Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án kỹ thuật sấy cafe 500kg
Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn MỤC LỤC A. LỜI NÓI ĐẦU 3 B. NỘI DUNG 5 CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ 5 I.1 Đặc tính chung của cà phê 5 I.1.1Cấu tạo giải phẩu quả cà phê 6 I.1.2 Cấu tạo của nhân cà phê 6 I.1.3 Thành phần hóa học của nhân 6 I.1.4 Tính chất vật lý của cà phê nhân 6 I.2 Quy trình sản xuất 7 I.2.1 Giới thiệu các phương pháp sản xuất cà phê 8 I.2.2 Dây chuyền sản xuất cà phê nhân ( phương pháp khô) 9 CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU, NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG. II.1 Chọn phương án sấy 10 II.2 Chọn tác nhân sấy 10 II.3 Chọn chế độ sấy 11 II.4 Cách sắp xếp vật liệu 12 II.5 Chọn thời gian sấy 12 II.6 Nhiên liệu sử dụng 12 CHƯƠNG III: CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THÁP 13 III.1 Chọn sơ bộ kết cấu và kích thứơc tháp sấy 13 III.1.1 sơ bộ kết cấu 13 III.1.2 kích thứơc tháp sấy 13 III.2 chọn chế độ sấy 15 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 1 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn III.2.1 phân bố giáng ẩm 15 III.2.2 nhiệt độ tác nhân sấy vào các vùng t 1i 16 III.2.3 thời gian sấy mỗi vùng 17 III.2.4 nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt 17 III.2.5 nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi các vùng 18 III.2.6 nhiệt độ vào và ra khỏi các vùng của vật liệu sấy 18 III.3 tính toán quá trình cháy và quá trình hòa trộn 18 III.3.1 nhiệt trị cao của nhiên liệu 18 III.3.2 lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu L o III.3.3 thông số khói sau buồng đốt( trứơc buồng hòa trộn) 19 III.3.4 hệ số không khí thừa sau các quá trình hòa trộn 20 III.3.5 thông số khói lò sau buồng hòa trộn hay trước khi vào các vùng sấy III.3.6 độ ẩm tương đối ϕ 1i 22 III.4 tính cân bằng ẩm cho từng vùng 23 III.5 quá trình sấy lý thuyết 25 III.6 tính các tổn thất nhiệt 28 III.6.1 tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi 29 III.6.2 tổn thất do thiết bị vận chuyển 30 III.6.3 tổn thất qua kết cấu bao che (tổn thất ra môi trừơng) 31 III.7 xây dựng quá trình sấy thực 35 III.8 bảng cân bằng nhiệt 37 III.9 tính nhiên liệu tiêu hao 38 III.10 tính toán vùng làm mát 39 III.11 chọn dạng bố trí kênh dẫn và kênh thải 41 III.12 chọn quạt 41 C. TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 2 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn A. LỜI NÓI ĐẦU Từ đầu thế kỷ 19 đến nay, khoa học kỹ thuật đã phát triển vô cùng mạnh mẽ. Nỉ đã giải phóng sức lao động cho con ngừơi, tăng năng suất lên hàng chục lần. Các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đã đóng góp cho loài người nhiều phát minh mới, phát triển các loại máy móc phục vụ cho cuộc sống tiện nghi của loài người. Ngày nay đối với nước ta, năng suất của ngươi lao động được nâng lên rất cao, nhờ sự giúp sức của nhiều loại máy móc hiện đại. Sản lượng lương thực, thực phẩm hàng năm không những đủ dùng, mà còn xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới. các loại lương thực, thực phẩm đều dễ bị hư hỏng ở điều kiện khí hậu bình thường. Do đó, muốn bảo quản lương thực, thực phẩm được lâu dài để có thể dể dàng vận chuyển đi xa, thì không còn cách nào khác là chúng ta phải sấy khô hoặc ướp lạnh. Sau đó, bảo quản ở môi trừơng thích hợp. Ngoài kỹ thuật lạnh, kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến năm 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. Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng nhiều trong nghành công nghiệp, đặc biệt là nghành công nghiệp chế biến nông- hải sản. Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng sau thu hoạch. Quá trình sấy không chỉ là tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách dơn thuần mà là một Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 3 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng, và chi phí vận hành thấp. chẳng hạn, trong chế biến nông hải sản, Sản phẩm sấy phải đảm bảo duy trì màu sắc, hương vị, các vi lượng. v.v… Trong những năm 70 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…. Đối 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 phê nhân khi sấy phải giữ được mùi thơm, và màu sắc đặc trưng nên ta có thể dựng các thiết bị sấy như: sấy tháp, thăng quay, sấy hầm.v v Trong bài tập lớn này, đề tài của chúng tôi có nhiệm vụ: nghiên cứu công nghệ sấy cà phê, và tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp dựng để sấy 500 kg cà phê/ mẽ. Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ, thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên nghành. Do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế, nên chúng tôi không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế. Chúng tôi, mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các bạn. Và chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của Thầy Giáo Hà Văn Tuấn để chúng tôi có thể hoàn thành tốt bài tập lớn này. Huế, tháng 12 năm 2010. Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 4 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn (Nhóm thiết kế) Phan Đăng Hoan Bùi Thị Thu Hiền Lê Gia Hiếu Trần Xuân Hiếu B. NỘI DUNG CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ I.1 Đặc tính chung của cà phê I.1.1Cấu tạo giải phẩu quả cà phê Quả cà phê đưa vào chế biến gồm có các phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt (vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân. + lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít. + 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. Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 5 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn + hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thúc, vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ “trấu” tức là nội bì. Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập hơn là phê vối và cà phê mít. + sát cà phê thúc còn một lớp 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 khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt. Vỏ lụa cà phê mít có màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê + trong cùng là nhân cà phê. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có một, hai , hoặc ba nhân. Thông thường thì chỉ có hai nhân. Bảng 1: Tỉ lệ giữa các thành phần cấu tạo của quả cà phê: (tính theo % quả tươi) Thành phần Cà phê chè (%) Cà phê vối (%) Vỏ quả 43- 45 41- 42 Lớp nhớt 20- 23 21- 42 Vỏ trấu 6- 7,5 6- 8 Nhân và vỏ lụa 26- 30 26- 29 I.1.2 Cấu tạo của nhân cà phê Bao gồm:+ phôi + mô dinh dưỡng I.1.3 Thành phần hóa học của nhân Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g Nước 8- 12 Chất dầu 4- 18 Đạm 1,8- 2,5 Prôtêin 9- 16 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 6 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Caphêin 1(arabica), 2(robusta) Clorogenic axit 2 Trigonelline 1 Tanin 2 Caphê tanic axit 8- 9 Caphê ic 1 Pentozan 5 Tinh bột 5- 23 Saccaro 5- 10 Xenlulô 10- 20 Hemi xenlulo 20 Linhin 4 Canxi 85- 100 Photphat 130- 165 Sắt 3- 10 Natri 4 Mangan 1- 45 I.1.4 Tính chất vật lý của cà phê nhân Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thúc Cà phê nhân có hình dáng bầu dục, có chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm. Khối lượng riêng 650 = ρ kg/m 3 . Nhiệt dung riêng C = 0,37 (kcal/kg.k) = 1,5466 kJ/kg.k Độ ẩm ban đầu khoảng 20 % đến 40 % Độ ẩm cuối để bảo quản phải nhỏ hơn 13%. I.2 Quy trình sản xuất I.2.1 Giới thiệu các phương