Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tháp cà phê nhân với năng suất 1000 kgmẻ

Các sản phẩm cà phê đa dạng có mặt trên thị trường như hiện nay đều được sản xuất từ nguồn nguyên liệu chính là cà phê nhân. Trước khi được chế biến thành các dạng cà phê khác, cà phê nhân cũng đòi hỏi một quá trình sản xuất nghiêm ngặt, để có thể đáp ứng yêu cầu bảo quản và lưu kho trong thời gian dài. Trong quá trình sản xuất trên, sấy là một trong những công đoạn không thể thiếu.Sấy là quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều phổ biến trong sản xuất và đời sống thực tế. Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…công đoạn sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Do tính chất và thành phần của hạt cà phê, cũng như ảnh hưởng của những giai đoạn chế biến trước, người ta thường sử dụng một số thiết bị sấy như sấy thùng quay, sấy tháp, sấy sàn rung,…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ VÀ SINH HỌC THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Hà Nội, tháng 5/2018

Họ và tên : Nguyễn Thùy Linh MSSV : 20152214

Lớp : KTTP3-K60

MỤC LỤC

Table of Contents

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG & KĨ THUẬT SẤY 4

1.1 Giới thiệu về đối tượng sấy 4

1.2 Tổng quan kĩ thuật sấy 8

1.2.1.Khái niệm chung về độ ẩm 8

1.2.2 Khái niệm chung về sấy 8

1.2.3 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy 9

1.3 Chọn tác nhân sấy và thiết bị sấy 11

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ NHÂN 14

2.1 Xác định sơ bộ kết cấu 14

2.2 Chọn chế độ sấy 15

2.3 Tính toán tác nhân sấy 16

2.4 Tính toán cân bằng ẩm cho từng vùng: 18

2.5 Tính toán tổn thất nhiệt 19

2.6 Xây dựng quá trình sấy thực 22

2.7 Tính toán cân bằng nhiệt 23

2.8 Tính toán vùng làm mát 25

2.9 Chọn dạng, bố trí kênh dẫn và kênh thải 26

2.10 Tính toán và chọn Calorifer 27

2.11 Chọn quạt 29

PHẦN 3: LỜI KẾT 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI MỞ ĐẦU

Cà phê là một trong những ngành sản xuất mũi nhọn tại Việt Nam Hiện nay, chúng ta

là quốc gia xuất khẩu cà phê đứng thứ hai thế giới chỉ sau Brazil Sản lượng cà phê khôngngừng tăng lên theo từng năm đang đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn trong các côngđoạn chế biến, dự trữ và bảo quản, nhằm nâng cao chất lượng để có thể cạnh tranh đượctrên thị trường nội địa và thế giới

Các sản phẩm cà phê đa dạng có mặt trên thị trường như hiện nay đều được sản xuất từnguồn nguyên liệu chính là cà phê nhân Trước khi được chế biến thành các dạng cà phêkhác, cà phê nhân cũng đòi hỏi một quá trình sản xuất nghiêm ngặt, để có thể đáp ứngyêu cầu bảo quản và lưu kho trong thời gian dài Trong quá trình sản xuất trên, sấy là mộttrong những công đoạn không thể thiếu

Sấy là quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều phổ biến trong sản xuất và đời sốngthực tế Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuấtvật liệu xây dựng…công đoạn sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sảnxuất Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển,chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm

Do tính chất và thành phần của hạt cà phê, cũng như ảnh hưởng của những giai đoạnchế biến trước, người ta thường sử dụng một số thiết bị sấy như sấy thùng quay, sấy tháp,sấy sàn rung,…

Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn của thầy Phạm NgọcHưng, trong đồ án môn học này, em xin được trình bày về “ Tính toán và thiết kế hệthống sấy tháp cà phê nhân với năng suất 1000 kg/mẻ ” Nội dung bao gồm các phần:

Phần I: Tổng quan về đối tượng và kĩ thuật sấy

Phần II: Tính toán công nghệ sấy cà phê nhân

Phần III: Tính toán và chọn thiết bị phụ trợ

Do trình độ, kinh ngiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên khôngthể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán, thiết kế đồ án này, rất mong đượcthầy cô và các bạn góp ý, chỉ bảo để em có thể bổ sung, củng cố kiến thức cho bản thân

Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG &

KĨ THUẬT SẤY

1.1 Giới thiệu về đối tượng sấy.

Hạt cà phê lấy từ hạt của cây cà phê Các giống cây cà phê được bắt nguồn từ vùngnhiệt đới châu Phi và các vùng Madagascar, Comoros, Mauritius và Réunion trên Ấn ĐộDương Giống cây này được xuất khẩu từ châu Phi tới các nước trên thế giới và hiện nay

