Thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun dùng để sấy cà phê từ dạng dung dịch nồng độ ban đầu 20% thành sản phẩm bột có độ ẩm là 8% khối lượng , năng suất 1200 kg/h

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 3CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀVẬT LIỆU, CÔNG NGHỆVÀ THIẾT BỊ............... 41.1. Nguyên liệu ........................................................................................................ 41.1.1. Nguyên liệu chính – Cà phê ..................................................................... 41.1.2. Nguyên liệu phụ....................................................................................... 71.2. Quy trình công nghệsản xuất cà phê hòa tan .................................................... 81.2.1. Quy trình công nghệ................................................................................ 81.2.2. Thuyết minh quy trình ................................................................................... 81.3. Tổng quan vềcông nghệsấy phun ................................................................... 101.3.1. Giới thiệu công nghệsấy phun .............................................................. 101.3.2. Cấu tạo thiết bịsấy phun ....................................................................... 111.3.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 141.4. Tổng quan vềtác nhân sấy ................................................................................. 151.4.1. Không khí ẩm .............................................................................................. 151.4.2. Khói lò ........................................................................................................ 151.4.3. Hơi quá nhiệt ............................................................................................... 151.5. Tổng quan vềchất tải nhiệt ................................................................................ 151.5.1. Hơi nước ...................................................................................................... 151.5.2. Nước nóng ................................................................................................... 161.5.3. Chất lỏng hữu cơ......................................................................................... 161.5.4. Khói lò ......................................................................................................... 161.5.5. Điện ............................................................................................................ 16CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾVÀ CÁC THÔNG SỐBAN ĐẦU ............................................................................................................................... 182.1. Lựa chọn phương án thiết kế.............................................................................. 182.2. Các thông sốban đầu .......................................................................................... 19CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY ............................................................ 203.1. Tính cân bằng vật chất ........................................................................................ 203.2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết ........................................................................ 213.3. Tính toán quá trình sấy thực ............................................................................... 22 Đồán Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn Trang 2 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊCHÍNH ............................................................. 254.1. Chọn đĩa phun ..................................................................................................... 