Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị cntp i

Trở lựcnày phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường lỏng khối lượng riêng, độ nhớt, phụ thuộcvào kích thước và hình dáng của vật thể, và phụ thuộc vào vận tốc rơi và gia tốc tr

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO

THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNTP I

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tuấn Linh

ThS Phạm Thanh Hương

CN Nguyễn Ngọc Viễn

Sinh Viên thực hiện: Vũ Thị Anh MSSV: 20211416 Mã học phần: BF3531 Mã lớp thí nghiệm: 728695 Lớp: Kỹ thuật thực phẩm 05 – K66

Mục LụcBÀI 1 Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng 3

Bài 2 Thí nghiệm khuấy trộn chất lỏng 9

Bài 3 Xác định công nghiền riêng cuả hạt nông sản 20

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 vàthảo luận

Trong môi trường chất lỏng, theo định luật Archimedes, trọng lực của hạt hình cầu Ks đượctính như sau:

Ks= ( ).g ,(N) (1)

: Khối lượng riêng của hạt cầu (kg/m3)

: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

: Gia tốc trọng trường (m/s2)

Khi hạt cầu rơi (lắng) với vận tốc u, sẽ chịu trở lực gây ra bởi môi trường chất lỏng Trở lựcnày phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường lỏng (khối lượng riêng, độ nhớt), phụ thuộcvào kích thước và hình dáng của vật thể, và phụ thuộc vào vận tốc rơi 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= Ks:

Hệ số trở lực là hàm số của Renolds, nghĩa là phụ thuộc vào tốc độ lắng, kích thước hạt,

khối lượng riêng của chất lỏng và độ nhớt của chất lỏng Sự phụ thuộc = f(Re) được xácđịnh bằng thực nghiệm, cụ thể như sau:

Re 0,2 =

0,2 < Re < 500 =

Mật ong 2 lít, 1 túi hạt thủy tinh hình cầu

4 Cách bước tiến hành

Sinh viên tiến hành thí nghiệm lắng hạt bi thủy tinh hình cầu trong môi trường mật ong Kích thước hạt thủy tinh được xác định bằng thước kẹp hoặc theo thông số của nhà sản xuất, sau đó được thả vào ống thủy tinh chứa mật ong Đo thời gian rơi của hạt bi thủy tinh

t (s)

- Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Xác định khối lượng của hạt bi bằng cân điện tử: mbi =0,195 (g)

Bước 2: Xác định khối lượng của 1l mật ong bằng cân điện tử: m mật ong = 1400 (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:

Viên bi thủy tinh

+ Thể tích mật ong là: 1 (lit)

+ Khối lượng của 1 lít mật ong : 1,4 (kg)

+ Khối lượng riêng mật ong: = 10 ¯ ³ 1 , 4 = 1400 (kg/m³)

+ Chiều cao mật ong : h = 0,342(m)

+ Vận tốc lắng thực tế: utt = h t

+ Độ nhớt động lực học chất lỏng: µ = 8,1564 (Pa.s)

+ Chuẩn số Re =ρ ₂ud μ = 1400.utt 6 10 ¯ ³8,1564 (<0,2)

=> Hệ số trở lực =

+ Tính vận tốc lắng lí thuyết theo công thức (5): u = √4 gd ( ρ1−ρ ₂)

3 ρ ₂ ξ với g=9,81 m/s

Nhận xét: Vận tốc thực tế lớn hơn vận tốc lý thuyết.

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

+ Tốc độ thả ban đầu không đồng đều: Tốc độ thả ban đầu không đồng đều Nếu vận tốc ban đầu lớn, thời gian lắng nhanh, vận tốc lắng lớn Nếu vận tốc ban đầu nhỏ, thời gian lắng chậm, vận tốc lắng nhỏ.

