BÁO cáo THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT bị i bài 1 xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng

Trong bộ môn thí nghiệm quá trình và thiết bị máy, chúng em được sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của cô Phạm Thanh Hương và thầy Nguyễn Tiến Linh đã giúp chúng em được một phần lớn tron

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

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ I

Giảng viên hướng dẫn: Ths Phạm Thanh Hương

Ths Nguyễn Tuấn Linh

LỜI MỞ ĐẦU

Trong xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hàng loạt các sản phẩm công nghệ kĩ thuật ra đời, góp phần lớn trong sự nghiệp phát triển đất nước đáp ứng được nhu cầu cho nhân dân hiện nay Đặc biệt trong công nghệ sản xuất thực phẩm, việc áp dụng khoa học công nghệ vào dây chuyền sản xuất đang ngày được cải thiện và phát triển đáp ứng, phục vụ được nhu cầu ăn uống, tiêu dùng của con người Ví dụ, trong sản xuất cá hộp, nước esphoa quả, chế biến sữa…đã được côngnghệ hóa, tự động hóa theo phương pháp sản xuất dây chuyên khép kín, đảm bảo được chất lượng sản phẩm, dễ dàn quản lí, kiểm soát

Trong bộ môn thí nghiệm quá trình và thiết bị máy, chúng em được sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của cô Phạm Thanh Hương và thầy Nguyễn Tiến Linh đã giúp chúng em được một phần lớn trong việc tìm hiểu các loại thiết bị cũng như nguyên

lí hoạt động của máy nghiền và máy khuấy trộn, tính toán trong quá trình tìm hiểu xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng

Do thời gian thí nghiệm còn hạn chế, hiểu biết còn ít nên bài báo cáo còn sai sót, mong thầy cô và các bạn góp ý kiến để bài báo cáo của em hoàn thiện bài báo cáo hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Bài 1: Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng

I- Cơ sở lí thuyết

Trong sản xuất và trong các ngàn công nghiệp hóa chất, và công nghệ môi trường,phương pháp lắng thường được sử dụng để tách chất rắn và các hạt lơ lửng ra khỏimôi trường lỏng, khí VD: Tách bụi khỏi không khí, tách bùn ra nước thả vì vậy

sự nghiên cứu của sự lắng của các hạt đóng vai trò rất quan trọng Trong bài thínghiệm này, sinh viên tiến hành thí nghiệm lắng hạt thủy tinh trong môi trườngmật ong, đo vận tốc lắng, tính toán chuẩn số Reynols, hệ số trở lực, và vận tốclắng Sự khác nhau giữa vận tốc lắng thực tế và vận tốc lí thuyết được đưa ra sosánh và thảo luận

Trong môi trường chất lỏng, theo định luật Archimeds, trọng lực của hạt cầu Ksđược tính như sau:

Ks=π d63(p1− p2)g, (N) (1)

p1: khối lượng riêng của hạt cầu (kg/m3)

p2: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

g: gia tốc tọng trường (m/s2 )

Khi hạt cầu rơi (lắng) với vận tốc u, sẽ chịu trở lực gây ra bởi mooit rường chấtlỏng Trở lực này phụ thuộc vào tính chất vật lí của môi trường lỏng (khối lượngriêng, độ nhớt), phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của vật thể, và phụ thuộcvào vận tốc rơi và gia tôc trọng trường Theo Newton, trở lực S được xác định nhưsau:

S= F.ℰ p2.u22,(N) (2)

: hệ số trở lực;

ℰ

F: tiết diện của hạt theo hướng chuyển động

Đối với hạt cầu:

S=ℰ.π d42 p2u2

2,(N) (3)Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc không đổi Khi đó S=Ks:

ℰ π d42 p2u2

2= πd

3

6 ( p1− p2 )g (4)u=√4 gd(p1− p2)

Ống thủy tinh cao 40 cm, đồng hồ bấm giờ, cân điện tử, thước kẹp, cốc đong

III- Nguyên liệu

- Mật ong 0,81 lít có khối lượng có chiều cao của mực mật ong là h=25,4 cm;