pháp sản xuất cà phê Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp bao vỏ bọc quanh hạt nhân cà phê để thu được cà phê nhân. Để cà phê nhân sống có một giá trị thương phẩm cao, chúng ta phải sấy khô đến mức độ nhất định( độ ẩm mà nhà chế biến yêu Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 7 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn cầu). rồi sau đó các quá trình chế biến tinh khiết hơn như: chế biến cà phê rang, cà phê bột thụ, 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 sản xuất cà phê nhân có hai phương pháp chính: - phương pháp sản xuất ướt - phương pháp sản xuất khô +phương pháp sản xuất ướt: gồm hai giai đoạn chính - giai đoạn xát tươi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô đến mức độ nhất định - giai đoạn xay xát loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ lụa tạo thành cà phê nhân. + phương pháp sản xuất khô: - chỉ có một giai đoạn chính là: sau khi phơi quả cà phê đến mức độ nhất định dựng máy xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thúc so sánh hai phương pháp ta thấy: - phương pháp chế biến khô tuy đơn giản ít tốn năng lượng, nhân công nhưng phương pháp này có nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Nó chỉ phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng được những yêu cầu về mặt chất lượng. - 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 khí hậu thời tiết. đồng thời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân. Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 8 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Hiện nay ở nước ta các nhà máy, xí nghiệp sản xuất cà phê nhân chủ yếu sử dụng phương pháp khô ( phương pháp cổ điển). I.2.2 Dây chuyền sản xuất cà phê nhân ( phương pháp khô) Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 9 Quả cà phê Thu nhận và bảo quản cà phê Sàng phân loại và làm sạch Xát tươi Rửa Làm ráo Xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân Thu được cà phê nhân Sấy Đóng bao đưa vào bảo quản Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU, NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG. II.1 Chọn phương án sấy Hệ thống sấy đối lưu gồm các dạng: HTS buồng, HTS hầm, HTS tháp, HTS thăng quay, HTS khí động, HTS tầng sôi, HTS phun. Trong đó ta thấy: Để sấy cà phê nhân, là dạng hạt nên ta dựng hệ thống sấy tháp theo yêu cầu của nội dung đề tài. - HTS tháp: Có thể sấy liên tục với năng suất cao. Rất phù hợp cho sấy hạt, VLS chảy liên tục từ trên xuống dưới dưới tác dụng của trọng lực bản thân ⇒ Trong quá trình sấy VLS được xáo chộn đều cùng TNS ⇒ Sản phẩm sấy đồng đều. Hơn nữa việc phân vùng TNS nóng – lạnh cũng dễ dàng ⇒ áp dụng được hiệu ứng A.V.Luikov. Sinh viên thực hiện: NHÓM 3. trang 10 [...]... và ra các vùng sấy nóng: I (kJ/kg) Vòng sấy đầu d (kg ẩm/kg pb (bar) ϕ (%) Vào vùng sấy 148,718 kk) 0,027412 0,38 11 1 Vào vùng sấy 154,431 0,027581 0,46 9,1 3 Ra vùng sấy 148,718 0,0363 0,148 37 1 Ra vùng sấy 154,431 0,0373 0,171 33 Tác nhân sấy 3 Tính toán tương tự ta cũng có bảng kết quả thông số TNS, vào và ra các vùng sấy ở vòng sấy cuối: Tác nhân sấy Vào vùng sấy I (kJ/kg) Vòng sấy cối d (kg ẩm/kg... tác nhân sấy là không khí nóng II.3 Chọn chế độ sấy Hệ thống sấy tháp là một hệ thống sấy đối lưu có những đặc thù riêng ở đây ngừơi ta tổ chức quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa hai dòng: dòng tác nhân và dòng hạt tháp sấy chia làm 3 vùng: hai vùng sấy và một vùng làm mát Do đó một trong những đặc trưng khi tính toán sấy tháp: 11 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3 trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD:... chuyển băng tải, để vận chuyển cà phê sau vòng sấy đầu lên vòng sấy cuối quá trình này coi như là một