Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 7000 tấn cà phê quả tươi năm

LỜI MỞ ĐẦUNước ta hiện nay đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển vượt bậc của nhiều ngành kinh tế, đời sống tinh thần và vật chất của người Việt Nam và thế giới nói chung ngày càng nâng cao. Hòa cùng sự phát triển của nền kinh tế đất nước như hiện nay có sự đóng góp không ngừng của các mặt hàng xuất khẩu như may mặc, thủy sản, cà phê, …trong đó cà phê là một trong những mặt hàng mang lại nguồn thu nhập không nhỏ, đóng góp vào sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước.Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị trên thế giới, một mặt hàng được buôn bán rộng rãi, giao lưu nhiều vào loại thứ nhì trong công tác mậu dịch quốc tế. Cà phê là một thứ nước uống hấp dẫn đối với nhiều người và nhiều lứa tuổi trên thế giới, bởi lẻ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt khiến cho người ta thích thú một cách khó tả. Mặt khác, nó là một loại thức uống kích thích thần kinh, gây hoạt động minh mẫn cho trí óc… những tác dụng sinh lý trên chủ yếu là do hoạt chất chính của nó là cafein. Tuy nhiên, cafein là một hoạt chất độc, vì vậy uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, uống quá nhiều thì sẽ làm cho thần kinh quá kích thích bị rối loạn sau đó có thể dẫn đến suy nhược. Trên thế giới, cà phê đứng vào hạng thứ hai sau dầu hỏa và nó dẫn đầu tất cả các nông sản khác. Nước ta là một nước có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này như Gia Lai, DakLak, Kon Tum,…Diện tích canh tác và sản lượng thu hoạch cà phê tăng nhanh qua từng năm. Diện tích năm 19891990 đạt 123000 ha và sản lượng đạt 90000 tấn. Đến năm 1990 đạt 350000 ha và sản lượng đạt 400000 tấn. Năm 20082009 đạt 520000 ha và sản lượng đạt hơn 1 triệu tấn.Cùng với việc phát triển trồng cà phê thì kỹ thuật chế biến có ảnh hưởng đến phẩm chất cà phê. Hiện nay, chúng ta có nhiều cơ sở chế biến cà phê nhân sống xuất khẩu và chế biến cà phê bột, cà phê hòa tan, song quy mô còn nhỏ chưa tập trung, chủ yếu là các cơ sở tư nhân với năng suất thấp, chất lượng không cao.Do đó yêu cầu cấp thiết đặt ra xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân với quy mô công nghiệp hiện đại để nâng cao chất lượng của cà phê và những mặt hàng chế biến từ cà phê nhân để đáp ứng cho nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu.Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 7000 tấn cà phê quả tươinăm.

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta hiện nay đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đấtnước cùng với sự phát triển vượt bậc của nhiều ngành kinh tế, đời sống tinh thần vàvật chất của người Việt Nam và thế giới nói chung ngày càng nâng cao Hòa cùng

sự phát triển của nền kinh tế đất nước như hiện nay có sự đóng góp không ngừngcủa các mặt hàng xuất khẩu như may mặc, thủy sản, cà phê, …trong đó cà phê làmột trong những mặt hàng mang lại nguồn thu nhập không nhỏ, đóng góp vào sựnghiệp xây dựng và phát triển đất nước

Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị trên thế giới, một mặt hàng đượcbuôn bán rộng rãi, giao lưu nhiều vào loại thứ nhì trong công tác mậu dịch quốc tế

Cà phê là một thứ nước uống hấp dẫn đối với nhiều người và nhiều lứa tuổi trên thếgiới, bởi lẻ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt khiến cho người tathích thú một cách khó tả Mặt khác, nó là một loại thức uống kích thích thần kinh,gây hoạt động minh mẫn cho trí óc… những tác dụng sinh lý trên chủ yếu là do hoạtchất chính của nó là cafein Tuy nhiên, cafein là một hoạt chất độc, vì vậy uốngnhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, uống quá nhiều thì sẽ làm cho thần kinh quá kíchthích bị rối loạn sau đó có thể dẫn đến suy nhược

Trên thế giới, cà phê đứng vào hạng thứ hai sau dầu hỏa và nó dẫn đầu tất cảcác nông sản khác Nước ta là một nước có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triểnloại cây cao cấp này như Gia Lai, DakLak, Kon Tum,…Diện tích canh tác và sảnlượng thu hoạch cà phê tăng nhanh qua từng năm Diện tích năm 1989-1990 đạt

123000 ha và sản lượng đạt 90000 tấn Đến năm 1990 đạt 350000 ha và sản lượngđạt 400000 tấn Năm 2008-2009 đạt 520000 ha và sản lượng đạt hơn 1 triệu tấn

Cùng với việc phát triển trồng cà phê thì kỹ thuật chế biến có ảnh hưởng đếnphẩm chất cà phê Hiện nay, chúng ta có nhiều cơ sở chế biến cà phê nhân sốngxuất khẩu và chế biến cà phê bột, cà phê hòa tan, song quy mô còn nhỏ chưa tậptrung, chủ yếu là các cơ sở tư nhân với năng suất thấp, chất lượng không cao

Do đó yêu cầu cấp thiết đặt ra xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân vớiquy mô công nghiệp hiện đại để nâng cao chất lượng của cà phê và những mặt hàngchế biến từ cà phê nhân để đáp ứng cho nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu

Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất

cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 7000 tấn cà phê quả tươi/năm

CHƯƠNG 1:

LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT1.1 Đặt vấn đề:

Nước ta do có trình độ khoa học và công nghệ còn bị hạn chế, vì vậy sản phẩm

cà phê nhân trên thị trường thế giới còn kém chất lượng và năng suất càng thấp Đểtạo được thương hiệu cho cà phê Việt Nam trên thị trường đồng thời nâng cao giáthành sản phẩm, tăng doanh thu thì vấn đề thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhâncho hiệu quả kinh tế cao có khả năng đứng vững trên thị trường là vấn đề hết sứcquan trọng

Để xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê nhân thì cần chú ý đến những vấn đềsau:Tính khả thi, nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm, vị trí xây dựng,nguồn nhân lực, địa điểm xây dựng, hợp tác xã, liên hợp hoá, năng suất, xử lý chấtthải, đường giao thông, nguồn cung cấp năng lượng: điện, nước, nhiên liệu…

1.2 Tính khả thi:

Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, đời sống nhândân ngày càng được cải thiện về mặt vật chất cũng như tinh thần Vì vậy nhu cầucuộc sống ngày càng cao Do vậy việc thưởng thức các loại thức uống nói chung và

cà phê nói riêng ngày càng tăng Mặt khác trong những năm vừa qua sản lượng vàdiện tích cà phê không ngừng tăng lên, thị trường xuất khẩu rộng lớn Bên cạnh đónguồn nguyên liệu nước ta vô cùng dồi dào Từ các điều kiện trên cho thấy việc xâydựng thêm một nhà máy chế biến cà phê nhân với quy mô công nghiệp, hiện đại làhoàn toàn có tính khả thi

