thuỳ Linh – 2005222337

TP.HCM, tháng 2 năm 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Môn Vật lý Thực phẩm kiểm tra các tính chất liên quan đến cấu trúc của sản phẩmthực phẩm trong công nghiệp thực phẩm nhằm phát triển những sản phẩm mới vàcải tiến sản phẩm Độ mềm của sản phẩm thịt và sản phẩm họ đậu cũng như độgiòn của sản phẩm khoai tây và táo là đối tượng nghiên cứu của nhiều phòng thínghiệm đo cấu trúc của sản phẩm thực phẩm Độ tươi của bánh nướng như bánhmì, bánh quy, bánh cracker rất quan trọng đối với người tiêu dùng và có thể xácđịnh được bằng các thiết bị kiểm tra cấu trúc sản phẩm thực phẩm Nhiều tính chấtvề độ cứng của sản phẩm thực phẩm được tìm thấy là sự kết hợp giữa độ giòn,cứng và độ dai tạo nên sản phẩm thành công Những phương pháp đóng gói mới vàgiảm ảnh hưởng của lực tĩnh điện tang cải thiện thời gian bảo quản của sản phẩmvà các nhà khoa học cần đo một cách cẩn thận những ảnh hưởng của những vấn đềnhư thế

Cá, tôm đông lạnh và những sản phẩm thực phẩm khác yêu cầu chế biến cẩn thậnvà các nhà công nghệ tìm ra các tham số ưu thông qua việc kiểm tra sự thay đổi đó.Kem và sản phẩm dạng paste có độ nhớt thích hợp mới có thể tiến hành thí nghiệmtrên máy tính kiểm tra cấu trúc

Các nhà công nghệ thực phẩm khắp thế giới dùng những thiết bị lưu biến để đotính chất cấu trúc của thực phẩm như độ giòn, độ dai, độ chín, độ dính, tính dễ vỡ,độ nhớt và độ mềm Những tính chất này có thể phân biệt khách quan những sảnphẩm mới

Và trong một thực hành Vật lý Thực phẩm, tác giả giới thiệu 6 phương pháp đểkhảo sát một số tính chất cấu trúc trên một số sản phẩm phổ biến:

1/ Phương pháp đâm xuyên 4/ Phương pháp cắt Wanner-Bratzler2/ Phương pháp nén Kramer5/ Phương pháp ép đùn

3/ Phương pháp kéo đứt 6/ Phương pháp TPA

3.1.2 Đường kính tương đương 22

3.1.3 Đường kính tương đương hình học 22

3.1.4 Đường kính vật lí tương đương 22

3.2.7 Đặc điểm của phân phối 33

3.3 ĐO KÍCH THƯỚC HẠT BẰNG CÁC KỸ THUẬT KHÁC 34

3.4 ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT LAG GÌ ? 45

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN MÀU SẮC VÀ KẾT CẤU CỦA SẢN PHẨM THỰC PHẨM 46

1 KẸO CAO SU HẠNH NHÂN 61

1.1 Nguyên liệu và phương pháp 61

1.2 Hàm lượng chất xơ của kẹo cao su hạnh nhân 62

2 THÀNH PHẦN MONOSACARIT CỦA KẸO CAO SU 62

CHƯƠNG 5: SỰ MẤT NƯỚC CỦA ỚT CHUÔNG ĐỎ 73

1 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 74

1.2.1 Công suất nhiieeth dung riêng 85

1.2.2 Enthapy 86

1.2.3 Dẫn nhiệt 86

1.2.4 Khả năng phân tích nhiệt 87

1.2.5 Mật độ 87

1.2.6 Hằng số điện năng và hệ số tổn thất điện năng 88

1.3 NGUỒN SỐ LIỆU VỀ NHIỆT LÝ 88

2.6 Điểm Kraft - điểm đục 99

2.7 Độ cân bằng ưa kỵ nước (HLB) 99

3 MỘT SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 100

3.1 Nhiệt độ 100

3.2 Loại phân tử 100

3.3 Chất điện ly 100

4 PHÂN LOẠI CÁC CHẤT HOẠT ĐỌNG BỀ MẶT 101

4.1 Theo bản chất nhóm ái nước 101

1 KHÁI NIỆM HỆ KEO 104

2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ KEO 104

4 ỨNG DỤNG CỦA HỆ KEO TRONG THỰC PHẨM 107

4.1 Nguyên liệu tạo hệ và vai trò của nó 107

CHƯƠNG 1: KÍCH THƯỚC VÀ HÌNH DẠNG

Kích thước và hình dạng của nguyên liệu thực phẩm thô có thể thay đổi rộng rãi

- Sự thay đổi về hình dạng của sản phẩm có thể yêu cầu tham số bổ sung để xác định kíchthước của nó - Kích thước của các hạt hình cầu như hạt đậu hoặc dưa đỏ (một loại dưa) được xác định dễ dàng bởi một đặc điểm duy nhất như đường kính của nó.

