KT THỰC PHẨM 1 CHUONG 1 KT vận CHUYỂN vật LIỆU TRONG THỰC PHẨM

Tính chất của lưu chất • Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng hoàn toàn không bị nén ép, khi nhiệt độ và áp suất thay đổi thì thể tích của chúng không thay đổi, giữa các phân tử lỏng không có

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KỸ THUẬT THỰC PHẨM 1

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

GV: TS.Huỳnh Lê Huy Cường ĐT: 0909500601

Email: cuonghlh@hufi.edu.vn

CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT VẬN CHUYỂN VẬT

LIỆU TRONG THỰC PHẨM

1.1.1 Tính chất của lưu chất

• Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng hoàn toàn không bị nén ép, khi nhiệt độ và áp suất thay đổi thì thể tích của chúng không thay đổi, giữa các phân tử lỏng không có ma sát, không có tính nhớt

• Chất lỏng thực: Là chất lỏng nhớt, giữa các phần tử có ma sát khi chuyển động, có sự biến đổi thể tích khi thay đổi nhiệt độ và áp suất

1.1.2 Các thông số cơ bản của lưu chất

Hệ đơn vị

Thứ nguyên và các đại lượng vật lý:

Thứ nguyên của một đại lượng là tính chất vật lí mà đại lượng đó mô tả

- Thứ nguyên cơ bản : thời gian [T], khối lượng [M], kích

thước [L]…

- Thứ nguyên các đại lượng dẫn suất: là tổ hợp của các

thứ nguyên cơ bản

VD: lực N [MLT -2 ], áp suất Pa [ML -2 T -3 ]

Phân tích thứ nguyên là phương pháp thường dùng để

khảo sát định tính các hiện tượng vật lý Mục đích phát

hiện các sai sót trong phương trình mô tả hiện tượng vật lý

Từ đó xây dựng được mô hình toán cho hiện tượng vật lý phù hợp

Khối lượng riêng là khối lượng của chất lỏng hoặc khí tính cho một đơn vị thể tích

Đối với 1 dung dịch hoặc hỗn hợp nhiều chất

lỏng hòa tan vào nhau:

Đối với dung dịch huyền phù

ρr, ρl : Khối lượng riêng của chất rắn, lỏng trong huyền phù

x : Nồng độ phần khối lượng của chất rắn trong huyền phù

l r

x x



d Sức căng bề mặt (tự đọc)

e Độ chịu nén ép (tự đọc)

• 1 mmHg = 133,3 Pa

Áp lực nước tác dụng lên đáy bình

Tiết diện đáy: F

• Áp suất đo được trong thiết bị có thể là: áp suất dư và

áp suất chân không

• Áp suất khí quyển: Pa (Barometer)

• Áp suất tuyệt đối (áp suất thực): Ptđ

• Áp suất dư: Pdư (Manometer)

• Áp suất chân không: Pck(Vacuumeter)

• Áp suất bình chứa lớn hơn áp suất khí quyển

( Pdư>Pa):Pdư

Áp suất thực trên áp kế Ptđ=P dư+ PaP dư=Ptđ-Pa

• Áp suất bình chứa nhỏ hơn áp suất khí quyển (Pck<Pa):

PCK , Pck=Pa-Ptđ

Áp suất thực trên chân không kế:Ptđ=Pa-Pck

g Tính nhớt

Độ nhớt động lực học: μ (kg/m.s; Poa (P) hoặc centipoa (cP)

Một số giá trị μ, ν ở điều kiện thường

Bài tập

• Xác định lưu lượng của nước chảy trong

thùng (thân trụ, tiết diện tròn) có đường kính D=300mm Cho biết khoảng chiều cao lượng

nước mất đi trong thùng khi lưu chất chảy là

10 cm và thời gian chảy mất 15 giây

• Xác định vận tốc của dòng lưu chất chảy trong

từ thùng trên vào trong ống có đường kính

32mm

• Lực tác dụng lên khối lưu chất: lực khối và lực mặt

• Lực khối tỷ lệ với khối lượng (thể tích) chất lỏng (còn gọi là lực thể tích) Lực khối gồm có trọng lượng, lực quán tính,

• Lực mặt tỷ lệ với diện tích bề mặt chất lỏng Lực mặt gồm các lực như lực áp, lực ma sát,

Áp suất thủy tĩnh tại một điểm trong lòng chất lỏng

là áp lực cột chất lỏng tác dụng lên điểm đó theo phương pháp tuyến

P0

Pt = P0 + hγ

h

Đặc điểm áp suất thủy tĩnh:

