Cà phê là một trong những thức uống được ưa chuộng trên thế giới và có mức tiêu thụ cao đặc biệt là ở các nước châu Âu Cây cà phê được trồng chủ yếu ở các nước nhiệt đới và nó chiếm vị trí rất quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và nền kinh tế của nhiều nước trong đó có Việt Nam Cà phê ngày càng được phổ biến thì yêu cầu về kỹ thuật chế biến cũng được đòi hỏi ngày càng cao Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên sinh viên đã thực hiện đề tài này với bản thuyết minh gồm các phần Lập luận kinh tế Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm Quy trình sản xuất Cân bằng vật chất Cân bằng nhiệt lượng Tính chọn thiết bị Tính nhiệt – hơi – nước Tính tổ chức và xây dưng Kiểm tra sản xuất và đánh giá chất lượng sản phẩm An toàn lao động và vệ sinh xí nghiệp
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA * THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CÀ PHÊ NHÂN THEO PHƯƠNG PHÁP KHÔ VÀ CÀ PHÊ RANG NĂNG SUẤT 80 TẤN NGUYÊN LIỆU/ NGÀY SVTH: PHẠM THỊ BÍCH THẢO Đà Nẵng – Năm 2017 i TĨM TẮT Tên đề tài: Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang suất 80 nguyên liệu/ ngày Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Số thẻ sinh viên: 107120163 Cà phê thức uống ưa chuộng giới có mức tiêu thụ cao đặc biệt nước châu Âu Cây cà phê trồng chủ yếu nước nhiệt đới chiếm vị trí quan trọng sản xuất nông nghiệp kinh tế nhiều nước có Việt Nam Cà phê ngày phổ biến yêu cầu kỹ thuật chế biến đòi hỏi ngày cao Xuất phát từ nhu cầu thực tế với nguyện vọng thân thời gian giao đồ án tốt nghiệp, chọn đề tài: “Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang” Đồ án gồm thuyết minh vẽ Bản thuyết minh gồm phần: Lập luận kinh tế; Tổng quan nguyên liệu sản phẩm; Quy trình sản xuất; Cân vật chất; Cân nhiệt lượng; Tính chọn thiết bị; Tính nhiệt – – nước; Tính tổ chức xây dưng; Kiểm tra sản xuất đánh giá chất lượng sản phẩm; An tồn lao động vệ sinh xí nghiệp; Tài liệu tham khảo Bản vẽ bao gồm: Bản vẽ dây chuyền công nghệ; Bản vẽ mặt phân xưởng sản xuất chính; Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính; Bản vẽ sơ đồ đường ống nước, Bản vẽ tổng mặt nhà máy ii ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: PHẠM THỊ BÍCH THẢO Số thẻ sinh viên: 107120163 Lớp: 12H2 Khoa: HÓA Ngành: CƠNG NGHỆ HĨA THỰC PHẨM Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang suất 80 nguyên liệu/ ngày Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: - Năng suất nhà máy: 80 nguyên liệu/ ngày - Sử dụng cà phê nhân loại loại làm nguyên liệu sản xuất cà phê rang - Nhà máy đặt tỉnh Đăk Lăk, cách thành phố Buôn Mê Thuột 10km hướng đông Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Mục Lục Mở Đầu Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật Chương 2: Tổng quan nguyên liệu sản phẩm Chương 3: Chọn thuyết minh dây chuyền công nghệ Chương 4: Cân vật chất Chương 5: Cân nhiệt lượng Chương 6: Tính chọn thiết bị Chương 7: Tính tổ chức Chương 8: Tính xây dựng Chương 9: Tính nước – nhiên liệu Chương 10: Kiểm tra sản xuất đánh giá chất lượng sản phẩm Chương 11: Vệ sinh công nghiệp an toàn lao động Kết luận Tài liệu tham khảo Các vẽ, đồ thị: Bản vẽ số 1: Dây chuyền công nghệ (A0) iii Bản vẽ số 2: Mặt cắt phân xưởng sản xuất (A0) Bản vẽ số 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất (A0) Bản vẽ số 4: Sơ đồ đường ống nước – khơng khí – khói lị (A0) Bản vẽ số 5: Tổng mặt nhà máy (A0) Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung: Đặng Minh Nhật Hướng dẫn công nghệ Đặng Minh Nhật Hướng dẫn xây dựng Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 07/02/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 