thiết kế thiết bị sấy phun sấy cafe

n nay thiết bị sấy phun được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như sấy sản xuất bột cam, bột đậu nành, sữa bột, … và đặc biệt trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan vì nó cho chất lượng sản phẩm cao và thời gian sấy ngắn mà các bị khác không đáp ứng được Sau một thời gian tìm hiểu về đề tài thì em xin có một vài nhận xét về ưu điểm: + Công nghệ này có thể sấy được các loại vật liệu dạng dung dịch, dạng huyền phù với thời gian sấy rất nhanh. + Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, không cần nghiền, và chất lượng hầu như không bị biến đổi nhiều so với ban đầu. + Thiết bị dễ dàng tự động hóa Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn có một số nhược điểm: + Chi phí năng lượng cho quá trình sấy lớn. + Thiết bị khó gia công, khó chế tạn nay thiết bị sấy phun được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như sấy sản xuất bột cam, bột đậu nành, sữa bột, … và đặc biệt trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan vì nó cho chất lượng sản phẩm cao và thời gian sấy ngắn mà các bị khác không đáp ứng được Sau một thời gian tìm hiểu về đề tài thì em xin có một vài nhận xét về ưu điểm: + Công nghệ này có thể sấy được các loại vật liệu dạng dung dịch, dạng huyền phù với thời gian sấy rất nhanh. + Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, không cần nghiền, và chất lượng hầu như không bị biến đổi nhiều so với ban đầu. + Thiết bị dễ dàng tự động hóa Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn có một số nhược điểm: + Chi phí năng lượng cho quá trình sấy lớn. + Thiết bị khó gia công, khó chế tạ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Nguyên liệu 4

1.1.1 Nguyên liệu chính – Cà phê 4

1.1.2 Nguyên liệu phụ 6

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất 7

1.2.1 Sơ đồ khối 7

1.2.2 Thuyết minh quy trình 7

1.3 Tổng quan về công nghệ sấy phun 10

1.3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun 10

1.3.2 Cấu tạo thiết bị sấy phun 11

1.3.3 Nguyên lý hoạt động 11

1.4 Tổng quan về tác nhân sấy 12

1.4.1 Không khí ẩm 12

1.4.2 Khói lò 12

1.4.3 Hơi quá nhiệt 13

1.5 Tổng quan về chất tải nhiệt 13

1.5.1 Hơi nước 13

1.5.2 Nước nóng 13

1.5.3 Chất lỏng hữu cơ 13

1.5.4 Khói lò 13

1.5.5 Điện 14

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 14

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 14

2.2 Các thông số ban đầu 15

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 15

3.1 Tính cân bằng vật chất 15

3.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 16

3.2.1 Thông số không khí 16

3.2.2 Thông số không khí ngoài trời – Trạng thái 0 16

3.2.3 Thông số không khí sau khi qua calorifer – Trạng thái 1 17

3.2.4 Thông số không khí sau khi sấy lý thuyết – Trạng thái 2 17

3.2.5 Sấy lý thuyết 18

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 18

4.1 Vòi phun 18

4.2 Đường kính thiết bị sấy 19

4.3 Thể tích thiết bị sấy 20

4.3.1 Xác định độ chênh lệch nhiệt đô trung bình 20

4.3.2 Xác định nhiệt lượng VLS nhận được 21

4.3.3 Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích 21

4.4 Xác định thời gian sấy 22

4.4.1 Thời gian lưu 22

4.4.2 Thời gian sấy 23

4.5 Tính bền cho thiết bị sấy 23

4.5.1 Thân thiết bị 23

4.5.2 Đáy và nắp thiết bị 24

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 26

5.1 Tính tổn thất nhiệt 26

5.2 Tính lại các thông số quá trình sấy thực 29

5.3 Kiểm tra lại giả thiết tác nhân sấy 30

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 30

6.1 Tính calorifer 30

6.1.1 Các thông số của ống 30

6.1.2 Các thông số của không khí 30

6.1.3 Các thông số của khói lò 31

6.1.4 Các thông số của calorifer 31

6.1.5 Lượng nhiên liệu tiêu tốn 33

6.2 Tính và chọn cyclone lắng 34

6.3 Tính và chọn quạt 35

6.3.1 Tính ống dẫn khí 35

6.3.2 Trở lực từ quạt đến calorifer 36

6.3.3 Trở lực trong calorifer 36

6.3.4 Trở lực từ calorifer đến buồng sấy 37

6.3.5 Trở lực trong thiết bị sấy 38

6.3.6 Trở lực đột mở, đột thu: 38

6.4 Tính và chọn bơm 39

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu

1.1.1 Nguyên liệu chính – Cà phê

 Cấu tạo của quả cà phê

- Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ violet hay đỏ đậm khi chín

- Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả

- Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân

- Vỏ lụa: lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, màu sắc và đặc tính khác nhau phụ thuộc vào loại cà phê

- Nhân cà phê: nằm trong cùng Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ, trong chứa dầu Phía trong có những tế bào lớn, và mềm hơn

 Thành phần nhân cà phê:

Trong nhân cà phê nước chiếm 12%, protein chiếm 9-11%, lipid chiếm 13%, các loại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5% Ngoài ra trong nhân còn chứa các chất thơm, các alkaloid

Thành phần hóa học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản

- Nước:

Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết Khi hàm lượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt Mặc khác, hàm lượng nước cáo sẽ làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trình rang, tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê Hàm lượng nước trong cà phê sau khi rang còn 2,7%

- Chất khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu là Kali, Nitơ Magie, Photpho, Clo Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, Iod, lưu huỳnh, … Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại

- Glucid

Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nước uống mà chỉ cho màu và vị caramel Đường có trong cà phê do trong quá trình thủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thủy phân Hàm lượng saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: quả càng chín thì hàm lượng saccharose càng cao Saccharose bị caramel hóa trong quá trình rang nên sẽ tạo hương vị cho nước cà phê Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccharide nhưng phần lớn bị loại ra ngoài bã cà phê sau quá trình trích ly

- Protein

Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị của sản phẩm Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy trong thành phần protein của cà phê có những acid amin sau: cysteine, alanine, phenylalanine, histidine, leucine, lysine, derine, … Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang

- Lipid

Hạt cà phê chứa lượng lipid khá lớn (10-13%) Lipid trong cà phê gồm chủ yếu là dầu và sáp Trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, còn dầu chiếm 90% Trong quá trình chế biến, lipid bị biến đổi, song một phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi là dung môi tốt hòa tan các chất thơm Khi pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ lipid đi vào nước, còn phần lớn lưu lại trên bã

+ Trigonellin là alkaloid không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong clorofoc và ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218oC Tính chất đáng quý của trigonellin là dưới tác dụng của nhiệt

độ cao nó bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP) Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong cà phê nhân không có acid nicotic nhưng nó được hình thành trong quá trình gia nhiệt, trong đó sự nhiệt phân trigonellin giữ vị trí quan trọng

- Chất thơm

Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại cà phê Mặt khác, nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehyde, cetone, rượu, phenol, este Trong quá trình rang, các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm

1.1.2 Nguyên liệu phụ

- Nước: nước dùng trong sản xuất thực phẩm phải trong, không màu không mùi

vị và đạt các tiêu chuẩn cho phép

- Bột sữa gầy: là sản phẩm thu được từ quá trình tách nước của sữa tiệt trùng Bột sữa gầy chứa không quá 5% hàm lượng ẩm và không quá 1,5% hàm lượng béo (tính theo trọng lượng), trừ các trường hợp khác Bột sữa gầy được phối trộn vào bột cà phê hòa tan để thay đổi màu sắc vốn có của cà phê, làm cho bột cà phê mềm, mịn hơn và hạn chế vị đắng của cà phê

- Đường tinh luyện: là đường saccharose được tinh chế và kết tinh có độ Pol trên 99,8% theo TCVN 6958-2001 Đường tinh luyện được bổ sung vào cà phê hòa tan để làm giảm bớt vị đắng của cà phê

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất

- Phương pháp thực hiện: phân loại theo kích thước bằng sàng, phân loại theo

tỷ trọng bằng khi động và phân loại theo từ tính

- Phương pháp thực hiện: quá trình được thực hiện ở áp suất thường Tác nhân cung cấp nhiệt: không khí, bề mặt kim loại nóng hay các tia bức xạ

- Thông số công nghệ: Nhiệt độ từ 180-240oC Thời gian không quá 1 giờ

1.2.2.4 Nghiền

- Mục đích: giảm kích thước hạt cà phê, chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly Ngoài ra, tạo điều kiện cho một số khí (đặc biệt là CO2) được sinh ra trong quá trình rang và bị giữ lại bên trong hạt sẽ thoát ra ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bao gói

- Phương pháp thực hiện: Sử dụng thiết bị là thiết bị xay có các con lăn có răng cưa để cắt với nhiều kiểu dáng khác nhau Trong khi nghiền nên thêm một ít nước (bằng cách phun ẩm) để tạo thuận lợi cho quá trình trích ly bằng nước sau này Ngoài ra, người ta có thể sử dụng phương pháp nghiền lạnh đông

