Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị CNTP I

TRƯỜNG 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 TRONG CNTP I Họ và tên Bùi Kim Hoàn MSSV 20174708 Lớp KTTP02 Mục lục TÍNH TOÁN VẬN TỐC LẮNG CỦA HẠT TRONG MÔI TRƯỜNG LỎNG 2 XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM 6 THÍ NGHIỆM KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG Error Bookmark not defined 9 Trang TÍNH TOÁN VẬN TỐC LẮNG CỦA HẠT TRONG MÔI TRƯỜNG LỎNG I Mục đích thí nghiệm Khảo sát vận tốc lắng của hạt trong các môi trường lỏng I.

TRƯỜNG 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 TRONG CNTP I

Họ và tên: Bùi Kim Hoàn

MSSV: 20174708

Lớp: KTTP02

Mục lục

TÍNH TOÁN VẬN TỐC LẮNG CỦA HẠT TRONG MÔI TRƯỜNG LỎNG 2 XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM 6

THÍ NGHIỆM KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG Error! Bookmark not defined.9

Trang

TÍNH TOÁN VẬN TỐC LẮNG CỦA HẠT TRONG MÔI TRƯỜNG LỎNG

I Mục đích thí nghiệm:

Khảo sát vận tốc lắng của hạt trong các môi trường lỏng

II Cơ sở lý thuyết

Trong sản xuất và trong các ngành công nghiệp hóa chất, công nghệ môi trường thì phương pháp lắng được sử dụng để tách các chất rắn và các hạt lơ lửng ra khỏi môi trường lỏng hay khí Chẳng hạn tách bụi khỏi không khí, tách bùn từ nước thải,… Cho nên việc khảo sát và nghiên cứu sự lắng của các hạt đóng vai trò quan trọng Trong bài này, ta tiến hành lắng hạt thủy tinh trong môi trường dầu ăn, dầu rửa bát, đo vận tốc lắng, tính toán chuẩn số Reynolds, hệ số trở lực và vận tốc lắng

Trong môi trường lỏng, trọng lực của hạt hình cầu KS được tính theo định luật

Archimedes như sau:

KS=πd3(ρ1 – ρ2)g

6 (N) (1) Trong đó:

ρ1: Khối lượng riêng của hạt cầu (kg/m3)

ρ2: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

g: Gia tốc trọng trường (m/s2)

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

Trở lực S được xác định theo công thức:

S = 1

2ξFρ2u2 (N) (2) Trong đó:

ξ: Hệ số trở lực

F: Tiết diện của hạt theo hướng chuyển động

Đối với hạt hình cầu thì (2) trở thành:

S = 1

2 ξ 𝜋

4d2ρ2 u2 (N) (3) Giả thuyết hạt hình cầu lắng với vận tốc không đổi Khi đó S = KS:

1

2 ξ 𝜋

4d2 ρ2u2 = 𝜋

6d3(ρ1 – ρ2)g (4)

u = 4𝑔𝑑 (𝜌1− 𝜌2)

3𝜌2.𝜉 (5)

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

Re ≤ 0,2 ξ = 24

𝑅𝑒 0,2 < Re < 500 ξ = 18,5

𝑅𝑒

500 < Re < 15.104 ξ = 0,44

Re= 𝜌2.𝑢𝑑

µ (6) Trong đó: µ: độ nhớt động lực học chất lỏng (Pa.s)

III Tiến hành thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm trong môi trường dầu rửa bát Hạt thủy tinh có đường kính

d = 2mm Sau đó được thả vào ống thủy tinh chứa chất lỏng có chiều cao h = 21,5cm Đo thời gian rơi của hạt thủy tinh t (s)

Các bước tiến hành:

Bước 1: Xác định khối lượng hạt thủy tinh bằng cân điện tử m1 = 0,2 (g) = 2.10-4 (kg)

Bước 2: Xác định khối lượng dầu rửa bát bằng cân điện tử: m2 = 234,9 (g) = 0,2349 (kg)

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

IV Kết quả thí nghiệm

Bảng số liệu đo được:

Thời gian lắng

t (s)

Vận tốc lắng thực tế

utt (m/s)

Vận tốc lắng lý thuyết u (m/s)

Khối lượng riêng của hạt thủy tinh: ρ1 = mhạt/Vhạt = 4𝑚

3 𝜋𝑅3 = 4 m

3 𝜋(𝑑2) 3 = 42.10−4

3 𝜋(0,0022 )3 = 47746,48 (kg/m3)

Khối lượng riêng của dầu rửa bát: ρ2 = mdầu rửa bát/Vdầu rửa bát = 0,2349

0,00025 = 939,6 (kg/m3) Xác định vận tốc lắng thực: utt = h/t đổi với từng lần thí nghiệm Với chiều cao cột chất lỏng đo được là h = 21,5cm

Chuẩn số Reynolds: Re= 𝜌2.𝑢𝑑

µ = 939,6.6,58.10−3.0,002

0,65 = 0,019 , trong đó độ nhớt của dầu rửa bát là: µdầu = 650 (cP) = 0,65 (Pa.s)

