đồ án nhiệt sấy cà phê nhân 2000kg khôh tại đăklăk

ối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO ĐỒ ÁN NHIỆT

Tên đề tài :

Sấy cà phê nhân 2000 kg khô/h tại ĐăkLăk

Thiết bị sấy thùng quay.

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến

60 ở các viện và các trường đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết những vấn đề

kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp Trong những năm70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô ối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất.Đặc biệt là sấy cà phê nhân Đó là thành phẩm để chế biến cà phê bột ,cà phê sữa,các loại bánh cao cấp,v.v Do đặc thù của cà fê nhân khi sấy phải giữ đượcmùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta có thể dùng các thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm.v.v Trong đồ án này chúng em có nhiệm vụ sấy cà phê nhân bằng thiết bị sấy thùng quay.với năng suất 2000kg khô/h tại ĐăkLăk

Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào tạo sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi soi sót trong quá trình thiết kế Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của GVC.TS.Lê Minh Nhựt để em có thể hoàn thành tốt

đồ án này

Chương 1 :

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT

LIỆU SẤY

1.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CẢU QUẢ CÀ PHÊ

1.1.1 Lịch sử cây cà phê và cấu tạo giải phẩu

- Trên thế giới cây cà phê đầu tiên mọc hoang dại ở cao nguyên Etiopia (Châu Phi) Sau được quân đội xâm lược Etiopia đưa sang Ả-Rập tử thể kỷ 13-14

- Năm 1554 cà phê Ả-Rập tràn sang Thổ Nhĩ Kỳ

- Năm 1573 được trồng ở Syria

- Năm 1614 người Hà Lan từ cảng Macha của Ả-Rập lấy hạt và đưa cây non

về Hà Lan

- Sau đó chỉ trong vòng nửa thế kỷ cá phê đã xuất hiện cong quanh thế giới (Bắc Mỹ, Brazil)

- Năm 1868 một trận dịch Hemileica Vastatrix phát triển ghê gớm, cà phê chè (Arabia) khó trồng ở xứ nóng ẩm, do đó người ta bắt đầu nghiên cứu và phát hiện ra những loại cây khác thay thế cà phê như C.Canephora, C.Liderica mọc hoang dại ở niềm rừng núi ẩm của Châu Phi

- Cuối thể kỷ 18, cà phê phát triện khắp các vùng nhiệt đới thuộc Châu Âu, Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ

- Để cứu vãn tình hình ấy, năm 1905 thực dân Pháp đã đưa vào Việt Nam loại

cà phê vối (C.Robusta) và cà phê mít (C.Excelsa) thay thế cà phê chè ở vùng thấp

- Năm 1910 những đồn điền cà phê mới lại tiếp tục mọc lên ở Hà Tĩnh

- Năm 1911 được trồng ở Yên Mỹ (Thanh Hoá)

- Năm 1915 được trồng ở Nghĩ Đàn (Nghệ An) Đồng thời cũng thăm dò khả năng thích nghi của cà phê ở Tây Bắc

- Năm 1925 cà phê được phát triển ở Tây Nguyên

lớp vỏ lụa , nhân

 Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài , mềm ,ngoài bì có màu đỏ , vỏ của cà phê chè (Arabica) mềm hơn cà phê vối (canephora ) và cà phê mít (excels )

 Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt , gọi là trung bì , vỏ thịt cà phê chè mềm , chứa nhiều chất ngọt , dễ xay xát hơn Vỏ cà phê mít cứng và dày hơn

 Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phôi khô gọi là cà phê thóc ,vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất sơ gọi là vỏ “trấu” tức là nội bì Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn là cà phê vối và cà phê mít

 Xát cà phê thóc là một vỏ mỏng , mềm gọi là vỏ lụa , chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỉ hạt trong quá trình chế biến Vỏ cà phê phối có màu nâu nhạt Vỏ lạu cà phê mít màu vàng nhạt bám xát vào nhân cà phê

 Trong cùng là nhân cà phê Lớp tế bòa phần ngoài của nhân cứng có những

tế bào nhỏ , trong có chứa những chất dầu Phía trong có những tế bòa lớn

và mềm hơn Một quả cà phê thường có 1 ,2 hoặc 3 nhân Thông thường thì chỉ có 2 nhân

Bảng 1: Tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê ( tính theo % quả tươi ).

