Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị CNTP I

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

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CNTP I

Họ và tên: Bùi Kim Hoàn.
MSSV: 20174708.
Lớp: KTTP02.


Mục lục

Trang

TÍNH TỐN VẬN TỐC LẮNG CỦA HẠT TRONG MƠI TRƯỜNG LỎNG ................ 2
XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM ............... 6
THÍ NGHIỆM KHUẤY TRỘN CHẤT LỎNG .............. Error! Bookmark not defined.9


TÍNH TỐN VẬN TỐC LẮNG CỦA HẠT TRONG MƠI TRƯỜNG LỎNG

I. Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát vận tốc lắng của hạt trong các môi trường lỏng.
II. Cơ sở lý thuyết.
Trong sản xuất và trong các ngành cơng nghiệp hóa chất, cơng nghệ mơi trường thì
phương pháp lắng được sử dụng để tách các chất rắn và các hạt lơ lửng ra khỏi mơi
trường lỏng hay khí. Chẳng hạn tách bụi khỏi khơng khí, tách bùn từ nước thải,… Cho
nên việc khảo sát và nghiên cứu sự lắng của các hạt đóng vai trị quan trọng. Trong bài
này, ta tiến hành lắng hạt thủy tinh trong môi trường dầu ăn, dầu rửa bát, đo vận tốc
lắng, tính tốn chuẩn số Reynolds, hệ số trở lực và vận tốc lắng.

Trong môi trường lỏng, trọng lực của hạt hình cầu KS được tính theo định luật
Archimedes như sau:
KS=πd3

(ρ1 – ρ2)g
6

(N)

(1)

Trong đó:
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 do môi trường lỏng gây ra. Trở lực
này phụ thuộc vào tính chất vật lý của mơi trường lỏng (khối lượng riêng, độ nhớt), kích
thước và hình dáng vật thể và phụ thuộc vận tốc rơi và gia tốc trọng trường.
Trở lực S được xác định theo công thức:
1

S = ξFρ2u2 (N)
2

Trong đó:
ξ: Hệ số trở lực.

(2)

F: Tiết diện của hạt theo hướng chuyển động.
Đối với hạt hình cầu thì (2) trở thành:
1

𝜋

2

4

S = ξ d2ρ2 u2 (N)

(3)

Giả thuyết hạt hình cầu lắng với vận tốc khơng đổi. Khi đó S = KS:
1
2

𝜋

𝜋

4

6

ξ d2 ρ2u2 = d3(ρ1 – ρ2)g (4)

u=

4𝑔𝑑 (𝜌1− 𝜌2)

(5)

3𝜌2.𝜉

Hệ số trở lực ξ là hàm số của Reynolds phụ thuộc vào tốc độ lắng, kích thước hạt, khối
lượng riêng chất lỏng và độ nhớt của chất lỏng. Sự phụ thuộc ξ = f(Re) được xác định
bằng thực nghiệm như sau:
Re ≤ 0,2
0,2 < Re < 500

ξ=

24
𝑅𝑒

ξ=

18,5
𝑅𝑒

500 < Re < 15.104 ξ = 0,44
Re=

𝜌2.𝑢𝑑
µ

(6)

Trong đó: µ: độ nhớt động lực học chất lỏng (Pa.s).
III. Tiến hành thí nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm trong mơi trường dầu rửa bát. Hạt thủy tinh có đường kính
d = 2mm. Sau đó được thả vào ống thủy tinh chứa chất lỏng có chiều cao h = 21,5cm. Đo
thời gian rơi của hạt thủy tinh t (s).
Các bước tiến hành:
Bước 1: Xác định khối lượng hạt thủy tinh bằng cân điện tử m1 = 0,2 (g) = 2.10-4 (kg).
Bước 2: Xác định khối lượng dầu rửa bát bằng cân điện tử: m2 = 234,9 (g) = 0,2349
(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.
IV. Kết quả thí nghiệm.
Bảng số liệu đo được:

Lần 1
Lần 2
Lần 3
Lần 4
Lần 5
Trung bình

Thời gian lắng
t (s)
33,40
32,34
32,55
34,10
31,10

32,70

Vận tốc lắng thực tế
utt (m/s)
6,44.10-3
6,65.10-3
6,61.10-3
6,30.10-3
6,91.10-3
6,58.10-3

Khối lượng riêng của hạt thủy tinh: ρ1 = mhạt/Vhạt = 4
3

𝑚
𝜋𝑅

=4
3

m

𝑑
𝜋( )3
3 2

Vận tốc lắng lý
thuyết u (m/s)
0,032
0,032

0,032
0,031
0,033
0,032

=4
3

2.10 −4
𝜋(

0,002 3
)
2

= 47746,48

(kg/m3).
Khối lượng riêng của dầu rửa bát: ρ2 = mdầu rửa bát/Vdầu rửa bát =

0,2349
0,00025

= 939,6 (kg/m3).

