Báo cáo thực hành Kỹ thuật thực phẩm

LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn khoa Công nghệ Hoá, trường ĐH Công nghiệp Tp.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em học tập thật tốt môn học này và chúng em cũng đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trọng Tăng đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy chúng em suốt các buổi thực hành để chúng em có thể nắm vững kiến thức và cũng hoàn thiện bài báo cáo môn Thực hành Kỹ thuật thực phẩm Chúng em chân thành biết ơn! BÀI MẠCH LƯU CHẤT Mục đích thí nghiệm - Tìm hiểu về các dạng tổn thất áp suất xảy ớng dẫn dịng chất lỏng khơng nén chảy qua các ống, các loại khớp nối, van hay các thiết bị đo dùng mạng ống từ đó điều chỉnh lưu lượng hay sử dụng ống phù hợp - Xác định ma sát chất lỏng với thành ống trơn - Xác định trở lực cục - Xác định ma sát chất lỏng với thành ống bề mặt nhám - Đo lưu lượng phương pháp chênh áp biến thiên Kết quả thí nghiệm 2.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát với thành ống Lưu lượng trơn 16 Ống trơn 21  Ống trơn 27 Tiết diện áp Tổn thất thất áp suất ống thực (m2) (mH2O) 16 12 16 12 0.00007854 0.00007854 0.00007854 0.00007854 0.00007854 0.00017671 0.00017671 0.00017671 0.00017671 16 12 0.00017671 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 (l/p) Ống Tổn suất Hệ số Vận lý thuyết ma sát tốc tế Chuẩn Reynolds Hf f (m/s) 0.16 0.08 0.035 0.02 0.01 0.145 0.085 0.04 0.025 (mH2O) 0.738 0.444 0.218 0.132 0.066 0.161 0.097 0.048 0.029 0.022 0.024 0.026 0.028 0.031 0.024 0.026 0.029 0.031 3.395 2.546 1.698 1.273 0.849 1.509 1.132 0.755 0.566 37991.557 28493.668 18995.779 14246.834 9497.889 25327.705 18995.779 12663.852 9497.889 0.012 0.08 0.05 0.024 0.013 0.015 0.045 0.028 0.014 0.008 0.035 0.026 0.028 0.032 0.034 0.377 0.770 0.577 0.385 0.289 6331.926 18091.218 13568.413 9045.609 6784.207 số 16 Ống 12 nhám 27 0.00034636 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.005 0.125 0.075 0.03 0.015 0.005 0.004 0.066 0.040 0.020 0.012 0.006 0.039 0.026 0.028 0.031 0.033 0.038 0.192 0.941 0.705 0.470 0.353 0.235 4522.804 19995.556 14996.667 9997.778 7498.334 4998.889 Đồ thị : Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tớc ( Đồ thị có dịng chất lỏng chảy) 2.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục Mứ Lưu Độ chênh c lượng áp mở (l/p) (mH2O) 0.035 Vận tốc Hệ số trở dòng lực cục nước 0.849 0.9528 Áp suất Đường động kính lỗ (mH2O) (m) 0.0367 0.01 Tiết diện (m2) 0.00007853 Đột thu Đột mở Co 90 1/4 2/7 Van 1/3 1/2 2/3 5/6 12 16 12 16 12 16 2.5 9.5 10 10 10 0.07 0.145 0.31 0.56 0.005 0.02 0.02 0.05 0.09 0.01 0.011 0.012 0.014 0.016 1.38 0.93 0.475 0.085 0.03 0.015 0.01 1.273 1.698 2.547 3.396 0.192 0.289 0.385 0.577 0.770 0.192 0.289 0.385 0.577 0.770 0.15 0.29 0.47 0.56 0.59 0.59 0.59 0.8470 0.9869 0.9377 0.9528 2.6479 4.7075 