Tổng hợp bài tập và đáp án môn công nghệ bột và hạt

* Mục đích của giai đoạn này nhằm loại bỏ chất bẩn bám chặt trên xơ sợi, các chất dầu bị oxy hĩa bám cứng trên vải sợi từ các cơng đoạn trước gây loang màu trong cơng đoạn nhuộm, đồng th

1

Ngày 30 tháng 08 năm 2015

Môn Công nghệ bột và hạt

Bài tập số 1 Câu 1: Trình bày sơ đồ quy trình các công đoạn sản xuất của một loại sản phẩm thông dụng Nêu các tính chất ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Trả lời:

Quy trình nhuộm vải polyester trên máy jet:

Hình 1: Máy jet và cấu tạo máy

1 Tiền xử lý:

- Thông thường máy JET dung tỷ 1:8

* Chạy ở nhiệt độ phòng 10 phút cho ngấm đều hoá chất, sau đó nâng nhiệt 1.5oC/phút đến 100oC giữ 60 phút Kết thúc hạ nhiệt xả bỏ

- Over flow, trung hồ, giặt nĩng 80oC trong 15 phút, xả bỏ Tiếp đến nhuộm

* Mục đích của giai đoạn này nhằm loại bỏ chất bẩn bám chặt trên xơ sợi, các chất dầu bị oxy hĩa bám cứng trên vải sợi từ các cơng đoạn trước gây loang màu trong cơng đoạn nhuộm, đồng thời khi xử lý trong kiềm mạnh thì liên kết ester của sợi sẽ được xà phịng hĩa và tạo ra nhĩm ưa nước

- Đối với mặt hàng polyester khi chạy trên máy jet phải qua tiền định hình để hạn chế hiện tượng gãy mặt

2 Nhuộm:

- Chạy đều 5 phút, sau đĩ nâng nhiệt 1.5oC/ phút đến 130oC giữ 30 phút hoặc 45 phút hoặc 60 phút tuỳ vào màu nhạt hay đậm Khi kết thúc thời gian giữ độ thì hạ nhiệt

2oC/phút xuống đến 80oC cắt mẩu và giặt khử

- Ở nhiệt độ cao 120 – 1300C chuyển động nhiệt của mạch phân tử polyester trở nên linh động hơn tạo ra những khoảng trống cho phân tử thuốc nhuộm cĩ thể xuyên qua, làm tăng tận trích thuốc nhuộm Nhiệt độ càng cao, tốc độ khuếch tán thuốc nhuộm vào

xơ sợi càng nhanh Ngồi ra, độ hịa tan thuốc nhuộm phân tán trong nước cũng tăng ở nhiệt độ 120 – 1300C, tuy nhiên khơng được nhuộm quá 1350C để hạn chế phân giải polyester

- pH được duy trì ở 4.5 – 5 nhằm tạo độ ổn định cho thuốc nhuộm phân tán,

- Các chất trợ nhằm:

+ Hạn chế sự ảnh hưởng của các ion kim loại trong nước gây ra các hiệu ứng khơng mong muốn như biến màu, làm hại độ phân tán của dung dịch nhuộm, thơng thường dùng EDTA

+ Giữ đồng nhất và ổn định bền vững khuếch tan của các hạt cực mịn thuốc nhuộm phân tán trong dung dịch nhuộm

Xả

H 2 O

P.tán + ĐM

Màu PH: 4.5-5

3

+ Tăng mức độ ngấm thấu của xơ sợi, giảm sọc, kìm hãm thuốc nhuộm,…

- Quy trình nhuộm ở nhiệt độ cao cĩ những ưu điểm sau:

+ Hấp thụ, khuếch tán thuốc nhuộm và nhuộm đều màu đều rất tốt

+ Dễ nhuộm được màu đậm, đạt được độ sâu và tươi màu

+ Độ bền màu với ánh sáng và nhất là độ bền màu màu ma sát ở màu đậm tốt hơn

so với nhuộm tận trích với chất tải

+ Lượng hĩa chất trợ nhuộm cần dùng ít, đạt hiệu quả kinh tế cao

+ Thao tác cơng nghệ nhuộm đơn giản và dễ dàng

+ Hầu hết các nhĩm thuốc nhuộm phân tán đều sử dụng được để nhuộm ở nhiệt độ cao

- Nhược điểm là mặt hàng hơi cứng so với nhuộm ở nhiệt độ thấp, do đĩ phải qua cơng đoạn comfit để tạo độ mềm mịn cho vải

* Giặt khử:

- Mục đích quá trình này nhằm loại bỏ mùi hơi khĩ chịu của chất ngấm, chất đều màu cịn bám trên sơ sợi sẽ làm giảm độ bền màu, cũng như màu dư

Hình 2: Sợi Polyester dưới kính hiển vi

Hình 3: Sợi Polyester nhuộm màu xanh

(Nguồn: DuPont Company Techinical Bulletin X-156:

IDENTIFICATION OF FIBERS IN TEXTILE MATERIALS, December 1961.)

