Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ Crôm để mạ trục vít và xilanh máy ép dầu

m đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và ch−a từng đ−ợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ4 đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Ngô Thị Hiền Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 2 Lời cảm ơn Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Nh− Khuyên là ng−ời thầy trực tiếp h−ớng dẫn, đ4 tận tình giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Thiết bị Bảo quản và Chế biến Nông sản, khoa Cơ Điện, khoa Sau đại học , Công ty cổ phần Việt Xô- Hải Phòng đ4 tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài này. Nhân dịp này tôi cũng muốn bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè đ4 giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện để tài. Tôi xin chân thành cảm ơn! Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 3 Mục lục Lời cam đoan .....................................................................................................i Lơi cảm ơn ...................................................................................................... .ii Mục lục............................................................................................................ iii Danh mục các từ viết tắt..................................................................................vii Lời mở đầu......................................................................................................... 0 Ch−ơng I Tổng quan nghiên cứu ....................................................................... 9 1.1. nguyên liệu để sản xuất agar.......................................................................... 9 1.1.1. Nguyên liệu rau câu................................................................................. 9 1.1.2. Đặc điểm và công dụng của agar .......................................................... 11 1.2. Quy trình sản xuất Agar ........................................................................... 14 1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy lọc Agar ở trong và ngoài n−ớc 17 1.3.1. Máy lọc khung ép.................................................................................. 18 1.3.2. Máy ly tâm lọc thẳng đứng.................................................................... 19 1.3.3. Máy ly tâm nằm ngang tháo b4 bằng dao ............................................. 19 1.3.4. Máy ly tâm lắng lọc nằm ngang tháo b4 bằng vít xoắn ........................ 21 1.3.5. Máy lọc ly tâm liên tục SCG ................................................................. 22 1.3.6. Máy ly tâm đẩy b4 bằng pittông............................................................ 23 1.4. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................... 25 1.4.1. Mục đích nghiên cứu............................................................................. 25 1.4.2. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................ 25 Ch−ơng 2. Đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu .......................................... 26 2.1. Đối t−ợng nghiên cứu ............................................................................... 26 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 28 2.2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu lý thuyết ........................................................... 28 2.2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................................................... 28 2.2.3. Ph−ơng pháp đo đạc các số liệu thí nghiệm .......................................... 28 2.2.4. Ph−ơng pháp xử lý số và gia công số liệu ............................................. 30 Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 4 Ch−ơng 3. Cơ sở lý thuyết của quá trình lọc ................................................... 33 3.1. Vận tốc lọc và các yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc .............................. 33 3.1.1. Vận tốc lọc và các yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc ........................... 33 3.1.2. Ph−ơng trình lọc .................................................................................... 36 Ch−ơng 4. Xác định một số thông số của máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm ......................................................................................................................... 40 4.1. Quy luật thay đổi áp suất trong buồng lọc ............................................... 40 4.1.1. áp suất chất lỏng trong rôto máy ly tâm............................................... 40 4.1.2. áp suất chất lỏng theo ph−ơng vuông góc với bề mặt vật lọc............... 42 4.1.3. áp suất chất lỏng theo ph−ơng bề mặt vật lọc. ..................................... 42 4.2. Chuyển động của b4 trên cánh vít ............................................................ 43 4.2.1. Phân tích điều kiện làm việc.................................................................. 43 4.2.2. Điều kiện tr−ợt của b4 trên cánh vít ...................................................... 44 4.2.3. Các lực tác động lên khối b4 ................................................................. 46 4.2.5. Hệ ph−ơng trình động lực học của khối b4 .......................................... 52 4.3. Chi phí năng l−ợng cho máy lọc agar....................................................... 55 4.4. Khảo sát ảnh h−ởng của một số yếu tố đến áp suất lọc............................ 57 4.4.1. Các yếu tố ảnh h−ởng tới áp suât vuông góc bề mặt lọc ....................... 57 4.4.2. Các yếu tố ảnh h−ởng tới áp suất dọc theo ph−ơng bề mặt vật lọc ....... 61 Ch−ơng 5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm................................................... 65 5.1. vật liệu và dụng cụ thí nghiệm ................................................................. 65 5.1.1. Vật liệu và điều kiện thí nghiệm ........................................................... 65 5.1.2. Dụng cụ thí nghiệm. .............................................................................. 65 5.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm.............................................................. 65 5.2.1. ảnh h−ởng của tốc độ quay rô to x1 (vg/ph) .......................................... 65 5.2.2. ảnh h−ởng của l−ợng chất lỏng cung cấp x2 (lít/h)............................... 71 Kết luận và đề nghị.......................................................................................... 76 1. Kết luận ....................................................................................................... 76 Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 5 2. Đề nghị ........................................................................................................ 