Albert Einstein đã từng nói: “Nếu không có cà phê thì không có định luật nào tồn tại”. Cà phê tạo ra nguồn cảm hứng sáng tạo cho con người, là một loại thức uống có từ lâu đời, liên tục được sử dụng rộng khắp cho đến ngày nay. Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50 quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam đây cũng là một mũi nhọn kinh tế. Kim ngạch xuất khẩu cà phê của Việt Nam trong năm 2012 đã đạt mức kỷ lục là 3,6 tỉ đô la Mỹ. Cà phê chiếm một vị trí quan trọng trong thương mại thế giới, là một đặc sản vùng nhiệt đới, là sản phẩm được buôn bán nhiều trên thế giới, đối với nước ta cà phê cũng chiếm một phần quan trọng trong các mặt hàng xuất khẩu có giá trị. Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này, nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê như các cao nguyên: Gia Lai, Kon Tum, Đắk Lắk, Sơn La, Nghệ An, Quảng Trị,… Tuy nhiên, sự phát triển của ngành cà phê Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề bất cập. Khả năng dự trữ chế biến c̣òn rất hạn chế, chất lượng cà phê không cao, giá xuất khẩu cà phê của Việt Nam vẫn ở mức thua thiệt trên thị trường thế giới. Xuất khẩu cà phê nhân thô vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong tổng lượng xuất khẩu, thị trường xuất khẩu đã có những bước phát triển nhưng chủ yếu vẫn xuất khẩu qua trung gian… Do vậy cần thiết phải xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân áp dụng công nghệ chế biến, bảo quản hiện đại và chú trọng đến vấn đề bảo vệ môi trường nhằm sản xuất ra cà phê có chất lượng cao, có thể xuất khẩu sang các thị trường khó tính như Châu Âu với giá cao và đồng thời góp phần nâng cao uy tín của thương hiệu cà phê Việt Nam trên thị trường thế giới. Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất theo phương pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân năng suất 90 tấn quả tươi ngày”.
Đồ án tốt nghiệp -1- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch MỞ ĐẦU Albert Einstein đã từng nói: “Nếu không có cà phê thì không có định luật nào tồn tại”. Cà phê tạo ra nguồn cảm hứng sáng tạo cho con người, là một loại thức uống có từ lâu đời, liên tục được sử dụng rộng khắp cho đến ngày nay. Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50 quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam đây cũng là một mũi nhọn kinh tế. Kim ngạch xuất khẩu cà phê của Việt Nam trong năm 2012 đã đạt mức kỷ lục là 3,6 tỉ đô la Mỹ. Cà phê chiếm một vị trí quan trọng trong thương mại thế giới, là một đặc sản vùng nhiệt đới, là sản phẩm được buôn bán nhiều trên thế giới, đối với nước ta cà phê cũng chiếm một phần quan trọng trong các mặt hàng xuất khẩu có giá trị. Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này, nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê như các cao nguyên: Gia Lai, Kon Tum, Đắk Lắk, Sơn La, Nghệ An, Quảng Trị,… Tuy nhiên, sự phát triển của ngành cà phê Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề bất cập. Khả năng dự trữ chế biến còn c rất hạn chế, chất lượng cà phê không cao, giá xuất khẩu cà phê của Việt Nam vẫn ở mức thua thiệt trên thị trường thế giới. Xuất khẩu cà phê nhân thô vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong tổng lượng xuất khẩu, thị trường xuất khẩu đã có những bước phát triển nhưng chủ yếu vẫn xuất khẩu qua trung gian… Do vậy cần thiết phải xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân áp dụng công nghệ chế biến, bảo quản hiện đại và chú trọng đến vấn đề bảo vệ môi trường nhằm sản xuất ra cà phê có chất lượng cao, có thể xuất khẩu sang các thị trường khó tính như Châu Âu với giá cao và đồng thời góp phần nâng cao uy tín của thương hiệu cà phê Việt Nam trên thị trường thế giới. Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất theo phương pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân năng suất 90 tấn quả tươi / ngày”. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -2- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT 1.1. Đặt vấn đề Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị trên thế giới, một mặt hàng được buôn bán rộng rãi, trong những năm qua cà phê đã mang lại lợi ích to lớn đóng góp một tầm quan trọng trong sự nghiệp xây dựng đất nước. Tuy nhiên do trình độ khoa học và công nghệ của nước ta còn bị hạn chế, vì vậy sản phẩm cà phê trên thị trường thế giới còn kém chất lượng và giá cả còn thấp. Để tạo được thương hiệu cho cà phê Việt Nam trên thị trường đồng thời nâng cao giá thành sản phẩm, tăng doanh thu thì vấn đề thiết kế nhà máy sản xuất cà phê cho hiệu quả kinh tế cao có khả năng đứng vững trên thị trường là vấn đề hết sức quan trọng. Muốn vậy khi thiết kế một nhà máy cần chú ý đến việc lựa chọn công nghệ, trang thiết bị và địa điểm xây dựng. Để xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê thì cần chú ý đến những vấn đề sau: + Tính khả thi. + Vị trí xây dựng. + Địa điểm xây dựng. + Năng suất. + Đường giao thông. + Nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm. + Nguồn cung cấp năng lượng: điện, nước, nhiên liệu. + Nguồn nhân lực. + Hợp tác hóa, liên hợp hóa. + Xử lý chất thải. 1.2. Tính khả thi Đất nước ta đang trên đường công nghiệp hoá và hiện đạ i hoá . Nhu cầu thưởng thức các sản phẩm được chế biến từ cà phê cũng tăng lên. Hơn nữa, sản lượng và diện tích cà phê không ngừng tăng lên, thị trường xuất khẩu rộng lớn. Đặc Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -3- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch biệt chúng ta còn có mặt thuận lợi là nguồn nguyên liệu rất dồi dào. Đây là những điều kiện giúp cho việc thiết kế xây dựng một nhà máy chế biến cà phê có tính khả thi. 1.3. Vị trí xây dựng Như chúng ta đã biết việc chọn địa điểm để xây dựng phân xưởng đóng vai trò quan trọng. Nhà máy phải đặt ở địa điểm sao cho vừa đảm bảo hoạt động tốt trong thời gian sản xuất đồng thời đáp ứng các yêu cầu công nghệ trang thiết bị của phương pháp mà ta lựa chọn để chế biến. Muốn vậy nhà máy được xây dựng cần phải thoả mãn các điều kiện sau: gần nguồn nguyên liệu, gần sông hồ để tận dụng nguồn nước, gần mạng lưới điện quốc gia, các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió thích hợp, nguồn lao động dồi dào… Tỉnh Đắk Lắk hiện có trên 175.540 (ha) cà phê, với sản lượng mỗi năm đạt 400.000 tấn cà phê nhân trở lên. Đây là tỉnh có diện tích trồng cà phê lớn nhất nước ta, đồng thời có vị trí địa lý thuận lợi cho việc sản xuất cà phê. Phía bắc giáp tỉnh Gia Lai, phía nam giáp tỉnh Lâm Đồng, phía đông giáp tỉnh Phú Yên và Khánh Hoà, phía tây giáp vương quốc Campuchia và tỉnh Đắk Nông. Có quốc lộ 14, 26, 27 rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. 1.4. Địa điểm xây dựng Căn cứ vào điều kiện trên, tôi quyết định đặt nhà máy chế biến cà phê nhân năng suất 90 tấn nguyên liệu/ngày tại khu công nghiệp Buôn Hồ thuộc xã Thống Nhất, huyện Krông Buk. Nhà máy nằm cách quốc lộ 14 khoảng 1km, cách thị trấn Buôn Hồ khoảng 7km về phía đông bắc. Nơi đặt nhà máy này sẽ gần nông trường cà phê. Các thông số về điều kiện khí hậu tại Đắk Lắk: [ 36 ] + Nhiệt độ trung bình cả năm: 230C – 240C + Nhiệt độ mùa hè: 360C + Độ ẩm mùa hè: 82% + Độ ẩm mùa đông: 80% Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -4- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch + Hướng gió chính : Đông và Đông Bắc 1.5. Nguồn nguyên liệu Đắk Lắk là tỉnh có diện tích trồng cà phê và sản lượng cà phê lớn nhất nước ta với nhiều huyện trồng cà phê như: MaĐrak, Krong Bông, Krong Buk, Krong Puk, CưMga, Cưjut, Ea Sup,… Ngoài ra, nguồn nguyên liệu cũng có thể thu mua, vận chuyển về nhà máy từ các tỉnh lân cận như: Lâm Đồng, Gia Lai, Đắk Nông, Đồng Nai,… Do vậy, việc xây dựng nhà máy tại Đắk Lắk là hoàn toàn hợp lý, vừa đảm bảo được hoạt động liên tục của nhà máy vừa đảm bảo được chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. 1.6. Nguồn cung cấp năng lượng + Điện: Nhà máy sử dụng nguồn điện trên mạng lưới quốc gia đường dây 500 KV đã được hạ thế xuống 220/380 V. Để đảm bảo sự hoạt động của nhà máy được liên tục, nhà máy chuẩn bị một máy phát điện dự phòng. + Nước: Nguồn nước của phân xưởng được cấp từ hệ thống nước của thành phố. Có thể nguồn nước nhà máy được bơm từ giếng khoan sau đó được qua hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất. + Nhiên liệu: Dầu FO, xăng. 1.7. Đường giao thông Nhà máy ở nông trường Cưpul rất thuận tiện cho việc thu mua nguyên liệu cũng như vận chuyển sản phẩm. - Đường bộ: Nhà máy nằm sát quốc lộ 14, gần quốc lộ 13, 19 cho nên thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu và phân phối sản phẩm. - Đường thủy: Nhà máy cách cảng Nha Trang khoảng không xa cho nên có thể sử dụng cảng này để phân phối sản phẩm trong và ngoài nước. - Đường sắt : Nhà máy có thể dùng ô tô vận chuyển sản phẩm về ga Nha Trang, ở đó có thể đóng container để đưa sản phẩm đi khắp mọi nơi. Ngoài ra từ nhà máy có thể đi Gia Lai, Đồng Nai, Bình Phước, thành phố Hồ Chí Minh… Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -5- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 1.8. Năng suất Nhu cầu uống cà phê của người dân ngày càng tăng. Để đáp ứng lượng cà phê tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê đảm bảo chất lượng đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương. Hơn nữa, có nhiều thương gia ngoài nước xem thị trường Việt Nam là điểm đầu tư lí tưởng, đặc biệt là đầu tư vào mặt hàng cà phê. Điều này dẫn đến con đường mua bán và trao đổi hàng hóa phát triển. Do đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê theo phương pháp khô với 2 mặt hàng là cà phê thóc và cà phê nhân, năng suất 90 tấn quả tươi/ngày là một yêu cầu cần thiết. 1.9. Nguồn nhân lực Tại Tây Nguyên lực lượng lao động tại chỗ rất dồi dào, ngoài lượng lao động tại các xã trong huyện còn có công nhân tại các huyện lân cận. Cán bộ quản lý, kỹ sư có thể tuyển tại các trường đại học như: Đại Học Tây Nguyên, Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Lạt, Đại Học Nha Trang…và nhân tài trong cả nước. 1.10. Xử lý chất thải Nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý trước khi thải ra môi trường. Đối với chất thải rắn được xử lý bằng phương pháp vi sinh. 1.11. Hợp tác hóa Việc hợp tác hóa giữa nhà máy với các nhà máy khác về mặt kinh tế, kỹ thuật và liên hợp hóa sẽ tăng cường sử dụng chung những công trình cung cấp điện, nước, hơi, công trình giao thông vận tải,… là một vấn đề rất cần thiết. Điều đó sẽ có tác dụng giảm thời gian xây dựng, giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm, phế phẩm của nhà máy là nguồn nguyên liệu cho các nhà máy khác . Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -6- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1.Lịch sử trồng cà phê trên thế giới Trên thế giới cà phê chè đầu tiên mọc hoang dại ở cao nguyên Etiopia (Châu Phi). Sau đó được đội quân xâm lượt Etiopia đưa sang Ả Rập từ thế kỷ thứ 13-14. Sau đó, tràn sang Thỗ Nhĩ Kỳ ( 1554), ở Syria (1573). Đến năm 1600 cà phê được trồng ở các nước Châu Âu như Ý, Anh , Pháp, Ấn Độ. Chỉ vài nữa thế kỷ cà phê xuất hiện vòng quanh thế giới ( Bắc Mỹ, Brazil). Năm 1868 một trận dịch Hemilelia vastatrix phát triển, cà phê chè (Arabica) khó trồng ở xứ nóng ẩm, bắt đầu nghiên cứu những loại khác thay thế như C. canephora, C.Lideria mọc hoang dại ở miền rừng núi ẩm của Châu Phi.Cuối thế kỷ thứ 18, cà phê phát triển khắp các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới thuộc Châu Âu, Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ. Hình 2.1 Cây cà phê 2.1.2. Lịch sử phát triển cây cà phê ở Việt Nam Ở Việt Nam, cây cà phê chè (Arabica ) thấy từ 1857 ở Quảng Trị và Bố Trạch (Bình Trị Thiên). Đến 1870 đã thấy một số cây cà phê chè ở nhà tu thiên chúa giáo( Hà Nam Ninh ). Năm 1888 Thực dân pháp chiếm nước ta, chúng thành lập những đồn điền cà phê ở trung du như ChiNê, Xuân Mai, Sơn Tây, làm theo Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -7- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch phương thức du canh, năng suất cao nhất những năm đầu 400-500 kg/ha.Sau thấp dần còn 100-150kg cà phê nhân /ha. Để cứu vãn tình hình ấy, thực dân Pháp đã đưa vào Việt Nam loại cà phê vối (C.Robusta) và cà phê mít ( C. excels Chari) 1905 thay thế cho cà phê chè ở vùng thấp, năm 1910 những đồn điền cà phê mới lại tiếp tục mọc lên ở Hà Tĩnh. Năm 1911 ở Yên Mỹ ( Thanh Hóa) 1915 ở Nghĩa Đàn ( Nghệ An ). Đồng thời cũng thăm dò khả năng thích nghi cà phê ở Tây Bắc. Năm 1925 cà phê được phát triển ở Tây Nguyên. 2.1.1. Đặc tính thực vật của cà phê Trên thế giới, hầu hết các loại cà phê đều thuộc giống coffea, gồm gần 70 loại khác nhau, chỉ có 10 loại đáng chú ý về giá trị trồng trọt. Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng các loại sau: +Giống Arabica. +Giống Robusta. +Giống Chari. Các giống này đều có thời gian thu hoạch khác nhau nên có thể bổ sung thời vụ cho việc trồng và thu hoạch các giống chính[9, tr9]. 