Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

Báo cáo thí nghiệm

NHÓM 3 – TỔ 2
MHP: 210501003
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn
SVTH: TRẦN CÔNG NAM October 19, 2011

Contents
BÀI 1: LỌC KHUNG BẢN 1
I. Mục đích thí nghiệm 1
II. Cơ sở lý thuyết 1
III. Trang thiết bị, dụng cụ, hóa chất, nguyên liệu 3
IV. Các bước tiến hành thí nghiệm 4
V. Lập công thức tính toán 5
VI. Báo cáo thí nghiệm 5

BÀI 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG GHÉP BƠM 10
I. Mục đích 10
II. Cơ sở lý thuyết 10
III. Cách tiến hành thí nghiệm 14
IV. Lập công thức tính toán 15
V. Kết quả thí nghiệm 16
VI. Nhận xét và bàn luận kết quả 27



20111
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

Bài 1: LỌC KHUNG BẢN
I. Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát quá trình hoạt động của máy lọc khung bản.
- Xác định vận tốc lọc trung bình, chu kỳ lọc và năng suất lọc.
- Xác định các hệ số lọc và phương trình lọc, mối liên hệ giữa động lực quá trình
lọc và năng suất của máy lọc.
II. Cơ sở lý thuyết
1. Nguyên tắc làm việc
Mục đích của quá trình lọc là phân riêng pha liên tục và pha phân tán cùng tồn tại
trong một hổn hợp. Hai pha có thể là lỏng – khí; rắn – khí; rắn – lỏng hoặc hai pha lỏng
không tan lẫn cùng tồn tại trong hổn hợp.
Khái niệm: Lọc là quá trình được thực hiện để phân riêng các hỗn hợp nhờ một vật
ngăn xốp. Một pha đi qua vật ngăn xốp còn pha kia được giữ lại. Vật ngăn có thể là dạng
hạt: cát, đá, than; dạng sợi như tơ nhân tạo, sợi bông, đay, gai; dạng tấm lưới kim loại;
dạng vật ngăn như sứ xốp, thủy tinh xốp v.v
Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc được gọi là động lực của quá trình lọc
nghĩa là:
P = P
1
- P
2

Động lực của quá trình lọc có thể tạo ra bằng ba cách sau:

2
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

ngăn; diện tích bề mặt vách lọc.
Theo DAKSI, tốc độ lọc có thể biểu diễn dưới dạng phương trình sau

 
v
R
b
R
P
Fd
dV
W




(1.2)
Trong đó:
 - độ nhớt của pha liên tục, Ns/m
2

R
b
= P
b
– trở lực của bã lọc (tổn thất áp suất qua lớp bã), 1/m
R

b

00000

(1.3)
Thay (1.3) vào phương trình (1.2) ta được:



d
R
F
V
Xr
FP
dV
v










.
00
(1.4)

Xr
v
V
(1.5)
Hay: .r
0
.X
0
.V
2
+ 2. .Rv.F.V = 2.F
2
.P. (1.6)
Chia hai vế phương trình (1.6) cho .r
0
.X
0
/F
2
ta được
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

20113
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn 

Trong đó:
00
.Xr
R
C
v

;
00

.2
Xr
P
K



là các hằng số lọc, đặc trưng cho một quá trình
lọc xác định.
Vi phân hai vế phương trình (1.7) theo dq ta được:

dq
d
kCq

.22 


K
C




v
R
F
V
Xr
P
F
V
W
.
.
00


(1.9)
Nhận thấy rằng: P = P
b
+ P
v
= .r
0
.X
0
.w
2
. + R
v

cố định, cuối cùng là một bản di động. Ép chặt khung và bản bằng cơ cấu vít đai ốc được
thực hiện bởi tay quay. Huyền phù được đưa vào khung bằng van V3, nước trong thu được
theo đường van V4, bã lọc bị giữ lại trên các tấm ngăn xốp.
Trên bề mặt của bản người ta xẻ các rãnh thẳng đứng song song với nhau và hai
rãnh nằm ngang ở hai đầu. Rãnh nằm ngang bên dưới có thông với van tháo nước lọc và
nước rửa. Khung rỗng tạo thành phòng lọc để chứa cặn.
Nguyên liệu thí nghiệm: Huyền phù.
IV. Các bước tiến hành thí nghiệm
1. Tiến hành thí nghiệm với áp suất lọc không đổi
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Kiểm tra tổng quát thiết bị, cho huyền phù vào bể chứa nguyên liệu, lắp vách ngăn
lọc vào trong các khung bản và ép chặt khung và bản bằng tay quay.
Kiểm tra nguồn điện, khóa van v2, v6; mở hoàn toàn van v1, v4; mở ¼ van v3, bật
công tắc bơm.
Thay đổi áp suất trên áp kế P1 bằng cách điều chỉnh van số 3, đọc các giá trị áp
suất trên áp kế P1, P2 và thời gian thu được một thể tích nước lọc cố định.
Dừng máy, tháo các tấm ngăn lọc, rữa bã đồng thời đo thời gian rữa bã và các thời
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

20115
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

gian thao tác phụ để xác định chu kỳ lọc.
2. Tiến hành thí nghiệm với tốc độ lọc không đổi
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Kiểm tra tổng quát thiết bị, cho huyền phù vào bể chứa nguyên liệu, lắp vách ngăn
lọc vào trong các khung bản và ép chặt khung, bản bằng tay quay.

Thời gian lọc(s)
1
0.5 bar
2
39
2
4
125
3
6
220
4
8
316
5
10
409
1
1.0 bar
2
12
2
4
24
3
6
37
4
8
48

4
1.2
0.9
5
0.9
0.5
6
200l/ph
1.1
1.1
7
1.4
1.1
8
1.4
1.1
9
1.3
1.0
10
1.3
1.1
2. Xử lý số liệu
Xác định số tấm vách ngăn xốp sử dụng trong quá trình làm thí nghiệm, đo kích
thướt của vách ngăn xốp để xác định diện tích bề mặt vách ngăn lọc:
Trong thí nghiệm này có sử dụng 10 tấm vách ngăn, kích thướt đo 200x200mm.
Vậy diện tích bề mặt vách ngăn lọc F = 0.2x0.2x10 = 0.4 m
2

Xác định lượng nước lọc riêng q = V/F, m

0.5 bar
0.002
39
0.005
39
0.005
7800
2
0.004
125
0.010
86
0.005
17200
3
0.006
220
0.015
95
0.005
19000
4
0.008
316
0.020
96
0.005
19200
5
0.010

0.020
11
0.005
2200
5
0.010
61
0.025
13
0.005
2600

Vẽ đồ thị mối liên hệ Δτ/Δq – Δτ, theo lý thuyết đồ thị sẽ là một đường thẳng.
Dạng đường thẳng: Y = AX + B (A = 2/K; B = 2C/K).
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

20117
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn
Đồ thị Δτ/Δq – Δτ ở điều kiện áp suất lọc không đổi 0.5 bar
Dựa vào đồ thị ta tính được hằng số lọc C và K, sau đó viết phương trình lọc khi áp
suất không đổi.
Đồ thị có dạng Y = 200X, suy ra C = 0 và K = 0.01; ta viết được phương trình lọc
với áp suất không đổi là:
q

2
(bar)
∆P=P
1
-P
2

(bar)
τ (s)
1
5
0.0125
1
1
0
30
2
1.1
1
0.1
60
3
1.3
0.9
0.4
90
4
1.4
0.9
0.5

0.7
0.6
150
Vẽ đồ thị quan hệ giữa biến thiên áp suất và thời gian P - ; P = A. + B;
(A=.r0.X0.w2; B=Rv.w).