76 Tài liệu tham khảo........................................................................................... 77 Phụ lục ............................................................................................................. 79 Phụ lục 1 .......................................................................................................... 79 Phụ lục 2 .......................................................................................................... 80 Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 6 Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu Chữ viết tắt Nghĩa đầy đủ % Phần trăm Mm Milimet FAO Tổ chức nông l−ơng liên hợp quốc s Giây kg Kilogam m Mét m2 Mét vuông m3 Mét khối h Giờ ph Phút vg Vòng NXB Nhà xuất bản STT Số thứ tự Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 7 Lời mở đầu Từ x−a tới nay nhân dân ta đ4 biết sử dụng rau câu chỉ vàng để chế biến thức ăn, nh−ng ngày nay với sự nâng cao hiểu biết về khoa học kỹ thuật ng−ời ta đ4 biết thêm đ−ợc rất nhiều công dụng của nó, một trong những công dụng đó có một công dụng rất quan trọng đó là chế biến ra agar. Agar là một chất keo háo n−ớc, nó có rất nhiều công dụng và đ−ợc sử dụng rộng r4i trong các ngành nh−: trong công nghệ thực phẩm, trong ngành công nghiệp dệt, trong ngành công nghệ sinh học, trong ngành y… Hiện nay agar là sản phẩm không thể thiếu và hầu nh− là rất khó thay thế trong các ngành công nghiệp. Hiện nay trong n−ớc cũng có nhiều cơ sở sản xuất agar, tuy nhiên sản l−ợng sản xuất hàng năm vẫn ch−a đáp ứng đ−ợc nhu cầu tiêu thụ trong n−ớc, nhất là nguồn agar chất l−ợng cao vì trong n−ớc ch−a có một quy trình công nghệ tiên tiến nên hiện nay n−ớc ta vẫn phải nhập agar từ n−ớc ngoài. Trong khi đó nguồn nguyên liệu rau câu chỉ vàng ở n−ớc ta rất dồi dào, tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc phát triển ngành sản suất agar. Trong qui trình công nghệ sản xuất agar thì khâu lọc là khâu quan trọng nhất, ảnh h−ởng trực tiếp đến năng suất và chất l−ợng của agar. Hỗn hợp nguyên liệu tr−ớc khi lọc ở dạng dung dịch, trong đó thành phần chính là rau câu sau khi đ−ợc xử lý kiềm và axit sẽ tan trong n−ớc khi đun sôi trong nồi nấu ở áp suất th−ờng. Do dung dịch agar có đặc điểm là đông đặc ở nhiệt độ nhỏ hơn 400C, nên việc lọc nhanh dung dịch agar ngay sau khi đ−a ra khỏi nồi nấu là nhu cầu cần thiết để nâng cao năng suất và chất l−ợng sản phẩm. ở Việt Nam, hiện nay chỉ có một số Công ty liên doanh với n−ớc ngoài hoặc đ−ợc Nhà n−ớc hỗ trợ vốn mới đ−ợc trang bị máy lọc agar. Còn lại phần lớn các cơ sở sản xuất vẫn sử dụng các hệ thống lọc thủ công nên năng suất và chất l−ợng agar rất thấp. Rất nhiều doanh nghiệp muốn đổi mới công nghệ và hệ thống thiết bị lọc nh−ng do giá Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 8 thành thiết bị rất cao, nên không chấp nhận đ−ợc. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy lọc agar với chất l−ợng tốt, giá thành hạ phù hợp với khả năng đầu t− vốn của các cơ sở sản xuất trong n−ớc là vấn đề rất cấp thiết. Đ−ợc sự cho phép của khoa Sau Đại học và khoa Cơ Điện Tr−ờng Đại Học Nông Nghiệp I, d−ới sự h−ớng dẫn của PGS. TS. Trần Nh− Khuyên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số thông số cơ bản của hệ thống thiết bị lọc Agar theo ph−ơng pháp ly tâm”. Đề tài gồm có 3 phần: Phần 1: Mở đầu Phần 2: Nội dung đề tài Ch−ơng 1: Tổng quan nghiên cứu Ch−ơng 2: Đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu Ch−ơng 3: Cơ sở lý thuyết của quá trình lọc Ch−ơng 4: Xác định một số thông số của máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm Ch−ơng 5: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm Phần 3: Kết luận và đề nghị. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 9 Ch−ơng I Tổng quan nghiên cứu 1.1. nguyên liệu để sản xuất agar Nguyên liệu để sản xuất agar là các loại rong biển, trong đó loại rong biển đ−ợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay là rau câu chỉ vàng. 1.1.1. Nguyên liệu rau câu Rau câu là một loại tảo, nó sinh sống trong các ao đầm n−ớc lợ, trong eo vịnh biển nông và trên các b4i triều của hầu hết các tỉnh ven biển, phổ biến là ven biển các tỉnh Miền Bắc và Miền Trung. ở một số vùng rau câu hầu nh− phát triển quanh năm. Sinh l−ợng tự nhiên có khi tới 500 ữ 1000 (g/m2). Rau câu chỉ vàng có tên khoa học là Glacilaria asiatica, tên Tiếng Anh là Seaweed. Đây là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Agar, một loại Agar có giá trị kinh tế cao. ở Việt Nam rau câu chỉ vàng có nhiều ở: Móng Cái, Cẩm Phả, Hoành Bồ (Quảng Ninh), An Hải, Đồ Sơn (Hải Phòng), Hải Hậu (Nam Định), Quảng X−ơng, Hoằng Hoá (Thanh Hoá), Sông Gianh...[3], [14]. a) Đặc điểm cấu tạo Rau câu thuộc loài cây sống một năm, khi phơi khô có màu vàng, thân có hình trụ tròn hay phiến dẹt. Rau mọc thành từng chùm hoặc từng cây đơn độc, phần cuối gốc có bàn bám hình đĩa tròn để bám vào đá, vỏ ốc… Chất rau mềm, dai hoặc cứng, dòn dễ g4y. Cấu tạo bên trong của thân rau có thể chia làm hai phần rõ rệt: tầng lõi và tầng da (hình 1.1) [5], [15]. - Tầng da: Ngoài cùng là màng keo trong suốt bao quanh cơ thể, rồi đến tầng da, tầng da chia làm hai phần: da ngoài và da trong. Da ngoài: có từ 4-6 lớp tế bào nhỏ vách dày, hình hơi tròn, sắp xếp khít nhau, chứa sắc tố, đây là tầng đồng hoá chủ yếu của cơ thể. Da trong: có từ 1-2 lớp tế bào hình đa giác, Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 10 vách hơi dày, sắp xếp khít nhau, có ít sắc tố, trong tế báo chứa hạt vật chất. - Tầng lõi: Có một hàng tế bào trụ tròn nối tiếp nhau từ ngọn tới gốc gọi là tế bào trung trụ. Bao quanh là 4-5 hàng tế bào đa giác hoặc hơi tròn lớn dần từ ngoài vào trong gọi là tế bào vây trụ. Tầng da Tầng lõi Hình 1.1. Mặt cắt ngang thân rau câu b) Thành phần hoá học Thành phần của rau câu gồm có n−ớc và chất khô, trong đó n−ớc là thành phần có hàm l−ợng cao nhất, chiếm từ 87ữ94% trọng l−ợng, còn lại là chất khô chiếm từ 6ữ13% trọng l−ợng. Trong thành phần của chất khô chủ yếu là agar, ngoài ra còn có các chất nh− protein, khoáng… Thành phần của các chất này thay đổi tuỳ theo từng vùng và từng thời điểm thu hoạch. Nh− đối với loài rau câu chỉ vàng ở vùng Hải Phòng thì hàm l−ợng agar chiếm tới 25ữ40%, protein có hàm l−ợng từ 7ữ13%, còn chất khoáng có hàm l−ợng từ 15ữ25%. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 11 1.1.2. Đặc điểm và công dụng của agar a/ Đặc điểm của Agar Agar là một polysaccarit có trọng l−ợng phân tử lớn đ−ợc chiết rút từ rong câu. Theo các nhà nghiên cứu Nhật Bản agar gồm có Agaroz (khoảng 30%) và Agaropectin (khoảng 70%) và đ−ợc gọi chung là agar [7]. - Agaroz là một polyosid do hai thứ đ−ờng (galacto piranoz và anhidrogalactoz) dính nhau ở vị trí 1-4 và 1-3. - Trong Agaropectin, có H2SO4, acid glicuromic và acid piruvic, và nhất là galactoz và anhydrogalactoz. Acid sulfuric eter hoá chức r−ợu C6 của đ−ờng ấy. Sức đông của Agaroz lớn hơn Agaropectin. Hàm l−ợng agaroz và Agaropectin thay đổi theo mỗi loài rong, theo môi tr−ờng sống và thời gian sinh tr−ởng của chúng. Chẳng hạn trong rong câu chỉ vàng ở Châu Phi và Achentina có hàm l−ợng agaroz là 80%, còn ở Nhật và Chi Lê chỉ có 40%, vì vậy mà agar ở Châu Phi và Achentina tạo gel chắc với nồng độ 0,3% trong khi của Nhật và Chi Lê tao gel chắc khi nồng độ lớn hơn 1,2%. b) Tính chất của agar Agar có một số tính chất sau: Agar là chất kết tinh không định hình, không màu, hút n−ớc tr−ơng nở, không tan trong n−ớc lạnh và n−ớc ấm. Hoà tan trong n−ớc nóng và khi làm nguội thì đông lại thành khối có tính đàn hồi. Agar khi hoà tan tạo thành dung dịch có độ nhớt cao, có tính keo, nó th−ờng bị kết tủa bởi alacol, axeton và r−ợu Amylic. Agar dễ bị phân huỷ cắt mặt bởi axit và kiềm khi gia nhiệt ở nhiệt độ Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 12 cao làm cho sức đông giảm đi. Sức công phá của một số chất đối với Agar đ−ợc sắp xếp theo thứ tự: Phèn chua> HNO3>H2SO4> Oxalic> HCL> Kiềm. Sức đông của Agar phụ thuộc vào hàm l−ợng gốc (-SO3), nếu (-SO3) trong phân tử lớn thì sức đông giảm. Khi l−ợng (-SO3) tăng đến 4% thì Agar hoàn toàn mất khả năng đông đặc. Gel Agar có tính thuận nghịch nhiệt và đàn hồi cũng nh− gel Polysaccarit khác, liên kết tham gia chủ yếu tạo gel là liên kết hydro. Nồng độ càng cao thì bán kính lỗ sàng càng nhỏ, lỗ gel càng lớn thì hiệu quả lọc càng thấp. Khi làm khô gel sẽ tạo ra màng trong suốt, bền cơ học, có thể bảo quản lâu dài mà không bị hỏng. Agar có chứa một số gốc điện tích âm (gốc sunfat và gốc cacbonyl) nên gel Agar cũng có tính chất trao đổi ion. Nh−ng khả năng này thấp, vì nồng độ Agar sản xuất th−ờng chỉ vào khoảng 1%. Vì thế trong điện ly ng−ời ta dùng Agaroz làm chất mang điện tốt hơn là Agar và Agaroz chứa gốc sunfat. Có thể khử gốc sunfat khỏi Agaroz và Agar bằng cách xử lý với NaHBH4 trong môi tr−ờng kiềm nhẹ (khi đó gốc sunfat bị thuỷ phân), sau đó rửa bằng n−ớc cất. Agar tồn tại trong rong nguyên liệu ở trạng thái Polyme phức tạp hơn rất nhhiều so với Agar ở dạng chế phẩm tinh khiết. c) Công dụng của Agar Do có sự chênh lệch giữa nhiệt độ đóng băng (400C) và nhiệt độ đông (800C) lớn nên agar là một chất đ−ợc sử dụng rất quan trọng trong ngành vi sinh học, sinh học và thực phẩm. Từ lâu agar đ4 đ−ợc sử dụng rộng r4i trong nhiều ngành của nền kinh tế quốc dân, trong văn hoá mỹ thuật và trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật…[7]. Trong y học: Agar đ−ợc sử dụng làm môi tr−ờng nuôi cấy vi trùng, Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 13 giám định đặc tính vi khuẩn. Kết hợp để chế thuốc nhuận tràng, chế các loại thuốc viên, thuốc cao. Làm vỏ bọc thuốc khó uống, làm khuôn răng, mắt giả, thuốc đông máu, chỉ khâu vá trong phẫu thuật ngoại khoa, làm chất nhũ hoá trong công nghệ làm dầu cá, làm thuốc chống đau khớp… Trong công nghệ thực phẩm: Agar đ−ợc dùng với mục đích keo hoá, tạo nhũ, ổn định nhũ t−ơng… Trong thực phẩm ng−ời ta coi agar nh− là một phụ gia, chỉ cần nồng độ 1% là tối đa vì tại nồng độ đó đ4 tạo cho agar một sức đông khá cao, khống chế độ nhớt hoặc làm ổn định thực phẩm. Theo các chuyên gia FAO sự đồng hoá agar trong cơ thể con ng−ời không dễ dàng, agar đ−ợc tiêu hoá trong cơ thể con ng−ời không hoàn toàn, l−ợng calo cung cấp có thể rất nhỏ vì vậy agar đ−ợc dùng nh− các món ăn kiêng đặc biệt. Các công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ polysaccarid trong agar đ−ợc đồng hoá là rất nhỏ chiếm tỷ lệ thấp, vì vậy giá trị dinh d−ỡng của agar trong thực phẩm là không đáng kể. Sau đây là một số công dụng của agar trong thực phẩm: - Agar đ−ợc dùng để sản xuất mứt, kẹo. Trong sản xuất mứt −ớt agar đ−ợc dùng làm chất ổn định hóa và định hình nh−: trong sôcôla, salat quả, n−ớc sốt kem… mục đích tạo nhũ và ngăn ngừa sự mất n−ớc. - Trong công nghiệp thịt và đặc biệt là sản xuất xúc xích, dùng agar cho phép giảm l−ợng chất béo, cholesterol và đảm bảo cho độ đông kết của xúc xích. - Agar có tác dụng quan trọng nh− làm dung dịch ổn định, tránh lắng cặn trong nhà máy đồ hộp, dùng để lọc trong chế biến r−ợu, làm tr−ơng xốp bánh mì, làm giấy bọc bánh kẹo. Ngoài ra còn làm món ăn, giải khát rất ngon mà hiện nay rất phổ biến trên thị tr−ờng Việt Nam. Trong công nghiệp dệt và hoá chất: Dùng Agar làm keo hồ tơ lụa, vải sợi. Làm sơn n−ớc thay cho keo x−ơng dùng trong phim ảnh. Agar còn dùng làm chất cách điện, dùng làm chất cầm màu trong kỹ nghệ in hoa, đ−ợc dùng Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 14 trong kỹ nghệ sản xuất giấy và thuộc da, dùng trong nghiên cứu hoá học các chất dẻo, pha chế thuốc đánh răng. Trong nông nghiệp: Agar đ−ợc sử dụng để làm môi tr−ờng chế phân vi sinh. (1 kg agar có thể chế đ−ợc một l−ợng phân vi sinh đủ bón cho 1 ha lúa) hoặc làm môi tr−ờng chọn giống cho các loại rong đơn bào kinh tế nh− Rong cầu (Chlorella), Rong dẹp (Platymonas)… Ngoài ra agar cũng đ−ợc dùng trong điêu khắc, khảo cổ và trong những công việc khác đòi hỏi phải tái tạo hình mẫu cực kỳ chính xác và hoàn hảo. Agar còn đ−ợc dùng để sản xuất thức ăn nuôi côn trùng trong các giai đoạn ấu trùng của chúng. Trong nhiều năm trở lại đây ng−ời ta còn dùng agar để nuôi phong lan. Agar mang lại giá trị kinh tế rất lớn , nó có rất nhiều công dụng nh− vậy. Vì thế nhu cầu về agar hàng năm là t−ơng đối cao, nhất là những n−ớc có nền kinh tế phát triển [19], [20]. ở Việt Nam ngành sản xuất agar còn là một ngành mới. Nh−ng với thế mạnh, tiềm năng sẵn có thì n−ớc ta đang khuyến khích đẩy mạnh công tác nghiên cứu, sản xuất chế biến agar nhằm đ−a ngành chế biến agar thành một ngành kinh tế mạnh. Đây là một ngành có tiềm năng rất lớn để góp phần vào sự phát triển của cả nền kinh tế quốc dân. 1.2. quy trình sản xuất Agar a) Sơ đồ qui trình công nghệ Hiện nay ở trong và ngoài n−ớc, việc sản xuất agar đ−ợc th−c hiện theo quy trình công nghệ đ−ợc thể hiện trên sơ đồ hình 1.2 [16], [6]. b) Các khâu chính trong qui trình công nghệ Quy trình công nghệ sản xuất agar bao gồm các khâu chính nh− sau: Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 15 - Làm sạch sơ bộ: rau nguyên liệu thu mua ở các cơ sở về đ−ợc rửa sạch bùn đất bằng n−ớc sạch. Sau đó vớt ra để khô. Agar (bột, trắng, Làm sạch sơ bộ (rửa sạch bùn đất 1) Sử lý kiềm t0C (90+2)/t (1-1.5h) NaOH (3-4%) Rửa Xử lý axit T = 30 phút Axit citric và axit sunfuric Rửa sạch axít Nấu chiết rong câu Axít axetíc Lọc trong N−ớc thạch Làm nguội thạch B4 rong câu ép b4 B4 kiệt Cắt nhỏ thạch ép thạch (loại bớt n−ớc) Lạnh đông (rút kiệt n−ớc) Tan giá Phơi, sấy khô Nghiền thành bột Đóng gói Nguyên liệu (Rong câu chỉ vàng) Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 16 Hình 1.2.Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất agar - Xử lý kiềm: rau đ4 rửa sơ bộ đ−a đi sử lý kiềm (th−ờng là NaOH 3- 4% ở nhiệt độ 90 + 20 C trong 1-1,5 h). Công đoạn sử lý NaOH có tác dụng tách đ−ợc gốc sunfat, khử đ−ợc Prôtêin và lipit. - Rửa kiềm: sau khi sử lý kiềm rau đ−ợc đ−a đi rửa bằng n−ớc sạch. Đầu tiên vớt rong ra cho chay bớt kiềm sau đó cho vào thùng khuấy đảo và thay n−ớc liên tục. - Xử lý axit: xử lý axit (axit citric và axit sunfuric), cho rau câu vào trộn đều và ngâm trong thời gian 30 phút. - Rửa axit: tr−ớc khi đ−a vào nấu chiết phải rửa sạch axit. Rửa bằng n−ớc máy 3-4 lần. - Nấu chiết: Trong quá trình nấu chiết rau câu có sự hỗ trợ của axit axêtic. Thời gian nấu từ 2-3 h. - Lọc trong: phần dung dịch tan đ−ợc đ−a vào lọc để thu phần n−ớc thạch. Cần phải lọc thạch ở nhiệt độ 85- 900C. Phần b4 thu đ−ợc từ công đoạn nấu chiết cộng với phần b4 trong quá trình lọc đ−ợc đ−a đi ép để lấy phần n−ớc thạch còn sót trong b4. Phần b4 kiệt bỏ đi. - Làm nguội: phần n−ớc thạch thu đ−ợc sẽ đ−a đi làm nguội. - Cắt nhỏ thạch và ép thạch: thạch sau khi đ−ợc làm nguội sẽ đ−ợc cắt nhỏ thành những sợi nhỏ. Những sợi thạch nhỏ đ−ợc cho vào các bao vải, đem đi ép để loại bớt n−ớc. - Lạnh đông, tan giá và phơi sấy: thạch sau đó đ−ợc làm lạnh để rút kiệt n−ớc còn lại trong thạch. Thạch rút kiệt n−ớc đ−ợc đem đi làm tan băng, sau đó phơi sấy kết hợp để làm khô hoàn toàn thạch. - Nghiền nhỏ và đóng gói: thạch khô đ−ợc tiếp tục đem đi nghiền nhỏ thu đ−ợc Agar ở dạng bột mịn, có màu trắng tinh khiết. Agar đ−ợc đóng gói Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 17 thành phẩm. c) Đặc điểm, yêu cầu đối với quá trình lọc Theo quy trình công nghệ trên lọc agar là khâu có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất l−ợng sản phẩm. N−ớc Agar sau khi nấu chiết có nồng độ Agar khoảng 1- 1.2%, nồng độ pha rắn tạp chất chiếm khoảng 10%. Do ở nhiệt độ th−ờng Agar đông thành keo và khi tan trong n−ớc nóng thì dung dịch của nó có độ nhớt cao nên n−ớc triết Agar tr−ớc khi đem đi lọc phải đ−ợc đun nóng tới nhiệt độ lớn hơn 800C để đảm bảo quá trình lọc đ−ợc tốt. Yêu cầu sau khi lọc, n−ớc lọc chỉ còn lại 1,5% pha rắn. 1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy lọc Agar ở trong và ngoài n−ớc Trong công nghiệp hoá chất và thực phẩm nói chung và trong công nghệ sản xuất agar nói riêng lọc đóng vai trò quan trọng, vì qua lọc ng−ời ta có thể phân riêng huyền phù ở bất cứ dạng nào, với nồng độ nào để thành n−ớc trong và b4. Việc phân riêng huyền phù bằng ph−ơng pháp lọc sẽ nhanh hơn và triệt để hơn so với ph−ơng pháp lắng. Đặc biệt với những huyền phù lo4ng có nồng độ pha rắn d−ới 5%, các hạt rắn có kích th−ớc bé hoặc các hạt nhẹ không kết tủa, không có khả năng lắng, hoặc với những dịch lỏng có độ nhớt cao nh− dịch lỏng thu đ−ợc sau khi nấu rong câu thì chỉ có thể sử dụng ph−ơng pháp lọc mới tách đ−ợc. Khâu lọc là khâu không thể thiếu trong quy trình công nghệ sản xuất agar. Vì vậy lọc là quá trình đ4 đ−ợc biết từ lâu, song thời gian đầu ng−ời ta chỉ dùng vách ngăn bằng sợi cát, gốm sứ hoặc vải, và cũng chỉ dùng để lọc r−ợu vang. Nh−ng ngày nay, kỹ thuật lọc đ4 đ−ợc phát triển ở trình độ cao và đ−ợc áp dụng rộng r4i. Đặc biệt ngày nay, do nhu cầu của sản xuất ngày càng phát triển, công Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 18 nghệ lọc đ−ợc áp dụng rộng r4i và đ−ợc kết hợp với nhiều ph−ơng pháp khác để tạo ra những loại máy lọc có năng xuất, hiệu quả làm việc cao hơn rất nhiều, một trong số đó là các loại máy lọc ly tâm. ở các n−ớc phát triển ng−ời ta sử dụng các máy lọc ly tâm trong quy trình công nghệ sản xuất agar là rất phổ biến, nh−ng ở Việt Nam thì vẫn còn sử dụng những máy lọc thủ công đơn giản [9], [10], [18]. 1.3.1. Máy lọc khung ép Đây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo b4 bằng tay, bằng dao, đ−ợc sử dụng trong quy trình công nghệ sản xuất agar của công ty cổ phần Việt Xô. (hình 1.3). a b Hình1.3. Máy lọc khung a) Các khung ép b/ Thùng chứa bao ngoài Máy gồm có các khung ép vào nhau, hai đầu có hai vít để thay đổi khoảng cách giữa các khung, phía d−ới là máng hứng dịch lỏng chảy xuống. Bao bên ngoài là thùng chứa. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 19 - Ưu điểm: Có thể làm việc với tải trọng lớn, l−ợng tải trọng có thể thay đổi. Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, bảo d−ỡng, giá thành hạ. - Nh−ợc điểm: Năng suất thấp, Chất l−ợng sản phâm không cao. B4 có độ ẩm lớn, gây l4ng phí lớn và cần nhiều sức để vận hành. 1.3.2. Máy ly tâm lọc thẳng đứng Đây là loại máy lọc ly tâm thẳng đứng, làm việc theo mẻ (hình 1.4). Loại máy MP315 này đ−ợc sử dụng nhiều trong các nhà máy chế biến thực phẩm, trong các dây truyền chế biến n−ớc sốt cà chua, n−ớc hoa quả chà và agar… - Ưu điểm: Chất l−ợng sản phẩm cao. Có thể lọc đ−ợc nhiều loại sản phẩm khác nhau. - Nh−ợc: Lọc theo mẻ, mỗi mẻ 10l. Chi phí năng l−ợng lớn. Giá thành cao. Không phù hợp với sản xuất ở Việt Nam. Hình 1.4- Máy ly tâm lọc thẳng đứng MP315 1.3.3. Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 20 Máy ly tâm tháo b4 bằng dao tránh không h4m máy khi tháo b4, do đó tiết kiệm đ−ợc thời gian và năng l−ợng (hình 1.5). ở đây b4 đ−ợc cạo nhờ có thanh dao hay thanh gạt. Dao có thể chuyển dịch lên xuống nhờ có bộ phận thuỷ lực. Các giai đoạn nạp liệu, ly tâm và cạo b4 cứ nối tiếp nhau từ giai đoạn nọ đến giai đoạn kia mà không phải ngừng máy. Thời gian từng giai đoạn dài ngắn là do điều chỉnh bộ phận tự động. Nh−ng tổng thời gian cho một chu kỳ ít hơn loại máy ly tâm cạo b4 bằng tay. Thiết bị gồm có thùng (1) lắp trên trục nằm ngang (2), huyền phù theo ống (4) đi vào thùng. Đóng mở thùng nhờ một van đ−ợc điều chỉnh bằng bộ phận tự động thuỷ lực. B4 đ−ợc cạo rơi xuống máng (5) rồi rơi ra ngoài. Hình1.5. Máy ly tâm nằm ngang tháo bG bằng dao 1. rôto; 2. vỏ máy; 3. dao cắt b4; 4. xy lanh thuỷ lực; 5. máng hứng b4; 6. trục máy; 7. ổ đỡ Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 21 - Ưu điểm: Thời gian của một chu lỳ ngắn hơn rất nhiều so với loại tháo b4 bằng tay hoặc trọng lực, năng xuất cao, tiết kiệm đ−ợc năng l−ợng do không phải dừng và mở máy khi tháo b4, quá trình hoàn toàn tự động. - Nh−ợc điểm: Chiều dài của máy bị hạn chế, hở máng tháo, b4 bị nghiền nát, khó thay vải lọc và tiêu hao năng l−ợng cho việc cạo b4 khá lớn. 1.3.4. Máy ly tâm lắng lọc nằm ngang tháo bã bằng vít xoắn Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy ly tâm lắng lọc nằm ngang tháo b4 bằng vít xoắn đ−ợc thể hiện trên Hình 1.6. Hình 1.6. Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bG bằng vít xoắn 1. Hộp giảm tốc vi sai; 2.7. ổ đỡ; 3. rôto ngoài; 4. rôto trong;(vít xoắn); 5. ống dẫn huyền phù; 6. nắp rôto; 8. bánh đai; 9. cửa tháo n−ớc trong; 10. vỏ máy; 11. cửa tháo b4; 12. nắp rôto đồng thời là ngõng trục rỗng. - Nguyên lý hoạt động: 8 Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 22 Huyền phù theo ống nạp liệu (1) đ−ợc đ−a vào nón quay (2) rồi qua các lỗ ở miệng nón vào không gian giữa rôto lắng (3). D−ới tác dụng của lực ly tâm, b4 lắng sát thành trong của rôto (3), đ−ợc vít tải (4) đ−a vào rôto lọc (5). N−ớc trong đ−ợc đẩy ra cửa chảy tràn (9) và đi ra ngoài. Từ rôto lọc, b4 đ−ợc chuyển chỗ liên tục nhờ các cánh dẫn h−ớng (6), n−ớc trong qua các lỗ của thành rôto, nhờ quạt hút (7) đ−a về bộ phận chứa để sử dụng tiếp tục. Quạt (7) có tác dụng làm khô b4. B4 từ rôto lọc đ−ợc đẩy vào quạt (8), ở đây b4 đ−ợc trộn lẫn với không khí nóng có nhiệt độ 100 ữ 1400C đ−ợc sấy khô và theo ống dẫn vào xyclon. Thời gian khử n−ớc và sấy khô trong giai đoạn này khoảng 8 ữ 10(s). 