2.6479 2.9422 2.9789 5.2959 2.5891 1.5888 0.8238 0.5296 1253.7032 211.2217 42.1414 5.3477 1.7034 0.8517 0.5678 0.0826 0.1469 0.3306 0.5877 0.0019 0.0042 0.0076 0.0170 0.0302 0.0019 0.0042 0.0076 0.0170 0.0302 0.0011 0.0044 0.0113 0.0159 0.0176 0.0176 0.0176 0.01 0.01 0.01 0.01 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.019 0.019 0.019 0.019 0.019 0.019 0.019 Biểu đồ 2: Biểu diễn mối quan hệ giữa độ mở van và tổn thất áp suất 0.00007853 0.00007853 0.00007853 0.00007853 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.00028353 0.00028353 Biểu đồ : Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số trở lực cục với độ mở van Biểu đồ 4: Biểu diễn hệ số trở lực cục theo lưu lượng 2.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 2.3.1 Khảo sát hệ số lưu lượng màng chắn Ventury Màng chắn Lưu Hệ Tổn thất áp lượng suất thực tế Hệ số K (l/p) (mH2O) 0.012 0.027 0.06 12 0.122 16 0.21 Hệ số Cm số Tiết diện Tiết diện thu Cm ống hẹp đột ngột trung bình 0.000011043 55.1100805 0.00034636 0.000201062 0.000011043 55.1100805 0.00034636 0.000201062 52.8118 0.000011043 49.2919545 0.00034636 0.000201062 26 0.000011043 51.851701 0.00034636 0.000201062 0.000011043 52.6953159 0.00034636 0.000201062 Ventury Lưu lượng (l/p) 12 16 Tổn thất áp suất thực tế (mH2O) 0.011 0.025 0.05 0.11 0.185 Hệ số K 1.10429E-05 1.10429E-05 1.10429E-05 1.10429E-05 1.10429E-05 Hệ số Cv 57.561 57.273 53.997 54.607 56.144 Tiết diện ống 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 0.00034636 Tiết diện ống thu hẹp 0.0002011 0.0002011 0.0002011 0.0002011 0.0002011 Hệ số Cv trung bình 55.917 2.3.2 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống màng chắn, Ventury, Ống Pito Lưu lượng thực Màng chắn (l/p) 12 tế Lưu lượng thực tế (m3/s) 6.6667E-05 0.0001 0.00013333 0.0002 Lưu tính lượng toán Tổn thất áp suất (m3/s) 6.3898E-05 9.5847E-05 0.00014288 0.00020374 Hệ số 0.012 0.027 0.06 0.122 Cm, Cv 55.11 55.11 49.29 51.85 Ventury Ống pito 16 12 16 12 16 0.00026667 6.6667E-05 0.0001 0.00013333 0.0002 0.00026667 6.6667E-05 0.0001 0.00013333 0.0002 0.00026667 0.0002673 6.478E-05 9.766E-05 0.00013811 0.00020485 0.00026566 1.2024E-06 1.8367E-06 2.503E-06 3.8023E-06 4.9087E-06 0.21 0.011 0.025 0.05 0.11 0.185 0.003 0.007 0.013 0.03 0.05 52.7 57.56 57.27 54 54.607 56.14 Biểu đồ 5: Biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng tính toán so với lưu lượng thực tế tính theo độ chênh lệch áp suất màng chắn Xử lý sớ liệu 3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát với thành ống Tính cho ống 16 , lưu lượng 16 (l/p)  Tiết diện ống:  Lưu lượng: Q =  Vận tốc chuyển động dịng lưu chất:  Ch̉n sớ Reynolds:  Trong đó:  Hệ số ma sát: Vì =>  Tổn thất áp suất lý thuyết: Trong đó L: chiều dài ống dẫn, m D: đường kính ống dẫn, m (Đối với các ống khác và lưu lượng thì tính tương tự) 3.