07/05/2017 Trưởng Bộ môn PGS.TS Đặng Minh Nhật Đà Nẵng, ngày tháng năm 201 Người hướng dẫn PGS.TS Đặng Minh Nhật iv LỜI MỞ ĐẦU Cà phê loại thức uống màu đen có chứa chất caffein sử dụng rộng rãi khắp toàn cầu Đây đặc sản quý giá vùng nhiệt đới Là thức uống ưa chuộng giới có mức tiêu thụ đặc biệt nước Châu Âu Hiện nay, cà phê trồng gần 70 quốc gia giới, loại công nghiệp chiếm vị trí quan trọng sản xuất nơng nghiệp kinh tế quốc gia có khí hậu nhiệt đới, có Việt Nam Cà phê Việt Nam khơng tiêu thụ nươc mà cịn mặt hang xuất mang lại lợi nhuận cao Từ năm 2006, Việt Nam gia nhập tổ chức thương mại giới (WTO) việc nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê yêu cầu cấp thiết để nâng cao sức cạnh tranh thị trường giới nhằm mang lại nguồn ngoại tệ lớn cho nước ta Vì vậy, phát triền cà phê quốc gia nói chung Việt Nam nói riêng phải ý mặt số lượng chất lượng cà phê trình chế biến Cà phê mặt hàng có giá trị kinh tế tất to lớn Là mặt hang buôn bán lớn thứ giới sau dầu mỏ Giá trị xuất cà phê lớn nhiều so với cacao chè Ở Việt Nam, giá trị xuất cà phê sau gạo Ngồi ra, cà phê cịn ngun liệu cho số ngành công nghiệp phát triển bánh, kẹo, rượu, sữa, … Đồng thời, sản xuất cà phê cịn giải tình trạng thiếu việc làm nước ta Cây cà phê có vị trí đặc biệt quan trọng kinh tế địa phương thuộc vùng đồi núi trung du Nó tham gia hiệu vào chương trình kinh tế xã hội định canh định cư, xóa đói giảm nghèo, tạo công ăn việc làm cho người lao động mà chủ yếu đồng bào dân tộc thiểu số Bên cạnh đó, trồng cà phê cịn giúp bảo vệ mơi trường, tăng cường giữ ẩm, hạn chế xói mịn, rửa trôi đất; bảo vệ nguồn nước, tăng độ che phủ mặt đất Cà phê ngày trở nên phổ biến song song với địi hỏi kỹ thuật chế biến ngày cao Xuất phát từ nhu cầu thực tế với nguyện vọng thân thời gian giao đồ án tốt nghiệp, chọn đề tài: “Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang” v CAM ĐOAN Tơi tên: PHẠM THỊ BÍCH THẢO Ngày sinh: 01/02/1994 Nơi sinh: Đăk Hà, Kon Tum Quê quán: Cao Bằng Dân tộc: Nùng Đơn vị công tác: Khoa Hóa, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Là sinh viên khóa 2012 – 2017 Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, chun ngành Cơng nghệ Hóa Thực phẩm Đề tài: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CÀ PHÊ NHÂN THEO PHƯƠNG PHÁP KHÔ VÀ CÀ PHÊ RANG NĂNG SUẤT 80 TẤN NGUYÊN LIỆU/ NGÀY Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Minh Nhật Tôi cam đoan: Luận án nói cơng trình nghiên cứu riêng tơi, nghiên cứu có tính độc lập với tinh thần làm việc nghiêm túc, không chép tài liệu chưa cơng bố tồn nội dung đâu; số liệu, thông tin tham khảo ghi nguồn gốc rõ rang, minh bạch có trích dẫn theo quy định Tơi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn lời cam đoan danh dự Đà Nẵng, ngày 07 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Phạm Thị Bích Thảo v MỤC LỤC TÓM TẮT i Nhiệm vụ ii Lời nói đầu - iii Lời cam đoan - v Mục lục - vi Danh mục bảng xiii Danh mục hình - xiv Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT - 1.1 Tính khả thi - 1.2 Địa điểm - 1.3 Nguồn nguyên liệu - 1.4 Đường giao thông 1.5 Nguồn nhân lực 1.6 Nguồn cung cấp lượng - 1.7 Thị trường tiêu thụ 1.8 Hợp tác hóa, liên hợp hóa 1.9 Xử lý chất thải Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1 Tổng quan nguyên liệu cà phê 2.1.1 Nguồn gốc lịch sử cà phê Việt Nam 2.1.2 Đặc điểm cà phê - 2.1.3 Cấu tạo thành phần hóa học cà phê - 2.2 Các tiêu kỹ thuật sản phẩm cà phê nhân 10 2.2.1 Phân hạng chất lượng cà phê nhân 10 2.2.2 Màu sắc: Màu đặc trung loại cà phê nhân -10 2.2.3 Mùi: Mùi đặc trưng loại cà phê nhân, khơng có mùi lạ -10 vi 2.2.4 Độ ẩm: Nhỏ 12,5% -10 2.2.5 Tỷ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép có hạng cà phê: Được quy định bảng đây: -10 2.2.6 Tỷ lệ khối lượng khuyết tật (nhân lỗi, tạp chất) tối đa cho phép hạng cà phê: quy đinh bảng 11 2.2.7 Tỷ lệ tối đa khối lượng tối đa cho phép số khuyết tật quy định bảng sau: -11 2.2.8 Tỷ lệ khối lượng tối thiểu sàng lỗ tròn quy định hạng cà phê quy định bảng -12 2.3 Các tiêu kỹ thuật sản phẩm cà phê bột rang xay -13 2.3.1 Nguyên liệu -13 2.3.2 Phân hạng chất lượng cà phê bột 13 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 15 3.1 Chọn phương pháp chế biến cà phê -15 3.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô 17 3.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ -17 3.2.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ 17 3.3 Dây chuyền công nghệ sản xuất cà phê rang xay -25 3.3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 25 3.3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ -26 Chương 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 30 4.1 Tình hình sản xuất nhà máy -30 4.1.1 Bảng nhập nguyên liệu nhà máy 30 4.1.2 Kế hoạch sản xuất nhà máy 30 4.2 Cân vật chất cho dây chuyền sản xuất cà phê nhân Arabica -30 4.2.1 Thu nhận bảo quản nguyên liệu 31 4.2.2 Quá trình tách tạp chất 31 4.2.3 Quá trình sấy sơ 31 vii 4.2.4 Q trình sấy thức 32 4.2.5 Xát cà phê thóc -32 4.2.6 Đánh bóng cà phê nhân -32 4.2.7 Phân loại nguyên liệu theo kích thước 32 4.2.8 Phân loại theo trọng lượng riêng -33 4.2.9 Phân loại theo màu sắc 33 4.2.10 Phối trộn, cân, đóng bao -34 4.3 Cân vật chất cho dây chuyền công nghệ sản xuất cà phê nhân Robusta 35 4.4 Cân vật chất cho dây chuyền công nghệ sản xuất cà phê rang xay 35 4.4.1 Rang cà phê nhân 36 4.4.2 Làm nguội cà phê rang 36 4.4.3 Phối trộn -36 4.4.4 Xay cà phê 36 4.4.5 Sàng phân loại 36 4.4.6 Đóng gói 37 Chương 5: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 39 5.1 Cân nhiệt lượng cho dây chuyền sản xuất cà phê nhân 39 5.1.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 39 5.1.2 Tính tốn q trình sấy thực tế -42 5.2 Cân nhiệt lượng cho dây chuyền sản xuất cà phê rang xay -45 5.2.1 Tính nhiệt trị nhiên liệu 45 5.2.2 Lượng khơng khí khơ lý thuyết để dốt cháy 1kg nhiên liệu 45 5.2.3 Lượng khơng khí thực tế đốt cháy kg nhiên liệu 45 5.2.4 Thành phần khí có khói -46 5.2.5 Cân nhiệt lượng cho thiết bị rang -46 Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ -50 6.1 Tính chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê nhân -50 viii 6.1.1 Thiết bị sấy tĩnh 50 6.1.2 Thiết bị sấy thùng quay -50 6.1.3 Tính chọn calorife -52 6.1.4 Lò đốt 57 6.1.5 Tính chọn quạt 58 6.1.6 Tính tốn Xyclon -58 6.1.7 Máy tách tạp chất 59 6.1.8 Máy xát cà phê khô 60 6.1.9 Máy đánh bóng cà phê nhân 60 6.1.10 Máy phân loại theo kích thước -61 6.1.11 Máy phân loại theo tỷ trọng -61 6.1.12 Máy phân loại theo màu sắc 62 6.1.13 Máy phối trộn -62 6.1.14 Máy đóng bao -63 6.1.15 Xilo chứa 64 6.1.16 Băng tải 64 6.1.17 Gàu tải -64 6.2 Tính chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê rang -67 6.2.1 Thiết bị rang 67 6.2.2 Thiết bị làm nguội -68 6.2.3 Máy phối trộn -69 6.2.4 Máy xay cà phê -70 6.2.5 Xilo chứa trước đóng gói -71 6.2.6 Máy đóng gói -71 Chương 7: TÍNH TỔ CHỨC -73 7.1 Sơ đồ tổ chức hệ thống nhà máy 73 7.1.1 Sơ đồ máy quản lý -73 ix Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang v(m3/kgkkk) V'(m3/h) 0,835 0,986 0,900 34711,739 40956,088 37415,535 6.2.2.1 Trở lực hệ thống Trở lực áp lực động lực (ở đầu quạt đẩy quạt hút) Áp lực động lực đầu quạt đẩy ρ ω12 [10, tr 377] ΔPd1 = Với ω1 tốc độ khí đầu quạt đẩy: Trong đó: F tiết diện tự dòng chảy: F = ω1 = V0' ' F π d2 Chọn đường kính ống quạt: d = 0,4 m F= 3,14 0,4 = 0,126 (m2) ω1 = 34711,739 3600 0,126 = 76,769 (m/s) 1,197 76,769 = 3527,221 (N/m2) Áp lực động lực đầu quạt hút Suy ra: ΔPđ1= ρ ω 22 [10, tr 377 ] Với ω2 tốc độ khí đầu quạt đẩy: ΔPd2 = ω2 = V’2 /F= 37415,535 = 82,748 (m/s) 3600 0,126 Suy ra: ΔPđ2 = 1,111 82,748 = 3801,966 (N/m2) Trở lực ma sát Trong đó: ω : tốc độ lưu thể (m/s), phụ thuộc vào tốc độ khơng khí λ : hệ số ma sát L : chiều dài ống (m) d tđ : đường kính tương đương ống (m) ρ : khối lượng riêng chất khí, (kg/m3) Chọn đường kính ống: d tđ = 0,4 (m) Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 95 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang π d 2td Vậy tiết diện ngang ống: F = = 0,1256 (m2) Trở lực ma sát từ quạt đẩy đến calorife Chiều dài ống l1 = 0,5 (m) Vận tốc khí ống: ω ’1 = 76,769 (m/s) Chuẩn số Raynol [10, tr 377] Re = Trong đó: ν= μ ρ w d td ρ μ Re = Re = w d td ν0 76,769 0,4 15,248 10 −6 = 2013869,5 Re > 4.103 suy khí vận chuyển ống chế độ chảy rối [20, tr 378] Do hệ số trở lực λ tính theo cơng thức sau: 6,81 0,9 ε = −2lg + 3,7 d td λ Re : độ nhám tuyệt đối vật liệu làm ống, chọn vật liệu làm ống tôn ε tôn = 0,03 (mm) [10, tr 381] 0,9 6,81 0,03 10 , −3 − lg + λ = 0,012 3,7 0,4 λ 2013869,578 Từ µ suy trở lực ống ma sát: ΔPms1= 0,012 0,5 1,197 76,769 = 54,619 (N/m2) 0,4 Trở lực ống từ calorife đến thùng sấy : + Chiều dài ống l2 = 0,5 (m) + Vận tốc khí ống: ω’2 = 90,579 (m/s) Chuẩn số Raynol: ω d td 90,579 0,4 = 1762661,191 [10, tr 377] = v2 20,555 10 −6 ' Re = Re > 4.103 Suy khí vận chuyển ống chế độ chảy rối Do hệ số trở lực λ tính theo công thức sau: 6,81 0,9 ε = −2lg + 3,7 d td λ Re Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 96 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang : độ nhám tuyệt đối vật liệu làm ống, chọn vật liệu làm ống tôn ε tôn = 0,03(mm) [10, tr 381] 0,9 6,81 0,03 10 −3 − lg + λ = 0,012 3,7 0,4 λ 1762661,191 Từ µ suy trở lực ống ma sát: 0,012 0,5 1,015 90,579 = 65,023 (N/m2) 0,4 ΔPms2 = Trở lực ống từ thùng sấy đến xyclon + Chiều dài ống l2 =0,6 (m) + Vận tốc khí ống: V3' 37415,535 ω’3 = = = 82,748 (m/s) F 3600 0,1256 Chuẩn số Raynol: w 3' d td 82,748 0,4 = = 1896269,060 [10, tr 377] Re = 16,589 10 −6 ν3 Re > 4.103 Suy khí vận chuyển ống chế độ chảy rối Do hệ số trở lực λ tính theo cơng thức sau: 6,81 0,9 = −2 lg + 3,7 d td Re ε: độ nhám tuyệt đối vật liệu làm ống, ta chọn vật liệu làm ống tôn ε tôn = 0,03 (mm) [10, tr 381] 0,9 6,81 0,03 10 −3 − lg + λ = 0,012 3,7 0,4 λ 1896269,060 Từ µ suy trở lực ống ma sát: 0,012 0,6 1,111 82,748 ΔPms3= = 70,928 (N/m2) 0,4 Trở lực đường ống từ xyclon đến quạt: + Chiều dài ống: l3 = 0,7 (m) + Vì trạng thái khơng khí giống trạng thái khí từ thùng đến xyclon nên: ω’3= ω’4= 82,748 (m/s) Chuẩn số Raynol: Re = 1896269,060 Re > 4.103, suy khí vận chuyển ống chế độ chảy rối [10, tr 378] Do hệ số trở lực λ tính theo cơng thức sau: 6,81 0,9 ε = −2lg + 3,7 d td λ Re Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 97 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang ε: độ nhám tuyệt đối vật liệu làm ống, ta chọn vật liệu làm ống tôn ε tôn = 0,03(mm) [10, tr 381] 0,9 6,81 0,03 10 −3 − lg + λ = 0,012 3,7 0,4 λ 1896269,060 Từ µ suy trở lực ống ma sát: ΔPms4 = 0,012 0,7 1,175 82,748 = 82,749 (N/m2) 0,4 Trở lực ma sát thùng quay ΔPmst = λ L t ρ w 2k Dt ωk: vận tốc khí thùng, ωk=Vtb/2 V1' + V2' 40956,088 + 37415,535 = = 39185,812(m /h) 2 Với Vtb = π D 2t (1 − β) 3,14 2,224 (1 − 0,25) F = Ft (1 − β) = = = 2,911(m ) 4 39185,812 ωk = = 3,739 (m/s) 3600 2,911 Chuẩn số Raynol: Re = w 't D t 