Thực hành kỹ thuật thực phẩm

MỤC LỤC BÀI 1. THÁP ĐỆM 3 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 3 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 6 IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU 8 BÀI 2. CÔ ĐẶC 17 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 17 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 21 IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU 23 BÀI 3. TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 28 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 28 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 30 IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU 33 BÀI 4. SẤY ĐỐI LƯU 61 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 61 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 61 III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 67 IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU 69 BÀI 5. LỌC KHUNG BẢN 74 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 74 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 74 III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 76 IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU 77 BÀI 6. CHƯNG CẤT 81 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 81 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 81 III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 84 IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU 86   BÀI 1. THÁP ĐỆM MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Mục đích của quá trình hấp thu Trong công nghiệp sản xuất hóa chất cơ bản: Để sản xuất ra các loại axit bằng cách hấp thu khí vào trong nước như: HCl, H2SO4… Để phân riêng hỗn hợp khí Avà B. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm: Để bảo hòa CO2 cho bia,nước ngọt, rượu có gas nhằm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Trong công nghệ lên men: Quá trình hấp thu nhằm để làm giàu hàm lượng O2 hòa tan trong pha lỏng của bể lên men hiếu khí. Trong kỹ thuật xử lý môi trường: Trong khí thải công nghiệp có nhiều cấu tử độc hại. Để xử lý khí thải đạt tiêu chuẩn để thải ra môi trường người ta tiến hành hấp thu các cấu tử độc hại bằng dung môi là nước sạch hay hóa chất để dễ xử lý hơn. Mục đích của thí nghiệm Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của cột chêm bằng cách xác định: Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí và lỏng lên tổn thất áp suất (độ giảm áp) khi đi qua cột. Sự biến đổi của hệ số ma sát cột khô fcktheo chuẩn số Reynolds (Re) của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm. Sự biến đổi của thừa số  liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí qua cột khô và qua cột ướt theo vận tốc dòng lỏng. