báo cáo thí nghiệm Quá trình và thiết bị cơ học

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay , nhu cầu về thực phẩm ngày càng đa dạng, đòi hỏi
nhà sản xuất không ngừng tìm tòi đưa ra các công thức mới.
Ngoài nắm vững bản chất quá trình sinh học, hóa học xảy ra ,
kiểm soát chúng trong quá trình chế biến thì yếu tố công nghệ về
máy móc, các thiết bị phụ trợ cho từng quá trình là không thể
thiếu. Việc nắm rõ yếu tố công nghệ, vai trò,cơ chế hoạt động
cũng như cách vận hành của từng loại thiết bị ,… , cũng như ưu ,
khuyết điểm của chúng, giúp nhà sản xuất lựa chọn được loại
máy thích hợp với quy trình sản xuất đặt ra. Không chỉ vậy, còn
giúp nhà sản xuất tiết kiệm chi phí sản xuất, dẫn đến giá thành
sản phẩm giảm, tăng sức cạnh tranh với thị trường, sản phẩm dễ
dàng đến tay người tiêu dùng hơn.
Trong quá trình thí nghiệm môn quá trình và thiết bị cơ học,
chúng em được hỗ trợ rất cô Ths.Phạm Thanh Hương và thầy
Ths.Trần Quốc Tiệp , đã tận tình giúp đỡ chỉ dẫn cho chúng em
trong thời gian thí nghiệm. Em đã được làm quen với các máy
móc chuyên dùng, được tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của
các máy gia công cơ; xác định độ đồng đều trong quá trình
khuấy trộn và xác định công nghiền riêng của các sản phẩm
thực phẩm.
Bài báo cáo của em gồm có ba phần chính :
Bài 1: Thí nghiệm khuấy trộn
Bài 2: Xác định công nghiền riêng của sản phẩm thực phẩm
Bài 3: Tính toán vận tốc lắng của các hạt trong môi trường lỏng


MỤC LỤC
Lời Mở đầu
Bài 1: Thí nghiệm khuấy trộn
I. Cơ sở lý thuyết

1, Tìm hiểu về máy khuấy trộn
2, Cách sử dụng khúc xạ kế đo nồng độ Bx
II. Báo cáo thí nghiệm
Bài 2: Xác định công nghiền riêng của sản phẩm thực phẩm
1. Cơ sở lý thuyết
2. Báo cáo thí nghiệm
Bài 3: Tính toán vận tốc lắng của các hạt trong môi trường lỏng
1. Cơ sở lý thuyết
2. Báo cáo thí nghiệm


Bài 1: Thí nghiệm máy khuấy trộn
I, Cơ sở lý thuyết
1, Máy khuấy trộn
a, Mục đích công nghệ
- Tạo sự đồng đều về tính chất của hỗn hợp nhiều cấu tử
• trong môi trường lỏng gọi là khuấy
• trong môi trường khô hạt gọi là trộn
- Nhằm tăng cường quá trình truyền nhiệt
- Ngoài ra, còn hòa tan nhanh chất rắn trong lỏng hoặc tăng cường các phản
ứng hóa học trong hỗn hợp
b, Cấu tạo

*Cấu tạo: Gồm có động cơ, cánh khuấy và thùng chứa nguyên
liệu.Ngoài ra còn có bảng điều khiển, giá đỡ và van xả đáy.


c, Nguyên lí hoạt động
Động cơ quay tác dụng lên cánh khuấy dựa vào bảng điều khiển để điều
khiển tốc độ quay của cánh khuấy. Dung dịch được hòa tan đồng đều nhờ cánh