3,739 2,224 = = 404474,388 20,555 10 −6 ν3 Re > 4.103 Suy khí vận chuyển ống chế độ chảy rối Do hệ số trở lực λ tính theo cơng thức sau: 6,81 0,9 ε = −2lg + 3,7 d td λ Re ε: độ nhám tuyệt đối vật liệu làm thùng, ta chọn vật liệu làm thùng tôn ε tôn = 0,03 (mm) 0,9 6,81 0,03 10 −3 = −2 lg + λ = 0,014 3,7 2,224 λ 404474,288 Suy trở lực ống ma sát: ΔPmst= 0,014 7,783 1,015 3,739 = 0,341 (N/m2) 2,224 Coi ma sát thùng quay từ đầu thùng đến cuối thùng Nên ta có: ΔPmst1 = ΔPmst2 = Pmst 0,341 = 0,170 (N/m2 ) = 2 Trở lực cục Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 98 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang ρ w2 ΔPcb = ξ ξ - phụ thuộc vào chuẩn số Raynol tỉ số Fo/F Fo - tiết diện ống F0=0,1256 (m2) F - tiết diện thiết bị Trở lực đột thu đột mở calorife ρ w2 ΔP1 = ξ Tiết diện calorife: Fc = Lc H = 1,6 x 1,162 = 1,859 m2 Vậy tỉ số: Fo/Fc =0,1256/1,859 = 0,068 − Ở đột thu: Theo bảng No13 [10, tr 388] Ta dùng phương pháp tính nội suy: ξ =0,481 Suy trở lực cục đột thu: ΔP1t = 0,481 1,015 76,769 = 1436,926 (N/m2) − Ở đột mở: Theo bảng No11 [10, tr 387], ta dùng phương pháp tính nội suy: ξ =0,872 Suy trở lực cục đột mở: 0,872 1,015 90,579 = 3627,553 (N/m2) Tổng trở lực cục đột thu đột mở calorife: ΔPcb1 = 1436,926 + 3627,553 = 5064,479 (N/m2) Trở lực đột mở đột thu từ đường ống vào xyclon - Ở đột mở ΔP1m = ΔPcb = ξ Diện tích ngang cyclon Fcy= ρ w2 3,14 0,7 = 0,385(m2) Vận tốc khí vào xyclon: ω= Tỉ số: V3' 37415,535 = = 27,020 (m/s) Fc 3600 0,385 F0 0,1256 = = 0,327 Ft 0,385 Tra bảng No11 [10, tr 387] sử dụng phép nội suy ta được: ξ = 0,462 Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 99 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang 0,462 1,111 27,020 Suy ΔP3m = = 187,364 (N/m2 ) - Ở đột thu Đường kính ống khí chọn d =0,4 (m) Tỉ số: F0 0,1256 = =0,327 Ft 0,385 Tra bảng No 13 [10, tr 388], ta sử dụng phép nội suy ta được: ξ =0,369 0,369 1,111 27,020 = 149,664 (N/m2) Tổng trở lực đột thu đột mở xyclon: ΔPcb2 = 187,364 + 149,664 = 337,028 (N/m2) Trở lực khuỷu ghép 900 ống dẫn tác nhân sấy từ cửa calorife đến thùng sấy Đối với khuỷu ống hệ số trở lực ξ phụ thuộc góc nghiêng độ nhám thành ống, trường hợp góc nghiêng 90o Suy ξ =1,26 suy : ΔP3t = 1,26 1,015 76,769 = 3766,700 (N/m2) Trở lực khuỷu ghép 90 ống dẫn tác nhân sấy từ cửa xyclon đến quạt hút Đối với khuỷu ống hệ số trở lực ξ phụ thuộc góc nghiêng độ nhám thành ống, trường hợp góc nghiêng 900 Suy ξ =1,26 ΔPk1 = Suy : ΔPk2 1,26 1,111 82,748 = = 4790,477 N/m2 Trở lực lớp hạt − Chọn đường kính hạt cà phê: d tđ = 0,0063 (m.) − Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy thùng sấy: t + t 75 + 45 = = 60 C 2 -6 Độ nhớt: v60 = 18,97x10 (m /s) [10, tr 318] t tb= − Tốc độ tác nhân sấy trình sấy thực: Vtb= V1' + V2' 40956,088 + 37415,535 = = 39185,812 (m3/h) 2 w0 : vận tốc khơng khí thùng 3,739(m/s) Ftd = Fts (1 − β) = π D 2t (1 − β) 3,14 2,224 (1 − 0,25) = = 2,911(m ) 4 Re = w d td 3,739 0,0063 = = 1145,895 ν 75 20,555 10 −6 Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 100 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang − Hệ số thủy động : a = 5,58+ 490 100 + 1145,895 1145,895 − Hệ số đặc trưng cho độ chặt lớp hạt: C1 = = 8,962 1− ξ ξ2 Khối lượng riêng cà phê: ρ = 500( Kg/m3) Khối lượng riêng dẫn suất cà phê: ρ dx = 0,25 (G1 + G ) ρ 0,25 (1354,306 + 923,390) 500 = = 7248,763(kg/m ) 0,65 Vt 0,65 30,213 ρ caphe − ρ d 500 − 7248,763 ξ= = = −14,398 ρ caphe 500 Hệ số đặc trưng cho độ chặt lớp cà phê: C1 = − ξ − (−14,398) = 0,074 = ξ2 (−14,398) Trở lực qua lớp hạt: ΔPhat = a L ω ρ TNS C1 = g d td 8,962 2,5 (1,015 + 1,111) / 0,074 = 278,350 (mmH20) 