đồ án môn học tính toán thiết kế hệ thống thiết bị hầm sấy cà phê năng suất 200 kg sản phẩm h

Việc phải sản xuất với số lượng lớn và đặc thù của cà phê nhân khi sấy phải giữ được mùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta có thể ử ụ s d ng các thi t b sế ị ấy như: sấy tháp, thùng quay,

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CNSH&CNTP

*******

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

HỆ THỐNG THIẾT BỊ HẦM SẤY CÀ PHÊ NĂNG SUẤT 200 KG SẢN PHẨM/H

SVTH : Trần Phương AnhMSSV : 20201103 Lớp : KTTP.01 K65–

GVHD : ThS Phạm Thanh Hương

Hà Nội, tháng 7 năm 2023

MỤC LỤC

1.1 T ng quan vổ ề phương pháp sấy 5 1.1.1 Bản chất của sấy 5

1.1.3 Y u t ế ố ảnh hưởng đến quá trình sấy 6 1.1.4 Nguyên lý c a quá trình sủ ấy 6 1.1.5 Các lo i tác nhân sạ ấy 7 1.1.6 T ng quan v ổ ề thiết bị 8 1.2 T ng quan v nguyên li u ổ ề ệ 11

1.2.1 Giới thiệu chung 11 1.2.2 Quy trình sản xu t cà phê nhânấ 14 1.2.3 Ứng d ng c a cà phêụ ủ 15 1.3 Chọn Và Thuy t Minh Quy Trình Công Ngh ế ệ 16

1.3.1 Phương pháp và chế độ ấy s 16 1.3.2 Chọn Quy Trình Công Nghệ 16 1.3.3 Thuyết minh qui trình sấy 16 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY 18

2.1 Tính toán các thông số cơ bản của vật liệu 18 2.2 Tính toán quá trình sấy lí thuy t ế 18

2.2.1 Trạng thái không khí bên ngoài (điểm A) 19 2.2.2 Trạng thái không khí vào hầm sấy (điểm B) 19 2.2.3 Trạng thái không khí ra khỏi hầm sấy (điểm C) 20 2.3 Xác định các kích thướng cơ bản c a h m s y ủ ầ ấ 22 2.3.1 Kích thước của b ph n v n chuyộ ậ ậ ển 22 2.3.2 Tính thiết b ị chính 23 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT HẦM SẤY 25 3.1 T n th t do v t liổ ấ ậ ệu sấy mang đi 25 3.2 T n th t do thiổ ấ ết bị truyền tải 25

3.3 T n th t nhiổ ấ ệt ra môi trường xung quanh qua kết cấu bao che c a hủ ầm ấs y: hai tường bên, cửa, trần, nền 26

3.3.1 T n th t nhiổ ấ ệt qua hai tường bên tính theo công thức: 26 3.3.2 T n th t qua trổ ấ ần 29 3.3.3 T n th t nhi t qua c a hổ ấ ệ ử ầm 29 3.3.4 T n th t qua n n hổ ấ ề ầm sấy 30 3.3.5 T ng t n th t qua kổ ổ ấ ết cấu rời bao che 30 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 31

4.1 Thông số trạ ng thái c a tác nhân s y sau quá trình s y thủ ấ ấ ực: 31 4.2 Tiêu hao thực tế ủ c a không khí 32 4.3 Tính toán cân bằng nhi t ệ 32 4.4 Kiểm tra lại giả thi t tế ốc độ tác nhân s y ấ 33 4.5 Kiểm tra lại giả thi t tế ốc độ tác nhân s y ấ 33 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 35

5.1 Tính toán chọn caloriphe 35 5.2 Tính toán chọn qu t ạ 37

5.2.1 Tính toán trở ực l 37

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một nước nông nghi p, có khí h u nhiệ ậ ệt đới gió mùa m v i sẩ ớ ự đa d ng v các s n ph m nông sạ ề ả ẩ ản Đa số các m t hàng nông sặ ản được thu ho ch theo mùa ạv và c n tích trụ ầ ữ để ử ụng lâu dài Do đó, việ s d c ch bi n và b o qu n th c ph m luôn ế ế ả ả ự ẩđược chú tr ng và không ngọ ừng đổi mới để t hiệu quả Mđạ ục đích của quá trình bảo qu n th c ph m là v n giả ự ẩ ẫ ữ được đặc tính ban đầu c a th c phủ ự ẩm, đồng thời tăng giá trịs n ph m, giả ẩ ữ được trong th i gian dài Có r t nhiờ ấ ều phương pháp được s d ng trong ử ụquá trình b o qu n và ch biả ả ế ến và phương pháp sấy là m t trong nhộ ững phương pháp được sử d ng ph biến và r ng rãi ụ ổ ộ

Kỹ thuật ch bi n và b o qu n th c ph m hiế ế ả ả ự ẩ ện nay đang ngày càng có xu hướng phát tri n m nh, vi c nghiên c u công ngh s y các nguyên li u v t liể ạ ệ ứ ệ ấ ệ ậ ệu cũng có ý nghĩa rất quan trọng trong dây chuy n s n xu t S y là mề ả ấ ấ ột phương pháp được nghiên cứu và s ửdụng khá lâu đời K t hế ợp phơi sấy để tiế t kiệm năng lượng, nghiên c u công ngh s y và ứ ệ ấthiết b sị ấy phù hợp vớ ừi t ng lo i nguyên liạ ệu để đạt được chất lượng cao nh t S n phấ ả ẩm sau khi sấy có độ ẩm thích h p thu n ti n cho vi c b o qu n, v n chuy n, ch biợ ậ ệ ệ ả ả ậ ể ế ến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Trong quy trình công nghệ sản xuất c a rất nhiều sản ủphẩm đều có công đoạn sấy khô để ả b o qu n dài ngày Công ngh này ngày càng phát ả ệtriển trong công nghiệp như công nghiệp ch bi n h i s n, rau quế ế ả ả ả, lương thực, thực phẩm…Từ đó làm phong phú hơn các sản ph m th c phẩ ự ẩm như trái cây sấy, th t khô, cá ịkhô…