Sinh viên tiến hành thí nghiệm lắng hạt thủy tinh hình cầu trong môi trường mậtong Kích thước hạ thủy tinh được xác định bằng thước kẹp hoặc theo thông số củanhà sản xuất, sau đó được thả vào ống thủy tinh chứa mật ong có chiều cao h=35

cm Đo thời gian rơi của hạt thủy tinh t(s)

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Xác định khối lượng của hạt thuyt tinh bằng cân điển tử; m1(g)

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

- Khối lượng của hạt bi là:m1=5.6(g)

- Khối lượng riêng của hạt bi là:

ρ1=m V1

1=5.6× 10 4π¿¿¿−3

- Thể tích của mật ong là: V2=810 ml=0.00081m3

- Khối lượng của mật ong là: m2=1057 (g)=1,057 (kg)

- Khối lượng riêng của mật ong là:

Thời gian lắng t(s) Vận tốc lắng thực tế

u tt(m/s)

Hệ số Reynols(Re) Hệ số trở lực( )ℰ Vận tốc lắng lí

thuyết u(m/s)

Nhận xét : Từ kết quả cho thấy vận tốc lí thuyết và vận tốc thực tế chênh lệch lớn.

Nguyên nhân là do có trở lực tác dụng lên nó Ngoài ra, vận tốc thực tế phụ thuộcvào thời gian và chiều cao chất lỏng Còn vận tốc lí thuyết thì chỉ phụ thuộc vàobản chất chất lỏng và hạt bi, hệ số trở lực Bên cạnh đó, còn có một số lí do khácnhư:

+ Tốc độ thả ban đầu không đồng đều

+ Sai số do người quan sát và bấm thời gian bi thủy tinh lắng

+ Kích thước hạt bi thủy tinh không đều

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

+ Do nhiệt độ môi trường

Bài 2: Xác định công nghiền riêng của hạt nông sản I-Cơ sở lí thuyết

Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc và nhiều ngành công nghiệp khácthường 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 thểphân loại các dạng tác dụng cơ học nhằm phá vỡ vật liệu đem nghiền như sau:Bảng phân loại múc độ nghiền

Mức độ nghiền Đường kính trung

bính(mm) Sản phẩmnghiền(d) nghiền (i=Tỉ số mức độD

Để xây dựng công thức tính toán về công suất, năng suất cho máy nghiền phải dựavào tực nghiệm Một só cơ sở lí thuyết để tính toán gần đúng như lí thuyết bề mặtcủa P.Rv Ritting, thuyết thể tích, thuyết thể tích về bề mặt của P.A Rebinde Máy nghiền có nhiều loại, nhưng trong thí nghiệm lầ này, chúng mình sẽ dùng máynghiền búa Máy nghiền búa có cấu tạo như sau:

*Cấu tạo:

- Cấu tạo gồm 2 hộp chính: hộp thứ nhất để nghiền và hộp thứ 2 là hộp hút bột, haihộp này thông với nhau bởi1 ống dẫn bột ở dưới và trùng trục quay Ngoài ra cònđộng cơ, đĩa búa và búa, quạt hút gió, phễu chứa nguyên liệu vào và sản phẩm ra…

*Nguyên lý hoạt động:

- Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu theo chiều tiếp tuyến với chiều quay củabúa Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa là do sự va đập của búavào vật liệu, sự chà xát của vật liệu với búa và với thành vỏ máy, các hạt vật liệu tochưa lọt qua lưới lại được búa tiếp tục nghiền nhỏ Để nghiền được, động năng củabúa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu kích cỡ sảnphẩm phụ thuộc vào lưới sàng, tùy theo yêu cầu sản phẩm mà ta thay lưới sang phùhợp

+ Sau khi qua lưới sang rơi xuống ống dẫn bột được hộp hút gió với tác động củaquạt hút với luồng gió từ của hút gió hút bột lên hộp và đưa lên túi chứa bột

- Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu

- Cho máy chạy không tải, xác định công suất chạy không tải Po=600(W)

- Cân 185 gr cho một lần thí nghiệm nghiền Làm thí nghiệm 1 lần hoặc nhiềuhơn Thời gian nghiền là 1.5 phút Xác định công tiêu thụ A

- Lần lượt rây để phân loại bằng các rây có kích thước lỗ:0.1 mm, 0.2 mm, 0.5mm

- Bảng số liệu:

TT Khối

lượng sảnphẩm saurây(kg)

