Thkttp hoang th h thu

Cơ sở lý thuyết Theo giáo sư Osborne Reyolds có hai chế độ chuyển động chính của chất lỏng trong ống dẫn: - Chế độ chảy tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỉ lệ tuyến tín

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

BÁO CÁO THỰC HÀNH

KỸ THUẬT THỰC PHẨM

GVHD: PHẠM VĂN HƯNGSVTH: HOÀNG THỊ HẠ THU MSSV: 12087601

HỌC KỲ 1 NĂM 2014-2015

MỤC LỤC

BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT – C6MKII 3

1.1 Mục đích thực hiện 3

1.2 Cơ sở lý thuyết 3

1.3 Kết quả thí nghiệm 4

1.4 Xử lý số liệu 6

1.5 Đồ thị 8

1.6 Nhận xét và bàn luận 9

1.7 Phụ lục 10

BÀI 2: GHÉP BƠM – FM51 13

2.1 Mục đích thí nghiệm 13

2.2 Cơ sở lý thuyết 13

2.3 Cách tiến hành: 14

2.4 Kết quả: 15

2.5 Xử lý số liệu: 17

2.6 Đồ thị 19

2.7 Nhận xét và bàn luận 20

2.8 Phụ lục 21

Bài 3: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG 28

3.1 Mục đích thí nghiệm 28

3.2 Cơ sở lý thuyết 28

3.3 Kết quả thí nghiệm 28

3.4 Đồ thị 34

3.5 Bàn luận 35

3.6 Phụ lục 36

BÀI 4: QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 42

4.1 Mục đích thí nghiệm 42

4.2 Cơ sở lý thuyết 42

4.3 Kết quả thí nghiệm 43

4.4 Bàn luận 44

4.5 Phụ lục 45

BÀI 5: CHƯNG LIÊN TỤC 46

5.1 Mục đích thí nghiệm: 46

5.2 Cơ sở lý thuyết: 46

5.3 Kết quả: 47

5.4 Nhận xét và bàn luận: 48

5.5 Phụ lục: 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT – C6MKII

- Xác định các tổn thất cục bộ trong hệ thống đường ống của mô hình thí nghiệm

- Xác định mối quan hệ giữ hệ số ma sát và chuẩn số Reynolds đối với nước chảy trong ốngnhám

- Ứng dụng việc đo độ chênh áp trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống dẫn

1.2 Cơ sở lý thuyết

Theo giáo sư Osborne Reyolds có hai chế độ chuyển động chính của chất lỏng trong ống dẫn:

- Chế độ chảy tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỉ lệ tuyến tính với vận

tốc dòng chảy trong ống: h~w.

- Chế độ chảy rối với vận tốc lớn, khi đó trowe lực trong ống tỉ lệ với vận tốc dòng chảy theo dạng lũy thừa: h~w.

+ Chế độ chảy khi chuyển tiếp giữa chảy tầng và chảy rối gọi là chảy quá độ

+ Có hai loại trở lực trên đường ống khi dòng chất lỏng choáng đầy ống chuyển độngtrong ống dẫn: trở lực ma sát và trở lực cục bộ

1.2.1 Trở lực ma sát

Trở lực do ma sát hms của chất lỏng chảy choáng đầy trong ống được tính theo công

thức:

Hms= (m)

Để xác định chế độ chảy của chất lỏng ta dựa vào chuẩn số Reynolds, công thức xác

định chuẩn độ số Re như sau:

Re = Reynolds đã được chứng minh được rằng nếu:

 Re < 2320 : lưu chất chảy tầng

 Re =2320 ÷10,000:lưu chất chảy quá độ

 Re > 10,000 : lưu chất chảy xoáy

Để xác định hệ số ma sát ta dựa vào giản đồ Moody, hệ số ma sát thay đổi phụ thuộc vào

vật liệu chế tạo ống và độ nhám của ống dẫn

1.2.2 Trở lực cục bộ

Là lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận tốc do thay đổi hình dáng

tiết diện của ống dẫn như : đột thu, đột mở, chổ cong (co), van, khớp nối Trở lực cục

bộ được kí hiệu : Hcb (m)