Trong ba th p k qua (tính t công cu c cậ ỷ ừ ộ ải cách năm 1986), cà phê là một trong những đóng góp quan trọng nh t cho doanh thu c a ngành nông nghi p Vi t Nam nói ấ ủ ệ ệriêng và cho toàn b GDP qu c gia nói chung Ngành công nghiộ ố ệp cà phê đã tạo ra hơn n a tri u vi c làm tr c ti p và gián tiử ệ ệ ự ế ếp, đồng th i là sinh k chính c a hàng ngàn h giờ ế ủ ộ a đình trong các khu vực sản xuất nông nghiệp Giá trị xuất khẩu cà phê thường chiếm kho ng 15% trong t ng kim ng ch xu t kh u nông s n và tả ổ ạ ấ ẩ ả ỷ trọng cà phê luôn vượt trên 10% GDP nông nghi p trong nhệ ững năm gần đây và vươn lên đứng th 2 v xu t kh u cà ứ ề ấ ẩphê trên th gi i Bên cế ớ ạnh đó, Việt Nam còn n i ti ng vổ ế ới “văn hóa cà phê” với lượng tiêu th lụ ớn và phong cách thưởng thức “sành” của nhiều người tiêu dùng Chính vì v y ậmà hàng năm, Việt Nam luôn cho sản xuất lượng cà phê rất lớn, được tiêu thụ cả trong và ngoài nước Việc phải sản xuất với số lượng lớn và đặc thù của cà phê nhân khi sấy phải giữ được mùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta có thể ử ụ s d ng các thi t b sế ị ấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm

Thực t cho th y các quá trình nhi t nói chung và quá trình s y nói riêng là nh ng ế ấ ệ ấ ữquá trình công ngh r t ph c t p Ch ng h n quá trình s y là m t quá trình tách m khệ ấ ứ ạ ẳ ạ ấ ộ ẩ ỏi vật liệu nh nhiờ ệt và sau đó sử ụng tác nhân để thải ẩm ra môi trườ d ng với điều kiện năng suất cao, chi phí v n chuy n hàng, vậ ể ốn đầu tư thấp nhất nhưng sản ph m ph i có chẩ ả ất lượng tốt…Để tìm hiểu sâu hơn về phương pháp sấy cũng như tính toán cho mộ ật liệu t vs y c ấ ụ thể nên đề tài của em là: Thiết kế ầm sấy cà phê năng suấ h t 200kg s n phả ẩm/giờ

Đây là lần đầu tiên em làm đồ án cũng như trình độ nghiên cứu kiến thức, tài liệu tham kh o còn h n ch nên trong quá trình làm còn nhi u sai sót, em r t mong nhả ạ ế ề ấ ận được sự góp ý để hoàn thiện đồ án môn h c này Em xin chân thành cọ ảm ơn giảng viên Ts Phạm Thanh Hương đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này Sau cùng em xin được kinh chúc quý thầy cô giáo Viện Công nghệ Sinh h c & Công nghệ Thực phẩm có ọthật nhi u s c kh e và luôn giề ứ ỏ ữ được tâm huy t, nhi t huy t gi ng dế ệ ế ả ạy để truyền đạt và bồi dưỡng th h chúng em sau này ế ệ

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 T ng quan v ổ ề phương pháp sấy

1.1.2 Phân loại

Phân loại theo tác nhân s y ấ

S y t nhiên: nh tác nhân chính là nấ ự ờ ắng, gió Phương pháp này thời gian s y dài, ất n diố ện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cu i cùng c a v t li u s y còn khá l n, ố ủ ậ ệ ấ ớph ụ thuộc vào khí h u ậ

S y nhân t o: quá trình cung c p nhiấ ạ ấ ệt, nghĩa là phải dùng các tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong Quá trình nhanh, dễ điều khi n và triể ệt để hơn sấ ựy t nhiên

Phân loại theo phương thức truyền nhiệt

Phương pháp sấy đối lưu: trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một d ch thị ể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loạ ệ thối h ng s y ấph biổ ến hơn cả Trong hệ thống này người ta l i phân ra các lo i: hạ ạ ệ thống s y bu ng, h ấ ồ ệthống sấy hầm, hệ ống sấy thùng quay, hệ ống s y tháp, h th th ấ ệthống sấy khí động,

Phương pháp sấy bức xạ: trong phương pháp sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ m t ngu n b c xộ ồ ứ ạ để ẩm d ch chuy n t trong lòng v t li u s y ra b m t và t b mị ể ừ ậ ệ ấ ề ặ ừ ề ặt khuếch tán vào môi trường Rõ ràng, trong hệ thống s y b c xấ ứ ạ, người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa v t liệu và môi trườậ ng ch bỉ ằng cách đốt nóng vật