lần làm mát nên không tính tổn thất II.5Chọn thời gian sấy Việc xác định thời gian sấy đóng vai trị 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 dáng, kích thước hình học của vật liệu, độ ẩm đầu... học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn II.2 Chọn tác nhân sấy Trong HTS (sấy đối lưu) tác nhân sấy có nhiều dạng: Không khí – khói – hơi Mỗi loại lại có những tính chất khác nhau phù hợp cho từng HTS và đặc biệt là vật liệu sấy VLS của ta ở đây là cà phê do đó ta chọn TNS là không khí nóng là rất phù hợp bởi vì: cà phê nhân trong quá trình sấy yêu cầu sạch không bị ô nhiễm, bám bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy. .. pb (bar) ϕ (%) 148,718 kk) 0,027412 0,38 11 28 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3 trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn 1 Vào vùng sấy 154,431 0,07581 0,46 9,1 3 Ra vùng sấy 148,718 0,0363 0,148 37 1 Ra vùng sấy 154,431 0,0373 0,171 33 3 Đồ thị I- D của quá trình sấy tháp Lượng tác nhân sấy lý thuyết cần để bốc hơi 1 kg ẩm của từng vùng tương ứng bằng: l01 = d 1 1 = 0, 0363 − 0, 027412... tổng kết: Vị trí tổn thất Vòng sấy đầu Vùng sấy nóng 1 Vùng sấy nóng 3 Tổng Vòng sấy cuối Vùng sấy nóng 1 Vùng sấy nóng 3 Tổng Qvi (kJ/h) qv1 (kJ/kg ẩm) 7001,7 9628,05 16629,75 880,7 669,07 1549,77 7734,05 7131,7 14865,75 831,6 467,9 1299,5 III.6.2 tổn thất do thiết bị vận chuyển Hệ thống sấy với các thiết bị vận chuyển băng tải để vận chuyển cà phê sau vòng sấy đầu lên vòng sấy cuối Quá trình này coi... cao (m) 2,64 1,32 2,64 0,66 0,66 7,92 III.2 chọn chế độ sấy III.2.1 phân bố giáng ẩm VLS được sấy làm hai vòng qua tháp Theo yêu cầu và kinh nhiệm ta lấy phân bố giáng ẩm trong các vùng sấy và vùng làm mát như sau: -Vòng sấy 1: Vùng sấy nóng thứ 1: ω 11= 30%; ω 21= 28%; ω tb= 29% Vùng làm mát thứ 2 : ω 12= ω 21= 28%; ω 22= 26%; ω tb= 27% Vùng sấy nóng thứ 3: ω 13= ω 22= 24%; ω 23= 20%; ω tb= 22% -Qua... làm mát 2 : t12= 330C Vùng sấy nóng 3: t13= 800C III.2.3 thời gian sấy mỗi vùng Khi sấy cà phê trong các HTS tháp, thời gian sấy tùy thuộc độ ẩm của VLS và nhiệt độ TNS thường nằm trong khoảng (0,75 ÷ 1,5h) Như vậy thời gian trong các vùng sấy nóng phải thoả mãn điều kiện trên Thời gian làm mát cũng được chọn 17 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3 trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn theo... các vùng trong tháp Nhận thấy trong lần sấy đầu tiên do VLS phải đi lần lượt từ trên xuống dưới, đồng thời có VLS đi vào nhưng không có sản phẩm sấy đi ra Chỉ tới khi có lượng VLS đầu tiên xong đi ra thì lúc này có bao nhiêu cà phê cần sấy đi vào, thì có 24 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3 trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn bấy nhiêu cà phê sấy được đi ra trong 2 mẻ liên tiếp Đó là... 223,49 15,24 2 Vùng sấy nóng 0.19 0,18 238,73 2,95 1 Vòng đầu Vùng sấy nóng 0,22 0,19 ϖ 1i ϖ 2i 241,68 9,30 Gi(kg/h) Wi(kg/h) 3 Vùng làm mát 0.26 0.22 266,22 14,39 2 Vùng sấy nóng 0,28 0,26 269,17 7,47 1 0,30 0,28 278,47 7,95 Gi(kg/h) Wi(kg/h) III.5 quá trình sấy lý thuyết 26 Sinh viên thực hiện: NHÓM 3 trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Chúng ta quan niệm quá trình sấy lý thuyết là . CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU, NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG. II.1 Chọn phương án sấy 10 II.2 Chọn tác nhân sấy 10 II.3 Chọn chế độ sấy 11 II.4. được cà phê nhân Sấy Đóng bao đưa vào bảo quản Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, CÁCH SẮP XẾP. thiết bị sấy như: sấy tháp, thăng quay, sấy hầm.v v Trong bài tập lớn này, đề tài của chúng tôi có nhiệm vụ: nghiên cứu công nghệ sấy cà phê, và tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp dựng để sấy 500