2.1.1.1. Cà phê Arabica (cà phê chè) Đây là loại cà phê được trồng nhiều nhất ở trên thế giới, chiếm khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới. Nguồn gốc của giống này là ở cao nguyên nhiệt đới Ethiopia phía đông châu Phi. Hình 2.2 Quả và hoa cà phê Arabica [15] a/ Đặc tính Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -8- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Cây cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao. Người ta thường trồng nó ở độ cao từ 1000-1500 m. Cây cà phê Arabica cao từ 3-5m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể cao đến 7m, độc thân hoặc nhiều thân, lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, quả thường hình trứng có khi hình cầu, khi quả chín có màu đỏ tươi, một số giống khi chín có màu vàng, đường kính quả 10-15mm. Số lượng quả 800-1200 quả/kg, thời gian nuôi quả từ 6-7 tháng. Trong điều kiện thời tiết khí hậu ở miền Bắc, cà phê Arabica chín rộ vào tháng 12 và tháng 1. Ở Tây Nguyên cà phê chín sớm hơn 2-3 tháng so với miền Bắc, khi quả chín nếu bị mưa dễ nứt và rụng. Trong 1 quả có 2 nhân, một số ít quả có 3 nhân. Nhân có vỏ lụa màu bạc bám cứng vào nhân. Ngoài vỏ lụa là vỏ trấu cứng, ngoài cùng là vỏ thịt. Từ 5-7 kg quả sẽ thu được 1 kg nhân cà phê sống. Màu hạt xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, tùy theo cách chế biến. Lượng cafein có trong nhân khoảng 1-3% tùy theo giống. Cà phê chè sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch. Thường thì cà phê 25 tuổi đã được coi là già, không thu hoạch được nữa. Thực tế nó vẫn có thể tiếp tục sống thêm khoảng 70 năm. Cây cà phê Arabica ưa thích nhiệt độ từ 16-250C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm. Trên thị trường cà phê chè được đánh giá cao hơn cà phê vối vì có hương vị thơm ngon và chứa ít hàm lượng cafein hơn. Ở Việt Nam diện tích trồng cà phê chè mới đạt khoảng 10% tổng diện tích trồng cà phê cả nước (khoảng 40.000 ha/410.000 ha). Lý do khó phát triển cà phê chè do độ cao ở Việt Nam không phù hợp, những vùng chuyên canh cà phê ở Việt Nam như Buôn Ma Thuột Đắk Lắk, Bảo Lộc, Lâm Đồng… đều chỉ có độ cao từ 500-1000m so với mực nước biển, loài cây này lại nhiều sâu bệnh hại nên không kinh tế bằng trồng cà phê vối nếu trồng ở Việt Nam. b/ Năng suất Loại thường: 400 – 500 kg cà phê nhân/ha. Loại tốt: 600 – 800 kg cà phê nhân/ ha. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -9- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 2.1.1.2. Cà phê Robusta (cà phê vối) Hiện nay cà phê vối chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê, có nguồn gốc từ khu vực sông Cônggô, miền núi thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi. Hình 2.3 Quả cà phê Robusta [16] a/ Đặc tính Robusta cao từ 5-7m quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏ thẫm. Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Arabica. Từ 5-6 kg quả sẽ thu được 1kg cà phê nhân. Quả chín từ tháng 2 đến tháng 4 ở miền Bắc, ở Tây nguyên chín sớm hơn từ tháng 12 đến tháng 2. Đặc biệt loại cà phê Robusta không ra hoa kết quả tại các mắt cũ của cành. Nhân hình hơi tròn, to ngang vỏ lụa màu ánh nâu bạc. Hàm lượng cafein trong hạt cà phê Robusta khoảng 2-4%, trong khi ở cà phê Arabica chỉ khoảng 1-2%.Giống như cà phê chè, cây cà phê vối 3-4 tuổi có thể bắt đầu thu hoạch. Cây cho hạt trong khoảng từ 20 đến 30 năm. Cà phê vối ưa sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để trồng cây là dưới 1000 m. b/ Năng suất So với cà phê chè thì cà phê vối có năng suất nhỏ hơn, trung bình từ 500 – 600 kg cà phê nhân/ha, ít thơm hơn nhưng có khả năng chống chọi với sâu bệnh tốt hơn. 2.1.1.3. Cà phê Chari (cà phê mít) Có nguồn gốc từ xứ Ubangui Chari thuộc biển Hồ, gần sa mạc Xahara, du nhập vào Việt Nam từ năm 1905. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -10- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Hình 2.4 Quả cà phê chari mít [17] a/ Đặc tính Chari cây lớn cao 6 - 15 m, lá hình trứng hoặc lưỡi mác, gân lá nổi nhiều ở mặt dưới, quả hình trứng hơi ép ngang, quả chín có màu đỏ, to và dày. Hoa màu trắng có 5 cánh. Thân, lá và quả đều to, khác biệt hẳn các loại cà phê khác là cà phê vối, cà phê mít. Do lá to, xanh đậm nhìn xa như cây mít nên gọi là cà phê mít. Cây chịu hạn tốt, ít cần nước tưới, tuy nhiên do năng suất kém, chất lượng không cao (có vị chua) nên không được ưa chuộng và phát triển diện tích. Quả thường chín vào tháng 5 đến tháng 7. Hạt cà phê mít thường được trộn vào với cà phê vối, cà phê chè khi rang xay để tạo hương vị. b/ Năng suất Loại thường: 400 - 500 kg cà phê nhân/ha. Loại tốt: 600 – 700 kg cà phê nhân/ha. Hiện nay gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà phê vối, 10% trồng cà phê chè, khoảng 1% còn lại được trồng cà phê mít (coffea excelsa) [18]. 2.1.2. Thành phần hoá học của quả cà phê 2.1.2.1. Cấu tạo thành phần quả cà phê Hình 2.5 Cấu tạo quả cà phê. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -11- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Quả cà phê gồm có những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt (lớp vỏ thịt), lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân [9, tr11, 12]. + Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít. + Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ mỏng hay còn gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn. Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn. + Lớp vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại bỏ các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc, vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ mềm gọi là vỏ trấu tức là nội bì. Vỏ trấu cà phê chè mỏng hơn và dễ đập hơn vỏ trấu cà phê vối và cà phê mít. + Lớp vỏ lụa: bao bọc quanh nhân cà phê còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa. Chúng có màu sắc khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ lụa cà phê vối màu nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê. + Nhân cà phê: đây là lớp trong cùng của quả cà phê, phía ngoài của nhân là lớp tế bào rất cứng có những tế bào nhỏ chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường thì chỉ 2 nhân. Bảng 2.1. Tỷ lệ các thành phần của quả(tính theo % quả tươi). Thành phần Vỏ quả Lớp nhớt Vỏ trấu Nhân và vỏ Arabica Robusta (%) 43 - 45 20 - 23 6 - 7,5 (%) 41- 42 21- 22 6-8 26 -30 26 - 29 lụa 2.1.2.2. Thành phần hóa học của các phần cấu tạo quả cà phê 1/ Thành phần hóa học của vỏ quả Vỏ quả cà phê khi chín có màu đỏ, chứa chất antoxian và vết của ancaloit, tanin, cafein và các loại enzim. Trong vỏ quả có khoảng 21,5-30% chất khô. Thành phần hoá học của nó bao gồm các chất theo bảng sau [9,tr13]: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Bảng 2.2. Thành phần hóa học của vỏ quả (tính theo % trong 1 g). Thành phần hóa học Protein Chất béo Xenlulo Tro Hợp chất không có Nitơ Chất đường Tanin Pectin Cafein C.phê Arabica (%) 9,2 - 11,2 1,73 13,16 3,22 66,16 0,58 C.phê Robusta (%) 9,17 2,00 27,65 3,33 57,15 14,42 4,07 0,25 2/ Thành phần hóa học của lớp nhớt Lớp nhớt nằm phía dưới lớp vỏ quả, nó gồm những tế bào mềm, không có cafein, tanin, có nhiều đường và pectin [9,tr14]. Bảng 2.3. Thành phần hóa học của lớp nhớt. Thành phần hóa học Pectin Đường khử Đường không khử Xenlulo và tro Cà phê Arabica (%) 33,0 30,0 20,0 17,0 Cà phê Robusta (%) 38,7 45,8 - Độ pH của lớp nhớt tùy theo độ chín của quả thường từ: 5,6-5,7 đôi lúc lên tới 6,4. Trong lớp nhớt đặc biệt có men pectinaza phân giải pectin trong quá trình lên men. 3/Thành phần hóa học của vỏ trấu Gồm có xenlulo là chủ yếu. Sau đây là thành phần hóa học của vỏ trấu cà phê chè đã lên men sau 40 giờ và rửa sạch [9,tr14]: Bảng 2.4. Thành phần hóa học của vỏ trấu. Thành phần hóa học Hợp chất có dầu Protein Cà phê Arabica (%) 0,35 1,46 Cà phê Robusta (%) 0,35 2,22 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -13- Xenlulo Hemi Xenlulo Chất tro Chất đường Pantozan GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 61,8 11,6 0,96 27,0 0,2 67,8 3,3 - Trong vỏ trấu có một ít cafein, khoảng 0,4% do từ nhân khuếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô. 4/ Thành phần hóa học của nhân Cà phê nhân ở dạng thương phẩm gồm có: nước, chất khoáng, lipit, protit, gluxit. Ngoài ra, còn có những chất mà ta thường gặp trong thực vật là những axit hữu cơ chủ yếu là axit clorogenic và các chất ancaloit. Trên thế giới cũng như trong nước ta đã có nhiều nghiên cứu và phân tích thành phần hóa học của nhân cà phê. Ngoài ra, trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể vitamin, các chất bay hơi và cấu tử của mùi thơm. Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm đặc biệt của cà phê. Trong cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B như: B1, B2, B6…và các loại axit hữu cơ là tiền các loại vitamin [9,tr15]. Hình 2.6: So sánh thành phần cà phê Arabica và Robusta. Bảng 2.5. Thành phần hóa học của nhân cà phê. Thành phần hóa học Nước Chất béo Đạm Protein Cafein Axit clorogenic Tính bằng g/100g 8-12 4-18 1.8-2.5 9-16 0.8-2 2-8 Tính bằng mg/100g - Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp Thành phần hóa học Trigonenlin Tannin Axit cafetanic Axit cafeic Pantosan Tinh bột Dextrin Đường Xenlulo Hemixenlulo Linhin Tro Ca P Fe Na Mn Rb, Cu, F -14- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Tính bằng g/100g 1-3 2 8-9 1 5 5-23 0.85 5-10 10-20 20 4 2.5-4.5 - Tính bằng mg/100g 85-100 130-150 3-10 4 1-45 Vết Hình 2.7 Sự khác nhau cơ bản giữa cà phê Arabica và Robusta [19]. 2.1.3. Một số các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê 2.1.3.1. Ảnh hưởng của loại đất trồng cà phê Ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê. Nếu cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khỏe, sản lượng cao, phẩm chất cà phê tốt còn có một hương vị đậm đà, mùi vị thơm ngon hơn các loại cà phê trồng trên các loại đất khác. 2.1.3.2. Ảnh hưởng của chế độ chăm sóc kỹ thuật Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -15- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Chế độ chăm sóc kỹ thuật trong thời gian trồng cà phê rất quan trọng, người trồng cà phê quyết định chất lượng cà phê. Các biện pháp chăm sóc kỹ thuật gồm có [9, tr10] : - Tủ gốc cây cà phê. - Đánh nhánh tạo hình cây. - Phân bón đúng kỳ và đúng số lượng cần thiết. - Số lượng và cây bóng mát cần thiết cho từng loại cà phê. - Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê. 2.1.3.3. Ảnh hưởng của độ cao Độ cao cũng ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê. Cà phê trồng ở trên cao thì có hương vị đặc biệt và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở vị trí thấp [9, tr10]. 2.1.3.4. Ảnh hưởng của giống Giống cà phê có một ý nghĩa quyết định đến chất lượng cà phê. Chính chất lượng vốn có của sản phẩm chứa đựng trong giống. Sự khác nhau về chất lượng giữa các loại cà phê chè, vối, mít cũng do giống quyết định. Nước pha cà phê chè có hương vị thơm dịu, nước pha cà phê vối ít thơm và hơi đắng chát nhưng đậm đà. Ngay trong một loại thì các giống khác nhau thì cũng khác nhau. 2.1.3.5. Ảnh hưởng của sâu bệnh Sâu bệnh tấn công cũng sẽ làm cho hạt cà phê bị hư hại. Mọt đục quả cà phê tạo ra các hạt thủng, có rãnh. Ngoài mọt đục quả ra thì các loại sâu khác cũng gây hại đến cà phê. Chúng đục rỗng những quả cà phê khô. Khi thời tiết nóng ẩm là lúc chúng làm tổ trong nhân cà phê. 2.1.3.6. Ảnh hưởng của việc thu hái Cà phê dù được chế biến theo phương pháp nào đều phải được thu hái khi quả chín đều mới có sản phẩm chất lượng cao. Các hạt cà phê xanh non có tỉ trọng hạt thấp, nước pha uống có vị ngái, không thơm, kém hấp dẫn. Quả cà phê quá chín gây khó khăn trong quá trình xát đồng thời làm cho nước uống có mùi vỏ quả không hấp dẫn, nước uống có chất lượng không cao. 2.1.3.7. Ảnh hưởng của quá trình bảo quản, vận chuyển Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -16- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Trong quá trình bảo quản, độ ẩm và nhiệt độ trong kho, đặc biệt là độ ẩm của hạt cà phê đưa vào bảo quản có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng cà phê. Độ ẩm của hạt cà phê bảo quản phải dưới 13%. Độ ẩm của môi trường trong kho bảo quản quá cao hoặc quá thấp có thể làm cho chất lượng cà phê trong kho bảo quản bị giảm rõ rệt chủ yếu được biểu hiện ở sự biến đổi màu của hạt cà phê, chất lượng nước uống. Với khâu vận chuyển ta quan tâm đến tình trạng vệ sinh của phương tiện vận chuyển, ví dụ không dùng xe chở gia súc để vận chuyển cà phê, không dùng xe tải chở phân hóa học để vận chuyển cà phê. 2.1.3.8. Ảnh hưởng của quá trình chế biến Quá trình chế biến là quá trình chuyển cà phê tươi thành cà phê nhân sau khi loại bỏ toàn bộ vỏ quả, làm sạch nhớt, loại vỏ thóc và làm giảm hàm lượng nước trong nhân cà phê xuống còn khoảng 13%. Cà phê được chế biến theo phương pháp khô có thể tận dụng năng lượng mặt trời để phơi. Sân phơi phải sạch, được lát gạch hoặc được xây bằng xi măng. Cà phê phơi quá dày, không cào đảo cũng dễ bị nấm mốc xâm nhiễm, khi phơi trên sàn đất thì khó tránh khỏi cà phê bị nhiễm mùi đất và bị nhiễm các loại vi sinh vật khác ảnh hưởng đến chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm của cà phê. 2.1.4. Dược tính của cà phê Cà phê có vị đắng, có tác dụng kích thích thần kinh, làm tăng hoạt động của tim, co mạch trung ương, co mạch ngoại vi. Cà phê còn có tác dụng hạ sốt, lợi tiểu, làm khoan khoái, kích thích tiêu hóa [4, tr41,42].Cây có độc nhưng chỉ khi dùng với liều cao và thời gian kéo dài, gây bồn chồn, mất ngủ, đau dây thần kinh, trầm cảm, độc tố đó là cafeotoxin. Nhưng nếu uống cà phê đun sôi thì cafeotoxin sẽ bị tiêu huỷ. Trong nhân dân, hạt cà phê sống giã nát ngâm với rượu uống chữa tê thấp, sốt rét. Cà phê rang uống có tác dụng tiêu mỡ, tiêu độc rượu và thuốc phiện. Lá cà phê sắc uống làm chóng tiêu thức ăn. Trong y học, cà phê thường được dùng để chữa suy nhược, mất sức do bệnh nhiễm trùng, mất trương lực dạ dày. Người ta có thể pha bột cà phê để uống, dùng Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch cafein dạng viên hoặc dạng thuốc tiêm dưới da. Tuy nhiên chống chỉ định cho một số trường hợp như loạn thần kinh, viêm cơ tim tiến triển. 