đồ án nhiệt sấy cà phê nhân 2000kg khôh tại đăklăk

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO ĐỒ ÁN NHIỆT Tên đề tài : Sấy cà phê nhân 2000 kg khô/h ĐăkLăk Thiết bị sấy thùng quay GVHD : TS LÊ MINH NHỰT SVTT : MAI MINH ĐẠT LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến 60 viện trường đại học giới chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Trong năm70 trở lại người ta đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô ối với nước ta nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công nghệ sấy thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu để đạt chất lượng cao nhất.Đặc biệt sấy cà phê nhân Đó thành phẩm để chế biến cà phê bột ,cà phê sữa,các loại bánh cao cấp,v.v Do đặc thù cà fê nhân sấy phải giữ đượcmùi thơm màu sắc đặc trưng nên ta dùng thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm.v.v Trong đồ án chúng em có nhiệm vụ sấy cà phê nhân thiết bị sấy thùng quay.với suất 2000kg khô/h ĐăkLăk Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào tạo sâu chuyên ngành, kiến thức tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi soi sót q trình thiết kế Em xin chân thành cám ơn giúp đỡ bảo tận tình GVC.TS.Lê Minh Nhựt để em hồn thành tốt đồ án Chương : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY 1.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CẢU QUẢ CÀ PHÊ 1.1.1 Lịch sử cà phê cấu tạo giải phẩu  Lịch sử trồng cà phê  Thế giới - Trên giới cà phê mọc hoang dại cao nguyên Etiopia (Châu Phi) Sau quân đội xâm lược Etiopia đưa sang Ả-Rập tử thể kỷ 13-14 - Năm 1554 cà phê Ả-Rập tràn sang Thổ Nhĩ Kỳ - Năm 1573 trồng Syria - Năm 1614 người Hà Lan từ cảng Macha Ả-Rập lấy hạt đưa non Hà Lan - Sau vịng nửa kỷ cá phê xuất cong quanh giới (Bắc Mỹ, Brazil) - Năm 1868 trận dịch Hemileica Vastatrix phát triển ghê gớm, cà phê chè (Arabia) khó trồng xứ nóng ẩm, người ta bắt đầu nghiên cứu phát loại khác thay cà phê C.Canephora, C.Liderica mọc hoang dại niềm rừng núi ẩm Châu Phi - Cuối thể kỷ 18, cà phê phát triện khắp vùng nhiệt đới thuộc Châu Âu, Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ  Ở việt nam - Để cứu vãn tình hình ấy, năm 1905 thực dân Pháp đưa vào Việt Nam loại cà phê vối (C.Robusta) cà phê mít (C.Excelsa) thay cà phê chè vùng thấp - Năm 1910 đồn điền cà phê lại tiếp tục mọc lên Hà Tĩnh - Năm 1911 trồng Yên Mỹ (Thanh Hoá) - Năm 1915 trồng Nghĩ Đàn (Nghệ An) Đồng thời thăm dò khả thích nghi cà phê Tây Bắc - Năm 1925 cà phê phát triển Tây Nguyên  Qủa cà phê gồm có phần sau : lớp vỏ , lớp nhớt ,lớp vỏ trấu , lớp vỏ lụa , nhân  Lớp vỏ : lớp vỏ ngồi , mềm ,ngồi bì có màu đỏ , vỏ cà phê chè (Arabica) mềm cà phê vối (canephora ) cà phê mít (excels )  Dưới lớp vỏ mỏng lớp vỏ thịt , gọi trung bì , vỏ thịt cà phê chè mềm , chứa nhiều chất , dễ xay xát Vỏ cà phê mít cứng dày  Hạt cà phê sau loại chất nhờn phôi khô gọi cà phê thóc ,vì bao bọc nhân lớp vỏ cứng nhiều chất sơ gọi vỏ “trấu” tức nội bì Vỏ trấu cà phê chè mỏng dễ dập vỡ cà phê vối cà phê mít  Xát cà phê thóc vỏ mỏng , mềm gọi vỏ lụa , chúng có màu sắc đặc tính khác tùy theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc mỏng dễ bong khỉ hạt trình chế biến Vỏ cà phê phối có màu nâu nhạt Vỏ lạu cà phê mít màu vàng nhạt bám xát vào nhân cà phê  Trong nhân cà phê Lớp tế bịa phần ngồi nhân cứng có tế bào nhỏ , có chứa chất dầu Phía có tế bịa lớn mềm Một cà phê thường có ,2 nhân Thơng thường có nhân Bảng 1: Tỷ lệ phần cấu tạo cà phê ( tính theo % tươi ) Các loại vỏ nhân - Vỏ Quả - Lớp nhớt - Vỏ trấu - Nhân vỏ lụa Cà Phê Chè (%) 43 -45 20-23 6-7,5 26-30 Cà Phê Vối (%) 41 – 42 21-42 6-8 26-29  Thành phần hóa học nhân cà phê Thành phần hố học Tính g/100g Nước – 12 Chất béo 4–8 Đạm 1,8 – 2,5 Protein – 16 Cafeine 0.8 – Acid Clorogenic 2–8 Trigonenlin 1–3 Tannin Acid Cafetanic 8–9 Acid Cafeic Patosan Tinh Bột – 23 Dextrin 0,85 Đường – 10 Xenlulose 10 – 20 Hemicenllulose 20 Bảng 2: Thành phần hoá học nhân cà phê Nhóm Aldehyde: Rất dễ bay nhiệt độ 21oC - Acetaldehyde Bảng 3: Thành phần chức nhóm chất dễ bay  Các tính chất vật lý cà phê nhân Cà phê nhân bóc từ cà phê thóc Cà phê nhân có hình dáng bầu dục, có chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm - Khối lượng riêng: ρ= 650 kg/m3 - Nhiệt dung riêng: c=3,37 kcal/kgoC - ω1 = 20%, ω2 = 12% - Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép cà phê nhân: th  2, 218  4,343.ln   23, 0,37  0, 63.tb Trong đó: th nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt τ thời gian sấy ωtb độ ẩm trung bình: ωtb = 0,5.( ω1 + ω2) = 0,5.(20 + 12) = 16% 23,5 th  2, 218  4,343.ln   5, 69o C  60o C 0,37  0, 63.0,16 Vậy: Quy trình sản xuất cà phê nhân Cà phê nhân sau loại bỏ lớp vỏ quả, thịt vỏ trấu đem sấy khô gọi cà phê nhân Đề cà phê nhân sống có giá trị thương phẩm cao phải sấy khô đến mức độ định (độ ẩm mà nhà chế biến yêu cầu) Rồi sau tiếp tục q trình chế biến tinh khiết như: cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hồ tan Hoặc sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, loại bánh kẹo cà phê Hình 2: Cà phê nhân Hình 3: Cà phê nhân vỏ sau tách Một số tiêu chẩn cà phê nhân: - Độ ẩm: 12,5 % - Đen vỡ: 0% → 3% - Tạp chất: 0% → 0,5% - Cỡ hạt đồng theo tiêu chuẩn TCVN 4807:2001 - Màu sắc, mùi vị tự nhiên - Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ… - Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001 : 90 lỗi max/300g Trong sản xuất cà phê có phương pháp chính: - Phương pháp sản xuất khơ Hình 4: sơ đồ chế biến khơ Đây q trình đơn giản so với chế biến ướt Quả cà phê tươi cần làm khơ Đơi khi, hái để bao hay chất đống đến tuần lễ Việc làm nhiệt độ tăng cao lên men nhanh chóng, lên men khác chất so với trình lên men áp dụng chế biến ướt, dẫn đến giảm chất lượng tăng rủi ro OTA (Ochratoxin A độc tố vi nấm Cơ quan quốc tế nghiên cứu ung thư (International Agency for Research on Cancer) xếp vào loại gây ung thư cho người (nhóm 2B)) - Phương pháp sản xuất ướt: Hình 5: sơ đồ chế biến ướt Chế biến