Đồ thị Quan hệ biến thiên áp suất theo thời gian ở tốc độ 0.0125(m
3
/s)
Theo lý thuyết thì A và B là các hằng số, dựa vào đồ thị xác định các hằng số A, B,
viết lại phương trình lọc với tốc độ lọc không đổi.
Dựa vào Đồ thị trên, ta tìm được:
A = 0.006
B = -0.2
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

20119
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

Suy ra phương trình lọc với áp suất không đổi là: P = 0.006. – 0.2
Tương tự, với tốc độ lọc là 0.01 (m
3
/s). ta có đồ thị và phương trình lọc:

Đồ thị Quan hệ biến thiên áp suất theo thời gian ở tốc độ 0.01 (m
3
/s)

Bơm là loại thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp, dùng để
vận chuyển chất lỏng chuyển động trong ống. Bơm là loại thiết bị chính cung cấp năng
lượng cho chất lỏng để thắng trở lực trong đường ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên
độ cao nào đó, tạo lưu lượng chảy trong thiết bị công nghệ…. Năng lượng của bơm được
lấy từ các nguồn động lực khác nhau .
b. Phân loại bơm
Theo nguyên lý họat động, bơm chất lỏng được chia làm 3 nhóm chính như sau:
o Bơm thể tích: Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích
của không gian làm việc trong bơm. Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay
đổi, sẽ cung cấp năng lượng cho chất lỏng
Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do:
- Chuyển động tịnh tiến (bơm pittông)
- Chuyển động quay (bơm roto)
o Bơm động lực: Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động quay
tròn của các bơm , khi đó động năng của cánh quạt sẽ truyền vào chất lỏng tạo năng lượng
cho dòng chảy.
Năng lượng của cánh quạt truyền vào chất lỏng có thể dưới dạng:
- Lực ly tâm (bơm ly tâm)
- Lực đẩy của cánh quạt (bơm hướng trục)
- Lực ma sát: bơm xoáy lốc
o Bơm khí động: Việc hút và đẩy chất lỏng được thực hiện nhờ sự thay đổi áp
suất của dòng khí chuyển động trong bơm và tạo năng lượng cho dòng chảy
- Bơm ejector: Việc thay đổi áp suất dòng khí sẽ tạo ra lực lôi cuốn chất lỏng
chuyển động cùng dòng khí
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201111


12


:cột áp thủy tĩnh, m.
P
1
: áp suất đầu vào, Pa
P
2
: áp suất đầu ra, Pa
g
VV
H
V
2
2
1
2
2


: năng lượng để khắc phục động năng giữa ống đẩy và ống hút, m.
V
1
: vận tốc vào của dòng lưu chất, m/s.
V
2
: vận tốc ra của dòng lưu chất, m/s.
H

2 tn
N


, kW
Trong đó: n: số vòng quay của bơm, vòng/phút
t: momen xoắn của động cơ, Nm
3. Bơm ly tâm
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201112
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

a. Cấu tạo và nguyên lý họat động
Cấu tạo: Bơm ly tâm bao gồm vỏ bơm 3, bánh guồng trên đó có các cánh hướng
dòng. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động 1,ống hút 4 và ống đẩy 2
Nguyên lý hoạt động: Khi bánh guồng quay dưới tác dụng của lực ly tâm chất
lỏng trong bánh guồng sẽ chuyển động theo cánh hướng dòng từ tâm bánh guồng ra mép
bánh guồng và theo vỏ bơm ra ngòai. Vỏ bơm được cấu tạo theo hình xoắn ốc có tiết diện
lớn dần có tác dụng làm giảm bớt vận tốc dòng chảy và tăng áp lực dòng chảy. Khi chất
lỏng trong bánh guồng chuyển động ra ngòai dưới tác dụng của lực ly tâm, sẻ tạo ra áp
suất chân không tại tâm bánh guồng, do có sự chênh lệch áp suất ở bên ngòai và tâm bánh
guồng chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào bánh guồng, tạo thành dòng chất lỏng
chuyển động liên tục trong bơm.
- Ưu điểm: Bơm ly tâm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống vì
có nhiều ưu điểm như lưu lượng đề, gọn nhẹ, tốc độ quay lớn nên có thể trực tiếp nối với
động cơ, đơn giản ít chi tiết, lưu lượng lớn .