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Độ giảm áp của dòng khí Độ giảm áp Pck của dòng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dòng khí qua cột khô (không có dòng chảy ngược chiều). Khi dòng khí chuyển động trong các khoảng trống giữa các vật chêm tăng dần vận tốc thì độ giảm áp cũng tăng theo. Sự gia tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 của vận tốc dòng khí. () Với n = 1,8 – 2,0 Khi có dòng lỏng chảy ngược chiều, các khoảng trống giữa những vật chêm bị thu hẹp lại. Dòng khí do đó di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tự do giữa các vật chêm bị lượng chất lỏng chiếm cứ. Khi tăng vận tốc dòng khí lên, ảnh hưởng cản trở 3của dòng lỏng tăng đều đặn cho đến một trị số tới hạn của vận tốc khí, lúc đó độ giảm áp của dòng khí tăng vọt lên. Điểm ứng với trị số tới hạn của vận tốc khí này được gọi là điểm gia trọng. Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí quá trị số tới hạn này, ảnh hưởng cản trở hỗ tương giữa dòng lỏng và dòng khí rất lớn, Pc tăng mau chóng không theo phương trình () nữa. Dòng lỏng lúc này chảy xuống cũng khó khăn, cột ở điểm lụt. Đường biểu diễn log(PcZ) (độ giảm áp suất của dòng khí qua một dơn vị chiều cao của phần chêm trong cột) dự kiến như trình bày trên hình 1. Hình 1: Ảnh hưởng của G và L đối với độ giảm áp của cột Pc Hệ số ma sát fck theo Rec khi cột khô Trở lực tháp khô: Trong đó: h chiều cao lớp đệm, m wo vận tốc pha khí a bề mặt riêng, m2m3  độ xốp, m3m3 k – khối lượng riêng của không khí, kgm3 fck hệ số ma sat của dòng chảy qua lớp hạt, phụ thuộc vào Rek Khi Rek40: Độ giảm áp Pcư khi cột ướt Sự liên hệ giữa độ giảm áp cột khô Pck và cột ướt Pcư có thể biểu diễn như sau: Pcư = Pck Do đó có thể dự kiến: fcư = .fck Với : hệ số phụ thuộc vào mức độ xối tưới của dòng lỏng L, kgm2s. Leva đề nghị ảnh hưởng của L lên  như sau:  = 10L hay log  = L Giá trị  tùy thuộc vào loại, kích thước, cách thức sắp xếp vật chêm (xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự) và độ lớn của lưu lượng lỏng L. Thí dụ với vật chêm là vòng sứ Raschig 12,7 mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp  = 0,586; giá trị của L từ 0,39 đến 11,7 kgm2s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng.  = 0,084 Một số tài liệu còn biểu diễn sự phụ thuộc giữa tỉ số với hệ số xối tưới như sau: Khi A < 0,3 cho vật chêm bằng sứ có d < 30 mm, ta có: (10) (11) Điểm lụt của cột chêm Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng chiếm toàn bộ khoảng trống trong phần chêm, các dòng chảy bị xáo trộn mãnh liệt, hiện tượng này rất bất lợi cho sự hoạt động của cột chêm. Gọi giá trị của GL tương ứng với trạng thái này là GL. Hình 2: Giản đồ lụt của cột chêm Zhavoronkov kết luận rằng trạng thái ngập lụt xảy ra khi hai nhóm số sau có sự liên hệ nhất định với nhau cho mỗi cột. và (13) Với fck: hệ số ma sát cột khô. v: vận tốc dài của dòng khí ngay trước khi vào cột, ms. : độ nhớt tương đối của chất lỏng so với nước. , nếu chất lỏng là nước thì . Do đó sự liên hệ giữa π1, π2 trên giản đồ logπ1 – logπ2 sẽ xác định một giản đồ lụt của cột chêm, phần giới hạn hoạt động của cột chêm ở dưới đường này. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Sơ đồ nguyên lý thiết bị I Máy thổi khí 1,2Van điều chỉnh lưu lượng dòng khí II Lưu lượng kế dòng khí 3Van xả nước đọng trong ống khí III Cột chêm 4,6Van điều chỉnh lưu lượng dòng lỏng IV Bồn chứa 5Van tạo cột lỏng ngăn khí V Bơm 7Van điều chỉnh mức nước trong cột chêm VI Lưu lượng kế dòng lỏng 8Van xả nhanh khi lụt cột chêm Dlớp đệm vòng sứ Raschig 9Van xả đáy bồn chứa Tiến hành thí nghiệm Chuẩn bị Làm quen với hệ thống thiết bị, tìm hiểu các van và tác dụng của nó. Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo và cách điều chỉnh công tắc để đo. Làm quen với cách điều chỉnh lưu lượng. Xác định các đại lượng cần đo. Lập bảng để ghi kết quả đo. Trình tự thí nghiệm Khóa lại tất cả các van lỏng (từ 4 đến 8). Mở van 2 và khóa van 1, 3. Cho quạt chạy trong 5 phút để thổi hết ẩm trong cột. Tắt quạt. Mở van 4 và 7. Sau đó cho bơm chạy. Mở van 5 và từ từ khóa van 4 để chỉnh mức lỏng ở đáy cột ngang bằng với ống định mức g. Tắt bơm và khóa van 5. Đo độ giảm áp của cột khô: Khóa tất cả các van lỏng lại. Mở van 1 còn 2 vẫn đóng. Cho quạt chạy rồi từ từ mở van 2 để chỉnh lưu lượng khí vào cột. Ứng với mỗi giá trị lưu lượng khí đã chọn ta đọc Pck trên áp kế U theo mmH2O. Đo xong tắt quạt, nghỉ 5 phút. Đo độ giảm áp khi cột ướt: Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột khoảng 15 – 20%. Mở van 4 và cho bơm chạy. Dùng van 6 tại lưu lượng kế để chỉnh lưu lượng lỏng. Nếu 6 đã mở tối đa mà phao vẫn không lên thì dùng van 4 để tăng lượng lỏng. Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn cố định, ta chỉnh lưu lượng khí và đọc độ giảm áp Pcư giống như Pck trước đó. Chú ý là tăng lượng khí đến điểm lụt thì thôi. Chú ý Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt, sinh viên cần canh giữ mức lỏng ở đáy cột luôn ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnh van 7. Nếu cần, tăng cường van 8 để nước trong cột thoát về bình chứa. Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng trước, mở tối đa van 8 sau đó tắt quạt BK. XỬ LÝ SỐ LIỆU Tính toán số liệu Bảng số liệu thực nghiệm Bảng số liệu cột khô Hàng V(fit3p) ΔPCK(cmH2O) Lớn Nhỏ 1 2 38 37,2 2 2,5 38,1 37,4 3 3 38,4 37 4 3,5 38,6 36,8 5 4 39 36,2 6 4,5 39,6 35,7 Bảng số liệu cột ướt: L= 8 lítphút Hàng V(fit3p) ΔPCƯ(cmH2O) Lớn Nhỏ 1 2 39 36,8 2 2,5 40,4 35,2 3 3 40,7 34,8 4 3,5 42,3 32,6 5 4 46,4 28,6 6 4,5 50,2 24,5 Bảng số liệu cột ngập lụt: L=9 lítphút Hàng V(fit3p) ΔPNL(cmH2O) Lớn Nhỏ 1 3 42,4 33,1 2 3,5 44,7 29,6 3 4 47,2 28 Tính cột khô Tính G ρKK = 