1.3.5. Máy lọc ly tâm liên tục SCG Ta có sơ đồ máy lọc ly tâm liên tục SCG đ−ợc thể hiện trên Hình 1.7: Hình 1.7. Máy lọc ly tâm liên tục SCG Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 23 Máy lọc ly tâm liên tục SCG do công ty Cosimi của Pháp sản xuất, đây là loại máy lọc ly tâm liên tục có công năng suất 200l/h. Chế độ vận hành của máy đ−ợc lập trình tự động để có thể lọc đ−ợc các nguyên liệu khác nhau. Hiện nay má._.y lọc SCG đ−ợc sử dụng rộng r4i trong các nhà máy chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất agar. Tuy nhiên loại máy này có giá thành rất cao nên ch−a phù hơp với khả năng đầu t− của các cơ sở sản xuất agar ở trong n−ớc. 1.3.6. Máy ly tâm đẩy bã bằng pittông Có cấu tạo gồm thùng quay (1), đáy thùng gắn chặt vào trục rỗng (2). Bên trong trục có cán pittông (4), một đầu lắp đĩa (9), một đầu lắp pittông (3)(hình 1.8). Hình 1.8. Máy ly tâm nằm ngang, tháo bG bằng pittông 1. vỏ máy; 2. rôto; 3. nón phân phối huyền phù; 4. ống dẫn huyền phù; Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 24 5. pittông đẩy b4; 6. cửa tháo b4; 7. cửa tháo n−ớc lọc; 8. trục pittông; 9. trục rỗng của rôto; Huyền phù theo đ−ờng ống đi vào chóp nón (5) chảy qua khe giữa chóp và pittông vào thùng quay. Thành thùng có đục lỗ và lót l−ới lọc (6). N−ớc trong qua l−ới lọc, lỗ thùng ra ngoài vỏ (7) rồi theo đ−ờng ống đi ra ngoài. B4 đ−ợc giữ lại trên bề mặt vải lọc bị pittông đẩy ra. Pittông chuyển động qua lại 12-16 lần trong một phút. Thay đổi chiều chuyển động của pittông do bộ phận tự động điều chỉnh bơm răng khía. Mỗi lần chuyển động qua lại của pittông thì b4 bị cạo với chiều dày 40 đến 50 mm. Trên đ−ờng ra, b4 có thể đ−ợc rửa bằng hệ thống phun n−ớc. Loại máy ly tâm cạo b4 bằng pittông có: - Ưu điểm: Làm việc liên tục, b4 ít bị nghiền nhỏ và năng suất cao - Nh−ợc điểm: N−ớc lọc không đ−ợc trong, tiêu hao năng l−ợng lớn. L−ới lọc dễ bị mòn do pittông. Để tăng khả năng lọc và năng suất ng−ời ta cấu tạo máy ly tâm đẩy b4 bằng pittông nhiều tầng. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 25 1.4. mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1.4.1. Mục đích nghiên cứu Xác định một số thông số chính của máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy lọc agar phục vụ cho các cơ sở sản xuất agar ở trong n−ớc. 1.4.2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu đặc diểm cấu tạo và tính chất lý hoá của nguyên liệu sản xuất agar; - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình lọc agar; - Xác định các thông số cơ bản của quá trình lọc agaz theo ph−ơng pháp ly tâm; - Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh h−ởng của một số thông số đến quá trình lọc. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 26 ch−ơng 2 đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu 2.1. đối t−ợng nghiên cứu Nghiên cứu các thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của máy lọc agar có năng suất 200l/h phục vụ cho các cơ sở sản xuất agar phù hợp với quy mô vừa và nhỏ của các cơ sở chế biến agar ở n−ớc ta hiện nay. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm (ký hiệu: LAG- 1) đ−ợc thể hiện trên Hình 2.1. Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy lọc agar LAG- 1. 1- phễu cấp liệu; 2 - nắp; 3 - thùng đựng n−ớc thạch; 4 – cửa thoát n−ớc thạch; 5- cửa thoát b4; 6- trục ngoài; 7- mặt bích đỡ; 8- bánh đai; 9- bu long; 10 - trục trong; 11- ổ bi nhỏ; 12- ổ bi lớn; 13- bu lông; 14- cánh gạt b4; 15- nỉa nối; 16- rôto trong; 17- rôto ngoài; 18- khung; 19- điều chỉnh đai; 20- động cơ; 21- bánh đai; 22- dây đai Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 27 Máy cấu tạo gồm hai rô to lồng vào nhau (rôto lớn, rôto nhỏ). Hai trục bị động gắn với hai rôto cũng lồng vào nhau. Trục ngoài rỗng, còn trục trong đặc. Hai rôto nhận chuyển động từ một động cơ. Chúng quay cùng chiều, quanh 1 trục với tốc độ khác nhau. Rôto trong quay chậm hơn rôto ngoài khoảng 2 ữ 3% nhờ tỷ số truyền khác nhau thông qua hệ thống truyền đai. Rôto nhỏ ở trong đ−ợc lắp thêm vít xoắn có tác dụng cạo b4 bám trên bề mặt trong của rôto lớn, đồng thời đẩy lớp b4 đó ra ngoài theo chiều từ trên xuống d−ới. Rôto ngoài có cấu tạo kiểu sàng đục lỗ, gồm 3 lớp. Lớp giữa là lớp vải lọc, 2 lớp bên ngoài là l−ới sàng bằng kim loại. Kích th−ớc lỗ sàng th−ờng rất nhỏ, tuỳ thuộc và tính chất của huyền phù. Rôto đ−ợc chế tạo theo kiểu hình côn và nghiêng so với ph−ơng thẳng đứng một góc17 ữ 230 để đảm bảo cho b4 có thể chuyển động dọc theo thành rôto. Máy có nguyên lý hoạt động nh− sau: Khi cho hỗn hợp huyền phù vào trong máy, thì cả hai rôto nhận đ−ợc truyền động từ động cơ làm nó quay, và nhờ kích th−ớc puly khác nhau mà hai rôto quay với tốc độ khác nhau theo yêu cầu. Hỗn hợp huyền phù trong máy cũng quay và d−ới tác dụng của lực ly tâm n−ớc lọc sẽ tách ra và văng ra ngoài qua thành của rôto lớn. Còn lại b4 sẽ đ−ợc các cánh vít vận chuyển xuống d−ới và ra ngoài. Loại máy này có −u điểm: - Máy làm việc liên tục do b4 đ−ợc tháo ra một cách liê tục nên có năng suất cao, giảm đ−ợc nhiều công lao động. - Thời gian chất lỏng qua máy ngắn nên khắc phục đ−ợc tình trạng đông kết do giảm nhiệt độ. - Lọc theo ph−ơng pháp ly tâm nên máy có khả năng phân ly cao, nên có thể tách đ−ợc pha rắn có kích th−ớc rất nhỏ, nhờ đó độ sạch của n−ớc lọc đ−ợc nâng cao. Tuy nhiên do số vòng quay của rôto cao nên chi phí năng l−ợng có thể Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 28 lớn hơn so với một số máy khác. 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu lý thuyết ứng dụng các kết quả nghiên cứu lý thuyết của Hagen – Poisey để nghiên cứu quá trình lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm. 2.2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm áp dụng ph−ơng pháp thực nghiệm đơn yếu tố để nghiên cứu ảnh h−ởng riêng của những yếu tố vào đến các thông số ra. Nguyên tắc của ph−ơng pháp này là cố định các yếu tố khác và cho một yếu tố biến thiên để xác định ảnh h−ởng của yếu tố đó đến các thông số mục tiêu [17]. Đối với máy lọc agar nghiên cứu, các yếu tố vào đ−ợc lựa chọn nh− sau: - Tốc độ quay của rôto n, x1(vg/ph) - L−ợng cung cấp chất lỏng q, x2(kg/s) Các thông số ra: - Độ sạch sản phẩm δ , y1 (%) - Chi phí điện năng riêng Nr, y2 (kWh/tấn) 2.2.3. Ph−ơng pháp đo đạc các số liệu thí nghiệm a) Ph−ơng pháp xác định độ sạch của sản phẩm. Trong sản phẩm sau khi lọc lấy một l−ợng mẫu có khối l−ợng M, cho lên l−ới lọc tiêu chuẩn (l−ới lọc có hai lớp vải lọc). Sau một thời gian t chất lỏng thoát qua lớp l−ới lọc ta thu đ−ợc lớp b4 trên bề mặt vật lọc. Sau đó ta đem lớp b4 đó đi vắt kiệt và cân xác định đ−ợc khối l−ợng b4 là m. Độ sạch của sản phẩm đ−ợc xác định theo công thức: δ = 100 - α Trong đó: α là độ sót b4 trong n−ớc lọc (%) %100. M m =α Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 29 Trong đó: m- khối l−ợng