Xác định vận tốc lắng thực: utt = h/t đổi với từng lần thí nghiệm. Với chiều cao cột chất
lỏng đo được là h = 21,5cm.
Chuẩn số Reynolds: Re=

𝜌2.𝑢𝑑

µ

=

939,6.6,58.10 −3 .0,002
0,65

= 0,019 , trong đó độ nhớt của dầu

rửa bát là: µdầu = 650 (cP) = 0,65 (Pa.s).
Hệ số trở lực theo (6) là: ξ =
Vận tốc lắng lý thuyết: u =

24
𝑅𝑒

=

24
0,019

= 1263,16

4𝑔𝑑 (𝜌1− 𝜌2)
3𝜌2.𝜉

=

4.9,8.0,002.(47746,48− 939,6)
3.939,6.1263,16

= 0,032 (m/s), với

gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2.
Nhận xét: Theo số liệu thu được, ta thấy vận tốc lắng thực tế chậm hơn nhiều so với
vận tốc lắng lý thuyết. Có sự sai khác này có thể là do các yếu tố như thời gian đo độ
lắng bị sai lệch, nhiệt độ phòng làm ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng hay khối
lượng riêng của hạt thủy tinh tính bằng cơng thức chỉ mang tính tương đối, khơng chính
xác.


XÁC ĐỊNH CÔNG NGHIỀN RIÊNG CỦA CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM

I. Mục đích thí nghiệm:
Xác định cơng nghiền riêng của gạo.
II. Thiết bị và nguyên lý hoạt động.
1. Nguyên lí hoạt động của máy nghiền búa:
Khi nguyên liệu được cấp vào cửa nạp liệu và đi vào bên trong sẽ bị va đập bởi cánh
búa và thành trong của máy. Khi đó nguyên liệu bị biến dạng và vỡ nhỏ ra. Nguyên liệu
tiếp tục bị làm nhỏ bởi sự va đập đó cho tới khi kích thước của chúng nhỏ hơn lỗ lưới và
tự lọt ra ngoài hoặc bằng thiết bị hút. Các hạt có kích thước lớn hơn tiếp tục bị nghiền
nhỏ tới khi lọt được qua lỗ lưới. Để có thể nghiền được ngun liệu thì động năng của
búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu.
2. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy nghiền búa:
Vỏ máy
Sản phẩm vào

Roto

Trục quay

Sản phẩm ra

Ổ bi

Phếu cấp liệu
Lưới
Cánh búa

Hàm nghiền

Puli truyền động đai thang


III. Tiến hành thí nghiệm.
1. Làm thí nghiệm nghiền gạo, tiến hành lấy số liệu.
Bảng thông số công suất máy theo thời gian:
Thời gian (s)
Công suất (W)
00,00
264
21,05
267
90,00
290
Công suất chạy không tải trong 21,05s: P0 = 267 – 264 = 3 (W).
Bảng thông số vật liệu:
Vật liệu

Khối lượng (g)

Cốc đong

- Khối lượng khi không đựng gạo: 290,7.
- Khối lượng cốc và gạo sau nghiền: 704,5

Gạo

- Trước khi nghiền: 419,2.
- Sau khi nghiền: 704,5 – 290,7 = 413,8.

Sàng

- Kích thước 0,1mm: 247,4.
- Kích thước 0,2mm: 251,7.