- Chiều dài tổng thể theo hướng của thân cây

- Kích thước của một củ cà rốt có thể chỉ được thể hiện bằng chiều dài hoặc bằng đường kính của đầu lớn của nó.

- Kích thước của vật liệu có hình dạng bất thường như chuối hoặc đậu bắp đòi hỏi phải xem xét sâu rộng hơn.

2 HÌNH DẠNG

- Hình dạng ảnh hưởng đến phẩm cấp của trái cây tươi.Để tạo ra loại trái cây hoặc rau quả cao cấp nhất phải có kỳ vọng thường được công nhận hình dạng của loại trái cây /rau cụ thể đó.

Hình dạng cũng liên quan đến độ chín của quả và rau:

Một số hình dạng hạt:

Một số hình dạng khác:

Hình dạng ảnh hưởng nhận thức của người tiêu dùng

- Trái cây và rau củ bị biến dạng sẽ bị hạ phẩm cấp và có thể bán với giá thấp hơn ở những thị trường có khối lượng lớn

- Sự phân bố kích thước của các hạt có thể ảnh hưởng đến hương vị, hình thức, độ ổn định, khả năng chế biến và chức năng của sản phẩm cuối cùng.

 Vì vậy việc xác định đặc tính hạt thích hợp của các sản phẩm thực phẩm đòi hỏi một loạt các thiết bị phân tích

Cà rốtQuả lê

Quả chuối

Máy phân tích kích thướt hạt Bettersizer 2600

3 PHÂN BỐ KÍCH THƯỚC HẠT

Các mẫu bột theo kích thước chiathành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạnbột (theo khối lượng, bởi số lượnghoặc theo thể tích) như là một tỷ lệphần trăm.

Phân bố kích thước hạt: phản ánh cácmẫu bột của kích thước hạt khác nhauchiếm một tỷ lệ phần trăm của tổngsố tiền của các hạt với các công cụ vàphương pháp cụ thể Có Interval phânphối và các hình thức phân phối tíchlũy Phân phối Interval, còn được gọilà phân phối khác biệt hoặc phân phốitần số, đại diện cho tỷ lệ phần trămcủa một loạt các phạm vi kích thướchạt của các hạt Phân phối tích lũy,còn được gọi là điểm phân phối, đạidiện nhỏ hơn hoặc lớn hơn so với mộttỷ lệ phần trăm nhất định của kíchthước hạt.

Các đặc tính kích thước hạt của một số chỉ tiêu chính: ① D50: tích lũy phân bố kích thước hạt của mẫu tỷ lệ đạt 50% kích thước hạt tương ứng Đó là ý nghĩa vật lý của kích thước hạt lớn hơn 50% của các hạt của nó, các hạt nhỏ hơn nó cũng chiếm 50%, D50 còn gọi là đường kính trung bình hoặc đường kính trung bình D50 sử dụng để đại diện cho kích thước hạt trung bình của bột ② D97: Khi sự phân bố kích thước hạt tích lũy của mộtmẫu của 97% tương ứng với kích thước hạt Đó là ý nghĩa vật lý của kích thước hạt nhỏ

hơn nó chiếm 97% D97 sử dụng để đại diện thô bột granularity chỉ số kết thúc Những người khác, như định nghĩa về ý nghĩa vật lý của D16, D90 và D97 thông số tương tự.Phân bố kích thước hạt có thể được hoàn chỉnh hơn và mô tả chi tiết về kích thước hạt của mẫu bột, nhưng vì nó quá chi tiết, số lượng lớn dữ liệu, và do đó không thể trong nháy mắt Trong các ứng dụng thực tế nhất, chỉ cần đảm bảo kích thước hạt trung bình vàphân bố kích thước hạt của mẫu, kích thước mẫu của các trường hợp nói chung sẽ được xác định Chúng tôi sử dụng để mô tả một loạt các kích thước hạt trung bình và thông số phân bố kích thước hạt gọi là kích thước hạt đặc trưng

4 THỂ TÍCH

Cách xác định thể tích :

Phương pháp cân chất lỏng:

Các loại hình dạng phổ biến

5 KHỐI LƯỢNG RIÊNG 5.1 Định nghĩa :

- Khối lượng riêng ( Density ) còn được gọi là mật độ khối lượng , chỉ về đại lượng thể hiện đặc tính mật độ khối lượng trên 1 đơn vị thể tích của vật thể đó

- Công thức : p = mV

Xivpi= 1

i=1n

- Khối lượng riêng chất rắn (solid density) :

Khối lượng riêng của vật liệu rắn (kể cả nước),không tính phần không khí bên trong chất rắn.Được tính là khối lượng/thể tích

- Khối lượng riêng vật liệu (material density) :

Khối lượng riêng được xác định bằng khốilượng/thể tích (thể tích được xác định bằng việcnghiền nhỏ các hạt thành bột mịn)

- Khối

lượng riêng hạt (particle density): khối lượng hạt/thể

tích của hạt, thể tích được xác định là các pore đóng,không tính đến các pore mở

- Khối lượng riêng biểu kiến (apparent density):

khối lượng/thể tích của vật liệu, thể tích của tất cả các pores trong vật liệu

- Khối lượng riêng tổng thể (bulk density) : khối

lượng riêng tính cho các vật liệu đóng gói hoặcxếp chồng chất lên nhau, thể tích của chúng đượcxác định bằng tổng thể tích của chúng (kể cả phầnrỗng do xếp chồng lên nhau)

6 ĐỘ XỐP

Định nghĩa.

