Sấy cà phê thùng quay 2000 kgh

Tuy nhiên, buồng sấy thường năng suất... Hơi nước bão hòa cấp nhiệt cho không khí ẩm qua calorifer khí–hơi.. - Không khí sau sấy trước khi thải ra môi trường phải xử lý

Trang 1

Mục lục

Mục lục bảng

1.Tổng quan

1.1 Giới thiệu đồ án

- Việt Nam là quốc gia xuất khẩu cà phê nhân đứng hàng đầu thế giới, tuy nhiên chất lượng cà phê nhân xuất khẩu còn hạn chế do quá trình chế biến thô và bảoquản không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Độ ẩm rất quan trọng trong trong bảo quản và chế biến cà phê nhân, đặc biệt Việt Nam là một quốc gia khí hậu nhiệt đới thường xuyên mưa bão vào mùa thu hoạch cà phê (thu hoạch vào tháng 11 và rộ vào 2 tháng sau) Vì vậy, vấn đề sấy nhân cà phê xát tươi là rất quan trọng

- Đồ án sinh viên được giao thực hiện thiết kế hệ thống sấy cà phê nhân loại thùng quay năng suất nhập liệu 1000 kg/h; độ ẩm đầu 25% khối lượng, độ ẩm cuối 12% khối lượng

1.2 Tính chất nguyên liệu

- Trên thế giới cũng như tại Việt Nam , trồng ba loại cây cà phê phổ biến: cà phêchè (Arabica), cà phê vối (Robusta), cà phê mít (Chari) Trong đó cà phê chè được trồng và tiêu thụ nhiều nhất (9/10 tổng sản lượng cà phê thế giới) vì hương thơm và mùi vị tuyệt hảo

- Cà phê chè được trồng nhiều ở khu vực tây nguyên Việt Nam Quả hình tròn, khi chín màu đỏ tươi, kích thước quả: dài (17-18) mm, đường kính tiết diện (10-15) mm Khoảng (500-700) quả/kg hạt, thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân, kích thước: dài (5-10) mm, rộng (4-7) mm, dày (2-4) mm

Khoảng (500-700) hạt/100g, hàm lượng cafein 1,3%

Trang 2

Tỷ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với cà phê nguyên liệu (cà phê quả tươi) là (14-20)% Năng suất khoảng (400-500) kg cà phê nhân/ha.

Quả cà phê đưa vào chế biến gồm có các phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt (vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân

Hình 1 Cấu tạo quả cà phê và nhân cà phê.

1.3 Quy trình kỹ thuật chế biến quả cà phê

- Quả cà phê khi chín (75-90)% được thu hái và vận chuyển về nhà máy

- Sàng (2 hoặc 3 lớp) để loại tạp chất và phân loại kích thước hạt

- Phân loại tỷ trọng trong bể sifon, tỷ lệ nước/nguyên liệu là 3/1, thời gian ngâm không quá 12h, có 3 lớp hình thành, lớp nổi lên trên là các quả quá chín và tạp chất nhẹ, quả cà phê đạt tiêu chuẩn lơ lửng và tạp chất nặng và cà phê xanh chìm xuống nước

- Khi phân loại được quả theo tiêu chuẩn thì xát tươi bằng máy xát liên hoàn raoeng, loại bỏ lớp vỏ và lớp nhầy thu hạt cà phê thô

- Hạt cà phê thô được rửa sạch bằng nước trong thùng quay phun nước

- Sau đó, hạt cà phê tươi được đặt lên các lưới hoặc dùng máy ly tâm

(1000-1500) vòng/phút để ráo nước chuẩn bị đưa vào sấy

- Hạt cà phê tươi sau khi ráo nước sẽ sấy khô từ độ ẩm (20-45)% khối lượng xuống độ ẩm bảo quản theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) là

(10-12)% khối lượng

2 Quy trình công nghệ sấy cà phê nhân

2.1 Phương pháp thực hiện quá trình sấy

- Để bảo quản cà phê nhân được lâu dài và đạt tiêu chuẩn xuất khẩu và chế biếncần phải sấy cà phê nhân sao cho vừa đạt được độ ẩm yêu cầu vừa không làm biến tính chất lượng của cà phê

- Cà phê nhân dạng hạt, đường kính tương đương khoảng 7 mm, thường được sấy bằng buồng sấy và sấy thùng quay Tuy nhiên, buồng sấy thường năng suất

Trang 3

và hiệu suất kém và tốn nhân công; trong khi sấy thùng quay hoạt động liên tụchoặc theo chu kỳ đảo trộn đều nên năng suất và hiệu suất cao và ít nhân công.