Hệ số trở lực theo (6) là: ξ = 24

𝑅𝑒 = 24 0,019 = 1263,16

Vận tốc lắng lý thuyết: u = 4𝑔𝑑 (𝜌1− 𝜌2)

3𝜌2.𝜉 = 4.9,8.0,002.(47746,48− 939,6)

3.939,6.1263,16 = 0,032 (m/s), với gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2

Nhận xét: Theo số liệu thu được, ta thấy vận tốc lắng thực tế chậm hơn nhiều so với vận tốc lắng lý thuyết Có sự sai khác này có thể là do các yếu tố như thời gian đo độ lắng bị sai lệch, nhiệt độ phòng làm ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng hay khối lượng riêng của hạt thủy tinh tính bằng công thức chỉ mang tính tương đối, không chính xác

XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM

I Mục đích thí nghiệm:

Xác định công nghiền riêng của gạo

II Thiết bị và nguyên lý hoạt động

1 Nguyên lí hoạt động của máy nghiền búa:

Khi nguyên liệu được cấp vào cửa nạp liệu và đi vào bên trong sẽ bị va đập bởi cánh

búa và thành trong của máy Khi đó nguyên liệu bị biến dạng và vỡ nhỏ ra Nguyên liệu

tiếp tục bị làm nhỏ bởi sự va đập đó cho tới khi kích thước của chúng nhỏ hơn lỗ lưới và

tự lọt ra ngoài hoặc bằng thiết bị hút Các hạt có kích thước lớn hơn tiếp tục bị nghiền

nhỏ tới khi lọt được qua lỗ lưới Để có thể nghiền được nguyên liệu thì động năng của

búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu

2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy nghiền búa:

Puli truyền động đai thang

Cánh búa Lưới

Sản phẩm vào

Sản phẩm ra

Vỏ máy Roto

Trục quay Ổ bi

Phếu cấp liệu

Hàm nghiền

III Tiến hành thí nghiệm

1 Làm thí nghiệm nghiền gạo, tiến hành lấy số liệu

Bảng thông số công suất máy theo thời gian:

Công suất chạy không tải trong 21,05s: P0 = 267 – 264 = 3 (W)

Bảng thông số vật liệu:

Cốc đong - Khối lượng khi không đựng gạo: 290,7

- Khối lượng cốc và gạo sau nghiền: 704,5

- Sau khi nghiền: 704,5 – 290,7 = 413,8

- Kích thước 0,2mm: 251,7

Bảng số liệu:

Vật

liệu

Khối lượng

sản phẩm còn

lại sau rây (g)

(Ban đầu:

413,8g)

Kích thước lỗ rây (mm)

Thời gian nghiền T (giây)

Công nghiền riêng (Wh/kg) Lúc bắt đầu

nghiền

Ađầu (Wh)

Lúc nghiền xong

Acuối (Wh)

6,6

290.0,025 = 7,25

48,9

Số chỉ đồng hồ

Qua lỗ sàng 0,1mm lần đầu thì khối lượng vật liệu còn lại là 267,1 (g), suy ra khối

lượng gạo lọt qua lỗ sàng 0,1mm là: 413,8 – 267,1 = 146,7 (g)

Tiếp tục cho qua lỗ sàng 0,2mm thì khối lượng vật liệu còn lại là 146,9 (g), suy ra khối lượng gạo lọt qua lỗ sàng 0,2mm là: 267,1 – 146,9 = 120,2 (g)

2 Tính toán công nghiền riêng

- Công có ích: Acó ích = A – A0 = (7,25 – 6,6) – 3.0,025 = 0,575(Wh)

Trong đó:

A = Acuối – Ađầu: Công nghiền có tải trong thời gian nghiền T (Wh)

A0 = P0T: Công chạy không tải ứng với thời gian nghiền T (Wh)

- Công nghiền riêng của gạo được tính bằng:

Ariêng = Acó ích/mgạo Công nghiền riêng là công có ích để nghiền 1kg vật liệu

Đối với hạt có kích thước 0,1mm ta có: Ariêng = 7,175

0,1467 = 48,9 (Wh/kg)

Đối với hạt có kích thước 0,2mm ta có: Ariêng = 7,175

0,1202 = 59,7 (Wh/kg)

IV Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công nghiền riêng và kích thước lỗ lưới sàng

0

10

20

30

40

50

60

70

Công nghiền riêng (Wh/kg)

KHUẤY TRÔN CHẤT LỎNG

I Mục đích thí nghiệm:

Khảo sát quá trình hòa tan của chất tan trong môi trường lỏng bằng thiết bị khuấy trộn

II Thiết bị và nguyên lý hoạt động của máy khuấy

1 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị khuấy trộn:

2 Nguyên lý hoạt động

Thiết bị khuấy sử dụng trong bài thí nghiệm này có cánh khuấy là kiểu mái chèo Khi thiết bị hoạt động, cánh khuấy quay, do cấu tạo của cánh khuấy là kiểu mái chèo nên chất lỏng bên trong thùng khuấy sẽ chuyển động dọc trục Các phần tử bên trong thùng khuấy có xu hướng chuyển động theo phương từ tâm chất lỏng theo hướng bán kính đến thành thùng khuấy Theo nguyên lí như vậy, các phần tử liên tục di chuyển làmcho tăng khả năng hòa tan lẫn vào nhau của hỗn hợp hai chất Cụ thể ở đây đường sẽ được hòa tan lẫn vào trong nước