+ Sai số trong quá trình thực hành, do người quan sát, đọc thể tích, bấm thời gian, sai

số trong tính toán làm tròn,… và các yếu tố bên ngoài khác

+ Kích thước hạt bi thủy tinh không đều đặc biệt là bi nhỏ

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

+ Do nhiệt độ môi trường, nhiệt độ mật ong, độ nhớt Nhiệt độ môi trường: nhiệt độ ảnhhưởng nhiều đến độ nhớt của chất lỏng

 -Nhiệt độ càng thấp, các phân tử chất lỏng càng kém linh động, độ nhớt tăng dẫn đến tốc độlắng của hạt giảm

 -Nhiệt độ tăng, các phân tử chất lỏng càng chuyển động linh động, độ nhớt giảm, hạt càngdễ dàng rơi xuống nên tốc độ lắng tăng

+ Có bọt khí trong quá trình TN trong mật ong

+ Do vị trí thả hạt: thả gần thành ống thì ma sát càng lớn-> thời gian lắng lâu hơn

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài 2 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 chân vịthay 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 cánh khuấyquay 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 của chuyểnđộng chất lỏng Do đó để diễn đạt quá trình khuấy ở chế độ ổn định ta có thể dùng phươngtrình chuẩn số của chất lỏng chuyển động:

Eu = f (Re, Fr,…) (1)

Ở đây: Eu = chuẩn số Ơ - le

Re = Chuẩn số Rây - nôn

Fr = Chuẩn số Phơ - rút

- hiệu số áp suất

- Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3

- vận tốc chuyển động của dòng, m/s

d - đường kính, m

- độ nhớt, N.s/m2

Đối với thiết bị khuấy trộn thì d là đường kính cánh khuấy, vận tốc chuyển động của chất lỏng

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 :

Qua thực nghiệm ta có: EuK = C (2)

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 nhẵn củathành 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 đócánh khuấy nhúng sâu vào trong chất lỏng nên ảnh hưởng của gia tốc trọng trường có thể bỏqua

Ta có : = C (3)

II Mục đích thí nghiệm

1 Làm quen với cấu tạo của máy khuấy và các loại cánh khuấy mái chèo, chong chóng (chân

vịt)

2 Xác định công suất tiêu hao khi khuấy, số vòng quay, thời gian khuấy trộn.

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

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

CHÚ Ý: Để tránh có bọt khí, lõm parabol mặt nước trong quá trình khuấy trộn chấtlỏng thì có thể đặt thêm các cánh chắn ở trong bình khấy

12

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 kế

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

IV Thí nghiệm

1 Các bước tiến hành

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 1 lít nước vào thùng, cho 0,2kg đường hoặc muối 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

Bx theo thời gian

2 Số liệu thí nghiệm

Đường kính cánh khuấy: 5,4cm = 0,054m

Khối lượng riêng của nước: = 1000 kg/

Độ nhớt của nước: = 0,8007.10-3 (N.s/m2) – độ nhớt của dung dịch nước ở 30oC

Bảng 1: Bảng kết quả thí nghiệm

14

1,731,311,291,12

29122,37

41474,1842773,09

49213,04

4,464,624,634,69 -0,38 5,12

131825

5 16,56 16,9 8,10 0,91 60308,4

3

4,78

Bảng 2: Kết quả đo nồng độ Brix

* Máy chạy với tốc độ cánh khuấy là 535,9vòng/phút= 8,93 vòng/giây

- Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3

2 Xác định chuẩn số Rây - nôn

ReK = (5)

- độ nhớt chất lỏng, N.s/m2

16

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

Trên hệ trục lgEuK - lgReK qua các điểm ta vẽ đường thẳng Trên cơ sở đườngthẳng ta có phương trình :