- Thiết bị: thiết bị nghiền cà phê là các loại máy nghiền hạt (đôi khi còn được gọi là máy xay) Sau quá trình nghiền, bột cà phê được đưa tới ray Các thành phần có kích thước quá lớn sẽ được hoàn lưu trở về máy nghiền Hai loại máy nghiền thường được sử dụng là máy nghiền trục trơn và máy nghiền răng

- Thông số công nghệ: Độ ẩm nguyên liệu vào 1-2% Kích thước hạt sau nghiền là 1000μm

1.2.2.5 Trích ly

- Mục đích: nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê Đây là giai đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản lượng cà phê hòa tan

- Phương pháp thực hiện: cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê rang trong thiết bị, các chất hòa tan sẽ tan vào nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau, bã cà phê được sấy khô

+ Áp suất được duy trì ở mức cao để nước vẫn ở thể lỏng, khoảng trên 10atm

+Nồng độ dịch chiết: 15-30%

1.2.2.6 Xử lý dịch chiết

- Mục đích: Làm sạch dịch chiết nhằm chuẩn bị cho quá trình cô đặc tiếp theo diễn ra tốt hơn

- Phương pháp thực hiện: dịch chiết có nhiệt độ cao sẽ được làm lạnh về nhiệt

độ 5oC, sau đó được lọc tinh để gạn đi các tạp chất thô, tách cặn

- Thiết bị: Làm lạnh bằng thiết bị dạng bản mỏng Và tách cặn, các hợp chất keo tụ bằng thiết bị ly tâm dạng đĩa

1.2.2.7 Tách hương

- Mục đích: Trong quá trình xử lý bằng nhiệt độ cao (trích ly, cô đặc, …) sẽ xảy ra hiện tượng tổn thất các cấu tử hương Do đó, cà phê sẽ được xử lý để tách các cấu tử hương Hương này được bổ sung trở lại sản phẩm cà phê hòa tan trong quá trình tạo hạt

- Phương pháp thực hiện: tách hương bằng khí trơ Dịch trích cà phê sau khi rời khỏi thiết bị trích ly thường có nhiệt độ khá cao khoảng 100 – 130oC sẽ được đưa vào thiết bị tách hương

và thiết bị bốc hơi nên có 3 hoặc 4 giai đoạn để tiết kiệm năng lượng

- Thông số công nghê:

+ Nhiệt độ tác nhân sấy: 180-250oC

+ Độ ẩm bột sau khi sấy: 2-5%

1.2.2.10 Tạo hạt

- Mục đích: làm cho kích thước hạt tăng lên, giúp hạt cà phê dễ hòa tan hơn

- Phương pháp thực hiện: Bột cà phê sẽ được hòa trộn với chất lỏng dưới dạng phun sương và kết dính lại với nhau tạo nên những hạt cà phê với kích thước đồng nhất hơn, tránh để sót bụi cà phê trong sản phẩm

1.2.2.12 Bao gói

- Mục đích: hoàn thiện và bảo quản

- Phương pháp thực hiện: Đóng gói có nạp khí N2, CO2, … để bột cà phê khỏi

bị oxy hóa, các chất dầu khỏi bị ôi, vi sinh vật khó xâm nhập

1.3 Tổng quan về công nghệ sấy phun

1.3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun

- Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do: + Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

+ Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường

- Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

- Sấy phun là một công nghệ sấy đặc biệt do khả năng sấy trực tiếp nguyên liệu

từ dạng lỏng sang dạng bột

- Hệ thống sấy phun là hệ thống chuyên dùng để sấy các vật liệu sấy dạng dung dịch huyền phù, ví dụ trong công nghệ sản xuất sữa bột, bột trứng, cà phê hòa tan,… Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy phun gồm một bộ phận gia nhiệt tác nhân sấy, một bơm dịch thể, một buồng sấy hình trụ với các vòi phun và cuối cùng là cyclone để thu hồi sản phẩm Dung dịch được phun thành dạng sương vào trong buồng sấy, quá trình sấy diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu lên quá giới hạn cho phép, do đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn

- Nhiệt độ dòng khí có thể lên đến 750oC và chỉ phụ thuộc vào tính chịu nhiệt của vật liệu Dòng khí ra khỏi thiết bị sấy phải qua hệ thống cyclone để thu hồi bụi sản phẩm bị lôi cuốn theo Việc tuần hoàn khí thải để tiết kiệm trong trường hợp này là không thực tế vì quá trình thu hồi bụi sẽ mất nhiệt rất nhiều