đã được trồng tại tổng cộng hơn 70 quốc gia, chủ yếu là các khu vực nằm gần đường xíchđạo thuộc châu Mỹ, Đông Nam Á, Ấn Độ và châu Phi

Hạt cà phê chủ yếu được sử dụng để tạo ra loại thức uống cùng tên Đến nay, đây là 1trong những thức uống phổ biến nhất trên thế giới Không những vậy, cà phê còn lànguyên, phụ liệu của nhiều quá trình sản xuất thực phẩm khác Hạt cà phê khi chín chứanhiều chất dinh dưỡng như gluxit, lipit, protein,… Đặc biệt, hạt cà phê còn chứa 1 số chấtmùi đặc trưng, tạo nên mùi thơm riêng biệt và hấp dẫn cho các sản phẩm thực phẩm

 Phân loại:

Trên thế giới, vì có khả năng thích nghi tốt với môi trường nên cà phê có rấtnhiều loại Nhưng hiện nay, chỉ có 2 loại cà phê được trồng và sản xuất chủ yếulà: Cà phê chè (Arabica) & Cà phê vối (Robusta)

 Cấu tạo giải phẫu quả cà phê

 Thịt quả:

Nằm dưới lớp vỏ ngoài mỏng Thịt quả gồm những tế bào mềmchứa nhiều đường và pectin, không chứa caffeine, tanin Độ pH củalớp thịt phụ thuộc vào độ chín của quả, thường là 5,6-6,4

⁃ Phần hạt gồm: Lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân quả

Hình 1: Cấu tạo quả cà phê

 Thành phần hóa học của cà phê

Quả cà phê khi chín chứa nhiều chất dinh dưỡnh như gluxit, lipit, protein,…Đặc biệt, quả cà phê còn chứa 1 số chất mùi đặc trưng, tạo nên mùi thơm riêngbiệt và hấp dẫn cho các sản phẩm thực phẩm

Quả cà phê tươi sau khi được thu hoạch từ vườn, trải qua 1 số quá trình chế biếnnhư phơi, sấy, xay tách vỏ,… sẽ cho ta cà phê nhân (raw coffee) Nói đơn giản hơn,

cà phê nhân là cà phê hạt sống, chưa rang xay và đang ở cuối giai đoạn sơ chế, khôngcòn vỏ thóc Đây là nguyên liệu chính để sản xuất ra các sản phẩm cà phê đa dạng cómặt trên thị trường hiện nay như cà phê rang xay, cà phê hòa tan,…

 Quy trình sản xuất cà phê nhân

Để sản xuất cà phê nhân, người ta chủ yếu sử dụng 2 phương pháp:

⁃ Phương pháp sản xuất ướt:

Quả cà phê tươi sau khi phân loại và làm sạch sẽ được đem đi xát tươi (bóc

vỏ quả) và loại bỏ các lớp vỏ, thịt, các chất nhờn bên ngoài và phơi sấykhô đến mức độ nhất định

 Phương pháp này phức tạp và đòi hỏi trang bị máy móc chuyên dụng,tiêu hao tài nguyên nước và năng lượng Đổi lại, khi được tiến hànhđúng, phương pháp chế biến giúp rút ngắn thời gian sản xuất nhưng vẫnbảo đảm phẩm chất nội tại của hạt cà phê, cho ra sản phẩm cà phê nhân

có màu sắc và chất lượng đồng nhất

⁃ Phương pháp sản xuất khô:

Quả cà phê tươi sau khi được phân loại và làm sạch sẽ không đem đi xáttươi mà đưa ra phơi khô cho đến khi đạt được độ ẩm theo yêu cầu Cácthiết bị sấy cũng được áp dụng để tăng tốc độ thoát ẩm khi cà phê đã đượcphơi khô dưới ánh năng mặt trời sau 1 vài ngày Cà phê sau đó sẽ được đưavào máy xát khô, loại bỏ vỏ quả, vỏ trấi khô ta sẽ được cà phê nhân thànhphẩm

 Phương pháp có điều kiện chế biến đơn giản nhưng lại phụ thuộc vàothời tiết nên dễ phát sinh sự không đồng đều về độ ẩm của khối hạt Vìthế tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển, làm giảm chất lượng của

cà phê Mặt khác, thời gian chế biến cũng bị kéo dài ra

1.2 Tổng quan kĩ thuật sấy

1.2.1 Khái niệm chung về độ ẩm

Trong kỹ thuật người ta sử dụng 2 khái niệm độ ẩm: độ ẩm tương đối và độ ẩmtuyệt đối.