254.2. Đường kính thiết bịsấy ...................................................................................... 254.3. Thểtích thiết bịsấy ............................................................................................ 264.4. Xác định thời gian sấy ........................................................................................ 284.5. Tính bền cho thiết bịsấy .................................................................................... 294.5.1. Thân thiết bị................................................................................................. 294.5.2. Đáy và nắp thiết bị....................................................................................... 314.6. Tính tổn thất nhiệt và cách nhiệt cho thiết bị................................................. 31CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊPHỤ................................................................. 375.1. Tính calorifer ...................................................................................................... 375.2. Tính và chọn cyclon lắng .................................................................................. 425.3. Tính và chọn quạt hút ......................................................................................... 435.4. Tính và chọn bơm ............................................................................................... 475.5. Tính công suất động cơ đĩa phun........................................................................ 505.6. Chân đỡvà cửa quan sát, sửa chữa ..................................................................... 50KẾT LUẬN ................................................................................................................... 51TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 52Trong hệthống dùng 2 quạt mắc nối tiếp nhưvậy công suất của mỗi quạt là 6,3 KW Một quạt đặt trước calorifer đẩy không khí vào calorifer còn một quạt đặt sau cycle hút không khí khỏi thiết bịsấy Công suất của động cơmỗi quạt: Nđc= β.N ; với N > 5 chọn hệsốdựtrữ β= 1,1 Vậy công suấy động cơ: Nđc= 1,1.6,3 ≈7 [KW] Với giá trịtính được1816,42 [N/m2] và Q = 6,2[m3/s] ≈22320 [m3/h] dựa vào đồthị đặc tuyến của quạt ly tâm ta chọn quạt II4- 70 N08.

Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU, CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ 4 1.1. Nguyên liệu 4 1.1.1. Nguyên liệu chính – Cà phê 4 1.1.2. Nguyên liệu phụ 7 1.2. Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan 8 1.2.1. Quy trình công nghệ 8 1.2.2. Thuyết minh quy trình 8 1.3. Tổng quan về công nghệ sấy phun 10 1.3.1. Giới thiệu công nghệ sấy phun 10 1.3.2. Cấu tạo thiết bị sấy phun 11 1.3.3. Nguyên lý hoạt động 14 1.4. Tổng quan về tác nhân sấy 15 1.4.1. Không khí ẩm 15 1.4.2. Khói lò 15 1.4.3. Hơi quá nhiệt 15 1.5. Tổng quan về chất tải nhiệt 15 1.5.1. Hơi nước 15 1.5.2. Nước nóng 16 1.5.3. Chất lỏng hữu cơ 16 1.5.4. Khói lò 16 1.5.5. Điện 16 CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 18 2.1. Lựa chọn phương án thiết kế 18 2.2. Các thông số ban đầu 19 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY 20 3.1. Tính cân bằng vật chất 20 3.2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 21 3.3. Tính toán quá trình sấy thực 22 Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 2 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 25 4.1. Chọn đĩa phun 25 4.2. Đường kính thiết bị sấy 25 4.3. Thể tích thiết bị sấy 26 4.4. Xác định thời gian sấy 28 4.5. Tính bền cho thiết bị sấy 29 4.5.1. Thân thiết bị 29 4.5.2. Đáy và nắp thiết bị 31 4.6. Tính tổn thất nhiệt và cách nhiệt cho thiết bị 31 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 37 5.1. Tính calorifer 