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục (m/s) Ví dụ: Tính cho đột thu với mức lưu lượng là (l/p)  Lưu lượng dịng chảy trog ớng:  Tiết diện ớng: D: đường kính ống,m  Vận tốc chuyển động dịng lưu chất ớng:  Áp suất động:  Hệ sớ trở lực cục bộ: 3.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 3.3.1 Khảo sát hệ số lưu lượng màng chắn Ventury Ví dụ: Tính cho màng chắn với lưu lượng (l/p)  Tiết diện ống: 3.4636*  Tiết diện ống thu hẹp: 2.0106*  Hệ số K: = 1.10429*  Hệ số Cm: 55.1100805 3.3.2 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống màng chắn, Ventury, Ống Pito Ví dụ: Tính cho Màng chắn Lưu lượng tính toán: 6.3898* ( /s) Ống Pito: V= = Fpitot = = Qtt = V * Fpito = 1.2024* Nhận xét Thông qua các số liệu thu từ thí nghiệm thực tế, ta thấy có sự sai số đối với các thông số đó tính công thức lý thuyết Nguyên nhân dẫn đến sự sai số đó có thể là các nguyên nhân sau:  Do thiết bị làm thí nghiệm  Do người tiến hành thí nghiệm 10 F= =0.00022698( = ) = =5970.461 → 4000 < Re < 100000 Nu=0.021* * * *( =0.021*1.074* = * = *1=35.499 =1393.974( Đới với dịng lạnh: Trong đó: = =30 (tra bảng và dùng phương pháp nội suy) =0.618( ) Pr=5.42 =1.286 ѵ =0.00000081( ) Re= V= = =0.0163( = = ⇨F= = =2.0428* =0.051(m) ( ) Re⩽2300: chế độ dòng chảy 31 Nu=0.158* * Gr= = * * * * *6=396679259.259 Nu=0.158*1.286*1027.3860.33*5.420.43*396679259.2590.1=30.014 ⍺l= K= K= =286.665( 32 BÀI QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC Mục đích thí nghiệm -Vận hành hệ thống thiết bị cô đặc gián đoạn, đo đạc các thông số quá trình -Tính toán cân vật chất, cân lượng cho quá trình cô đặc gián đoạn -So sánh lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế - Xác định suất và hiệu suất quá trình cô đặc - Xác định hệ sống truyền thiết bị ngưng tụ Kết quả thí nghiệm Thời Giai W1 T I1 T I3 T I5 đoạn (W) (0C) (0C) (0C) Ban đầu 2000 30.6 30 30 150 25 Đun sôi 1500 91.2 29.9 36.3 150 95 Bốc 1500 93.7 29.8 38 150 gian (phút) -Trước cô đặc: Am=2.568 -Sau cô đặc: Am=3.311 Xử lý số liệu -Ban đầu : TI3 =300C => dbđ= => bđ H2O H2O =996 (kg/m3) = =1.019 x dbđ=996 x 1.019= 1014.924 (kg/m3) -Lúc sau : 33 Q (l/g) ds= = => s=ds x =1.026 = 1.026 x 996 = 1021.896 (kg/m3) H2O -Mật độ quang và nồng độ CuSO4: A1=2.568 => C1=34.96 (g/l) A2=3.311=>C2=46.09 (g/l) -Nồng độ chất tan trước và sau cô đặc: = = đ =0.0345 (kg/kg) = = =0.0451 (kg/kg) c -Khối lượng dung dịch ban đầu nồi đun: +Dung dịch CuSO4 nạp V= lít Gđ = bđ x V = 1014.924 x = 7104.468 (g)=7.1 (kg) Ta có: Gđ đ = Gc c => Gc= = =5.4313 (kg) Mặt khác: Gđ = Gc + Gw => Gw= Gđ – Gc = 7.1 – 5.4313= 1.6687 (kg) -Khối lượng nồi đun cung cấp cho quá trình giai đoạn đun sôi: Qk1=P1 x = 2000 x (25 x 60) =3.106 (kJ) -Năng lượng dung dịch nhận được giao đoạn đun sôi: Cp= CH2O (1 - đ Q1= Gđ Cp ( sdd ) =4180 (1- 0.0345)=4035.79 (J/kg.K) đ )=7,1 x 4035.79 x (93.7 – 30)=1825266.743 (J) -Năng lượng nồi đun cung cấp cho quá trình giai đoạn bốc hơi: Qk2=P2 x = 1500 x (95 x 60) =8,55.106 (J) 34 -Năng lượng nước nhận được để bốc giai đoạn bốc hơi: Q2=Gw x w = 1.6687 x 2679 = 4470.4473 (kJ) = 4470447.3 (J) -Cân lượng thiết bị ngưng tụ: Qng= Gw x w = VH2O x Qng= Gw x w Qng= VH2O x H2O = H2O x CH2O x ( r v )x = 2260 x 1.6687=3771.262 (kJ)=3771262 (J) x CH2O x ( r )x v x 996 x 4.18 x (38-30) x (95 x 60)=7190.232 (kJ)= 7190232 (J) -Hệ số truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ: K= F=0.2 m2 1=t1 – tnv = 93.7 – 30 =63.7 0C 2=t2 – tnr = 93.7 -38=55.7 0C = K= = = =59.611 0C =105.806 (w/m2.K) *Nhận xét: - Năng lượng nồi đun cung cấp để đun sôi dung dịch thì phần sử dụng phần bị thất thoát nhiệt bên ngoài môi trường - Nguyên nhân sai số tính toán cân lượng và vật chất: + Thời gian giữa các lần đo bị chênh lệch + Nồng độ chất tan sau cô đặc tính độ chính xác khơng cao 35 BÀI SẤY ĐỚI LƯU Mục đích thí nghiệm - Xây dựng đường cong sấy - Xây dựng đường cong tốc độ sấy - Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân vật liệu sấy Kết quả thí nghiệm Khối lượng mẫu khô: Tốc độ quạt : = 110 (g) = 5,8 (m/s) Kích thước mẫu: hình vuông cạnh 0,27 (m) Nửa chiều dày vật liệu: R = 0,002 (m) 2.1 Thí nghiệm 1: Sấy nhiệt độ 50oC Lần đo 10 11 12 13 14 15 16 17 Thời gian t Gi tk tư (phút) 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 (g) 236 216 191 181 168 156 146 136 129 126 120 118 115 114 113 113 112 (0C) 36 43 45 46 46 45 49 48 48 45 48 48 45 45 45 44 44 (0C) 24 31 33 34 35 35 37 37 37 35 36 37 35 34 34 33 32 36 18 19 20 51 54 57 112 112 112 44 44 44 33 33 32 2.2 Thí nghiệm 2: Sấy nhiệt độ 60oC Lần đo 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Thời gian t Gi tk tư (phút) 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 (g) 236 232 222 209 194 181 174 165 153 146 139 130 122 116 114 112 112 112 (0C) 48 51 53 54 54 55 54 55 56 55 55 56 56 55 56 55 56 55 (0C) 36 38 37 41 41 41 41 41 41 41 42 42 41 41 40 41 41 41 Xử lý số liệu Độ ẩm tương đối vật liệu: = = = = 114,55 (%) = 3.1 Thí nghiệm 1: Sấy nhiệt độ 50oC STT Thời gian t (phút) Gᵢ (g) Độ ẩm (%) Nᵢ (%/phút) 114.55 6.06 236 37 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 216 191 181 168 156 146 136 129 126 120 118 115 114 113 113 112 112 112 112 96.36 73.64 64.55 52.73 41.82 32.73 23.64 17.27 14.55 9.09 7.27 4.55 3.64 2.73 2.73 1.82 1.82 1.82 1.82 38 7.58 3.03 3.94 3.64 3.03 3.03 2.12 0.91 1.82 0.61 0.91 0.30 0.30 0.00 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 Biểu đồ đường cong sấy Biểu đồ đường cong tốc độ sấy 39 Diện tích bề mặt bay vật liệu F (m2) F = 6*0,272 = 0,44 (m2) Hệ số trao đổi nhiệt (kJ/m2.h.oC) = (kg/m2.h) Cường độ bay x (45,1-33,85) = 1,71 (kg/m2.h) Tốc độ sấy lý thuyết (%/h) = = = = = 0,68(%/h) Tốc độ sấy thực nghiệm (%/h) = 112,73 (%/h) Thời gian sấy