b4 còn sót M- khối l−ợng mẫu đem phân tích. b) Ph−ơng pháp xác định chi phí điện năng riêng Để xác định chi phí điện năng riêng trong mỗi lần làm thí nghiệm chúng tôi dùng các thiết bị chuyên dụng bao gồm công tơ điện, vôn kế, am pe kế, trong đó vôn kế dùng để kiểm tra điện áp, tính toán công suất và điện năng tiêu thụ để đối chiếu với công tơ điện. Để tăng độ chính xác, trên đĩa công tơ điện chúng tôi chia làm 8 khoảng nhỏ, do hệ số của công tơ là k = 250 v/kwh, cho nên mỗi vạch trên đĩa công tơ điện ứng với một giá trị là 1/2000 kwh. Do vậy mà kết quả đo đ−ợc đảm bảo độ tin cậy. Ph−ơng pháp tiến hành: cho một khối l−ợng nguyên liệu q nhất định vào máy, khi máy làm việc dùng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian lọc t (phút) đồng thời đếm đ−ợc số vạch trên đĩa công tơ là a. Mức tiêu thụ điện năng tính theo công thức: Nr = q2 a (2.1) Hình 2.2. Sơ đồ điện xác định mức tiêu thụ điện năng Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 30 2.2.4. Ph−ơng pháp xử lý số và gia công số liệu a) Ph−ơng pháp xử lý số liệu thí nghiệm Trong nghiên cứu thực nghiệm của máy, các kết quả đo đạc đều là kết quả ngẫu nhiên, trong kỹ thuật nông nghiệp xác suất tin cậy th−ờng dùng trong khoảng 0,7 ữ 0,9, xác suất của dụng cụ đo trong khoảng 0,95 ữ 0,99. Vì vậy để đảm bảo dộ tin cậy thì các thí nghiệm phải đ−ợc lặp lại nhiều lần dể đảm bảo xác suất tin cậy của dụng cụ. Nếu trong quá trình khảo nghiệm khi thấy các số liệu có sai lệch bất th−ờng, chúng tôi phải tiến hành đo lại để đảm bảo độ tin cậy cao. Trong quá trình xử lý số liệu đo đạc, chúng tôi áp dụng các quy tắc của xác suất thống kê toán học sau khi đ4 lặp lại n lần chúng ta nhận đ−ợc các giá trị Xi = (1ữn) [12]. Giá trị trung bình của mỗi lần đo đ−ợc tính theo công thức sau: ∑ = = n 1i iX n 1X (2.2) + Sai số bình ph−ơng trung bình: ( ) 1n XX n 1i 2 ii − − =δ ∑ = (2.3) + Sai số trung bình: n tb δ =δ (2.4) Giá trị độ tin cậy đ−ợc tính theo tiêu chuẩn student với α = 0,05, bậc tự do f = n-1. Khi đó độ tin cậy sẽ là: x = x ± tα.σtb Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 31 Đối với các số liệu nghi ngờ sẽ đ−ợc kiểm tra lại theo tiêu chuẩn 3σ nh− sau: Xnghi ngờ - X >3σ thì loại bỏ. b) Ph−ơng pháp gia công số liệu - Ph−ơng sai yếu tố Ph−ơng sai yếu tố là tổng bình ph−ơng sai lệch ở từng thí nghiệm, giữa các giá trị trung bình tổng thể (y..) với các giá trị trung bình của y ứng với mỗi mức yếu tố xi (gọi là yj) thì: ( )2 12 . 1 k j j j yt y y S k = − = − ∑ (2.5) - Ph−ơng sai thí nghiệm Ph−ơng sai thí nghiệm đ−ợc xác định theo công thức: ( ) kN yy S k j n i ijij tn − − = ∑∑ = = 2 1 12 (2.6) Với N - k = k(n-1) là số bậc tự do Dùng tiêu chuẩn Fisher này để đánh giá tỷ số: 2 tn 2 yt S S F = (2.7) Đối chiếu với trị số Fb (tra bảng tiêu chuẩn Fisher với α = 0,05 và bậc tự do f1 = n-1, f2 = N-k). Nếu F > Fb thì yếu tố có ảnh h−ởng thực sự tới các thông số ra. - Kiểm tra tính thuần nhất của ph−ơng sai Để đánh giá tính thuần nhất của ph−ơng sai ta phải tính ph−ơng sai thí Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 32 nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm ở mỗi mức biến thiên của yếu tố ký hiệu là Sj 2: Sj 2 = ( ) 1 . 1 2 − −∑ = n yy n i jij (2.8) Vì số thí nghiệm lặp lại lớn hơn 2 (n =3) nên có thể áp dụng tiêu chuẩn Cooren [8] để đánh giá xem tỷ số Gk giữa hai ph−ơng sai cực đại Sj 2 max với tổng ph−ơng sai ∑Sj 2 có đảm bảo không v−ợt quá tiêu chuẩn Gb (tra bảng với α =0,05 và f1 = n-1, f2 = N-k). ∑ = = k j j maxj S S G 1 2 2 (2.9) Nếu G < Gb thì các giá trị ph−ơng sai đ−ợc coi là đồng nhất, không ph−ơng sai nào v−ợt quá nhiều so với các ph−ơng sai khác. Với các số liệu thí nghiệm đo đ−ợc của đề tài này chúng tôi đều gia công theo ph−ơng pháp trên. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 33 ch−ơng 3 cơ sở lý thuyết của quá trình lọc 3.1. Vận tốc lọc và các yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc 3.1.1. Vận tốc lọc và các yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc a) Vận tốc lọc Vận tốc lọc là l−ợng n−ớc lọc đi qua một đơn vị diện tích bề mặt lọc trong một đơn vị thời gian và đ−ợc biểu diễn bằng công thức: [1], [10], [13]. v = τ.F dV , m3/m2s (3.1) Để xây dựng công thức tính vận tốc lọc, ta coi n−ớc lọc đi qua các ống mao quản của vách ngăn và b4 có chế độ chảy dòng. Khi đó, l−ợng n−ớc lọc đi qua vật ngăn đ−ợc biểu diễn theo công thức Hagen- Poisey. V= l.. z.F..r.P. à τ∆pi 8 4 , m3 (3.2) Với: V- thể tích n−ớc lọc, m3 r- bán kính mao quản mà n−ớc lọc chảy qua, m z- số mao quản trên 1 m2 bề mặt lọc, 1/m2 à- độ nhớt của n−ớc lọc, Ns/m2 l- chiều dài mao quản trong vật ngăn, m l = 2211 hh αα + ; h1, h2- chiều dài ống mao quản trong vách ngăn và b4; 21 ,αα - hệ số kể đến mức độ ngoằn ngoèo của ống mao quản trong vách Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 34 ngăn và b4; ∆P- hiệu số áp suất hai phía của vật ngăn, N/m2 ∆P= ∆p1+ ∆p2 ∆p1- hiệu số áp suất hai phía của vách ngăn ∆p2- hiệu số áp suất hai phía của b4 τ- thời gian truyền chất lỏng, s F- diện tích lớp vật lọc, m2 Vậy tốc độ lọc là: v = l.. z.r.P. à ∆pi 8 4 (3.3) Vì quá trình lọc là một quá trình liên tục (nghĩa là vận tốc n−ớc lọc đi qua lớp b4 cũng bằng vận tốc n−ớc lọc đi qua vắch ngăn) nên ta có thể viết: v= = αà ∆pi 11 11 4 1 8 h... p.z.r. 22 22 4 2 8 h... p.z.r. αà ∆pi (3.4) Chỉ số 1 ứng với vách ngăn, còn chỉ số 2 ứng với b4. Ta đặt: 1 1 4 1 1 8 ρ= pi α n.r. . và 2 2 4 2 2 8 ρ= pi α n.r. . , 1/m2 Trong đó ρ1, ρ2: hệ số trở lực của vách ngăn và b4, hay còn gọi là trở lực riêng của chúng. Sau khi biến đổi ph−ơng trình (3.4) ta có: v= ( ) 2211 h.h.. P ρ+ρà ∆ , m/s (3.5) Ta đặt: ρ1.h1= ρ2.htđ htđ- chiều dày t−ơng đ−ơng của lớp b4 có trở lực bằng trở lực của vách ngăn. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 35 Cuối cùng ta có: v= ( )tdhh.. P +ρà ∆ 22 , m/s (3.6) Vậy ta có thể viết tốc độ lọc: v= ( )tdhh Pnr + ∆ 22 2 4 2 ..8. ... ρà pi (3.7) Vì ta có công thức tính tốc độ lọc (3.1) nên l−u l−ợng tức thời của n−ớc lọc có thể xác định theo công thức: ( )tdhh PF d dV + ∆ = 22.. . ρàτ (3.8) b) Các yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc Có rất nhiều yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc. Ta có thể xét các yếu tố ảnh h−ởng đến vận tốc lọc từ công thức (3.7) nh− sau: - Độ chênh lệch áp suất ∆P: Ta thấy nếu chênh lệch áp suất ∆P càng lớn thì năng suất lọc càng tăng. Chính do vậy nên trong thực tế lọc ép là tốt nhất rồi đến lọc chân không, và kém nhất là lọc thuỷ tĩnh. Nhận xét này chỉ đúng với b4 không bị nén ép. - Độ nhớt của pha lỏng à : Khi xem xét độ nhớt của pha lỏng à , ta thấy độ nhớt pha lỏng tỷ lệ nghịch với tốc độ lọc. Do đó trong thực tế để tăng vận tốc lọc ng−ời ta giảm độ nhớt của pha lỏng mà biện pháp tốt nhất là gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp rồi mới tiến hành lọc. - Trở lực của b4 ρ2. Trở lực của b4 ρ2 tăng thì vận tốc lọc sẽ giảm. Đối với b4 bị nén ép khi Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 36 tăng động lực học thì trở lực của b4 cũng tăng theo quy luật: ρ2= ρ0.