37 5.2. Tính và chọn cyclon lắng 42 5.3. Tính và chọn quạt hút 43 5.4. Tính và chọn bơm 47 5.5. Tính công suất động cơ đĩa phun 50 5.6. Chân đỡ và cửa quan sát, sửa chữa 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 3 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, hòa nhịp cùng với sự phát triển của đất nước và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp nước ta có những chuyển biến rõ rệt đặc biệt là ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Bỡi lẽ, đời sống của con người ngày càng được nâng cao thì đòi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải ngày càng phong phú và đa dạng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của con người. Tuy nhiên, đối với thực phẩm nhất là thực phẩm ở dạng lỏng như sữa, nước ép trái cây, cà phê, việc đa dạng của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế biến do tính chất dễ bị hư hỏng dưới tác động của vi sinh vật, của môi trường xung quanh, nên kéo theo thời gian bảo quản và sử dụng rất hạn hẹp. Chính vì thế, các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các công nghệ chế biến mới cho những thực phẩm ở dạng lỏng, nổi trội hơn hết là công nghệ sấy như: sấy thăng hoa, sấy phun, nhằm tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, biến thực phẩm ở dạng lỏng thành thực phẩm dạng bột mà không làm thay đổi tính chất của sản phẩm. Công nghệ sấy ra đời tạo ra các sản phẩm khô, giúp cho thực phẩm bảo quản được lâu hơn, đồng thời làm phong phú thêm các sản phẩm thực phẩm. Một trong các sản phẩm sấy quan trọng là cà phê hòa tan. Cà phê hòa tan xuất hiện trên thị trường vào những năm 1950 và đã phát triển nhanh chóng và trở thành một trong những loại cà phê phổ biến nhất. Loại cà phê này rất tiện sử dụng, có thể bảo quản được lâu và dễ sử dụng. Trước những năm 2000 thị trường cà phê hoà tan ở Việt Nam còn khá nghèo nàn về chủng loại sản phẩm và ít được nhà đầu tư quan tâm, nay thị trường này đã chiếm đến 1/3 tỷ trọng sản lượng cà phê được tiêu thụ. Do nhu cầu tiêu thụ sản phẩm ngày càng tăng cao nên việc phát triển sản phẩm cà phê hoà tan là một việc làm cần thiết. Chính vì những lý do trên nên em đã chọn đề tài đồ án: “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun dùng để sấy cà phê từ dạng dung dịch nồng độ ban đầu 20% thành sản phẩm bột có độ ẩm là 8% khối lượng. Năng suất thiết bị là 1200 kg/h tính theo nguyên liệu vào”. Với đề tài này, em hy vọng sẽ bổ sung được những kiến thức của mình về công nghệ sấy phun, qua đó vận dụng kiến thức để tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun ứng dụng trong công nghiệp sản xuất cà phê hoà tan Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU, CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ 1.1. Nguyên liệu 1.1.1. Nguyên liệu chính – Cà phê  Cấu tạo của quả cà phê [13] Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ violet hay đỏ đậm khi chín. Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả. Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân. Vỏ lụa: lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, màu sắc và đặc tính khác nhau phụ thuộc vào loại cà phê Nhân cà phê: nằm trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ, trong chứa dầu. Phía trong có những tế bào lớn, và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường là 2 nhân. • Nhân cà phê Trong nhân cà phê nước chiếm 10-12%, protein chiếm 9-11%, lipit chiếm 10-13%, các loại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5%. Ngoài ra trong nhân còn chứa các chất thơm, các alkaloid. Thành phần hoá học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản. Nước: Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi hàm lượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt. Mặt khác, hàm lượng nước cao sẽ làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trình rang , tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê. Hàm lượng nước trong cà phê sau khi rang còn 2,7%. Chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu là kali, nitơ magie, photpho, clo. Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh…Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại. Hình 1.1. Cấu tạo hạt cà phê Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 5 Glucid: Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nước uống mà chỉ cho màu và vị caramen. Đường có trong cà phê do trong quá trình thuỷ phân dưới tác dụng của axit hữu cơ và enzim thuỷ phân Hàm lượng saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: quả càng chín thì hàm lượng saccharose càng cao. Saccharose bị caramen hoá trong quá trình rang nên sẽ tạo hương vị cho nước cà phê. Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccarit nhưng phần lớn bị loại ra ngoài bã cà phê sau quá trình trích ly. Protein: Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị của sản phẩm. Bằng phương pháp thuỷ phân, người ta thấy trong thành phần protein của cà phê có những axit amin sau: Cysteine, Alanie, Phenylalanine, Histidine, Leucine, Lysine, Derine …. Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết. Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt, các axít amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. Lipid: Hạt cà phê chứa lượng cà phê khá lớn (10-13%). Lipid trong cà phê gồm chủ yếu dầu và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, còn dầu chiếm 90%. Trong quá trình chế biến, lipid bị biến đổi, song một phần axit béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi là dung môi tốt hoà tan các chất thơm. Khi pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã. Các alcaloid :Trong cà phê có các alcaloid như cafein, trigonulin, colin. Trong đó quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là cafein và trigonulin. Cafein chiếm từ 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác. Hàm lượng cafein thấp hơn trong chè nhưng nó kích thích hệ thần kinh với thời gian dài hơn vì khi uống cà phê tốc độ lưu thông của máu không tăng lên nên cafein thải ra ngoài chậm, mặt khác khi pha cà phê trong nước, cafein được giải phóng hoàn toàn ở trạng thái tự do, không hình thành những chất có khả năng kết tủa hoặc những chất không có hoạt tính của ancaloit. Trigonellin (acid metyl betanicotic: C 7 H 7 NO 2 ) là ancanoit không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không ta trong clorofoc và ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218 o C. Tính chất đáng quý của trigonellin là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP). Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong cà phê nhân không có acid nicotic nhưng nó được hình thành trong quá trình gia nhiệt trong đó sự nhiệt phân trigonellin giữ vị trí quan trọng. Chất thơm: Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong ht. Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai , khí hậu và nhất là chủng loại cà phê. Mặt khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang. Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehid, ceton, rượu, phenol, Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 6 este. Trong quá trình rang, các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm. Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm. Bảng1.1: Thành phần hóa học của cà phê nhân (theo chất khô) Thành phần chính Arabica Robusta Thành phần Carbohydrate hòa tan 9 – 12.5% 6 – 11.5% Monosaccharide 0.2-0.5% Glucose Fructose Galactose Arabinose Oligosaccharide 6 – 9% 3-7% Sucrose (>90%) Raffinose (0 – 0.9%), stachyose Polysaccharide 3-4% polymer của: galactose (55 -65%), mannose (10-20%), arabinose (20-35%) Glucose (0 – 2%) Carbohydrate không hòa tan 46 – 53% 34 – 44% Hemicellulose Cellulose, β(1-4) mannan 5 – 10% 6 – 4% Acid dễ bay hơi 0.1% Acid khó bay hơi 2 – 2.9% 1.3 – 2.2% Acid citric, acid malic, acid quinic Acid chlorogenic 6.7 – 9.2% 7.1 – 12.1% Monodicaffeoyl – and feruloylquinic acid Lignin 1 – 3% Lipid 15 – 18% 8 – 12% Sáp 0.2 – 0.3% Dầu 7.7 – 17.7% Các hợp chất nitơ 11 – 15% Acid amin 0.2 – 0.8% Chủ yếu glut, asp, asp -NH 2 Protein 8.5 – 12% Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 7 Caffein 0.8 – 1.4% 1.7 – 4.0% Trigonelline 0.6 – 1.2% 0.3 – 0.9% Chủ yếu glut, asp, asp -NH 2 Khoáng 3 – 5.4% Hiện nay người ta chia cà phê thành 2 giống lớn • Cà phê chè Arabica (Coffea arabica): • Cà phê vối Robusta (Coffea canophera): Ngoài ra còn có các loại cà phê khác: Cà phê mít Excelsa (Coffea excelsa), …  Trong công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan, cà phê nhân thường được sử dụng là cà phê Robusta vì các lý do sau: [10] - Hàm lượng chất khô hòa tan trong cà phê Robusta cao hơn cà phê Arabica, do đó lượng sản phẩm thu hồi được nhiều hơn. - Hàm lượng caffeine trong cà phê nhân Robusta thường trong khoảng 2% (chất khô), cao hơn hàm lượng caffeine trong cà phê Arabica (khoảng 1,2% chất khô). - Giá thành cà phê Robusta thấp hơn Arabica. Yêu cầu về chất lượng nguyên liệu cà phê nhân trong sản xuất cà phê hòa tan thấp hơn so với nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay. 1.1.2. Nguyên liệu phụ [12] Vai trò của các nguyên liệu phụ trong sản xuất cà phê hòa tan là nhằm để nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng. Nguyên liệu phụ được sử dụng nhiều nhất là đường, sữa bột và kem không có nguồn gốc từ sữa non. - Vai trò chính của đường trong sản phẩm cà phê hòa tan là nhằm hạn chế vị đắng của cà phê, nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. - Vai trò của sữa bột trong sản phẩm là nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm. Trong cà phê hòa tan, vị đắng chiếm vai trò chủ đạo. Do đó, chất béo từ sữa kết hợp với vị ngọt của đường sẽ làm cho sản phẩm cà phê hòa tan có vị hài hòa hơn. Thường sử dụng sữa bột nguyên kem hoặc sữa bột ít béo. - Ngoài ra, nếu cà phê nguyên liệu sau khi rang mà cường độ hương vị đặc trưng của cà phê thấp, chưa đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, ta có thể bổ sung thêm các loại chế phẩm hương cà phê. Tuy nhiên việc bổ sung hương không phổ biến trong sản xuất. Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 8 1.2. Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan 1.2.1. Quy trình công nghệ Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan theo [13] . 1.2.2. Thuyết minh quy trình  Trích ly Quá trình trích ly nhằm thu các chất hoà tan có trong bột cà phê rang vào nước. Dùng nước nóng ở 80- 90 0 C để trích ly. Không dùng nước có nhiệt độ cao hơn vì sẽ trích ly cả những chất không tốt cho sản phẩm. Bột cà phê sản xuất cà phê hoà tan cần có kích thước lớn và tiến hành trích ly nhiều lần để hạn chế lượng bột mịn tan sâu vào trong nước khi trích ly.  Cô đặc Mục đích: - Chuẩn bị: quá trình cô đặc nhằm chuẩn bị cho quá trình sấy, nó làm tăng nồng độ chất khô trong dịch chiết giúp giảm chi phí về năng lượng, giảm thời gian sấy, tăng độ đậm đặc của sản phẩm. - Bảo quản: hạn chế sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật. Thu hồi chất thơm Bổ sung chất thơm Bột cà phê rang Trích ly Cà phê hoà tan Cô đặc Sấy khô Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 9 Phương pháp cô đặc thường dùng là cô đặc chân không: Dung dịch cà phê được bơm vào thiết bị gia nhiệt. Tại đây nước nhận nhiệt và bay hơi. Độ chân không được tạo ra nhờ baromet sẽ hút hơi nước và ngưng tụ tại bình ngưng. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng.  