- Độ xốp : là tỷ lệ phần trăm không khí chiếm chỗcủa khối hạt so với một đơn vị thể tích của cảkhối thực phẩm.

- Độ xốp = thể tích khí/thể tích của toàn bộ TP- Độ xốp của thực phẩm càng nhỏ thì gây nhiều

cản trở cho quá trình sấy, đun nóng

7 CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỘ XỐP 7.1 Phương pháp trực tiếp

- Trong phương pháp này, độ xốp được xác định từ chênh lệchthể tích của một miếng xốp vật liệu và khối lượng của nó saukhi phá hủy tất cả các khoảng trống bằng phương pháp nén.

- Có thể được áp dụng nếu vật liệu rất mềm và không có lực hút hay lực đẩy giữa các hạt rắn

- Trong phương pháp này, độ xốp được tính từ giá trị đo được tỉ trọng.

- Độ xốp do không gian kín bên trong các hạt được đặt tên là độ xốp biểu kiến (Ɛ app) và được định nghĩa là tỷ lệ của tổng không gian kín hoặc thể tích khoảng trống so với tổng thể tích

- Độ xốp biểu kiến được tính toán từ chất rắn đo được (ρs ) và dữ liệu mật độ biểu s ) và dữ liệu mật độ biểu kiến (ρs ) và dữ liệu mật độ biểu app) dưới dạng:

Ví dụ : Kính hiển vi của thực phẩm chiên ởnhững thời điểm khác nhau

Áp suất được áp dụng để buộc các chất lỏng, chẳng hạn như nước, dầu hoặc thủy ngân, vào các lỗ rỗng vì chất lỏng không thể tự chảy vào các lỗ rỗng hoặc phép đo độ xốp đùn, chất lỏng làm ướt được sử dụng để lấp đầy các lỗ rỗng trong vật liệu xốp.

Chất lỏng được dịch chuyển khỏi các lỗ xốp bằng cách tác dụng áp suất chênh lệch lên mẫu và đo thể tích chất lỏng ép đùn

Trong phép đo độ xốp xâm nhập, thủy ngân lỏng, nước hoặc dầu xâm nhập được sử dụng.

Trong phép đo độ xốp xâm nhập, chất lỏng bị ép vào lỗ rỗng dưới áp suất và thể tích và áp suất xâm nhập được đo.

Phương pháp đo độ xốp

Có 2 loại co rót :

- Sự co rót đẳng hướng được mô tả là sự corút đồng đều của vật liệu dưới mọi kíchthước hình học, trong khi sự co ngót bấtđẳng hướng (không đồng đều) phát triển ởcác kích thước hình học khác nhau

Nguyên nhân của sự co rót :

- Xảy ra do mất độ ẩm (trong quá trình làm khô), hình thành băng (trong quá trình làm đông lạnh) và hình thành các lỗ rỗng (bằng cách làm khô, làm phồng,ép đùn và chiên)

- Sự phá vỡ các lỗ rỗng và làm cứng cấutrúc, cũng như cơ chế vận chuyển độ ẩm,nội lực đối trọng và áp suất môi trường,là một số nguyên nhân làm giảm hoặcphá vỡ cấu trúc thực phẩm.

- Độ co rót có thể được đo bằng cácphương pháp tương tự trong phép đo thểtích

CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA THỰCPHẨM

3.1 KÍCH THƯỚC HẠT

Các hạt có hình dạng thông thường như hình lập phương , khối hình chữ nhật ,hình trụ hoặc hình cầu có thể được đặc trưng bởi kích tuyến tính (độ dài ) dọc theocác trục chính của chúng

Thông thường, một hệ tọa độ Descartes được sử dụng cho mục đích này và mộttrục được xác định là trục đối xứng của hạt Một cách khác để mô tả kích thướchạt là sử dụng thể tích hoặc diện tích bề mặt của hạt.

Cái gọi là kích thước hạt tương đương là kích thước giả thuyết có thể được gáncho một hạt mô hình có cùng thể tích hoặc diện tích bề mặt.

Ví dụ: Thông thường người ta thường gán một “đường kính tương đương” cho

một hạt có hình dạng không đều Đây sẽ là đường kính của một hình cầu hoàn hảocó cùng thuộc tính chính xác, ví dụ: cùng thể tích với hạt có hình dạng không đều.

3.1.1 Định Cỡ Bằng Phân Tích Hình Ảnh.