1.3 Vị trí xây dựng:

Để xây dựng được một nhà máy đứng vững trên thị trường thì ta cần phải chọnđịa điểm sao cho phù hợp là điều hết sức quan trọng Muốn vậy nhà máy được xâydựng cần phải thoả mãn các điều kiện sau: gần nguồn nguyên liệu, gần sông hồ đểtận 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…

Dak Lak là một tỉnh có diện tích trồng cà phê lớn nhất nước ta, với 174.740 ha

cà phê, với sản lượng mỗi năm đạt trên dưới 435.000 tấn cà phê nhân Đồng thời có

vị trí địa lý rất thuận lợi cho việc sản xuất cà phê, phía đông giáp Phú Yên và KhánhHoà, phía bắc giáp Gia Lai, phía nam giáp Bình Phước và Lâm Đồng, tây nam giápCambuchia, có trên 300.000 ha đất đỏ bazan rất thuận lợi cho việc phát triển cây cà

phê, có quốc lộ 14, 26, 27 nối liền tỉnh Dak Lak với thành phố Hồ Chí Minh, KhánhHòa, Phú Yên, Gia Lai rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sảnphẩm Mặt khác trên địa bàn tỉnh còn nhiều nhà máy khác như: nhà máy bia, nhàmáy chế biến mủ cao su,… tạo thành một cụm khu công nghiệp rộng lớn.

Dựa vào những điều kiện trên, tôi quyết định chọn tỉnh DakLak là địa điểm xâydựng mà cụ thể là gần nông trường cà phê Cưpul huyện Krông Pak, nằm gần quốc

lộ 26, quốc lộ 14, quốc lộ 27, cách trung tâm thành phố 20km về phía Đông

Các thông số về điều kiện thời tiết tại DakLak:

- Nhiệt độ trung bình hàng năm: 23,30C

- Độ ẩm trung bình : 82 %

- Hướng gió chính: Đông nam và Đông Bắc

1.4 Nguồn nguyên liệu:

Nước ta có nhiều tỉnh có khí hậu rất thích hợp cho việc trồng cà phê trong đóDaklak là một tỉnh có diện tích và sản lượng cà phê lớn nhất nước ta với nhiềuhuyện trồng cà phê như: Krông buk, Krông Nô, Dakmin, CưM’nga, Ea Sup, KrôngEana, Krông Pak… Ngoài ra, ta có thể vận chuyển nguồn nguyên liệu cà phê từ cáctỉnh khác như: Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum, Đồng Nai… Do vậy việc chọn địađiểm đặt nhà tại tỉnh Đaklak là hoàn toàn hợp lý, vừa giảm được chi phí vận chuyển

vừa đảm bảo chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất

1.5 Đường giao thông: Nhà máy ở địa điểm rất thuận tiện

thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê đảm bảochất lượng đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương.

1.7 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 việc sản xuất của nhà máy đượcliên tục, nhà máy đã chuẩn bị một máy phát điện dự phòng Đồng thời trong nhàmáy cũng có đặt trạm biến thế riêng để lấy điện từ đường dây cao thế của mạng lướicung cấp điện chung trong khu vực

- Nước: Nguồn nước của nhà máy được bơm từ giếng khoan sau đó được qua

hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất

- Nhiên liệu: sử dụng trong nhà máy bao gồm: Dầu, xăng dùng cho xe ô tô, xevận chuyển của nhà máy

1.8 Nguồn nhân lực:

Tây Nguyên có lực lượng lao động tại chỗ rất dồi dào, có trên 4 triệu dân, ngoàilượng lao động tại các xã trong huyện còn có công nhân tại các huyện lân cận Độingũ cán bộ và cán bộ kỹ thuật có thể tuyển tại các trường đại học như: Đại Học TâyNguyên, Đại Học Bách Khoa…và nhân tài trong cả nước

1.9 Hợp tác hoá, liên hợp hoá:

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đầu tư trang thiết bị, máy móc, phát triểnnâng cấp, cải tiến kỹ thuật của nhà máy đồng thời tạo điều kiện cho việc sử dụngchung những công trình giao thông vận tải, cung cấp điện, nước…thì vấn đề hợp táchoá giữa nhà máy sản xuất cà phê tại DakLak với các nhà máy tỉnh khác là thật sựcần thiết

Ngoài ra liên hợp hóa còn có tác dụng nâng cao hiệu quả kinh tế, nâng cao hiệuquả sử dụng nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm, phế phẩm của nhà máy này lànguyên liệu cho các nhà máy khác

1.10 Xử lý chất thải:

Nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trongnhà máy đến bể xử lý trước khi thải ra môi trường Đối với chất thải rắn được xử lýbằng phương pháp vi sinh

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU2.1 Đặc tính thực vật của cà phê

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

3 loại cà phê chính sau:

- Giống Arabica: gồm các giống thông thường như là: typical, caturra, moka…

- 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

2.1.1 Cà phê Arabica (cà phê chè):

Đây là loại cây được trồng nhiều nhất trên thế giới Nguồn gốc của giốngnày là ở cao nguyên Etiôpia vùng nhiệt đới Đông Châu Phi

2.1.1.1 Đặc tính

Hình 2.1: Quả cà phê Arabica

Cây cà phê Arabica cao từ 3-5m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể caođến 7m, độc thân hoặc nhiều thân, lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, quả thườnghình trứng có khi hình cầu, khi quả chín có màu đỏ tươi, một số giống khi chín cómàu vàng đường kính quả 10-15mm Số lượng quả 800-1200 quả/kg, thời gian nuôiquả 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 vớimiền 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 bámcứng vào nhân Ngoài vỏ lụa là vỏ trấu cứng, ngoài cùng là vỏ thịt Từ 5-7 kg quả sẽ

thu được 1kg nhân cà phê sống Màu hạt xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, tùy theocách chế biến Lượng cafein có trong nhân khoảng 1-3% tùy theo giống.

2.1.1.2 Năng suất.

Loại thường: 400-500 kg cà phê nhân/1hecta, loại tốt: 600-800 kg cà phênhân/1hecta Tỷ lệ thành phẩm / nguyên liệu khoảng: 14-20%

2.1.2 Cà phê Robusta (cà phê vối):

Nguồn gốc khu vực sông Công gô miền núi vùng thấp xích đạo và nhiệt đớiTây Châu Phi

2.1.2.1 Đặc tính.

Hình 2.2: Quả cà phê Robusta

Robusta cao từ 5-7m quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏthẫm Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Arabica Từ 5-6 kg quả sẽ thu được 1kg càphê 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 cácmắt cũ của cành Nhân hình hơi tròn, to ngang vỏ lụa màu ánh nâu bạc Màu sắc củanhân xám xanh, xanh bạc vàng mỡ gà ….tùy thuộc chủng và phương pháp chế biếnlượng cafein có khoảng 1,5%

2.1.2.1Năng suất.