Phương pháp sấy tiếp xúc: vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Trong các hệ thống s y tiấ ếp xúc, người ta tạo ra độ chênh l ch phân áp nhệ ờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Chúng ta thường gặp hệ th ng sấy lô, hệ th ng sấy tang ố ố

Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nh ờ dòng điện cao t n tầ ạo nên điện trường cao t n trong vầ ật sấy làm vật nóng lên

Phương pháp sấy thăng hoa: sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp Ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng

Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ m nh và làm sôi l p h t, sau m t th i gian nhạ ớ ạ ộ ờ ất định hạt khô được tháo ra ngoài

Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy dạng lỏng

1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ sấy Nhưng nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên li u b chín và gây nên s t o màng c ng l p b ngoài c n tr t i sệ ị ự ạ ứ ở ớ ề ả ở ớ ự chuyển động của nước từ l p bên trong ra bề mặt ngoài ớ Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới gi i hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dớ ẫn đến sự th i rữa, h y hoại ố ủnguyên li u Khi s y nh ng nhiệ ấ ở ữ ệt độ khác nhau thì nguyên li u có nh ng biệ ữ ến đổi khác nhau N u nhiế ệt độ cao hơn nữa thì nguyên li u có th b cháy làm m t giá trệ ể ị ấ ị dinh dưỡng và m t giá tr c m quan cấ ị ả ủa sản phẩm.

Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động c a không ủkhí có ảnh hưởng lớn đến quá trình s y, tấ ốc độ gió quá l n ho c quá nh u không có lớ ặ ỏ đề ợi cho quá trình s y Vì tấ ốc độ chuyển động c a không khí quá l n khó gi nhiủ ớ ữ ệt lượng trên nguyên liệu để cân b ng quá t nh s y, còn tằ ấ ốc độ quá nh s làm cho quá trình s y chỏ ẽ ấ ậm lại Hướng gió cũng ảnh hưởng r t lấ ớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề m t nguyên li u thì tặ ệ ốc độ làm khô r t nhanh ấ

Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí: Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn thì quá trình làm khô sẽ chậm lại

Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng m ng thì tỏ ốc độ ấy càng nhanh, nhưng nế s u nguyên liệu có kích thước quá bé và quá m ng s làm cho nguyên li u b cong, d gãy v ỏ ẽ ệ ị ễ ỡ

Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tùy vào b n thân nguyên liả ệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù h p, cợ ần phải xét đến thành phần hóa h c c a nguyên liọ ủ ệu như: nước, lipit, protein, chất khoáng, Vitamin, kết cấu tổ chức ch c ắ hay lỏng lẻo 1.1.4 Nguyên lý của quá trình s y ấ

Quá trình s y là m t quá trình chuy n kh i có s tham gia c a pha r n r t ph c t p ấ ộ ể ố ự ủ ắ ấ ứ ạvì nó bao g m c quá trình khu ch tán bên trong và c bên ngoài v t li u rồ ả ế ả ậ ệ ắn đồng thời v i quá trình truy n nhiớ ề ệt Đây là một quá trình n i tiố ếp nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha hơi ra khỏ ậy lii v ệu ban đầu Động lực c a quá trình là sự chênh lệch độ ẩm trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt ủ ởv t li u Quá trình khu ch tan chuy n pha này ch x y ra khi áp xuậ ệ ế ể ỉ ả ất hơi trên bề m t vặ ật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Vận t c c a toàn b ố ủ ộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm t ừ trong v t liậ ệu s y ra ngoài b mấ ề ặt v t liậ ệu s y ấ

Trong quá trình sấy thì môi trường không khí m xung quanh có ẩ ảnh hưởng r t lấ ớn và tr c tiự ếp đến v n t c s y Do v y c n nghiên c u tính ch t là thông sậ ố ấ ậ ầ ứ ấ ố cơ bản c a quá ủtrình sấy

Sơ đồ nguyên lý sấy của hệ thống sấy:

1.1.5 Các lo i tác nhân s y ạ ấ

Tác nhân s y là nh ng chấ ữ ất dùng để chuyên chở lượng m tach ra t v t li u s y ẩ ừ ậ ệ ấTrong quá trình s y, ấ môi trường h m sầ ấy luôn được b sung m thoát ra t v t li u s y ổ ẩ ừ ậ ệ ấNếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong hầm sấy tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường tromg hầm sấy, quá trình thoát m cẩ ủa vật liệu sấy sẽ ngừng lại

Vì vậy nhiêm v c a tác nhân s y: ụ ủ ấ- Gia nhiệt cho vật liệu s y ấ

- Tải ẩm: mang ẩm từ b mề ặ ậ ệu vào môi trường t v t li- B o v v t li u s y khả ệ ậ ệ ấ ỏi bị ỏ h ng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều các nhiệm vụ trên Các lo i tác nhân s y: ạ ấ

- Không khí m: là lo i tác nhâm s y thông d ng nh t, có th dùng cho h u ẩ ạ ấ ụ ấ ể ầh t các lo i s n ph m Dùng không khí m s có nhiế ạ ả ẩ ẩ ẽ ều ưu điểm: không khí có s n trong ẵtự nhiên, không độc, không làm s n ph m sau khi sây ô nhiả ẩ ễm và thay đổi mùi v Tuy ịnhiên, dùng không khí m làm tác nhân s y c n trang b thêm b gia nhi t không khí ẩ ấ ầ ị ộ ệ(caloripher điện, khí-hơi hay khí-khói), nhiệt độ ấy không quá cao Thườ s ng nhỏ hơn 500 C vì n u nhio ế ệt độ cao quá, thi t bế ị trao đổi nhi t phệ ải được ch t o b ng thép hế ạ ằ ợp kim hay gốm sứ ới chi phí đắt v