- Tác dụng theo phương pháp tuyến và hướng vào trong lòng chất lỏng

- Tại 1 điểm bất kì trong chất lỏng, áp suất thủy tĩnh có giá trị bằng nhau theo mọi hướng

- Là hàm tọa độ P = f( x,y,z) nên tại những điểm

có khác nhau trong chất lỏng sẽ có các giá trị khác nhau

Áp lực nước tác dụng lên đáy bình

Tiết diện đáy: F

b Phương trình cơ bản

b Phương trình cơ bản

P0

Phương trình cơ bản của tĩnh lực học

chất lỏng

Po

Hệ quả

điểm bất kỳ trong cùng một lưu chất chỉ phụ thuộc vào khoảng cách thẳng đứng giữa hai điểm ấy

c Thế năng và thế năng riêng của chất lỏng

Dạng năng lượng chứa trong chất lỏng đứng yên được gọi là thế năng

Tính trên một đơn vị khối lượng của chất lỏng gọi là thế năng riêng

Thế năng chất lỏng được chia làm 2 phần

- Thế năng vị trí chỉ chiều cao hình học từ điểm ta xét đến mặt chuẩn để so sánh

- Thế năng áp suất tính bằng chiều cao (hdư):

H = Z + hdư

d Áp suất tác dụng lên đáy bình và thành bình

h2

P2

Ứng dụng của PT thủy tĩnh

Gọi F là diện tích đáy bình, đáy bình chịu áp lực

Ứng dụng của PT thủy tĩnh

Do pA=pB, pA’=pB’=Po

Áp lực chung của chất lỏng tác dụng lên thành bình được tạo bởi 2 lực:

- Lực do áp suất bên ngoài P0 truyền vào chất lỏng đến mọi điểm trung bình có trị số như nhau

- Lực do áp suất cột chất lỏng hay áp suất dư: ρhg gây ra thì thay đổi theo độ sâu thành bình, càng sâu trị số càng lớn

Hg

Ứng dụng của PT thủy tĩnh

Phương pháp đo áp suất chân không Ứng dụng của PT thủy tĩnh

Bài tập

Bài 1: Đổi các đơn vị sau: Psi sang at, bar,mmHg,

mH2O, MPa

Bài 2: Tính áp suất dư, áp suất chân không theo đơn

vị at biết áp suất tuyệt đối lần lượt là 0 at; 0,4 at;

0,6at; 1at; 5at

Bài 3: Tương tự câu 2 nhưng tính theo đơn vị N/m2 Bài 4: Tính áp suất tuyệt đối, áp suất chân không khi biết áp suất dư là 0,4 at; 0,6at; 1at; 5at;

Bài 5: Tính áp suất tuyệt đối biết áp suất chân

không(độ chân không)là 0,4at; 0,6at

Bài 6: Trong bình kín chứa 1 loại khí chưa biết áp suất Dùng dụng cụ gì để đo áp suất (Barometer, Manometer ,Vacumeter) Nếu áp suất trong bình > hơn áp suất khí quyển ta dùng dung cụ gì?

Bài 7: Tính áp suất trong bình (như hình vẽ) (áp

suất tuyệt đối) biết chất lỏng trong ống là thuỷ

ngân, chiều cao mực chất lỏng trong ống là 0,5m,

áp suất khí quyển là p0 = 1at, khối l ượng riêng của thủy ngân là 13600kg/m3)

P dư=Ptđ-Po

Bài 7

Pck=Pa-Ptd

B: 40g, KLR: 1200kg/m 3

C: 20g, KLR: 800g/l

Tìm KRL của hỗn hợp

Bài tập:

3 Hỗn hợp huyền phù gồm chứa 50kg H2O và 16 kg tinhbột Tìm khối lượng riêng huyền phù biết:

ρ H2O =1000kg/m 3 ; ρ tb = 1350 kg/m 3

4 Tính các đại lượng áp suất sau:

- Áp suất tđ, dư, ck tại mặt thoáng bể nướcbiết pa= 1at

- Tính as tđ bằng đơn vị N/m 2 của không khí trong bình kín khi áp kế chân không chỉ 0,35at

- Tính as tđ bằng đơn vị N/m 2 , at của không khí trong bình kín khi áp kếdư chỉ 400cmH2O

5 Tính áp suất tuyệt đối và áp suất dƣ tại A biết

P0=1,05at, h=5m Nếu chất lỏng có tỷ trọng 0,85 thì áp suất tuyệt đối và dƣ tại A là bao nhiêu?