Có năng suất lớn hơn cà phê Arabica, 500-600 kg/1ha Tuy loại cà phê nàyhương thơm ít nhưng khả năng kháng sâu bệnh loại này rất tốt

2.1.3 Cà phê Chari:( cà phê mít)

Nguồn gốc ở xứ Ubangui Chari thuộc biển hồ gần sa mạc Xahara, loại nàyđược đưa vào Việt Nam 1905

2.1.3.1 Đặc tính.

Chari cây lớn cao 6- 15 m lá hình trứng hoặc lưỡi mác, gân lá nổi nhiều ởmặt dưới, quả hình trứng nuốm hơi lồi và to Quả chín cùng 1 lúc với đợt hoa mới,

nở và nụ quả, đó là điều bất lợi trong thu hoạch Quả thường chín vào tháng 5 đếntháng 7.

2.1.3.2 Năng suất.

- Loại thường: 500-600 kg/1ha, loại tốt: 1200-1400 kg/1ha

- Tỷ lệ thành phẩm / nguyên liệu: 10-15%

Hoa của 3 loại cà phê mô tả trên đều nở cả chùm, màu trắng và hương thơm ngát

2.2 Thành phần hoá học của quả cà phê.

2.2.1 Cấu tạo và giải phẩu quả cà phê:

2.2.1.3Lớp 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 rấtmỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến Vỏ lụa cà phê vối màu nâunhạt, vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê

2.2.1.4 Nhân cà phê:

Đây là lớp trong cùng của quả cà phê, phía ngoài của nhân là lớp tế bào rấtcứng có những tế bào nhỏ chứa những chất dầu Phía trong có những tế bào lớn vàmềm hơn Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường thì chỉ 2 nhân

2.2.2 Thành phần hóa học của các phần cấu tạo quả cà phê.

2.2.2.1 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, 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:

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của vỏ quả ( tính theo % trong 1 g)

Thành phần hóa học C.phê Arabica (%) C.phê Robusta (%)

Đường không khử 20,0

-Độ pH của lớp nhớt tùy theo độ chín của quả thường từ: 5,6-5,7 đôi lúc lêntới 6,4 Trong lớp nhớt đặc biệt có men pectinaza phân giải pectin trong quá trìnhlên men

2.2.2.3 Thành phần hóa học của vỏ trấu:

Gồm có xenlulo là chủ yếu Sau đây là thành phần hóa học của vỏ trấu càphê chè đã lên men sau 40 giờ và rửa sạch:

Bảng 2.4: Thành phần hóa học của vỏ trấu.

Thành phần hóa học Cà phê Arabica (%) Cà phê Robusta (%)

Vỏ trấu dể cháy nên dùng làm chất đốt, có thể đóng thành bánh không cần

chất dính bằng các loại máy ép than, ép mùn cưa

2.2.2.4 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 axithữu cơ chủ yếu là axit clorogenic và các chất ancaloit Trên thế giới cũng như trongnước 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 bayhơi và cấu tử của mùi thơm

Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùithơm 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

Bảng 2.5: Thành phần hóa học của nhân cà phê.

2.3 Một số các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê.

2.3.1 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 trênđất 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

2.3.2 Ảnh hưởng của chế độ chăm sóc kỹ thuật:

Chế độ chăm sóc kỹ thuật trong thời gian trồng cà phê rất quan trọng, ngườitrồng cà phê quyết định chất lượng cà phê Các biện pháp chăm sóc kỹ thuật gồmcó: - 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

2.3.3 Ảnh hưởng của độ cao:

Độ cao cũng ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê Cà phê trồng ở trên caothì có hương vị đặc biệt và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở vị trí thấp

2.3.4 Ảnh hưởng của giống:

Giống cà phê có một ý nghĩa quyết định đến chất lượng cà phê Chính chấtlượng vốn có của sản phẩm chứa đựng trong giống Sự khác nhau về chất lượnggiữa các loại cà phê chè, vối, mít cũng do giống quyết định Nước pha cà phê chè cóhương 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

2.3.5 Ảnh hưởng của sâu bệnh:

Sâu bệnh tấn công cũng sẽ làm cho hạt cà phê bị hư hại Mọt đục quả cà phêtạo ra các hạt thủng, có rãnh Ngoài mọt đục quả ra thì các loại sâu khác cũng gâyhại đến cà phê Chúng đục rỗng những quả cà phê khô Khi thời tiết nóng ẩm là lúcchúng làm tổ trong nhân cà phê

2.3.6 Ảnh hưởng của việc thu hái:

Cà phê dù được chế biến theo phương pháp nào đều phải được thu hái khi quảchín đều mới có sản phẩm chất lượng cao Các hạt cà phê xanh non có tỉ trọng hạtthấp, nước pha uống có vị ngái, không thơm, kém hấp dẫn Quả cà phê quá chín gâykhó khăn trong quá trình xát đồng thời làm cho nước uống có mùi vỏ quả không hấpdẫn, nước uống có chất lượng không cao

2.3.7 Ảnh hưởng của quá trình bảo quản, vận chuyển:

Trong quá trình bảo quản, độ ẩm và nhiệt độ trong kho, đặc biệt là độ ẩm củahạt 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 trongkho bảo quản quá cao hoặc quá thấp có thể làm cho chất lượng cà phê trong kho bảoquản bị giảm rõ rệt chủ yếu được biểu hiện ở sự biến đổi màu của hạt cà phê, chấtlượng nước uống

Với khâu vận chuyển ta quan tâm đến tình trạng vệ sinh của phương tiện vậnchuyển, ví dụ không dùng xe chở gia súc để vận chuyển cà phê, không dùng xe tảichở phân hóa học để vận chuyển cà phê

2.3.8 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 nướctrong nhân cà phê xuống còn khoảng 13%

Cà phê được chế biến theo phương pháp khô có thể tận dụng năng lượng mặttrời để phơi Sân phơi phải sạch, được lát gạch hoặc được xây bằng xi măng Cà phêphơi quá dày, không cào đảo cũng dễ bị nấm mốc xâm nhiễm, khi phơi trên sàn đấtthì khó tránh khỏi cà phê bị nhiễm mùi đất và bị nhiễm các loại vi sinh vật khác ảnhhưởng đến chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm của cà phê

CHƯƠNG 3:

CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN 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 hạtnhân cà phê và phơi sấy khô đến mức độ nhất định, làm cho cà phê nhân sống cómột giá trị thương phẩm cao Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiếthơn như chế biến cà phê rang, chế biến cà phê hòa tan….Hoặc các sản phẩm khác

có phối chế như cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê

Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân có hai phương pháp chính:

+ Phương pháp chế biến ướt

+ Phương pháp chế biến khô

- Phương pháp chế biến ướt: 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 bênngoài và phơi sấy khô dần đến độ ẩm nhất định

Công đoạn xát và đánh bóng: loại bỏ lớp vỏ trấu và lớp vỏ lụa để tạo thành càphê nhân bán thành phẩm

- Phương pháp chế biến khô:

Công đoạn chính của phương pháp là sau khi phơi hoặc sấy cà phê đến độ

ẩm nhất định ta dùng máy xát khô để loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không thôngqua công đoạn chế biến thành cà phê thóc

Sở dĩ ta chọn phương pháp chế biến khô vì đây là một phương pháp chế biếnđơn giản, ít tốn năng lượng,ít vốn đầu tư, thiết bị đơn giản, ít gây ô nhiễm môitrường Đây là một phương pháp mang tính thủ công nhưng nó rất phù hợp vớinhiều cơ sở sản xuất cà phê nhân ở nước ta Nó đã đem lại nguồn thu nhập khổng lồcho đất nước

3.2 Dđy chuyền công nghệ sản xuất că phí nhđn theo phương phâp khô 3.2.1 Dđy chuyền công nghệ: [ 8, tr 18]

Phđn loại theo trọng lượng

lượngPhđn loại theo mău sắcPhối trộn, cđn, đóng bao

3.2.2.1 Nguyên liệu. [ 8, tr 19-20]

Nguyên liệu là các loại cà phê quả đã được thu hoạch, loại cà phê chính đượctrồng ở nước ta là Robusta chiếm khoảng 97%

Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước vấn đề thu hoạch cà phê chủ yếu

là 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 thu 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 việcthu hái cần đạt các yêu cầu sau:

+ Cần thu hái đúng lúc, kịp thời, đúng tầm chín

+ Không thu hái những quả cà phê còn xanh, còn non chưa đầy đủ chất lượng.+ Phải hái từng quả, không hái từng chùm làm ảnh hưởng đến cây và năng suất mùasau

+ Khi thu hái phải bảo vệ các nụ hoa

+ Cần phân chia khu vực thu hái phù hợp với mùa chín cà phê

+ Cần giữ vệ sinh trong quá trình thu hái không được lẫn các tạp chất như: đất, cát,cành, lá…vào trong nguyên liệu

+ Sau khi thu hái xong phải vận chuyển ngay về nơi chế biến không để ủ đống quálâu làm cho cà phê nẫu, bốc nóng

 Vận chuyển và bảo quản nguyên liệu.

Sau khi thu hái xong cần nên vận chuyển ngay về nơi chế biến không nên ủđống quá lâu làm cho cà phê dễ bị hư hỏng Ta có thể vận chuyển bằng mọi phươngtiện như xe bò, xe ô tô…Trong khi vận chuyển tránh làm cho quả cà phê bị dập nát,tránh bị lẫn tạp chất

Nguyên liệu sau thu hái nên chế biến càng nhanh càng tốt, nếu chưa chế biếnthì không được chất thành đống mà phải được bảo quản ở nơi thoáng mát, có máiche và trải thành lớp dày khoảng 30-40 cm trên nền sạch, khô, 2-3 giờ ta tiến hànhđảo trộn một lần Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt thường kéo dài không quá

36 giờ

3.2.2.2 Phơi sấy: [ 8, tr 44-47]

Mục đích phơi sấy: Mục đích của quá trình này là hạ thủy phần của cà phê

xuống 10-12% để bảo quản tốt và thực hiện các quá trình tiếp theo

 Phơi cà phê:

Phơi cà phê là một khâu quan trọng đóng vai trò quyết định phần lớn vềphẩm chất cà phê nhân 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 phơiphải theo dõi luôn, những ngày đầu cà phê còn ướt cho phép phơi mỏng để quá trìnhbốc hơi nước nhanh Những ngày sau khi vỏ cà phê đã se và hơi khô thì phải phơidày để tránh nứt vỏ trấu Trong quá trình phơi cần đảo trở luôn để tăng cường sựbốc hơi của nguyên liệu và để cho cà phê khô đều Nắng càng to phải phơi càng dày

và đảo trở luôn

Sân phơi nên được làm bằng xi măng sạch Không nên phơi cà phê trên nềnđất Sân phơi yêu cầu phải có độ dốc nhất định và phải có hệ thống cống rãnh thoátnước thật tốt, cần xây nơi cao ráo, thoáng Trên sân phải có hệ thống che đậy đểtránh mưa, sương

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

 Sấy cà phê:

Cà phê sau khi phơi sấy sơ bộ thì đem đi sấy Có nhiều phương pháp sấynhưng người ta thường dùng hiện nay là sấy đối lưu và sấy tiếp xúc Ngoài ra còndùng phương pháp bức xạ hoặc phương pháp dùng tần số Tóm lại là tùy theo yêucầu mục đích mà người ta chọn chế độ và phương pháp sấy cho thích hợp Thôngthường 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 Nhiệt độ sấy lý tưởng là từ

45-550C Ở đây ta chọn sấy động với máy sấy thùng quay nằm ngang

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

3.2.2.3 Tách tạp chất [ 8, tr 56]

Cà phê quả khô sau khi phơi sấy thường có lẫn kim loại, các tạp chất nhẹ nhưcành, lá, rơm rác và các vỏ vụn cà phê… cho nên trước khi đưa vào máy xát khô,nguyên liệu phải được làm sạch

Đối với phương pháp khô ta thường dùng sàng rung để tách các tạp chất

Tùy theo công suất của nhà máy mà người ta chọn cỡ sàng cho thích hợp.

3.2.2.4 Xay xát khô. [ 8, tr 57-61]

Cà phê sau khi phơi sấy xong bên ngoài có lớp vỏ trấu chiếm 25-35% trọnglượng hạt, thành phần chủ yếu là xenlulo không góp phần tạo nên chất lượng củasản phẩm nên phải loại ra

Cà phê sau khi xát khô ta 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 thànhphẩm 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 làm sảnxuất cà phê bột, cà phê hòa tan, cà phê sữa…

3.2.2.5 Đánh bóng. [ 8, tr 61-63]

Cà phê nhân sau khi xát thì vẫn còn một lớp vỏ lụa mỏng màu ánh bạc, đó là

lớp thứ tư của vỏ quả, lớp này chủ yếu là xenlulo, nó không giúp ích gì cho quátrình tạo chất lượng của sản phẩm mà còn làm giảm giá trị cảm quan của nhân càphê Vì vậy cà phê nhân sau khi xát phải đưa đi đánh bóng để làm cho lớp vỏ lụabong ra hoặc mòn đi Đó cũng là một chỉ tiêu không thể thiếu được của côngnghiệp

Người ta thường dùng máy để đánh bóng cà phê nhân Nguyên tắc chung làdùng ma sát giữa hạt và vỏ, giữa hạt và trục máy, giữa hạt và hạt Yêu cầu trục máy

và vỏ máy có cấu tạo cũng dẫn nhiệt tốt Thường dùng hợp kim đồng thau

Sau khi đánh bóng, nhiệt độ của khối cà phê không được quá 550C và sạchbóng không được lẫn vỏ trấu quá 1.5% Vỏ lụa phải sạch Độ sạch vỏ lụa so vớikhối hạt: Arabica:90%, Robusta: 80% Trong đó người ta quy định hạt có ½ diệntích bóc vỏ lụa trở lên coi là hạt sạch vỏ lụa