- Khói lò: s d ng khói lò làm môi ch t sử ụ ấ ấy có ưu điểm là không c n dùng ầcalorife, phạm vi nhiệt độ ộ r ng (có thể sấy nhiở ệt đọ ất cao 900-1000 C và nhi r o ở ệt độthấp 70-90oC ho c th m trí 40-50 Cặ ậ o ), tuy nhiên dùng khói là có nhược điểm là khói có thể ô nhiễm do bụi và các chất có hại như CO2, SO 2

- Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước: tác nhân s y lo i này dùng khi c n có ấ ạ ầđộ ẩm tương đối cao.

- Hơi quá nhiệt: được dùng trong trườn hợp sản phẩm sấy là chất d cháy n ễ ổvà s n ph m chả ẩ ịu được nhiệt độ cao, vì s y bấ ằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 100oC (sấ ởy áp su t khí quy n) ấ ể

1.1.6 Tổng quan v thiề ết bị1 Thiết bị ấy đối lưu s• Buồng s y ấ

Buồng sấy có hình dạng kh i lố ập phương, khối hộp chữ nhật đứng hay nằm, hình trụ đứng ho c n m Thành bu ng sặ ằ ồ ấy được b c cách nhi t và cách m, có cọ ệ ẩ ửa để ạ n p và l y s n ph m V t sấ ả ẩ ậ ấy được rải đều thành l p trên các tớ ầng khay đặt gác lên khung giá trong bu ng s y Bồ ấ ộ phận gia nhi t cho tác nhân s y có thệ ấ ể đặt trong ho c ngoài bu ng ặ ồs y Tác nhân sấ ấy được đối lưu tự nhiên hay cưỡng b c nh hứ ờ ệ thống qu t Quá trình s y ạ ấlà gián đoạn ho c theo chu kì N p và tháo s n ph m bằng th ặ ạ ả ẩ ủ công hay cơ giới hóa

Buồng sấy được ứng d ng r ng rãi trong công nghiệp chế biến các nông, lâm, thủy ụ ộh i s n và các ch bi n th c phả ả ế ế ự ẩm, dược ph m, thẩ ức ăn chăn nuôi Nó có thể ấ s y các vật liệu các v t li u b t c d ng nào: h t, mi ng m nh nh x p l p, d ng bậ ệ ở ấ ứ ạ ạ ế ả ỏ ế ớ ạ ột nhão…Buồng s y có c u tấ ấ ạo đơn giản, d ễ chế ạ t o, lắp đặt, d v n hành, vễ ậ ốn đầu tư ít.

Do quá trình sấy là gián đoạn và có chu kì nên lượng nhi t tiêu tệ ốn để nung nóng thành và giá đỡ trong bu ng sấy giữa các lần sấy là rồ ất đáng kể

Vật li u sệ ấy được đặ ố địt c nh trong su t quá trình số ấy Do đó quá trình sấy không đồng đều Để khắc phục thì người ta bố trí cách đưa tác nhân sấy theo đường dích dắc tạo nên sự đồng đều cho s n ph m s y Hả ẩ ấ ệ thống s y này ch phù h p v i các v t li u sấ ỉ ợ ớ ậ ệ ấy mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn được trong quá trình s y ấ

• T s y ủ ấ

Tủ s y là thi t b bu ng sấ ế ị ồ ấy có kích thước nhỏ Cũng như hệ thống s y bu ng, h ấ ồ ệthống sấy t là m t trong những hệ ống sủ ộ th ấy đối lưu phổ ến nh bi ất Nhưng khác với hệ thống sấy bu ng, hệ ốồ th ng sấy t làm viủ ệc gián đoạn với năng suất trung bình và phương pháp tổ chức trao đổi nhi t ch có thệ ỉ ể đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt bu c ph i dùng ộ ảqu ạt.

C u t o h ấ ạ ệ thống s y t bao g m ba ph n chính: t s y, calorife và qu t Tùy thuấ ủ ồ ầ ủ ấ ạ ộc vào mục đích thiế ế mà tủ ất k s y có th hể ồi lưu hoặc không hồi lưu.

• Hầm sấy

Hầm s y có c u t o khác bu ng s y là chi u dài có kíấ ấ ạ ồ ấ ề ch thướ ớn hơn gấc l p nhiều l n chi u r ng và chi u cao H m sầ ề ộ ề ầ ấy được dùng để ấ s y các v t li u kém ch u nhi t và ậ ệ ị ệkhó khô V t sậ ấy thường d ng r i x p lở ạ ờ ế ớp như các loại h t, c , qu c t lát, rau, ạ ủ ả ắchè…Các khay được xếp trên xe goong, xe treo, trên băng tải Vật sấy cúng phương tiện v n chuyậ ển đi vào đầu hầm và đi ra ở cuối hầm Để kéo các xe goong, xe treo ta dùng xích t i Tác nhân s y chuyả ấ ển động ngược chi u ho c cùng chi u v i về ặ ề ớ ật sấy Để tác nhân s y không tràn ra ngoài, hay không khí ngoài không b hút vào h m thì ấ ở ị ầ ở đầu và cuối

h m sầ ấy có khoang xép để ạ n p và l y t ng xe m t Hấ ừ ộ ệ thống qu t v n chuy n tác nhân và ạ ậ ểb ph n gia nhiộ ậ ệt đượ ắp đặc l t bên ngoài ho c ngay trên nóc hặ ầm, calorife cũng có thể ắp ltrong hầm