3.Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ Brix theo thời gian khuấy (với 2 tốc độ

cánh khuấy khác nhau) Rút ra nhận xét

 oỞ trường hợp 1 thời gian khuấy trộn lâu(21 phút) , tốc độ cánh khuấy cao

(310vòng/phút) nên nồng độ chất khô tăng từ từ

 oỞ trường hợp 2 thời gian khuấy trộn ngắn (6 phút), tốc độ cánh khuấy tăng

lên (536vòng/phút) nên nồng độ chất khô tăng lên nhanh nhưng đường sớm bão hòa

* Ở trường hợp 2 ta thu được nồng độ chất khô cao hơn do đó hiệu suất của quá

trình khuấy trộn đạt cao hơn Hiệu suất của quá trình khuấy trộn phụ thuộc phần

lớn vào thời gian khuấy trộn và tốc độ cánh khuấy

18

( cam: 310 vòng/ phút ; xanh: 536 vòng/ phút )

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 đồng đều cho sản phẩm càng nhanh => Hiệu suất của quá trình khuấy trộn phụthuộc phần lớn vào thời gian khuấy trộn và tốc độ cánh khuấy

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

- Nhiệt độ

- Tốc độ khuấy trộn

- Bản chất của chất khô

- Bản chất dung môi: độ nhớt, ví dụ: dung môi loãng dễ khuấy trộn và ngược lại

- Kết cấu cánh khuấy

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài 3 Xác định công nghiền riêng cuả hạt nông sản

1 Cơ sở lý thuyết

Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc và nhiều ngành công nghiệp khác thường tiến hành quá trình nghiền các cục to, các hạt thành bột thô, vừa và mịn Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong các máy nghiền là nhờ các lực cơ học Có thể phân loại các dạng tác dụng cơ học nhằm phá vỡ vật liệu đem nghiền như sau:

Bảng phân loại mức độ nghiền

Tùy theo kết cấu của từng loại máy nghiền mà lực phá vỡ vật liệu đem nghiền có thể là lực nén, ép, chẻ, cắt, va đập… hoặc do một vài lực ở trên tác dụng đồng thời Công nghiền không chỉ phụ thuộc vào loại lực tác dụng, kết cấu máy và các cơ cấu truyền động mà còn phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu đem nghiền như độ cứng, độ ẩm,tính chất của vỏ hạt… Công nghiền dùng để khắc phục các lực liên kết giữa các phần tử của vật liệu đem nghiền, các lực ma sát giữa vật liệu với nhau, giữa vật liệu và các cơ cấu nghiền, ma sát các bộ phận chuyển động trong máy Để xây dựng công thức tính toán về công suất, năng suất cho máy nghiền phải dựa vào thực nghiệm Một số cơ sở lýthuyết để tính toán gần đúng như thuyết bề mặt của P.Rv Rittingơ, thuyết thể tích,

20

thuyết thể tích về bề mặt của P.A Rebinde (đọc giáo trình máy và thiết bị chế biến lương thực).

1 Mục đích thí nghiệm

- Xác định công nghiền riêng của các sản phẩm thực phẩm

- Tìm hiểu máy nghiền búa: Máy nghiền búa nghiền nhỏ các vật liệu khô, giòn, dễ vỡ, ítquánh dính như các loại hạt khô, xương, muối, đường và các loại khoáng sản…nhằm:+ Mở rộng bề mặt để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt chất;

+ Đưa về cùng 1 kích thước để trộn đều hơn

2 Thiết bị và nguyên lý hoạt động

Tùy theo kích cỡ vật liệu đem nghiền, kích thước yêu cầu của sản phẩm và căn cứ vào

độ cứng vật liệu, vào yêu cầu thoát và vận chuyển sản phẩm v.v để chọn lọai máy nghiền thích hợp, sao cho đạt năng suất mà chi phí năng lượng lại thấp Do đó nhiều loại máy nghiền có kết cấu khác nhau từ đơn giản đến phức tạp đã được chế tạo