3.2.2.6 Phân loại theo kích thước. [ 8, tr 63-67]

Cà phê sau khi ra khỏi máy đánh bóng thường gọi là “cà phê xô” bao gồm tất

cả các loại tốt, xấu, nặng, nhẹ, vỏ trấu….cho nên người ta tiến hành phân cà phê xôthành các cỡ khác nhau theo kích thước để còn tiếp tục các quá trình sau được dễdàng hơn

Nguyên tắc: là dựa vào sự khác nhau về kích thước của các cấu tử có tronghỗn hợp

Phân loại theo kích thước qua sàng người ta thu được 3 loại hạt cà phê có kíchthước khác nhau: Hạt >6,3mm, hạt >5,6mm, hạt >5mm Ngoài ra, người ta cònphân ra được một ít cà phê tấm với số lượng không đáng kể

Người ta sử dụng 2 loại sàng chính để phân loại đó là sàng tròn và sàng lắc

3.2.2.7 Phân loại theo khối lượng riêng. [ 8, tr 67-70]

+ Mục đích:

Sau khi phân loại theo kích thước ta được khối hạt đồng đều theo kích thướcnhưng khối hạt không đồng nhất về khối lượng vì còn có những hạt lép, hạt bị sâubệnh…

+ Nguyên tắc:

Dựa vào sự khác nhau về trọng lượng riêng của hạt ta sử dụng sức gió để phânloại chúng ra, những hạt có trọng lượng riêng nhỏ sẽ bay lên

3.2.2.8 Phân loại theo màu sắc. [ 8, tr 70-71]

+ Mục đích: Phân loại theo kích thước và trọng lượng chỉ loại bỏ được tạp chất,

tăng độ đồng đều của hạt mà thôi Không làm tăng giá trị cảm quan và màu sắcđồng đều của hạt vì vậy cần phân loại theo màu sắc để làm tăng chất lượng của sảnphẩm

+ Nguyên tắc: Thường phân loại dựa trên tiêu chuẩn nhà nước hoặc dựa trên hợpđồng buôn bán với các cơ quan hữu quan hoặc giữa các nước với nhau và cũng thoã

mãn được yêu cầu của bên mua và bên sản xuất

3.2.2.9 Phối trộn và đóng bao. [ 8, tr 87]

- Phối trộn để cho cà phê thành phẩm được đồng đều và đúng tiêu chuẩn củaNhà Nước qui định và theo yêu cầu xuất khẩu Khi phối trộn cần chú ý về ngoạihình, hương vị, màu sắc, và kích thước phù hợp với tiêu chuẩn quy định Thường sửdụng máy phối trộn cơ giới

- Đóng gói: việc đóng gói cũng phải đúng theo tiêu chuẩn đã quy định, TCVN1279-72 Thường nước ta đóng gói 50kg và 70kg 1 bao Bao bằng loại polietilen ởtrong và bao gai ở ngoài Bao bì không được có mùi vị lạ: thơm hay thối

3.2.2.10 Bảo quản cà phê nhân. [ 8, tr 87]

Cà phê sau khi đóng gói cần nhập kho ngay để bảo quản đúng theo điều kiện quy định của quy trình Tránh để cà phê hút ẩm hỏng chất lượng sản phẩm

Khi bảo quản cần chú ý một số điểm sau:

- Độ ẩm của cà phê nhân đưa vào bảo quản từ 10-12%

- Tạp chất trong cà phê nhân còn ít càng tốt

- 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 đảothì phải xếp lên giá gỗ hoặc giá sắt rồi chồng lên nhau

CHƯƠNG 4:

CÂN BẰNG NGUYÊN LIỆU.

4.1 Tình hình sản xuất của nhà máy:

4.1.1 Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy:

Ở Daklak vào tháng 8 thường mưa và nguyên liệu ít nên cho nhà máy ngừng

sản xuất vào thời gian này để sửa chữa, bảo trì máy móc, thiết bị

Bảng 4.1 Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy:

-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 trong tháng, số ca làm việc trong ngày Mỗi

ngày làm việc 2 ca, một ca làm việc 8 tiếng, ngày chủ nhật được nghỉ

Bảng 4.2: Kế hoạch sản xuất cà phê trong năm:

Số ngày làm việc 24 24 26 25 25 26 26 × 25 27 25 27

- Tổng số ngày sản xuất trong năm: 280 ngày

- Tổng số ca sản xuất trong năm: 560 ca

- Tổng số giờ sản xuất trong năm: 4480 giờ

- Năng suất của nhà máy: 7000 tấn cà phê quả/năm

- Năng suất của nhà máy tính trong 1 ngày: 25 tấn /ngày

- Năng suất của nhà máy tính trong 1 giờ: 1562,5kg /giờ

4.2 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân:

Để đơn giản ta tính toán cho 1000 kg nguyên liệu cà phê quả/giờ cho loại cà phêRobusta

Bảng 4.3 Bảng tỷ lệ hao hụt sau chế biến qua các công đoạn (%).

STT Công đoạn Hao hụt (%)

4.2.1 Thu nhận và bảo quản:

- Lượng nguyên liệu vào: 1000 (kg/h)

4.2.2 Phơi, sấy sơ bộ:

Thông thường phải sấy sơ bộ trước rồi mới sấy khô chính thức sau Quá trìnhsấy sơ bộ nhằm loại bỏ một phần nước trên bề mặt đồng thời giảm bớt ẩm của càphê từ 70% còn 40%, nhằm rút ngắn thời gian sấy ở giai đoạn sấy chính thức và chấtlượng sản phẩm đảm bảo hơn.

- Lượng nguyên liệu vào: 1000 (kg/h)

- Tỷ lệ hao hụt: 0,5%

+ Lượng ẩm tách ra trong quá trình phơi sấy sơ bộ được tính theo công thức: 2

2 1

1

w 100

w w

G G

Trong đó: -  G: Lượng ẩm tách ra trong quá trình phơi, sấy sơ bộ (kg/h)

- G1: Lượng nguyên liệu trước khi phơi, sấy sơ bộ (kg/h)

- w1; w2: Độ ẩm của nguyên liệu trước và sau phơi, sấy sơ bộ.

w1 = 70%; w2 = 40%.

 G= 1000×

40 100

40 70

Sấy nhằm hạ thủy phần của cà phê xuống còn 12%.

- Lượng nguyên liệu vào: 500 – 2,5 = 497,5(kg/h).

- Tỷ lệ hao hụt: 1%

- Độ ẩm ban đầu của cà phê quả: 40%

- Độ ẩm cà phê sau sấy là: 12%

+Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy chính thức là:

G = 497,5×

12 100

12 40

- Lượng nguyên liệu hao hụt: 289,6051000,5=1,448 (kg/h).