2.2. Tổng quan về sản phẩm 2.2.1.Các dạng sản phẩm cà phê Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4334: 2007 do Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường ban hành [20]: + Cà phê quả tươi (Cherry coffee): cà phê quả còn tươi thuộc chi Coffea sau khi thu hoạch và trước khi làm khô. + Cà phê quả khô (Husk coffee): cà phê quả tươi sau khi được làm khô bằng phương pháp khô hoặc sấy. + Cà phê thóc khô: là dạng cà phê mà nhân còn bọc một lớp vỏ trấu. + Cà phê nhân: là dạng cà phê sau khi đã bóc hết các lớp vỏ bên ngoài. + Cà phê rang: là sản phẩm thu được sau khi rang cà phê nhân. + Cà phê bột: sản phẩm thu được sau khi nghiền cà phê rang. + Cà phê đánh bóng: cà phê nhân được chế biến ướt được bóc vỏ lụa bằng tác động cơ học làm mặt cà phê bóng và đẹp hơn. + Cà phê vùng gió mùa: là cà phê nhân thu được từ cà phê không rửa, ở vùng nhiệt đới gió mùa, nên dễ bị hút ẩm làm cho nhân nở ra và màu của nhân chuyển thành màu vàng hoặc màu sáng. + Cà phê chiết: sản phẩm thu được bằng cách dùng nước để chiết các chất hoà tan trong cà phê rang. + Cà phê hoà tan: sản phẩm khô, có thể hoà tan trong nước được lấy từ cà phê rang bằng phương pháp lý học sử dụng nước để chiết tách. + Cà phê hoà tan dạng bột: sản phẩm thu được qua quá trình cà phê chiết được phun trong không khí nóng sau đó cho bay hơi nước để hình thành bột cà phê khô. + Cà phê hoà tan dạng cốm: sản phẩm thu được bằng cách kết hợp cà phê hoà tan dạng bột với nhau thành những hạt to. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -18- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch + Cà phê hoà tan làm khô ở nhiệt độ thấp: cà phê hoà tan thu được sau quá trình làm đông lạnh dung dịch cà phê và trạng thái băng được loại bỏ bằng phương pháp sấy thăng hoa. + Cà phê khử cafein: là cà phê thu được sau khi chiết cafein (decafeinated coffee). Một số hình ảnh của các dạng sản phẩm cà phê : Xem phụ lục 1 Hình 2.8 Cà phê quả khô (hay gọi cà phê thóc) và cà phê nhân [22]. 2.2.2. Tiêu chuẩn và chỉ tiêu chất lượng của cà phê nhân Xem phụ lục 2 [21]. Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn phương pháp chế biến cà phê Chế biến cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp vỏ bao bọc quanh hạt nhân cà phê và phơi sấy khô đến mức độ nhất định, làm cho cà phê nhân sống có một giá trị thương phẩm cao. Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn như chế biến cà phê rang, chế biến cà phê hòa tan,… Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân có hai phương pháp chính: • • Phương pháp chế biến ướt. Phương pháp chế biến khô. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -19- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch - Phương pháp chế biến ướt: là một phương pháp hiện đại, tập trung ở khu vựcTrung và Nam Mỹ . Phương pháp này gồm hai công đoạn chính. + Công đoạn xát tươi và phơi sấy: loại bỏ các lớp vỏ thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô dần đến độ ẩm nhất định thu được cà phê thóc khô. + Công đoạn xát và đánh bóng: loại bỏ lớp vỏ trấu và lớp vỏ lụa để tạo thành cà phê nhân bán thành phẩm. Mặc dù đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao, dây chuyền phức tạp, tốn kém năng lượng, vốn đầu tư lớn và gây ô nhiễm môi trường, bã thải khó xử lí nhưng phương pháp này phù hợp với mọi điều kiện thời tiết, cho cà phê chất lượng cao[9,tr17]. - Phương pháp chế biến khô: là phương pháp thường được áp dụng rộng rãi tại châu Á, Braxin và châu Phi, đây là phương pháp thông dụng và cổ điển hơn so với phương pháp ướt. Cà phê sau khi thu hoạch đem phơi sấy sơ bộ, sau đó đem sấy chính thức để đạt được độ ẩm yêu cầu. Tiếp theo sử dụng máy xát khô để tách lớp vỏ bao bọc nhân, không qua giai đoạn chế biến cà phê thóc. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, ít tốn năng lượng, vốn đầu tư nhỏ, tận dụng được nguồn nhân lực và năng lượng tự nhiên, phù hợp với điều kiện khí hậu cận nhiệt đới của nước ta. Đồng thời, hầu như không gây ô nhiễm môi trường như phương pháp khô. Vì vậy em chọn phương pháp chế biến khô để sử dụng trong dây chuyền chế biến cà phê nhân của mình. 3.2. Quy trình sản xuất cà phê theo phương pháp khô [9,tr55] 3.2.1.Quy trình sản xuất cà phê thóc xô Nguyên liệu (cà phê quả tươi) Thu nhận và bảo quản Phơi hoặc sấy sơ bộ Sấy chính thức Táchmáy tạp sản chấtxuất cà phê theo phương Thiết kế nhà nhà SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Bảo quản Cà phê thóc (cà phê quả khô) Cân, đóng bao Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 3.2.2.Quy trình sản xuất cà phê nhân Cà phê cà phê thóc ( quả khô) Trấu, lẫn vỏ mịn Vỏ trấu, cà phê lép, lẫn vỏ mịn Xay xát khô ( bỏ vỏ trấu ) Sàng phân loại Cà phê lép Đánh bóng ( bỏ vỏ lụa ) Phân loại kích thước nhân læåüng Phân loại trọng lượng riêng Cà phê tấm Phân loại Chế biến phụ phẩm Phân loại màu sắc Phối trộn, cân, đóng bao Bảo quản cà phê nhân 3.3. Thuyết minh quy trình 3.3.1. Nguyên liệu Nguyên liệu là các loại cà phê quả đã được thu hoạch, loại cà phê chính được trồng ở nước ta là Robusta, hằng năm đạt 90- 95% tổng sản lượng cà phê Việt Nam. Do Robusta thích hợp với khí hậu, thổ nhưỡng và độ cao tại vùng Tây Nguyên Việt Nam hơn là Arabica, ở Đắk Lắk trồng gồm 2 loại chính đó là Arabica và Robusta. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -21- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 3.3.2.Thu nhận và bảo quản nguyên liệu a/ Thu nhận nguyên liệu Cà phê được thu hái bằng phương pháp thủ công, chủ yếu là thu hái bằng tay. Năng suất thu hái phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đầu vụ, giữa vụ, cuối vụ, cà phê non, cà phê già…mức độ điêu luyện của người hái, phương tiện trang bị cho việc thu hoạch …sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất hái. Để đảm bảo phẩm chất tốt, đồng thời tránh lãng phí vì rơi rụng, hư hỏng việc thu hái cần đạt các yêu cầu sau [9,tr19]: + Đảm bảo đúng độ chín đồng đều của trái. + Không làm rụng lá, nụ hoa đang hình thành để không ảnh hưởng đến mùa thu hoạch năm sau. + Cần hái từng trái chín, không hái từng chùm hay suốt lẫn trái còn xanh vì trái xanh cho nhân cho nhân nhỏ, màu đen khi phơi khô và vị đắng. + Không thu hái những quả còn xanh vì lúc đó chất dự trữ tập trung chưa đầy đủ, khó chế biến do vỏ lụa dính sát vào nhân. Chú ý chỉ hái những quả chín để nâng cao chất lượng sản phẩm. + Cần phân chia khu vực thu hái phù hợp với mùa chín cà phê. + Không được làm tổn thương đến cây, quả cà phê khi hái, phải bảo vệ các nụ hoa nhất là cà phê mít. + Giữ vệ sinh trong quá trình thu hái không được lẫn các tạp chất như: đất, cát, cành, lá…vào trong nguyên liệu. Mỗi loại cà phê có thời gian chín và thu hoạch khác nhau. Cà phê chè và cà phê mít tập trung hơn. Cà phê vối thường chín trải rác hơn.Thông thường thời vụ thu hoạch như sau [9,tr20]: - Cà phê chè: Từ tháng 11-12, 1-2, tập trung vào tháng 12 và tháng 1, Ở Tây Nguyên thu hoạch sớm hơn khoảng 2 tháng. - Cà phê vối: từ tháng 12, 1, 2, 3, 4 , thu rộ vào tháng 2, 3. - Cà phê mít : tháng 5, 6, 7, 8, rộ vào tháng 6, 7. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -22- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Nhìn qua thời vụ thu hoạch của 3 loại cà phê ta thấy : nếu trồng cả 3 loại cà phê với một tỉ lệ thích hợp, thì sẽ có một sản lượng nguyên liệu tương đối ổn định tận dụng được công suất của cở sở chế biến. b/ Vận chuyển và bảo quản nguyên liệu Sau khi thu hái xong cần nên vận chuyển ngay về nơi chế biến không nên ủ đống quá lâu làm cho cà phê bốc nóng và rất dễ lên men làm cho vị chua. Nguyên liệu sau thu hái nên chế biến càng nhanh càng tốt, nếu chưa chế biến thì không được chất thành đống mà phải được bảo quản ở nơi thoáng mát, có mái che và trải thành lớp dày khoảng 30-40 cm trên nền sạch, khô, 2-3 giờ ta tiến hành đảo trộn một lần. Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt thường kéo dài không quá 36 giờ [8, tr4]. 3.3.3 . Phơi sấy cà phê 3.3.3.1. Mục đích Làm giảm ẩm của hạt cà phê từ 60-70% xuống 10-12% để bảo quản tốt và thực hiện các quá trình tiếp theo dễ dàng hơn . 3.3.3.2. Phơi hoặc sấy sơ bộ cà phê Thông thường là phải phơi sấy sơ bộ rồi mới đêm sấy chính thức sau. Quá trình phơi sấy sơ bộ là loại bỏ một phần nước bề mặt. Cà phê đã phơi sấy sơ bộ khi đưa sấy chính thức được rút ngắn thời gian và chất lượng đảm bảo hơn [9,tr44]. a/ Phơi sơ bộ cà phê Nếu điều kiện thời tiết cho phép thì phơi cà phê vẫn là kỹ thuật được ưa chuộng hơn vì nó đơn giản và ít tốn kém. Phơi cà phê là một hình thức làm khô rẻ tiền nhất so với các loại sấy khác. Phơi sơ bộ cà phê để độ ẩm xuống khoảng 40% sau đó ta tiến hành sấy khô. Nếu phơi không tốt thì nhân cà phê sẽ bị mất màu tự nhiên và trở thành những màu xấu của nhân bị lỗi như: màu đen, màu nâu,… Khi phơi phải theo dõi thường xuyên, những ngày đầu cà phê còn ướt cho phép phơi mỏng để quá trình bốc hơi nước nhanh.Trong quá trình phơi cần đảo trở luôn để tăng cường sự bốc hơi của nguyên liệu và để cho cà phê khô đều. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Sân phơi nên được làm bằng xi măng sạch. Không nên phơi cà phê trên nền đất. Sân phơi yêu cầu phải có độ dốc nhất định và phải có hệ thống cống rãnh thoát nước thật tốt, cần xây nơi cao ráo, thoáng.Trên sân phải có hệ thống che đậy để tránh mưa, sương [9,tr46]. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phơi: Nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, vận tốc không khí, loại sân phơi, chiều dày lớp nguyên liệu và số lần cào đảo trên sân. Hình 3.1 Phơi cà phê quả tươi b/ Sấy sơ bộ Sấy có thể chủ động trong quá trình làm khô, không phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu, thời gian sấy nhanh hơn, tốc độ thoát ẩm giữa các hạt đồng đều hơn, chất lượng của cà phê tốt hơn. Vì hạt cà phê có cấu tạo đặc biệt, tốc độ chuyển ẩm từ trong ra ngoài rất chậm nên người ta sấy hạt cà phê bằng phương pháp bán liên tục[4,tr46]. Tiến hành sấy sơ bộ để hạ độ ẩm trong nguyên liệu từ 65-70% xuống 40% tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy khô, giảm được năng lượng tiêu hao trong quá trình sấy khô. Ở đây ta sử dụng thiết bị sấy tĩnh như: máy sấy tĩnh vĩ ngang ,lò sấy, hầm sấy,.. phương pháp cung cấp nhiệt là loại sấy đối lưu với tác nhân sấy khói lò. 3.3.3.3. Sấy chính thức ( sấy khô) Tiến hành sấy khô cà phê, độ ẩm trong nguyên liệu hạ từ 40% xuống còn 12% để thuận lợi cho quá trình bảo quản. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -24- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Có nhiều phương pháp sấy nhưng người ta thường dùng hiện nay là sấy đối lưu và sấy tiếp xúc. Ngoài ra còn dùng phương pháp bức xạ hoặc phương pháp bằng điện trường dòng cao tần. Tóm lại là tùy theo yêu cầu mục đích mà người ta chọn chế độ và phương pháp sấy cho thích hợp. Thông thường thì dùng phương pháp kết hợp giữa đối lưu và bức xạ. Sấy cà phê bằng nhiệt độ quá lớn hoặc quá thấp sẽ không cho kết quả tốt. Ở giai đoạn này ta sử dụng thiết bị sấy động: sấy thùng quay, sấy tháp…. Ta chọn thiết bị sấy cụ thể để sấy khô là sấy thùng quay có nhiều ưu điểm như: vật liệu được xáo trộn tiếp xúc với tác nhân sấy tốt, chất lượng sản phẩm tốt hơn, tốc độ sấy nhanh [9,tr54]. Một số các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy : - Nhiệt độ không khí nóng và vận tốc không khí nóng. - Độ ẩm không khí bên ngoài. - Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu. 3.3.4. Tách tạp chất Cà phê quả khô sau khi phơi sấy không tránh khỏi tạp chất nặng như kim loại, các tạp chất nhẹ như cành, lá, rơm rác và các vỏ vụn cà phê… cho nên trước khi đưa vào máy xát khô, nguyên liệu phải được làm sạch, tùy theo độ đồng đều của nguyên liệu mà công đoạn tách các tạp chất này là dễ dàng hay khó khăn, đơn giản hay phức tạp. Đặc biệt chú ý đến các tạp chất khó làm sạch để loại chúng ra, đồng thời phải áp dụng phương pháp có hiệu quả nhất và kinh tế nhất [9,tr56]. Đối với phương pháp khô người ta thường dùng sàng rung để tách các tạp chất. 3.3.5.Cân, đóng bao, bảo quản Cà phê thóc (hay quả khô ) sau khi tách tạp chất không đi xay xát khô và đánh bóng ngay mà đóng bao và bảo quản tại nhà kho. Yêu cầu trong quá trình bảo quản cần điều chỉnh các thông số nhiệt độ, độ ẩm, điều kiện vệ sinh và thông gió thích hợp cho khối hạt. Sản phẩm có thể trao đổi buôn bán nội địa để sản xuất các sản phẩm cà phê khác nhau. 3.3.6. Xay xát cà phê thóc khô ( quả khô ) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -25- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Cà phê sau khi phơi sấy xong bên ngoài có lớp vỏ tương đối dày, lớp vỏ trấu chiếm 25-35% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là xenlulo không góp phần tạo nên chất lượng của sản phẩm nên phải loại ra [9,tr57]. Cà phê thóc sau khi xát khô thu được hỗn hợp gồm: cà phê thóc, trấu, cà phê nhân, hạt vụn nát. Tùy theo tính chất và công dụng mà cách giải quyết của mỗi thành phẩm trong hỗn hợp sau khi xát khô không giống nhau. - Cà phê thóc đưa trở lại máy xát để tách vỏ lần nữa. - Cà phê nhân là sản phẩm chủ yếu để đưa đi đánh bóng. - Trấu chứa nhiều xenlulo và chất khoáng có thể dùng làm nhiên liệu. - Cà phê vụn nát có thành phần tương tự như cà phê nhân nên có thể dùng để sản xuất cà phê bột, cà phê hòa tan, cà phê sữa… Yêu cầu của quá trình xát khô [8,tr12]: - Nhân nguyên vẹn. - Tỷ lệ nát phải ở mức tối thiểu. - Tỷ lệ cà phê còn vỏ sót lại phải thấp. - Mức độ quạt sạch vỏ trấu phải cao. 3.3.7. Đánh bóng Sau khi xát khô thì cà phê vẫn còn một lớp vỏ lụa mỏng màu ánh bạc, đó là lớp thứ tư của vỏ quả, lớp vỏ này chủ yếu là xenlulo, không tạo chất lượng cho sản phẩm mà còn làm giảm giá trị cảm quan của nhân cà phê.Vì vậy cà phê nhân sau khi xát phải đưa đi đánh bóng để làm cho lớp vỏ lụa bong ra hoặc bị mòn đi. Đây cũng là chỉ tiêu chất lượng không thể thiếu được của cà phê nhân thành phẩm. Người ta dùng máy để đánh bóng cà phê nhân. Nguyên tắc chung là dùng ma sát giữa hạt và trục máy, giữa hạt và vỏ, giữa hạt và hạt. Yêu cầu trục máy và vỏ máy dẫn nhiệt tốt [9, tr 61]. Yêu cầu khi đánh bóng cà phê nhân [9,tr62]: + Nhiệt độ cà phê không quá 550C. + Tỷ lệ hạt nứt vỡ < 1%. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -26- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch + Tỷ lệ vỏ lụa trong cà phê nhân sau khi đánh bóng: 10% đối với giống cà phê Arabica, 20% đối với Robusta. Trong đó, người ta quy định hạt có 1/2 diện tích bị bóc vỏ lụa trở lên coi là hạt sạch vỏ lụa. 3.3.8. Phân loại theo kích thước a/ Mục đích Cà phê sau khi ra khỏi máy đánh bóng ( gọi là “cà phê xô”) bao gồm tất cả các loại hạt cà phê tốt, xấu, nặng nhẹ, mảnh vỡ to nhỏ, ...cho nên người ta tiến hành phân cà phê xô thành các cỡ khác nhau theo kích thước để tạo tính đồng đều về kích thước thuận lợi cho quá trình tiếp theo [9,tr63]. b/Nguyên tắc Dựa vào sự khác nhau về kích thước của các cấu tử có trong hỗn hợp. Phân loại theo kích thước qua sàng người ta thu được các loại hạt cà phê có kích thước khác nhau. Ngoài ra, người ta còn phân ra được một ít cà phê tấm với số lượng không đáng kể [9,tr66]. Người ta sử dụng 2 loại sàng chính để phân loại đó là sàng tròn và sàng lắc. 3.3.9. Phân loại theo trọng lượng riêng a/ Mục đích Sau khi phân loại theo kích thước ta được khối hạt đồng đều theo kích thước nhưng khối hạt không đồng nhất về khối lượng vì còn có những hạt lép, hạt bị sâu bệnh... b/ Nguyên tắc Dựa vào sự khác nhau về trọng lượng riêng của hạt ta sử dụng sức gió để phân loại chúng ra, những hạt có trọng lượng riêng nhỏ sẽ bay lên. Dựa vào sự chuyển động khác nhau của các hạt có trọng lượng khác nhau trong luồng không khí chuyển động ngược chiều với khối hạt, mục đích của việc phân loại theo tỉ trọng nhằm loại bỏ các hạt xấu, hạt lép kém chất lượng [12,tr239]. c/ Yếu tố ảnh hưởng đến việc phân loại theo trọng lượng riêng Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -27- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch - Hình dáng và kích thước của hạt cà phê: hình dáng và kích thước của hạt cà phê có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân loại theo trọng lượng, do đó trước khi đưa vào phân loại theo trọng lượng thì phải qua thiết bị phân loại theo kích thước. - Độ ẩm của hạt: Vì trọng lượng riêng của hạt phụ thuộc vào độ ẩm của hạt, tỉ trọng trung bình của hạt cà phê thường từ 1,1-1,3 [9,tr67]. 3.3.10. Phân loại theo màu sắc a/ Mục đích: phân loại theo kích thước và trọng lượng chỉ loại bỏ được tạp chất, tăng độ đồng đều của hạt, không làm tăng giá trị cảm quan và màu sắc đồng đều của hạt. Vì vậy cần phân loại theo màu sắc để làm tăng chất lượng của sản phẩm[9,tr70]. b/ Nguyên tắc: thường phân loại dựa trên tiêu chuẩn nhà nước hoặc dựa trên hợp đồng buôn bán với các cơ quan hữu quan hoặc giữa các nước với nhau và cũng thoả mãn được yêu cầu của bên mua và bên sản xuất. Người ta chọn riêng những hạt có cùng màu sắc bằng mắt thường hoặc dùng máy phân loại kiểu quang điện, điện tử [9,tr71]. 3.3.11. Phối trộn, cân và đóng bao Phối trộn để cho cà phê thành phẩm được đồng đều và đúng tiêu chuẩn của Nhà Nước quy định và theo yêu cầu khách hàng, xuất khẩu. Hiện nay, người ta tiến hành đóng bao chân không. Thường sử dụng máy phối trộn cơ giới, cà phê sau các công đoạn phân loại trên thu được 3 loại có kích thước, khối lượng và màu sắc khác nhau [9,tr87]. Đấu trộn thành 3 loại cà phê: loại 1, loại 2, loại 3. Loại 1: 80% hạt >6,3mm, 10% hạt >5,6mm và 10% hạt >5mm. Loại 2: 10% hạt >6,3mm, 70% hạt >5,6mm và 20% hạt >5mm. Loại 3: 10% hạt >6,3mm, 20% hạt >5,6mm và 70% hạt >5mm. Nguyên tắc đóng gói: việc đóng gói cũng phải theo tiêu chuẩn đã quy định.Thường nước ta đóng gói 50kg và 60kg một bao. Bao bằng loại PE( polietilen) ở trong và bao gai hoặc bao đay ở ngoài. Bao bì không được có mùi lạ. 3.3.12.Bảo quản cà phê nhân Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -28- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Cà phê sau khi đóng gói cần nhập kho ngay để bảo quản đúng theo điều kiện quy định. Tránh để cà phê hút ẩm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Phương pháp bảo quản cà phê nhân [9,tr105] : + Bảo quản trong bao bì xếp vào kho. + Bảo quản trong các xilô. Những chú ý khi bảo quản cà phê nhân [9,tr106] : + Độ ẩm hạt 10-12%, hàm lượng tạp chất càng ít càng tốt ( < 0,5%) + Xếp bao cà phê trên nền lót bằng ván để tránh hút ẩm + Kho tốt đúng quy cách của kho bảo quản. + Không xếp bao trực tiếp xuống nền kho hoặc nền nhà, hoặc sát tường. + Cần đảo vị trí bao sau 2-3 tuần một lần tránh hiện tượng nén chặt. Nếu không đảo thì phải xếp lên giá gỗ hoặc giá sắt rồi chồng lên nhau. Hình 3.2 Kho bảo quản cà phê nhân [34] Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Kế hoạch sản xuất 4.1.1. Thu nhập nguyên liệu của nhà máy Ở Đắk Lắk vào tháng 8 thường mưa lớn và nguyên liệu quá ít nên cho nhà máy ngừng sản xuất vào thời gian này để sửa chữa máy móc, thiết bị. Bảng 4.1: Bảng thu nhận nguyên liệu của nhà máy Tháng Arabica 1 2 3 4 5 6 7 8 0 9 10 11 12 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -29- Robusta Chari GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 0 0 : Tháng thu nhận nguyên liệu. 1 : Tháng không thu nhận nguyên liệu. 4.1.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy Dựa vào bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy và lượng nguyên liệu nhập vào. Ta có thể lập ra kế hoạch làm việc: Các ngày nghỉ trong năm : các ngày chủ nhật (47 ngày) và các ngày lễ, tết (12 ngày). Ngoài ra, tháng 8 nghỉ sản xuất để tiến hành sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị. Làm việc theo ca: mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca làm việc 8 tiếng. Bảng 4.2: Kế hoạch sản xuất cà phê trong năm (tính theo năm 2014) Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Số ngày làm việc 22 20 25 26 26 25 26 × 26 27 25 27 Số ca làm việc 44 40 50 52 52 50 52 × 52 54 50 54 - Tổng số ngày sản xuất trong năm : 275 ngày. Tổng số ca sản xuất trong năm : 550 ca Tổng số giờ sản xuất trong năm: 4400 giờ Năng suất nhà máy : 90 tấn nguyên liệu/ngày. Năng suất của nhà máy tính trong 1giờ: 5625 kg cà phê quả tươi /giờ. Bảng 4.3. Tỷ lệ hao hụt qua các công đoạn (%). STT Công đoạn chế biến Hao hụt(%) Sản xuất cà phê thóc (quả khô) từ cà phê quả tươi 1 Thu nhận và bảo quản 0,5 2 Phơi hoặc sấy sơ bộ 0,5( không kể ẩm) 3 Sấy chính thức 0,5( không kể ẩm) 4 Tách tạp chất 1 5 Cân, đóng bao 0,5 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -30- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc ( quả khô ) 1 Xay xát khô 30 2 Đánh bóng 1 3 Phân loại kích thước 0,5 4 Phân loại trọng lượng riêng 1 5 Phân loại màu sắc 0,5 6 Phối trộn 0,2 7 Cân, đóng bao 0,2 4.2. Cân bằng vật chất cho sản xuất cà phê thóc (quả khô) từ cà phê quả tươi Năng suất của nhà máy sản xuất là: 5625 (kg cà phê quả tươi/h.) 4.2.1. Thu nhận và bảo quản Lượng nguyên liệu vào : 5625 (kg /h) Tỷ lệ hao hụt : 0,5 % Lượng nguyên liệu hao hụt : 5625 × 0,005 = 28,125 ( kg/h ) 4.2.2. Phơi hoặc sấy sơ bộ Thông thường phải phơi hoặc sấy sơ bộ trước rồi mới sấy khô chính thức sau. Quá trình phơi hoặc sấy sơ bộ nhằm loại bỏ một phần nước trên bề mặt đồng thời giảm bớt ẩm của cà phê từ 70% còn 40%, nhằm rút ngắn thời gian sấy ở giai đoạn sấy chính thức và chất lượng sản phẩm đảm bảo hơn. Lượng nguyên liệu vào : 5625- 28,125 = 5596,875 ( kg/h ). Tỷ lệ hao hụt 0,5 %. Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy được tính theo công thức : W1= G1× w1 − w2 100 − w2 (kg/h). [5, tr45] Trong đó: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -31- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch - W1: Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy (kg/h). - G1 : lượng nguyên liệu trước khi sấy (kg/h). - w1, w2 ; độ ẩm của nguyên liệu trước và sau khi sấy(%). - Sấy sơ bộ: độ ẩm của cà phê thóc giảm 70% xuống 40%. w1 = 70%; w2 = 40% Lượng nguyên liệu vào công đoạn phơi sơ bộ, sấy sơ bộ : 5596,875( kg/h ) Vậy W 1 = 5596,875 × 70 − 40 100 − 40 = 2798,438 (kg/h) Lượng nguyên liệu sau khi phơi, sấy sơ bộ G= G1- W1 = 5596,875 – 2798,438 = 2798,437 ( kg/h) Lượng hao hụt tách ra trong quá trình sấy sơ bộ : 2798,437×0,005 = 13,992 ( kg/h) 4.2.3. Sấy chính thức Sấy chính thức nhằm hạ độ ẩm của nguyên liệu xuống còn 10-12%, chọn 12%. - Lượng nguyên liệu vào: 2798,432 -13,992= 2784,445 (kg/h) - Tỷ lệ hao hụt: 0,5% - Độ ẩm ban đầu của cà phê quả: w1=40% - Độ ẩm cà phê sau sấy là: w1=12% Với quá trình sấy chính thức được chia làm 3 ca nên, lượng nguyên liệu vào công đoạn sấy sơ bộ: G2 = 2784 ,445× 2 3 = 1856,297 (kg/h) Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy chính thức là: W2 = G2 × W w1 − w2 100 − w2 2=1856,297 (kg/h) [5, tr 45] 40 − 12 × 100 − 12 = 590,640(kg/h). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -32- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Lượng nguyên liệu sau khi sấy chính thức G= G2 - W 2= 1856,297 -590,640 =1265,657 ( kg/h) Lượng nguyên liệu hao hụt tách ra trong quá trình sấy khô: 1265,657 × 0,005 = 6,328 (kg/h) 4.2.4. Tách tạp chất Lượng nguyên liệu vào : (1265,657 − 6,328) × 3 2 = 1888,994(kg/h). Tỷ lệ hao hụt : 1% Lượng hao hụt trong quá trình tách tạp chất : 1888,994 ×0,01 =18,889( kg/h) 4.2.5. Cân, đóng bao Lượng nguyên liệu sau khi tách tạp chất : 1888,994 – 18,889 = 1870,110 ( kg/h ) Lượng cà phê thóc xô vào công đoạn cân đóng bao: 870,110 ( kg/h ), ta lấy 1000 (kg/h) cà phê thóc xô đi sản xuất cà phê nhân. Tỷ lệ hao hụt : 0,2 % Lượng hao hụt trong quá trình cân, đóng bao : 870,110 × 0,002 = 1,740 ( kg/h) 4.2.6. Cà phê thóc( quả khô) thành phẩm Lượng cà phê thóc thành phẩm thu được từ 90 tấn cà phê quả tươi/ ngày ( 5625 kg quả tươi/ h): (870,110 – 1,740) + 1000 = 1868,37( kg cà phê thóc /h). 5625 1868,37 Tỷ lệ giữa nguyên liệu và thành phẩm là: A = = 3,011 4.3. Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc ( quả khô) Ta sử dụng mặt hàng cà phê thóc ( quả khô ) của nhà máy làm nguyên liệu để sản xuất cà phê nhân ở mặt hàng thứ hai. Chọn năng suất để sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc là 1000 (kg cà phê thóc / h). 4.3.1. Xay xát khô Lượng nguyên liệu đưa vào : 1000 ( kg/h ) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -33- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Do lớp vỏ trấu chiếm 25 - 35% khối lượng cà phê thóc nên ta chọn tỷ lệ hao hụt : 30 (%). Lượng nguyên liệu hao hụt : 1000 × 0,3 =300 ( kg/h ) 4.3.2. Đánh bóng cà phê Lượng nguyên liệu vào 1000- 300 = 700 ( kg/h ) Tỷ lệ hao hụt : 1% Lượng nguyên liệu hao hụt : 700 × 0,01 = 7 ( kg/ h) 4.3.3. Phân loại theo kích thước Lượng nguyên liệu cho vào cả công đoạn : 700 - 7 = 693(kg/h). Máy phân loại theo kích thước có thể tách cà phê ra thành các loại có kích thước và tỷ lệ phần trăm như sau : Bảng 4.4: Phân loại kích thước và tỷ lệ phần trăm phân loại được Loại Loại 1 Loại 2 Loại 3 Kích thước ( mm) >6,3 >5,6 >5 Hao hụt % 0,5 0,5 0,5 Tỉ lệ % 70 20 10 1/ Loại 1 ( hạt > 6,3 mm, 70 %) - × Lượng hạt > 6,3mm phân loại được: 693 0,7= 485,1(kg/h). Lượng nguyên liệu kích thước > 6,3 mm sau khi qua công đoạn phân loại theo kích thước: 485,1 × 99,5 100 = 482,675 (kg/h). 2/ Loại 2 ( hạt > 5,6 mm, 20%) - × Lượng hạt > 5,6 mm phân loại được: 693 0,2= 138,6(kg/h) Lượng nguyên liệu kích thước > 5,6 mm sau khi qua công đoạn phân loại theo kích thước: 138,6 × 99,5 100 = 137,907 (kg/h). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -34- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 3/ Loại 3 ( hạt > 5 mm, 10%) - Lượng hạt > 5 mm phân loại được: 693 - × 0,1= 69,3 (kg/h) Lượng nguyên liệu kích thước > 5 mm sau khi qua công đoạn phân loại theo kích thước: 69,3 × 99,5 100 = 68,954 (kg/h). 4.3.4. Phân loại theo trọng lượng riêng Lượng nguyên liệu cho vào cả công đoạn: 689,536 ( kg/h) 1/ Loại 1 ( hạt > 6,3 mm ) - Lượng nguyên liệu vào: 482,675 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt : 1% - Lượng nguyên liệu có kích thước > 6,3mm sau khi qua công đoạn phân loại theo trọng lượng: 482,675 × 99 100 = 477,848(kg/h). 2/ Loại 2 ( hạt > 5,6 mm ) - Lượng nguyên liệu vào: 137,907 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt : 1% - Lượng nguyên liệu có kích thước > 6,3mm sau khi qua công đoạn phân loại theo trọng lượng: 137,907 × 99 100 = 136,528 3/ Loại 3 ( hạt > 5 mm ) - Lượng nguyên liệu vào: 68,954 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt : 1% - Lượng nguyên liệu có kích thước > 6,3mm sau khi qua công đoạn phân loại theo trọng lượng: 68,954 × 99 100 =68,264 (kg/h). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -35- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 4.3.5. Phân loại theo màu sắc Lượng nguyên liệu cho vào cả công đoạn : 682,64 ( kg/h) 1/ Loại 1 ( hạt > 6,3 mm ) - Lượng nguyên liệu vào: 477,848 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt : 0,5% - Lượng nguyên liệu có kích thước > 6,3mm sau khi qua công đoạn phân loại theo màu sắc: 477,848 × 99,5 100 = 475,459 (kg/h). 2/ Loại 2 ( hạt > 5,6 mm ) - Lượng nguyên liệu vào: 136,528 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt : 0,5% - Lượng nguyên liệu có kích thước > 6,3mm sau khi qua công đoạn phân loại theo màu sắc : 136,528 × 99,5 100 = 135,845 (kg/h) 3/ Loại 3 ( hạt > 5 mm ) - Lượng nguyên liệu vào: 68,264 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt : 0,5% - Lượng nguyên liệu có kích thước > 6,3mm sau khi qua công đoạn phân loại theo màu sắc: 68,264 × 99,5 100 = 67,923(kg/h). 4.3.6. Phối trộn Lượng nguyên liệu vào cho cả công đoạn : 679,227 (kg/h). - Lượng nguyên liệu vào của hạt loại 1 (hạt > 6,3mm) :475,459 (kg/h) - Lượng nguyên liệu vào của hạt loại 2 (hạt > 5,6mm) : 135,845(kg/h). - Lượng nguyên liệu vào của hạt loại 3 (hạt > 5mm) : 67,923 (kg/h) Tỷ lệ hao hụt là 0,2% Người ta phối trộn như sau: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp • -36- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Loại 1 (80% hạt loại 1 + 10% hạt loại 2 + 10% hạt loại 3 ): + Lượng nguyên liệu vào: × × × 475,459 0,8 + 135,845 0,1 + 67,923 0,1 = 400,744 (kg/h). + Lượng sản phẩm cà phê nhân sau công đoạn phối trộn : 400,744 × 99,8 100 • = 399,943 (kg/h). Loại 2 (10% hạt loại 1 + 70% hạt loại 2 + 20% hạt loại 3): + Lượng nguyên liệu vào: × × × 475,459 0,1 +135,845 0,7 + 67,923 0,2 = 156,222 (kg/h) + Lượng sản phẩm cà phê nhân sau công đoạn phối trộn: 156,222 × 99,8 100 • = 155,910 (kg/h). Loại 3 (10% hạt loại 1 + 20% hạt loại 2 + 70% hạt loại 3): + Lượng nguyên liệu vào: × 475,459 0,1 + 135,845 × × 0,2 + 67,923 0,7 = 122,261 (kg/h) + Lượng sản phẩm cà phê nhân sau công đoạn phối trộn: 122,261 × 99,8 100 = 122,016 (kg/h). 4.3.7. Cân, đóng bao Lượng nguyên liệu vào cho cả công đoạn: 677,914 (kg/giờ) + Loại 1: 399,943 (kg/h) + Loại 2: 155,910 (kg/h) + Loại 3: 122,061 (kg/h) Tỷ lệ hao hụt công đoạn là 0,2% Lượng sản phẩm sau công đoạn cân, đóng bao: × + Loại 1: 399,943 99,8% = 399,143 (kg/h) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -37- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch × + Loại 2: 155,910 99,8% = 155,598 (kg/h) × + Loại 3: 122,061 99,8% = 121,817 (kg/h) 4.3.8. Cà phê nhân thành phẩm Lượng sản phẩm cà phê nhân sau quá trình chế biến: 676,558 (kg/h) Loại 1 : 399,143 (kg/h). Loại 2 : 155,598 (kg/h). Loại 3 : 121,817 (kg/h). Bảng 4.5 Tỷ lệ hao hụt và lượng nguyên liệu vào của các công đoạn chế biến cà phê STT 1 2 4 5 6 7 8 Công đoạn A ( %) B (kg/h) Sản xuất cà phê thóc ( quả khô) từ cà phê quả tươi Cà phê quả tươi Thu nhận và bảo quản 0,5 28,125 Phơi hoặc sấy sơ bộ 0,5( không kể ẩm) 13,992 Sấy chính thức 0,5( không kể ẩm) 6,328 Sàng tạp chất 1 18,889 Cân, đóng bao 0,2 1,740 Cà phê thóc khô thành phẩm C (kg/ h) 5625 5625 5596,875 1856,297 1888,994 870,110 1868,37 Sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc ( quả khô) 1 Cà phê thóc khô thành phẩm 1000 2 Xay xát khô 30 300 1000 3 Đánh bóng 1 7 700 4 Phân loại theo kích thước 0,5 Phân loại trọng lượng riêng 5 689,536 + Hạt > 6,3mm + Hạt > 5,6mm + Hạt > 5mm 693 482,675 1 137,907 68,954 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp STT -38- Công đoạn 6 GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch A ( %) B (kg/h) Phân loại theo màu sắc 682,640 + Hạt > 6,3mm 477,848 + Hạt > 5,6mm 0,5 + Hạt > 5mm Phối trộn Loại 1 7 Loại 2 Loại 1 Loại 2 136,528 68,264 679,227 0,2 Loại 3 Cân, đóng bao 8 C (kg/ h) 400,744 156,222 122,261 677,914 0,2 399,943 155,910 Loại 3 Cà phê nhân thành phẩm 122,061 676,558 Loại 1 399,143 Loại 2 155,598 Loại 3 121,817 9 * Ghi chú: + A: Tỷ lệ hao hụt (%), + B: Lượng nguyên liệu hao hụt ở công đoạn (kg/h). + C: Lượng nguyên liệu vào ở công đoạn (kg/h). Chương 5 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 5.1. Cơ sở của quá trình sấy Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch đối với các loại nông sản. Thực tế cho thấy nếu phơi khô hoặc sấy khô không kịp Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -39- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch thì nhiều nông sản có thể do mất mát và biến chất khoảng 10-20%, hoặc đối với một số loại như sắn có thể lên đến 40-50%. Quá trình sấy nó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Do đó cần phải có một chế độ sấy thích hợp để đảm bảo hạt ít bị rạn nứt, đồng thời giữ được các tính chất về hương vị, màu sắc và các phần có trong hạt. Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất và các thông số cơ bản của không khí ẩm. Ở đây ta tiến hành sấy qua hai công đoạn: phơi hoặc sấy sơ bộ ( nếu thời tiết nắng tốt ta tiến hành phơi và nếu thời tiết xấu, mưa ta tiến hành sấy sơ bộ ở máy sấy tĩnh) và sấy chính thức với thiết bị sấy thùng quay, tác nhân sấy là không khí. Ta tiến hành tính cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy chính thức. 5.2. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết Trước tiên ta nghiên cứu quá trình sấy lý thuyết, coi thiết bị sấy là lý tưởng.Với máy sấy lý thuyết người ta giả thiết rằng : - Nhiệt cho quá trình sấy là do bộ phận đun nóng cung cấp. - Nhiệt lượng bổ sung bằng không. - Bỏ qua tổn thất nhiệt Qtt = 0 + Nhiệt lượng tiêu tốn để đun nóng vật liệu sấy. + Nhiệt lượng tiêu tốn để đun nóng bộ phận vận chuyển. + Nhiệt lượng mất mát riêng ra môi trường chung quanh. - Nhiệt liên kết của nước (ẩm trong vật liệu) không đáng kể: i w,v = 0. • Các thông số ban đầu + Nhiệt độ không khí sấy: t1 = 750C. + Nhiệt độ nguyên liệu vào: θ1 = 400C. + Nhiệt độ nguyên liệu ra: θ2. + Nhiệt độ môi trường không khí trước khi qua calorife: to= 20,30C. + Độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy: 40% + Độ ẩm của nguyên liệu sau khi sấy: 12%. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -40- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch + φo: là độ ẩm ban đầu của không khí trước khi vào calorife: φo= 80%. + Áp suất khí quyển: P = 745 (mmHg). 5.2.1. Xác định các thông số của không khí 5.2.1.1. Các thông số trạng thái của không khí Trạng thái của không khí trước khi vào calorife với điều kiện khí hậu Đắk Lắk to= 20,30C; φo = 80%. [14, tr100] + Áp suất hơi bão hoà của không khí tra [13, tr312]ta được: ở to = 20,30C, suy ra Pbh = 0,0243(at) = 17,874 (mmHg). + Hàm ẩm của không khí được xác định theo công thức: = 0,622 × xo = 0,622 × xo ϕ o × Pbh P − ϕ o × Pbh (kg/kgkkk) [3, tr156] 0,8 × 17,874 = 745 − 0,8 × 17,874 0,0122 (kg/kgkkk). + Hàm nhiệt của không khí ẩm trước khi qua calorife: Io Io = t o + (2493 + 1,97 × t o ) × xo [3, tr156] = 20,3 + ( 2493 + 1,97 × 20,3) × 0,0122 = 51,202 (kJ/kgkkk). 5.2.1.2. Các thông số của khí khi qua caloriphe trước khi vào máy sấy Khi qua calorife không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thay đổi hàm ẩm [10, tr 205] . x1 = xo = 0,0122 (kg/kgkkk). + Chọn nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife là: t1= 750C. Ở t1 = 750C, suy ra Pbh1 = 0,393(at) = 289,0751 (mmHg) [13, tr312]. + Độ ẩm tương đối của không khí sau khi qua calorife: = ϕ1 x1 × P 0,0122 × 745 = = 0,0496 = 4,96% (0,622 + x1 ) × Pbh1 (0,622 + 0,0122) × 289 ,0751 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -41- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch + Hàm nhiệt của không khí sau khi qua calorife: I1 I1 = t1 + (2493 + 1,97 × t1 ) × x1 (kJ/kgkkk). = 75 + (2493 + 1,97 × 75) × 0,0119 = 107,217 (kJ/kgkkk). 5.2.1.3.Thông số của không khí sau sấy Giả sử nhiệt độ tác nhân sấy ra: t2 = 330C Áp suất hơi bão hoà của không khí ở t2 = 330C tra [13, tr312] ta được : Pbh2 = 0,0517(at) = 38,03 (mmHg). Đối với quá trình sấy lý thuyết thì nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình vì vậy I2 = I1 = 107,217 (kJ/kgkkk). = Suy ra x2 = I 2 − t2 107,217 − 33 = = 0,0290 2493 + 1,97 × t2 2493 + 1,97 × 33 (kg ẩm/kgkkk). x2 × P 0,0290 × 745 = = 0,873 = 87 ,3% (0,622 + x 2 ) × Pbh 2 (0,622 + 0,0290) × 38,03 ϕ2 Phù hợp với điều kiện ϕ2 = ( 85- 95%) nên chọn nhiệt độ t2= 330C 5.2.1.4.Xác định nhiệt độ điểm sương a/ Mục đích Khi tính toán về sấy cần phải biết nhiệt độ điểm sương t s vì đó là giới hạn làm lạnh không khí ẩm. Biết được t s khi chọn nhiệt độ cuối của của quá trình sấy ta không lấy gần điểm ts để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu. Nhiệt độ của không khí sau khi sấy không được quá thấp, nếu không sẽ có hiện tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu, song không được quá lớn vì làm cho sản phẩm không đạt yêu cầu và tốn nhiều năng lượng. b/ Phương pháp xác định nhiệt độ điểm sương Nhiệt độ cuối đã chọn là t2= 330C , Đối với quá trình sấy lý thuyết thì nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình vì vậy I2 = I1 = 107,217 (kJ/kgkkk). Ta có x2 = 0,0290(kg ẩm/kgkkk). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -42- = 0,622 × x2 = ⇒ Pbh ϕ2 × Pbh P − ϕ2 × Pbh GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch và ở ts ta có ϕ2 =1 x2 × P 0,0290 × 745 = = 33,187 0,622 + x 2 0,622 + 0,0290 (mmHg) = 0,0451 (at). Dựa vào bảng I.251 [13, tr314] ta được: Pbh= 0,04 at ứng với nhiệt độ 28,6 0C Pbh= 0,05 at ứng với nhiệt độ 32,5 0C Tính toán nội suy ta có : ts = 30,60C ∆t = t2- ts = 33 – 30,6 = 2,40C Vì ∆t = 2 -50C nên việc chọn t2 = 33 0C là hoàn toàn thích hợp Nhiệt độ nguyên liệu sau khi sấy chênh lệch so với nhiệt độ tác nhân sấy đi ra khỏi thùng sấy là ∆t = ( t2 –θ2 ) = 5 ÷ 100C [7,tr 211]. Chọn ∆t = 100C ,và sấy ngược chiều nên ∆t = ( t1 –θ2 ) θ2= t1- 10= 75–10 = 650C Bảng 5.1. Các thông số trạng thái của không khí. t (0C) x (kg/kgkkk) Pbh (at) I (kJ/kgkkk) φ (%) A 20,3 0,0122 0,0243 51,202 80 B 75 0,0122 0,393 107,217 4,9 C 33 0,0290 0,0517 107,217 88,14 Trong đó: A: trạng thái của không khí trước khi vào calorife. B: trạng thái của không khí trước khi vào máy sấy. C: trạng thái của không khí sau sấy . 5.2.2. Một số thông số trong tính toán sấy lý thuyết 5.2.2.1. Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy G1 × U =W2= w1 − w2 100 − w2 (kg/h). [5, tr45 ] Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -43- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch - G1: Lượng nguyên liệu trước khi vào máy sấy thùng quay tính theo năng suất nhà máy G1 = 1856,297 (kg/h). - w1: độ ẩm ban đầu của cà phê là 40%. - w2: độ ẩm của cà phê sau sấy là 12%. U = W2 = 1856,297 × 40 − 12 100 − 12 = 590,640 (kg/h). 5.2.2.2. Lượng không khí khô tiêu hao Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm: Ta có: Với sấy lý thuyết x0= x1 l= 1 x 2 − x0 = 1 1 = = x2 − x1 0,0290 − 0,0122 59,524(kg/kg ẩm) [14,tr 102]. Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy trong 1 giờ : L = l× U (kgkkk/h) [5, tr46] Trong đó : U: là lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy (kg/h). W 2= 590,640 (kg/h ) L = 59,524× 590,640= 3515,26 (kgkkk/h) Lượng nguyên liệu sau khi sấy chính thức: G =1265,657(kg/h) [chương 4] 5.2.2.3. Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm: q= I1 − I 0 I1 − I 0 = x 2 − x0 x 2 − x 0 - ( kJ/kg ẩm) ( =0 ) , I1= I2 [14, tr 103]. Trong đó: - I0, I1: là hàm nhiệt của không khí trước và sau calorife - x0, x2: là hàm ẩm của không khí trước khi vào calorife và sau khi sấy. q= 107,217 − 51,202 = 3334,226 0,0290 − 0,0122 (kJ/kg ẩm) Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bốc ẩm : Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -44- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Q1= q × W2 [5, tr46] Q1 = q × W2 = 3334,226 × 590,640 = 1969327,245( kJ / h) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -45- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 5.3. Xây dựng quá trình sấy thực tế 5.3.1. Lượng nhiệt bổ sung thực tế Ta có : Lượng nhiệt tiêu hao riêng cho máy sấy q = l ( I1- I0) = l ( I2- I0) - ∆ [14, tr103] ∆ : Gọi lượng nhiệt cần bổ sung thực tế ∆ = qb + θ1 x Cn - (qvl + qm + qvc) [14, tr103] Trong đó: - Nhiệt lượng riêng do vật liệu mang vào máy sấy (nhiệt lượng riêng do nước mang vào) : θ1 x Cn= 40 x 4,186 = 167,44 (kJ/kg ẩm). với Cn= 4,186 (kJ/kg.0C). - Nhiệt lượng riêng để đun nóng vật liệu: qvl = G2 x Cvl x (θ2 - θ1) /U • Với G2 : lượng nguyên liệu sau khi sấy chính thức G2= G1- U = 1856,297 – 590,640 = 1265,657 ( kg/h ) 0 • Với Cvl: Nhiệt dung riêng của cà phê sấy (kJ/kg. Cvl= Cck × (100 − w) + Cn . × w 100 0 (kJ/kg. C C ). ). Trong đó: - Cn: nhiệt dung riêng của nước, Cn= 4,186 (kJ/kg.0C). - Cck: nhiệt dung riêng chất khô của cà phê. Cck= 0,37 ( kcal/ kg.0C) = 1,547 (kJ/kg.0C). = - Cvl 1,547 × (100 − 40) + 4,186 × 40 = 2,603 100 (kJ/kg.0C). qvl = G2 x Cvl x (θ2 - θ1) /U (kJ/kg ẩm). = 1265,657 x 2,603 x (65 -40) /590,640 =139,446(kJ/kg ẩm). - Nhiệt lượng mất mát riêng ra môi trường chung quanh Nếu thiết bị sấy không có bảo ôn bên ngoài thì có thể lấy nhiệt lượng tổn thất bằng 8-12% lượng nhiệt dùng để sấy lí thuyết (Q1) [5, tr 46], ta chọn 9%. qm= 0,09 x q = =0,09x 3334,226 =300,0803(kJ/kg ẩm). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -46- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch - qb, qvc = 0 Suy ra: ∆ = 167,44 – 139,446 –300,0803 = - 272,0863 (kJ/kg ẩm). 5.3.2. Xác định các thông số của tác nhân sấy sau khi sấy thực • Hàm ẩm: - Hàm ẩm của không khí nóng sau quá trình sấy thực: x ’2 = − I1 + ∆ × x0 + Ck × t 2 ∆ − (2493 + Chn × t 2 ) [14,tr 105] Với Ck :nhiệt dung riêng của không khí khô, Ck= 1 (kJ/kg.K) [14, tr 95] Chn : nhiệt dung riêng của hơi nước, Chn = 1,97 (kJ/kg.K) x0 = 0,0119 (kg ẩm/kgkkk) − 107, ,217 + (−272,0863 × 0,0122) + 1 × 33 − 272,0863 − (2493 + 1,97 × 33) Suy ra x’2 = • = 0,0274 (kg ẩm/kg kkk) Xác định Entanpy I’2: × I’2 = Ck t2 + x’2 × i2 [7, tr 138] × Với i2 = 2493 + Chn t2 = 2493 + 1,97 × 33 = 2558,01 ( kJ/kg ) × I’2 = 1 x 33 + 0,0274 2558,01 = 103,0895 (kJ/kgkkk) • Xác định độ ẩm tương đối ϕ’2 φ'2 = x '2 ×P0 (0,622 + x '2 ) × P2 0,0274 × 745 (0,622 + 0,0274) × 38,03 = = 0,827 = 82,7 % 5.3.3.Lượng tác nhân sấy thực tế Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm l’ = 1 x' 2 − x0 = 1 0,0274 − 0,0122 = 65,789 (kg kk/kg ẩm ) Lượng không khí cần thiết tiêu tốn trong một giờ. L’ = l’ × U = 65,789 × 590,640 = 38857,615 (kgkkk/h). 5.3.4. Nhiệt lượng vào và ra của quá trình sấy thực tế Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -47- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 5.3.4.1. Nhiệt lượng mang vào máy sấy - Nhiệt lượng không khí mang vào: Q’1v = L’× Io = 38857,615× 51,202 = 1989587,603(kJ/kg). - Nhiệt lượng do vật liệu ẩm mang vào: Q’2v = G2×Cv1× θ1+U×Cn× θ1 (kJ/kg). vl 0 vl + C : nhiệt dung riêng của cà phê, C = 2,603 (kJ/kg. ⇒ C ). Q’2v = 1265,657×2,603×40+590,640×4,186×40 = 230676,97 (kJ/kg). - Nhiệt lượng do calorife cung cấp: Q’cal = L’×(I1-Io) = 38857,615 × (107,217-51,202) = 2176609,304 (kJ/kg). -Tổng nhiệt lượng vào: ∑Q’v= Q’1v+Q’cal+Q’2v=1989587,603 +2176609,304 +230676,97 = 4396873,877 (kJ/kg). Bảng 5.2 Nhiệt lượng vào máy sấy. Lượng NL sau khi ra khỏi máy sấy NDR của nguyên liệu sấy Nhiệt lượng do không khí mang vào NL do nguyên liệu mang vào Nhiệt lượng do calorife mang vào Tổng nhiệt lượng mang vào G2 1265,657 Cv1 2,603 Q’1v 1989587,603 Q’2v 230676,97 Q’cal 2176609,304 Q’v 4396873,877 kg/h kJ/kgđộ kJ/h kJ/h kJ/h kJ/h 5.3.4.2. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy - Nhiệt lượng không khí mang ra: Q’1r = L’×I’2= 38857,615×103,0895 = 4005812,102 (kJ/kg). - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: Q’ 2r = G2×C2 ×t2 Cvl2 = Cck × (100 − w2 ) + Cn × w2 100 = 1,547 × (100 − 12) + 4,186 ×12 100 0 = 1,86 (kJ/kg. C ). Q’ 2r = G2×C2 ×t2 = 1265,657 ×1,86 ×33 =77686,0267 (kJ/kg). - Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -48- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Q’m = qm×U =300,0803 × 590,640 =177239,428 (kJ/kg). - Tổng nhiệt lượng ra: ∑Q’r=Q’m+Q’vlr+Q’2= 4005812,102+77686,0267 + 177239,428 = 4260737,557 (kJ/kg). Bảng 5.3: Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy. Nhiệt lượng do không khí mang ra NL do Nliệu mang ra Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường Tổng nhiệt lượng mang ra Q’1r Q’2r Q’3r Q’r 4005812,102 77686,0267 177239,428 4260737,557 kJ/kgđộ kJ/h kJ/h kJ/h 5.3.4.3. Sai số nhiệt lượng vào và ra khỏi máy sấy = ∆Q Q'v −Q'r 4396873,877 − 4260737,557 = = 3,096% Q 'v 4396873,877 Vì ∆Q= 3,096 % < 5% nằm trong sai số cho phép nên chấp nhận kết quả trên. 5.4.Tính nhiệt trị của nhiên liệu Ta sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO. Thành phần dầu FO dựa theo bảng sau: Bảng 5.4. Thành phần nguyên liệu trong dầu FO-RU [23] Thành phần Đơn vị (%) C 82,98 H 12,38 O 0,74 S 2,77 W(ẩm) 0,01 N 1,12 5.4.1.Tính nhiệt trị cao của nhiên liệu Qc= 33858C + 125400H -10868 (O-S) (kJ/kg) [7, tr53]. Qc= 33858×82,98% + 125400×12,38% -10868×(0,74% - 2,77%). Qc = 43840,5088 (kJ/kg). 5.4.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu Trong nhiên liệu lỏng ngoài thành phần của nước A còn có nước do phản ứng cháy sinh ra. Từ phản ứng cháy hydro dễ dàng thấy rằng cứ 1kg hydro cháy hết cho ta 9 kg nước. Do đó, nếu lấy nhiệt ẩn của nước ở áp suất khí trời r = 2500 (kJ/kg) thì nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt= Qc- 2500×(9H +W) (kJ/kg). [7, tr 53] . Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -49- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Qt =43840,5088 - 2500×(9×12,38% +0,01%). Qt= 41054,7588 ( kJ/kg) 5.4.3. Tính nhiệt trị trung bình của nhiên liệu = Qtb Qc + Qt 43840,5088 + 41054,7588 = = 42447,6338( KJ / kg ) 2 2 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -50- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Chương 6 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 6.1. Tính và chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê thóc 6.1.1.Thiết bị sấy sơ bộ vĩ ngang Cà phê được làm khô bằng phương pháp phơi khi thời thiết cho phép là kĩ thuật được ưa chuộng vì nó đơn giản, tiết kiệm năng lượng và ít tốn kém. Nhưng khi thời tiết không thuận lợi, những tháng mưa nhiều, tiết trời âm u, ta có thể đảm bảo được hoạt động sản xuất liên tục cho nhà máy, tránh quá trình bảo quản nguyên liệu quá lâu ảnh hưởng đến chất lượng cà phê bằng cách tiến hành sấy sơ bộ bằng máy sấy vĩ ngang. Hiện nay máy sấy vĩ ngang được sử dụng phổ biến bởi tính cơ động, thiết bị nhỏ gọn, chất lượng nông sản đảm bảo và đặc biệt không cần tốn nhân công cào đảo. • Cấu tạo Bộ gia nhiệt: có thể là lò đốt than, củi, trấu hoặc bộ gia nhiệt bằng điện. Quạt: thường là quạt hướng trục nhằm cung cấp lưu lượng khí và áp cần thiết cho máy sấy vĩ ngang. Bộ phân phối gió: đảo chiều gió cho máy. Buồng sấy: Chứa vật liệu sấy, sàng buồng sấy thường làm bằng tôn hoặc inox đục lỗ 2 đến 4 mm tùy thuộc vào kích thước vật liệu. • Nguyên tắc hoạt động Khí ngoài trời nhận nhiệt tại bộ gia nhiệt và hòa trộn với khí tươi để đạt nhiệt độ cài đặt. Quạt hướng trục đưa tác nhân sấy vào buồng sấy nhờ áp và lưu lượng của quạt. + Giai đoạn 1: Tác nhân sấy từ bộ phân phối được cấp qua lớp vật liệu theo chiều từ dưới lên. Vật liệu sẽ được làm khô theo chiều tác nhân sấy mang hơi ẩm thoát ra ngoài. + Giai đoạn 2: Đảo gió, tác nhân sấy xuyên qua lớp vật liệu từ trên xuống dưới, làm khô đều vật liệu sấy với độ đồng đều cao so với các phương pháp đảo thủ công. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -51- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Hình 6.1 Sơ đồ nguyên lý máy sấy tĩnh vĩ ngang loại đảo chiều Chọn máy sấy vĩ ngang đảo chiều gió của Công Ty cổ phần và xây dựng Cường Thịnh, Model SVCD-03 [24 ] • Đặc tính kĩ thuật - Thể tích chứa hạt : 4,5 ( m3) - Công suất điện: 5 kW - Năng suất : 3000 ( kg/h ) - Điện áp cung cấp 220/380 V, 1/3 phase, 50Hz. - Kích thước máy ( mm) : 5000 x 5000x 1200 ( Dx RxC) Hình 6.2 Máy sấy vĩ ngang đảo chiều gió [24] Năng suất vào công đoạn : 5596,875 ( kg/h ) Số máy cần chọn: n = 5596,875 3000 = 1,866 . Ta chọn số máy cần sử dụng là: n = 2 (máy). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -52- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 6.1.2.Thiết bị sấy thùng quay 6.1.2.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy sấy thùng quay a/ Cấu tạo 5 6 4 2 3 1 7 Hình 6.3 Máy sấy thùng quay 1. Quạt đẩy 2. Calorife 3. Thùng sấy 4. Cửa nạp liệu 5. Xyclon 6. Quạt hút 7. Cửa tháo liệu • Lò đốt: Lò đốt tạo nhiệt cung cấp khí nóng cho máy sấy, khí nóng qua dàn trao đổi nhiệt rồi được quạt đưa vào trống sấy. Ta có thể dùng nguyên liệu than đá, dầu FO để đốt. Không khí được trao đổi nhiệt trước khi vào bộ phận thùng sấy, bộ phận trao đổi nhiệt là Calorife. • Thùng sấy hạt: Quá trình sấy sẽ được thực hiện tại đây, không khí nóng sẽ được chuyển vào tâm thùng sấy kết hợp với quá trình đảo hạt nhờ tác dụng của cánh đảo và cánh đẩy làm cho độ ẩm của cà phê giảm dần.Thùng sấy có dạng hình trụ tròn đặt nằm nghiêng, liên tục quay trong quá trình sấy. Tùy tính chất của vật sấy, năng suất mà chọn các thông số đường kính D. Vật liệu được nạp vào đầu cao, sản phẩm lấy ra đầu thấp của thùng. • Bộ phận nạp liệu vào thùng sấy ( cửa nạp liệu) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -53- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch Là bộ phận chứa cà phê chuẩn bị cho quá trình sấy, định lượng cà phê cần thiết trước khi cho vào thùng sấy, làm giảm tối đa thời gian cần thiết cho quá trình nạp liệu. • Hệ thống quạt Tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy qua thùng sấy đúng lưu lượng yêu cầu. Chiều chuyển động của tác nhân sấy có thể cùng chiều, ngược chiều dòng vật liệu sấy. Ta chọn tác nhân sấy đi ngược chiều với vật liệu sấy. • Xyclon: Trong thiết bị sấy, không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy sẽ mang theo một lượng bụi cho nên phải bố trí thiết bị khử bụi xyclon để tránh thải bụi ra môi trường. b/ Nguyên tắc hoạt động của máy sấy thùng quay Được vận hành nhờ một bộ truyền động giảm tốc cơ khí. Không khí nóng được cung cấp theo đúng nhiệt độ yêu cầu đi vào thùng sấy nhờ ống dẫn khí. Bên trong thùng sấy, nhờ vào kết cấu của các cánh đẩy và cánh đảo (cánh hướng) cà phê thóc được đảo liên tục trong suốt quá trình sấy và quá trình giảm ẩm xảy ra liên tục, đều trên bề mặt của hạt cũng như toàn bộ khối hạt. Không khí nóng sau khi sấy mang theo ẩm của vật liệu sấy vào xyclon tách bụi trước khi ra ngoài môi trường. 6.1.2.2. Đặc tính kĩ thuật Quá trình sấy thực hiện liên tục 3 ca trong ngày. Năng suất vào công đoạn sấy: 1856,297(kg/h). Độ ẩm nguyên liệu vào máy sấy: w1 = 40%. Độ ẩm nguyên liệu ra máy sấy: w2 = 12%. Độ ẩm trung bình của hạt: wtb = (w1 + w2)/2 = (40 + 12)/2 = 26%. Khối lượng riêng trung bình của khối hạt cà phê: ρ = 500 (kg/m3) Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính của thùng sấy: L/D = 3,5÷7 [7, tr 207 ]. Ở đây ta chọn tỉ lệ L/D = 3,5 . Vận tốc không khí đi trong thùng: v = 2-3 (m/s). Độ điền đầy ß , thể tích hạt chiếm chỗ so với thùng sấy ta chọn ß = 0,3[7, tr207] Lượng ẩm bốc hơi : Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -54- W = G1 × GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch w1 − w2 40 − 12 = 1856 ,297 × 100 − w2 100 − 12 = 590,640 (kg/h) 6.1.2.3.Tính toán hệ thống sấy a/Thể tích thùng sấy G ×τ Vt = ρ×β [7, tr 208] Trong đó: - G: Lượng nguyên liệu vào nhà máy: G= 1856,297 (kg/h) τ - : Thời gian sấy ( h), Độ điền đầy ß= 0,3, ρ = 500 (kg/m3) Thời gian sấy được xác định theo công thức: w1 − w2 M 0,185 τ −3 = [7, tr 210] Trong đó: M: là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt d(mm). d: Đường kính trong của hạt: d = 8 (mm). Suy ra: M = 0,47 [7, tr 210] Vậy τ 40 − 12 −3 0,47 0,185 = Suy ra: V’t = = 305,808(phút) = 5,0968 (h). 1856 ,297 × 5,0968 500 × 0,3 = 63,0745(m3). Ở đây ta sử dụng 2 máy sấy thùng quay. Thể tích mỗi thùng sấy là: Vt = V ' t 63,0745 = 2 2 Cường độ bốc hơi ẩm: A = W V' t = 31,537 (m3) [7, tr 207] Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -55- A = W V' t GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch 590,640 63,0745 = 9,364 (kg ẩm/m3.h) = b/ Đường kính thùng 4 ×Vt Lt = π × Dt 2 3 [14, tr 121] và Lt/Dt = 3,5 4 × Vt 3,5 × π → Dt = 3 4 × 31,537 3,5 × 3,14 = = 2,256 (m) Vậy chọn đường kính thùng chuẩn: 2,3 (m). c/ Chiều dài thùng Lt = 3,5 Dt × . Suy ra Lt = 3,5 Dt = 3,5 × 2,3 = 8,05 (m). d/Số vòng quay của thùng n= m × k × Lt τ × Dt × tgα [14, tr 122] Trong đó: - m, k: hệ số, phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí. . m = 1 , k = 2 [14, tr 122]. - Dt: đường kính thùng - Lt: Chiều dài τ τ - : Thời gian sấy, = 305,808 ( phút) - α: Góc nghiêng thùng quay: 3_ 60C chọn 40C .[14, tr 122] n= Suy ra 1 × 2 × 8,05 = 0,327 305,808 × 2,3 × 0,0699 (vòng/phút) = 19,648 (vòng/h). e/Công suất cần thiết để quay thùng N = 0,13 × 10-2 × Dt3 × Lt × a × n × ρ (kW). [14, tr123] Trong đó: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -56- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch - n: Số vòng quay (vòng/phút). - a : Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, ở đây ta chọn loại cánh nâng tương ứng ß = 0,3, ta có a = 0,079 [14, tr 123] - Dt, Lt: Đường kính và chiều dài thùng quay, ( m) - ρ: Khối lượng riêng trung bình của vật liệu. × × × × × N = 0,13.10-2 2,33 8,05 0,079 0,327 500 = 1,645 (kW) Suy ra × Công suất thực tế để quay thùng: N’= k N Với k : hệ số mở máy, chọn k = 1,3. × N’ = 1,3 1,645 = 2,138 (kW). f/ Nhiệt độ sấy cho phép × τ th = 2,218 - 4,343 ln( ) + τ : Thời gian sấy ( h) → τ 23,5 0,37 + 0,63 × wtb [7, tr 210] = 5,0968( h) , wtb =0,26 × th = 2,218 - 4,343 ln(5,0968) + 23,5 0,37 + 0,63 × 0,26 = 39,1690C. Bảng 6.1: Đặc tính kỹ thuật của máy sấy thùng quay Thể tích thùng sấy Kích thước thùng sấy Nhiệt độ sấy hạt cho phép Số vòng quay của thùng Công suất của máy 31,537(m3) D = 2,3 m, L = 8,05 m 39,1690C 19,648 (vòng/giờ) 2,138 (kW) 6.1.2.4. Tính và chọn calorife Calorife là một bộ phận quan trọng trong hệ thống sấy, là thiết bị dùng để nâng nhiệt cho tác nhân sấy đến nhiệt độ cho phép, ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng. Ở đây ta chọn loại Calorife khí khói ( lò đốt ). Chất tải nhiệt là khói lò đi trong ống gia nhiệt bằng đồng, khói chuyển động từ dưới lên.Không khí chuyển động cắt ngang đi bên ngoài ống [1, tr88]. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp -57- GVHD: ThS. Trần Xuân Ngạch a/ Chọn kích thước của ống truyền nhiệt Chọn kích thước ống truyền nhiệt sao cho: dn dt 3/4 vỏ) (*) Mức lỗi khống chế cho mỗi mẫu 300 g: không quá 05 lỗi. 1 mảnh vỏ quả khô trung bình (từ 1/2 đến 3/4 vỏ) 1 mảnh vỏ quả khô nhỏ (< 1/2 vỏ) 1 vỏ trấu lớn (> 1/2 vỏ) 1 vỏ trấu nhỏ (< 1/2 vỏ) 1 mẩu cành cây to (từ 2 cm đến 4 cm) 1 mẩu cành cây trung bình (từ 1 cm đến 2 cm) 1 mẩu cành cây nhỏ (< 1 cm) 1 cục đất, đá to (trên sàng No20) 1 cục đất, đá trung bình (dưới sàng No20 và trên sàng No12) 1 cục đất, đá nhỏ (dưới sàng No12 và trên sàng No10) Tạp chất khác (ngoài các tạp chất nêu trên): Dưới 0,5 g từ 0,5 đến 1,0 g trên 1,0 g, cứ thêm mỗi gam tạp chất Trị số lỗi 1,0 0,25 1,0 0,5 1,0 1 0,5 0,5 0,2 0,5 0,2 0,2 0,1 0,1 0,2 0,1 0,2 1,0 0,5 0,2 0,2 0,1 5,0 2,0 1,0 5,0 2,0 0,5 1,0 2,0 3,0 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-121Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân Bảng 1.4: Tổng trị số lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê. Hạng chất lượng • Mức tối đa (trong 300 mẫu) Cà phê chè Cà phê vối Hạng đặc biệt 15 30 Hạng 1 30 1a - 60 1b Hạng 2: 60 90 2a - 120 2b - 150 2c - 200 Hạng 3 120 250 Hạng 4 150 - Tỷ lệ khối lượng đối với từng hạt cà phê trên sàng lỗ tròn: Bảng 1.5: Cỡ sàng và kích thước lỗ sàng Cỡ sàng Kích thước lỗ sàng (mm) No7 No10 No12 2,80 4,00 4,75 1 2 No12 No14 No15 No16 No17 No18 No19 No20 Chú thích: Sàng No12 1 2 5,00 5,60 6,00 6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 tương ứng sàng No13 mà ISO ban hành trước đây Bảng 1.6 : Tỷ lệ khối lượng đối với từng hạt cà phê trên sàng lỗ tròn. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-122Ngạch Hạng chất lượng Hạng đặc biệt Hạng 1 Hạng 2 Hạng 3 và 4 GVHD: ThS. Trần Xuân Cà phê chè No18/No16 No16/No14 1 2 No12 /No12 No12/No10 Tỷ lệ tối thiểu Cỡ sàng Cà phê vối No18/No16 No16/No12 (%) 90/10 1 2 1 2 No12 /No12 No12/No10 90/10 90/10 90/10 2. Phương pháp thử • Lấy mẫu: theo TCVN 5702 – 93. • Xác định ngoại quan: theo TCVN 4808 – 89 (ISO 4149 : 1980). • Xác định độ ẩm: theo TCVN 6928 – 2001 (ISO 6673 : 1983). • Xác định tỷ lệ lẫn cà phê khác loại: lấy 300g mẫu theo TCVN 5720 – 93, tách riêng cà phê chè (A), cà phê vối (R), cà phê mít (C) và tính phần trăm (%) khối lượng của từng loại hạt rồi xác định tỷ lệ lẫn cà phê khác loại. • Xác định trị số lỗi: lấy 300 g mẫu theo TCVN 5702 – 93, tách các tạp chất và các hạt lỗi thành các dạng khuyết tật và tính trị số lỗi theo bảng “tổng số lỗi cho phép đối với từng hạt cà phê” ở trên. Tính tổng các trị số lỗi và làm tròn theo quy tắc làm tròn số. • Xác định tỷ lệ khối lượng trên sàng: theo TCVN 4807 : 2001 (ISO 4150 : 1991). 3. Bao gói, ghi nhãn, bảo quản và vận chuyển Việc bao gói, ghi nhãn, bảo quản và vận chuyển tuân theo tiêu chuẩn TCVN 1279 – 93. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-123Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân Phụ lục 3 : Tính và chọn quạt Để vận chuyển không khí được đều theo các đường dẫn trong thiết bị sấy và hút không khí sau khi sấy ta sử dụng hệ thống quạt đẩy, quạt hút, quạt đẩy được đặt trước calorife để đưa không khí ngoài môi trường qua calorife vào thùng sấy còn quạt hút đặt sau thiết bị sấy. - Thiết bị sấy có các trở lực sau: ΔP = ΔP ms + ΔPcb + ΔPqđ +ΔPqh + ΔPk +ΔPh + ΔPt +ΔPđ [13, tr376] Trong đó : ΔPms - Trở lực do ma sát. ΔPcb - Trở lực cục bộ. ΔPqđ - Trở lực do áp suất động ở đầu ra của quạt đẩy. ΔPqh - Trở lực do áp suất động ở đầu ra của quạt hút. ΔPk - Trở lực tại khuỷu. ΔPh - Trở lực do lớp hạt gây ra. ΔPt - Trở lực do thùng quay. ΔPc - Trở lực xyclon Ta có: • Thể tích không khí riêng trước khi vào Calorife: + Tại t0 = 20,3oC, ρ = 1,204 kg/m3, υ = 15,088.10-6 m2/s. + Ta có : V’ = L'/ ρ [13, tr 517 ] L'= 38857,615 (kgkkk/h). →V’0 = L'/ 2ρ=38857,615 /1,204× 2 = 16136,69 (m3/h) • Thể tích không khí trước khi vào máy sấy: + Tại t1 = 75oC, ρ = 1,015 kg/m3, υ = 20,555.10-6 m2/s. + Ta có : V’ = L'/ ρ [13, tr 517 ] →V1’ = L'/2ρ= 38857,615 /2× 1,015 = 19141,453(m3/h). • Thể tích không khí sau khi ra khỏi máy sấy: + Tại t2 = 33oC, ρ = 1,154 kg/m3, υ = 16,288.10-6 m2/s. + Ta có : V’ = L'/2ρ [13, tr 517 ] Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-124Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân →V2’ = L'/ ρ= 38857,615 /2× 1,154 = 16836,055(m3/h). 1.Trở lực hệ thống a/Trở lực do áp lực động lực (ở đầu ra quạt đẩy và quạt hút) • Tính áp lực động lực ở đầu ra của quạt đẩy ∆Pqđ = (ρ. ω12)/2 Trong đó: [13 ,tr377 ] - ω1 là tốc độ khí ở đầu ra của quạt đẩy, ρ = 1,204( kg/m3) - ω0= V’0 /F với : F là tiết diện tự do của dòng chảy : F= πd 2 4 Chọn đường kính ống quạt: d = 0,3 m Ta có : F= Suy ra: ω0 = Vậy: π × 0,32 4 =0,07065 (m2) 16136,69 3600 × 0,07065 ΔPqđ = = 63,445 (m/s) 1,204 × 63,4452 2 = 2423,211 (N/m2) • Tính áp lực động lực ở đầu ra của quạt hút ∆pqh= (ρ. ω2 2)/2 Với: [13, tr377 ] ω2 là tốc độ khí ở đầu ra của quạt hút: ω2 = V’2/F= Suy ra: ∆pqh = 19141,453 3600 × 0,07065 1,154 × 66,1952 2 = 66,195 (m/s) = 2528,286 (N/m2) b/ Trở lực do ma sát ∆Pms = λ. L ρ .ω 2 . , N / m2 d td 2 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-125Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân [ 13, tr 377 ] Trong đó: ω: tốc độ lưu thể (m/s), phụ thuộc vào tốc độ không khí. λ : hệ số ma sát L : chiều dài ống (m) d tđ : đường kính tương đương của ống (m) ρ : khối lượng riêng của chất khí, (kg/m3) Chọn đường kính của ống: d tđ = 0,3 (m) Vậy tiết diện ngang của ống: F = π × d tđ2 4 = 0,07065 (m2) • Trở lực do ma sát từ quạt đẩy đến caloriphe: + Chiều dài của ống l0 = 0,4 (m). + Chuẩn số Raynol: Re = ω0 × dtd υ0 63,445× 0,3 15,088 .10− 6 = =1261499,205 [13, tr 377] Re >1.104 .Suy ra: khí vận chuyển trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó hệ số trở lực λ được tính theo công thức sau: [13, tr 380] 1 6,81 0,9 ε = −2 lg(( ) + ) Re 3,7.d td λ Với ε :độ nhám tuyệt đối của vật liệu làm ống, ta chọn vật liệu làm ống bằng tôn εtôn =0,02- 0,04 nên chọn εtôn = 0,02 (mm) 1 λ = -2lg(( [13, tr 381] 6,81 0,02 × 10 −3 ) 0,9 + ) 1261499,205 3,7 × 0,3 λ = 0,0127 Vậy trở lực của ống do ma sát từ quạt đẩy đến calorife là: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-126Ngạch ΔPms0= • GVHD: ThS. Trần Xuân 0,0127 × 0,4 × 1,204 × 63,4452 0,3 × 2 = 38,771 (N/m2) Trở lực của ống từ calorife đến thùng sấy: Chiều dài của ống: l1 = 0,4 (m). Vận tốc khí trong ống: ω1 = V’1 /F =19141,453/(3600 × 0,07065) = 75,260 (m/s). Chuẩn số Raynol: ω1 × d tđ υ1 = 75,260 × 0,3 = 1098411,579 20,555 × 10− 6 Re = Re > 1.10 4. Suy ra khí vận chuyển trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó hệ số trở lực λ được tính theo công thức sau: 6,81 0.9 ε = −2 × lg + Re 3,7 × d tđ λ 1 Với : ε tôn = 0,02 (mm). 0.9 6 , 81 0,02 × 10− 3 = −2 × lg + = 1098411,579 3 , 7 × 0 , 3 λ 1 Suy ra: λ = 0,0128 Vậy trở lực của ống do ma sát từ calorife đến thùng sấy: ΔPms1 = • 0,0128 × 0,4 × 1,015 × 75,260 2 0,3 × 2 = 49,0584 (N/m2). Trở lực của ống từ thùng sấy đến xyclon: Chiều dài của ống: l2 = 0,6 (m). Vận tốc khí trong ống: ω2 =V’2/F =19141,453/(3600 × 0,07065)= 66,195 (m/s). Chuẩn số Raynol: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-127Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân ω 2' × d tđ υ2 = 66,195 × 0,3 = 1219210,462 16,288 × 10− 6 Re = Vì Re > 1.104 . Suy ra: khí vận chuyển trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó hệ số trở lực λ được tính theo công thức sau: 6,81 0.9 1 ε = −2 × lg + Re 3,7 × d tđ λ 0.9 6,81 0,02 × 10− 3 = −2 × lg + 1219210,462 3,7 × 0,3 λ 1 Suy ra: λ = 0,0127 Vậy trở lực của ống do ma sát từ thùng sấy đến xyclon là: ΔPms2 = • 0,0127 × 0,6 × 1,154 × 66,1952 0,3 × 2 = 64,218 (N/m2). Trở lực của đường ống từ xyclon đến quạt: Chiều dài của ống: l3 = 0,5 (m). Vì trạng thái không khí ở đây giống như trang thái không khí từ thùng sấy đến xyclon. Nên ω3 = ω2 = 66,195 (m/s). Chuẩn số Raynol: Re = 1219210,462 Suy ra: λ = 0,0127 Vậy trở lực của ống do ma sát từ xyclon đến quạt là: ΔPms3 = • 0,0127 × 0,5 × 1,154 × 66,1952 0,3 × 2 = 53,515(N/m2) Trở lực ma sát trong thùng quay: ∆Pmst Lt ρ × ωt2 =λ× × Dt 2 [13, tr 377] Trong đó: ωt : vận tốc khí đi trong thùng. Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-128Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân ωt = Vtb/F Vtb = (V’1 + V’2)/2 = (19141,453+16836,055)/2 = 17988,754 (m3/h). Với: Diện tích tự do của thùng: β 2 F’ = Ft × (1- ) = (π × Dt × (1- β) /4 ) = 3,14 × 2,32 × (1- 0,3)/4 = 2,907 (m2) Vậy ωt = 17988 ,754 3600 × 2,907 = 1,719 (m/s) Nhiệt độ trung bình trong thùng quay: t1 + t2 75 + 33 = = 54 2 2 o C. Tra bảng I.255[13, tr 318] và áp dụng nội suy ta tính được : υ × −6 = 18,358 10 , ρ = 1,080 (kg/m3). Chuẩn số Raynol: ωt × Dt υ tb = 1,719 × 2,3 = 215366,597 18,358 × 10 − 6 Re = Re > 1.10 4 . Suy ra: khí vận chuyển trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó hệ số trở lực λ được tính theo công thức sau: 6,81 0, 9 1 ε = −2 × lg + Re 3,7 × Dt λ Với: ε tôn = 0,02 (mm). 0 ,9 6,81 0,02 × 10 − 3 = −2 × lg + 215366,597 3,7 × 2,3 λ 1 Suy ra: λ = 0,0153 Vậy trở lực ma sát trong thùng quay là: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-129Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân ΔPmst = 0,0153 × 8,05 × 1,080 × 1,7192 2,3 × 2 = 0,0854 (N/m2). Vậy tổng trở lực do ma sát ứng với mỗi thùng sấy : ΔPms= ΔPms0 + ΔPms1 + ΔPms2 + ΔPms3 +ΔPmst = 38,771 +49,0584 +64,218+ 53,515+0,0854=205,648(N/m2) Coi ma sát trong thùng quay như nhau từ đầu thùng đến cuối thùng. Nên ta có: ΔPmst1 = ΔPmst2 = ΔPms/2 = 205,648 /2 =102,824 (N/m2 ) c/ Trở lực cục bộ ∆Pcb = ξ × ω2 × ρ 2 [13, tr 377] Trong đó: ξ: phụ thuộc vào chuẩn số Raynol và tỉ số Fo/F. Fo: tiết diện của ống. F0 = 0,07065 (m2). F: tiết diện của thiết bị. • Trở lực đột thu: - Trở lực đột thu tại cửa ra calorife vào ống dẫn khí ∆Pcb1 = ξ × ω2 × ρ ξ 2 , : hệ số trở lực cục bộ. F = L × H c = 1,51 × 1,2 = 1,812 (m2) Trong đó : Lc ,Hc là chiều dài và chiều cao của calorife F0 0,07065 = = 0,0390 F 1,812 Chuẩn số Raynol: Re = 1098411,579 0 ≥ × 3 3,5 10 . Tra bảng N 13 [13, tr388] và áp dụng phương pháp nội suy, ta có ξ = 0,4903 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-130Ngạch Vậy: GVHD: ThS. Trần Xuân 75,2602 × 1,015 ∆Pcb1 = 0,4903 × 2 = 1409,374 (N/m2). - Trở lực đột thu tại cửa ra thùng sấy sang đường ống. 2 F= 2,3 D2 π × t = 3,14 × = 4,153 4 4 (m2) F0 0,07065 = = 0,017 F 4,153 Suy ra: × Chuẩn số Raynol: Re = 1219210,462> 3,5 103. 0 Tra bảng N 13 [13,tr 388]và áp dụng phương pháp nội suy,ta có: ∆Pcb 2 = 0,4977 × 66,1952 × 1,154 2 ξ = 0,4977 = 1258,328 (N/m2). - Trở lực đột thu từ cửa ra xyclon vào ống: Diện tích ngang của xyclon: 2 F= 1,4 d2 π× = 3,14 × = 1,539 4 4 F0 0,07065 = = 0,0459 F 1,539 Suy ra: Tra bảng N013 [13,tr388] và áp dụng phương pháp tính nội suy, ta có: ξ = 0,038 ∆Pcb 3 = 0,038 × • 66,1952 × 1,154 2 = 96,0749(N/m2). Trở lực đột mở: ω2 × ρ ∆Pcb = ξ × 2 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-131Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân - Tại cửa vào calorife: 3 F0/F1 = 0,0390 và ta có: Re =1261499,205>10 . 0 Tra bảng N 11 [13, tr 387] và áp dụng phương pháp nội suy, ta có: ∆Pcb 4 = (0,926 × 1,204 × 63,4452 ) / 2 = 2243,894 ξ = 0,926 (N/m2). - Tại cửa vào thùng sấy: F0/F1 = 0,017 và ta có: Re = 1098411,579>103 Tra bảng N011 [13, tr387] và áp dụng phương pháp nội suy, ta có: ∆Pcb 5 = (0,968 × 1,015 × 75,2602 ) / 2 = ξ = 0,968 2782,530 (N/m2). - Từ ống vào xyclon: 3 F0/F1=0,038, Re >10 tra bảng N011 [13,tr387] và áp dụng phương pháp nội suy, ta có: ξ = 0,928 ∆Pcb 6 = (0,928 × 1,154 × 66,1952 ) / 2 = 2346,249 (N/m2). d/ Trở lực do khuỷu ống • Trở lực khuỷu ghép 900 của ống dẫn tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy đến xyclon - Đối với khuỷu ống thì hệ số trở lực ξ phụ thuộc góc nghiêng và độ nhám của thành ống, trường hợp này góc nghiêng là 900. Chọn: a =2 ⇒ ξ = 0,32 b [13, tr 394] Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-132Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân b → ΔPk1 = • 0,32 × 1,015 × 75,2602 = 919,845 2 (N/m2). Trở lực khuỷu ghép 900 của ống dẫn tác nhân sấy từ cửa ra của xyclon đến quạt hút: ξ = 0,32 → ΔPk2 = 0,32 × 1,154 × 66,1952 = 809 ,0515 2 (N/m2). e/ Trở lực lớp hạt a × L × ω 2 × ρ k × C1 ∆Ph = 2 × g × d tđ [7, tr 213] Chọn đường kính của hạt cà phê: d tđ = 0,008 (m). Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thùng sấy: t tb = (t1 + t2)/2 = (75 + 33)/2 = 54 oC. Dựa vào bảng I.255 [13, tr 318] và dùng phương pháp nội suy ta tính được ρk 3 = 1,080 (kg/m ), υ 54 = 18,358.10-6 (m2/s). ω =ω t = 1,719 Tốc độ TNS trong quá trình sấy thực: Chuẩn số Raynol: Re = ωt × d td υ54 = 1,719 × 0,008 = 749,101 18,358 × 10 − 6 100 490 Hệ số thủy động : a = 5,85 + Re m/s. + Re [7, tr 213] Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-133Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân 100 749,101 490 749,101 = 5,85 + + = 10,158 Khối lượng riêng của cà phê: ρ = 500 (kg/m3). Khối lượng riêng dẫn suất của cà phê: ρ dx = Với: V = 0,25 × (G1 + G2 ) × β 0,75 × 2 × Vt π × Dt2 × L / 4 = 33,429 Suy ra ρdx = [7, tr 213] (m3) 0,25 × (1856 ,297 + 1265,657) × 0,3 0,75 × 2 × 33,429 = 4,670 ( kg/m3). Hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp cà phê: C1 = 1−ξ ξ2 [7, tr 213] ζ = Với ρ v − ρ dx ρv C1 = = 500 − 4,670 500 = 0,991 [7, tr 213] 1 − ξ 1 − 0,991 = ξ2 0,9912 Suy ra = 0,0092 Vậy trở lực qua lớp hạt là: ∆Ph = a × L × ω 2 × ρ k × C1 = 2 × g × d tđ 10,158 × 8,05 × 1,719 2 × 1,080 × 0,0092 2 × 9,81 × 0,008 = 15,296 (N/m2) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-134Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân Coi trở lực qua lớp hạt từ đầu thùng đến giữa thùng và đến cuối thùng là như nhau. Ta có: ∆Phat1 = ∆Phat 2 = ∆Ph 15,296 = 2 2 = 7,648 (N/m2). Trở lực tổng của hệ thống từ quạt đẩy đến giữa thùng sấy: ∆P1 ∆Pqd ∆Pms0 ∆Pms1 ∆Pcb1 ∆Pcb 4 ∆Pcb 5 ∆Pmst1 ∆Pk1 ∆Phat1 = + + + + + + + + = 2423,211+38,771+49,0584+1409,374+2243,894 +2782,530 +102,824 + 19,845 + 7,648 =9077,155 (N/m2) Trở lực tổng của hệ thống từ giữa thùng sấy đến quạt hút: ∆P2 ∆Pqh ∆Pms 2 ∆Pms3 ∆Pcb 2 ∆Pmst 2 ∆Pk 2 ∆Phat2 ∆Pcb 3 ∆Pcb 6 = + + + + + + + ΔPc+ + = 2528,286 + 64,218 + 53,515 + 1258,328 + 102,824 + 809,0515+ 7,648 + 378,656+96,0749 +2346,249= 7644,850 (N/m2). 