Bảng số liệu:
Vật
liệu

Gạo

Khối lượng
sản phẩm cịn
lại sau rây (g)
(Ban đầu:
413,8g)

Kích thước lỗ
rây (mm)

Thời gian
nghiền T
(giây)

267,1

0,1

146,9

0,2

90

Cơng nghiền
riêng (Wh/kg)

Số chỉ đồng hồ
Lúc bắt đầu

Lúc nghiền

nghiền

xong

Ađầu

Acuối

(Wh)

(Wh)

264.0,025 =
6,6

290.0,025 =
7,25

48,9
59,7


Qua lỗ sàng 0,1mm lần đầu thì khối lượng vật liệu còn lại là 267,1 (g), suy ra khối
lượng gạo lọt qua lỗ sàng 0,1mm là: 413,8 – 267,1 = 146,7 (g).
Tiếp tục cho qua lỗ sàng 0,2mm thì khối lượng vật liệu còn lại là 146,9 (g), suy ra khối
lượng gạo lọt qua lỗ sàng 0,2mm là: 267,1 – 146,9 = 120,2 (g).
2. Tính tốn cơng nghiền riêng.
- Cơng có ích: Acó ích = A – A0 = (7,25 – 6,6) – 3.0,025 = 0,575(Wh).
Trong đó:
A = Acuối – Ađầu: Cơng nghiền có tải trong thời gian nghiền T (Wh).
A0 = P0T: Công chạy không tải ứng với thời gian nghiền T (Wh).
- Công nghiền riêng của gạo được tính bằng:
Ariêng = Acó ích/mgạo
Cơng nghiền riêng là cơng có ích để nghiền 1kg vật liệu.
Đối với hạt có kích thước 0,1mm ta có: Ariêng =
Đối với hạt có kích thước 0,2mm ta có: Ariêng =

7,175
0,1467
7,175
0,1202

= 48,9 (Wh/kg).
= 59,7 (Wh/kg).

IV. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công nghiền riêng và kích thước lỗ lưới sàng.
Cơng nghiền riêng (Wh/kg)
70
60
50
40
30
20
10
0
0.1

0.2

Kích thước lỗ sàng (mm)


KHUẤY TRƠN CHẤT LỎNG

I. Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát q trình hịa tan của chất tan trong mơi trường lỏng bằng thiết bị khuấy
trộn.

II. Thiết bị và nguyên lý hoạt động của máy khuấy.
1. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị khuấy trộn:
Bảng điều khiển
Màn hình hiển thị các thơng số
Động cơ

Set Start/Stop
Cơng tắc
Phím mũi tên

Hộp giảm tốc
Nối trục

Thùng đựng nguyên liệu

Cánh khuấy
Dung dịch khuấy trộn

2. Nguyên lý hoạt động.
Thiết bị khuấy sử dụng trong bài thí nghiệm này có cánh khuấy là kiểu mái chèo. Khi
thiết bị hoạt động, cánh khuấy quay, do cấu tạo của cánh khuấy là kiểu mái chèo nên
chất lỏng bên trong thùng khuấy sẽ chuyển động dọc trục. Các phần tử bên trong thùng
khuấy có xu hướng chuyển động theo phương từ tâm chất lỏng theo hướng bán kính
đến thành thùng khuấy. Theo nguyên lí như vậy, các phần tử liên tục di chuyển làm cho
tăng khả năng hòa tan lẫn vào nhau của hỗn hợp hai chất. Cụ thể ở đây đường sẽ được
hòa tan lẫn vào trong nước.


3. Cách vận hành thiết bị.
Bước 1: Bật công tắc nguồn.

Bước 2: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 1 để thiết lập thời gian khuấy.
Thời gian: 00 – 99 (phút).
Khi đèn trên màn hình hiển thị thời gian nhấp nháy thì điều chỉnh bằng nút mũi tên
lên, xuống.
Bước 3: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 2 để thiết lập chế độ chạy
“H”: Đếm thời gian khuấy chạy xuôi.
“L”: Đếm thời gian khuấy chạy ngược.
Đèn trên màn hình hiển thị nhấp nháy có thể điều chỉnh bằng các nút mũi tên lên,
xuống trên bảng điều khiển.
Bước 4: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 3 thiết lập tốc độ cánh khuấy. Khi đèn hiển thị nhấp nháy
thì điều chỉnh bằng các nút mũi tên lên, xuống trên bảng điều khiển.
Bước 5: Nhấn nút ‘’Set’’ lần 4 để hoàn thành cài đặt các thông số.
Bước 6: Nhấn nút ‘’Start/Stop’’ để thiết bị hoạt động.
Chú ý: Trong lúc thiết bị đang vận hành có thể nhấn nút ‘’Start/Stop’’ để dừng thiết bị
và để thiết lập lại các thông số.
III. Tiến hành thí nghiệm.
Số TT