- Ưu điểm: sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, chi phí điều hành tương đối thấp, tháp sấy có năng suất lớn

- Nhược điểm: kích thước phòng sấy lớn mà vận tốc của tác nhân sấy nhỏ nên cường độ sấy nhỏ, tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là cơ cấu phun và hệ thống thu hồi sản phẩm

1.3.2 Cấu tạo thiết bị sấy phun

1.3.2.1 Cơ cấu phun

Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và

sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực,

cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm

1.3.2.2 Buồng sấy

Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy hình nón Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính, …) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng

1.3.2.3 Hệ thống thu hồi sản phẩm:

Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện… Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm,

sử dụng cyclone

1.3.2.4 Hệ thống quạt hút

Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát Còn quạt phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể dễ dang kiểm soát áp lực trong buồng sấy

1 Buồng sấy 4 Bơm nguyên liệu

3 Thùng chứa nguyên liệu 6 Cyclone thu hồi sản phẩm

Nguyên liệu từ thùng chứa (3) được bơm số (4) bơm vào buồng sấy (1), khí vào buồng sấy được phân bố thành những hạt nhỏ li ti (dạng sương mù) nhờ cơ cấu phun Không khí nóng và nguyên liệu ở dạng sương mù tiếp xúc với nhau trong vài giây tại cơ cấu phun mẫu (5) đặt trong buồng sấy, nước từ nguyên liệu bốc hơi sau đó thoát ra ngoài, sản phẩm khô được thu gom tại đáy cyclone (6), được làm nguội và thu hồi Không khí qua hệ thống quạt hút thải ra ngoài

1.4 Tổng quan về tác nhân sấy

1.4.1 Không khí ẩm

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 sản phẩm sấy sẽ không bị ô nhiễm Tuy vậy, dùng không khí ẩm cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí (calorifer); nhiệt độ không khí sấy không thể quá cao, thường nhỏ hơn 500oC vì nếu nhiệt độ cao, thiết bị trao đổi nhiệt phải sử dụng thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao

1.4.2 Khói lò

Dùng khói lò làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng, từ hàng chục độ đến trên 1000oC, không cần calorifer Tuy nhiên dùng sấy có nhược điểm là khói có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy Vì vậy khói chỉ dùng cho một số vật liệu như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ, …

1.4.3 Hơi quá nhiệt

Dùng hơi quá nhiệt làm tác nhân sấy trong trường hợp sản phẩm dễ cháy nổ và sản phẩm sấy chịu được ở nhiệt độ cao

1.5 Tổng quan về chất tải nhiệt

Dùng nước nóng làm chất tải nhiệt có ưu điểm:

- Áp suất sử dụng thấp hơn khi dùng hơi

- Lò nước nóng có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ

- Nhiệt dung riêng của nước lớn nên thiết bị gọn

Nhược điểm khi dùng nước nóng làm chất tải nhiệt là:

- Nhiệt độ bị hạn chế (thường < 100oC), nếu dùng nhiệt độ cao hơn phải dùng nước áp suất cao

- Cần xử lý nước để chống đóng cặn

1.5.3 Chất lỏng hữu cơ

Ưu điểm:

- Nhiệt độ có thể tăng lên vài trăm độ ở áp suất khí quyển

- Không có hiện tượng đóng cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt

- Lò gia nhiệt chất lỏng hữu cơ có cấu tạo đơn giản hơn so với lò hơi

Nhược điểm

- Calorifer khí – khói làm việc ở nhiệt độ cao nên cần dùng vật liệu chịu nhiệt

- Khói có hệ số truyền nhiệt thấp nên diện tích bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với dùng hơi nước hay chất lỏng

- Khói làm bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt

- Điều chỉnh nhiệt độ khó khăn so với dùng hơi hay chất lỏng

1.5.5 Điện

Dùng điện để cấp nhiệt có các ưu điểm:

- Thiết bị đơn giản, hiệu suất sử dụng cao

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ

- Không gây ô nhiễm môi trường

Nhược điểm là giá thành năng lượng cao, chủ yếu dùng ở quy mô phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÔNG SỐ

BAN ĐẦU 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế

- Vật liệu sấy là dung dịch cà phê có nồng độ ban đầu là 30%, độ ẩm 70%

- Sản phẩm là bột cà phê có độ ẩm là 4%

- Theo tính chất của nguyên liệu, có thể sử dụng các phương án sấy như sấy phun, sấy thăng hoa, sấy hồng ngoại Theo phân tích thì phương án thích hợp và phổ biến nhất là phương án sấy phun vì các ưu điểm:

+ Quá trình sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn không cần nghiền và

có độ hòa tan lớn

+ Do quá trình sấy nhanh nên nhiệt dộ của nguyên liệu không tăng quá cao, các tính chất của sản phẩm được đảm bảo

+ Chi phí nhân công thấp

+ Vận hành và bảo dưỡng đơn giản

+ Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại quy mô nhà máy

+ Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy

+ Dễ ứng dụng trong công nghiệp

- Phương án chi tiết cho hệ thống sấy phun

+ Chọn buồng sấy phun hình trụ, đáy hình nón

+ Cơ cấu phun là vòi phun thủy lực

+ Tác nhân sấy: không khí nóng, là tác nhân thông dụng, rẻ tiền, không làm ô nhiễm vật liệu sấy

+ Tác nhân gia nhiệt: khói lò, calorifer khí-khói: vì nhiệt độ sấy cao (210oC) + Hệ thống quạt: 2 quạt hút kiểu ly tâm Quạt chính đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát, quạt phụ được đặt trước calorifer để gia nhiệt không khí trước khi và buồng sấy

+ Hệ thống tách bụi và thu hồi sản phẩm: cyclone

+ Vật liệu chế tạo: thép không ghỉ X18H10T

2.2 Các thông số ban đầu

cà phê Bột cà phê

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT

3.1 Tính cân bằng vật chất

- Năng suất sản phẩm: G2 = 150 kg/h

- Độ ẩm ban đầu của vật liệu: W1 = 70%

- Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: W2 = 4%

Trong quá trình sấy khối lượng chất khô không đổi nên ta có:

G1(100 W )  1  G2(100 W )  2

Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy:

- Thông số không khí ngoài trời – Trạng thái 0: to = 30oC, φo = 0,75

- Thông số không khí sau khi qua calorifer – Trạng thái 1: t1 = 210oC

- Thông số không khí sau khi sấy – Trạng thái 2: t2 = 75oC

Đồ thị log h-d cho quá trình sấy không có không khí hồi lưu

3.2.2 Thông số không khí ngoài trời – Trạng thái 0

- Chọn không khí ngoài trời có nhiệt độ to = 30oC, φo = 0,75

- Áp suất bão hòa của không khí ngoài trời:

3.2.3 Thông số không khí sau khi qua calorifer – Trạng thái 1

- Nhiệt độ không khí sau khi qua calorifer: t1=210oC

- Độ chứa hơi của không khí ở trạng thái 1: d1 = do = 0,02 (kg/ kgkkk)

- Enthanpy của không khí ở trạng thái 1:

3.2.4 Thông số không khí sau khi sấy lý thuyết – Trạng thái 2

- Nhiệt độ sau khi sấy lý thuyết: t2 = 75oC

- Enthanpy của không khí sau sấy lý thuyết:

2 1 269,83( / )

h  h kJ kgkkk

- Độ chứa hơi của không khí sau khi sấy lý thuyết:

pk ph

- Vận tốc của tia phun:  = 14 (m/s)

- Đường kính cửa ra của vòi phun (CT 13.1/269 [3])

µ: hệ số lưu lượng, có thể lấy µ=0,6  0,75

p: độ chênh áp trong vòi phun, kg/m2

g: gia tốc trọng trường, m/s2

V: lưu lượng của vòi phun, m3/s

1 3

1

480

0, 00013 ( / ).3600 1050.3600

1,92.10 ( / )3,14.0, 0003

c

c k

P K

Q:Nhiệt lượng mà vật liệu sấy nhận được từ tác nhân sấy

αv: Hệ số trao đổi nhiệt thể tích, W/m3.K

ttb: độ chênh lệch nhiệt độ trung bình

4.3.1 Xác định độ chênh lệch nhiệt đô trung bình

- Lượng ẩm trong tác nhân sấy sau khi sấy đẳng tốc

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi giai đoạn sấy đẳng tốc:

+ Tra trên giảng đồ Ramzin: t’2 = 145oC

+ Nhiệt độ bầu ướt: tư = 50oC

- Chênh lệch nhiệt độ t1 trong giai đoạn sấy đẳng tốc

1 2 1

1 2

210 50ln

ln

145 50'

o u

75 73, 7

u vl

0, 41 0, 02(210 145)(0, 41 0, 02).ln

1

0,2 1,8

t t

λk = 0.035 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của không khí

ρk = 0,834 (kg/m3): khối lượng riêng của không khí

μk = 23,9.10-6 (Nm/s2): độ nhớt của không khí

G1 = 480 (kg/h): năng suất nhập liệu

F = 7,065 (m2): tiết diện buồng sấy