ướt đòi hỏi nguyên liệu gồm chín hái chọn tách máy trình chế biến Nhớt loại bỏ lên men, dùng máy móc hóa chất Khi q trình lên men kết thúc, cà phê rửa bể nước máy rửa chuyên dùng Sau qua hệ thống rửa - phân loại trước loại bỏ thịt quả, thực tách xanh khỏi chín, cách sử dụng khác biệt lực nén máy tách xanh Quả chín, mềm lọt qua lỗ sàng Quả xanh cứng không qua lỗ sàng, đến cuối ống So sánh phương pháp ta thấy: - Phương pháp chế biến khơ đơn giản, tốn lượng, nhân cơng có nhiều hạn chế phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (nếu khơng có hệ thống sấy), cịn có thiết bị sấy thao tác kỹ thuật đơn giản - Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ thao tác kỹ thuật cao Nhưng phương pháp thích hợp với hồn cảnh, điều kiện thời tiết cao Rút ngăn thời gia sản xuất, tăng suất nhà máy nâng cao chất lượng sản phẩm CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY Năng suất thiết bị sấy: G2 = 2000 kg khô/h I Chọn phương pháp sấy: Chọn thiết bị sấy: Chọn thiết bị sấy thùng quay thiết bị đối lưu chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ, dùng rộng rãi sau thu hoạch để sấy loại hạt ngũ cốc Cấu tạo thiết bị thùng sấy hình trụ tròn Vật liệu sấy đưa vào thùng sấy với tác nhân sấy, thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa trao đổi nhiệt ẩm với tác nhân sấy vừa bị xáo trộn từ đầu cao đến đầu thấp thùng sấy Do tiếp xúc trực tiếp với tác nhân nên trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ đồng cao làm việc với suất lớn Bảng : Các phương pháp sây tiêu chuẩn lựa chọn: Phươn g Pháp Sấy Đặc tính nguyên liệu Mẻ/ liên tục Rắn/ Ẩm Lỏng dầu Điều kiện sấy Nhạy Kích cảm thướ nhiệt c Cứng Tốc độ học sấy Giới thiệu phương pháp sấy nóng: Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy vật liệu sấy đốt nóng Do độ ẩm tương đối  giảm dần đến phân áp suất nước pam tác nhân sấy giảm Và nhiệt độ vật liệu sấytăng lên nên mật độ mao quản nên phần áp suất nước bề mặt pab vật liệu tăng Có hai cách để tạo độ chênh phân áp suất nước vật liệu sấy môi trường:  Giảm phân áp suất nước tác nhân sấy cách tăng nhiệt độ cho  Tăng phân áp suất nước vật liệu sấy Tóm lại, nhờ đốt nóng tác nhân sấy lần vật liệu sấy đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu số phân áp suất nước bề mặt vật pab phân áp suất nước tác nhân sấy pam tăng dẫn đến trình dịch chuyển ẩm từ lòng vật liệu sấy bề mặt vào môi trường Đối với thiết bị sấy thùng quay giai đoạn trình sấy phân bố ổn định theo chiều dài thùng Trong thùng sấy, hạt cà phê nhân nâng lên đến độ cao định, sau rớt xuống, vật liệu sấy tiếp xuc với tác nhân sấy, thực trình truyền nhiệt truyền khối làm bay ẩm Nhờ độ nghiêng thùng có trọng lượng nhỏ) mà vật liệu sấy vận chuyển dọc theo chiều dài thùng Khi hết chiều dài thùng sấy ngoài, vật liệu sấy đạt độ ẩm cần thiết cho trình bảo quản 12% - Sơ đồ nguyên lý thiết bị: Chọn tác nhân sấy chế độ sấy: - Chọn tác nhân sấy: Đối với cà phê nhân (chỉ có lớp lụa bên ngồi) nên q trình sấy u cầu