Tách và hồi hương Nếu để nguyên cà phê bột đem đi chế biến thì chất thơm của cà phê sẽ bị tổn thất rất nhiều, nhất là trong quá trình sấy phun. Do vậy, người ta thu hồi chất thơm của cà phê bột trước khi trích ly rồi bổ sung trở lại cho bột cà phê hoà tan. - Khử hấp phụ: Quá trình khử hấp phụ được tiến hành trong tháp đứng và tác nhân hấp phụ là khí trơ (N2). Cà phê bột được làm nóng trong tháp sẽ toát ra các chất thơm. Sau đó bơm dòng khí trơ đã được đốt nóng đến nhiệt độ nhất định (95°C) vào từ đáy tháp. Trên đỉnh tháp có quạt hút có tác dụng hút hỗn hợp khí ra khỏi tháp, đồng thời tạo áp suất thấp để quá trình hấp phụ xảy ra dễ dàng. Ta thu được hỗn hợp gồm khí N2 và các chất thơm. - Hấp phụ: Bột cà phê hoà tan sau khi sấy có độ ẩm khoảng 8% và rất xốp nên rất dễ hấp phụ. Quá trình hấp phụ cũng được tiến hành tại tháp đứng. Hỗn hợp khí vào phải được làm lạnh (nhiệt độ thường là 8 - 9°C), khi đi qua bột cà phê hoà tan sẽ hấp phụ các chất thơm có trong hỗn hợp khí, ta thu được bột cà phê hòa tan thành phẩm.  Sấy khô Sấy khô nhằm đưa dịch trích ly cà phê cô đặc thành dạng bột khô để tiện lợi cho quá trình bảo quản và sử dụng. Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy: - Trong quá trình sấy, tùy theo phương pháp sấy mà có những biến đổi khác nhau. Tuy nhiên, các biến đổi diễn ra trong quá trình sấy dịch cà phê cô đặc thường không đáng kể, chủ yếu là sự bay hơi của ẩm. Trong quá trình sấy phun, quá trình bay hơi nước diễn ra với tốc độ nhanh vì diện tích bề mặt bốc hơi lớn. Tốc độ bay hơi nước của quá trình sấy thăng hoa sẽ chậm hơn. Đồ án Quá trình thiết bị GVHD: TS. Lê Đức Trung SVTH: Nguy ễn Thanh Tuấn Trang 10 - Ngoài sự bay hơi ẩm, trong quá trình sấy phun còn có hiện tượng bay hơi của các cấu tử dễ bay hơi, đặc biệt là các cấu tử hương. Đây là nguyên nhân làm giảm chất lượng cảm quan của cà phê trong quá trình sấy phun. Các phương pháp sấy dịch cà phê: - Sấy phun: Dịch phun thành giọt lỏng vào môi trường được cấp nhiệt bằng không khí nóng. Nhiệt độ khí nóng đi vào khoảng 200 – 260 o C, và nhiệt độ của không khí ra là 107 - 121 0 C để đạt yêu cầu chất lượng về vị. Sản phẩm cà phê thu được ở đáy của thiết bị sấy phun. Sấy theo phương pháp này thành phẩm có dạng hạt rất nhỏ , rỗng ruột gọi là bột nhẹ, tỷ trọng nhỏ nhưng cũng dễ hòa tan, hình dáng bột khá đều đặn. - Sấy chân không: Dịch đựơc cà phê đưa đến buồng bốc hơi chân không ở nhiệt độ tháp. Dung dịch được dàn mỏng trên các trục lớn có hơi nóng đi trong trục. Bột khô thành những màng mỏng quanh ống . Khi đó có bộ phận cơ giới cạo ra rồi tán nhỏ. Bột sấy theo kiểu này hòa tan được nhanh, tốt - Sấy bằng phương pháp thăng hoa và hồng ngoại: Đưa dung dịch đực cà phê làm lạnh, sau đó dùng tia hồng ngoại để sấy đột ngột. Tinh thể thu được dễ tan, hương đảm bảo, chất lượng tốt. Phương pháp này chủ yếu dùng ở quy mô phòng thí nghiệm. Trong sản xuất cà phê hoà tan thường dùng nhất là phương pháp sấy phun. 1.3. Tổng quan về công nghệ sấy phun 1.3.1. Giới thiệu công nghệ sấy phun - Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do: + Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu. + Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn. - Sấy phun là một công nghệ sấy đặc biệt do khả năng sấy trực tiếp nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột. [...]... C ph t2 − ∆ = 0,0 2+ 1,0 4 ( 200 − 55 ) = 0,0 76 [kg/kgkkk] 2500 + 1,8 42 55 + 109 ,3 3 h2= 1,0 04 t2 + d2(2500 + 1,8 42 t2) = 1,0 04 55 + 0,0 76(2500 + 1,8 42.55)= 25 2,9 [kJ/kgkkk] m tương + ϕ2 = i sau s y th c φ2: p.d 2 0,9 8. 0,0 76 = = 6 8,5 % pbh 2 ( 0,6 21 + d 2 ) 0,1 56( 0,6 21 + 0,0 76) + Lư ng không khí tiêu hao th c t : lo = 1 1 = = 1 7,8 6[kgkkk / kg ] d 2 − d1 0,0 76 − 0,0 2 Lo= 93 9,1 3 1 7,8 6= 1677 2,9 [kgkkk/h] +... 