- Hầm có xe goong

Chiều dài h m b ng t ng chi u dài c a các xe goong x p trong h m, c ng vầ ằ ổ ề ủ ế ầ ộ ới chiều dài n i nớ ắp cửa hút, đẩy tác nhân s y, c ng v i chiấ ộ ớ ều dài khoang xép ở hai đầu nếu có để ạ n p và l y xe ra ấ

Nếu h m ng n thì n p và l y xe ra có th dùng sầ ắ ạ ấ ể ức người đẩy và kéo, khi h m dài ầthì phải có h ệ thống cơ giới như xích tải, cơ cấu thủy lực để nạp và lấy xe

- Hầm sấy có xe treo

Được dùng để sáy các loại vật liệu rời xếp lớp như hạt, mảnh cắt nhỏ Cấu tạo của loại h m s y này g m: h m s y có k t c u ng n và r ng, cao, bên trong chia thành nhi u ầ ấ ồ ầ ấ ế ấ ắ ộ ềkhoang phù h p v i hợ ớ ệ thống xích v n chuy n các xe và chuyậ ể ển động c a tác nhân s y ủ ấChiều dài c a xích n m trong h m s y phủ ằ ầ ấ ụ thuộc vào th i gian s y, tờ ấ ốc độ ủ c a xích Chiều dài t ng c ng c a xích b ng chi u dài ph n n m trong h m s y c ng v i phổ ộ ủ ằ ề ầ ằ ầ ấ ộ ớ ần đểtháo sản phẩm sấy và n p mạ ớ ản phẩm i s

Nếu m i xe ch có 1 khay thì vi c n p và tháo s n ph m s y d tỗ ỉ ệ ạ ả ẩ ấ ễ ự động hóa, quá trình sấy liên tục Nếu mỗi xe có nhi u khay thì theo nguyên tề ắc sấy liên tục nhưng các xe được treo lên xích hay lấy ra lần lượ ừng chiếc m t Các móc treo xe phải có bánh trên t t ộray treo

- Máy sấy băng tải

Nguyên t c c u t o c a máy sắ ấ ạ ủ ấy băng tải g m có h m ho c bu ng sồ ầ ặ ồ ấy, băng tải liên t c chuyụ ển động trong bu ng V t li u sồ ậ ệ ấy được rải đều trên băng tải nhờ cơ cấu n p ạliệu S n phả ẩm được liên t c l y ra ụ ấ ở cuối băng tải Tác nhân s y là không khí nóng hay ấkhói lò chuyển động c t ngang qua chi u chuyắ ề ển động của băng tải Chi u dài và tề ốc độcủa băng tải phụ thuộc vào th i gian sờ ấy Chi u r ng bề ộ ằng chiều dày l p vớ ật li u và tệ ốc độbăng phụ thuộc vào năng suất c a máy ủ

• S y tháp ấ

S y tháp là quá trình s y di n ra trong bu ng s y có chi u cao l n Quá trình sấ ấ ễ ồ ấ ề ớ ấy diễn ra trong tháp cũng là quá trình sấy đối lưu Vậ ấy đượt s c g u tầ ải đưa lên và rót vào đỉnh tháp r i cháy xuồ ống đáy tháp dưới tác dụng c a tr ng lực, tác nhân sủ ọ ấy được quạt thổi vào tháp từ dưới theo kênh dẫn đi lên Tác nhân sấy ti p xúc v i các v t s y và làm ế ớ ậ ấbay hơi ẩm từ vậ ất s y

Quá trình s y trong tháp có th là s y không hấ ể ấ ồi lưu khí thải, s y có hấ ồi lưu một ph n hay toàn b khí th i, s y có t nóng b sung cho tác nhân s y Hầ ộ ả ấ đố ổ ấ ệ thống s y tháp ấbao g m các b ph n: tháp s y, hồ ộ ậ ấ ệ thống v n chuy n h t (gàu tậ ể ạ ải, băng tải, vít t i), h ả ệthống đốt nóng (calorife) và vận chuyển (hệ ống quạt) tác nhân sấy Vật sấy chuyển thđộng từ nh xuống đáy tháp có thể đi qua các vùng sấy khác nhau, m i vùng có hệ th ng đỉ ỗ ốquạt và đót nóng tác nhân sấy riêng phù h p v i chợ ớ ế độ ấ s y c a mủ ỗi vùng Vùng đáy tháp là vùng làm nguội

• Máy sấy thùng quay

Quá trình s y trong máy sấ ấy thùng quay cũng là sấy đối lưu Sấy thùng quay được áp d ng rụ ộng rãi để ấ s y các vật ẩm d ng h t, m nh vạ ạ ả ụn có kích thước nhỏ như đậu đỗ, cà phê, ngô hạt, đường kính, muối ăn, củ ắ c t nh , g mỏ ỗ ảnh, cát…Máy sấy thùng quay có những ưu điểm lớn như làm việc ổn định, năng suất cao, rất kinh t ế