Khi quan sát một hạt qua kính hiển vi, chúng ta chỉ có thể nhìn thấy hình chiếu(“bóng tối”) của hạt trên một mặt phẳng hai chiều vuông góc với hướng nhìn quakính hiển vi.

Khi chúng ta đặt một thang đo micromet gần trên kính hiển vi, chúng ta có thể ướctính kích thước của hạt chỉ theo hai chiều vuông góc với nhau trên cùng một mặtphẳng (phương x và y).

Để đo độ dày của hạt theo hướng z, hạt sẽ phải được quay 90◦ sao cho mặt phẳnghai chiều có thể nhìn thấy sẽ chứa các hướng vuông góc với nhau của (x và z hoặcy và z).

Hình minh họa các đường kính hạt chính này với ví dụ về hạt đậu tây Hình hỗ trợcho việc hiểu làm thế nào một hạt có diện tích hình chiếu cực đại (hình trên), diệntích hình chiếu cực tiểu (hình dưới) và trường hợp ở giữa.

Đường kính chính a, đường kính phụ c và đường kính trung gian b của một hạt(hạt đậu nhỏ) có thể được xác định từ các hình chiếu khác nhau của hạt.

Một số đường kính hạt đặc trưng

Đường kính trung bình số học a+b+c3

Hoặc đường kính trung bình hình học (a b c )13

3.1.2 Đường kính tương đương

Đường kính tương đương của một hạt có hình dạng không đều là đường kính củamột vật thể hình học lý tưởng giả định, chẳng hạn như một hình cầu hoàn hảo, cócùng các tính chất xác định như hạt thực.

Tùy thuộc vào các thuộc tính được chỉ định này, ví dụ: tính chất hình học hoặctính chất vật lý, có các định nghĩa khác nhau cho đường kính tương đương Một sốtrong số họ sẽ được giới thiệu trong các tiểu mục sau.

3.1.3 Đường kính tương đương hình học

Đối với bất kỳ hạt có hình dạng bất thường nào, tồn tại một hạt hình cầu giả địnhcó cùng thể tích Đường kính của quả cầu giả thuyết này là đường kính tươngđương của hạt thực và được gọi là đường kính của quả cầu đương lượng thể tích.Theo cách tương tự, các đường kính tương đương thay thế có thể được chọn làđường kính của hình cầu có diện tích bề mặt là hạt thực hoặc đường kính của mộtvòng tròn hoàn hảo bao quanh khu vực là diện tích hình chiếu của hạt thực hoặcđường kính của một vòng tròn hoàn hảo có chu vi bằng chu vi diện tích hình chiếucủa hạt thực.

3.1.4 Đường kính vật lí tương đương

Đối với bất kỳ hạt có hình dạng bất thường nào, cũng tồn tại một hạt hình cầu giả định có hành vi vật lý giống nhau trong một tình huống quy trình nhất định, chẳng hạn như có cùng vận tốc rơi tự do trong một chất lỏng nhất định

Loại đường kính tương đương này được gọi là đường kính tương đương vật lý Đường kính của quả cầu có cùng vận tốc rơi tự do trong chất lỏng quả cầu có đặc tính tán xạ ánh sáng giống như hạt thực

c:vận tốc cuối của sự rơi tự do tính bằng m s−1

pF :khối lượng riêngcủa chất lỏngtính bằng kg m−3

pS: mật độ hạt trong kg m−3

∆ p=pS− pF

3.1.5 Diện tích bề mặt riêng

Diện tích bề mặt riêng là một đại lượng hình học khác có thể được sử dụng để môtả kích thước của các hạt riêng lẻ hoặc để định lượng lượng diện tích bề mặt bêntrong bao quanh các khoảng lỗ rỗng trong một hệ thống phân tán, chẳng hạn nhưvới các vật liệu dạng hạt khối như hạt nông nghiệp trong thùng, tinh thể đườngtrong bát và bột trong hộp.

Định nghĩa chính xác về diện tích bề mặt cụ thể hơi khác nhau đối với từng ứngdụng trong số hai ứng dụng khác nhau này Do đó, mỗi ứng dụng sẽ được xử lýriêng.

AV :bề mặt cụ thể dựa trên khối lượng được tính bằng m−1

Am :bề mặt cụ thể dựatrên khối lượngđược tính bằngm2

kg−1

A : diện tích bề mặt của tất cả các hạt của mẫu được tính bằng m2

V : khối lượng của tất cả các hạt của mẫu được tính bằng m3

m : khối lượng của tất cả các hạt của mẫu được tính bằng kg

pS : mật độ hạt được tính bằng kg m−3

Trong khi bề mặt riêng dựa trên khối lượng phụ thuộc vào mật độ của vật liệu tạo nên hạt, thì bề mặt riêng dựa trên thể tích chỉ là một đại lượng hình học và không phụ thuộc vào bất kỳ thông tin nào về vật liệu hạt Bằng phép đo hấp thụ, tức là bằng cách đo khả năng của vật liệu hạt hấp thụ vật liệu tham chiếu trên bề mặt của nó, có thể thu được bề mặt cụ thể dựa trên khối lượng.

