BÁO cáo THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH và THIẾT bị CNTPI xác định công nghiền riêng của hạt nông sản thí nghiệm khuấy trộn chất lỏng

Em được làm quen với các máy móc chuyên dụng, được tìmhiểu về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ; quá trình khuấy trộn và máynghiền.. Cơ sở lý thuyết Trong sản xuất và trong các n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Thanh Hương

ThS Nguyễn Tuấn Linh

Mục lục

Lời mở đầu……….3Bài 1:

Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng……….4Bài 2:

Xác định công nghiền riêng của hạt nông sản ……….8Bài 3:

Thí nghiệm khuấy trộn chất lỏng ……… 15Phần kết luận ………22

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, thế giới nói chung và Việt Nam ngày càng phát triển Trước đây, khikhoa học công nghệ còn yếu kém, lạc hậu thì con người chỉ mong được ăn đủ no,mặc đủ ấm Cho đến khi khoa học công nghệ đã có tiến bộ thì nhu cầu của conngười từ ăn no, mặc ấm sang ăn ngon, mặc đẹp Khi mọi thứ càng trở nên pháttriển, nhu cầu của con người cũng càng nâng cao hơn để hướng tới một cuộc sốngtốt đẹp hơn Nhất là hiện nay, khi thế giới đang đối đầu với đại dịch Covid-19 thìnhu cầu ăn uống của con người càng không thể bỏ qua được Vậy nên nói ngànhcông nghệ sản xuất thực phẩm đang ngày càng trở nên thịnh hành và quan trọnghơn bao giờ hết

Ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm đang ngày càng trở nên phát triển Nhậnđược sự đầu tư lớn cả về công nghệ cũng như tài chính từ các nguồn trong và ngoàinước nên các sản phẩm được sản xuất ra số lượng và chất lượng vượt trội, đa dạng

về chủng loại Do đó, các thiết bị ngày càng được cơ giới hóa, tự động hóa nhằmtạo ra những sản phẩm tố nhất đến tay người tiêu dùng và xuất khẩu

Tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, để có thể vận dụng và hiểu rõ những lýthuyết đã được học chúng em được tham gia thí nghiệm môn Quá trình và thiết bịCNTP, chúng em nhận được sự hỗ trợ nhiệt tình từ cô Phạm Thanh Hương và thầyNguyễn Tuấn Linh Em được làm quen với các máy móc chuyên dụng, được tìmhiểu về nguyên lý hoạt động của máy gia công cơ; quá trình khuấy trộn và máynghiền

Do hiểu biết còn ít, thời gian thí nghiệm hạn chế nên bài báo cáo còn nhiều thiếusót Mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để em hiểu rõ hơn và hoàn thiện bàibáo 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 K S được tính như sau:

K S = π d63(ρ1−ρ2)g,(N) (1)

ρ 1 : khối lượng riêng của hạt cầu (kg/m 3 )

ρ 2 : khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m 3 )

g: gia tốc trọng trường (m/s 2 )

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 F ρ2u2

2 ,(N) (2) ξ: hệ số trở lực.

Đối với hạt hình cầu:

S=ξ πd42ρ2u2

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

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

ℜ≤ 0,2ξ=24

ℜ

0,2<ℜ<500 ξ=18,5

ℜ 500<ℜ<15.10 4ξ=0,44

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

Các bước tiến hành thí nghiệm

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

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

Tính khối lượng riêng của hạt thủy tinh ρ 1 và mật ong ρ 2

Xác định vận tốc lắng thực: u tt = h/t Từ vận tốc này và kích thước đo được của hạt thủy tinh, tính chuẩn số Re, từ đó xác định hệ số trở lực (6).

Tính vận tốc lắng lý thuyết theo công thức (5).

Tính khối lượng riêng của hạt thủy tinh ρ 1 và mật ong ρ 2

- Khối lượng riêng viên bi: ρ1¿m V= 0,0405.10−3

4 ∕ 3⋅ π ⋅(0.3

2 ⋅ 10−2)3=2864,79 kg/m3

- Khối lượng riêng mật ong ρ2 ¿1396 kg/m3

Bảng số liệu:

- Ta thấy độ chệnh lệch giữa vận tốc thực tế và vận tốc lý thuyết là 20,15%

- Các khối lượng riêng ρ1, ρ2 được xác định bằng các đo đạc thể tích và khổi lượng, trong quá trình đo và đọc số liệu có thể xảy ra sai số

- Đọc bấm thời gian lắng của viên bi, hạt thủy tinh cũng xuất hiện sai số.

- Gia tốc trọng trường lấy số liệu lí thuyết, mang tính tương đối.

- Ngoài ra, trong quá trình thực hiện thí nghiệm nhiều lần, việc không vớt các

viên bi ra khỏi dung dịch cũng làm thay đổi thể tích của cột mật ong, tuy

nhiên sai số này là không đáng kể, nhất là đối với hạt thủy tinh rất nhỏ, nên

ta có thể bỏ qua

- Tốc độ thả ban đầu không đồng đều.