- Thiết bị sấy thùng quay cấu tạo bởi 1 thùng trụ đặt hơi dốc so với mặt nằm ngang từ 1/15 -1/50, bên trong có cánh đảo trộn vật liệu sấy, chuyển động nhờ hệ truyền động gồm 2 vành đai khi thùng quay thì trượt trên các con lăn tựa Khoảng cách giữa các con lăn này có thể điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng của thùng Thùng quay được nhờ bánh răng truyền động nối với bộ phận dẫn động từ động cơ

Vận tốc thùng quay có thể điều chỉnh được bằng hộp số

- Cà phê nhân được bảo quản tốt ở nhiệt độ 300C và bị biến tính nếu nhiệt độ caoquá 850C vì vậy chọn chế độ sấy cùng chiều, tác nhân sấy và vật liệu sấy chuyển động cùng chiều

- Cà phê nhân yêu cầu khắc khe về chất lượng nên chọn tác nhân sấy là không khí nóng thay vì khói lò (gây hôi khói) Vỏ cà phê và tạp chất được đốt cùng dầu FO trong buồng đốt tạo ra khói lò nhiệt độ cao, khói lò cấp nhiệt cho nước trong lò hơi tạo thành hơi nước bão hòa Hơi nước bão hòa cấp nhiệt cho không khí ẩm qua calorifer khí–hơi

2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ

- Tác nhân sấy là không khí nóng, chế độ sấy vật liệu sấy và tác nhân sấy tiếp xúc cùng chiều, không khí khi ra thiết bị sấy không hồi lưu

- Không khí ẩm nhiệt độ t0, độ ẩm φ0 được quạt ly tâm đẩy vào thiết bị calorifer khí–hơi nhận nhiệt từ hơi bão hòa, không khí ra khỏi calorifer nhiệt độ t1, độ ẩm φ1

- Cà phê nhân độ ẩm (20-45)% khối lượng được băng tải nhập liệu vào thùng quay (vị trí đầu dốc nhất) cùng chiều với không khí nóng Vật liệu sấy và tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp trong thùng sấy, các cánh đảo trộn đều vật liệu sấy làm tăng diện tích tiếp xúc giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Nhờ độ nghiêng mà vật liệu sấy được chuyển dần về phía tháo liệu

- Trước khi kết thúc thời gian sấy lấy mẫu nhanh trước 30 phút để xác định độ ẩm, sau khi đạt độ ẩm (10-12)% thì sản phẩm được tháo ra xuống băng tải để vận chuyển đến vị trí đánh bóng và đóng gói

- Không khí sau sấy trước khi thải ra môi trường phải xử lý bụi bằng xyclon

- Sử dụng quạt hút để đảm bảo tuổi thọ hơn sử dụng quạt đẩy không khí nóng vì không khí nóng bào mòn quạt đẩy

Trang 4

3.Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng

3.1 Tính toán cân bằng vật chất

- Kí hiệu các đại lượng:

G1, G2 (kg/h): Lượng nhập liệu và tháo liệu

ω1, ω2: Nồng độ ẩm theo khối lượng trong vật liệu sấy trước và sau sấy.

W (kg/h): Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ

- Phương trình cân bằng vật chất:

- Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:

(CT 9.15/278 – [9])

- Năng suất sản phẩm:

3.2 Tính cân bằng năng lượng

3.2.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

- Tính toán trạng thái không khí bên ngoài: xem không khí ẩm đầu vào calorifer được lấy từ ngoài trời, tại Đăk lăk thì khí hậu thường gặp:

Nhiệt độ t0 = 230C, độ ẩm φ0= 82 %

Áp suất hơi bão hòa:

(CT 5.10/96-[11])

Độ chứa ẩm:

(CT 5.14a/97-[11])

Trang 5

Áp suất khí quyển pa = 0, 981 bar.