3.1.5.2 Diện tích bề mặt riêng trong vật liệu rời

Trong các vật liệu rời được tạo thành từ các hệ phân tán, diện tích bề mặt riêng được định nghĩa là tổng diện tích bề mặt bao phủ bề mặt bên trong của tất cả các khoảng rỗng trong vật liệu rời xốp trên một đơn vị thể tích lớn hoặc đơn vị khối lượng lớn của vật liệu rời.

Diện tích bề mặt riêng trong vật liệu dạng hạt khối cũng có thể được coi là tổng diện tích bề mặt bên trong tiếp xúc với chất khí hoặc chất lỏng chảy qua vật liệu xốp Trên thực tế, bề mặt riêng là một đặc tính quan trọng chi phối mức độ thấm (sự dễ dàng của chất lỏng chảy qua lỗ xốp ) của vật liệu rời xốp.

Một phương pháp được sử dụng phổ biến hơn để ước tính diện tích bề mặt riêng trong vật liệu khối hoặc hệ phân tán trước tiên là ước tính bề mặt riêng của các hạt riêng lẻ đại diện trên cơ sở khối lượng của chúng m2 kg−1 và nhân với khối lượng riêng của vật liệu khối kg.m−3 Kết quả sẽ là diện tích bề mặt cụ thể của vật liệu

khối m2 m−3.

Đối với các hạt có hình dạng không đều, diện tích bề mặt cụ thể có thể được ước tính bằng cách sử dụng các đường kính tương đương cho các hạt riêng lẻ:

Nếu không có đường kính tương đương chính xác, thì có thể giả định rằng chúng có thể được tính gần đúng bằng cách giả sử các hạt có hình dạng hình cầu Sau đó,với dA=dV việc tính toán được đơn giản hóa thành:

3.1.6 Hình dạng và kích thước hạt đối với tinh thể

Số lượng kích thước và hình dạng có thể là thông số chất lượng đối với trái cây và rau, cũng như đối với ngũ cốc và tất cả các loại bột Nhiều loại bột thực phẩm được tạo thành từ các hạt là các tinh thể riêng lẻ, chẳng hạn như đường và muối.Khi mô tả các vật liệu kết tinh, cần phải phân biệt rõ ràng giữa hình dạng và dạng tinh thể Hình dạng là hệ quả của cấu trúc trạng thái rắn của vật liệu Hình dạng tinh thể có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý.

Vì vậy, dạng tổng thể và hình dạng của các hạt tinh thể là kết quả của các yếu tố khác nhau như cấu trúc hóa học và điều kiện kết tinh.

Ví dụ: Các kỹ sư thực phẩm phải kiểm soát quá trình kết tinh là quá trình đông đặccác sản phẩm chất béo như sô cô la và bơ, đông đặc các sản phẩm giàu đường và đóng băng và làm cứng các dung dịch nước và huyền phù liên quan đến sự hình thành các tinh thể băng Tuy nhiên, các trạng thái rắn khác nhau của cùng một vật liệu có thể có các tính chất khác nhau, chẳng hạn như vị ngọt hoặc độ hòa tan (ví dụ: alpha- và beta-lactose)

3.1.6.1.Hệ số hình dạng – Hình cầu

Hệ số dạng là một tỷ lệ không thứ nguyên biểu thị sự giống nhau của hình dạng hạt đã cho với một hình cầu hoàn hảo Đối với nhiều ứng dụng trong kỹ thuật thực phẩm, yếu tố này được gọi là "tính hình cầu", nghĩa là giống hình cầu.

Lưu ý rằng đường kính chính của một hạt giống như đường kính của quả cầu ngoại tiếp nhỏ nhất (quả cầu nhỏ nhất có thể bao quanh hoàn toàn hạt).

Tính hình cầu = dde

de : bất kỳ đường kính tương đương được chỉ định

dc : đường kính của hình cầu ngoại tiếp nhỏ nhất (đường kính lớn của hạt)Các định nghĩa khác được đưa ra trong Bảng 3.7.

Khi định nghĩa của hệ số định dạng có chứa “đường kính x”, thì đường kính này có thể là bất kỳ một trong các đường kính tương đương khác nhau được xác định trước đó Do đó, cần chỉ rõ đường kính tương đương nào đã được sử dụng để tính toán.

Độ tròn: Khi một hạt được quan sát bằng phương tiện quang học, chúng ta thấy hình chiếu của hạt (diện tích được chiếu) Để ước tính hình dạng của hạt từ chế độ xem hai chiều đó, có thể sử dụng các hệ số độ tròn khác nhau.