khuấy.
d, Cách vận hành máy khuấy trộn


Bảng điều khiển

Sau khi, đã chuẩn bị thùng chứa , đã có hỗn hợp cần khuấy, ta để vào vị trí
trên giá đỡ, cánh khuấy trong thùng để vị trí thích hợp nhất thuận lợn cho việc
hỗn hợp được khuấy đồng đều nhất.
Sau đó cắm dây , ở bẳng điều khiển có công tác on/off, ta vặn kim về on, để
bắt đầu
Tiếp, ta nhấn nút set để cài đặt
- Nhấn nút set lần 2 để điều chỉnh thời gian khuấy
- Nút ↑ để điều chỉnh thời gian tăng dần, còn ↓ để điều chỉnh thời gian giảm dần
- Nhấn nút set lần 3 để điều chỉnh tốc độ khuấy , các nút ↑↓ chức năng tương tự
như trên
Cuối cùng, khi đã đặt được chế độ đã mong muốn, ta bấm start, để bắt đầu,
khi quá trình khuấy hoàn thành ta bấm stop để kết thúc.

2, Cách sử dụng khúc xạ kế
Bước 1: Nhỏ 1 – 2 giọt dung dịch cần đo lên lăng kính


Bước 2: Đậy tấm chắn sáng

Bước 3: Nước phải phủ đều trên lăng kính

Bước 4. Đưa lên mắt ngắm

Bước 5. Đọc số trên thang đo. Chỉnh tiêu cự sao cho số thấy rõ nhất.

Bước 6. Lau khô bằng giấy thấm mềm


Ghi chú: không được làm ướt khúc xạ kế.

Ghi chú: Khi nồng độ muối của dung dịch quá cao, trên màn hình quan sát chỉ xuất
hiện màu trắng.

II, Báo cáo thí nghiệm
a, Các bước tiến hành
Bước 1: Đổ 10 lít nước vào thùng, cho 1.5 kg muối hạt vào. Cho cánh khuấy
chạy( bắt đầu tính thời gian khuấy).
Bước 2: Sau 1 phút lấy mẫu 1 lần, đo nồng độ muối Bx( nồng độ chất tan/ 100 g
dung dịch) bằng chiết quang kế.
Bước 3: Đến khi nồng độ Bx = const thì dừng khuấy.
Bước 4: Xác định thời gian khuấy và vẽ đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ giữa nồng độ
Bx theo thời gian.
b, Kết quả
Chạy máy với tốc độ cánh khuấy : n= 70 vòng/phút


Thời
gian
(phút)
Bx

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

6,2

9,1

11,2

12,9

14,0

15,1

16,1

16,7

16,9

17,1

17,1

17,1

Chạy máy với tốc độ cánh khuấy : n= 65 vòng/phút

Thời gian
(phút)

2

Bx

5,2 8,1 10

c, vẽ đồ thị

4

6

8

10

11,8 13

12

14

16

14,1 15,2 16

18

20

22

24

26

28

16,5 16,8 16,9 17

17

17


Mối quan hệ nồng độ Bx theo thời gian
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
2

6

8

10

12

14

n=70 vòng/phut

16

18

20

22

24

26

28

n=65 vòng/phút

d, Nhận xét kết quả
Dựa vào đồ thị ta có thế khẳng định tốc độ đảo trộn càng nhanh thì độ đồng đều
của sản phẩm càng nhanh. Tốc độ đảo trộn càng tăng thì càng tăng khả năng độ
đồng đều cho sản phẩm càng nhanh.
Ngoài ra trong quá trình khuấy trộn, còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như:
 nhiệt độ
 tốc độ khuấy trộn,
 bản chất của chất khô
 Bản chất dung môi: độ nhớt ,ví dụ: dung môi loãng dễ khuấy trộn và ngược
lại.
 Kết cấu cánh khuấy.


Bài 2 : Xác định công nghiền riêng của sản phẩm thực phẩm

I, Tìm hiểu về máy nghiền búa
a, Mục đích công nghệ
Máy nghiền búa nghiền nhỏ các vật liệu khô, giòn, dễ vỡ, ít quánh dính như các loại
hạt khô, xương, muối đường và các loại khoáng sản… nhằm :
- Mở rộng bề mặt để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt chất
- Đưa về cùng một kích thước để trộn đều hơn..
b, Cấu tạo
Gồm có 2 hộp chính: hộp thứ nhất để nghiền và hộp thứ 2 là hộp hút bột, hai hộp này
thông với bởi 1 ống dẫn bột ở dưới và trùng trục quay. Ngoài ra còn động cơ, đĩa búa và
búa, quạt hút gió, phễu chứa nguyên liệu vào và sản phẩm ra……….

