sấy phun cà phê hòa tan

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 1  ĐỒ ÁN MÔN HỌC Quá Trình & Thiết Bị Thiết Kế Hệ Thống Sấy Phun Cà Phê Hòa Tan  Naêm hoïc 2013-2014  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 2 MỤC LỤC TỔNG QUAN 3 1. NGUYÊN LIU 4 1.1 Nguyên liu chính 4 1.2 Nguyên liu ph 5 2. QUY TRÌNH CÔNG NGH SN XUT CÀ PHÊ HOÀ TAN 6 2.1 Quy trình công ngh 6 2.2 Thuyt minh quy trình 7 3. TNG QUAN V CÔNG NGH SY PHUN 10 3.1 Gii thiu công ngh sy phun 10 3.2 Cu to thit b sy phun 11 3.3 Thuyt minh quy trình công ngh sy phun cà phê hòa tan 12 4. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SY PHUN 13 4.1 Tính cân bng vt chng 13 4.2 Tính toán thit b sy phun 17 4.2.1 ng kính thit b sy 17 4.2.2  18 4.2.3 Tính bn cho thit b sy 19 4.2.4 Tính tn tht nhit và cách nhit cho thit b 22 4.3 Tính toán thit b ph 23 4.3.1 Tính calorifer khói lò 23 4.3.2 Tính và chn lc bi sn phm 26 4.3.3 Tính và ch 27 4.3.4 Công su 28 4.3.5 Tai treo, kính quan sát cho thit b sy phun 28 4.3.6 Tính và chn qut hút 28 KẾT LUẬN 32 TÀI LIU THAM KHO 33  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 3 TỔNG QUAN Hin nay, cùng vi s tin b ca khoa hc k thut, các ngành công nghic ta có nhng chuyn bin rõ rp ch bin thc phm. Bi li sng c     c nâng cao thì nhu c  i các sn phm thc phm ph ng tt nht nhu cu ci. i vi mt s li thc pha, các lon gi c chúng lâu dài sau khi thu hoch  ng nhu c thuc rt nhiu vào công ngh ch bin và bo qun vì chúng rt d ng bng xung quanh. Chính vì th, các nhà khoa hc trên th gii   u và ng dng thành công các công ngh ch bin thc phm mi  ng nhu cu ct bit là công ngh sy. Sy thc cht là quá trình tách m (ch yc) ra khi vt liu bng nhit nhm to ra các sn phm khô, giúp cho thc phm bo qu ng thi làm phong phú thêm các sn phm thc phm. Và mt trong s nhng sn phc em và nhii khác trên th ging chính là cà phê hòa tan. Cà phê là mt loi thc ung có t i và liên tc phát trin ngày nay. Cà phê ng nht trên th gii và có mc tiêu th cao. Vi s dng ngày càng nhiu, cng vi nhp sng hi h ca thi công nghip, vic pha cà phê b   y sinh mt s bt li nht là v thi gian     Morgenthaler, ni Th  i tiêu dùng, cà phê hoà tan nhanh ng vì s tin li ci vi nhà sn xut, cà phê hòa tan là mt hàng có giá tr cao, thun li trong vic bo qun và vn chuyc nhiu li nhun. Quy trình sn xut cà phê hòa tan gc ch yu: cà phê nhân  to hcà phê hòa tan. Trong y khô cà phê nhc thành dng b tin li cho quá trình bo qun và s dng. ng c s dng nhy phun, chính vì th em chy phun cà phê   tài nghiên c án này nhm b sung b sung c nhng kin thc ca mình v công ngh sn dng kin th tính toán, thit k h thng sy phun ng dng trong công nghip sn xut cà phê hoà tan.  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 4 1. NGUYÊN LIỆU 1.1 Nguyên liệu chính  Cu to ca ht cà phê Qu cà phê gm nhng phn sau: lp v qu, lp v tht, lp v tru, lp v la và nhân. Lp v qu: là lp v ngoài, mm, , v cà phê chè mm i và cà phê mít . Lp v thti lp v mng là lp v tht gi là trung bì .V tht cà phê chè mm, cha nhiu cht ngt, d . V tht cà phê mít cng và dày . V tru: ht cà phê sau khi loi b các cht nhi là cà phê thóc, vì bao bc nhân là mt lp v cng nhiu chm gi là v tru tc là ni bì. V tru cà phê chè mng   tru ca cà phê vi và cà phê mít . V la: bao bc quanh nhân cà phê còn mt lp mng, mm gi là v la , chúng có màu sc khác nhau tu theo tng loi cà phê. V la cà phê chè có màu trng bc rt mng và d bong ra khi ht trong quá trình ch bin. V la cà phê vi mu nâu nht. V la cà phê mít màu vàng nht bám sát vào nhân cà phê. Nhân cà phê:  trong cùng, lp t bào phn ngoài ca nhân cng, có nhng t bào nh, trong có cha nhng cht du. Phía trong có nhng t bào ln và m. Mt qu ng có t 1, 2 hong ch có 2 nhân.  