Khi các hạt được quan sát bằng các phương tiện quang học để thu được hình ảnh hai chiều, hướng của các hạt được quan sát sẽ xuất phát từ xu hướng tự nhiên của hạt nằm ở vị trí ổn định Do đó, hệ số độ tròn phụ thuộc vào "vị trí nghỉ tự nhiên" có thể tạo ra diện tích hình chiếu khác nhau từ hạt này sang hạt khác đối với các hạt có hình dạng không đều.

3.2 PHÂN BỐ KÍCH THƯỚC HẠT

Phân phối toán học đóng một vai trò quan trọng trong việc mô tả khả năng thay đổi của kích thước hạt cần thiết trong việc thiết kế các quy trình cho nhiều vật liệu sinh học được tạo thành từ các hệ thống phân tán

Số lượng các đặc điểm khác nhau của các cá nhân trong một quần thể, chẳng hạn như tuổi của từng cá nhân trong một quần thể người, hoặc năng suất của một vụ

mùa nông nghiệp ở các khu vực khác nhau của cánh đồng đang phát triển, hoặc lưu lượng truy cập trên internet, có thể được thể hiện bằng các hàm phân phối và các tham số thống kê liên quan của chúng.

Trục hoành được sử dụng để vẽ đồ thị các độ dài khác nhau được quan sát đối với các kích thước hạt khác nhau Trục tung được sử dụng để vẽ đồ thị thông tin thu thập được từ việc đánh giá dữ liệu Vì vậy, trục tung phụ thuộc vào loại tập hợp (loại đặc tính) đã được chọn để được đo.

Việc định cỡ hạt thường được thực hiện bằng cách sàng, tức là phân loại kích thước của các hạt bằng cách đo số lượng hạt có thể lọt qua các lỗ trong một sàng (sàng) nhất định Thường sẽ sử dụng một tập hợp các sàng có các lỗ kích thước khác nhau (kích thước mắt lưới) Sau khi phân loại kích thước hạt theo cách này, số lượng hạt trên mỗi sàng được cân để lấy thông tin về sự phân bố kích thước củatất cả các hạt.

Hình Máy sàng.1:vỏ động cơ,2:tấm đệm vi,3:bộ sàng (tháp sàng),4:dây đaiđể lắp tháp sàng,5:chảo,6:rây7:nắp.

Để tránh nhầm lẫn với các loại phân bổ kích thước khác nhau, nên cẩn thận giải quyết các câu hỏi như “số lượng chúng ta muốn biết (kích thước) là gì?” và “số lượng chúng ta định đo (trọng lượng hoặc số lượng) là gì?” Bảng 3.9 cho thấy mộtdanh sách các tập hợp (loại đặc trưng) có thể được sử dụng để điều tra thực

nghiệm về sự phân bố kích thước hạt Để hiểu chương này một cách đầy đủ, chúngta bắt đầu với một trường hợp sàng đơn giản, trong đó khối lượng được đo để thu được phân bố kích thước.

3.2.1 Định cỡ bằng cách sàng

Một mẫu bột đã đi qua một vài cái sàng với các kích thước mắt lưới khác nhau Một phần mẫu còn lại trên mỗi sàng vì các lỗ quá nhỏ để các hạt lọt qua Bây giờ mỗi sàng được cân.

Sau khi trừ đi trọng lượng rỗng của từng sàng tương ứng, sẽ thu được phần mẫu cócác hạt quá lớn để lọt qua sàng Các hạt của phần đó có kích thước lớn hơn kích thước mắt lưới của sàng mà chúng nằm trên (giới hạn khoảng dưới) và kích thước nhỏ hơn kích thước mắt lưới của sàng trên mà chúng rơi qua (giới hạn khoảng trên) khoảng thời gian là:

Khi một mẫu bột đi qua một loạt các sàng khác nhau, các phần của mẫu sẽ còn lại trên một số, nếu không phải là từng phần của sàng Một phần được đặc trưng bởi kích thước mắt lưới của sàng trên và sàng dưới.Vì vậy, kích thước của các hạt trong phân số đó nằm trong khoảng giới hạn khoảng xi−1 và xi Phân số có thể được đặc trưng thêm bằng trung bình cộng của khoảng xi và độ rộng khoảng xi (xem Hình và Bảng 3.10 để biết các số hạng) Vì bản thân phân số là một phân số khối lượng, nên tập hợp hoặc loại đặc trưng mà chúng ta đang sử dụng là khối lượng hoặc tập hợp khối lượng.

Hình 3.8 Kích thước hạt: Định nghĩa phân loại, trung bình số học và độ rộng khoảng Δx_i x_i

Bây giờ sơ đồ phân bố kích thước hạt có thể được vẽ Trục ngang là trục của kíchthước hạt (trục chiều dài) Trên trục tung là, trong trường hợp phân tích bằng sàng,phần khối lượng tương đối của mẫu bột:

Theo bảng 3.9, trong trường hợp phân tích sàng, chỉ số của Qr là 3 Trên trục tung,Q3 có thể thay bằng đạo hàm của nó theo độ dài x, gọi là q3 Đó là:

qr=d Qrdx

bình có thể được xác định bằng cách liệt kê hoặc sắp xếp các giá trị của đặc điểmtheo thứ tự tăng dần (từ nhỏ nhất đến lớn nhất) Khi đó, giá trị ở giữa của dãy làtrung vị.