Máy nghiền búa và hình dạng các loại búa nghiền

Cấu tạo máy nghiền búa gồm một roto, trên roto có các cánh búa Cánh búa có thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ theo yêu cầu nghiền và cơ lý tính của nguyên vật liệu Roto quay trên một vỏ máy được làm bằng gang đúc, có chỗ lắp lưới hoặc toàn bộ xung quanh là lưới Loại đúc bằng gang bên trong thường lắp gờ Loại bao xung quanh là lướibên trong có gờ hoặc không Nguyên liệu cần nghiền cho vào bên trong máy qua cửa nạp liệu Do sự va đập của vật liệu với các cánh búa đang quay và với thành trong của máy, vật liệu sẽ biến dạng rồi vỡ ra thành các thành phần có kích thước nhỏ hơn Ngoài

ra khi nguyên liệu ban đầu có kích thước lớn, còn có thêm sự chà xát của vật liệu với thành trong của máy Do bị va đập nhiều lần giữa cánh búa và vỏ máy, nguyên liệu giảm kích thước đến khi nhỏ hơn lỗ lưới, hạt sẽ theo lỗ lưới ra ngoài Các hạt vật liệu nhỏ lọt qua lưới tự thoát ra ngoài hoặc được quạt hút ra khỏi máy, còn các hạt vật liệu tochưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ Ðể nghiền được, động năng của búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu Do vậy, khi nghiền vật liệu lớn cần có trọng lượng búa lớn, còn khi nghiền vật liệu nhỏ cần búa nhẹ hơn Trong trường hợp vật liệu nghiền kích thước không đều hoặc quá cứng, người ta dùng

22

loại có cánh búa xếp Ưu điểm của cánh búa loại này là có thể xếp được khi qua tải hoặcvật cứng; khi vượt qua tải hay vật cứng này, cánh búa sẽ mở ra nhờ lực ly tâm.

Nguyên liệu có thể được đưa vào máy theo hướng tâm trục hay có thể nhập liệu theo phương tiếp tuyến với rô to Phương pháp này không được thuận lợi lắm do nguyên liệu

có thể bị văng lên theo đường nhập liệu Trong quá trình nghiền, nếu lỗ lưới bị bít, vật liệu không thoát ra được, năng suất sẽ giảm rất nhiều hoặc bằng 0 Vì vậy để máy hoạt động tốt thì vật liệu nghiền không được làm bít lỗ lưới Máy nghiền búa thường không làm việc được các loại vật liệu ẩm, dẻo, hoặc bám dính

Các máy nghiền búa có số búa ít, trọng lượng của mỗi búa G=200-700 N, rôto quay chậm với tốc độ vòng khoảng 15-25 m/s thì thường dùng để nghiền thô và vừa để được hạt sản phẩm có kích thước d>20mm Các máy nghiền búa có trọng lượng mỗi búa G=30-50 N vận tốc vòng khoảng 25-60m/s dùng nghiền nhỏ để được sản phẩm có kích thước d<1-5mm Với máy nghiền có nhiều búa trọng lượng mỗi búa G=5-10 N và vận tốc rất lớn tới 100 m/s dùng để nghiền mịn hạt sản phẩm đạt kích thước d= 10-100 μm

Máy nghiền búa khi hoạt động tạo ra luồng không khí rất lớn, giúp hạt sau khi nghiền qua lỗ lưới dễ dàng Tuy nhiên, sau khi ra khỏi máy cần phải có hệ thống lắng để thu hồi sản phẩm Với các sản phẩm nghiền thường dùng cyclon lắng và túi thu hồi bằng vải.

Với hệ thống lắng bằng xyclon thường sử dụng một xyclon lớn dùng lắng các hạt có kích thước lớn và một cyclon nhỏ để lắng bụi trước khi cho không khí thải ra ngoài.Hạt sau khi nghiền có kích thước trung bình nhỏ hơn nhiều so với kích thước lỗ lưới Khi cần thay đổi độ mịn của sản phẩm nghiền, có thể thay lưới có kích thước lỗ thích hợp

3 Tiến hành

- Nguyên liệu: gạo

- Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu

- Cho máy chạy không tải, xác định công suất chạy không tải: P 0 = 610(W)

- Cân 150 g gạo cho một lần thí nghiệm nghiền Làm thí nghiệm 3 hoặc nhiều hơn Lần lượt thời gian nghiền là 15s, 30s và 45s Xác định công tiêu thụ A.

24