1.2.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên

Màng chắn và Ventury là hai dụng cụ dùng để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi

dòng lưu chất qua tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh lệch áp suất trước và

sau tiết diện thu hẹp

Áp dụng phương trình Bernoulli ta có mối liên hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất qua

màng chắn (ống Ventury) theo công thức sau:

1.3.2 Thí Nghiệm 2: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống

1.3.2.1 Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống có đường kính

17mmST

2 1/4 vòng 12 2.8

1.3.2.2 Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống có đường kính

Hệ số ma sát

Tổn thất áp suất (thực tế) (m H 2 O)

Áp suất động (mH 2 O)

Tổn thất áp suất (thực tế) (m H 2 O)

Hệ số trở lực cục bộ

4 0.294 43.09 0.1 59.831

1.5 Đồ thị

0.5 1 1.5 2 2.5 3

3.5

Tổn thất áp suất (thực tế) (m H2O) Vận tốc dòng chảy (m/s)

2

Vận tốc dòng chảy (m/s) Tổn thất

áp suất (thực tế)

Tổn thất áp suất

Hình 2: : Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tổn thất áp suất với vận tốc dòng chảygiữa các co nối

1.6 Nhận xét và bàn luận

Ta thấy xét cùng một đường kính, cùng một lưu lượng thì ống nhựa có tổn thất dọcđường ống hơn ống thép không gỉ cho thấy vật liệu ống cũng có ảnh hưởng đến tổn thấtdọc đường Lưu lương tăng thì tổn thất tăng

Ta thấy khi cùng một loại vật liệu ở cùng một lưu lượng, ống nào có đường kính lớnthì tổn thất dọc đường càng nhỏ và khi lưu lượng tăng thì tổn thất tăng Vậy tổn thất docđừơng tỉ lệ nghịch với đường kính ống và tỷ lệ thuận với lưu lượng ống

 Đối với thí nghiệm xác định tổn thất ma sát:

Khi vận tốc tăng thì tổn thất áp suất trong mỗi ống đều giảm Từ giá trị vận tốc ta sẽtính toán được trị số Re, Re tính được đều >10000 nên chế độ chảy trong các ống làchảy rối

Tổn thất áp suất tính được nhỏ hơn tổn thất áp suất đo được ở ống 1, 2 và 4 Còn ởống 3 thì ngược lại, tổn thất áp suất tính được lớn hơn tổn thất áp suất đo được Nhưng

sự chênh lệch này không nhiều

Trong đồ thị tổn thất ma sát theo vận tốc thì có hai chế độ (theo Giáo sư OsborneReynolds):

 Chế độ chảy tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỉ lệ tuyếntính với vận tốc dòng chảy trong ống: h~w

 Chế độ chảy rối với vận tốc lớn, khi đó trở lực trong ống tỉ lệ với vận tốcdòng chảy theo dạng lũy thừa: h~wn

 Đối với thí nghiệm xác định trở lực cục bộ:

Nhìn chung khi vận tốc tăng thì hệ số trở lực cục bộ tăng do là những chỗ khớpnối,chỗ cong, van sẽ gây ra trở lực cục bộ nhiều

 Đối với thí nghiệm đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp:

Ta thấy lưu lượng tính được luôn lớn hơn lưu lượng đo được ở cả màng chắn vàventury Khi cùng lưu lượng thì độ giảm áp của màng chắn và ventury là khác nhau

Màng chắn và ventury là hai dụng cụ dùng để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi dòngchất lỏng qua tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh áp suất trước và sau tiếtdiện thu hẹp Tại tiết diện hẹp của thiết bị tiết lưu, vận tốc dòng chảy tăng lên, một phầnthế năng biến thành động năng Áp suất tĩnh tại tiết diện thu hẹp trở nên nhỏ hơn áp suấttĩnh của dòng chất lỏng trước khi tiết lưu tức đã có sự chênh áp.

Vận tốc tính được lớn hơn rất nhiều so với vận tốc đo được trong ống pitot làm ảnhhưởng đến kết quả đo

- Xây dựng đường đặc tuyến hệ 2 bơm ghép nối tiếp (thí nghiệm 3).