1,1(kgm3) , V1 = 2 (fit3p) = 9,43×104 (m3s) S=(π×d2×ε)4=(π×〖(0,1)〗2×0,585 )4=4,59×〖10〗(3) (m2) G_1=V_(1×ρ_KK )S=(9,43×〖10〗(4)×1,1)(4,59×〖10〗(3) )=0,226 (kgm2 s) G_2=V_(2×ρ_KK )S=(1,18×〖10〗(3)×1,1)(4,59×〖10〗(3) )=0,283 (kgm2 s) G_3=V_(3×ρ_KK )S=(1,415×〖10〗(3)×1,1)(4,59×〖10〗(3) )=0,339 (kgm2 s) G_4=V_(4×ρ_KK )S=(1,65×〖10〗(3)×1,1)(4,59×〖10〗(3) )=0,395 (kgm2 s) G_5=V_(5×ρ_KK )S=(1,89×〖10〗(3)×1,1)(4,59×〖10〗(3) )=0,453 (kgm2 s) G_6=V_(6×ρ_KK )S=(2,12×〖10〗(3)×1,1)(4,59×〖10〗(3) )=0,508 (kgm2 s) Tính chuẩn số Re μ=1,96×〖10〗(5)(kgms) 〖Re〗_1=(4×G_1)(a×μ)=(4×0,226)(24,656×1,96×〖10〗(5) )=1870,63 〖Re〗_1=(4×G_2)(a×μ)=(4×0,283)(24,656×1,96×〖10〗(5) )=2342,44 〖Re〗_1=(4×G_3)(a×μ)=(4×0,339)(24,656×1,96×〖10〗(5) )=2805,96 〖Re〗_1=(4×G_4)(a×μ)=(4×0,395)(24,656×1,96×〖10〗(5) )=3269,48 〖Re〗_1=(4×G_5)(a×μ)=(4×0,453)(24,656×1,96×〖10〗(5) )=3749,58 〖Re〗_1=(4×G_6)(a×μ)=(4×0,508)(24,656×1,96×〖10〗(5) )=4204,797 Tính fCK f_CK1=3,8( 〖Re〗_10,2 )=3,8〖1870,63〗0,2 =0,842 f_CK2=3,8( 〖Re〗_20,2 )=3,8〖2342,44〗0,2 =0,805 f_CK3=3,8( 〖Re〗_30,2 )=3,8〖2805,96〗0,2 =0,777 f_CK4=3,8( 〖Re〗_40,2 )=3,8〖3269,48〗0,2 =0,753 f_CK5=3,8( 〖Re〗_50,2 )=3,8〖3749,58〗0,2 =0,733 f_CK6=3,8( 〖Re〗_60,2 )=3,8〖4204,797〗0,2 =0,716 Tính cột ướt (300C) Tính G ρKK = 1,166(kgm3) G_1=V_(1×ρ_KK )S=(9,43×〖10〗(4)×1,166)(4,59×〖10〗(3) )=0,24 (kgm2 s) G_2=V_(2×ρ_KK )S=(1,18×〖10〗(3)×1,166)(4,59×〖10〗(3) )=0,299(kgm2 s) G_3=V_(3×ρ_KK )S=(1,415×〖10〗(3)×1,166)(4,59×〖10〗(3) )=0,36(kgm2 s) G_4=V_(4×ρ_KK )S=(1,65×〖10〗(3)×1,166)(4,59×〖10〗(3) ) =0,42(kgm2 s) G_5=V_(5×ρ_KK )S=(1,89×〖10〗(3)×1,166)(4,59×〖10〗(3) )=0,48 (kgm2 s) G_6=V_(6×ρ_KK )S=(2,12×〖10〗(3)×1,166)(4,59×〖10〗(3) )=0,54(kgm2 s) Tính chuẩn số Re μ=1,86×〖10〗(5)(kgms) Re_1=(4×G_1)(a×μ)=(4×0,24)(24,656×1,86×〖10〗(5) )=2093,32 Re_2=(4×G_2)(a×μ)=(4×0,299)(24,656×1,86×〖10〗(5) )=2607,93 Re_3=(4×G_3)(a×μ)=(4×0,36)(24,656×1,86×〖10〗(5) )=3139,98 Re_4=(4×G_4)(a×μ)=(4×0,42)(24,656×1,86×〖10〗(5) )=3654,6 Re_5=(4×G_5)(a×μ)=(4×0,48)(24,656×1,86×〖10〗(5) )=4186,6 Re_6=(4×G_6)(a×μ)=(4×0,54)(24,656×1,86×〖10〗(5) )=4701,3 Tính δ δ_1= 〖∆P〗_CƯ1〖∆P〗_CK1 = 215,8278,48=2,75 δ_2= 〖∆P〗_CƯ2〖∆P〗_CK2 = 510,1268,67=7,423 δ_3= 〖∆P〗_CƯ3〖∆P〗_CK3 = 578,79137,34=4,214 δ_4= 〖∆P〗_CƯ4〖∆P〗_CK4 = 951,57176,58=5,389 δ_5= 〖∆P〗_CƯ5〖∆P〗_CK2 = 1746,18274,68=6,357 δ_6= 〖∆P〗_CƯ6〖∆P〗_CK6 = 2521,17382,59=6,59 Tính fCƯ fCƯ1=δ_1×f_(CK1 )=2,75×0,842 =2,3155 fCƯ2=δ_2×f_(CK2 )=7,423×0,805 =5,976 fCƯ3=δ_3×f_CK3=4,214×0,777 =3,274 fCƯ4=δ_4×f_(CK4 )=5,389×0,753 =4,058 fCƯ5=δ_5×f_(CK5 )=6,357×0,733 =4,66 fCƯ6=δ_6×f_(CK6 )=6,59×0,716=4,718 Bảng xử lý số liệu cột khô i V (m3s) G ΔPCK (Nm2) ΔPCKZ Log (ΔPCKZ) Log G Re fCK Log fCK Log Re 1 9,43.103 0,226 78,48 109 2,037 0,65 1870,53 0,842 0,075 3,272 2 1,18.103 0,283 68,67 95,375 1,979 0,55 2342,44 0,805 0,094 3,370 3 1,415.103 0,339 137,34 190,75 2,280 0,47 2805,96 0,777 01096 3,448 4 