30 ’

80 o

2 o C/min Xả

Câu 2: Tìm hệ số hình dạng của cá nhân

H là chiều cao tính bằng centimet

Với chiều cao: 165 cm; Cân nặng: 55 kg

-

1

Ngày 06 tháng 09 năm 2015

Môn Công nghệ bột và hạt

Bài tập số 2 Câu 1: Sự phân bố kích thước của bi thủy tinh được kiểm tra bằng kính hiển vi

Hoàn thành các hàng của bảng hiển thị số tương đối của các hạt, số lượng tích lũy

và số lượng tương đối (tức là cỡ hạt) ở phạm vi μm:

Số tương đối: Số lượng tích lũy: Số tương đối

Họ và tên: Lê Võ Sơn Quân

MSHV: 1570179

(Điểm giữa)3 tần số

Khối lượng tương

đối Số lượng tích lũy

3

× 150

= 92118.75

92118.752804559.35

3

× 200

= 390625

3906252804559.35

= 0.13928

0.0367 + 0.13928

= 0.17598

3

15 + 202

3

× 55

= 294765.6

294765.62804559.35

3

× 45

= 703125

7031252804559.35

3

× 20

= 857500

8575002804559.35

3

× 5

= 455625

4556252804559.35

cỡ hạt góp phần đến giá trị trung bình từ mỗi khoảng kích thước, hoặc lớp

Đây là kết quả của các số tương đối và kích thước điểm giữa trong các lớp

Tổng hợp tất cả các đóng góp với nhau cho giá trị trung bình kích thước Lưu ý

rằng đây là toán học tương đương với hơn thông thường:

𝒇𝒊𝒙𝒊/ 𝒇𝒊

Với f i là tần số (hoặc số) lần x i xảy ra, ví dụ bạn có thể sử dụng công thức này trước

khi tính điểm trung bình

Khoảng kích

thước (μm): <5 5-7 7-10 10-15 15-20 20-30 30-40 40-50 >50

Tổng cộng

Chọn câu trả lời đúng cho các câu sau đây

Kết quả đường kính trung bình bằng số (μm): 7087.5

Các phân bố đầy đủ diện tích bề mặt riêng cho một đơn vị thể tích (S v ) là tổng diện

tích bề mặt chia cho tổng khối lượng Nó có thể tính toán bằng các cách khác nhau,

= 6.5

× 10 −4

0.0329 8.5

= 3.87

× 10 −3

0.1393 12.5

= 11.14

× 10 −3

0.1051 17.5

= 6.01

× 10 −3

0.2507 25

= 10.03

× 10 −3

0.3058 35

= 8.74

× 10 −3

0.1625 45

= 3.61

× 10 −3

44.05

× 10 −3

Phân phối số:

𝑆𝑣 = 𝜋𝜋/6

𝑥2𝑛0 𝑥 𝑑𝑥

𝑥3𝑛0 𝑥 𝑑𝑥Phân phối khối lượng:

𝑆𝑣 = 𝜋𝜋/6

𝑛3 𝑥 𝑑𝑥𝑥

Mối quan hệ giữa hai dạng của đường cong phân phối (căn cứ vào phân phối số):

𝑑𝑁0(𝑥)

𝑑𝑥 = 𝑛0(𝑥) Mối quan hệ giữa phân phối khối lượng ở dạng tương tự

Những câu hỏi này được dựa trên một phân bố tích lũy kích thước lý tưởng có thể được biểu diễn như một đường thẳng duy nhất ở hình dưới

(i) Phân bố kích thước tích lũy của một loại vật liệu dạng bột có thể biểu diễn bằng một đường thẳng với a% lượng lọt sàng so với đường kính hạt (x) đồ thị đi qua điểm 0% theo

số lượng 1 μm và 100% theo số lượng tại 101 μm Sử dụng hình trên để trả lời các câu hỏi bên dưới

(Lưu ý, điều kiện ở dạng phân số và không có phần trăm.)

