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

Em được làm quen với các máy móc chuyên dụng, được tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ; xác định công nghiền riêng cảu các sản phẩm thực phẩm và xác định độ đồng đều tron

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MỤC LỤC

Lời mở đầu 3

BÀI 1: Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng 4

1 Cơ sở lý thuyết 4

2 Dụng cụ, thiết bị 5

3 Nguyên liệu 5

4 Các bước tiến hành 5

5 Tính toán kết quả và nhận xét 6

5.1 Hạt thủy tinh 6

5.2 Viên bi 7

Bài 2: Xác định công nghiền riêng của các sản phẩm thực phẩm 9

1 Cơ sở lý thuyết 9

2 Dụng cụ, thiết bị 11

3 Nguyên liệu 11

4 Tiến hành 11

4.1 Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu 11

4.2 Tính công nghiền riêng 13

4.3 Xác định công nghiền riêng theo thuyết bề mặt 13

5 Tính toán kết quả và nhận xét 14

BÀI 3: Khuấy trộn chất lỏng 16

1 Mở đầu 16

2 Mục đích thí nghiệm 17

3 Sơ đồ thí nghiệm 18

4 Các bước tiến hành thí nghiệm 18

5 Tính toán kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị 18

5.1 Xác định chuẩn số Ơ - le 19

5.2 Xác định chuẩn số Rây - nôn 19

5.3 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 20

Lời kết 22

Lời mở đầu

Thực phẩm là một phần thiết yếu không thể thiếu đối với mỗi con người Ngày nay, từ một nguyên liệu thực phẩm người ta có thể chế biến được hàng trăm sản phẩm khác nhau, những sản phẩm sẽ không còn ở trạng thái nguyên liệu ban đầu Mỗi quá trình chế biến đều nhằm tạo giá trị sử dụng cao hơn cho thực phẩm: về hình thức, giá trị dinh dưỡng, khẩu vị Ở Việt Nam, ngành công nghệ chế biến thực phẩm cũng đã

và đang ngày càng phát triển Trước đây, khi khoa công nghệ học còn lạc hậu, yếu kém thì con người chỉ mong ăn đủ no, mặc đủ ấm Nhưng cho đến khi khoa học công nghệ có tiến bộ và được đầu tư, thì nhu cầu của con cũng nâng cao hơn, chuyển dần từ

ăn no, mặc ấm sang ăn ngon, mặc đẹp Đặc biệt, khi thế giới đang đối đầu với đại dịch Covid-19 thì nhu cầu của con người lại càng được chú trọng và không thể bỏ qua

được Vậy nên ngành công nghệ sản xuất thực phẩm đang dần trở nên quan trọng và thịnh hành

Ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm đang ngày càng trở nên phát triển Ngoài nắm vững bản chất quá trình sinh học, hóa học xảy ra và kiểm soát tốt chúng trong quá trình chế biến thì yếu tố công nghệ như máy móc, các thiết bị phụ trợ cho các quá trình là không thể thiếu Việc nắm rõ yếu tố công nghệ, cơ chế hoạt động cũng như các vận hành của các thiết bị cũng như ưu, nhược điểm của chúng sẽ giúp nhà sản xuất lựa chọn được loại thiết bị phù hợp và tối ưu nhất cho quy trình sản xuất

Để có thể vận dụng và hiểu rõ những lý thuyết đã được học chúng em được tham gia thí nghiệm môn Quá trình và thiết bị CNTP I, chúng em nhận được sự hỗ trợ nhiệt tình từ các thầy cô trong bộ môn Em được làm quen với các máy móc chuyên dụng, được tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ; xác định công

nghiền riêng cảu các sản phẩm thực phẩm và xác định độ đồng đều trong quá trình khuấy trộn

Trong bài báo cáo này, do hiểu biết còn ít, thời gian thí nghiệm hạn chế nên bài báo cáo còn nhiều thiếu sót Mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để em hiểu

rõ hơn và hoàn thiện bài báo cáo

Em xin chân thành cảm ơn!