1,0 04.200 + 0,0 2(2500 + 1,8 42.200) = 25 8,2 [kJ/kgkkk] + Nhi t dung riêng d n xu t c a không khí trang thái 1: Cdx(1)= 1,0 04 + 1,8 42.d1= 1,0 04 + 1,8 42. 0,0 2= 1,0 4 [kJ/kgkkk] Áp su t bão hòa + Pbh1= exp{ 12 − 4026 , 42 4026 , 42 } = exp{ 12 − } = 15 , 7 bar 235 ,5 + t1 235 , 5 + 200 m tương + ϕ1 = tr ng thái 1: (CT 2.31/31 [3]) i φ1 : p.d1 0,9 8. 0,0 2 = = 0,2 % pbh1 ( 0,6 21 + d1 ) 1 5,7 .( 0,6 21 + 0,0 2) (CT 2.19/28... c i m là giá thành năng lư ng cao, ch y u dùng SVTH: Nguy n Thanh Tu n quy mô phòng thí nghi m Trang 17 án Quá trình thi t b GVHD: TS Lê c Trung CHƯƠNG 2 L A CH N PHƯƠNG ÁN THI T K VÀ CÁC THÔNG S BAN U 2.1 L a ch n phương án thi t k + V t li u s y là dung d ch cà phê có n ng ban u là 20% + S n ph m là cà phê b t m 8% Theo tính ch t c a nguyên li u, có th s d ng các phương án s y như s y phun, s y thăng... • H s c p nhi t trong lòng Nu = 0,4 7.Gr 0 , 25 n thành tháp do  g D 3 (t tb − t 2 )  = 0,4 7.  2 v k Ttb     9,8 1.4 3.(12 7,5 − 55) = 0,4 7.  −6 2  ( 2 5,7 06.10 ) (12 7,5 + 273)  α”1= Nu λ 30 2,7 . 0,0 3396 = = 2,5 7 D 4 H s c p nhi t t ng quát t lòng ] i lưu t do: 0 , 25 (CT 1.29/24 [9]) 0 , 25 = 30 2,7 [W/m2 ] n thành tháp là: α1= k.(α’1 + α”1)= 1,2 5( 1,5 6+ 2,5 7)= 5,1 6 k : h s tính Xác n nhám nh α2:... [3]) tác nhân s y: Vk 0,5 ( v k 1 + v k 2 ).L 0,5 ( 1, 41 + 1,0 6 ).16772 ,9 = = = 0, 458 [ m / s ] F 3600 F 3600 12 ,5 6 Trong ó: vk 1, vk2 : th tích riêng ng v i 1kg không khí khô v k 1 = 4,6 4 10 −3.( 0,6 21 + d1 )(t1 + 273 ) = 4,6 4 10 −3 ( 0,6 21 + 0,0 2 )( 200 + 273 ) = 1,4 1[ m 3 / kgkkk ] v k 1 = 4,6 4 10 − 3.( 0,6 21 + d 2 )(t 2 + 273 ) = 4,6 4 10 −3 ( 0,6 21 + 0,0 76 )(55 + 273 ) = 1,0 6[ m 3 / kgkkk ] • T c... th làm vi c v i bât kỳ d ch th nào k c b t nhão Như c i m: giá thành cao, b trí và v n hành ph c t p - Vòi phun khí ng: Trong vòi phun khí ng phun tăng t c Không khí có t c ng, dùng không khí phun dung d ch.Trư c h t không khí qua r i phun ra mi ng phun, dùng bơm ưa dung d ch cao s th i dung d ch văng ra thành h t nh T c n mi ng vòi khí ra kh i ng phun ph thu c vào t s áp su t trư c và sau ng phun. .. GVHD: TS Lê H th ng s y phun là h th ng chuyên dùng c Trung s y các v t li u s y d ng dung d ch huy n ph , ví d trong trong công ngh s n xu t s a b t, b t tr ng, cà phê hoà tan,… C u t o ch y u c a h th ng s y phun g m m t bơm d ch th , m t bu ng s y hình tr , trong ó b trí các vòi phun và cu i cùng là cyclon thu h i s n ph m Dung d ch ư c phun thành d ng sương vào trong bu ng s y, quá trình s y di n... 12 7,5 – 30 = 9 7,5 ∆t = ∆t1 − ∆t 2 155 − 9 7,5 = = 124 o C ∆t1 155 ln ln 9 7,5 ∆t 2 Di n tích trao i nhi t v i b m t xung quanh: F = π D n H + πD 2 n 4 = 3,1 4 4,0 3 3,2 + 3,1 4 4,0 3 2 = 5 3, 2 [ m 2 ] 4 − T n th t nhi t ra môi trư ng: Qmt = K.F.∆t = 1,7 3 5 3,2 124 = 1141 2,5 [W] = 41085 [KJ/h] qmt = Qmt/W = 41085/93 9,1 3=4 3,7 [KJ/kg] − Nhi t lư ng tiêu hao: q = lo (h1- ho) = 1 7,8 6.(25 8,2 – 8 1,2 3) = 316 0,7 [KJ/kgkk]... 0,1 3) 1+ ( 0,1 3 − 0,0 2) (200 − 6 3,7 )( 0,1 3 − 0,0 2) ln ( 0,0 8 − 0,0 2) chênh l ch nhi t + (CT 13.30/276 [3]) ' 2 trong quá trình s y: ∆t=∆t1(1-X) + ∆t2.X= 57.(1- 0,6 09) + 6,8 . 0,6 09 = 2 6,4 0C Xác (CT 13.24/275 [3]) nh nhi t lư ng VLS nh n ư c Q: Q = W(2500+ 1,8 42.t2 - 4,1 86.tv1) + Cp.G2(tv2-tv1) (CT 13.18/273 [3]) = 93 9,1 3.(2500+ 1,8 42 55 - 4,1 86 45) + 1,5 26 0,8 7.(5 2,3 -45) = 226892 0,9 [kJ/h] Xác α v nh h s trao... Ch n ĩa phun Ch n ĩa phun có ư ng kính dd = 100mm n= 16000 v/p: t c ĩa quay υ0= 0,3 2 m/s: v n t c c a d ch ch y vào ĩa phun S c căng b m t : σ= 0,0 757 (1- 0,0 02.tv1) = 0,0 757.(1- 0,0 02.45) = 0,0 69(kgf/m) (Tr 13/[5]) 4.2 ư ng kính thi t b s y ư ng kính h t cà phê sau khi phun: dr = 9 8,5 σ 9 8,5 2σ 9 8,5 2.0.069 = = = 71.10 −6 [m] −3 n Rγ l n d d ρ g 16000 100.10 1050. 9,8 1 (Tr 218 [7]) Bán kính tán phun: RΨ