2.Chọn quạt a/ Quạt đẩy Quạt đẩy đặt trước calorife để đẩy không khí vào calorife gia nhiệt và đẩy vào thùng sấy, ngược chiều với chiều chuyển động của vật liệu sấy. - Năng suất quạt đẩy: Qday = V1 =16836,055 (m3/h). - Năng suất thực tế của quạt đẩy: Q'day = 1,03×Qday = 19715,697 (m3/h ) = 5,477 (m3/s). - Áp suất làm việc: ΔPday = 9077,155 (N/m2). - Áp suất làm việc thực tế: ΔP’day =1,03×ΔPday=1,03×9077,155=9349,470(N/m2) =953,384 (mmH2O). Với những số liệu trên của quạt đẩy ta chọn quạt ly tâm áp suất cao Ц818N011. [13,tr 494 ] . Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-135Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân + Hiệu suất của quạt: η = 55 % = 0,55 + Nối trục của quạt với trục của động cơ bằng khớp trục:η tr = 0,98.[13,tr 463] + Công suất trên trục động cơ: N= N= Q'day .∆P 'day .ρ 0 .g 1000.η q .ηtr 5,477 × 9349,470 × 1,204 × 9,81 1000 × 0,55 × 0,98 =954,355 (kW). + Công suất của động cơ: Ndc = k3.N [13, tr 464] Với k3: Hệ số dự trữ, k3 = 1,2. Suy ra: Nđc =1,2×954,355= 1145,226(KW). + Tốc độ quay của bánh guồng: n = 85 (m/s). + Vận tốc góc: ω = 150 (rad/s). Vậy kích thước của quạt đẩy : ( D x R x C) = 1955 x 1185 x 1566 (mm) b/ Quạt hút Quạt hút đặt sau cùng của hệ thống sấy. - Năng suất quạt hút: Qhut = V'2 =16836,055 (m3/h). - Năng suất thực tế của quạt hút: Q'hut = 1,03 × Qhut = 17341,137(m3/h) = 4,817 (m3/s). - Áp suất làm việc: ΔPhut = 7644,850 (N/m2). - Áp suất làm việc thực tế: ΔP'hut =1,03×ΔPhut=1,03×7644,850= 7874,196(N/m2).=802,948(mmH2O). Với những số liệu trên của quạt hút ta chọn quạt ly tâm Ц7-40N08 [13, tr 496 ] + Hiệu suất của quạt: η = 56% = 0,56 + Nối trục của quạt với trục của động cơ bằng khớp trục: ηtr = 0,98. + Công suất trên trục động cơ: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-136Ngạch N= N= GVHD: ThS. Trần Xuân Q' hut .∆P 'hut .ρ 0 .g 1000.η q .η tr 4,817 × 7874 ,196 × 1,204 × 9,81 1000 × 0,56 × 0,98 = 816,327(kW). + Công suất của động cơ: Ndc = k3.N [13, tr 464] Với: k3: Hệ số dự trữ, k3 = 1,2 Suy ra: Nđc = 1,2 × 816,327= 979,592 (kW). + Tốc độ quay của bánh guồng: n = 70 (m/s). + Vận tốc góc: ω = 170(rad/s). Vậy kích thước của quạt đẩy : ( Dx Rx C) =1179 x 1175x 1594 (mm) Phụ lục 4 : Xilô chứa cà phê cho dây chuyền sản xuất cà phê thóc và cà phê nhân Xilô giúp quá trình sản xuất liên tục. 1. Xilô chứa cà phê sau khi phơi hoặc sấy sơ bộ Chọn xilô có sức chứa cà phê sau phơi sấy sơ bộ trong 2 giờ sản xuất, xilô có dạng hình trụ tròn, đáy hình nón, góc tháo liệu 60o. - Năng suất nguyên liệu vào xilô sau phơi sấy sơ bộ : 2784,445 (kg/h) - Lượng nguyên liệu vào xilô trong 2 giờ: 2784,445 × 2 =5568,890 (kg/h). - Khối lượng riêng trung bình của khối cà phê sau sấy tĩnh : ρ = 500 (kg/m3). - Hệ số chứa đầy: β = 0,85 . - Thể tích xilô chứa: V’ = 5568,890 500 × 0,85 = 13,103 (m3). - Ta chọn 2 xilô chứa nên thể tích của mỗi xilô chứa là: V= 11,589 2 = 6,552 (m3) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-137Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân D H 1 H2 d H3 + Chọn đường kính hình trụ: D = 2 (m), d = 0,7 (m), H3 = 0,2 (m) + Góc tháo liệu: α = 600C. + Chiều cao đáy nón: H2 = D−d × 2 tg 60o = 2 − 0,7 × 1,732 2 = 1,126 (m). + Thể tích đáy nón: Vn = H2 × π × ( D2 + d 2 + D × d ) 12 ( Vn = 1,126 × π × 22 + 0,7 2 + 2 × 0,7 12 ) = 1,735 (m3). + Thể tích hình trụ: Vtr = V - Vn= 6,552 – 1,735 = 4,817 (m3). 2 D Vtr = × π × H1 2 Mà: Vtr × Suy ra: H1 = 4 π × D2 = ( H1: chiều cao phần trụ). 4,817 × 4 3,14 × 2 2 = 1,534(m). + Chiều cao của xilô chứa: H = H1 + H2 + H3 = 1,534 + 1,126 + 0,2 = 2,86(m). 2.Xilô chứa cà phê sau máy sấy thùng quay Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-138Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân Chọn xilô có sức chứa cà phê sau sấy thùng quay trong 2 giờ sản xuất, xilô có dạng hình trụ tròn, đáy hình nón, góc tháo liệu 60o. Năng suất nguyên liệu vào xilô : 1888,994 (kg/h). Lượng nguyên liệu vào xilô trong 2 giờ : 1888,994 × 2 = 3777,988 (kg). Khối lượng riêng trung bình của khối cà phê : ρ = 500 (kg/m3).Hệ số chứa đầy: β = 0,85 . Thể tích xilô chứa cà phê : V= 3777,988 500 × 0,85 = 8,889(m3) - Chọn đường kính hình trụ: D = 2 (m), d= 0,7(m), H3 = 0,2 (m) - Chiều cao đáy nón: H2 = - Thể tích đáy nón: ( Vn = Vn = 1,126 × π × 22 + 0,7 2 + 2 × 0,7 12 D−d × 2 tg60o = 2 − 0,7 × 3 2 = 1,126(m). H2 × π × ( D2 + d 2 + D × d ) 12 ) = 1,735 (m3). Thể tích hình trụ: Vtr = V - Vn = 8,889 – 1,735 = 7,154 (m3). 2 D Vtr = × π × H 1 2 Mà : ( H1: chiều cao phần trụ). 7,154 × 4 4 Vtr × 3,14 × 1,7 2 π × D2 Suy ra: H1 = = = 2,278(m). Chiều cao xilô chứa : H = H1 + H2 + H3 = 2,278 + 1,126 + 0,2 = 3,604 (m) 3. Xilô chứa cà phê thóc (quả khô ) sau khi tách tạp chất Chọn xilô có sức chứa cà phê thóc trước khi cân và đóng bao 2 h sản xuất. - Năng suất nguyên liệu vào xilô: 1870,110 (kg/h). - Lượng nguyên liêu vào xilô trong 2h: 1870,110 x2 = 3740,22(kg). Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-139Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân - Khối lượng riêng trung bình của khối cà phê: ρ = 500 (kg/m3). - Thể tích xilô chứa: 3740,22 500 × 0,85 G ρ × 0,85 V= = = 8,801(m3). Chọn đường kính hình trụ: D = 2 (m),d= 0,7(m), H3 = 0,2 (m). Tính toán tương tự : H = H1 + H2 + H3 = 2,250+ 1,126 + 0,2 = 3,576 (m) 4. Xilô chứa cà phê sau xát khô Chọn xilô có sức chứa cà phê nhân xô trong 2 giờ sản xuất xilô có dạng hình trụ tròn, đáy hình nón, góc tháo liệu 60o. - Năng suất nguyên liệu vào xilô : 700(kg) - Lượng nguyên liêu vào xilô trong 2h: 700 x2 = 1400(kg) - Khối lượng riêng trung bình của khối cà phê: ρ = 500 (kg/m 3). - Thể tích xilô chứa: G ρ × 0,85 1400 500 × 0,85 V= = = 3,294(m3). Chọn đường kính hình trụ: D = 1,5 (m),d= 0,3(m), H3 = 0,2 (m) Tính toán tương tự : H = H1 + H2 + H3 =1,435+ 1,0392 + 0,2 = 2,6742 (m) 5. Xilô chứa cà phê sau công đoạn phân loại theo kích thước Chọn xilô có sức chứa cà phê sau phân loại theo kích thước trong 2 giờ sản xuất, xilô có dạng hình trụ tròn, đáy hình nón, góc tháo liệu 60o. Sau máy phân loại theo kích thước hạt được phân loại thành 3 loại có kích thước khác nhau: hạt có kích thước > 6,3 mm, > 5,6 mm và > 5 mm. Ta chọn 3 xilô chứa hạt cà phê. Năng suất nguyên liệu vào xilô tính theo lượng nguyên liệu lớn nhất vào xilô. Năng suất vào xilô là: 482,765 (kg/h) - Lượng nguyên liêu vào xi lô trong 2h: 965,35 (kg/h) - Khối lượng riêng của khối cà phê: ρ = 500 (kg/m3), hệ số chứa đầy: β = 0,85. - Thể tích xilô chứa: Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-140Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân G ρ × 0,85 965,35 500 × 0,85 V= = = 2,271 (m3). Chọn đường kính hình trụ: D = 1,5 (m),d= 0,3(m), H3 = 0,2 (m) Tính toán tương tự như trên ta được chiều cao của xilô chứa ở trên : H = H1 + H2 + H3 =0,856+ 1,0392 + 0,2 = 2,0952 (m) 6.Xilô chứa cà phê sau công đoạn phân loại theo trọng lượng Chọn xilô có sức chứa cà phê sau phân loại theo trọng lượng trong 2 giờ sản xuất, xilô có dạng hình trụ tròn, đáy hình nón, góc tháo liệu 60o. Ta chọn 3 xilô chứa hạt cà phê. Năng suất nguyên liệu vào xilô tính theo lượng nguyên liệu lớn nhất vào xilô. Năng suất vào xilô là: 477,848 (kg/h) - Lượng nguyên liêu vào xilô trong 2h : 955,696 (kg/h). - Khối lượng riêng của khối cà phê: ρ = 500 (kg/m3), hệ số chứa đầy: β = 0,85. - Thể tích xilô chứa: G ρ × 0,85 955,696 500 × 0,85 V= = = 2,249 (m3). Chọn đường kính hình trụ: D = 1,5 (m),d= 0,3(m), H3 = 0,2 (m) Tính toán tương tự : H = H1 + H2 + H3 =0,844+ 1,0392 + 0,2 = 2,0832 (m) 7. Xilô chứa cà phê sau công đoạn phân loại theo màu sắc Chọn xilô có sức chứa cà phê sau phân loại theo màu sắc trong 2 giờ sản xuất, xilô có dạng hình trụ tròn, đáy hình nón, góc tháo liệu 60o. Ta chọn 3 xilô chứa hạt cà phê. Năng suất nguyên liệu vào xilô tính theo lượng nguyên liệu lớn nhất vào xilô. Năng suất vào xilô là: 475,459 (kg/h). - Lượng nguyên liêu vào xilô trong 2h : 950,918 (kg/h). - Khối lượng riêng của khối cà phê: ρ = 500 (kg/m3), hệ số chứa đầy: β = 0,85. - Thể tích xilô chứa: G ρ × 0,85 950,918 500 × 0,85 V= = = 2,237(m3). Chọn đường kính hình trụ: D = 1,5 (m),d= 0,3(m), H3 = 0,2 (m) Tính toán tương tự : Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-141Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân H = H1 + H2 + H3 =0,837+ 1,0392 + 0,2 = 2,0762 (m) 8. Xilô chứa cà phê nhân trước khi cân đóng bao Chọn xilô có sức chứa cà phê nhân trước khi cân và đóng bao 3 h sản xuất. - Năng suất nguyên liệu vào xilô trong : 399,943 (kg) - Lượng nguyên liêu vào xilô trong 3h: 1199,829 (kg) - Khối lượng riêng trung bình của khối cà phê: ρ = 500 (kg/m3). - Thể tích xilô chứa: G ρ × 0,85 1199,829 500 × 0,85 V= = = 2,82(m3). Chọn đường kính hình trụ: D = 1,5 (m), d= 0,3(m), H3 = 0,2 (m) Tính toán tương tự : H = H1 + H2 + H3 = 1,167+ 1,0392 + 0,2 = 2,406 (m) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày Đồ án tốt nghiệp-142Ngạch GVHD: ThS. Trần Xuân MỤC LỤC Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ngày [...]... phương pháp khô [9,tr55] 3.2.1.Quy trình sản xuất cà phê thóc xô Nguyên liệu (cà phê quả tươi) Thu nhận và bảo quản Phơi hoặc sấy sơ bộ Sấy chính thức Táchmáy tạp sản chấtxuất cà phê theo phương Thiết kế nhà nhà SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Bảo quản Cà phê thóc (cà phê quả kh ) Cân, đóng bao Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD:... hoặc sấy sơ bộ 0, 5( không kể ẩm) 3 Sấy chính thức 0, 5( không kể ẩm) 4 Tách tạp chất 1 5 Cân, đóng bao 0,5 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -30- GVHD: ThS Trần Xuân Ngạch Sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc ( quả khô ) 1 Xay xát khô 30 2 Đánh bóng... làm nguyên liệu để sản xuất cà phê nhân ở mặt hàng thứ hai Chọn năng suất để sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc là 1000 (kg cà phê thóc / h) 4.3.1 Xay xát khô Lượng nguyên liệu đưa vào : 1000 ( kg/h ) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -33-... cà phê nhân [9,tr62]: + Nhiệt độ cà phê không quá 550C + Tỷ lệ hạt nứt vỡ < 1% Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -26- GVHD: ThS Trần Xuân Ngạch + Tỷ lệ vỏ lụa trong cà phê nhân sau khi đánh bóng: 10% đối với giống cà phê Arabica, 20% đối với. .. 1,740 ( kg/h) 4.2.6 Cà phê thóc( quả kh ) thành phẩm Lượng cà phê thóc thành phẩm thu được từ 90 tấn cà phê quả tươi/ ngày ( 5625 kg quả tươi/ h): (8 70,110 – 1,74 0) + 1000 = 1868,3 7( kg cà phê thóc /h) 5625 1868,37 Tỷ lệ giữa nguyên liệu và thành phẩm là: A = = 3,011 4.3 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc ( quả kh ) Ta sử dụng mặt hàng cà phê thóc ( quả khô ). .. ngoài Bao bì không được có mùi lạ 3.3.12.Bảo quản cà phê nhân Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -28- GVHD: ThS Trần Xuân Ngạch Cà phê sau khi đóng gói cần nhập kho ngay để bảo quản đúng theo điều kiện quy định Tránh để cà phê hút ẩm sẽ ảnh... công đoạn phân loại theo kích thước: 138,6 × 99,5 100 = 137 ,907 (kg/h) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -34- GVHD: ThS Trần Xuân Ngạch 3/ Loại 3 ( hạt > 5 mm, 10 %) - Lượng hạt > 5 mm phân loại được: 693 - × 0,1= 69,3 (kg/h) Lượng nguyên liệu kích... cà phê thóc khô ( quả khô ) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -25- GVHD: ThS Trần Xuân Ngạch Cà phê sau khi phơi sấy xong bên ngoài có lớp vỏ tương đối dày, lớp vỏ trấu chiếm 25-35% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là xenlulo không góp phần... 3.3.3.3 Sấy chính thức ( sấy kh ) Tiến hành sấy khô cà phê, độ ẩm trong nguyên liệu hạ từ 40% xuống còn 12% để thuận lợi cho quá trình bảo quản Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -24- GVHD: ThS Trần Xuân Ngạch Có nhiều phương pháp sấy nhưng... Bảng 2.4 Thành phần hóa học của vỏ trấu Thành phần hóa học Hợp chất có dầu Protein Cà phê Arabica (% ) 0,35 1,46 Cà phê Robusta (% ) 0,35 2,22 Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc và cà phê nhân Lớp : 09H2A năng suất 90 tấn quả tươi/ ngày Đồ án tốt nghiệp -13- Xenlulo Hemi Xenlulo Chất tro Chất đường Pantozan GVHD: ThS Trần ... xuất các sản phẩm cà phê khác 3.3.6 Xay xát cà phê thóc khô ( khô ) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc cà phê nhân. .. nếu phơi khô sấy khô không kịp Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc cà phê nhân Lớp : 09H2A suất 90 tươi/ ngày Đồ án... 3334,226 × 590, 640 = 1969327,24 5( kJ / h) Thiết kế nhà nhà máy sản xuất cà phê theo phương SVTH : Đỗ Thị Vân Thanh pháp khô với hai mặt hàng cà phê thóc cà phê nhân Lớp : 09H2A suất 90 tươi/ ngày Đồ