Các loại vỏ và nhân Cà Phê Chè (%) Cà Phê Vối (%)

Thành phần hoá học Tính bằng g/100g

Nước

Chất béo

Đạm

Protein

Cafeine

Acid Clorogenic

Trigonenlin

Tannin

Acid Cafetanic

Acid Cafeic

Patosan

Tinh Bột

Dextrin

Đường

Xenlulose

Hemicenllulose

8 – 12

4 – 8 1,8 – 2,5

9 – 16 0.8 – 2

2 – 8

1 – 3 2

8 – 9 1 5

5 – 23 0,85

5 – 10

10 – 20 20

Bảng 2: Thành phần hoá học của nhân cà phê

Nhóm Aldehyde: Rất dễ bay hơi ở nhiệt độ 21oC

- Acetaldehyde

Bảng 3: Thành phần chức năng của các nhóm chất dễ bay hơi

Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thóc Cà phê nhân có hình dáng bầu dục,

có chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm

- Khối lượng riêng: ρ= 650 kg/m3

- Nhiệt dung riêng: c=3,37 kcal/kgoC

- ω1 = 20%, ω2 = 12%

- Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép của cà phê nhân:

23,5

2, 218 4,343.ln

0,37 0,63

h

tb





Trong đó:

th là nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt

τ là thời gian sấy

ωtb là độ ẩm trung bình: ωtb = 0,5.( ω1 + ω2) = 0,5.(20 + 12) = 16%

Vậy:

3 0,37 0,63.0,16

h



Quy trình sản xuất cà phê nhân

Cà phê nhân sau khi đã loại bỏ lớp vỏ quả, thịt quả và vỏ trấu đem đi sấy khô gọi là cà phê nhân Đề cà phê nhân sống có giá trị thương phẩm cao chúng ta phải sấy khô đến mức độ nhất định (độ ẩm mà nhà chế biến yêu cầu) Rồi sau đó

tiếp tục quá trình chế biến tinh khiết hơn như: cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hoà tan Hoặc các sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, và các loại bánh kẹo

cà phê

Hình 2: Cà phê nhân.

Hình 3: Cà phê nhân và vỏ sau khi được tách ra.

Một số tiêu chẩn cà phê nhân:

- Độ ẩm: 12,5 %

- Đen vỡ: 0% → 3%

- Tạp chất: 0% → 0,5%

- Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807:2001

- Màu sắc, mùi vị tự nhiên

- Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…

- Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001 : 90 lỗi max/300g

Trong sản xuất cà phê có 2 phương pháp chính:

- Phương pháp sản xuất khô.

Hình 4: sơ đồ chế biến khô

Đây là quá trình đơn giản hơn so với chế biến ướt Quả cà phê tươi cần được làm khô ngay khi có thể Đôi khi, quả hái về còn để trong bao hay chất đống đến cả tuần lễ Việc này làm nhiệt độ tăng cao và lên men nhanh chóng, sự lên men này khác về bản chất so với quá trình lên men áp dụng trong chế biến ướt, dẫn đến giảm chất lượng và tăng rủi ro về OTA (Ochratoxin A là độc tố vi nấm được Cơ quan quốc tế nghiên cứu về ung thư (International Agency for Research on Cancer) xếp vào loại có thể gây ung thư cho người (nhóm 2B))

- Phương pháp sản xuất ướt:

Hình 5: sơ đồ chế biến ướt.

Chế biến ướt đòi hỏi nguyên liệu gồm chỉ các quả chín được hái chọn hoặc được tách ra bằng máy trong quá trình chế biến Nhớt được loại bỏ hoặc là bằng lên men, dùng máy móc hoặc bằng hóa chất

Khi quá trình lên men kết thúc, cà phê được rửa trong các bể nước sạch hoặc trong máy rửa chuyên dùng

Sau khi qua hệ thống rửa - phân loại và trước khi loại bỏ thịt quả, có thể thực hiện tách quả xanh ra khỏi quả chín, bằng cách sử dụng sự khác biệt về lực nén trong một máy tách quả xanh Quả chín, mềm lọt qua lỗ sàng Quả xanh cứng không qua được lỗ sàng, được đi đến cuối ống

So sánh 2 phương pháp ta thấy:

- Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công nhưng

có nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (nếu không có hệ thống sấy), còn nếu có thiết bị sấy thì thao tác kỹ thuật cũng khá đơn giản

- Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kỹ thuật cao hơn Nhưng phương pháp này thích hợp với mọi hoàn cảnh, mọi điều kiện thời tiết cao hơn Rút ngăn thời gia sản xuất, tăng năng suất nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm

CHƯƠNG 2:

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY.