Kíchthướclỗrây(mm)

Thờigiannghiền(h)

Số chỉđồng hồ nghiềnCông

riêng(kWh/kg)Lúc đầu

nghiền

A đầu (kWh)

LúcnghiềnxongA cuối

- Công nghiền riêng:

A riêng = A ci/ ¿-F)

- với đường kính của lỗ rây lần lượt là:

d<0.1 mm => khối lượng m1 => có công suất riêng là A1

0.1<d<0.2 mm => khối lượng m2 => có công suất riêng là A2

0.2<d<0.5 mm => khối lượng m3 => có công suất riêng là A3

Mặt khác công có ích được tính như sau:

A ci=A1m1+ A2m2+ A3m3

5.3 Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công nghiền riêng và kích thước hạt mới của hạt tạo thành khi nghiền Rút ra nhận xét.

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0

- Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm lại có sai khác do:

+ Từ đầu khi cho vật liệu vào, cánh búa không được cách đều nên một số cánh thay đổi trục quay => Trở lực không đều => Máy chạy rung Về sau vật liệu được cho đều vào và nhiều dẫn đến cánh búa cách đều nhau => Máy chạy êm Lúc cuối vật liệu ít nên trở lực không đều => máy lại chạy rung

+ Thời gian rung của máy nghiền lâu hơn khi kích thước lỗ sàng bé là do: ban đầu

và lúc cuối trở lực cánh không đều

+ Vật liệu càng nhỏ nó càng không thể cản được trở lực => Nó có xu hướng bay ra ngoài nên ở lỗ thoát không khí sẽ có các hạt nhỏ bay ra theo

Bài 3: Thí nghiệm khuấy trộn chất lỏngI- Mở đầu

Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường được ứng dụng rộng rãi trog các ngànhcông nghiệp hóa chất và thực phẩm đẻ tạo dung dịch huyền phù, nhũ tương, đểtăng cường quá trình 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 khuấytrộn

Tùy theo cấu tạo mà người ta chia ra các loại cánh khuấy sau đây: loại mái chèo,loại chân vịt hay 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 Khicánh khuấy quay thì năng lượng tiêu hao dùng đre thắng ma sát của cánh khuấy vớichất lỏng

Ta có thể coi chất lỏng chuyển động trong máy khuấy như là trường hợpđặc biệtcủa chuyển động chất lỏng Do đó để tiện diễn đjat quá trình khuấy ở chế độ ổnđịnh ta có thể dùng phương trình chuẩn số của chất lỏng chuyển động:

Eu=f (Re,Fr, )

Ở đây: Eu=ρ ω ∆ P2chuẩn số Ơ −¿

Re =ωρd μ chuẩn sô Rây- nôn

μ−đọnhớt(N s

m2)

Đối với thiết bị huấy trộn thì d là đường kính cánh khuấy, vận tốc chuyển động củachất lỏng được thay bằng số vòng quay của cánh khuấy (ω=πdn¿, còn hiệu số ápsuất thì thay bằng công suất yêu cầu Khi đó, chuẩn số thủy lực sẽ có dạng sau đây:Euk =ρ n N3d5;R ek = ρn d2

Trong đó: C, m, n- những đjai lượng được xác định bằng thực nghiệm

Chúng phụ thuộc vào kích thước cánh khuấy, mức chất lỏng, dạng thùng khuấy, độnhẵn của thành thùng và các cơ cấu khác

Nếu trên bề mặt không tạo thành phễu, khi đó cánh khuấy nhúng sâu vào trongchất lỏng nên ảnh hưởng của gia tốc trọng trường có thể bỏ qua

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 các mối quan hệ giũa chúng

4 Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giũa nồng độ Brix theo thời gian khuấy.