9,81 0,0063 = 287,350 9,81 = 2730,615 (N/m2) Coi trở lực qua lớp hạt từ đầu thùng đến thùng, đến cuối thùng Nên ta có: Δhat 2730,615 Δhat = Δhat = = = 1365,307 (N/m2) 2 ➢ Trở lực tổng hệ thống từ quạt đẩy đến thùng sấy: ΔPday = ΔPms1 + ΔPms2 + ΔPmst1 + ΔPcb1 + ΔPhat1 + ΔPd + Pk1 = 54,619 + 65,023 + 0,17 + 5064,479 + 1365,3.7 + 3527,221 + 3766,700 = 13843,520 (N/m2) ➢ Trở lực tổng hệ thống từ thùng sấy đến quạt hút: ΔPhut = ΔPms3 + ΔPms4 + ΔPmst2 + ΔPcb2 + ΔPhat2 + ΔPd + ΔPk1 = 79,928 + 82,749 + 0,17 + 337,028 +1365,307 + 3801,966 + 4790,477 = 10448,625 (N/m2) 6.2.2.2 Chọn quạt Quạt đẩy Quạt đẩy đặt trước caloriphe để đẩy khơng khí vào caloriphe gia nhiệt đẩy vào thùng sấy, ngược chiều với chiều chuyển động vật liệu sấy − Năng suất quạt đẩy: Qday = V'0 = 34711,739 (m3/h) Năng suất thực tế quạt đẩy: Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 101 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang Q'day = 1, 03xQday = 35753,091 (m3/h ) = 9,931 (m3/s) − Áp suất làm việc: ΔPday = 13843,520 (N/m2) (Đã tính phần trên) Áp suất làm việc thực tế: ΔP'day = 1,03xΔPday = 1,03x 13843,520 = 14258,825 (N/m2) − Nối trục quạt với trục động khớp trục: η tr = 0,98 − Công suất trục động cơ: Q ' day ΔP ' day ρ g N= 1000 η q η tr N= 9,931 14258,825 1,197 9,81 = 1886 (KW) 1000 0,98 0,9 − Công suất động cơ: Ndc = k3x N (k3: hệ số dự trữ = 1,1.) Suy Nđc =1,1 x 1886 = 2074 (KW) Với số liệu quạt đẩy ta chọn quạt ly tâm II 4-70 No10 + Tốc độ quay bánh guồng: n =50 (m/s) + Lưu lượng: 36000 m3/h + Áp suất: 15000 pa Kích thước: 1786 x 1490 x 1538 (mm) Quạt hút Quạt hút đặt sau hệ thống sấy − Năng suất quạt hút: Qhut = V'1= 37415,535(m3/h) Năng suất thực tế quạt hút: Q'hut = 1.03xQhut = 38538,001(m3/h) = 10,705 ( m3/s) − Áp suất làm việc: ΔPhut = 10448,625 (N/m2) (Đã tính phần trên) Áp suất làm việc thực tế: ΔP'hut = 1,03xΔPhut = 1,03 x 10448,625 = 10762,084 (N/m2) − Nối trục quạt với trục động khớp trục: η tr = 0,98 − Công suất trục động cơ: N= Q ' hut ΔP ' hut ρ g 1000 η q η tr N= 10,705 10762,084 1,179 9,81 = 1533,831 (KW) 1000 0,98 0,9 − Công suất động Ndc = k3xN Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 102 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang (k3: hệ số dự trữ, k3 = 1,1) Suy ra: N đc =1,1 x 1533,831 = 1700 (KW) Với số liệu quạt hút ta chọn quạt ly tâm II-4 70 No10 + Tốc độ quay bánh guồng: n =50 (m/s) + Lưu lượng: 36000 m3/h + Áp suất: 15000 pa Kích thước: 1786 x 1490 x 1538 (mm) Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 103 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang PHỤ LỤC Xilo chứa Xilơ có dạng hình trụ, đáy hình nón cụt có góc nghiêng α = 45o, làm thép, chọn hệ số chứa đầy φ = 0,9 Thể tích xilơ là: V = VT + VN = Trong đó: m V : Thể tích xilơ VN : Thể tích phần hình nón h2 D2 d D d VN = π h + + 2 H VT : Thể tích phần hình trụ h1 VT = V − Vn h2 = D α Vt π D2 d m : khối lượng nguyên liệu cần chứa, (kg) ρ : khối lượng riêng nguyên liệu, (kg/m3) Với: d đường kính ống tháo liệu Và: h = Hình 6.11 Xilơ chứa D−d tgα Xi lô chứa nguyên liệu sau sấy sơ Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 1361,111 (kg/h) Nguyên liệu chứa xilo cho ca làm việc sấy động, chọn thời gian lưu 4h: m = 1361,111 = 5444,444(kg) Chọn xilo chứa nguyên liệu cho sấy kết thúc: m= 5444,444 = 2722,222(kg) Thể tích thực xilo là: V = 2722,222 = 6,049(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 2,0 (m) d = 0,5 − Chiều cao phân đáy nón: − h1 = D−d 2,0 - 0,5 tgα = tg 45 = 0,75(m) 2 Thể tích đáy nón: 2,52 0,52 2,5 0,5 = 1,030(m3 ) VN = π 0,75 + + 2 − Thể tích phần thân trụ: Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo VT = 6,049 − 1,030 = 5,019(m3 ) Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 104 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 5,019 = 1,598(m) π 2,0 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,75 + 1,589 + 0,2 = 2,548(m) Xi lô chứa nguyên liệu sau sấy kết thúc Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 923,390 kg/h Nguyên liệu chứa xilo cho ca làm việc sấy động, chọn thời gian lưu 8h: m = 923,390 = 7387,121(kg) Chọn xilo chứa nguyên liệu cho sấy kết thúc Thể tích thực xilo là: V = 7387,121 = 16,416(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 2,8 (m) d = 0,8 (m) − h1 = − Chiều cao phân đáy nón: D−d 2,8 - 0,8 tgα = tg45 = 1,0 (m) 2 Thể tích đáy nón: 2,82 0,82 2,8 0,8 = 2,805(m3 ) VN = π 1,0 + + 4 2 − Thể tích phần thân trụ: VT = 16,416 − 2,805 = 13,611(m) − Chiều cao phần thân trụ: h2 = − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 1,0 + 2,212 + 0,2 = 3,412(m) 13,611 = 2,212(m) π 2,82 Xi lô chứa nguyên liệu sau phân loại theo kích thước Xilo chứa hạt kích thước 6,3mm Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 396,324(kg/h) Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 396,324 = 1585,296(kg) Thể tích thực xilo là: V = 1585,296 = 3,523(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 1,5 (m) d = 0,5 − h1 = − VN = Chiều cao phân đáy nón: D−d 1,5 - 0,5 tgα = tg45 = 0,5(m) 2 Thể tích đáy nón: 1,52 0,52 1,5 0,5 = 0,425(m) π 0,5 + + 2 Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 105 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khơ cà phê rang − Thể tích phần thân trụ: VT = 3,523 − 0,425 = 3,098(m3 ) − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 3,089 = 1,754(m) π 1,52 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,5 + 1,754 + 0,2 = 2,454(m) Xilo chứa hạt kích thước 5,6mm Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 113,235(kg/h) Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 113,235 = 452,942(kg) Thể tích thực xilo là: V = 452,942 = 1,007(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = (m) d = 0,25 − h1 = − VN = Chiều cao phân đáy nón: D−d - 0,25 tgα = tg450 = 0,375(m) 2 Thể tích đáy nón: 12 0,252 0,25 = 0,129(m3 ) π 0,375 + + 2 4 − Thể tích phần thân trụ: VT = 1,007 − 0,129 = 0,878(m) − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 0,878 = 1,118(m) π 12 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,375 + 1,118 + 0,2 = 1,693(m) Xilo chứa hạt kích thước 5mm Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 56,618(kg/h) Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 56,618 = 226,471(kg) Thể tích thực xilo là: V = 226,471 = 0,503(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 0,75 (m) d = 0,1 − h1 = − VN = − Chiều cao phân đáy nón: D−d 0,75 - 0,1 tgα = tg45 = 0,325(m) 2 Thể tích đáy nón: 0,752 0,12 0,75 0,1 = 0,055(m) π 0,325 + + 2 Thể tích phần thân trụ: Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo VT = 0,503 − 0,055 = 0,448(m) Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 106 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 0,448 = 1,015(m) π 0,752 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,325 + 1,015 + 0,2 = 1,540(m) Xi lô chứa nguyên liệu trước phối trộn Xilo chứa hạt kích thước 6,3mm Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 384,514(kg/h) Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 384,514 = 1538,054(kg) Thể tích thực xilo là: V = 1538,054 = 3,418(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 1,5 (m) d = 0,5 − h1 = − VN = Chiều cao phân đáy nón: D−d 1,5 - 0,5 tgα = tg45 = 0,5(m) 2 Thể tích đáy nón: 1,52 0,52 1,5 0,5 = 0,425(m) π 0,5 + + 2 − Thể tích phần thân trụ: VT = 3,418 − 0,425 = 2,993(m3 ) − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 2,993 = 1,694(m) π 1,52 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,5 + 1,694 + 0,2 = 2,394(m) Xilo chứa hạt kích thước 5,6mm Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 109,861(kg/h) Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 109,861 = 439,444(kg) Thể tích thực xilo là: V = 439,444 = 0,977(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = (m) d = 0,25 − h1 = − VN = − Chiều cao phân đáy nón: D−d - 0,25 tgα = tg450 = 0,375(m) 2 Thể tích đáy nón: 12 0,252 0,25 = 0,129(m3 ) π 0,375 + + 4 2 Thể tích phần thân trụ: Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo VT = 0,997 − 0,129 = 0,848(m) Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 107 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang − h2 = Chiều cao phần thân trụ: 0,848 = 1,080(m) π 12 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,375 + 1,080 + 0,2 = 1,655(m) Xilo chứa hạt kích thước 5mm m = 54,931(kg/h) Lượng nguyên liệu chứa xilo là: Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 54,931 = 219,722(kg) Thể tích thực xilo là: V = 219,722 = 0,488(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 0,7 (m) d = 0,1 − h1 = − VN = Chiều cao phân đáy nón: D−d 0,7 - 0,1 tgα = tg45 = 0,3(m) 2 Thể tích đáy nón: 0,72 0,12 0,7 0,1 = 0,045(m) π 0,3 + + 2 − Thể tích phần thân trụ: VT = 0,488 − 0,045 = 0,444(m) − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 0,444 = 1,153(m) π 0,7 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,3 + 1,153 + 0,2 = 1,653(m) Xi lô chứa cà phê sau phối trộn Xilo chứa cà phê loại 1: Lượng nguyên liệu chứa xilo là: m = 322,794(kg/h) Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 322,794 = 1291,175(kg) Thể tích thực xilo là: V = 1291,175 = 2,869(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 1,3 (m) d = 0,5 − h1 = − VN = − Chiều cao phân đáy nón: D−d 1,3 - 0,5 tgα = tg45 = 0,4(m) 2 Thể tích đáy nón: 1,32 0,52 1,3 0,5 = 0,271(m) π 0,4 + + 2 Thể tích phần thân trụ: Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo VT = 2,869 − 0,271 = 2,598(m3 ) Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 108 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 2,598 = 1,958(m) π 1,32 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,4 + 1,958 + 0,2 = 2,558(m) Xilo chứa cà phê loại loại 3: m = 224,314(kg/h) Lượng nguyên liệu chứa xilo là: Chọn thời gian lưu xilo 4h: m = 224,314 = 897,257(kg) Thể tích thực xilo là: V = 897,257 = 1,994(m3 ) 500 0,9 Chọn: D = 1,2 (m) d = 0,4 (m) − h1 = − Chiều cao phân đáy nón: D−d 1,2 - 0,4 tgα = tg45 = 0,4(m) 2 Thể tích đáy nón: 1,22 0,42 1,2 0,4 = 0,218(m3 ) VN = π 0,4 + + 2 − Thể tích phần thân trụ: VT = 1,994 − 0,218 = 1,776(m) − Chiều cao phần thân trụ: h2 = 1,776 = 1,571(m) π 1,2 − Chọn chiều cao ống tháo liệu h3 = 0,2 (m) Vậy tổng chiều cao xilo là: H = 0,4 + 1,571 + 0,2 = 2,171(m) Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thảo Giảng viên hướng dẫn: Đặng Minh Nhật 109 ... Nhật 14 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 3.1 Chọn phương pháp chế biến cà phê Chế biến cà phê nhân nhằm... Minh Nhật 25 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang 3.3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.3.2.1 Nguyên liệu Cà phê nhân sản phẩm nhà máy, phần cà phê nhân thành... Đặng Minh Nhật 10 Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô cà phê rang Bảng 2.7 Tỷ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép Loại cà phê Cà phê chè Cà phê vối Hạng Hạng Không lẫn R Được