đẳng tốc: = = 0,43 (h) Thời gian sấy giảm tốc: x ln = x ln = 4,95(h) 3.2 Thí nghiệm 2: Sấy nhiệt độ 60oC STT Thời gian t Gᵢ (g) (phút) 236 Độ ẩm (%) Nᵢ (%/phút) 114.55 1.21 40 10 11 12 13 14 15 16 17 18 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 232 222 209 194 181 174 165 153 146 139 130 122 116 114 112 112 112 110.91 101.82 90.00 76.36 64.55 58.18 50.00 39.09 32.73 26.36 18.18 10.91 5.45 3.64 1.82 1.82 1.82 41 3.03 3.94 4.55 3.94 2.12 2.73 3.64 2.12 2.12 2.73 2.42 1.82 0.61 0.61 0.00 0.00 0.00 Biểu đồ đường cong sấy Biểu đồ đường cong tốc độ sấy Hệ số trao đổi nhiệt (kJ/m2.h.oC) = Cường độ bay (kg/m2.h) x(54,39-40,39) = 2,09(kg/m2.h) Tốc độ sấy lý thuyết (%/h) = = = = Tốc độ sấy thực nghiệm (%/h) 42 = 0,84(%/h) = 125,25 (%/h) Thời gian sấy giảm tốc: = = 0,38(h) Thời gian sấy giảm tốc: x ln = x ln = 4,45(h) Độ ẩm tới hạn: = = 66,63(%) Độ ẩm cân bằng: 1,42(%) 3.3 Nhận xét 3.3.1 Nhận xét dạng đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc: Đường cong tốc độ sấy là đường biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm vật liệu Đường cong tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc: đường cong tốc độ sấy giảm dần đều, nhiệt độ vật liệu tăng dần, độ ẩm giảm dần đến độ ẩm cân bằng, mức độ giảm chậm 3.3.2 So sánh kết thực nghiệm với lý thuyết: So với thực tế ta đã bỏ qua giai đoạn đun nóng nó quá nhỏ nên lượngnhiệt so với lý thuyết có sai lệch Nguyên nhân tạo nên sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế là quá trình sấy lý thuyết thì xem nhiệt lượng bổ sung quá trình sấy với nhiệt lượng tổn thất quá trình sấy Trong quá trình sấy thực tế thì nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất 3.3.3 So sánh kết thí nghiệm: Trong quá trình sấy ta nhận thấy nhiệt độ tăng thì thời gian giảm x́ng, tớc độ dịng khí cố định nên không ảnh hưởng Khi sấy thì khối lượng vật liệu không 43 bao giờ khối lượng vật liệu khô ban đầu vì có lượng ẩm nhỏ không thể tách Ngoài ra, nhiệt độ phụ thuộc vào độ ẩm môi trường dẫn đến nhiệt độ lúc tăng lúc giảm Do ảnh hưởng các tầng sấy bị lung lay làm cho thành sấy va chạm vào lòng thành sấy làm cho khối lượng vật liệu thay đổi, ảnh hưởng đến hiệu quả, đó nên khắc phục hạn chế tối đa va chạm 44 45 ... chênh lệch áp suất màng chắn Xử lý sớ liệu 3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát với thành ống Tính cho ống 16 , lưu lượng 16 (l/p)  Tiết diện ống:  Lưu lượng: Q =  Vận tớc... đường H – Hmo ) 16 Xử lý sớ liệu Ví dụ: Q = 10 (l/phút) - = 0.000167 ( = 98066.5 Pa Đặc tuyến thực bơm: Ta có: H = + Trong đó: Vì : H= - = + ( lưu lượng đầu vào và đầu là nhau) = 13.0478... 15435.44368 82.76561653 76.61799154 78.47286022 81.02299973 82.75116041 Biểu đồ thể hệ số truyền nhiệt thực nghiệm hệ số truyền nhiệt lý thuyết 2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát trường hợp ngược chiều thiết