⁃ Độ ẩm tuyệt đối (kg/): Là khối lượng hơi nước chứa trong 1 thể tích hỗnhợp khí chứa nó

⁃ Độ ẩm tương đối φ (%): Là tỷ số giữa lượng hơi nước trong 1 thể tích hỗnhợp khí chứa nó, với lượng hơi nước trong 1 thể tích không khí đã bão hòa

mà chất lượng thực phẩm ít bị ảnh hưởng

Mỗi một loại thực phẩm lại có 1 độ ẩm thích hợp cho bảo quản khác nhau Đối với

cà phê nhân, người ta thường làm khô tới độ ẩm từ 9 - 12,5% Đây là điều kiệntiêu chuẩn để lưu trữ và bảo quản cà phê Khi đảm bảo đáp ứng được tiêu chuẩnnày, thời gian lưu trữ của cà phê nhân có thể kéo dài lên đến 1 năm Tuy nhiên,nếu làm khô cà phê nhân tới độ ẩm thấp hơn 9%, hạt sẽ bị khô và biến dạng, làmxuất hiện những hương vị không mong muốn khi pha chế

1.2.2 Khái niệm chung về sấy.

a) Khái niệm :

Sấy là một quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu lỏnghoặc rắn Với mục đích giảm bớt khối lượng , giảm công chuyên chở, kho tồn ), tăng độbền vật liệu ( như gốm ,sứ , gỗ…), bảo quản tốt trong một thời gian dài, nhất là đối vớilương thực, thực phẩm

b) Phân loại :

Quá trình sấy bao gồm hai phương thức :

- Sấy tự nhiên: tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời để làm bay hơi nước

trong bề mặt vật liệu.Phương pháp này đơn giản, không tốn năng lượng … tuy nhiênkhông chủ động được thời gian, điều chỉnh được tốc độ sấy của quá trình theo yêu cầu

kỹ thuật nên năng suất thấp

- Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt

cho các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt

mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra nhiều dạng:

1/ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác

nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…

2/ Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu

sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn

3/ Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại

do nguồn điên phát ra truyền cho vật liệu sấy

4/ Sấy bằng dòng điện cao tầng: phương pháp dùng dòng điện cao tầng để đốt

nóng toàn bộ chiều dày của vât liệu sây

5/ Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường cố độ chân không cao, nhiệt

độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thànhhơi không qua trạng thái lỏng

c) Nguyên lí của quá trình sấy:

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phứctạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồngthời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyểnlượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệuban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên

bề mặt vật liệu Quá trình khuyếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bềmặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khíxung quanh Vận tốc của toàn bộ quá trình được qui định được giai đoạn nào là chậmnhất Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quátrình duy chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu sấy

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 thông số cơ bản của quátrình sấy

Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy :Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìmđược mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của các tác nhân sấy

để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiếtcho quá trình sấy

Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vậtliệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thướccủa vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác địnhđược chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp

1.2.3 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy:

a) Tác nhân sấy:

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từvật sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tănglên, đến một lúc nào đố sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồngsấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :

- Gia nhiệt cho vật sấy.

- Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong các nhiệm

vụ trên

Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn : Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩmhóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu màkhông mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy thậm chí cònlàm ngừng trệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thểdùng các biện pháp:

- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt

- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài ( sấy chân không).Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai tròvừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơiquá nhiệt, chất lỏng…

b) Các loại tác nhân sấy:

- Không khí ẩm : là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các

loại sản phẩm Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ô nhiễm và thayđổi mùi vị Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệtkhông khí ( calorife khí, hơi hay khí hoặc khói ), nhiệt độ sấy không quá cao, thường nhỏhơn 5000C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị trao đổi nhiêt phải được chế tạo bằng thếp hợpkim hay gốm sứ với chi phí đắt

Đối với thiết bị sấy tháp, tác nhân sấy được sử dụng chủ yếu là không khí ẩm vớicác yếu tố : độ ẩm tương đối của không khí ẩm, nhiệt độ của không khí trước và sau khivào các vùng sấy,… được chọn sao cho tổn thất năng lượng là nhỏ nhất

- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 10000C

mà không cần thiết bị gia nhiệt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây mùi khói

- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị cháy nổ

và có khả năng chịu được nhiệt độ cao

c) Chế độ sấy:

Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa tác nhânsấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất , chất lượng sản phẩmyêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng là hợp lí

Một số chế độ sấy thường gặp:

1.Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy những vât liệu

không chịu được nhiệt độ cao

2 Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng lượng nhưng lại

tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị

3 Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: Là chế độ sấy kín tác nhân sấy được hồi lưu hoàn

toàn.Chế độ này dùng để sấy các sản phẩm không chứa nước mà còn là các loại chứa tinhdầu cần được thu hồi …

d) Thiết bị sấy:

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết

bị sấy khác nhau vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

- Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy bằng khói lò,ngoài ra còn có thiết bị sấy bằng phương pháp đặt biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tiahồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần…

- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp suấtthường

- Dựa vào phương thức và chế độ làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn

- Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bịsấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ…

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải…

- Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy: cùng chiều hay ngược chiều

1.3 Chọn tác nhân sấy và thiết bị sấy:

a) Chọn tác nhân sấy:

Cà phê hạt là một loại sản phẩm thực phẩm dùng làm nguyên liệu chế biến sảnxuất các sản phẩm thực phẩm khác vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch, không bị ônhiễm, bám bụi Mặt khác, sấy hạt cà phê không sấy ở nhiệt độ cao Do đó, ta chọn tácnhân sấy là không khí nóng

Hạt cà phê được sấy liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng Vật liệu và tác

nhân đi vào cùng một chiều và không khí sau khi sấy sẽ đi qua xiclon thu hồi bụi đường

và đường thành phẩm được tháo ra qua cửa tháo nguyên liệu

b) Chọn thiết bị sấy:

Thiết bị sấy được chọn ở đây là hệ thống sấy tháp là một hệ thống sấy đối lưu.

Được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại hạt ngũ cốc Hế thốngsấy tháp có năng suất lớn nên thường dùng để sấy và bảo quản ở các nhà kho, các nhàmáy xay hoặc ở những nơi sản xuất lớn, tập trung

Cấu tạo chính hệ thống sấy tháp gồm tháp sấy, trong đó đặt các kênh dẫn và kênhthải TNS, caloriphe, quạt và có thể có 1 số thiết bị phụ khác như buồng đốt, cyclon Thápsấy là 1 khối hình hộp hoặc là 1 khối hình hộp được chia nhỏ thành các khối con Trongtháp sấy người ta bố trí hệ thống các kênh dẫn và kênh thải xen kẽ nhau Do các loại VLSsấy bằng tháp thường là các hạt ngũ cốc, chỉ chịu được một giới hạn nhất định về nhiệt

độ và độ ẩm nên hệ thống sấy tháp thường được phân chia thành từng vùng sấy Sau vùngsấy cuối cùng là 1 buồng làm mát có nhiệm vụ hạ nhiệt độ VLS xuống đến gần nhiệt độmôi trường

Hệ thống sấy tháp có thể hoạt động liên tục hoặc chu kỳ tùy thuộc dạng VLS vàtrạng thái ẩm của nó Có thể bố trí cho VLS di chuyển từ trên xuống duối theo 3 hìnhthức:

⁃ Liên tục: VLS rơi tự do trong tháp 1 cách liên tục nhờ trọng lực Với các

vật liệu có cấu trục ẩm bề mặt, VLS chỉ di chuyển 1 lần Với các VLS có

độ ẩm lớn dưới dạng mao dẫn và hấp phụ, 1 khối lượng VLS sẽ di chuyểnqua tháp nhiều lần Khi đó có thể xem hệ thống sấy hoạt động theo chu kỳ

⁃ Bán liên tục: VLS được đưa vào tháp hoặc tùng phần của tháp và tốc độ

dịch chuyển của hạt được khống chế nhờ định kỳ và số lượng hạt lấy ra vàđưa vào

+ Chỉ dùng cho vật liệu sấy kích thước nhỏ, có độ ẩm trung bình thấp

+ Vật liệu dễ bị vỡ vụn, làm giảm chất lượng sản phẩm

+ Tiếng ồn lớn do quạt tạo ra

Vật liệu sấy là hạt cà phê sau khi đã được sơ chế, ủ chín, rửa sạch, để cho ráonước, sẽ được đưa vào trong tháp để tiến hành sấy Hạt cà phê khi vào tháp sấy có độ ẩmban đầu là 50% VLS được gầu hoặc băng tải vận chuyển lên đỉnh tháp và di chuyển từtrên xuống dưới nhờ trọng lượng Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy,thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Tác nhân sấy sử dụng

là không khí được gia nhiêt bằng hơi qua hệ thống caloriphe TNS từ kênh dẫn gió nóngluồn lách qua lớp VLS rồi đi vào các kênh thải rồi thải ra môi trường Nhiệt lượng cungcấp cho quá trình sấy gồm 2 thành phần: từ sự trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng TNS -VLS và từ sự dẫn nhiệt giữa từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải với lớp vật liệu nằm trêncác bề mặt đó Sau khi đi hết chiều cao tháp sấy, hạt cà phê sẽ gần đạt được độ ẩm cầnthiết cho quá trình bảo quản là 14% Sản phẩm sau khi sấy được đưa vào buồng làm mát.Tại đây, nhiệt độ của VLS được hạ xuống gần bằng nhiệt độ môi trường, cùng lúc đó độ