Hình 10: Cấu tạo của máy nghiền gạo, nghiền ngô.


Hình 11: Cấu tạo của máy nghiền gạo, nghiền ngô.
c. Nguyên lý hoạt động
Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu theo chiều tiếp tuyến với chiều quay
của búa. Quá trình nghiền nhỏ vật liệu trong máy nghiền búa là do sự va đập của búa
vào vật liệu, sự chà xát của vật liệu với búa và với thành vỏ máy, các hạt vật liệu to
chưa lọt qua lưới lại được búa tiếp tục nghiền nhỏ. Để nghiền được, động năng của
búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu.kích cỡ sản phẩm
phụ thuộc vào lưới sàng, tùy theo yêu cầu sản phẩm mà ta thay lưới sang phù hợp.


Sau khi qua lưới sang rơi xuống ống dẫn bột được hộp hút gió với tác động của
quạt hút với luồng gió từ của hút gió hút bột lên hộp và đưa lên túi chứa bột.
II, Báo cáo thí nghiệm
1, Các bước tiến hành
- Cho máy chạy không tải để xác định công suất chạy không tải P0=
kW

( đọc ở đồng hồ đo)
- Làm thí nghiệm nghiền gạo ngô với 3 kích thước lỗ lưới sàng là : 0.5mm,
1.5mm,2mm.
2, Kết quả
- Bảng số liệu:
Vật

Khối

liệu

lượng

Kích

vật liệu

Thời
gian
thước lỗ
nghiền
sàng

nghiền

(mm)

0.24

Ngô

0.25

Gạo

0.25

Ngô

0.25

Gạo

0.25

Ngô

0.25

0.5
1.5
2

riêng
Lúc nghiền

nghiền

xong

(A đầu) kWh

(A cuối) kWh

1’45

0

0.021

0.0125

2’15

0

0.029

0.02

1’47

0

0.023

0.016

2’02

0

0.024

0.008

1’53

0

0.021

0.004

1’57

0

0.026

0.02

b. Tính công nghiền
Công nghiền không tải P0 =0,0109 kWh , với A0=
P0×T,
ta có bảng sau

Công nghiền

Lúc bắt đầu

(kg)
Gạo

Số chỉ đồng hồ

(kWh/kg)


t

0.5

1

1.5

2

2.5

A

3
0.005
0.01
0.016
0.021
0.027
0.032

Từ bảng trên ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ của A0 và t với Ac= at +b

Vật

Khối

Kích

Thời

Công

Công

Công

Công

Công

liệu

lượng

thước

gian

nghiền

chạy

có ích

nghiền

nghiền

có tải

không

(Aci =

riêng

riêng

trong

tải

A–

(A riêng =

thực tế

nghiền

thời

tương

Aci/m)

(A riêng tt =

(kg)

gian

ứng

nghiền

với

T

thời

(A)

gian

vật
liệu

lỗ sàng nghiền

(T)
(mm)

A0)

(kWh/kg) A riêng x
0.6)

nghiền

(kWh/kg)

T
(A0)
Gạo

0.24

Ngô

0.25

Gạo

0.25

Ngô

0.25

Gạo

0.25

Ngô

0.25

0.5
1.5
2

1’45

0.021

0.018

0.003

0.0125

0.0075

2’15

0.029

0.024

0.005

0.02

0.012

1’47

0.023

0.019

0.004

0.016

0.0096

2’02

0.024

0.022

0.002

0.008

0.0048

1’53

0.021

0.020

0.001

0.004

0.0024

1’57

0.026

0.021

0.005

0.02

0.012


a, Đồ thị biểu diễn công nghiền riêng với kích thước lỗ lưới sàng đối với vật liệu là
ngô

Đồ thị biểu diễn công nghiền riêng với kích thước lỗ lưới sàng đối với vật liệu là
gạo

 Nhận xét: Ta tính công nghiền riêng chính là tính lượng điện tiêu thụ, bản
chất chính là giá thành sản phẩm, hay giá sản xuất , nghiền ra sản phẩm đó.
Để có công nghiền riêng nhỏ nhất là cả một bài toán kinh tế kĩ thuật. Mà
công nghiền riêng phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Bản chất vật liệu đó là ngô hay gạo hay sắn… cấu tạo vật liệu nghiền là xốp
hay đặc
- Kích thước lỗ sàng
- Thời gian nghiền …….