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 khỏi không khí, tách bùn từ nước thải v.v… Vì vậy việc nghiên cứu sự lắng của các hạt đóng một vai trò quan trọng Trong bài thí nghiệm này, sinh viên tiến hành lắng hạt thủy tinh trong môi trường mật ong, 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 và thảo luận

Trong môi trường chất lỏng, theo định luật Archimedes, trọng lực của hạt hình cầu KS được tính như sau:

KS = πd3

6 (ρ1− ρ2)g, (N) (1)

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 gây ra bởi môi trường chất lỏng Trở lực này phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường lỏng (khối lượng riêng, độ nhớt), phụ thuộc vào 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 = ξ Fρ2u

2

2 , (N) (2) ξ: hệ số trở lực

F: tiết diện của hạt theo hướng chuyển động u: vận tốc lắng của hạt (m/s)

Đối với hạt hình cầu:

πd2 u2

Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc không đổi Khi đó S = KS:

Re = ρ2ud

μ (6) μ: độ nhớt động lực học của chất lỏng, Pa.s

Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Xác định khối lượng của hạt thủy tinh bằng cân điện tử: m1 (g)

Bước 2: Xác định khối lượng của 1l mật ong bằng cân điện tử: m2 (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

5 Tính toán kết quả và nhận xét

5.1 Hạt thủy tinh

- Các số liệu:

• Khối lượng của hạt thủy tinh: m1 = 0,04 10−3, (kg)

• Đường kính của hạt thủy tinh: d1 = 0,2 10−2, (m)

 Bán kính của hạt thủy tinh: r1 =d1

2 = 0,1 10−2, (m)

• Khối lượng của mật ong: m2 = 1389,9 10−3, (kg)

• Thể tích của mật ong: V2 = 10−3, (m3)

• Độ nhớt của mật ong (300C): μ2 = 3872,6 10−3 , (Pa s)

• Chiều cao cột mật ong: h = 3,4 10−2, (m)

Bảng số liệu:

Thời gian lắng t (s)

Vận tốc lắng thực tế u tt =h/t (m/s)

Vận tốc lắng

lý thuyết u (m/s)

Chuẩn số Re

Hệ số trở lực

ξ

Lần 1 76 4,47.10−3 4,53.10−3 3,21.10−3 7479,85 Lần 2 84 4,05.10−3 4,31.10−3 2,91.10−3 8255,54 Lần 3 77 4,42.10−3 4,50.10−3 3,17.10−3 7564,46 Lần 4 68 5.10−3 4,79.10−3 3,59.10−3 6686,98 Lần 5 69 4,93.10−3 4,76.10−3 3,54.10−3 6781,93

Nhận xét:

Từ kết quả cho thấy vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế chênh lệch lớn Nguyên nhân

là do có trợ lực tác dụng lên nó Ngoài ra, vận tốc thực tế phụ thuộc vào thời gian và chiều cao chất lỏng Còn vận tốc lý thuyết thì chỉ phụ thuộc vào bản chất chất lỏng

và hạt bi, hệ số trợ lực Bên cạnh đó, còn có một số lý do khác như:

• 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 khối lượng của không khí nên khối lượng riêng của bi thủy tinh chúng ta sử dụng không đúng

• Do nhiệt độ môi trường

5.2 Viên bi

- Các số liệu:

• Khối lượng của viên bi: m1 = 5,16 10−3, (kg)

• Đường kính của viên bi: d1 = 1,25 10−2, (m)

 Bán kính của viên bi: r1 =d1

2 = 0,625 10−2, (m)

• Khối lượng của mật ong: m2 = 1389,9 10−3, (kg)

• Thể tích của mật ong: V2 = 10−3, (m3)

• Độ nhớt của mật ong (300C): μ2 = 3872,6 10−3 , (Pa s)

• Chiều cao cột mật ong: h = 3,4 10−2, (m)

- Tính toán:

• Thể tích của viên bi: V1 =4

3πr13 = 1,02 10−6 , (m3)

• Khối lượng riêng của viên bi: ρ1 =m1

Vận tốc lắng thực tế u tt =h/t (m/s)

Vận tốc lắng

lý thuyết u (m/s)

Chuẩn số Re

Hệ số trở lực ξ

Lần 2 5,59 0,061 0,080 0,27 67,60 Lần 3 6,02 0,056 0,076 0,25 73,64 Lần 4 5,92 0,057 0,077 0,26 72,34 Lần 5 6,10 0,056 0,076 0,25 73,64

Nhận xét:

Từ kết quả cho thấy vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế chênh lệch lớn Nguyên nhân là do có trợ lực tác dụng lên nó Ngoài ra, vận tốc thực tế phụ thuộc vào thời gian và chiều cao chất lỏng Còn vận tốc lý thuyết thì chỉ phụ thuộc vào bản chất chất lỏng và hạt bi, hệ số trợ lực Bên cạnh đó, còn có một số lý do khác như:

• 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 khối lượng của không khí nên khối lượng riêng của bi thủy tinh chúng ta sử dụng không đúng