1
2
3
4
5

Số vịng
quay cánh
khuấy
(vịng/phút)
70
65

55
50
25

Cơng
suất
(W)

Euk

logEuk

Rek

logRek

6,0
5,0
4,5
4,0
1,5

188,42
196,11
291,34
344,68
1034,05

2,28
2,29

2,46
2,54
3,01

17284,1
16049,6
13580,4
12345,8
6172,9

4,24
4,21
4,13
4,09
3,79

m

logC

5
3

28
3

−

C

2,15.109


Trong đó các chuẩn số được xác định như sau:
Chuẩn số Ơ – le: Euk =

𝑁
𝜌 𝑛 3𝑑5

Chuẩn số Reynolds: Rek =

𝜌𝑛 𝑑 2
µ

Trong đó:
N: Cơng suất (W).
n: Số vịng quay cánh khuấy (vịng/s).
d: Đường kính cánh khuấy (m). Trong bài này d = 11,5cm = 0,115m.
ρ: Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3). Trong bài này là của nước ρH2O= 997kg/m3.
µ: Độ nhớt chất lỏng (N.s/m2). Trong bài này là µH2O = 8,9.10-4 (N.s/m2).

Trên hệ trục logEuk – logRek qua các điểm ta vẽ đường thẳng:
3.5

logEuk

3
2.5
2

logEuk =

1.5

28
3

−

5
3

logRek

1
0.5

logRek

0
3.75

3.8

3.85

3.9

3.95

4

4.05

4.1

4.15

4.2

4.25

4.3


Kết quả đo nồng độ Brix
* Tốc độ cánh khuấy hiển thị trên màn hình là 04 ứng với 65 vòng/phút.
Thời gian
khuấy
t (phút)
Nồng độ Brix
(Bx)

1

2

3

4

6,5 10,5 12,5 13,5

5

6

7

8

15

15,5

16

9

10

16,1 16,3 16,3

* Tốc độ cánh khuấy hiển thị trên màn hình là 02 ứng với 50 vòng/phút.
Thời gian khuấy
t (phút)

1 2 3

Nồng độ Brix

5 7 8 10 11 12 13 13,5 15 15,3 16 16,3 16,3

(Bx)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ Brix và thời gian khuấy
18

Bx

16
14
12
10
65 vòng/phút
8

50 vòng/phút

6
4
2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13 Thời gian (phút)


- Nhận xét:
+ Nồng độ Brix là hàm lượng đường có trong một dung dịch nước. Tức là nếu độ Brix
càng lớn thì nồng độ đường trong nước càng lớn, hay độ hòa tan của đường trong nước
càng nhiều.
+ Ban đầu đường ở trạng thái rắn, đổ vào nước thì chúng bắt đầu hòa tan vào nước,
làm nồng độ đường trong nước tăng dần lên đến một giá trị bão hịa tức là khi đó
đường đã được hịa tan hết vào trong nước.
+ Khi cánh khuấy quay với vận tốc là 65 vịng/phút thì đường cần một khoảng thời
gian là 10 phút để có thể hịa tan hồn tồn. Cịn nếu khi cánh khuấy là 50 vịng/phút thì
cần tới 13 phút để đường hịa tan hồn tồn. Có nghĩa là cánh khuấy quay với vận tốc
càng lớn thì càng làm đường hịa tan nhanh vì khi quay với vận tốc càng lớn thì các phần
tử nước cũng như đường trong thùng khuấy sẽ chuyển động càng nhanh, làm cho chúng
va chạm và cọ sát với nhau ‘’tích cực’’ hơn và làm tăng khả năng hòa tan.
+ Khi vận tốc cánh khuấy càng lớn thì càng tăng độ hịa tan nhưng một mặt khác thì
cơng suất của máy cũng tăng theo gây tốn kém điện nên cần chọn tốc độ quay phù hợp.
+ Trên đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ Bx và thời gian khuấy thì ta có thể thấy
đồ thị nào nằm cao hơn sẽ tiêu tốn công suất lớn hơn.