4.2.7 Phân loại theo kích thước:

- Lượng nguyên liệu vào: 289,605 – 1,448 = 288,157 (kg/h)

Máy phân loại theo kích thước có thể tách cà phê ra thanh các loại có kíchthước và tỷ lệ phần trăm như sau:

57 

= 0,288 (kg/h)

 Hạt > 5mm (10%):

+ Lượng hạt > 5mm phân loại được: 288,1570,1 = 28,816 (kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 28,8161000,5= 0,144 (kg/h)

4.2.8 Phân loại theo trọng lượng riêng:

Sau khi qua máy phân loại theo trọng lượng riêng tỷ lệ hạt lép, hạt vở vụn:2,5%

 Loại 1: (hạt > 6,3mm):

+ Lượng nguyên liệu vào: 201,71 – 1,009 = 200,701(kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt:

100

5 , 2 701 ,

200 

= 5,016 (kg/h)

 Loại 2 (hạt > 5,6mm):

+ Lượng nguyên liệu vào: 57,631 – 0,288 = 57,343 (kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 57,3431002,5= 1,434 (kg/h)

 Loại 3 (hạt > 5mm):

+ Lượng nguyên liệu vào: 28,816 – 0,144 = 28,672 (kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt:

100

5 , 2 672 ,

28 

= 0,717(kg/h)

4.2.9 Phân loại theo màu sắc:

Sau khi qua máy phân loại theo màu sắc tỉ lệ hạt không đạt tiêu chuẩn là:1,5%

 Loại 1 (hạt > 6,3mm):

+ Lượng nguyên liệu vào: 200,701 – 5,016= 195,685 (kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 195,6851001,5= 2,935 (kg/h)

 Loại 2 (hạt > 5,6mm):

+ Lượng nguyên liệu vào: 57,343 – 1,434 = 55,909 (kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 55,9091001,5= 0,839 (kg/h)

 Loại 3 (hạt > 5mm):

+ Lượng nguyên liệu vào: 28,672 – 0,717 = 27,955 (kg/h)

+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 27,9551001,5 = 0,419 (kg/h)

4.2.10 Phối trộn, cân, đóng bao: Tỷ lệ hao hụt là 0,5%

- Lượng nguyên liệu vào của hạt loại 1 (hạt > 6,3mm):195,685–2,935=192,75(kg/h)

- Lượng nguyên liệu vào của hạt loại 2 (hạt > 5,6mm):55,909 – 0,839 = 55,07(kg/h)

- Lượng nguyên liệu vào của hạt loại 3 (hạt > 5mm): 27,955 – 0,419 = 27,536(kg/h) Người ta phối trộn như sau:

 Loại 1 (80% hạt loại 1+ 10% hạt loại 2 + 10% hạt loại 3 ):

+ Lượng nguyên liệu vào: 192,750,8 + 55,070,1 + 27,5360,1 = 162,461 (kg/h).

+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 162,4611000,5= 0,812(kg/h)

 Loại 2 (10% hạt loại 1+70% hạt loại 2 +20% hạt loại 3):

+ Lượng nguyên liệu vào:192,750,1 + 55,070,7 + 27,5360,2 = 63,331 (kg/h).+ Lượng nguyên liệu hao hụt:

100

5 , 0 331 ,

63 

= 0,317(kg/h)

 Loại 3 (10% hạt loại 1+20% hạt loại 2 +70% hạt loại 3):

+ Lượng nguyên liệu vào:192,750,1 + 55,070,2 + 27,5360,7 = 49,564 (kg/h)+ Lượng nguyên liệu hao hụt: 49,5641000,5= 0,248(kg/h)

B: Lượng nguyên liệu vào tính cho 1000 (kg/h)

C: Lượng nguyên liệu tính theo năng suất nhà máy ( kg/h)

B’: Lượng hao hụt tính theo 1000 ( kg/h)

C’:Lượng hao hụt tính theo năng suất nhà máy (kg/h)

Bảng 4.4: Tỷ lệ hao hụt và lượng nguyên liệu vào qua các công đoạn chế biến

STT Công đoạn A(%) B (kg/h). C( kg/h). B’(kg/h) C’(kg/h).

201,71 57,631 28,816

450,245

315,172 90,048 45,025

1,009 0,288 0,144

1,577 0,45 0,225

286,716

200,701 57,343 28,672

447,994

313,595 89,598 44,8

5,016 1,434 0,717

7,836 2,241 1,120

279,549

195,685 55,909 27,955

436,795

305,758 87,358 43,68

2,935 0,839 0,419

4,586 1,311 0,655

278,166

162,461 63,331 49,564

434,634

232,420 124,770 77,444

0,812 0,317 0,248

1,269 0,495 0,387

428,092

252,577 98,459 77,056

CHƯƠNG 5:

TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Cơ sở của quá trình cân bằng nhiệt.

Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạchđối với các loại nông sản Thực tế cho thấy nếu phơi khô hoặc sấy khô không kịp thìnhiều 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 lượngsản 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 Ởđây ta sử dụng thiết bị sấy thùng quay, tác nhân sấy là không khí nóng

Quá trình nhiệt trong quá trình này chủ yếu là quá trình sấy cà phê

5.1 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết:

Để đơn giản cho việc tính toán nhiệt, trước tiên ta nghiên cứu quá trình sấy

lý thuyết, coi thiết bị sấy là lý tưởng:

- Nhiệt lượng bổ sung bằng không

- Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che bằng không

- Nhiệt tổn thất do thiết bị chuyển tải mang đi bằng không

- Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi bằng không

Như vậy trong thiết bị sấy lý tưởng chỉ còn nhiệt tổn thất do tác nhân sấymang đi Quá trình sấy xảy ra trong một thiết bị sấy lý tưởng như vậy gọi là quátrình sấy lý thuyết

Các thông số ban đầu.

+ Nhiệt độ không khí sấy: t1 = 750C

+ Nhiệt độ nguyên liệu ra(θ2): chọn theo nhiệt độ bầu ướt

+ Nhiệt độ môi trường không khí trước khi qua calorife: θ1= 20,30C + Độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy: 40%

+ Độ ẩm của nguyên liệu sau khi sấy: 12%

+ φ0: là độ ẩm ban đầu của không khí trước khi vào calorife: φ0 = 80% + Áp suất khí quyển: P = 757 (mmHg)

5.1.1 Xác định các thông số của không khí.

5.1.1.1 Các thông số trạng thái của không khí:

Trạng thái của không khí trước khi vào calorife với điều kiện khí hậu ởDaklak to = 20,30C; φ0 = 80% [11, tr 100]

+ Áp suất hơi bão hoà của không khí tra bảng [I.250] [10, tr 312] ta được:

ở t0 = 20,30C, suy ra Pbh = 0,0243(at) = 18,48 (mmHg)

+ Hàm ẩm của không khí được xác định theo công thức: [2, tr 156]

bh 0

bh 0 0

P P

P 622

, 0 x

48 , 18 80 , 0 622

5.1.1.2 Các thông số của không khí khi qua calorife trước khi vào máy sấy.

Hàm ẩm của không khí sau khi qua calorife không thay đổi, không khí chỉ

thay đổi nhiệt độ nhưng không thay đổi hàm ẩm [2, tr 166]

x1 = xo = 0,0124 (kg/kgkkk).