Bảng 3.15 trình bày định nghĩa về trung vị theo thuật ngữ toán học: Để tính trungvị, không cần kiến thức về loại phân phối So với e.g trung bình số học, một ưuđiểm khác của themedian là nó mạnh đối với các giá trị cực trị đơn lẻ.

3.2.3 Gía trị phương thức

Giá trị phương thức xh,r đặc trưng cho giá trị cực đại của hàmqr(x).Nó có thể đượccoi là giá trị cực đại trong hàm phân phối tần số Nếu phân phối là hàm a q0(x), thìmức tối đa cho biết kích thước hạt xảy ra thường xuyên nhất (trong trường hợp sốlượng hạt được đếm, với r=0) Trong trường hợp của hàm q3(x), mức tối đa chobiết kích thước hạt đóng góp nhiều nhất vào khối lượng mẫu (trong trường hợpcân mẫu hạt, với r = 3) Giá trị phương thức có thể thu được bằng toán học bằngcách tính đạo hàm của hàm Q(x) và sau đó tìm điểm có hệ số góc bằng không.Nếu phân phối được trình bày dưới dạng biểu đồ dưới dạng biểu đồ thanh, thìthanh cao nhất biểu thị giá trị phương thức Đường cong phân phốiQ(x) đôi khi cónhiều hơn một cực đại (xem Hình 3.10).

3.2.4 Kích thước hạt trung bình – Trung bình tích phân

Một giá trị đặc trưng thay thế có thể được sử dụng để định lượng hàm phân phối làgiá trị trung bình hoặc trung bình số học Để có được đường kính trung bình trongquần thể các hạt có đường kính khác nhau, tất cả các kích thước hạt riêng lẻ đã đođược được cộng lại và tổng kết quả chia cho số lượng giá trị được thêm vào.

Điều quan trọng cần lưu ý là giá trị trung bình phụ thuộc nhiều vào giá trị của từngphép đo riêng lẻ và khi một giá trị đo được xuất hiện vào các thời điểm, nó sẽ gópphần vào các lần đo trung bình.

Để hiểu cách tiếp cận toán học để đạt được mức trung bình có trọng số như vậy,chúng ta sẽ tham khảo lại phân tích sàng trước đây của mình: Đối với kích thướchạt trung bình nhất định (trung bình cộng của các hạt trong một loại kích thướcnhất định):

chúng ta có một phân số, tức là một phần khối lượng

Trong đó :

Bề mặt riêng tính bằng m ¹⁻¹Hệ số HEYWOOD

Bề mặt hạt tính bằng m²Khối lượng hạt trong m³Kích thước hạt tính bằng m

Đối với một mẫu bao gồm các hạt này, chúng ta có

Có nghĩa làVới

Có thể tính trực tiếp diện tích bề mặt riêng từ phân tích sàngTrong trường hợp r=0

3.2.6 Đường kính Saulter

Đường kính Saulter là một đường kính tương đương khác Nó là đường kính củamột quả cầu giả định có cùng bề mặt riêng với hạt có hình dạng bất thường

3.2.7 Đặc điểm của phân phối

Các tùy chọn được sử dụng để định lượng thống kê các đặc điểm về phân phối làcác tham số thống kê, chẳng hạn như " chuẩn" của phân phối và độ lệch chuẩn

chuẩn so với chuẩn Sự phân bố kích thước hạt có thể được chuyển đổi thành cáchàm tuyến tính bằng cách sử dụng các hàm mô hình chuyển đổi thích hợp

Phân phối GGS

Hàm sau GATES, GAUDIN và SCHUHMANN là một hàm theo luật lũy thừaBằng cách vẽ các giá trị trên giấy logarit, hàm phân phối xuất hiện dưới dạng mộtđường thẳng có thể dễ dàng định lượng bằng hệ số góc và tung độ góc

Khi hàm phân bố kích thước hạt có thể phù hợp với phân bố GGS thì hai tham sốlà đủ để biểu thị đường cong tổng

3.3 ĐO KÍCH THƯỚC HẠT BẰNG CÁC KỸ THUẬT KHÁC

Phép đo kích thước hạt có thể được thực hiện bằng kỹ thuật quang học, điện, cânhoặc các kỹ thuật khác Trước khi có thể thực hiện phép đo kích thước hạt, cần lấymẫu đại diện Bởi vì bột và vật liệu có thể biểu hiện hiệu ứng phân tách hoặc vỡthành các mảnh không đại diện (tiêu hao hạt) nên cần sắp xếp lại cẩn thận các điềukiện lấy mẫu

Việc lấy mẫu tại các vị trí khác nhau trong khối vật liệu hoặc tại các thời điểmkhác nhau từ cùng 1 vị trí và trộn mẫu trước khi phân tích là rất hữu ích Mặt khác,

có những thiết bị để tự động phân chia một mẫu lớn thành một số mẫu nhỏ hơn màkhông làm thay đổi sự phân bố kích thước hạt.