Bên trong máy sấy thùng có các cánh đảo tr n V t li u ộ ậ ệ ẩm được nạp vào đầu cao, s n ph m l y ra ả ẩ ấ ở đầu th p c a thùng Tác nhân s y có thấ ủ ấ ể là không khí được đốt nóng nh calorife, khói lò Chi u chuyờ ề ển động c a tác nhân s y có th cùng chiủ ấ ể ều, ngược chiều hoặc cắt ngang d ng vồ ật sấy

• Thiết bị ấ ầ s y t ng sôi

Trong hệ thống s y t ng sôi thi t b s y là m t bu ng sấ ầ ế ị ấ ộ ồ ấy, trong đó người ta bố trí ghi đỡ vậ ệt li u sấy Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho v t li u s y chuyậ ệ ấ ển động b p bùng trên ghi nhậ ư các bọt nước sôi Vì vậy, người ta g i là ọh ệ thống s y tấ ầng sôi Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để ấ s y hạt H t nhạ ẹ hơn sẽ ở ph n trên c a lầ ủ ớp sôi và đượ ấc l y ra kh i thi t b s y m t cách liên t c Trong hỏ ế ị ấ ộ ụ ệ thống s y t ng sôi, truy n nhi t và truy n m gi a tác nhân s y và v t li u s y r t t t nên trong ấ ầ ề ệ ề ẩ ữ ấ ậ ệ ấ ấ ốcác hệ thống s y h t hi n có thì hấ ạ ệ ệ thống s y tấ ầng sôi có năng suấ ớt l n, th i gian s y ờ ấnhanh và vật liệu sấy được sấy rấ ềt đ u.

• H ệ thống s y phun ấ

Hệ thống s y phun là m t hấ ộ ệ thống sấy chuyên dùng để sáy các dung d ch huyị ền phù như trong dây chuyền sản xuất sữa bột, sữa đậu nành…Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này thường là m t hình chóp tr , phộ ụ ần chóp hướng xuống dưới Dung d ch huy n phù ị ềđược bơm cao áp đưa vào các vòi phun hoặc trên đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thành những h t dung d ch bay lwo l ng trong thi t b s y Tác nhân s y có thạ ị ử ế ị ấ ấ ể được đưa vào cùng chiều hay ngược chiều thực hiện quá trình truyền nhiệ ẩt m với các hạt dung dịch và thoát ra ngoài qua xyclon V t liậ ệu khô được thu ở đáy chóp và đượ ấc l y ra ngoài liên t c hoụ ặc định k ỳ

2 Thiết bị ấy b c x s ứ ạ

Thiết b s y này s dị ấ ử ụng phương pháp sấu b c x , dùng thích h p v i m t sứ ạ ợ ớ ộ ố loại s n phả ẩm.

3 Thiết bị ấy tiế s p xúc (s y rang)ấ

Thiết bị s y ti p xúc vấ ế ớ ề m t nóng ki u tang quay hay lô quay i b ặ ểThiết bị s y ti p xúc trong chấ ế ấ ỏng t l

4 Thiết bị ấy dùng điện trườ s ng cao tần

Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao t n ầ5 Thiết bị ấy thăng hoa s

Thiết b s y này s dị ấ ử ụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm

1.2 T ng quan v nguyên liổ ề ệu

1.2.1 Giới thiệu chung

Để có thể hiểu rõ hơn về nguyên lý sơ chế cà phê cũng như chất lượng và các kiến thức về sấy hầm cà phê thì trước hết cần tìm hi u vể ề quả cà phê

Hình 1.1 Cấu t o quạ ả cà phê a C ấu tạo cơ bản của qu cà phê ả

Quả cà phê gồm những ph n sau: L p v qu bên ngoài, l p thầ ớ ỏ ả ớ ịt quả bên trong, l p nh y, l p vớ ầ ớ ỏ trấu, l p v l a và nhân quớ ỏ ụ ả Trong đó có thể chia thành 2 ph n chính: ầ

• Phần v ỏ quả (Skin): Gồm vỏ qu bên ngoài và thả ịt quả

• Phần h t (Seed): Gạ ồm lớp v u, l p v l a và ph n nhân h t (có chỏ trấ ớ ỏ ụ ầ ạ ứa nội nhũ và phôi hạt)

“Trong mộ ốt s tài li u khác cách phân chia cấệ u trúc có th ểkhác như: Lớp v quỏ ảs bao g m ba thành ph n V qu (Exocarp), thẽ ồ ầ ỏ ả ịt quả (Mesocarp), v u (Endocarp), ỏ trấ

Trong khi đó phần nhân sẽ bao gồm: Vỏ lụa (Silver Skin) và Nhân (Seed) cà phê có chứa nội nhũ (Endosperm) và phôi”

b Tìm hiểu v phề ần vỏ quả cà phê (Skin)

Phần v gỏ ồm 2 lớp chính là l p v qu và l p thớ ỏ ả ớ ịt quảLớp vỏ quả (Outer Skin)

Phần v ỏ quả được tạo thành b i mở ột lớp t bào nhu mô nh ế ỏ (đây là các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp th ụ nước) Ban đầu khi quả cà phê bắt đầu hình thành thì lớp v ỏ quả ẽ có màu xanh lá cây nhờ ự s s xuất hiện của lụ ạc l p và lục lạp s biẽ ến mất khi quả cà phê chín Màu s c cắ ủa quả cà phê khi chín s ph ẽ ụ thuộc vào từng gi ng cà ốphê Tuy nhiên màu qu ả cà phê phổ ến khi trưởng thành thường là màu đỏ bi hoặc màu vàng Màu đỏ (cà phê Robusta) là do các sắc tố anthocyanin có trong quả cà phê trong khi màu vàng đến từ luteolin (cà phê Bourbon).