+ Chọn nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife là: t1= 750C

ở t0 = 750C, suy ra Pbh = 0,393(at) = 298,68 mmHg; bảng [I.250] [10, tr 312] + Độ ẩm tương đối của không khí sau khi qua calorife:

1 bh 1

1 1

P)x622,0(

Px

757 0124 , 0

5.1.1.3Thông số của không khí sau sấy:

Ta chọn nhiệt độ của tác nhân sau khi sấy ra là: t =330C

Từ t = 330C, suy ra x2 =

2

2 2

97 , 1

Suy ra Pbh = 0,0517(at) = 39,292 mmHg

φ2(0,6220,03080,0308757)39,292 =0,91 = 91%

 φ2 = 91%

Vậy chọn t =330C là hoàn toàn hợp lý

Bảng 5.3: Thông số của không khí sau khi sấy

P2: Áp suất hơi bão hòa của không khí

5.1.1.4 Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm:

1 2

1

x x

l



 0 , 0124 0308

, 0

W 100

W W G

- w1: độ ẩm ban đầu của cà phê là; 40%

- w2: độ ẩm của cà phê sau sấy là; 12%

U =  G = 518,229 ×

12 100

12 40





=164,9(kg/h)

L = 54,35164,9=8962,315 (kgkkk/h)

5.1.2 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy.

5.1.2.1 Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm.

o

o

x x

I I q

Trong đó: - Io, I1: là hàm nhiệt của không khí trước và sau khi qua calorife

- xo, x2: là hàm ẩm của không khí trước và sau khi sấy

0124 , 0 0308 , 0

71 , 51 75 , 107

Trong đó: - G1: lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sấy (kg/h), G1 = 518,229(kg/h)

- C1: nhiệt dung riêng của sản phẩm sấy (kJ/kg.0C)

100

) 100

1

u C u C

C ck   n

 (kJ/kg.0C) [7, tr 20].

Trong đó: - Cn: nhiệt dung riêng của nước, Cn= 4,186 (kJ/kg.0C) [7, tr 20].

- Cck: nhiệt dung riêng chất khô của cà phê

Cck= 0,37 ( kcal/ kg.0C) = 1,547 (kJ/kg.0C)

100

40 186 , 4 ) 40 100 ( 547 , 1

- θ2: nhiệt độ nguyên liệu sau khi sấy.

- θ1: nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu sấy; to = 20,30C

Q2 = 518,229 2,603×(33 – 20,3) = 17131,67 ( kJ/h)

Bảng 5.4:Các thông số

Nhiệt dung riêng của nước Cn 4,186 kJ/kgđộ

Nhiệt dung riêng của cà phê Ccp 1,547 kJ/kgđộ

Nhiệt dung riêng của nguyên liệu C1 2,603 kJ/kgđộ

Nhiệt lượng cần cung cấp Q2 17131,67 kJ/h

5.1.2.4 Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy

Nếu thiết bị sấy không có bảo ôn bên ngoài thì có thể lấy nhiệt lượng tổn

thất bằng 5-12% lượng nhiệt dùng để sấy lí thuyết (Q 1)

Qtt = 0,05Q1 = 0,05 x 502227,685 = 25111,384( kJ/h)

5.1.2.5 Nhiệt lượng của calorife cần cung cấp:

Qcal = Q1 + Q2 + Qtt = 502227,685 +17131,67+25111,384= 544470,739 ( kJ/h).

5.1.3 Cân bằng nhiệt lượng vào và ra khỏi thiết bị sấy.

 Nhiệt lượng do không khí mang vào:

Q1v = L×Io =8962,315 51,71= 463441,309 ( kJ/h) [2, tr 166].

 Nhiệt lượng do nguyên liệu sấy mang vào:

Q2v = G2×Cv1×θ1 + U1×Cn×θ1 (kJ/h) [2, tr 166]

Trong đó: -θ1: nhiệt độ của nguyên liệu trước khi vào máy sấy; θ1 = 20,3 0C

- Cvl: nhiệt dung riêng của cà phê

603 , 2 100

) 100

- U1 : lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy

- G2 :Lượng nguyên liệu sau khi ra khỏi máy sấy

G2 = G1100 2

1 100

Bảng 5.5:Nhiệt lượng vào máy sấy.

Lượng NL sau khi ra khỏi máy sấy G2 535,34 kg/hNhiệt dung riêng của nguyên liệu sấy Cv1 2,603 kJ/kgđộNhiệt lượng do khômg khí mang vào Q1v 463441,309 kJ/hNhiệt lượng do nguyên liệu mang vào Q2v 32683,313 kJ/hNhiệt lượng do calorife mang vào Qcal 544470,739 kJ/hTổng nhiệt lượng mang vào Qv 1040595,361 kJ/h

 Nhiệt lượng do không khí mang ra:

Bảng 5.6:Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy

Nhiệt lượng do không khí mang ra Qr1 965689,44 kJ/kgđộNhiệt lượng do Nliệu mang ra Q2r 21688,01 kJ/hNhiệt lượng do mất mát ra môi trường Q3r 25111,384 kJ/hTổng nhiệt lượng mang ra Qr 1012488,834 kJ/h

5.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế:

5.2.1 Lượng nhiệt bổ sung thực tế: :

Gọi ∆: là lượng nhiệt cần bổ sung thực tế

∆=qb+θ1xCn-(qvl+qm+qvc) [6, tr 135]

Trong đó:

- Nhiệt lượng riêng do vật liệu mang vào: θ1xCn=20,3x4,186=84,98 (kJ/kg ẩm).

- Nhiệt lượng riêng để đun nóng vật liệu:

t C

t C x I

Với Ck: nhiệt dung riêng của không khí khô, Ck= 1(KJ/kg.K) [2, tr 156]

Cn: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cn = 1,97(KJ/kg.K)

0 2

) ' 622 , 0

(

'

p x

p x

 =(0,6220,02850,0285757)39,292=0,85 = 85%

5.2.3 Lượng tác nhân sấy thực tế.

l’=

0 2

5.2.4 Nhiệt lượng vào và ra của quá trình sấy thực tế.

5.2.4.1 Nhiệt lượng vào.

- Nhiệt lượng không khí mang vào

Q'1v =L' I0 = 10242 x 51,71=529613,82 (kJ/kg)

- Nhiệt lượng do caloriphe cung cấp

Q'cal = L'(I1-I0) =10242 x (107,75-51,71) =573961,68 (kJ/kg).

- Nhiệt lượng do vật liệu chưa sấy mang vào: Q'2v = Q2v = 32683,313 (kJ/kg) -Tổng nhiệt lượng vào

∑Q'v= Q'1v+Q'cal+Q'2v=529613,82 +573961,68 +32683,313=1136258,813 (kJ/kg)

5.2.4.2 Nhiệt lượng ra.

- Nhiệt lượng không khí mang ra

5.3 Tính trị nhiệt của nhiên liệu:

Ta sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO Thành phần dầu FO dựa theo bảng sau:

Bảng 5.7 Thành phần nguyên liệu trong dầu FO [10, tr 83]

5.3.2 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu.