∆Pm (3.9) ∆P- động lực lọc, Ns/m2 m- chỉ số nén ép b4, m= 0 và th−ờng đ−ợc xác định bằng thực nghiệm. ρ0- trở lực riêng của b4 khi ch−a bị nén ép. Đối với b4 không bị nén ép thì m = 0 nên ρ2 = ρ0 = const. Vì vậy, với b4 bị nén ép ng−ời ta th−ờng cho thêm các chất ổn định kết lại, tạo thành dạng hạt. - Chiều dày lớp b4 htd: Chiều dày lớp b4 htd. Thời gian lọc càng lớn thì chiều dày lớp b4 càng tăng, còn vận tốc lọc càng giảm. Muốn vận tốc lọc không đổi thì phảI dùng ph−ơng pháp tháo b4 liên tục. 3.1.2. Ph−ơng trình lọc a) Cơ sở thiết lập ph−ơng trình lọc. Ph−ơng trình lọc đ−ợc thiết lập từ ph−ơng trình xác định l−u l−ợng tức thời của chất lỏng theo công thức (3.8) bằng cách tích phân ph−ơng trình này. Để thực hiện đ−ợc phép tích phân ta cần biến đổi đại l−ợng chiều dày lớp b4 t−ơng đ−ơng h sang thể tích lọc V theo công thức sau: Ta có: h2= F. V.c bkρ ; htd= F. V.c bkρ 0 (3.10) Trong đó: V- l−ợng n−ớc lọc đi qua bề mặt F trong thời gian τ (kể từ khi quá trình lọc bắt đầu) (m3). Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 37 c- khối l−ợng b4 khô đ−ợc giữ lại trên bề mặt lọc ứng với một đơn vị thể tích n−ớc lọc chảy qua (kg/m3). Do đó c.V là toàn bộ khối l−ợng b4 đọng lại trên bề mặt lọc sau thời gian τ. V0- thể tích n−ớc lọc t−ơng đ−ơng chui qua vật ngăn để tạo lớp b4 có trở lực bằng trở lực của vách ngăn, m3. ρbk- khối k−ợng riêng của b4 khô. Công thức (3.8) ta có l−u l−ợng tức thời của n−ớc lọc là: = τd dV ( )tdhh.. F.P +ρà ∆ 22 Thay h2 và htd vào công thức ta có: = τd dV ( )VVc.r. F.Pb +à ∆ 0 2 (3.11) hay (V0 + V).dV = c.r. d.F.P bà τ∆ 2 (3.12) Trong đó: rb = bkρ ρ 2 : trở lực của b4 ứng với 1 kG b4 khô (m/kG). Đây là ph−ơng trình vi phân cơ bản thể hiện mối quan hệ giữa áp suất lọc và vận tốc lọc. Trong thực tế các quá trình lọc th−ờng xảy ra theo hai tr−ờng hợp chủ yếu: hoặc là áp suất lọc không đổi còn vận tốc lọc giảm dần, hoặc là vận tốc lọc không đổi còn áp suất lọc tăng dần. Do đó, ng−ời ta th−ờng thiết lập ph−ơng trình lọc cho hai tr−ờng hợp trên để tiện lợi cho việc xác định thời gian lọc τ và năng suất lọc V. b) Ph−ơng trình lọc với áp suất không thay đổi Vì ∆P = const nên ta có thể lấy tích phân hai vế của ph−ơng trình nh− Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 38 sau: ( ) ∫∫ τ à τ∆ =+ 0 2 0 0 c.r. d.F.PdV.VV b V (3.13) Kết quả là: V.V0 + = 2 V c.r. .F.P bà τ∆ 2 (3.14) đặt bc.r. F.P b 2 12 = à ∆ rút ra b = 22 F.P. c.r. b ∆ à (3.15) ta có: 2.V0.V + V 2 = b τ (3.16) Công thức tính thời gian lọc là: τ = b.(V2 + 2.V0.V), s (3.17) L−ợng n−ớc lọc sau thời gian τ đ−ợc tính theo công thức V = 0 50 2 0 V b V , −      τ − ,m3 (3.18) c) Ph−ơng trinh lọc với vận tốc lọc không đổi Để giữ cho vận tốc lọc không đổi ta phải tăng dần động lực học để thắng đ−ợc trở lực do lớp b4 ngày càng dày lên. Trong tr−ờng hợp này ta có thể thay đại l−ợng τd dV bằng đại l−ợng τ V . Vậy ta có: τd dV = τ V = ( )VVc.r. F.P ovb v +à ∆ 2 (3.19) Rút ra: ( ) 2F.P VV.c.r..V v ovb ∆ +à =τ (3.20) Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 39 Trong đó: ∆Pv- hiệu số áp suất tức thời tại l−u l−ợng n−ớc lọc V nào đó. ở đây ta đặt 2F.P c.r. v b ∆ à = 2.bv suy ra bv= 22 F.P. c.r. v b ∆ à , ph/m6. Vậy trong tr−ờng hợp quá trình lọc đ−ợc tiến hành với vận tốc lọc không đổi thì thời gian lọc đ−ợc xác địng theo công thức: τ = 2.bv.(V 2 + Vov.V), s (3.21) Thể tích lọc đ−ợc xác định theo công thức: V = 222 0 22 02 v v V b. V −         τ +      , m3 (3.22) Chú ý nếu gọi w là l−ợng n−ớc lọc đi qua một đơn vị bề mặt lọc (m3/m2) thì khi ∆p = const. b1 = P. c.r. b ∆ à 2 , ph/m2 (3.23) t = b1.(w 2 + 2.w.w0) , s (3.24) w = 0 50 1 2 0 w b w , −        τ + , m3/m2 (3.25) Khi v = const thì: bv1 = P. c.r. b ∆ à 2 , ph/m2 (3.26) τ = 2.bv1.(w 2 + 2.w.wov), s (3.27) w = ( ) ov , v ov w., b w., 5050 50 1 2 −        τ + , m3/m2 (3.28) Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 40 ch−ơng 4 xác định một số thông số của máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm 4.1. quy luật thay đổi áp suất trong buồng lọc 4.1.1. áp suất chất lỏng trong rôto máy ly tâm Hình 4.1. Quy luật thay đổi áp suất trong rôto máy ly tâm Xét một phân tố dung dịch (Agar) giới hạn bởi góc ở tâm là dα, bán kính R, chiều dày dR và chiều dài là 1 đơn vị [9]. Khối l−ợng của phân tố chất lỏng: dm = ρ.R.dα.dR (4.1) Với: ρ - khối l−ợng riêng của chất lỏng (kg/m3) Lực ly tâm t−ơng ứng với dm: dFR= dm.ω 2 t .R = ρ.R2. ω 2t . dR. dα (4.2) Lực ly tâm ứng với khối chất lỏng có bán kính từ R1 đến R2 là: dR R2 R1 R d β Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 41 dF = ( ) α−ωρ=∫ d.RR..dF t R R R 3 1 3 2 2 3 2 1 (4.3) áp suất p do lực ly tâm tác dụng lên thành rôto ngoài đ−ợc xác định theo công thức: p = ( )3132 2 2 3 RR. . d.R dF t − ωρ = α (4.4) R 3 2 - R 3 1 = ( )( )2 112 2 212 RR.RR.RR ++− (4.5) h = R2- R1 (chiều dày lớp dung dịch) Vì h << nên có thể coi : R 2 2 + R2.R1+ R 2 1 = 3R 2 2 (4.6) Nên: plt = 2 2 2 2 3. 3 . R R tωρ Hay: plt= ρ.ω 2t .h.R2 (4.7) Với: ω - vận tốc góc của thùng (1/s) h - chiều dày lớp dung dịch R2- bán kính rôto ngoài ρ - khối l−ợng riêng khối dung dịch. áp suất chất lỏng trong rôto có ph−ơng vuông góc với trục của máy và h−ớng ra ngoài. Trong máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm thì rôto có dạng hình nón. Vì vậy áp suất lọc và áp suất chất lỏng là khác nhau. Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 42 4.1.2. áp suất chất lỏng theo ph−ơng vuông góc với bề mặt vật lọc. áp lực lọc là thành phần vuông góc với bề mặt vật lọc, dựa vào sơ đồ phân tích lực ta có thể dễ dàng tính đ−ợc áp suất lọc: Pr Vậy áp suất lọc là: Hình 4.2. Sơ đồ phân bố lực trong không gian lọc Pr= plt. cos β n (4.8) β n- góc nghiêng của thành rôto ngoài. Thay vào công thức (4.7) ta đ−ợc: pr= ρ.ω 2t .h.R2.cos β n (4.9) h- chiều dày lớp dung dịch, m H- chiều cao của rôto, m 4.1.3. áp suất chất lỏng theo ph−ơng bề mặt vật lọc. Trong máy lọc agar theo ph−ơng pháp ly tâm có rôto hình nòn, tháo b4 đ−ợc thực hiện một cách liên tục bằng vít xoắn. B4 đ−ợc vít xoắn cạo liên tục từ trên xuống. Một trong những nhân tố ảnh h−ởng rất lớn đến việc cạo b4 là thành phần áp suất theo ph−ơng bề mặt lọc, nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cạo b4, giúp cho chi phí năng l−ợng giảm đi đáng kể. Pr Plt β Pd ω β Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 43 Dựa vào sơ đồ phân tích lực trong rôto máy lọc ly tâm ta có thể tính đ−ợc áp lực đẩy b4 đi xuống theo bề mặt lọc là: pd= plt. sin β n (4.10) Thay vào công thúc (4.7) cuối cùng ta thu đ−ợc công thức tính áp lực đẩy b4 theo bề mặt lọc: pd= ρ.