- Xây dựng đường đặc tuyến của hệ 2 bơm song song (thí nghiệm 4)

2.2 Cơ sở lý thuyết.

2.2.1 Khái niệm và phân loại bơm:

Bơm là loại thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp dùng để vậnchuyển chất lỏng chuyển động trong ống Bơm là thiết bị chính cung cấp năng lượngcho chất lỏng để thắng trở lực trong đường ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên dộcao nào đó, tạo lưu lượng chảy trong thiết bị công nghiệp.

Bơm thể tích: Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích củakhoogn gian làm việc trong bơm Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thayđổi và cung cấp năng lượng cho chất lỏng

Bơm li tâm: Nhờ lực ly tâm tạo ra trong chất lỏng khi guồng quay mà chất lỏng đượchút và đẩy ra khỏi bơm Khi cánh quạt quay, động năng của nó sẽ truyền vào chất lỏngtạo ra năng lượng cho chất lỏng

Trong thực tế ta có thể hai hoặc nhiều bơm làm việc song song trên cùng một hệ thốngđường ống Thậm chí có những trường hợp hai trạm làm việc song song trên cùng một

hệ thống đường ống Để xác định điểm làm việc của tưng bơm phải dựng đường đặctuyến tổng cộng của chúng khi làm việc song song

2.2.3 Ghép bơm nối tiếp:

Các bơm gọi là làm việc nôi tiếp nếu sau khi ra khỏi bơm này, chất lỏng được đưa tiếpvào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới được đưa vào hệ thống Như vậy khi các bơmlàm việc nối tiếp, lưu lượng của chúng bằng nhau và bằng lưu lượng tổng cộng của hệthống, cột áp của hệ thống bằng tổng cột áp của các bơm

Các bơm làm việc nối tiếp được sử dụng khi hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơmkhông đáp ứng được

2.3 Cách tiến hành:

 Thí nghiệm 3: Gép bơm nối tiếp:

Cả hai bơm phải đảm bảo hoạt động ở cùng điều kiện Bơm 2 đã cố định lưu lượng, bơm

1 nên thiết lập ở chế độ tốc độ 70%

Mở hoàn toàn van đẩy của bơm 2.

Chỉnh van 3 ngã tại vị trí hợp lí

Mở hoàn toàn van chỉnh lưu lượng

Cho bơm chạy tuần hoàn để đuổi hết bọt khí

Khi đã hết bọt khí thì nhắp chuột vào nút để ghi số liệu vào bảng chương trình

Đóng van chỉnh lưu lượng một ít, đợi hệ thống ổn định, nhấp chuột để ghi số liệu vàobảng chương trình

Tương tự như vậy cho đến khi van chỉnh lưu lượng đóng hoàn toàn ít nhất 10 giá trị

Mở hoàn toàn van chỉnh lưu lượng, tắt bơm và chuyển sang thí nghiệm tiếp theo

 Thí nghiệm 4: Ghép bơm song song:

Cả hai bơm phải đảm bảo hoạt động ở cùng điều kiện Bơm 2 đã cố định lưu lượng, bơm

1 nên thiết lập ở chế độ tốc độ 70%

Mở hoàn toàn van đẩy của bơm 2

Chỉnh van 3 ngã tại vị trí hợp lí

Mở hoàn toàn van chỉnh lưu lượng

Cho bơm chạy tuần hoàn để đuổi hết bọt khí

Khi đã hết bọt khí thì nhắp chuột vào nút để ghi số liệu vào bảng chương trình

Đóng van chỉnh lưu lượng một ít, đợi hệ thống ổn định, nhấp chuột để ghi số liệu vàobảng chương trình

Tương tự như vậy cho đến khi van chỉnh lưu lượng đóng hoàn toàn ít nhất 10 giá trị

Mở hoàn toàn van chỉnh lưu lượng, tắt bơm và chuyển sang thí nghiệm tiếp theo

n (rpm)

Áp suấthút

Ph(kPa)

Áp suấtđẩy

Áp suấtđẩy

 Thí nghiệm 3:Ghép bơm nối tiếp.

lượng

Q (l/s)

Tốc độbơm

n (rpm)

Áp suấthút

Ph(kPa)