1,65.103 0,395 176,58 245,25 2,3896 0,40 3269,48 0,753 0,123 3,515 5 1,89.103 0,453 274,68 381,5 2,581 0,34 3749,58 0,733 0,135 3,574 6 2,12.103 0,508 382,59 531,375 2,725 0,29 4204,797 0,716 0,145 3,624 Bảng xử lý số liệu cột ướt, L= 8 lítphút i V(m3s) G ΔPCƯ (Nm2) ΔPCƯZ Log (ΔPCƯZ) Log G Re fCƯ Log fCƯ Log Re 1 9,43.104 0,24 215,82 299,75 2,477 0,62 2093,3 2,3155 0,365 3,32 2 1,18.103 0,29 510,12 708,5 2,850 0,53 2607,9 5,976 0,776 3,42 3 1,415.103 0,36 578,79 803,875 2,905 0,44 3139,9 3,274 0,515 3,5 4 1,65. 103 0,42 951,57 1321,625 3,121 0,38 3654,6 4,058 0,608 3,56 5 1,89. 103 0,48 1746,18 2425,25 3,385 0,32 4186,6 4,66 0,668 3,62 6 2,12. 103 0,54 2521,17 3501,625 3,544 0,27 4701,3 4,718 0,674 3,67 Tính toán cột ngập lụt (300C) π_1=(f_CK×a×V_12×ρ_K)(ε3×2×g×ρ_L )× μ_tđ0,2 V_1= VS_1 Tính S1 ρKK = 1,166(kgm3) S_1= (π×d2)4= (π×(〖0,1)〗2)4=7,85×〖10〗(3) (m2) Tính V1 V_1= VS_1 = (1,415×〖10〗(3))(7,85×〖10〗(3) )=0,1803(ms) V_1= VS_1 = (1,65×〖10〗(3))(7,85×〖10〗(3) )=0,2102 (ms) V_1= VS_1 = (1,89×〖10〗(3))(7,85×〖10〗(3) )=0,2408 (ms) Tính π_1 π_1= (0,777×24,656×(〖0,1803)〗2×1,166)((〖0,585)〗3×2×9,81×1000)× 10,2=1,849×〖10〗(4) π_1= (0,753×24,656×(〖0,2102)〗2×1,166)((〖0,585)〗3×2×9,81×1000)× 10,2=2,435×〖10〗(4) π_1= (0,733×24,656×(〖0,2408)〗2×1,166)((〖0,585)〗3×2×9,81×1000) ×10,2=3,111×〖10〗(4) Tính π_2= LV×√(ρ_KKρ_Lỏng ) L = 9lítphút = 1,5× 104 (m3s) π_2= (1,5×〖10〗(4))(1,415×〖10〗(3) )×√(1,1661000)=3,62×〖10〗(3) π_2= (1,5×〖10〗(4))(1,65×〖10〗(3) )×√(1,1661000)=3,104×〖10〗(3) π_2= (1,5×〖10〗(4))(1,89×〖10〗(3) )×√(1,1661000)=2,71×〖10〗(3) Bảng xử lí số liệu cột ngập lụt I V (m3s) π_1 π_2 Logπ_1 Logπ_2 1 1,415×〖10〗(3) 1,849×〖10〗(4) 3,62×〖10〗(3) 3,733 2,441 2 1,65×〖10〗(3) 2,435×〖10〗(4) 3,104×〖10〗(3) 3,614 2,508 3 1,89×〖10〗(3) 3,111×〖10〗(4) 2,71×〖10〗(3) 3,507 2,567 Vẽ đồ thị Cột khô: log ΔPckZ log G Cột ướt: log(ΔPCƯZ) – logG Cột ngập lụt: logπ1 logπ2 (L= 9) Nhận xét Theo lý thuyết ta đã biết độ giảm áp tăng khi sự chuyển động của dòng khí trong các khoảng trống giữa các vật chêm tăng dần nhưng khi có sự xuất hiện của dòng lỏng chảy ngược chiều với vận tốc tăng đều đặn đến một trị số tới hạn của vận tốc khí khi đó độ giảm áp của dòng khí tăng vọt lên. Mà sự chuyển động của dòng lỏng gây nên hệ số ma sát với cột và trong công thức tính hệ số ma sát có sự xuất hiện của Re nên chế độ dòng chảy có ảnh hưởng đáng kể đến áp lực của dòng lỏng. Tại các giá trị khác nhau của Re sẽ ứng với hệ số ma sát tại cột khô và cột ướt khác nhau. Chế độ chảy của cột khô và cột ướt là chế độ chảy rối (từ Re2 trở đi, Re2 > 2300). Chế độ chảy của cột ngập lụt là chế độ chảy ngập lụt Hệ số ma sát của cột khô nhỏ hơn hệ số ma sát của cột ướt Cột khô: lưu lượng dòng khí vào cột khô tăng thì áp suất dòng khí qua cột cũng tăng Cột ướt: lưu lượng dòng khí tỷ lệ thuận với áp suất dòng khí qua cột