Thành phn hoá hc ca qu cà phê Thành phn hoá hc ca cà phê ph thuc rt nhiu yu t  ng loi, chín, th  t tr       bin bo qu - c: Cc còn li khong 10-12% c liên kt, n nm mc d phát trin. Cà phê sau khi rang có c còn khong 2,7%  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 5 Cht khoáng: Các cht khoáng trong cà phê chim khong 3-5%, chúng n ch   ng càng cao thì ch ng cà phê càng gim. - Glucid: Chim ½ khng khô, tuy chim khng ln ln gi li trong bã sau khi lc. - Protein: H ng trong cà phê    i quy nh cht ng cà phê. - Lipid: Hng khá ln 10-13%, mt phn t a cà phê trong quá trình rang và n ln còn li trong bã sau khi lc. - Các alkaloid: Trong cà phê có các   cafein,trigonulin,colin. c nghiên cu nhi là cafein và trigonulin. Cafein chim t 1-3% ph thuc vào chng loi, u kin khí hu kin canh tác. Trigonellin (acid metyl betanicotic: C 7 H 7 NO 2 ) là ancanoit không có hot u etylic, không tan trong clorofoc và ete, tan nhiu  c nóng, nhi  nóng chy là 218C. Tính ch   a   i tác dng ca nhi  cao nó b thy phân to thành acid nicotic (tin vitamin PP). 1.2 Nguyên liệu phụ Vai trò ca các nguyên liu ph trong sn xut cà phê hòa tan là nh nâng cao giá tr cm quan ca sn phm, ng hóa sn ph ng nhu ci tiêu dùng. Nguyên liu ph c s dng nhiu nhng, sa bt và kem không có ngun gc t sa non. - Vai trò chính cng trong sn phm cà phê hòa tan là nhm hn ch v ng ca cà phê, nâng cao giá tr ng ca sn phm. - Vai trò ca sa bt trong sn phm là nâng cao giá tr cm quan ca sn phm. Trong cà phê hòa tan, v ng chim vai trò ch t béo t sa kt hp vi v ngt cng s làm cho sn phm cà phê hòa tan có v hài ng s dng sa bt nguyên kem hoc sa bt ít béo. - Ngoài ra, nu cà phê nguyên li  c a cà phê thng nhu cu ci s dng, ta có th b sung thêm các loi ch ph  cà phê. Tuy nhiên vic b   không ph bin trong sn xut.  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 6 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HOÀ TAN 2.1 Quy trình công nghệ Cà phê nhân Làm sch Phi trn Sn phm c Cà phê nhân khác bã Ch Bao gói Phi trn To ht Sấy phun c chân không X lý dch trích  Trích ly Nghin Rang  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 7 2.2 Thuyết minh quy trình  Làm sạch c s dng trong quy trình sn xuc  sn xu công nên cà phê này phc làm sch vì có nhiu tp chQuá trình này s dng nhi làm sch cà phê.  Phối trộn c làm sch, cà phê này s c phi trn vi cà phê nhân khác  ch bin thành lo phù hp vi khách hàng. Ph thuc vào nhà sn xut mun phc v ng, tng lp nào trong xã hi.  Rang  này s c rang  nhi phù hp, tu thi gian rang mà s to nên màu s mt s cht trong cà phê do nhit.  Nghiền Quá trình nghin nh   n tích tip xúc gia cà phê và dch ng thm thi gian trích ly. Tuy nhiên không nên nghin ht cà phê quá mn vì s c. Thit b nghic chia làm nhiu b gim thit b c yêu cu.  Trích ly Quá trình trích ly nhm thu các cht hoà tan có trong bt cà phê rang vào c. c nóng  80- 90C  c có nhi cao  trích ly c nhng cht không tt cho sn phm. Bt cà phê sn xut cà phê hoà tan cn có kích tc ln và tin hành trích ly nhiu l hn ch ng bt mc khi trích ly.  Cô đặc Mục đích: - Chuẩn bị: quá trình cô c nhm chun b cho quá trình sng  cht khô trong dch chit giúp gim chi phí v  ng, gim thi gian sy,  c ca sn phm. - Bo qun: hn ch s xâm nhp và phát trin ca vi sinh vt.  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 8 - c chân không: Dung dch cà phê    t b gia nhit. Ti  c nhn nhit và     c to ra nh baromet s   c và  tn khi n dung dt yêu cu thì dng.  