(ii) Phương trình cho n0(x) là: n0(x)=…

(iii) Hình dạng của n0(x) đồ thị được đưa ra bởi câu trả lời của bạn cho phần (ii)là hình chữ nhật vì tọa độ của y là 1/100 và đây là đường thẳng giữa x=1 và x=101 Diện tích hình chữ nhật là 1, nghĩa là (101-1) nhân với 1/100 của phần tử đơn vị Diện tích dưới đường cong n0(x) của biểu đồ luôn bằng 1

(iv) Phương trình tốt nhất để sử dụng để tính bề mặt riêng là: câu c

𝑥3𝑑𝑥

101 1

101 1

Diện tích bề mặt sẽ lớn hơn diện tích giả sử của hạt là hình cầu Độ cầu là tỷ số giữa diện tích bề mặt hình cầu có cùng thể tích với hạt và diện tích bề mặt của hạt

0.079210.9 = 0.08801 (𝜇𝑚−1)

Ngày 13 tháng 09 năm 2015

Môn Công nghệ bột và hạt

Bài tập số 3 Câu 1:

(i) Một loại bột chứa trong thùng để tạo hạt thể nút hình trụ có đường kính 0.8 cm

và dài 3 cm Khối lượng riêng của bột là 2.5 g.cm -3 và 2.20 gam bột được sử dụng để tạo thể nút Độ xốp bên trong thể nút của bột là (-):

2

−2.22.5 3×3.14× 0.82 2 = 0.41614

(ii) Không khí được rút ra thông qua thể nút với tốc độ 6.6 cm 3 mỗi phút Áp kế thủy ngân được sử dụng để đo độ giảm áp suất trong quá trình này: sự giảm áp được ghi nhận là 60 mmHg Tỷ trọng tương đối của thủy ngân là 13.6, như thế sự tổn thất áp suất trên thể nút là (Pa):

2

(iv) Độ nhớt của không khí là 1.8x10 -5 Pa.s, sử dụng phương trình Kozeny-Carman,

để tính diện tích bề mặt riêng trên một đơn vị thể tích bột (m -1

(vi) Khối lượng riêng của không khí là 1.2 kg.m -3 , hệ số chuyển đổi Renoylds của hệ thống là (-):

𝑅𝑒𝑙 = 𝑈0 𝜌

𝜇(1 − 𝜀)𝑆𝑣 =

2.18949 × 10−3× 1.21.8 × 10−5× 1 − 0.41614 × 534839.5119= 4.6743 × 10−4

(vii) Bạn hãy nhận xét khi sử dụng phương trình Kozeny-Carman có phù hợp

không?

Do hệ số chuyển đổi Renoyld của hệ thống nhỏ hơn 2 nên sử dụng phương trình Kozeny-Carman là phù hợp

Câu 2:

(i) Tầng trao đổi ion hình trụ chứa đầy các hạt hình cầu đường kính xếp chặt 2

mm, hệ số rỗng của lớp là 0.45 được sử dụng khử ion trong chất lỏng có khối lượng

riêng và độ nhớt lần lượt là 1100 kg.m -3

và 0.0075 Pa.s Lưu lượng chỉ định tỷ lệ là 5

m 3 hour -1 và chiều cao lớp và đường kính lần lượt là 2 m và 0.2 m, sử dụng phương trình Kozeny-Carman để tính độ giảm áp (Pa):

𝑥𝑆𝑣 = 2 𝑚𝑚 = 2 × 10−3 𝑚 ; 𝜀 = 0.45; 𝜌 = 1100 𝑘𝑔 𝑚−3 ; 𝜇

= 0.0075 𝑃𝑎 𝑠 ; 𝑄 = 5 𝑚3 ℎ𝑜𝑢𝑟−1 ; 𝐻 = 2 𝑚 ; 𝐷 = 0.2 (𝑚) Phương trình Kozeny-Carman:

𝑈 =𝑈0𝜀

(ii) Hệ số chuyển đổi Reynolds là

𝑅𝑒𝑙 = 𝑈0 𝜌

𝜇(1 − 𝜀)𝑆𝑣

(iii) Hãy nhận xét về việc sử dụng phương trình Kozeny-Carman

Do hệ số chuyển đổi Reynolds lớn hơn 2 nên sử dụng phương trình Carman là không phù hợp

Kozeny-(iv) Vận tốc ở khoảng giữa chất lỏng bên trong lớp là (m.s -1 ):

(v) Sử dụng tương quan Carman để tính ứng suất trượt của hạt trao đổi ion (Pa):

(vii) Tại sao có sự khác biệt giữa câu trả lời (vi) và (i)?