ẩm của VLS vẫn tiếp tục giảm còn 13% Sau đó, sản phẩm được đưa tới cửa tháo liệu vàđược băng tải vận chuyển tới hệ thống bao gói, để bảo quản hay dùng vào các mục đíchchế biến khác

c) Yêu cầu đặc trưng của hạt cà phê sau sấy:

Cà phê nhân sau sấy cần đảm bảo được các yêu cầu sau:

 Hạt cà phê còn nguyên vẹn hình dạng, kích thước, không bị rạn nứt, gãy

vỡ trong quá trình sấy

 Hạt cà phê còn giữ được mùi vị đặc trưng, không bị nhiễm mùi lạ

 Sau khi sấy, hạt cà phê phải đạt độ ẩm tiêu chuẩn trong lưu trữ và bảoquản

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ NHÂN

Thông số đề bài:

Thiết kế thiết bị sấy tháp để sấy hạt cà phê

 Vật liệu sấy : Hạt cà phê

 Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: = 50%

 Độ ẩm vật liệu sau khi sấy : = 13%

 Năng suất đầu vào của quá trình sấy: = 1000 kg/h

 Thời gian sấy: τ = 4h

 Tác nhân sấy : Không khí nóng

 Thông số môi trường:

 Nhiệt độ môi trường : to = 20oC

 L = 2 m ( Chiều dài của tháp sấy hay chiều dài của máng dẫn )

 Số lượng máng dẫn ( kênh dẫn hoặc kênh thải ) trong mỗi dãy : k = 3Chiều rộng tháp sấy :

B = 2k tn + 0,1 = 2.3.0,1 + 0,1 = 0,7 m Trong đó: tn = 0,1 m – Chiều rộng máng dẫnMặt khác cà phê khi di chuyển từ trên xuống qua các kênh dẫn ( kênh thải )

sẽ không điền đầy các khoảng trống xung quanh các kênh dẫn ( kênh thải ) Thực tế với xu hướng di chuyển từ trên xuống chúng sẽ tạo ra các vết lõmphía bên dưới các kênh dẫn ( kênh thải ) Do đó :

Vtrống = 1,25(n L FK)

Với: n - Số kênh dẫn và kênh thải

L - Chiều dài của máng dẫn = chiều dài của thiết bị sấy.

FK - Tiết diện kênh

Chiều dài L = 2 mChiều rộng B = 0,7 mChiều cao Ht = 7 m

2.2 Chọn chế độ sấy.

 Thông số của vật liệu

 Nhiệt độ:

 Nhiệt độ của vật liệu vào vùng 1: = 20

 Nhiệt độ của vật liệu ra khỏi vùng 1: = 35

 Nhiệt độ của vật liệu vào vùng 2: = =35

 Nhiệt độ của vật liệu ra khỏi vùng 2: = 45

 Nhiệt độ của vật liệu ra khỏi buồng làm mát: = 35

 Khi vào buồng làm mát: : = = 14%

 Khi ra khỏi buồng làm mát : = 13%

 Thông số của tác nhân sấy

 Nhiệt độ của tác nhân sấy tại vùng sấy 1: = 55

 Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi vùng 1 : = + (510) =40

 Nhiệt độ của tác nhân sấy tại vùng sấy 2: = 85

 Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi vùng 2 : = + (510) = 45

 Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi buồng làm mát : = 25oC

 Thiết bị làm việc theo liên tục

Tác nhân sấy và vật liệu sấy đi ngược chiều

2.3 Tính toán tác nhân sấy

a) Tính toán trạng thái không khí bên ngoài

 Áp suất bão hòa:

= exp}= exp}= 0,0233 bar

b) Tính toán trạng thái không khí vào các vùng của tháp sấy :

Vì đây là quá trình sấy lý thuyết nên quá trình gia nhiệt không khí trong calorifeđược tiến hành trong điều kiện = = 0,013 kg ẩm/kg kk

 Áp suất bão hòa:

= exp}Đối với vùng 1: =55 = exp}= 0,1556 barĐối với vùng 2: =85 = exp}= 0,5695 bar

 Độ ẩm tương đối:

= Đối với vùng 1: = 5,26%

= 119,875kJ/kg kkc) Tính toán trạng thái không khí ra khỏi các vùng của tháp sấy :

Trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy được xác định trong điều kiện