Lọc là một quá trình quan trọng trong sản xuất thực phẩm, nó được ứng dụng vào trong việc làm sạch sản phẩm, lọc vi sinh , loại bỏ tạp chất… Xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình lọc từ đó ứng dụng vào việc điều khiển quá trình lọc là điều hết sức cần thiết. Các cấu tử có kích thước lớn hơn kích thước vật liệu lọc sẽ được giữ trên bề mặt lọc, dung dịch trong đi qua vật liệu lọc. Quá trình lọc xảy ra khi có sự chênh lệch áp suất lượng dịch lọc thu được tỉ lệ nghịch với thời gian lọc.
Trang 1BÀI 5 QUÁ TRÌNH LỌC VỚI ÁP LỰC BẰNG HẰNG SỐ
I - Mục đích thí nghiệm:
Lọc là một quá trình quan trọng trong sản xuất thực phẩm, nó được ứng dụng vào trong việc làm sạch sản phẩm, lọc vi sinh , loại bỏ tạp chất…Xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình lọc từ đó ứng dụng vào việc điều khiển quá trình lọc là điều hết sức cần thiết Do đó trong bài thí nghiệm này ta sẽ xác định hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lọc đó là:
- Trở lực vật liệu lọc (R m)
- Trở lực riêng của bã lọc (α ).
II- Phương pháp tiến hành thí nghiệm:
1 Chuẩn bị dụng cụ và hóa chất (vật liệu):
- Phiễu lọc (1 cái)
- Ống đong ( 2 cái)
- 4 đĩa lấy vật liệu
- Bình định mức 50ml, 1 cốc 100ml, đũa khuấy
- Đường RE, men bia, bột mì và bột trợ lọc
- Cân điện tử
- Thước kẻ, đồng hồ bấm giây
- Bình chứa dung dịch thể tích 2 lít
2 Chuẩn bị dịch lọc:
Dùng 4 đĩa cân 5g đường RE, 3g bột trợ lọc, 3g bột mì, 3g men bia Hòa tan hỗn hợp chất rắn trên vào bình chứa 1500ml nước cất, khuấy đều cho hỗn hợp chất rắn hòa tan hoàn toàn
3 Cân để xác định khối lượng riêng của dịch lọc:
Lấy bình định mức 50ml đi cân ta có m1, sau đó rót dịch lọc vào bình định mức tới vạch định mức rối đem đi cân ta có m2
4 Tiến hành lọc:
- Lắp phiễu lọc lên giá, dùng bút lông vạch một đường để cố định chều
cao Dùng thước kẻ đo lại chiếu cao từ đáy phiễu lọc đến vạch định mức ta có h
- Dùng đũa khuấy dịch lọc trong bình cho đều sau đó rót vào cốc 100ml
chú ý vừa khuấy vừa rót Sau đó ta lại rót dịch cần lọc ở cốc 100ml vào phiễu lọc lưu ý rót từ từ, vừa rót vừa khuấy để cho bột trợ lọc áo một lớp mỏng dưới đáy phiễu lọc
- Quan sát thấy dịch lọc sau khi qua lưới lọc trong suốt ta tiến hành đổi ống đong, bắt đầu đọc thời gian khi thể tích ở ống đong là 4ml Sau 4ml kế tiếp ta lại tiếp tục đọc thời gian cứ như thế cho đến khi lấy đủ số liệu cần cho việc tính toán
Trang 2Lưu ý trong quá trình đọc ta cần phải liên tục rót dung dịch cần lọc vào phiễu lọc
để cố định h (hay cố định ∆P)
5 Kết thúc quá trình thí nghiệm:
- Tháo phiễu lọc ra khỏi giá và đem rửa Rửa các dụng cụ như bình chứa,
cốc, ống đong…
- Để dụng cụ thí nghiệm lại vị trí cũ, ghi nhận số liệu lại
III- Kết quả thí nghiệm:
Bảng số liệu thu được:
* Trường hợp 1: Cho thời gian xác định thể tích (t -> V)
- Với diện tích bề mặt lọc F = ∗ π
4
05 ,
0 2
=1,9635.10-3 m2, h=18 cm
F
V
t
.