Phương trình Kozeny-Carman cho biết sự chênh lệch áp suất gây ra bởi độ nhớt của chất lỏng chảy qua lớp hạt Hiện tượng này sẽ xảy ra tuy nhiên một lượng năng lượng mất mát được bổ sung (ví dụ như chênh lệch áp suất) do dòng xoáy và lớp hạt không ổn định Do đó, sự chênh áp thực tế sẽ cao hơn tính toán bằng phương trình Kozeny-

Carman

(viii) Nếu chất lỏng có chiều cao cân bằng datum ở vị trí cơ sở trong bình trao đổi ion và điều này, cần phải nâng lên đỉnh của cột trước khi lớp trao đổi ion được thêm vào, sự giảm áp đã gây ra hiện tượng này, hãy tính tổn thất áp suất thủy tĩnh trên lớp (kPa):

∆𝑃 = 𝐻 × 𝜌 × 𝑔 = 2 × 1100 × 9.81 = 21582 𝑃𝑎

-

Ngày 20 tháng 09 năm 2015

Môn Công nghệ bột và hạt Bài tập số 4: Lọc chất lỏng

Nồng độ sau vách ngăn (ppm)

Câu 2: Trong 5 lít dung dịch có chứa 10% (w/w) bùn đá phấn

Họ và tên: Lê Võ Sơn Quân

MSHV: 1570179

vi) Sử dụng phương trình Kozeny-Carman, độ thẩm thấu của lớp bã là (m 2 ):

Câu 3: Sử dụng lại lượng huyền phù tương tự như câu 2, lọc trên hệ thống lọc tương

tự với tốc độ lọc không đổi, thu được 2.3 lít nước lọc Sử dụng phương trình thực nghiệm của áp suất sau đây để tính toán các câu sau:

Hai phương trình được so sánh:

; và

Và chỉ có trở lực bã lọc tuyến tính theo thời gian, nên:

ii) Tốc độ lọc là (m 3 s -1 ) – gợi ý so sánh phương trình bã lọc và phương trình thực nghiệm khi tăng áp suất:

a: 3.4x10-6 b: 3.7x10-7 c: 9.7x10-5 d: 4.6x10 -6

Quá trình lọc với tốc độ không đổi:

Do đó:

iii) Thời gian để thực hiện quá trình lọc lọc ở giai đoạn này là (s):

i) Trở lực riêng của vách lọc (m -1 ):

a: 4.5x1010 b: 5.7x1011 c: 6.2x10 11 d: 1.2x1012

ii) Thể tích của nước lọc – lọc dưới áp suất không đổi là (m 3 ):

Câu 5: Một thí nghiệm sản xuất thử sử dụng thiết bị lọc có diện tích 0.1 m 2 ở áp suất

Thời gian

lọc (phút)

Thời gian lọc (s)

Thể tích nước lọc (lít)

Thể tích nước lọc (m3

)

Thời gian/Thể tích (s.m-3)

i) Tỷ lệ độ ẩm là – Gợi ý, xem xét 100 kg bã ẩm:

ii) Lượng chất rắn khô trên một đơn vị thể tích nước lọc là (kg.m -3 ):

iii) Vẽ một biểu đồ và tính toán: Trở lực riêng của lớp bã và trở lực của vách lọc

Dựa trên phương trình ở điều điện áp suất không đổi:

Thể tích nước lọc (m3) Thời gian/Thể tích (s.m-3)

Vẽ đồ thị mối quan hệ giữa thể tích nước lọc và thời gian/thể tích:

y = 71660x + 546.8R² = 0.999

6000.008000.0010000.0012000.0014000.0016000.00

8

iv) Nếu diện tích lọc 10 m 2 thì sẽ thu được bao nhiêu thể tích nước lọc sau 2 giờ?

v) Nếu khối lượng riêng của chất rắn là 2500 kg.m -3 , thì chiều dày lớp bã thu được

ở phần (iv) là bao nhiêu?

-