Áp suấtđẩy bơm1

Pđ(kPa)

Áp suấtđẩybơm 2

n (rpm)

Áp suấthút

Ph(kPa)

Áp suấtđẩy bơm1

Pđ(kPa)

Áp suấtđẩy bơm2

Pđ(kPa)

Nhiệt độ

T (0C)

Momentxoắnđộng cơ

 Thí nghiệm 3: Ghép bơm nối tiếp:

Lưu lượng

Hình 4: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ của hiệu suất và công suất động cơ với lưu

lượng

2.7. Nhận xét và bàn luận.

Qua đồ thị ở các thí nghiệm ta thấy có điểm chung là khi lưu lượng tăng thì nhìn chung

cột áp giảm, công suất, hiệu suất thì tăng

Ở thí nghiệm 1 chỉ khảo sát 1 bơm nên giá trị cột áp, công suất, hiệu suất không cao Ở

các thí nghệm ghép bơm thì giá trị cột áp, công suất, hiệu suất cao hơn Khi ghép bơm

nối tiếp mà đóng từ từ van hút và giảm từ từ tốc độ quay của bánh guồng bơm 1 thì chocột áp và hiệu suất cao hơn trường hợp mở từ từ van hút và tăng từ từ tốc độ quay củabánh guồng bơm 1, công suất động cơ gần như bằng nhau Còn khi ghép bơm song songthì kết quả ngược lại, trường hợp đóng từ từ van hút và giảm từ từ tốc độ quay của bánhguồng bơm 1 thì cho cột áp cà hiệu suất thấp hơn trường hợp mở từ từ van hút và tăng

từ từ tốc độ quay của bánh guồng bơm 1 Vì thế nếu ghép bơm nối tiếp thì ta khởi độngbơm ở tốc độ quay cao rồi từ từ giảm tốc độ quay để thu được hiệu suất cao, còn nếughép bơm song song thì ta khởi động bơm ở tốc độ quay thấp rồi từ từ tăng tốc độ quaylên

P2: áp suất đẩy, kPa

Hv= : biến thiên động năng, m

v1: vận tốc vào của dòng lưu chất, m/s

He: biến thiên thế năng, m

Công suất của bơm:

Ph = Q.Ht.ρ.gTrong đó:

Ph: công suất thủy lực truyền cho lưu chất, W

Ht: cột áp toàn phần của bơm, mρ: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3

g: gia tốc trọng trường, m/s2

Pm = Trong đó:

Pm: công suất cần cung cấp cho động cơ, Wn: số vòng quay của bơm, vòng/phút

t: moment xoắn của động cơ, N.m

Hiệu suất của bơm:

Lưu lượng Q(l/s)

Công thức tính biến thiên thế năng:

He = 0.065 m (đối với mô hình FM51)

Lưu lượng Q(l/s)

Công thức tính biến thiên thế năng:

He = 0.065 m (đối với mô hình FM51)

Áp suất đẩybơm 2 P1d

độ bơm (%) Ph (kPa) bơm 1 P1d

Bài 3: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT VỎ ỐNG

3.1 Mục đích thí nghiệm

- Mục đích của quá trình nhằm thực hiện một giai đoạn nào đó trong uy trình công nghệ, đó có thể là đun nóng , làm nguội, ngưng tụ hay bốc hơi Tùy thuộc vào bản chất của quá trình mà ta có sự phân bố các dòng sao cho giảm tổn thất, tăng hiệu suất của quá trình Khảo sát quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng nóng và lạnh,

sự thay đổi lưu lượng giữa mỗi dòng

- Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở giữa những lưu lượng dòng khác nhau

- Xác định hệ số truyền nhiệt thực nghiệm KTN của thiết bị ống xoắn từ đó so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết KLT

3.2 Cơ sở lý thuyết

Các quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách rất thường gặptrong các lĩnh vực công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hóa dầu Trong đó nhiệt lượng dodòng nóng tỏa ra sẽ được dòng lạnh thu vào

Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt cao hay thấp tùy thuộc vào cách bố trí thiết bị,điều kiện hoạt động Trong đó chiều chuyển động có ý nghĩa rất quan trọng