Lớp vỏ thịt qu cà phê (Pulp or Mucilage)ả

Ở những quả cà phê chưa chín, lớp vỏ thịt chính là các mô c ng gắứ n li n với vỏ ềqu và khi qu cà phê chín, các enzym proteolytic s phá v các chuả ả ẽ ỡ ỗi pectin tạo nên các h p chợ ất đường Lúc này chuỗi pectin s làm nên mẽ ột cấu trúc m m, mề ọng nước và có độnhớt cao nên thường được gọi là chất nh y (Mucilage) ầ

Theo phương pháp chế biến ướt, lớp chất nh y này sẽầ được loại bỏ thông qua quá trình lên men có kiểm soát Trong khi đó, khi chế biến theo phương pháp khô thì chất nh y s ầ ẽ được gi l i cùng vữ ạ ới bỏ bên ngoài trong quá trình s y khô ấ

c Tìm hiểu về phần hạt trong qu cà phê ả

Phần h t qu ạ ả cà phê cũng gồm 2 ph n chính là l p v và l p Nhân ầ ớ ỏ ớLớp vỏ trấ u (Parchment)

Lớp v ỏ trấu là l p ngoài cùng cớ ủa p ầh n h t, ph n này ti p xúc trạ ầ ế ực tiếp với vỏ qu ảLớp v ỏ trấu được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng (tế bào sợi đóng vai trò chính trong th c vự ật) Các tế bào c u thành cấ ủa vỏ trấu sẽ c ng dứ ần trong quá trình qu ảcà phê chín và gây ra s h n ch v ự ạ ế ề kích thước cuối cùng của hạt nhân cà phê V i cà phê ớArabica, trọng lượng trung bình của vỏ trấu có độ ẩm khoảng 11% và nằm trong khoảng 3,8% t ng trổ ọng lượng cà phê (Theo Wilbaux, 1961, as cited in Bremen, 2008)

Lớp vỏ ụ l a (Silver Skin)

Lớp v lỏ ụa của qu ả cà phê được hình thành t nucleolus có màu tr ng bừ ắ ạc khi phơi khô nên còn được gọi là lớp vỏ bạc Lớp vỏ này rất mỏng nên có thể được bóc tách ra khỏi nhân trong quá trình đánh bóng hạt Tuy nhiên, nhi u nhà ch biề ế ến cà phê thường đểlại lớp v lỏ ụa trên h t cà phê giúp b o v cà phê, sau cùng l p v lạ ả ệ ớ ỏ ụa này cũng sẽ ự ủ t h y

khi rang xay cà phê mỞ ột số vùng, tùy thu c vào các gi ng cà phê nên l p v lộ ố ớ ỏ ụa sẽ có màu sẫm hơn màu thông thường

Nhân cà phê

Phần trong cùng và quan tr ng nhọ ất của quả cà phê và chịu trách nhiệm trích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình n y mầm cả ủa phôi thai được gọi là nhân cà phê Một quả cà phê thông thường sẽ t n t i 2 nhân (có th có qu có 1 ho c 3 nhân) Thành ph n hóa ồ ạ ể ả ặ ầhọc của nhân cà phê được xem là rất quan trọng b i nó tác ng tr c tiở độ ự ếp đến hương vị và mùi thơm của cà phê trong quá trình rang Các hợp chất hóa học được tìm thấy trong nhân cà phê:

• Các hợp chất tan trong nước: caffeine, trigonelline, axit nicotinic (niacin), ít nhất 18 axit chlorogenic, các thành phần Carbohydrate (Mono-, di- và oligosaccarit) một số protein các khoáng chất và axit cacboxylic…• Các thành phần không hòa tan trong nước như: cellulose, polisaccarit, lignin

và hemicellulose, cũng như một số protein, khoáng chất và lipid (Borem, 2008) Trong lớp nhân cà phê còn có Phôi (Embryo) gồm một tr c phôi (hypocotyl) và ụhai lá m m dài t 3-4 mm (Wintgens, 2009) Các lá mầ ừ ầm này ban đầ ở dưới lòng đấu t sau đó các lá mầm mới sẽ dần dần hình thành

Bảng 1: Thành ph n hóa hầ ọc của h t (nhân) cà phê ạTính bằng

g/100g Tính bằng mg/100g Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g Nước 8-12 Tinh bột 5-23

Dầu (lipit) 4-18 Saccarozơ 5-10 Protein 9-16 Xenllulozơ 10-20 Cafein 1 (arabica),

Cafeicaxit 1 Natri 4

Nhiệt dung riêng của cà phê khô: C = 0,37 kcal/kgđộ = 1,54912 kJ/kgđộ

1.2.2 Quy trình sản xuất cà phê nhân

Trong kĩ thuật sản xuất cà phê có 2 phương pháp chính là: phương pháp sản xuất ướt và phương pháp sản xuất khô

Phương pháp sản xuất khô: có ưu điểm là đơn giản, ít tốn nguyên liệu, nhân công nhưng có hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nó phù hợp với nơi có điều kiện khí h u n ng nhiậ ắ ều mưa ít.