Set Start/Stop

Bảng điều khiển

Công tắc

Động cơ

Hộp giảm tốc

Nối trục

Cánh khuấy Thùng đựng nguyên liệu

Dung dịch khuấy trộn Màn hình hiển thị các thông số

Phím mũi tên

3 Cách vận hành thiết bị

Bước 1: Bật công tắc nguồn

Bước 2: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 1 để thiết lập thời gian khuấy

Thời gian: 00 – 99 (phút)

Khi đèn trên màn hình hiển thị thời gian nhấp nháy thì điều chỉnh bằng nút mũi tên lên, xuống

Bước 3: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 2 để thiết lập chế độ chạy

“H”: Đếm thời gian khuấy chạy xuôi

“L”: Đếm thời gian khuấy chạy ngược

Đèn trên màn hình hiển thị nhấp nháy có thể điều chỉnh bằng các nút mũi tên lên,

xuống trên bảng điều khiển

Bước 4: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 3 thiết lập tốc độ cánh khuấy Khi đèn hiển thị nhấp nháy thì điều chỉnh bằng các nút mũi tên lên, xuống trên bảng điều khiển

Bước 5: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 4 để hoàn thành cài đặt các thông số

Bước 6: Nhấn nút ‘’Start/Stop’’ để thiết bị hoạt động

Chú ý: Trong lúc thiết bị đang vận hành có thể nhấn nút ‘’Start/Stop’’ để dừng thiết bị

và để thiết lập lại các thông số

III Tiến hành thí nghiệm

Số TT Số vòng

quay cánh

khuấy

(vòng/phút)

Công suất (W)

Euk logEuk Rek logRek m logC C

− 5 3

28

9

Trong đó các chuẩn số được xác định như sau:

Chuẩn số Ơ – le: Euk = 𝑁

𝜌 𝑛 3 𝑑 5

Chuẩn số Reynolds: Rek = 𝜌𝑛 𝑑2

µ Trong đó:

N: Công suất (W)

n: Số vòng quay cánh khuấy (vòng/s)

d: Đường kính cánh khuấy (m) Trong bài này d = 11,5cm = 0,115m

ρ: Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) Trong bài này là của nước ρH2O= 997kg/m3

µ: Độ nhớt chất lỏng (N.s/m2) Trong bài này là µH2O = 8,9.10-4 (N.s/m2)

Trên hệ trục logEuk – logRek qua các điểm ta vẽ đường thẳng:

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

3.75 3.8 3.85 3.9 3.95 4 4.05 4.1 4.15 4.2 4.25 4.3

logRe k

logEu k

logEuk = 28

3 logRek

Kết quả đo nồng độ Brix

* Tốc độ cánh khuấy hiển thị trên màn hình là 04 ứng với 65 vòng/phút

Thời gian

khuấy

t (phút)

Nồng độ Brix

* Tốc độ cánh khuấy hiển thị trên màn hình là 02 ứng với 50 vòng/phút

Thời gian khuấy

t (phút) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Nồng độ Brix

(Bx) 5 7 8

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ Brix và thời gian khuấy

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

65 vòng/phút

50 vòng/phút

Thời gian (phút)

Bx

- Nhận xét:

+ Nồng độ Brix là hàm lượng đường có trong một dung dịch nước Tức là nếu độ Brix càng lớn thì nồng độ đường trong nước càng lớn, hay độ hòa tan của đường trong nước càng nhiều

+ Ban đầu đường ở trạng thái rắn, đổ vào nước thì chúng bắt đầu hòa tan vào nước, làm nồng độ đường trong nước tăng dần lên đến một giá trị bão hòa tức là khi đó đường đã được hòa tan hết vào trong nước

+ Khi cánh khuấy quay với vận tốc là 65 vòng/phút thì đường cần một khoảng thời gian là 10 phút để có thể hòa tan hoàn toàn Còn nếu khi cánh khuấy là 50 vòng/phút thì cần tới 13 phút để đường hòa tan hoàn toàn Có nghĩa là cánh khuấy quay với vận tốc càng lớn thì càng làm đường hòa tan nhanh vì khi quay với vận tốc càng lớn thì các phần

tử nước cũng như đường trong thùng khuấy sẽ chuyển động càng nhanh, làm cho chúng

va chạm và cọ sát với nhau ‘’tích cực’’ hơn và làm tăng khả năng hòa tan

+ Khi vận tốc cánh khuấy càng lớn thì càng tăng độ hòa tan nhưng một mặt khác thì công suất của máy cũng tăng theo gây tốn kém điện nên cần chọn tốc độ quay phù hợp + Trên đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ Bx và thời gian khuấy thì ta có thể thấy

đồ thị nào nằm cao hơn sẽ tiêu tốn công suất lớn hơn