BÀI 2: Xác định công nghiền riêng của hạt nông sản

1 Cơ sở lý thuyết

Trong công nghiệp sản xuất bột, thức ăn gia súc và nhiều ngành côngnghiệp 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 cơhọc Có thể phân loại các dạng tác dụng cơ học nhằm phá vỡ vật liệu đem nghiềnnhư 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 đồngthời 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 nghiềnnhư độ cứng, độ ẩm, tính chất của vỏ hạt… Công nghiền dùng để khắc phục cáclực liên kết giữa các phần tử của vật liệu đem nghiền, các lực ma sát giữa vật liệuvới nhau, giữa vật liệu và các cơ cấu nghiền, ma sát các bộ phận chuyển độngtrong máy Để xây dựng công thức tính toán về công suất, năng suất cho máynghiền phải dựa vào thực nghiệm Một số cơ sở lý thuyết để tính toán gần đúngnhư thuyết bề mặt của P.Rv Rittingơ, thuyết thể tích, thuyết thể tích về bề mặt củaP.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

2 Dụng cụ, thiết bị

Máy nghiền, đồng hồ bấm thời gian, rây có kích thước lỗ: 0.1mm, 0.2mm,0.5 mm

3 Nguyên liệu

Gạo

4 Tiến hành

Làm thí nghiệm nghiền gạo, lấy số liệu

- 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 hoặcnhiều hơn Lần lượt thời gian nghiền là 30 giây, 1 phút, 1,5 phút Xác định

công tiêu thụ A

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

- Bảng số liệu:

c lỗrây(mm)

ThờigiannghiềnT(h)

nghiềnriêng(kWh/kg)

Lúc bắtđầunghiền

Ađầu

(kWh)

Lúc nghiềnxong

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

Trong đó: A là công nghiền có tải trong thời gian nghiền T

m - khối lượng vật liệu nghiền, kg

5.2 Xác định công nghiền riêng theo thuyết bề mặt

- Xác định diện tích bề mặt của hạt gạo f, tổng diện tích bề mặt của số lượnggạo đem nghiền F

- Xác định giá trị trung bình tổng diện tích các hạt có kích thước nhỏ hơn0.1mm (sau nghiền) F1, tương tự với kích thước trong khoảng 0.1mm -0.2mm là F2, trong khoảng 0.2mm - 0.5mm là F3

- Công nghiền riêng:

A riêng = A ci / (F 1 +F 2 +F 3 - F)

Theo số liệu thí nghiệm thu được thay vào công thức ta có:

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:

Giải hệ phương trình ta được: A1 = -0,03; A2 = 0,11; A3 = 0,012

5.3 Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công nghiền và diện tích mới

tạo thành khi nghiền Rút ra nhận xét

+ sai số trong quá trình cân lượng sản phẩm

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

BÀI 3: Khuấy trộn chất lỏng

Khuấy trộn trong môi trường lỏng thường được ứng dụng rộng rãi trongcác ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũtương, để tăng cường quá trình hòa tan, truyền nhiệt, chuyển khối và quá trìnhhóa học

Phổ biến hơn cả là khuấy cơ học, có nghĩa là dùng các loại cánh khuấy đểkhuấy trộn

Tùy theo cấu tạo mà người ta chia ra các loại cánh khuấy sau đây: loạimái 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 khuấytrộn Khi cánh khuấy quay thì năng lượng tiêu hao dùng để thắng ma sát củacánh khuấy với chất lỏng

Ta có thể coi chất lỏng chuyển động trong máy khuấy như là trường hợpđặc 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:

μ- độ nhớt, N.s/m2

Đối với thiết bị khuấy trộn thì d là đường kính cánh khuấy, vận tốcchuyển động của chất lỏng được thay bằng số vòng quay của cánh khuấy (

thủy lực sẽ có dạng sau đây :

Ở đây: n – số vòng quay của cánh khuấy, vòng/s

d – đường kính cánh khuấy, m

N – công suất trên trục, W

EuK = f (ReK, FrK)

Qua thực nghiệm ta có: EuK = C Rem K Fr K n (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 thùngkhuấy, độ nhẵn của thành thùng và các cơ cấu khác

Nếu trên bề mặt không tạo thành phễu, khi đó cánh khuấy nhúng sâu vàotrong chất 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 mối quan hệ giữa chúng.

III Sơ đồ thí nghiệm

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 độBrix

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

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

5 Bật máy cho động cơ hoạt động, 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 độ Bx không đổi thì dừng khuấy Xác định thời gian khuấy.

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

V Tính toán kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị

ρ - Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3

2 Xác định chuẩn số Rây - nôn

ReK =

μ (5)

μ - độ nhớt chất lỏng, N.s/m2

Làm 5 thí nghiệm có các giá trị của ReK khác nhau

Trên hệ trục lgEuK - lgReK qua các điểm ta vẽ đường thẳng Trên cơ sở đườngthẳng ta có phương trình :

lgEuK = lgC + m.lgReK (6)

hay EuK = C Rem K (7)

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

Số liệu thí nghiệm

 Nhiệt độ của nước: t ° H2O =26,2℃;

 Đường kính cánh khuấy: d = 5,5 cm;

 Khối lượng riêng của nước: ρ=997 kg/m3

 Độ nhớt của nước: μ=0,8739.10 -3 (N.s/m 2 ) – độ nhớt của dung dịch nước ở 27 o C

Bảng 1: Bảng kết quả thí nghiệm

Số thí

nghiệm

Số vòngquay cánhkhuấy(Vòng/

phút)

CôngsuấtN(W)

5,36,7

1811126,5

3,262,1

621215530

3,794,19

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

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ Bx và thời gian khuấy

n1=108 v/p n2=207 v/p



 Ở trường hợp 2 ta thu được nồng độ chất khô cao hơn do đó hiệu suất của quátrình khuấy trộn đạt cao hơn Hiệu suất của quá trình khuấy trộn phụ thuộc phầnlớn vào thời gian khuấy trộn và tốc độ 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 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 và 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!