P= Ptđ=Po+gh

Pdƣ=Ptđ-Po=gh

P0

6 Tính áp suất tuyệt đối và áp suất dƣ của không khí trong bình biết P0=780mmHg

Po=PA=PB+gh

B 0,5m

P0

• Bài 7: Một thiết bị truyền nhiệt vỏ ống, bao

gồm 121 ống dẫn có đường kính 38x2mm đặt song song Không khí chuyển động trong ống với vận tốc 9 m/s ở nhiệt độ 50oC và áp suất

dư là 19,62.104 Pa Cho biết áp suất baromet

là 740mm Hg Hãy xác định:

a.Lưu lượng khối của không khí qua chùm ống b.Lưu lượng thể tích không khí ở điều kiện

chuẩn

• KLR của không khí ở Đk làm việc (P,t)

• L ưu lượng khối của KK (ở đk làm việc) đi qua chùm ống

• L ƣu lƣợng thể tích của KK ở đk chuẩn

3 / 18 ,

3 101300 ).

50 273

(

294800

273

293 , 1 273

v n

M    121 3 , 18 9 3 , 14 ( 0 , 38 )2 / 4  3 , 14 /

s m

Bài 8:Một bể chứa không nắp đựng một loại

Giải bài 8

• Bể không nắp, áp suất trên mặt thoáng bể là áp suất khí quyển P a =Po

• Tỉ trọng là tỷ số giữa trọng lượng riêng của một chất với trọng lượng

riêng của nước (hay tỷ số giữa KLR/KLR của nước)(=.g), KLR của nước

1000 kg/m3

• Khối lượng riêng của chất lỏng trong bể là 1,23.10 3 =1230kg/m 3

• Chiều cao mực chất lỏng trong bể (khoảng cách từ áp kế đến mặt

P P

h

10 1230

10 04 ,

3

P P

PT liên tục

Cục bộ Dọc đường

1.2.Động học lưu chất

α1, α2: hệ số điều chỉnh động năng

( α≈2 dòng chảy tầng, α≈1 dòng chảy rối)

- Bán kính thủy lực Rtl (m): là tỷ số giữa diện tích ướt

Bài tập

• Xác định đường kính tương đương của lưu

chất chảy trong ống truyền nhiệt dạng ống kép chảy dọc (30/34, 18/22, 1050mm)

- Lưu lượng Q (m 3 /s, kg/s): là lượng lưu chất đi qua mặt cắt ướt trong một đơn vị thời gian

+ Lưu lượng thể tích: Qv=v.f (m 3 /s)

+ Lưu lượng khối lượng: Qg=v.f ρ (kg/s)

- Khi tính toán người ta sử dụng vận tốc trung bình mặt cắt ướt:

v=Q/f (m/s) Vận tốc ảnh hưởng đến trở lực trong đường ống, vận tốc tăng trở lực tang và ngược lại Chọn vận

tốc trong ống cho phù hợp

+ Ống có phân nhánh: tổng lưu lượng vào điểm nút bằng tổng lưu lượng ra

Chuẩn số Reynolds Đặc trưng cho chế độ chảy của lưu chất (chảy tầng, chảy rối…)

𝑅𝑒 = 𝑣𝑑ρμ = 𝑣𝑑ν =𝑙ự𝑐 𝑞𝑢á𝑛 𝑡í𝑛ℎ

𝑙ự𝑐 𝑚𝑎 𝑠á𝑡

- d: đường kính, đk tương đương ống, (m)

- v: vận tốc dòng chảy (m/s)

Re<2300: chảy tầng (Re=2300=Regh)

2300<Re<10000: chảy quá độ

10 4 <Re<10 5 : chảy rối (thành trơn, thành nhám)

c.Chế độ chảy

• Xác định chế độ chảy của lưu chất là nước chảy trong ống có đường kính 64 mm, chảy với vận tốc 0, 1 m/s Cho biết độ nhớt của

nước ở 30oC là 0,8007cp KLR của nước 995 kg/m3 (1cp=10-3Ns/m2)

𝑅𝑒 = 𝑣𝑑ρμ =79530

H: trở lực

a Tổn thất dọc đường (Darcy)

- Là tổn thất xảy ra do ma sát giữa lưu chất và thành ống, ma sát giữa các phần tử lưu chất với nhau

b Tổn thất cục bộ

- Là tổn thất gây ra các điểm co, van, đột thu, đột mở… của đường ống

hcb= Σξ 2𝑔𝑣2 (m chất lỏng)

ξ: hệ số tổn thất cục bộ (phụ thuộc cấu tạo

các chi tiết trên đường ống)

∆H=hL+hcb (m chất lỏng)

ĐỌC THÊM TRONG SÁCH

- Lưu chất chuyển động từ bể 1 xuống bể 2:

- Chú ý:

+ Mặt thoáng lớn (thường chọn mực nước bề mặt bể) v ≈0

+ Áp suất trên mặt thoáng(hoặc trong ống

chảy ra khí quyển) = áp suất khí quyển (áp

suất dư =0)

+ Mặt cắt nơi chất lỏng chảy ra môi trường là

áp suất khí quyển

b Hệ thống có bơm

- Lưu chất được bơm vận chuyển từ bể

Đường ống hút(áp suất chân không): từ

bể hút (1) tới miệng vào bơm Hh(m chất lỏng): chiều cao hút của bơm

Đường ống đẩy(áp suất dư): từ miệng ra của

bơm tới bể chứa (2)

Hđ(m chất lỏng): chiều cao đẩy của bơm

Ht =Hh+Hđ (m): chiều cao toàn toàn phần

Ống đẩy: Phương trình Bernoulli cho đường

ống đẩy từ 1’-1’ đến 2-2 (xét sau bơm)

∆H11-22=∆H11-1’1’+∆H1’1’-22

Ventury

c Ứng dụng của PT bernoulli Ống ventury

c Ứng dụng của PT bernoulli

c Ứng dụng của PT bernoulli

Dòng chảy ổn định qua lỗ thành mỏng

Po=Pc

c Ứng dụng của PT bernoulli

c Bài tập áp dụng

Xác định lưu lượng và chế độ chảy trong ống dẫn biết độ nhớt động học là :0,01.10 -4 m 2 /s

c Bài tập áp dụng

c Bài tập áp dụng

1.4 VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG

1.4.1 Phân loại bơm

Bơm piston

1.4.1.2 Bơm ly tâm

2.3.2 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc bơm ly tâm

Nguyên tắc hoạt động b ơm ly tâ m (SGK)

Bơm ly tâm

1.4.1.3 Bơm khác

B ơm bánh răng

• Bơm bánh răng (bơm nhông), đây là loại bơm phổ biến nhất Bơm bánh răng phù hợp với lưu chất là hóa chất hút, đẩy các hóa chất có độ nhớt cao, đặc thù như: mật ong, nhớt, dầu DO, dầu FO, HCL, khoáng chất, xăng, mực, sơn

b Bơm trục vít

• Khi trục vít quay trong buồng bơm sẽ kéo

theo chất lỏng từ cổng vào, chất lỏng

được dẫn đến đến cổng ra và đẩy chất

bơm ra ngoài theo các rành trên trục

• Bơm trục vít không có khả năng tự mồi,

khả năng hút chất bơm kém vì vậy

thường được sử dụng ở vị trí cuối hoặc

giữa hệ thống bơm Trường hợp bơm trục

vít sử dụng đơn lẻ người ta thường thiết

kế chất lỏng tự chảy vào buồng bơm

b Bơm màng

Máy bơm màng hút hóa chất là một loại máy bơm màng khí nén chuyển động tích cực, kết hợp sự chuyển động qua lại của màng một cách phù hợp và phải có một luồng khí

từ máy nén để vận hành máy bơm

Chu trình 1: Van khí nén bên cạnh cung cấp khí nén vào buồng chứa bên trái, tạo

áp lực đẩy màng bơm sang trái hướng ra ngoài Áp lực này làm van số 1 đóng lại,

van số 2 mở ra, lúc đó chất lỏng sẽ được bơm đi Cùng lúc đó màng bơm bên phải của máy bơm màng khí nén cũng được di chuyển cùng chiều sang phía bên trái

thông qua trục nối Tạo áp lực chân không đóng van số 4 và mở van số 3, hút chất

lỏng vào buồng chứa để chuẩn bị cho chu trình tiếp theo

Chu trình 2: Ngược lại với chu trình 1, lúc này van khí nén bên cạnh cung cấp khí

nén vào buồng chứa bên phải, tạo áp lực đẩy màng bơm sang phải hướng ra ngoài

Áp lực này làm đóng van số 3, mở van số 4, cho phép chất lỏng được bơm đi Cùng lúc đó màng bơm bên trái của máy bơm màng khí nén cũng được di chuyển cùng

chiều sang phía bên phải thông qua trục nối Tạo áp lực chân không đóng van số 2

và mở van số 1, hút chất lỏng vào buồng chứa để chuẩn bị cho chu trình tiếp theo

b Bơm khí động (ejector) (tuye)

B ơm tia (Tuye)

Các thông số cơ bản của bơm

1.4.2 Hiện tƣợng xâm thực

Do chiều cao hút quá lớn, các chất khí hòa tan trong chất lỏng bốc hơi qua bơm lại hòa tan vào chất lỏng Sự thay đổi thể tích đột ngột nhƣ vậy làm áp suất bọt khí tăng rất cao (100-1000 at) gây va đập thủy lực, mòn thiết bị, rung, ồn…