sạch, khơng bị nhiễm, ko bán bụi yêu cầu nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn tác nhân sấy không khí nóng - Chọn chế độ sấy: Chế độ sấy hệ thống thùng quay hiểu bao gồm ba yếu tố:  Nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy t1  Nhiệt độ khỏi thùng sấy t2, khơng có hồi lưu  Hạt cà phê nhân nâng lên độ cao định sau rơi xuống Trong trình vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực trình chuyền nhiệt chuyền khối làm bay ẩm Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng t2 chọn cho tổn thất tác nhân sấy mang Tốc độ tác nhân sấy tròn thùng định sợ sau tính tốn lưu lượng tác nhân sấy trình sấy lý thuyết, chọn tiết diện thùng sấy Tốc độ chọn sơ kiểm tra lại sau tính tốn xong trình sấy thực Chọn chế độ sấy vào tiêu chí: làm việc thiết bị vào tác nhân sấy Đối với vật liệu cà phê nhân ta cần phải có chế độ sấy thích hợp để đảm bào giữ tính chất hương vị, màu sắc, thành phần có Thơng số tác nhân sấy:  Nhiệt độ vào: t1 =  Nhiệt độ ra: t2 = th + (5÷10)oC, với th nhiệt độ đốt nóng cho phép cá phê nhân Thơng số vật liệu sấy:  Nhiệt độ vật liệu vào: tvl = t0 = 23,3%, độ ẩm khơng khí pbh  exp(12  4026.42 4026, 42 )  (12  ) 235,5  t 235,5  =  Độ ẩm ban đầu vật liệu: W1 = 20%  Độ ẩm vật liệu sau sấy: W2 = 12 % Gầu tải đưa vật liệu lên phễu chứa Thông qua đĩa phân phối, vật liệu sấy đưa vào thùng sấy có khối lượng mẻ sấy Chọn thời gian sấy: Việc chọn thời gian sấy đóng vai trị quan trọng tính tốn thiết kế vận hành thiết bị sấy Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại vật liệu sấy, hình dạng, kích thước hình học vật liệu, chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối tốc độ tác nhân sấy) Phương pháp xác định thời gian sấy giải tích khó thực có độ xác thấp – thực tế thường chọn theo thực nghiệm cà phê nhân với thiết bị sấy thùng quay: Ta chọn thời gian sấy là: τ = 20 phút II Tính tốn trình sấy lý thuyết: Quá trình sấy lý thuyết khơng có hồi lưu biểu diễn đồ thị I-d:  Điểm O (t0, 0 ) trạng thái không khí bên ngồi  Điểm (t1, 0 ) trạng thái khơng khí vào buồng sấy  Điểm (t2, 0 ) trạng thái khơng khí sau q trình sấy lý thuyết Tính tốn trạng thái khơng khí bên ngồi: Khơng khí lấy vào thiết bị sấy khơng khí phân xưởng ta chọn t Từ ta có: pbh  exp(12  d  622 0 pbh p  0 pbh , t = 4026.42 4026, 42 )  (12  ) 235,5  t 235,5  thao công thức ... như: cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hồ tan Hoặc sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, loại bánh kẹo cà phê Hình 2: Cà phê nhân Hình 3: Cà phê nhân vỏ sau tách Một số tiêu chẩn cà phê nhân: ... hoá học nhân cà phê Nhóm Aldehyde: Rất dễ bay nhiệt độ 21oC - Acetaldehyde Bảng 3: Thành phần chức nhóm chất dễ bay  Các tính chất vật lý cà phê nhân Cà phê nhân bóc từ cà phê thóc Cà phê nhân. .. 63.0,16 Vậy: Quy trình sản xuất cà phê nhân Cà phê nhân sau loại bỏ lớp vỏ quả, thịt vỏ trấu đem sấy khô gọi cà phê nhân Đề cà phê nhân sống có giá trị thương phẩm cao phải sấy khô đến mức độ định (độ