Tách và hồi hương Nu  nguyên cà phê b bin thì cht a cà phê s b tn tht rt nhiu, nht là trong quá trình sy phun. Do vi ta thu hi cht a cà phê bc khi trích ly ri b sung tr li cho bt cà phê hoà tan. - Khử hấp phụ: Quá trình kh hp ph c ting và tác nhân hp ph là khí  (N2). Cà phê bt c làm nóng trong tháp s toát ra các cht  n nhi nhnh (95°C) vào t nh tháp có qut hút có tác dng hút hn hp khí ra khi tháp, ng thi to áp sut th quá trình hp ph xy ra d c hn hp gm khí N2 và các ch - Hấp phụ: Bt cà phê hoà tan sau khi s m khong 8% và rt xp nên rt d hp ph. Quá trình hp ph c tin hành tng. Hn hp khí vào phc làm lnh (nhi ng là 8-t cà phê hoà tan s hp ph các cht n hc bt cà phê hòa tan thành phm.  Sấy khô Sy khô nhc thành dng b tin li cho quá trình bo qun và s dng. Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy: - Trong quá trình s   sy mà có nhng bin i khác nhau. Tuy nhiên, các bin i din ra trong quá trình sy d    c ng , ch yu là s a m. Trong quá trình sy phun, c din ra vi tc  nhanh vì din tích b mt bn. Tc  bay c ca quá trình shoa s ch  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 9 - Ngoài s  m, trong quá trình sy phun còn có hia các cu t d c bit là các cu t m chng cm quan ca cà phê trong quá trình sy phun. y dch cà phê: - Sấy phun: Dch phun thành git lng vào môi ng c cp nhit bng không khí nóng. Nhi ng 200  260C, và nhi ca không khí ra là 107-121 t yêu cu chng v v. Sn phm cà phê thu c   ca thit b sy phun. Sm có dng ht rt nh, rt mn khó hoà tan trong quá trình pha ch nên c c ca ht lên. - Sấy chân không: Dn bung b  nhit  tháp. Dung dc dàn mng trên các trc lc. Bt khô thành nhng màng mng quanh  ph gii co ra ri tán nh. Bt sy theo kic nhanh, tt. - Sấy bằng phương pháp thăng hoa và hồng ngoại dung dch cà phê c làm lng ngo st ngt. Tinh th c d tan, m bo, chng t yu dùng  quy mô phòng thí nghim.  Tạo hạt Vì cà phê bt sau sy rt mn khó hoà tan trong quá trình pha ch nên cn c ca ht lên. Quá trình din ra bng cách b c  hoà trn vi cht l kt dính các ht cà phê li, sau  c làm ngu sàng ly cà phê b phun li. Quá trình này có vic b sung l  Phối trộn Quá trình phi trn nhm b sung các nguyên liu ph  giá tr cm quan ca sn phm, quá trình trn s dng thit b trn thùng quay.  Bao gói n bo qun sn phm, quá trình bao gói sn phm không  gim quá trình oxi hoá sn phm.  án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 10  Sản phẩm Sau khi bao gói s to thành sn phm và xut ra th i s dng s c dùng ngay vi mc nóng hoc nhm m dng khác. 3. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY PHUN 3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun Sy là quá trình làm bc ra khi vt lii tác dng ca nhit. Trong quá trình sc tách ra khi vt liu nh s khuch tán do:  Chênh l m gia b mt và bên trong vt liu.  Chênh lch áp su   n c c ti b mt vt liu và môi ng xung quanh. -Ma quá trình sy là làm gim khng vt li bn và bo qun sn ph -Sy phun là mt công ngh sc bit do kh y trc tip nguyên liu t dng lng sang dng bt. H thng sy phun là h th sy các vt liu sy dng dung dch huyn phù, ví d trong trong công ngh sn xut sa bt, bt trng, cà u to chyu ca h thng sy phun gm mch th, mt bung sy hình tr trí các vòi phun và cu thu hi sn phm. Dung dc phun thành dng sy, quá trình sy din ra rn mc không kt nóng vt liu lên quá gii hn cho  s dng tác nhân sy  nhi cao. Sn phc  dng bt mn. Nhi dòng khí có th n 750C và ch ph thuc vào tính chu nhit ca vt liu. Dòng khí ra khi thit b sy phi qua h th thu hi bi sn phm b lôi cun theo. Vic tun hoàn khí th  tit kim trong ng hp này là không thc t vì quá trình thu hi bi s mt nhit rt nhiu. m: sy nhanh, sn phc  dng bt mu hành i thp, tháp st ln c phòng sy ln mà vn tc ca tác nhân sy nh  sy nh, tiêu tn nhing, thit b phc tp nh cu phun và h thng thu hi sn phm. [...]