Khắc phục: lắp chiều cao hút phù hợp

1.4.3 Tính toán bơm

Mục đích: tìm điểm làm việc của bơm, tính chọn được bơm phù hợp cho hệ thống công nghệ…

biểu diễn cột áp theo lưu lượng của bơm H=f(Q) Do nhà chế tạo thiết lập

Điểm làm việc của bơm chính là giao điểm của đường đặc tuyến bơm và đặc tuyến mạng ống

Hmo=(z2-z1)+𝑝2 −𝑝1−

γ + α2 𝑣22−α1𝑣12

2𝑔 + ∆H (m CL) Nếu đường kính ống hút=ống đẩy: α1= α2; v1=v2

1.4.3.2 Đặc tuyến mạng ống: là đường làm

việc của hệ thống đường ống

Điểm làm việc của bơm chính là giao điểm của đường đặc tuyến bơm và đặc tuyến mạng ống

Bài tập ví dụ

Đặc tuyến mạng ống

Hmo=(z2-z1)+𝑝2 −𝑝1−

γ + α2 𝑣22−α1𝑣12

2𝑔 + ∆H (m CL) Nếu đường kính ống hút=ống đẩy: α1= α2; v1=v2

• Đổi sang cùng áp suất tuyệt đối Ptd đẩy/=10+10=20m

Ptđ hút/=10-4=6m

C=(20-6)+6=20m

K=19,1

Q=V.S=V.3.14 D 2 /4

1.4.3.3 Công suất bơm (ly tâm)

𝑁𝑡 = ρ.𝑔.𝑄.𝐻𝑏1000.η (KW)

η: hiệu suất bơm (thường 0,6-0,8)

N đc =k.Nt (k: hệ số hiệu chỉnh công suất 1-1,2)

2.3.3.6 Đặc tuyến bơm, mạng ống, điểm làm việc bơm

Đặc tuyến mạng ống: những đường cong biểu diễn mối quan hệ Q-H của hệ thống đường ống và trở lực trong đó

Đặc tuyến chung của bơm và mạng ống Q-H (ɳ=const)

H = Hh + Hm + H0

2 td

2.3.3.7 Ghép bơm

- Ghép bơm song song: khi cần giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng

Điểm B là điểm làm việc của

từng bơm riêng lẻ, điểm A là

điểm làm việc của 2 bơm

2.3.3.7 Ghép bơm

- Ghép bơm nối tiếp: khi cần tăng cột áp H, giữ lưu lượng Q không đổi

2.3.3.8 Lựa chọn bơm (SGK)

Bài tập chương 1:

1 Tính áp suất tuyệt đối và áp

suất dƣ tại tại A và C biết:

Hình bài 1.2 Hình bài 1.1

Bài tập chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ CƠ HỌC LƯU CHẤT

•Tĩnh học lưu chất

Bài 1.1: Một bình kín chứa nước như hình vẽ Nếu áp suất tại

A là 100KPa, xác định áp suất tại B, C và D

Bài 1.2: Một bình kín chứa nhiều chất lỏng như hình vẽ Nếu

áp suất khí trời là 98,1Kpa và áp suất tuyệt đối tại đáy bình là 237Kpa Xác định tỉ trọng của chất lỏng X

Phân loại quạt:

- Phân loại theo áp suất làm việc

+ Thấp áp: 0-200mmH2O

+ Trung áp: 200-700mmH2O

+ Cao áp : 700-1600mmH2O

- Phân loại theo năng suất Q (m 3 /h)

- Phân loại theo số vòng quay

- Mục cách lắp động cơ và cánh quạt: trực tiếp, gián tiếp

Cấu tạo quạt ly tâm: nguyên tắc giống như bơm ly tâm

1: Vỏ quạt 2: Cánh quạt 3: Động cơ

4: Cửa hút 5: Cửa đẩy

a Động cơ-Cánh quạt

Trực tiếp (đồng trục) b Động cơ-Cánh quạt gián (không đồng trục)

Các thông số của quạt:

Cột áp quạt

- Áp suất tĩnh: áp suất để thắng sức cản của đườn ống và vật liệu Ký hiệu H (tĩnh)

- Áp suất động: áp suất cần thiết để dòng khí di

chuyển với vận tốc v Ký hiệu H (động)

Phương trình bernouli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2

giữa đầu hút và đầu đẩy quạt là:

𝛼1𝑣122𝑔

Năng suất(lưu lượng quạt):

Q = 𝐺

3600.ρ𝑘𝑘; m3/s