Trong nhiên liệu lỏng ngoài thành phần của nước A còn có nước do phản ứngcháy 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:

Q t = Q c- 2500×(9H +A) (kJ/kg) [5, tr 53].

Qt = 43268,016 - 2500×(9×11,5% +2%).

Q t = 40630,516 ( kJ/kg)

CHƯƠNG 6:

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ6.1 Thiết bị sấy thùng quay:

Vì quá trình sấy thực hiện liên tục 3 ca trong ngày do vậy:

- Năng suất vào nhà máy:= 32 x 777,344 =518,229 (kg/h)

- Độ ẩm vào máy sấy: u1=40%

- Độ ẩm ra khỏi máy sấy: u2=12%

- Độ ẩm trung bình của hạt: utb=0,5(u1+u2)=26%

- Khối lượng riêng trung bình của khối hạt: ρ=500 (kg/m3).[5, tr 210]

- Tỷ lệ chiều dài và đường kính:L/D=3,5:7,[5, tr 207].Ở đây ta chọn

12 40

Trong đó:- Lượng nguyên liệu vào nhà máy: G1=518,229 (kg/h)

- : Thời gian sấy

Thời gian sấy:  =

185 , 0

3

2 1





M

u u

[5, 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=6 (mm)

Suy ra: M= 0,6 [5, tr 210]

Vậy  =

185 , 0

3 6 0

12 40

6.1.2 Nhiệt độ sấy cho phép:

, 0

5 , 23

4 59 , 13







= 1,65

Ta chọn kích thước đường kính chuẩn: D=1,65 m

Suy ra: Chiều dài thùng quay: L=3,5xD= 5,775 (m). [2, tr 192]

- a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, ở đây ta chọn loại cánh nâng nên a=0,071

- Dt, Lt: Đường kính và chiều dài thùng quay

- ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu ρ= 500 (kg/m3)

N = 0,13.10-2x1,653 x 5,775 x 0,071x0.51x500= 0,61 (kW)

Công suất thực tế để quay thùng: N’=kN, với k: hệ số mở máy: chọn k=1,3 N’=1,3 x 0,61=0,793(kW)

Hình:6.1 Máy sấy thùng quay

6.1.6 Cấu tạo: [12]

1 Lò đốt 2 Quạt hút khí nóng

3 Trống sấy 4 Gàu tải nạp liệu

5 Buồng chứa nạp liệu trước khi sấy 6 Máng tháo hạt ra ngoài sau khi sấy

6.1.6.1 Lò đốt:

Lò đốt tạo nhiệt cung cấp khí nóng cho máy sấy, khí nóng qua dàn trao đổinhiệt rồi được quạt hút đưa vào trống sấy Ở đây ta chọn phương pháp sấy trực tiếpngược chiều

- Được dùng để cung cấp không khí nóng cho máy sấy Ta có thể dùng nguyên liệuthan đá, dầu FO để đốt

- Nhiệt được truyền qua bộ trao đổi nhiệt trước khi quạt hút vào bộ phận trống sấy

- Có dàn trao đổi nhiệt Calorife

- Ứng dụng nguyên lí đối lưu để tạo nhiệt cho buồng đốt

6.1.6.4 Bộ phận nạp liệu vào trống sấy:

Là bộ phận chứa cà phê chuẩn bị cho quá trình sấy mới, định lượng cà phêcần thiết truớc khi cho vào trống sấy, làm giảm tối đa thời gian cần thiết cho quátrình nạp liệu

6.1.7 Nguyên lý hoạt động: [12]

Được vận hành nhờ một bộ truyền động giảm tốc cơ khí có số vòng quay củatrống sấy là: 1,8 vòng/phút Ống dẫn khí nóng được thổi vào tâm trống sấy nhờ mộttrục rỗng lắp trên gối đỡ trống sấy có kết cấu hở và khí nóng đi vào chóp dẫn khínóng thoát ra ngoài Bên trong trống sấy, nhờ vào kết cấu của các cánh đẩy và cánhđảo 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

Bảng 6.1: Đặc tính kỹ thuật của máy sấy trống quay

đi ngoài ống Ở đây ta chọn loại Calorife khí hơi: là thiết bị trao đổi nhiệt có váchngăn

6.1.8.1 Chọn kích thước ống truyền nhiệt.

Chọn kích thước ống truyền nhiệt sao cho:

- dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m)

- dt : đường kính trong của ống truyền nhiệt (m)

- δ : bề dày của ống truyền nhiệt (m)

- Dg: đường kính ngoài của gân (m)

- Δ: bề dày của của gân (m)

- tg: bước gân (m)

- hg: chiều cao của gân (m)

- m: số gân trên một ống (m).

- t: khoảng cách giữa 2 gân liên tiếp ( m)

- lo: chiều dài của phần ống không gân (m)

- lg: tổng chiều dày của gân trên một ống (m)

- ht: chiều cao của ống truyền nhiệt (m)

- F1: diện tích xung quanh của phân ống không gân (m2)

- F2: tổng diện tích của mặt hình 2 vành khăn của gân (m2)

- F3: diện tích xung quanh của phần ống có gân (m2)

Theo thiết bị trao đổi nhiệt:

Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là đồng có λ=385(W/m2.độ) [10, tr 123-125]

Ta chọn:

- dn = 0,035 (m) -dt = 0,03 (m)

- ht =1,2 (m) - t =0,0075 (m)

6.1.8.2 Tính toán các thông số của ống truyền nhiệt:

- Bề dày của ống truyền nhiệt: Δ = d  n2d t

=

2

03 , 0 035 ,

- Tổng chiều dày của gân trên một ống: lg =mxΔ =149 x 0,0005=0,0745m

- Chiều dài của phần ống không gân:lo = ht - lg =1,2-0,0745=1,1255m

- Diện tích xung quanh của phần ống không gân: F1

6.1.8.3 Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình:

+ Nhiệt độ không khí vào calorife: t1đ = t1 = 20,30C

+ Nhiệt độ không khí ra khỏi calorife: t1c = t2 = 750C

Hơi nước bão hoà có nhiệt độ 120oC và không đổi trong suốt quá trình truyền nhiệt.+ Nhiệt độ bão hoà của hơi nước: t2đ = t2c = 1200C

Hệ số nhiệt độ trung bình xác định theo công thức:

c d

c d tb

t

tln

tt

3 , 20 75

0 3 , 23 75

120 120

2 1

2 2

2 2

1 1

d c

c d

c d

t t

t t P

t t

t t R

45 7 , 99

1   



C

6.1.8.4 Hệ số cấp nhiệt từ thành ống ra ngoài không khí ( 1 ):

+ Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorife:

008 , 0 8

Pr Re t

h t

d C

Nu       





[1, tr 226]