ω 2t .h.R2.sin β n (4.11) Ph−ơng trình (4.9) và (4.11) là hai ph−ơng trình cơ bản thể hiện mối quan hệ giữa áp suất lọc theo ph−ơng vuông góc bề mặt lọc và áp suất theo ph−ơng bề mặt lọc với bán kính rôto và góc nghiêng của thành rôto. Thông qua mối quan hệ này ta có thể khảo sát sự ảnh h−ởng của bán kính rôto và góc nghiêng thành rôto đến áp suất trong buồng lọc. 4.2. chuyển động của bQ trên cánh vít 4.2.1. Phân tích điều kiện làm việc Đối với máy lọc agar kiểu ly tâm muốn thực hiện đ−ợc quá trình lọc ổn định thì trong quá trình lọc b4 phải đ−ợc tháo ra một cách th−ờng xuyên và liên tục nhờ vít xoắn. Để thực hiện đ−ợc điều này cần phải xác định đ−ợc vận tốc chuyển động của khối b4 theo chiều dọc trục. Từ đó ta xác định đ−ợc l−u l−ợng b4 đ−ợc vận chuyển ra khỏi máy phù hợp với yêu cầu công nghệ quá trình lọc. Khi máy hoạt động, do khối chất lỏng và b4 nằm trong khe hở giữa hai rôto trong và ngoài cùng quay nên khối b4 sẽ có đồng thời hai chuyển động. Ban đầu cung cấp dịch lỏng điền đầy vào khoảng không gian giữa hai rôto, do b4 có khối l−ợng riêng lớn hơn chất lỏng nên khi rôto quay, do tác động của lực ly tâm b4 sẽ đ−ợc văng ra ngoài và bám vào thành trong của rôto ngoài tạo thành lớp b4. Không những thế do sự chênh lệch về trọng l−ợng riêng nên trong khoảng không gian lọc dịch lọc sẽ bị phân lớp, càng xuống phía d−ới Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 44 nồng độ b4 càng lớn. Vì vậy tốc độ của b4 tại những vị trí khác nhau tại những thời điểm khác nhau trong buồng lọc là khác nhau. Để tìm đ−ợc vận tốc của b4 tại từng thời điểm khác nhau ta phải phân tích đ−ợc chuyển động của b4 trên cánh vít. Muốn phân tích đ−ợc chuyển động của khối b4 trên cánh vít, trong khoảng không gian lọc ta đi xét một phân tố b4 giới hạn bởi dx, dy, dz , có khối l−ợng m. Đặt phân tố b4 vào các hệ toạ độ quy chiếu. Hình 4.3. Phân tố bG Quá trình lọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có thời gian lọc, số vòng quay rôto, đ−ờng kính rôto… B4 ép lên thành rôto quay đ−ợc vít xoắn cạo và nạp vào cánh vít xoắn, d−ới tác dụng của lực ly tâm và lực ép lên thành rôto, b4 đ−ợc vận chuyển đến cửa thoát b4. Khối b4 m sẽ thực hiện hai chuyển động, chuyển động quay quanh trục cùng vít xoắn và chuyển động dọc theo thành trong của rôto. 4.2.2. Điều kiện tr−ợt của bã trên cánh vít Cánh vít trong quá trình làm việc có thể coi nh− một mặt phẳng nghiêng dịch chuyển mà góc nghiêng của mặt phẳng này có giá tri không đổi bằng góc nâng đ−ờng vít ở đ−ờng kính trung bình dtb của vít tải [11]. Còn bề mặt cánh vít là tập hợp của nhiều đ−ờng vít có góc nâng khác nhau nằm dọc theo chiều cao cánh vít hv: hv = R2v – R1v (4.12) Góc nâng đ−ờng vít theo từng vị trí có thể chia ra: −2α góc nâng của đ−ờng vít tại đ−ờng kính ngoài Dv (2R2v); −'α góc nâng của đ−ờng vít tại đ−ờng kính trung bình dtb (2Rtb); dx dy dz Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 45 −1α góc nâng của đ−ờng vít tại đ−ờng kính trong dv (2R1v); 12 ααα >> Trong đó: ; . ; . ; . 0 2 0 1 0 vvtb D h tg d h tg d h tg pi α pi α pi α === ; h0 – b−ớc vít Trong quá trình làm việc, để có thể đẩy khối b4 góc nâng cánh vít phải thoả m4n điều kiện: khối b4 d−ới tác dụng của trục vít phải tr−ợt đ−ợc đễ dàng trên bề mặt cánh vít đi về phía cửa thoát b4. Với điều kiện trên ta giả thiết cánh vít trong quá trình làm việc giống nh− một nêm đơn giản. Nêm găm vào khối b4 m và tác dụng lên nó một lực N. Lực N đ−ợc phân thành 2 thành phần: ; . 0 2 vD h tg pi α = - Thành phần tiếp tuyến với bề mặt cánh vít NT; - Thành phần lực đẩy khối b4 quay cùng cánh vít Ndv Hình 4.4. Sơ đồ lực tác động vào khối bG Khối b4 tác động lên cánh vít một phản lực N’ có giá trị bằng lực N nh−ng ng−ợc chiều, phản lực này tạo ra lực ma sát Fms cản lại lực tr−ợt của khối b4. Điều kiện để b4 tr−ợt trên cánh vít: NT > Fms ( ) ϕαpi tgNtgN .2/. >− hay       −< ϕαα 2 (4.13) Trong đó: Fms – lực ma sát giữa b4 và bề mặt cánh vít; α N’ Ndv N m NT Fms Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 46 ϕ - góc ma sát 4.2.3. Các lực tác động lên khối bã a) Xác định các hệ toạ độ quy chiếu Để nghiên cứu chuyển động của phân tố b4 trên cánh vít chúng tôi thành lập các hệ toạ độ quy chiếu (hình 4.4). Hệ toạ độ cố định (OXYZ)a; Hệ toạ độ t−ơng đối (OXYZ)v có trục (OZ)v trùng với trục (OZ)a, trùng với trục của vít xoắn và quay cùng trục vít. Hệ quy chiếu (OXYZ)v có thể biểu diễn theo toạ độ trụ gồm ),,( →→→ zr vz ϕ . Các véc tơ đơn vị của →→→ zr vz ,,ϕ là →→→ kji ,, Với → i (1, 0, 0); → j (0, 1, 0); → k (0, 0, 1). Gốc toạ độ O là tâm thấp nhất của vít xoắn. Hình 4.5. Các hệ toạ độ quy chiếu b) Phân tích xác định các lực tác động vào khối bG Khi chất lỏng nằm trong không gian lọc giữa hai rôto, thì phần tử chất rắn trong khối chất lỏng chịu tác dụng của các lực nh− sau: Lực trọng tr−ờng của khối b4 G; Lực quán tính ly tâm Flt; Lực quán tính Coriôlit Fcr ; Phản lực pháp tuyến của cánh vít tác động lên khối b4 Nv ; Phản lực pháp tuyến của thành rôto len khối b4 Nb; Lực ma sát giữa khối b4 và bề mặt cánh Xa Za=Zv Yv Ya Xv P ϕ v tωϕ + O rz z Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 47 vít Fv; Lực ma sát giữa b4 và thành thùng Fb. Hình 4.6. Các lực tác động vào phân tử bG nằm trên đỉnh cánh vít Khảo sát động lực học chuyển động của khối b4 m tại điểm P trên cánh vít bằng ph−ơng pháp toạ độ trụ, các thành phần lực đ−ợc xác định nh− sau: - Lực quán tính ly tâm )]...(.).[..()..(. →→→→→→→→ +−=−= kzirkkmRmF zPlt ωωωω )]......).[..( →→→→→→ +−= kkzikrkmF zlt ωωω Mà ta có công thức tích có h−ớng của hai véctơ: → u (a1, b1, c1); → v (a2, b2, c2) [ → u ; → u ]=        2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ;; b b a a a a c c c c b b = (b1c2- c1b2; c1a2- a1c2; a1b2- b1a2) => [ → k ; → i ] = (0; 1; 0) = → j ; [ → k ; → k ] = (0; 0; 0) = 0; →→→→→→ =−=−==> irmjkrmjrkmF zzzlt .......)..).(..( 22 ωωωω (4.14) (Với [ → k ; → j ] = (-1; 0; 0) = -1. → i ) Trong đó: m- khối l−ợng của khối b4; G → vF → bF → vN → bN → ltF → crF → Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 48 → PR - véc tơ vị trí của khối b4; ω - vận tốc góc của trục vít; rz – khoảng cách từ khối b4 tới tâm trục vít - Lực quán tính Coriôlit: Lực coriôlit có h−ớng ng−ợc với h−ớng của gia tốc coriôlit (hình 4.7) và có giá trị đ−ợc tính theo công thức: )....(...2...2 →→→→→→→ ++−=−= kvjvivkmVmF zrvcr τωω )....2....2)...(..2 →→→→→ +−=−−==> ivmjvmivjvmF rrcr ττ ωωω .. .; vzzr rvrv ϕτ == →→→ −==> jrmirmF zvzcr ....2.....2 .. ωϕω (4.15) Hình 4.7. Lực Coriôlit Trong đó: vV → - véc tơ vận tốc t−ơng đối của khối b4 trên cánh vít; zr vvv ,, τ - các thành phần vận tốc t−ơng đối theo các h−ớng →→→ kji ,, ; vϕ - góc tr−ợt của khối b4, (0). - Phản lực pháp tuyến của cánh vít tác động lên khối bG (Nv) ω → ω vV → crF → crw → Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật ----------------------------- 49 Hình 4.7. Phản lực pháp tuyến của cánh vít N → ε - véc tơ đơn vị của vN → TN i →→→ = εε . T → ε - véc tơ đơn vị tiếp tuyến với mặt vít và trong vòng tròn tiếp tuyến với ống trụ có bán kính rz tạo với ph−ơng τ một góc ( α− ); α - góc nâng cánh vít. →→→ += kjT .sin.cos ααε →→→→→→ −=+= jkkjiN .sin.cos).sin..(cos ααααε ).sin..(cos. →→→→→ −== jkNNN vNvv ααε (4.16) - Phản lực pháp tuyến của thành rôto lên khối bG ( Nb) (hình 4.8) Hình 4.8. phản lực pháp tuyến của khối bG α → vN → i ⊗ → N → ε → τ→j T → ε γ rz → ._.