Enthalpy: (CT 9.5/279-[9])Độ ẩm (CT 5.14d/97-[11])Thể tích riêng hỗn hợp không khí ẩm:

(CT9.2/279-[9])

Từ các công thức tính được:

- Chọn và tính các thông số tác nhân sấy (TNS):

• Chọn nhiệt độ tác nhân sây: , Nhiệt độ cà phê nhân chịu được dưới và nhiệt độ sấy thích hợp nhất để giữ được màu sắc và mùi vị là khoảng (75- 80)0C

Do đó, chọn là thích hợp, nhiệt độ đầu ra phải thoải 2 điều kiện là độ ẩm tác nhân sấy phải đảm bảo sản phẩm không hút ẩm trở lại và nhiệt độ sản phẩm không quá cao để bảo quản Nhiệt độ bảo quản tốt nhất sản phẩm là 300C nên chọn nhiệt độ

0C nên là thỏa điều kiện

• Kiểm tra độ ẩm không khí cuối quá trình sấy:

Quá trình nhiệt cấp bằng calorifer không thay đổi hàm ẩm d0 = d1, do đó:

Trang 6

Hình 2 Quan hệ nhiệt độ - độ ẩm tác nhân sấy đầu ra

(coffee processing and quality-Juarez de souse, university of Vicosa, Barzil)

Bảng 1 Tác nhân sấy quá trình lý thuyết

t (°C)

ϕ

(%)

d(kg ẩm /kg kk)

I(kJ/kg kk)

Ph (bar) (m3/kg

- Tính toán năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết:

Giả sử lượng không khí khô không thất thoát: L’0 (kg kk /h)

Theo phương trình cân bằng vật chất cho lượng ẩm:

(CT 7.14/131-[1])

Suy ra :

Lượng không khí khô cần bốc hơi 1 kg ẩm:

PT cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy theo lý thuyết:

(CT 7.15/131-[1])

Nhiệt tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết:

Nhiệt tiêu hao riêng:

- Tính toán năng lượng cho quá trình sây theo thực tế:

Trên thực tế, khi sấy thì tổn thất nhiệt lượng ra môi trường Qmt và một phần nhiệt lượng vật liệu sấy (VLS) mang đi Trong thiết bị sấy không có nhiệt bổ sung và không có thiết bị truyền tải nên Qbs =0; Qct =0

• Nhiệt lượng vào thiết bị sấy:

Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận trong calorifer:

Trang 7

Nhiệt lượng vật liệu sấy đầu vào:

• Nhiệt lượng ra thiết bị sấy:

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi:

Nhiệt lượng vật liệu sấy đầu ra:

Nhiệt lượng tổn thất môi trường: Qmt

- Phương trình cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị sấy theo thực tế:

Hay

Nhiệt lượng cần cung cấp để sấy:

Gọi : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Nhiệt lượng cần cung cấp để sấy:

Xét cho 1 kg ẩm bốc hơi:

Đặt : nhiệt lượng riêng bổ sung cho quá trình sấy thực

Cv1, Cv2:nhiệt dung riêng của VLS tại độ ẩm ω1=0,25 ,ω2=0,12

Theo công thức thực nghiệm cho cà phê nhân :

(CT 5/16 –[8])

Xác định:

Với nhiệt dung riêng của ẩm Ca = 4,18

Nhiệt lượng hữu ích:

Trang 8

3.2.2 Tính toán quá trình sấy thực

- Độ chứa ẩm tác nhân sấy:

(CT 7.30/138–[1])

⟹

- Enthalpy:

- Độ ẩm tương đối

- Lượng không khí khô cần thiết:

- Nhiệt lượng tiêu hao để bốc hơi 1 kg:

- Hiệu suất sấy

- Lưu lượng tác nhân sấy:

Lưu lượng TNS đầu vào:

Lưu lượng TNS đầu ra:

Lưu lượng trung bình

3.3 Tính thời gian sấy

- Cà phê nhân có kích thước tương đối (7 mm) nên có thể dùng cánh nâng đổ, hệsố chứa đầy khi dùng cánh nâng đổ:

0,18 (Bảng 6.1/177–[13])Thời gian sấy: (CT 8.10/115-[1])

Thời gian lưu lớn hơn hoặc bằng họn thời gian lưu 2,5 h phù hợp với thực nghiệm (bảng 3/110-[14])

- Tính khối lượng riêng của cà phê nhân theo độ ẩm:

(CT 7/16-[8])

• Khối lượng riêng cà phê nhân đầu vào:

• Khối luợng riêng cà phê nhân đầu ra:

• Khối lượng riêng trung bình của cà phê nhân:

Trang 9

4.Tính thiết bị chính

4.1 Tính kích thước thùng quay

- Thể tích thùng quay: (CT 8.4/113-[1])

- Chọn đường kính trong thùng quay theo tiêu chuẩn:

= 1,8 m (Bảng XIII.6/359–[4]) L 14 m

- Vận tốc tác nhân sấy:

- Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy:

oC

- Độ ẩm trung bình tác nhân sấy:

- Áp suất hơi bão hòa:

192 , 0 5 , 59 5 , 235

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

- Khối lượng riêng của tác nhân sấy:

- Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy giới hạn đối với vật liệu sấy đầu ra:

Vậy , do đó với vận tốc 1,24 m/s thì hạt cà phê nhân đầu ra không bị lôi cuốn theo dòng khí

Do trọng lượng cà phê nhân đầu vào nặng hơn đầu ra nên với vận tốc 1,24 m/s thì cũng không thể lôi cuốn cà phê nhân đầu vào

- Tính vòng quay và góc nghiêng:

Với k = 0,7 đối với sấy cùng chiều và m = 0,5 với cánh nâng đổ

(CT 6.39/174–[13])

⟹

- Chọn,

4.2 Tính bền cơ khí thùng sấy

- Vật liệu sử dụng : Thép không rỉ X18H10T với các thông số sau:

Khối lượng riêng: (bảng XII.7/313–[4])Hệ số dẫn nhiệt: (bảng XII.7/313–[4])Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (Hình 1–2/22–[15])Giới hạn bền kéo: (bảng XII.7/313–[4])

Giới hạn bền chảy (bảng XII.7/313–[4])

- Chế tạo thùng quay bằng phương pháp hàn dưới lớp thuốc, hàn hai phía

Trang 10

Đường kính 1800 mm nên hệ số hiệu chỉnh và thiết bị có bọc lớp cách nhiệt nên chọn hệ số hiệu chỉnh (bảng 1–7/25–[15])

- Hệ thống thiết bị sử dụng quạt hút và đẩy

- Tính bền tối đa cho thiết bị thùng quay với áp suất 2 at

 Tính bền cơ khí:

- Ứng suất cho phép:

Xét =do đó sử dụng công thức tính bề dày tối thiểu: (CT 5–3/130–[15])

Do đường kính 1800 mm, bề dày tối thiểu là 4 mm (bảng 5.1/94-[15])

- Các hệ số bổ sung kích thước:

• Hệ số ăn mòn do môi trường hóa học:

• Hệ số bổ sung bào mòn cơ học môi trường Do môi trường chưa nhiều hạt rắn nên

• Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp Đối với vật liệu X18H10T, chọn (bảng XIII.9/364–[4])

• Hệ số bổ sung quy tròn kích thước:

Hệ số bổ sung:

- Bề dày thực của thùng quay:

- Kiểm tra tính bền :

(thỏa )

Với bề dày 9 mm thiết bị đảm bảo điều kiện bền

- Tính trở lực thùng sấy:

• Chuẩn số Reynolds:

Độ nhớt tuyệt đối tại nhiệt độ trung bình tác nhân sấy 59,50C:

• Trở lực qua lớp hạt:

(CT 10.19/213–[1]

4.3 Chọn bulông ghép bích

Thiết bị thùng sấy có kích thước dài 14 m nên lắp đặt khó khăn, do đó cần mặt bích

Do thùng sấy chịu áp suất khí quyển nên chọn bích liền

Sử dụng 1 mặt ghép bích liền không cổ kiểu 1

Trang 11

Chọn bích theo tiêu chuẩn (bảng XIII.27/417-[4]) có các thông số bích đối với áp suất chịu tối

đa

4.4 Chọn và tính cánh đảo

- Sử dụng cánh nâng, đổ một khủy (single bend) vì vật liệu sấy dễ dính và khôngchảy Cánh đảo được gia công vít vào thành thùng bằng vít ốc

Hình 3 Một số dạng cánh đảo.

(design of direct heated rotary dryer – Jordan Konidis)

Hình 4 Một số dạng cánh đảo.

(Kỹ thuật sấy – Trần Văn Phú)

- Thông số dạng cánh nâng đổ một khủy:

Chiều cao rơi trung bình của vật liệu:

Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh:

Hình 5 Cánh nâng đổ một khủy.

Thông thường, chiều cao cánh khoảng (8 đường kính trong thùng quay Gọi chiều cao cánh là h (m)

Trang 12

Chọn h = 0,1D=1,8.0,1=0,18m.