... phun Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy phun là quá trình sấy thực hiện bằng cách phun vật liệu (chất lỏng hoà tan, nhũ tương, huyền phù) thành hạt nhỏ và rơi tự do trong buồng sấy Môi chất sấy (không khí nóng, khói,…) được thổi vào và chuyển động cùng với vật liệu và sấy khô vật liệu Nhờ quá trình phun vật liệu thành hạt nhỏ nên bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu và môi chất sấy rất lớn nên cường độ sấy. .. – 1,79.T – 0,0063T2 với t(oC) => ρnước = 995,32 kg/m3, cà phê = 1594,63 kg/m3 => ρdd vào= 1122 kg/m3 tại nhiệt độ t = 30 oC, nước = 997,9 kg/m3, cà phê = 1498 kg/m3 → cà phê ra = 1476 kh/m3 tại t = 70oC  ρtb cà phê = 1299kg/m3 (CT2/1/[7])  Đường kính trung bình của hạt cà phê sau khi phun: dr= = 57 μm = (CT6.126c/218 [4])  Bán kính tán phun: = 1,195.103.Re1,13.( )0,4 µk=30.10-6[m2/s]: độ nhớt... trình sấy lớn - Thể tích thiết bị sấy lớn - Thiết bị khó gia công, khó chế tạo đặc biệt là cơ cấu đĩa phun ly tâm Quá trình sấy diễn ra trong buồng sấy với chế độ phức tạp Hiện nay thiết bị sấy phun được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như sấy sản xuất bột cam, bột đậu nành, sản xuất sữa bột…và đặc biệt là trong công nghệ sản xuất cà phê hoà tan vì nó cho chất lượng sản phẩm cao và thời gian sấy ngắn... 3.2 Cấu tạo thiết bị sấy phun  Cơn cấu phun (vòi phun) Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đế giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm Trường hợp... Hình 1.2 Cơ cấu phun đĩa ly tâm  Buồng sấy Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng... liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy ,ta chọn phương thức sấy cùng chiều SVTH: Nguyễn Tấn Vinh Trang 11 Đồ án Quá trình & thiết bị GVHD: Lê Thị Kim Phụng Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều (cocurrent contact): đầu phun nguyên liệu và cửa vào cho tác nhân sấy cũng được bố trí trên đỉnh buồng sấy Dòng nguyên liệu qua cơ cấu phun tạo sương mù cùng hòa trộn với tác nhân sấy và di chuyển... chọn quạt Ц4-70 N04 KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm tòi nghiên cứu về đề tài sấy vật liệu đặc biệt là sấy phun cà phê hòa tan em có một vài nhận xét về ưu nhược điểm của công nghệ này như sau: Về mặt ưu điểm - Công nghệ này có thể sấy được các loại vật liệu dạng dung dịch, dạng huyền phù với thời gian sấy rất nhanh - Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, không cần nghiền, và chất lượng hầu như không bị biến... Thị Kim Phụng  Hiệu suất sấy ɳ= = 63% 4.2 Tính toán thiết bị sấy phun 4.2.1 Đường kính thiết bị sấy  Chọn đĩa phun và các thông số ban đầu  Đường kính đĩa dd = 150cm  Số vòng quay n = 16000 vòng/phút  Vận tốc dịch chảy vào đĩa v = 2,5m/s  Sức căng bề mặt :σ = 0,0757 (1-0,002.tvl) = 0,0757.(1-0,002.30) = 0,07(kgf/m) (Tr 13/[9])  ρnước = 1000 – 0,036.T – 0,004.T2, cà phê = 1654 – 1,79.T – 0,0063T2... trong quá trình sấy: W = G1-G2 = 500 – 309,3 = 345,4 [Kg/h] 4.1.2 Cân bằng năng lượng a Quá trình sấy lý thuyết Tác nhân sấy là không khí nóng được quạt hút từ không khí bên ngoài vào được làm sạch và đun nóng bằng khói lò trong hệ thống calorife Chọn các thông số không khí ban đầu t0 = 27oC, ϕ0=0,8 Sau khi đi qua calorife t1 = 270oC Sau khi ra khỏi buồn sấy phun t2 = 110oC Áp suất bão hòa của không... nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát Còn quạt phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy 3.3 Thuyết minh quy trình công nghệ sấy . xut cà phê hòa tan gc ch yu: cà phê nhân  to h cà phê hòa tan. Trong y khô cà phê nhc.  tru ca cà phê vi và cà phê mít . V la: bao bc quanh nhân cà phê còn mt lp mng, mm gi là v la , chúng có màu sc khác nhau tu theo tng loi cà phê. V la cà phê chè có. phm cà phê hòa tan là nhm hn ch v ng ca cà phê, nâng cao giá tr ng ca sn phm. - Vai trò ca sa bt trong sn phm là nâng cao giá tr cm quan ca sn phm. Trong cà phê hòa