Bài 3 : Tính toán vận tốc lắng của các hạt trong môi trường lỏng
I, 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 cát trong môi trường nước, 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
KS được tính như sau:

Trong đó: d: đường kính hạt (m)
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 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:

ξ: hệ số trở lực.
F: tiết diện của hạt theo hướng chuyển động


Đối với hạt hình cầu:

Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc không đổi. Khi đó S = KS:

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:

với:

μ: độ nhớt động lực học của chất lỏng, Pa.s
1. Mô tả thí nghiệm và các bước tiến hành
Trước khi tiến hành quá trình lắng, xác định khối lượng riêng của cát bằng hộp
thủy tinh với thể tích V = dm3.
Tiến hành thí nghiệm lắng cát trong môi trường nước. Kích thước cát được xác
định bằng thước kẹp (d=0,0003m), sau đó được thả vào bể nước có kích thước
m3. Chiều cao mực nước trong bể h = mm. Đo thời gian toàn bộ lượng cát chìm
xuống đáy bể t (giây).
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Đo nhiệt độ nước: T =

ᵒC

Bước 2: Cho cát vào hộp thủy tinh, cân, xác định khối lượng riêng của cát:
ρ1 =

kg/m3


Bước 3: Tiến hành lắng cát trong bể. Đo thời gian từ lúc cho cát vào bể đến khi hạt
cuối cùng chìm xuống đáy bể.
Lặp lại thí nghiệm 5 lần.
2. Tính toán kết quả và nhận xét
Từ nhiệt độ của nước, tra các đại lượng: khối lượng riêng, độ nhớt.
Xác định vận tốc lắng thực: ut = h/t. Từ vận tốc này và kích thước đo được của cát,
tính chuẩn số Re, từ đó xác định hệ số trở lực.
Tính vận tốc lắng lý thuyết theo công thức (5).
So sánh vận tốc lắng thực tế và lý thuyết, đưa ra nhận xét.
II, Kết quả thí nghiệm
Ta có:
-

chiều cao mực nước là h= 26.5 cm
Kích thước hạt cát : 0.3mm
Thể tích bể chứa V=14×14×9.4=1842.4 cm3= 1,84 lít
Khối lượng riêng của cát = == 1.41 ×10-3(kg/cm3)
Nhiệt độ nước : T= 24 0C
= 0.0568 (N)
u = 0.0604 (m/s)

Bảng số liệu

Thời gian lắng t
(s)

Vận tốc lắng thực

Vận tốc lắng lý

Lần 1

4.41

tế utt (m/s)
0.0601

thuyết u (m/s)
0.0604

Lần 2

9.67
4.28

0.0274
0.0619

0.0604

Lần 3

10.18

4.45

0.0260
0.0596

0.0604

Lần 4

9.75
4.30

0.0271
0.0616

0.0604

Lần 5

9.49
4.45

0.0279
0.0596

0.0604

10.02

0.0264

• Nhận xét:
Vận tốc lắng thực tế phụ thuộc vào : nhiệt độ môi trường, độ nhớt của dung
môi, bản chất của vật liệu, không chỉ vậy còn phụ thuộc kích thước vật liệu,
khối lượng riêng… Như ở trong bài ta thấy các hạt cát có kích thước không
đều, tính khối lượng riêng chỉ là tương đối vì giữa các hạt cát vẫn còn chỗ
trống chưa được điền đầy, …do vậy mà ta có thời gian lắng giữa hạt đầu và
hạt cuối cùng.