I
nhưng nhỏ hơn 2 Q
I
.
Như vậy ta thấy cách ghép song song càng bất lợi khi trở lực đường ống càng lớn.
Do đó cách ghép song song chỉ nên áp dụng đối với các mạng ống đơn giản (trở lực nhỏ)
lúc đó đường đặc tuyến mạng ống là đường nét đứt thì năng suất Q
I-II
sẽ tăng lên.
5. Ghép bơm nối tiếp
Ghép bơm nối tiếp khi cần giữ nguyên lưu lượng và tăng cột áp. Trong trường hợp
này năng suất chung của bơm giống như năng suất từng bơm còn áp suất thì tăng gấp đôi
bằng tổng áp suất từng bơm tạo ra. Đặc tuyến bơm khi ghép nối tiếp

Kết hợp đặc tuyến 2 bơm mắc nối tiếp với đặc tuyến mạng ống trên cùng đồ thị, ta
thấy:
Điểm B là điểm làm việc của từng bơm riêng lẽ ứng với cột áp H
1
và lưu lượng Q
1

Điểm A là điểm làm việc khi bơm mắc nối tiếp ứng với cột áp H và lưu lượng Q.
Thực tế khi ghép bơm nối tiếp thì lưu lượng cũng tăng từ Q
1
lên Q tuy nhiên không
đáng kế và cột áp tăng từ H
1

đối với dòng điện 60Hz.
a. Vận hành 1 bơm đơn
- Đóng van ra của bơm 2 ( van 15), mở van ra của bơm 1( van 14).
- Chọn chế độ chạy 1 bơm (single) trong phần mềm.
- Chọn biểu tượng “GO” để đầu cảm biến nhận tín hiệu và hiển thị lên bảng kết quả
của phần mềm.
- Điều chỉnh tỉ lệ van số 2 (thay đổi lưu lượng) . Tương ứng với từng khẩu độ van
khác nhau ta chọn biểu tượng “GO” để ghi nhận kết quả tương ứng
- Sau khi làm xong thì chúng ta đưa van số 2 về trạng thái mở hoàn toàn.
b. Vận hành hệ thống ghép bơm nối tiếp
- Chọn biểu tượng “new” để tạo bản kết quả mới, rồi đổi tên thành “Nối tiếp”.
- Chọn chế độ “series” trong phần mềm.
- Mở van 15, đóng van 14 rồi đợi vài phút (5 phút) để cho bọt khí ra khỏi hệ thống.
- Chọn biểu tượng “GO” để đầu cảm biến nhận tín hiệu và hiển thị lên bảng kết quả
của phần mềm.
- Đóng dần dần van 2 , rồi chọn biểu tượng “GO” để cảm biến đọc tương ứng với
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201115
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

từng khẩu độ van khác nhau.
- Sau khi làm xong thì mở van 2 ra hoàn toàn.
TN 3: Điều chỉnh lưu lượng bằng cách mở từ từ van hút và tăng từ từ tốc độ
quay của bánh guồng 1.
Thực hiện tương tự TN 2. Nhưng có thay đổi là: Mở dần dần van 2 , rồi chọn biểu
tượng “GO” để cảm biến đọc tương ứng với từng khẩu độ van khác nhau.

H: Cột áp toàn phần của bơm, (m).
 : Khối lượng riêng của chất lỏng, (kg/m
3
). Trong thí nghiệm này ta
dùng chất lỏng là nước, và 

 

.
g : Gia tốc trọng trường bằng 9.81 (m/s).

Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201116
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

 Tính P
m
: Công thức tính như sau:


    , (W)
Trong đó; n: Số vòng quay của bơm, vòng/phút. Trong bài thí nghiệm này, hai chế
độ bơm quay là ở 1440 (vòng/phút) và 1764 (vòng/phút).

 Tính P
h

STT
Tốc độ bơm
(Tỉ lệ %)
Áp suất hút
P
h
, (kPa)
Áp suất đẩy
P
d
, (kPa)
Lưu lượng
Q , (l/s)
1
80%
1.00
0.90
0.25
2
80%
-1.80
0.00
0.00
3
80%
-0.50
0.60
0.00
4
80%

TN 2: Điều chỉnh lưu lượng bằng cách đóng từ từ van hút và giảm từ từ tốc độ
quay của bánh guồng 1.

Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201117
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

Tốc độ bơm 98%
STT
Chế độ tốc
độ bơm
Áp suất
hút P
h

(kPa)
Áp suất
đẩy bơm 1
P
1d
, (kPa)
Áp suất
đẩy bơm 2,
P
2d
, (kPa)

10.90
1.11
6
98%
-21.00
0.00
2.70
0.49
7
98%
-26.30
0.00
0.70
0.00

Tốc độ bơm 96%
STT
Chế độ tốc
độ bơm
Áp suất hút
P
h
(kPa)
Áp suất
đẩy bơm 1
P
1d
, (kPa)
Áp suất
đẩy bơm 2,

96%
-1.10
0.00
13.40
1.30
6
96%
-2.20
0.00
12.60
1.24
7
96%
-7.30
0.00
10.20
1.11
8
96%
-12.30
0.00
8.00
0.94
9
96%
-22.80
0.00
2.10
0.30


1
80%
-24.00
0.00
1.50
0.13
2
80%
-21.00
0.00
1.60
0.25
3
80%
-18.60
0.00
4.00
0.62
4
80%
-16.20
0.00
5.50
0.77
5
80%
-16.00
0.00
5.30
0.77

độ bơm
Áp suất
hút P
h

(kPa)
Áp suất
đẩy bơm 1
P
1d
, (kPa)
Áp suất
đẩy bơm 2,
P
2d
, (kPa)
Lưu lượng
Q (l/s)
1
98%
0.4
3.8
13.2
1.301
2
98%
0.4
3.6
13.5
1.244

8
98%
-10.4
0
7.6
0.32
9
98%
-14.8
0
5.3
0.02

TN 5: Điều chỉnh lưu lượng bằng cách mở từ từ van hút và tăng từ từ tốc độ
quay của bánh guồng 1.
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201119
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

STT
Chế độ tốc
độ bơm
Áp suất
hút P
h


0.21
4
80%
-10.20
0.00
8.00
0.40
5
80%
-4.90
0.00
9.60
0.68
6
80%
-3.20
0.00
11.00
0.75
7
80%
-3.00
0.00
11.80
0.85
8
80%
-1.30
0.00
11.50

2
0.000000
1.872E-05
3165.12
52.752
0
3
0.000000
1.144E-05
1175.62
19.5936
0
4
0.000037
9.38E-06
994.75
16.5792
0.003355534
5
0.000057
7.331E-06
1175.62
19.5936
0.003418608
6
0.000133
5.486E-06
1085.18
18.0864
0.00646713

P
m
(W)
N (W)
E (%)
1
0.00134
0.0001044
664.68
11.07792
2.025020516
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201120
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

2
0.00132
9.384E-05
664.68
11.07792

0.0000

c. Hệ 2 bơm ghép song song
TN 3:
STT
Q (m
3
/s)
H
tp
(mH
2
O)
P
m
(W)
N (W)
E (%)
1
0.000133
0.0026599
994.75
16.5792
3.42040177

7
0.001131
0.0026728
1718.21
28.6368
16.92088518
8
0.001207
0.0026757
1627.78
27.1296
19.08174942
9
0.001283
0.0026788
1718.21
28.6368
19.23781677 TN 4:
STT
Q (m
3
/s)
H
tp
(mH
2
O)

0.001207
0.0001136
271.30
4.5216
4.862315473
5
0.001131
0.0001144
271.30
4.5216
4.586187374
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201121
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn

6
0.000887
0.0001121
452.16
7.536
2.114855176
7
0.000604
0.0001146
633.02
10.5504
1
0.0000
0.0001922
1085.18
18.0864
0.0000
2
0.000057
0.0001747
1627.78
27.1296
0.05884653
3
0.000207
0.0001671
4521.60
75.36
0.07355527
4
0.000396
0.0001502
1718.21
28.6368
0.332924919
5

3. Vẽ đồ thị Đồ thị cho TN 2:
Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

201122
GVHD: Th.S Cao Thanh Nhàn Đồ thị Mối quan hệ giữa cột áp và lưu lượng
Đồ thị Mối quan hệ giữa Công suất và lưu lượng
0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
0.00025
0.0003
0 0.0005 0.001 0.0015
Q
H
H-Q
Series1

1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003
Q
E
E - Q
Series1
0.00265
0.002655
0.00266
0.002665
0.00267
0.002675
0.00268
0.002685
0 0.0005 0.001 0.0015
H
Q
H - Q
Series1