• Do nhiệt độ môi trường

Bài 2: Xác định công nghiền riêng của các sản phẩm

thực phẩm

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 lý thuyết để tính toán gần đúng như thuyết bề mặt của P.Rv Rittingơ, thuyết thể tích, thuyết thể tích về bề mặt của P.A Rebinde (đọc giáo trình máy và thiết bị chế biến lương thực)

Hình 1 Máy nghiền búa

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền búa: 1- vỏ, 2- Roto, 3- búa, 4- cửa nạp liệu, 5-

trục dẫn động, 6- sàng

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 lưới bên 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 to chưa 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 loại có cánh búa xếp Ưu điểm của cánh búa loại này là

có thể xếp được khi qua tải hoặc vật 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

❖ Cho máy chạy không tải, xác định công suất chạy không tải: P 0 = 600 W

❖ Cân 200 g gạo cho một lần thí nghiệm nghiền Làm thí nghiệm 3 lần hoặc nhiều hơn Lần lượt thời gian nghiền là 30 giây, 1 phút, 1,5 phút Xác định công tiêu

Kích thước

lỗ rây (mm)

Thời gian nghiền

T (h)

TT Số chỉ đồng hồ Công

nghiền riêng (kWh/kg)

Lúc bắt đầu nghiền

Ađầu (kWh)

Lúc nghiền xong

Acuối (kWh)

Lọt 0,5mm không lọt 0,2mm: m1 Lọt 0,2mm không lọt 0,1mm: m2Lọt 0,1mm: m3

m - khối lượng vật liệu nghiền, kg

❖ Công nghiền riêng:

A riêng = A ci / (F 1 +F 2 +F 3 - F)

❖ Một số thông số của gạo có thể tham khảo:

Khối lượng riêng: 1200 kg/m3, dài x rộng x cao: 6x1,5x1,5

5 Tính toán kết quả và nhận xét

F1 = 0,35mm; F2 = 0,15mm; F3 = 0,05mm

A0 = 600wh => công có ích trong từng giai đoạn là:

Aci1 = 2.10-3 Aci2 = 5.10-3 Aci3 = 7.10-3

Ta có hệ 3 phương trình, 3 ẩn tính công nghiền riêng là:

Aci1 = A1.m11 + A2.m12 + A3.m13

Aci2 = A1.m21 + A2.m22 + A3.m23

Aci3 = A1.m31 + A2.m32 + A3.m33

2.10-3= 97,28.10-3 A1 + 44,19.10-3 A2 + 40,92.10-3 A35.10-3 = 67,72.10-3 A1 + 59,1.10-3 A2 + 66,83.10-3 A37.10-3 = 35,8.10-3 A1 + 65,93.10-3 A2 + 77,43.10-3 A3Giải hệ phương trình ta được: A1 = -0,03; A2 = 0,11; A3 = 0,012

❖ Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công nghiền và diện tích mới tạo thành

khi nghiền Rút ra nhận xét

Nhận xét:

- Công âm xuất hiện do:

+ Lượng sản phẩm dùng quá ít + Trong quá trình sàng, lượng bột nghiền bị thất thoát trong quá trình thay đổi lưới lọc, hoặc trong quá trình nghiền (gió thổi, lọc chưa kỹ v.v)

+ Sai số trong quá trình cân lượng sản phẩm

Do đó, có sự sai số khiến kết quả xuất hiện giá trị âm

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

BÀI 3: Khuấy trộn chất lỏng

1 Mở đầu

Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũ tương,

để tăng 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 khuấy trộn

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 Khi cánh khuấy quay 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 chuyển động chất lỏng Do đó để diễn đạt quá trình khuấy ở chế độ ổn định

ta có thể dùng phương trình chuẩn số của chất lỏng chuyển động:

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 (=dn), còn hiệu số áp suất thì thay bằng công suất yêu cầu Khi đó, chuẩn số thủy lực sẽ có dạng sau đây :

EuK = 3 5

d n

K.Fr

Re (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 của thành thùng và các cơ cấu khác

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

Ta có : 3 5

d n

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

- Xác định các chuẩn số Ơ - le, Rây - nôn và mối quan hệ giữa chúng

- Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ Brix theo thời gian khuấy

3 Sơ đồ thí nghiệm

4 Các bước tiến hành thí nghiệm

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

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

• Đổ 2 lít nước vào thùng, cho 0,2kg đường vào

• Chọn số vòng quay của cánh khuấy trên tủ điều khiển

• Bật máy cho động cơ hoạt động, cánh khuấy quay

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

• Ghi các số liệu vào bảng 1 và bảng 2

• Đo đến khi nồng độ Bx không đổi thì dừng khuấy Xác định thời gian khuấy

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

5 Tính toán kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị

Số liệu thí nghiệm