(1)(2) Từ (1) và (2) , giải a =140 mm ,b = 70 mm

Chọn Với các kích thước như trên hình vẽ thì diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánhđược tính:

Giải

- Chọn số cánh trên một mặt cắt là 12 cánh

Số cánh cần lắp là:

- Khối lượng tổng cánh đảo trong thùng:

Hình 6 Phân bố lớp hạt vật liệu

rotary dryer – JordanKonidi)

chứa đầy.

rotary dryer – JordanKonidi)Theo hình 4.5 , với tra được ⟹

- Chiều cao lớp vật liệu chứa trong thùng:

4.5 Tính bề dày cách nhiệt

a Hệ số cấp nhiệt

Bảng 2 Thông số tác nhân sấy

Trang 13

6 Độ nhớt động học

- Chế độ chảy của TNS trong thiết bị:

Bỏ qua truyền nhiệt đối lưu

- Chuẩn số Nusselt:

b Hệ số cấp nhiệt

Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh

Từ thành ngoài đến môi trường xung quanh là đối lưu tự nhiên và bức xạ nhiệt

I Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên:

Bảng 3 không khí bên ngoài thành thiết bị

6 Độ nhớt động học

Chọn nhiệt độ ngoài của thùng : nhiệt độ thích hợp an toàn lao động

- Chọn bề dày cách nhiệt:

Bảng 4 Chọn bề dày cách nhiệt

Trang 14

cách nhiệt tinh

bảo vệ

- Đường kính ngoài thùng tính lớp cách nhiệt:

- Chuẩn số Grashhof:

nhiệt do trao đổi bức xạ, W

bề mặt bức xạ,

nhiệt độ của vật thể nóng, K ; =

nhiệt độ không khí bao quanh thùng,K ; =

độ đen của hệ

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vậtthể

III Hệ số cấp nhiệt chung

c Hệ số truyền nhiệt K

(CT V.45/20-[4])

d Tính bề mặt truyền nhiệt F

e Hệ số biến thiên nhiệt độ

Hệ số biến thiên nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài

f Kiểm tra nhiệt lượng thất thoát

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường:

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường theo giả thiết:

Trang 15

Sai số

Như vậy, với cơ cấu bao che bằng bông thủy tinh 7 mm và lớp bảo vệ 1 mm thì lượng nhiệt thất thoát là phù hợp với giả thiết nhiệt tổn thất ban đầu

5.Tính toán thiết bị phụ

5.1 Tính toán thiết bị calorifer

- Tất cả các công thức sử dụng trong phần 5.1 theo (221-222/[1])

- Calorifer khí- hơi có cánh là một thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng trong hệ thống sấy sử dụng không khí làm tác nhân sấy cấp nhiệt bởi hơi nước bão hòa

Hình 8 Calorifer khí – hơi có cánh.

( Hình 15.1 Kỹ thuật sấy – Trần Văn Phú )

- Chọn kết cấu calorifer như hình trên với các thông số sau:

Chùm ống có bố trí cánh so le với bước ống: và

Ống làm bằng thép với , chiều dài ống

Cánh làm bằng đồng có: đường kính , chiều dày và bước cánh t = 3 mm,

- Nhiệt độ trước và sau calorifer:

- Hơi nước bão hòa áp suất 5at , nhiệt độ hơi bão hòa

- Tính độ chênh lệch nhiệt độ:

- Số cánh trên một ống với

- Chiều cao cánh:

- Diện tích phần ống không làm cánh:

t

Diện tích phần các cánh trên một ống:

- Kích thước xác định:

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	1,04 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[12] Phan Văn Thơm, 1992,Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm, Viện Đào tạo mở rộng	Khác
[13] Nguyễn Văn Lụa, 2001, Kỹ thuật sấy vật liệu, NXB đại học quốc gia Tp.HCM	Khác
[14] Quy trình kỹ thuật chế biến cà phê nhân (TCN 98-88)	Khác
[15] Hồ Lê Viên, 1988, Thiết kê, tính toán chi tiết thiết bị hóa chất tập 1; NXB khoa học kỹ thuật	Khác
[16] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, 2000, Thiết kế chi tiết máy, NXB giáo dục	Khác
[17] Hồ Lê Viên, 1988, Thiết kê, tính toán chi tiết thiết bị hóa chất tập 2; NXB khoa học kỹ thuật	Khác
[18] Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam; 2009, Cơ học vật liệu rời, NXB đại học quốc gia TP.HCM	Khác
[19] Trần Thiên Phúc, 2011, Thiết kế chi tiết máy công dụng chung, NXB đại học quốc gia TP.HCM	Khác
[20] Hồ Lê Viên, 2006, Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí; NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội	Khác

Sấy cà phê thùng quay 2000 kgh

Tính giá thành thiết bị