Phương pháp sản xuất ướt: phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng lượng hơn, đòi h i dây chuy n công nghỏ ề ệ và thao tác kĩ thuật cao Nhưng phương pháp này thích hợp v i m i hoàn c nh và m i ớ ọ ả ọ điều ki n khí hệ ậu Đồng thời giúp tăng năng suất nhà máy và tăng ch t lưấ ợng sản phẩm

Quy trình sản xuất theo phương pháp ướt:

1.2.3 Ứng dụng của cà phê

Có thể nói h t cà phê chính là b phạ ộ ận “hội tụ” nhiều chất dinh dưỡng quý giá nhất so v i các ph n khác c a qu cà phê S d ng các th c uớ ầ ủ ả ử ụ ứ ống hay món ăn từ cà phê s ẽgiúp chúng ta ti p n p thêm nh ng nhóm vitamin thi t yế ạ ữ ế ếu như vitamin B5, vitamin B2, vitamin B3 cùng ho t chạ ất chống oxy hóa quinine, trigonelline và đặc biệt là caffeine.

Nhờ vậy mà cải thiện hiệu quả m t s vộ ố ấn đề ức kh e n s ỏ ếu được sử d ng h p lý ụ ợvà đúng cách như: Giúp tinh thần tỉnh táo, kiểm soát đường huyết, hỗ trợ giảm cân, cải thiện trí nh , phòng chớ ống ung thư, duy trì men gan ổn định, giảm nhức mỏi cơ bắp…

Ngoài ra chúng ta có thể chế bi n r t nhi u các s n ph m khác có nguyên li u t ế ấ ề ả ẩ ệ ừcà phê như các loại bánh, kem, mứt, k o, các loại đồẹ uống thơm ngon, hấp dẫn…

1.3 Chọn Và Thuy t Minh Quy Trình Công Ngh ế ệ

1.3.1 Phương pháp và chế độ ấ s y

Lựa chọn phương pháp sấy: Trong mỗi phương pháp sấy s có nhi u pẽ ề hương thức khác nhau Ở đồ án sấy này phương pháp sấy được s d ng là c p nhi t theo cách ử ụ ấ ệđối lưu (tức là việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tựnhiên hay cưỡng bức), môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt

Chọn chế sấy: độ liên tục 1.3.2 Chọn Quy Trình Công Ngh ệ

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ 1.3.3 Thuyết minh qui trình s y ấ

Thiết bị: Để thực hiện quá trình sấy, người ta s d ng h ử ụ ệ thống g m nhi u thi t b chính ồ ề ế ịvà thiết bị phụ Trong đồ án này ta sử ụ d ng các loại thi t bế ị như sau:

Thiết B ị

Thiết bị chính Hầm sấy Xe gòong

Thiết bị phụ

Quạ ẩt đ y Caloriphe Quạt hút Tời kéo

Qui trình sấy: được thuyết minh như sau

- Nguyên liệu H: ạt cà phê được xếp lên các khay, các khay lần lượt được xếp vào xe gòong Các xe gòong được chuyển vào trong hầm sấy (vì có bộ phận tời kéo nên việc vận chuyển xe gòong và h m sầ ẽ thuận ti n và dệ ể dàng hơn), đóng cửa hầm, tác nhân sấy được đưa vào hầm và quá trình sấy bắt đầu Sau mỗi 30 phút, mở cửa vào và cửa ra của hầm s y Dùng t i kéo xe gòong ra kh i hấ ờ ỏ ầm đồng thời đẩy m t xe gòong m i vào h m Ti p ộ ớ ầ ếtục tiến hành như vậy sau 6 gi ta s y xong 1 m vờ ấ ẻ ới năng suất 200kg s n ph m/m ả ẩ ẻ- Tác nhân s y Không kấ : hí bên ngoài được đưa vào caloriphe nhờ quạt đẩy Tại caloriphe không khí được đốt nóng lên đến nhiệt độ c n thiết (caloriphe dùng ch t t i ầ ấ ảnhiệt là hơi nước) Sau đó không khí được d n vào h m s y Nhiẫ ầ ấ ệt độ không khí tại đầu h m s y phầ ấ ải được sao cho phù h p v i v t liợ ớ ậ ệu đem sấy (ph i nhả ỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà v t li u có thậ ệ ể chịu được) Trong h m sầ ấy, không khí nóng đi xuyên qua các lỗ lưới của khay đựng vật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy Ẩm của vật liệu sẽ bốc hơi nhờnhi t c a dòng khí nóng trên Quệ ủ ạt hút được đặt cu i h m số ầ ấy để hút tác nhân s y ra khấ ỏi hầm và đưa ra ngoài.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY

- Năng suất: G = 200 (Kg/h) 2- Thời gian sấy: τ = 6,5 h

- Độ ẩm của cà phê trước khi sấy: w = 60% 1- Độ ẩm của cà phê sau khi s y: w = 12% ấ 2- Thông số không khí ngoài trời: to = 23oC, φo = 81%

- Nhiệt độ của tác nhân sấy trước và sau khi ra thiết bị là t1 = 70oC, t2 = 37 C o

2.1 Tính toán các thông s ố cơ bản của v t li u ậ ệ

- Năng suất trong 1h

+ Khối lượng vật liệu đưa ra khỏi buồng s y: G = 200 (Kg/h) ấ 2+ Khối lượng vật liệu sấy đưa vào là:

G1 = G 2100−𝑤2

100−𝑤1 =200 100−12

100 60− = 440(kg/h) -Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ: W = G G = 240 (kg/h) 1– 2

2.2 Tính toán quá trình s y lí thuy t ấ ế

Đồthị I-d khảosátquátrìnhsấylýthuyết