III- Sơ đò thí nghiệm

*Cấu tạo :

- Gồm có động cơ, cánh khuấy và thùng chứa nguyên liệu.Ngoài ra còn có bảng điều khiển, giá đỡ và van xả đáy

*Nguyên lí hoạt động:

- Động cơ quay tác động lên cánh khuấy dựa vào bảng điều khiển để điều khiển tốc

độ quay của cánh khuấy Dung dịch được hoà tan đồng đều nhờ cánh khuấy

* 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 kể

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

IV- Các bước tiến hành thí nghiệm

1 Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ

2 Xem xét các dụng cụ đo:thiết bị đo công suất, chiết quang kế đo nồng độ Brix

3 Đỏ 1 lít nước vào thùng, cho 0,2 kg đường vào

4 Đếm số vòng quay của cánh khuấy trên tủ điều khiển

5 Bật máy cho đọng cơ hoạt đọng, cánh khuấy quay

6 Bắt đầu tính thời gian khuấy, cứ 1 phút lấy mẫu đo nồng độ Brix một lần (đọc chính xác đến 0,1)

7 Ghi các số liệu vào bảng 1 và bảng 2

8 Đo đến khi nồng đọ Bx không đổi thì dừng khuấy Xác định thời gian khuấy

9 Sâu khi lấy tất cả các số liệu xong thì tắt máy, làm vệ sinh sạch sẽ chỗ thí nghiệm, báo cáo kết quả thí nghiệm với cán bộ hướng dẫn

V-Kết quả thí nghiệm đo được

5851,38 1209,93

3,77 3,08

6023,33 10629,40

3,78 4,03 -2,76 14,203

10 14,203

*Lần 1: - Mỗi lần cách 1 phút thì lấy mẫu ra đo độ Brix 1 lần Cho đến khi nào

nồng độ dung dịch không thay đổi thì dừng lại

m2 )

Làm 2 thí nghiệm có các giá trị của ℜk khác nhau

Trên hệ trục log (Eu k¿- log (ℜk¿ qua các điểm ta vẽ đường thẳng Trên cơ sở đườngthẳng ta có phương trình:

Log (Eu k¿ =log (C)+m log ⁡(ℜ k) (6)

Hay Eu k =C ℜ k m (7)

Cần xác định giá trị của m, C trog phương trình (7)

3.78 4.03 0

Mối quan hệ giữa chuẩn số Ơ-le và Rây-nôn

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.

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 phụ thuộc phần lớn vào thời gian khuấy trộn và tốc độ cánh khuấy.

Trong quá trình khuấy trộn lần thứ nhất có một số điểm độ Bx bị giảm do sai số trong quá trình đọc kết quả của chiết quang kế hoặc lấy mẫu ở những vị trí khác nhau nên có độ Bx khác nhau.

Dung dịch đường sau khi khuấy trộn ở lần thứ nhất thì tiếp tục khuấy trộn tiếp ở lần thứ 2 nhưng với số vòng quay tăng lên là 240 vòng/phút Ta thấy độ Bx tăng từ 15 đến 18 và không tiếp tục tăng tiếp Lý do có thể do ban đầu khi điều chỉnh tốc độ quay của cánh khuấy thao tác chưa chính xác làm cho số vòng quay và tốc độ quay ban đầu lớn hơn nhiều số vòng quay cần điều chỉnh Từ đó làm cho độ Bx tăng mạnh từ 15 đến 18 ở phút đầu tiên và ngừng tăng ở những phút tiếp theo.

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 tan.

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

- Kết cấu cánh khuấy.

PHẦN KẾT LUẬN

Sau khi hoàn thành thí nghiệm Quá trình và thiết bị công nghệ thực phẩm I dưới sự hướng dẫn của các thầy cô, em đã tiếp thu được những kiến thức về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ cũng như quá trình khuấy trộn và máy nghiền Em đã được tìm hiểu

kỹ hơn về cấu tạo cũng như nguyên lí hoạt động của các máy đó Hơn nữa em cũng được hướng dẫn để được trực tiếp sử dụng để biết xem vì sao lại như thế và cần có những lưu ý hay yếu tố nào tác động vào

Em rất cảm ơn thầy cô cũng như Bộ môn Quá trình và thiết bị Công nghệ thực phẩm đã tạo cơ hội cho chúng em được đi thí nghiệm, giúp em được bồi dưỡng thêm kiến thức và tạo động lực cho em bước tiếp trên con đường kỹ sư thực phẩm của bản thân mình.

Trên đây là nội dung bài báo cáo của em về môn Thí nghiệm Quá trình vá thiết bị Công nghệ thực phẩm Nội dung còn nhiều thiếu sót, em mong thầy cô thông cảm và cho em nhận xét cũng như góp ý để em rút kinh nghiệm và ngày càng hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!