Thời gian(s) Thể tích(m3
)
3,927.10 3 5,355.10 3 6,311.10 3 7,140.10 3 7,750.10 3 8,415.10 3 8,963.10 3 9,424.10 3 9,817.10 3 9,983.10 3 10,450.10 3 10,710.10 3
Trang 3Ta có:
g
m1 = 56 48
3
6 999 / 10
* 100 09986
, 0 86 ,
∆
g
m2 = 156 34
Đường kính của phiễu lọc là 5cm 2 1 , 9625 10 3 2
d
Nồng độ chất rắn c (kg/m3): 0 93 / 3
015 , 0
014 , 0
m kg
c= = (Với hỗn hợp ban đầu 1,5
lít)
Độ nhớt µ = 200cP= 200 10 − 3Pa.s
Áp suất thủy tĩnh trong trường hợp này là:
Pa P
gh P P P
P= 2 − 1 = ( 1+ ) − 1 = 999 9 , 81 0 , 18 = 1764 0342
Trở lực riêng của bã lọc :
) / ( 10 127 2 10
200 93 , 0
0342 , 1764 10 9625 , 1 2 5,713.10 2
2
10 3
3 8
kg m c
P F a P
F
c
∆
µ α
αµ
Trở lực của vật liệu lọc:
) / ( 10 3 , 1 10
200
0342 , 1764 14,708.10
3
3
m l P
b R P
R
∆
µ µ
* Trường hợp 2: Cho thể tích xác định thời gian lọc (V-> t)
- Với diện tích bề mặt lọc F = ∗ π
4
05 ,
0 2
=1,9625.10-3 m2, h=16,5 cm
Trang 4F
V
t
.
Ta có:
g
m1 = 58 , 34
3
6 995 / 10
* 100 0995
, 0 5 ,
∆
Thể tích( 3
m ) Th ời gian (s)
15.10 -6 42
22.10 -6 76
30.10 -6 121
34.10 -6 147
40.10 -6 188
46.10 -6 231
50.10 -6 262
57.10 -6 315
60.10 -6 340
63.10 -6 363
68.10 -6 409
5,495.10 3 6,779.10 3 7,915.10 3 8,484.10 3 9,223.10 3 9,855.10 3 10,283.10 3 10,845.10 3 11,120.10 3 11,307.10 3 11,803.10 3
Trang 5Nồng độ chất rắn c (kg/ 3
m ): 0 , 93 / 3
015 , 0
014 , 0
m kg
c= = (Với hỗn hợp ban đầu 1,5
lít)
Độ nhớt µ = 200cP= 200 10 − 3Pa.s
Áp suất thủy tĩnh trong trường hợp này là:
Pa P
gh P P P
P= 2 − 1 = ( 1+ ) − 1 = 995 9 , 81 0 , 165 = 1610 , 557
Trở lực riêng của bã lọc :
10 200 93 , 0
557 , 1610 10 9625 , 1 2 49,442.10 2
2
10 3
3 7
kg m c
P F a P
F
c
∆
µ α
αµ
Trở lực của vật liệu lọc:
) / ( 10 305 , 3 10
200
557 , 1610 41,046.10
3
3
m l P
b R P
R
∆
µ µ
Nhận xét:
- Lọc là quá trình di chuyển lưu chất qua vật liệu lọc Các cấu tử có kích thước lớn hơn kích thước vật liệu lọc sẽ được giữ trên bề mặt lọc, dung dịch trong đi qua vật liệu lọc Quá trình lọc xảy ra khi có sự chênh lệch áp suất lượng dịch lọc thu được tỉ lệ nghịch với thời gian lọc Hay nói cách khác, tốc độ lọc tỉ lệ nghịch với thời gian lọc Do các bã lọc bám trên bề mặt vật liệu lọc ngày càng nhiều nên cản trở sự chảy của dung dịch, vì thế khi thời gian lọc càng lâu thì tốc độ chảy của dung dịch càng chậm.
- Trở lực bã lọc càng tăng và đạt giá trị cực đại khi bã lọc tích tụ trên bề mặt vật liệu lọc ngày càng nhiều Quá trình lọc kết thúc khi bã lọc đạt mức bão hòa làm cho dung dịch lọc trong phễu lọc ngừng chảy hoặc lượng dung dịch lọc thu được rất ít trong thời gian khảo sát.
- Trong quá trình thí nghiệm đôi khi ta cũng có thể mắc phải một số sai sót như: Rót mạnh dung dịch lọc vào phễu lọc làm cho lớp bột trợ lọc văng vào thành ống lọc làm mất tác dụng của bột trợ lọc, khi ta xác định chiều cao và cân nguyên liệu chưa chính xác,…
- Bột trợ lọc làm tăng hiệu quả và làm sạch quá trình lọc một cách tối đa nhờ có tính chất tạo xốp, ngăn không cho nấm men rớt xuống dung dịch sau khi lọc.
- Kết quả tính toán ta thu được hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lọc: Trở lực vật liệu lọc (Rm) và trở lực riêng của bã lọc (α) Từ kết quả tính toán này,
ta có thể điều chỉnh các thông số của quá trình lọc để mang lại hiệu quả cao nhất.