3.3.1 Kỹ thuật cân

Việc sử dụng trọng lực để đo lượng hạt là kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhấtcho bột và vật liệu rời Lượng hạt trong mỗi phần được đo bằng cách cân Vì vậy,định cỡ hạt bằng cách sàng không phải là phép đo kích thước hạt mà là phép đotrọng lượng của các phân số thu được ở nơi khác

Trường hợp dùng sàng thì lấy chiều rộng mắt lưới để mô tả kích thước hạt Giá trịtrung bình số học giữa các chiều rộng mắt lưới của hai sàng được lấy cho kíchthước hạt trung bình trong loại kích thước đó

Trong tường hợp các hạt không đẳng cự, chiều rộng mắt lưới chỉ có thể là ước tínhsơ bộ về kích thước hạt Các hạt có đường kính khác nhau theo các hướng khácnhau sẽ lọt qua một sàng nhất định ở mức độ nhất định tùy thuộc vào các điều kiệnsàng có thể tạo ra sự định hướng của hạt

 Đặt mọt lượng mẫu xác định ( đã được cân trước ) lên trên cùng 1 bộ sàng

 Khởi động máy sàng để tạo sự rung lắc cho sàng, sàng sẽ rung ở tần số và biên độrung đã đặt trong một khoảng thời gian cố định

 Sau khi vận hành, tháp sàng được tháo rời và các sàng được cân để lấy khối lượngcủa các phân số

 Chuyển động rung có tác dụng trộn và giúp tránh tắc nghẽn các sàng Trong mọi trường hợp, phải tránh sự tan rã của các hạt (tiêu hao hạt) Đối với các hạt rất nhỏ, sử dụng với dung môi lơ lửng

 Ngoài chuyển động của sàng, có thêm các dụng cụ sàng: quả bóng gốm, khối caosu và mẫu bột trên mỗi sàng

3.3.2 Sự lắng động và phân loại khí động học và chất lỏng

a Lắng động là gì

Lắng động là quá trình mà các hạt rắn lắng xuống đáy của một chất lỏng và hìnhthành vật liệu trầm tích Các hạt rắn chịu tác dụng của trọng lực hoặc do chuyểnđộng ly tâm sẽ có khuynh hướng chuyển động theo cùng một hướng tác dụng củalực.

b Phân loại khí động học và chất lỏng

Khí động lực học là môn học nghiên cứu về dòng chảy của chất khí, được nghiêncứu đầu tiên bởi George Cayley vào thập niên 1800 Giải pháp cho các vấn đề khíđộng lực học dẫn đến các tính toán về tính chất khác nhau của dòng chảy, như vậntốc, áp suất, mật độ và nhiệt độ, như là các hàm của không gian và thời gian Khi

hiểu được các tính chất này của chất khí, người ta có thể tính toán chính xác hayxấp xỉ các lực và các mômen lực lên hệ thống dòng chảy.

Khí động lực học được chia ra làm nhiều loại :

 Có thể phân loại theo môi trường dòng chảy: khí động học ngoại biên và khí độnghọc nội biên Khí động học ngoại biên là ngành nghiên cứu dòng chảy xungquanh vật rắn Môn này có các ứng dụng như tính toán lực nâng và lực kéo lên cánhmáy bay, lực hãm tạo nên ở mũi tên lửa Khí động học nội biên nghiên cứu về dòngkhí qua các động cơ phản lực hay qua các ống của máy điều hòa.

 Khí động lực học cũng có thể được phân loại theo tỉ số vận tốc của dòng chảy sovới vận tốc âm thanh Môn học được xem là dưới âm tốc nếu các vận tốc đều nhỏhơn vận tốc âm thanh, siêu thanh nếu vận tốc hơn vận tốc âm thanh, và cực siêuthanh nếu vận tốc nhanh hơn vận tốc âm thanh nhiều lần.

 Tác dụng của độ nhớt tạo nên cách phân loại thứ ba cho môn học này Trong vàitrường hợp, ảnh hưởng của độ nhớt được xem là không đáng kể, dòng chảy được coilà không có độ nhớt Đối với dòng chảy mà độ nhớt không thể bỏ qua, dòng chảy cótính nhớt.

Chất lỏng là một chất lưu gần như không nén mà thay đổi hình dạng cho phù hợpvới hình dạng của vật chứa nó nhưng vẫn giữ một khối lượng gần như liên tụckhông phụ thuộc vào áp suất.

Các loại chất lỏng chính

 Chất lỏng lý tưởng

Các chất lỏng lý tưởng là những chất lỏng không thể nén và không có độ nhớt.Tên của nó xuất phát từ thực tế rằng nó là một chất lỏng lý tưởng hóa, vì tất cả cácchất lỏng hiện có có một độ nhớt nhất định.