Năng suất thiết bị sấy: G2 = 2000 kg khô/h

I Chọn phương pháp sấy:

1 Chọn thiết bị sấy:

Chọn thiết bị sấy thùng quay vì đây là thiết bị đối lưu chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ, được dùng rộng rãi sau thu hoạch để sấy các loại hạt ngũ cốc Cấu tạo chính của thiết bị này là 1 thùng sấy hình trụ tròn Vật liệu sấy được đưa vào thùng sấy cùng với tác nhân sấy, thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa trao đổi nhiệt ẩm với tác nhân sấy vừa bị xáo trộn và đi từ đầu cao đến đầu thấp của thùng sấy Do tiếp xúc trực tiếp với tác nhân nên trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ đồng đều cao và làm việc với năng suất lớn

Bảng : Các phương pháp sây và tiêu chuẩn lựa chọn:

Phươn

g Pháp

Sấy

Đặc tính nguyên liệu Điều kiện sấy

Mẻ/

liên tục

Rắn/

Lỏng

Ẩm dầu

Nhạy cảm nhiệt

Kích thướ c

Cứng

cơ học

Tốc

độ sấy

2 Giới thiệu về phương pháp sấy nóng:

Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng

Do vậy độ ẩm tương đối  giảm dần đến phân áp suất hơi nước pamtrong tác nhân

sấy giảm Và do nhiệt độ vật liệu sấytăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản nên phần áp suất hơi nước trên bề mặt pab vật liệu tăng

Có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường:

 Giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách tăng nhiệt độ cho nó

 Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy

Tóm lại, nhờ đốt nóng hoặc cả tác nhân sấy lần vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật pab và phân

áp suất hơi nước trong tác nhân sấy pam tăng dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường

Đối với thiết bị sấy thùng quay các giai đoạn của quá trình sấy phân bố ổn định theo chiều dài thùng Trong thùng sấy, hạt cà phê nhân được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rớt xuống, vật liệu sấy tiếp xuc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng có trọng lượng nhỏ) mà vật liệu sấy được vận chuyển dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dài thùng sấy và ra ngoài, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 12%

- Sơ đồ nguyên lý của thiết bị:

3 Chọn tác nhân sấy và chế độ sấy:

- Chọn tác nhân sấy: Đối với cà phê nhân (chỉ có lớp lụa bên ngoài) nên trong quá trình sấy yêu cầu sạch, không bị ô nhiễm, ko bán bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng

- Chọn chế độ sấy:

Chế độ sấy trong hệ thống thùng quay được hiểu là bao gồm ba yếu tố:

 Nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy t1

 Nhiệt độ ra khỏi thùng sấy t2, không có hồi lưu

 Hạt cà phê nhân được nâng lên độ cao nhất định sau đó rơi xuống Trong quá trình vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình chuyền nhiệt và chuyền khối làm bay hơi ẩm

Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng t2 được chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là ít nhất Tốc độ tác nhân sấy đi tròn thùng sẽ được quyết định

sợ bộ sau tính toán lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết, chọn tiết diện thùng sấy Tốc độ được chọn sơ bộ này sẽ được kiểm tra lại sau khi tính toán xong quá trình sấy thực

Chọn chế độ sấy căn cứ vào 2 tiêu chí: sự làm việc của thiết bị và căn cứ vào tác nhân sấy

Đối với vật liệu là cà phê nhân ta cần phải có một chế độ sấy thích hợp để đảm bào giữ được các tính chất về hương vị, màu sắc, và các thành phần có trong

Thông số tác nhân sấy:

 Nhiệt độ vào: t1 =

 Nhiệt độ ra: t2 = th + (5÷10)oC, với th là nhiệt độ đốt nóng cho phép của

cá phê nhân

Thông số của vật liệu sấy:

 Nhiệt độ vật liệu vào: tvl = t0 = 23,3%, độ ẩm không khí

0

bh

p

t

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu: W1 = 20%

 Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: W2 = 12 %

Gầu tải đưa vật liệu lên phễu chứa Thông qua đĩa phân phối, vật liệu sấy được đưa vào thùng sấy có khối lượng bằng một mẻ sấy

4 Chọn thời gian sấy:

Việc chọn thời gian sấy đóng vai trò quan trọng trong tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại vật liệu sấy, hình dạng, kích thước hình học của vật liệu, chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ tác nhân sấy)

Phương pháp xác định thời gian sấy bằng giải tích khó thực hiện được và có

độ chính xác thấp – thực tế thường chọn theo thực nghiệm đối với cà phê nhân với thiết bị sấy thùng quay:

Ta chọn thời gian sấy là: τ = 20 phút

II Tính toán quá trình sấy lý thuyết:

Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ thị I-d:

 Điểm O (t0,  0) là trạng thái không khí bên ngoài.

 Điểm 1 (t1,  0) là trạng thái không khí vào buồng sấy.

 Điểm 2 (t2,  0) là trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuyết.

1 Tính toán trạng thái không khí bên ngoài:

Không khí lấy vào thiết bị sấy là không khí trong phân xưởng ta có thể chọn t

Từ đó ta có:

0 0 0

0 0

622.

.

bh bh

p d







 , t0= thao công thức

0

bh

p

t