Qua thực tế người ta phân loại như sau:

- Xuôi chiều : lưu thể 1 và 2 chảy song song cùng chiều nhau

- Ngược chiều : lưu thể 1 và 2 chảy song song ngược chiều nhau

- Chéo chiều: lưu thể 1 và 2 chảy theo phương vuông góc

- Chảy hỗn hợp: lưu thể 1 chảy theo hướng nào đó còn lưu thể 2 có đoạn chảy cùng chiều có đoạn chảy ngược chiều có đoạn chảy chéo dòng

15 13 25 40 29 37

3.4 Xử lý số liệu

3.3.3 Tính toán

 Hiệu suất nhiệt độ

a Trường hợp ngược chiều

 Hiệu suất truyền nhiệt

a Trường hợp ngược chiều

α N

(W/m 2 K )

α L

(W/m 2 K )

K LT

(W/m 2 K )

Lưu lượng (kg/s)

Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng lạnh đến quá trình truyền nhiệt

3.4.2 Trường hợp xuôi chiều

Khi lưu lượng tăng thì nhìn chung hệ số truyền nhiệt cũng tăng Truyền nhiệt xuôi chiều

sẽ cho hiệu suất cao hơn là truyền nhiệt ngược chiều

So với thực nghiệm, hệ số truyền nhiệt lý thuyết nhỏ nhiều Điều này cho thấy thao táclàm thí nghiệm và thiết bị chưa có chính xác cao

3.6 Phụ lục

 Hiệu suất nhiệt độ

a Trường hợp ngược chiều

b Trường hợp xuôi chiều

 Hiệu suất truyền nhiệt

a Trường hợp ngược chiều:

Tính KLT = == 300.442 W/m2K ( do < 2 nên tính theo tường phẳng)

(λ tra của thép không gỉ )

Tương tự với các giá trị khác và trường hợp xuôi chiều

BÀI 4: QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

4.1 Mục đích thí nghiệm

- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng để xácđịnh các thông số cầnthiết

- Xác định năng suất và hiệu suất quá trình

- Đánh giá quá trình hoạt động gián đoạn

4.2 Cơ sở lý thuyết

Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó

trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay

hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi

(cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm

lạnh kết tinh

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch

bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi

Cô đặc nhằm mục đích:

- Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm, làm tăng độ sinh năng lượng của thực phẩm

- Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩmthấu cao)

- Giảm được khối lượng vận chuyển

4.2.1 Đặc điểm:

Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi (nước) được tách khỏi dung dịch dưới

dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch thì không bay hơi, nên nồng độ

của dung chất tăng dần lên

Hơi của dung môi (nước) được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ

Nếu hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một quá trình khác, nếu dùng hơi thứ để đun nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì hơi đó gọi là hơi phụ

Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể trực tiếp hoặc gián tiếp Khi truyền

nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đun nóng (hơi đốt).

Nhiệt tích phân của quá trình hòa tan là lượng nhiệt tính bằng Joule được thu vào hay tỏa ra khi hòa tan 1kg chất rắn (hay dung dịch có chứa 1kg chất rắn) vào một lượng dung môi vô cùng lớn, nghĩa là loãng đến mức dù có pha loãng hơn nữa cũng không kèm theo một hiệu ứng nhiệt nào cả

Thực tế hiệu ứng nhiệt không quan sát được khi hòa tan 1 mol chất rắn trong lượng dung môi bằng hay lớn hơn 300 mol

Các chất dễ tạo thành hidrat thì có giá trị nhiệt hòa tan dương, còn các chất không tạo thành hidrat thì có giá trị nhiệt hòa tan âm Nhiệt hòa tan phụ thuộc vào bản chất của chất hòa tan, dung môi và nồng độ

Khi cô đặc cần biết lượng nhiệt ∆q thay đổi theo nồng độ, đại lượng này

được xác định như sau

-Nhiệt độ sôi của dung dịch

Hiệu số giữa nhiệt độ chất tải nhiệt (hơi đốt T và nhiệt độ sôi của dung dịch T’ là một trong những yếu tố xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị

Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất hòa tan Khi nồng độ tăng thì nhiệt độ sôi tăng