Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình sấy, tùy theo phương pháp sấy mà có những biến đổi khác nhau. Tuy nhiên, các biến đổi diễn ra trong quá trình sấy dịch cà phê cô đặc thường không đáng kể, chủ yếu là sự bay hơi của ẩm. Trong quá trình sấy phun, quá trình bay hơi nước diễn ra với tốc độ nhanh vì diện tích bề mặt bốc hơi lớn. Tốc độ bay hơi nước của quá trình sấy thăng hoa sẽ chậm hơn.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU, CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ 1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Nguyên liệu – cà phê Cấu tạo cà phê Lớp vỏ quả: lớp vỏ cùng, mềm mỏng, có màu xanh đỏ violet hay đỏ đậm chín Lớp vỏ thịt: nằm lớp vỏ Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân Vỏ lụa: lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, màu sắc đặc tính khác phụ thuộc vào loại cà phê Nhân cà phê: nằm Lớp tế bào phần nhân cứng, tế bào nhỏ, chứa dầu Phía có tế bào lớn, mềm Một cà phê thường có 1, nhân, thông thường nhân Nhân cà phê Trong nhân cà phê nước chiếm 10-12%, protein chiếm 9-11%, lipit chiếm 10-13%, loại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5% Ngoài nhân chứa chất thơm, alkaloid Thành phần hoá học nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến bảo Hình 1.1 Cấu tạo hạt cà phê quản Nước: Trong nhân cà phê sấy khô, nước lại 10-12% dạng liên kết Khi hàm lượng nước cao hơn, loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt Mặt khác, hàm lượng nước cao làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trình rang , tốn nhiều nhiên liệu làm tổn thất hương cà phê Hàm lượng nước cà phê sau rang 2,7% Chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu kali, nitơ magie, photpho, clo Ngoài thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh…Những chất ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê Chất lượng cà phê cao hàm lượng chất khoáng thấp ngược lại Glucid: Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại phận không tham gia vào thành phần nước uống mà cho màu vị caramen Đường có cà phê trình thuỷ phân tác dụng axit hữu enzim thuỷ phân Hàm lượng saccharose có cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: chín hàm lượng saccharose cao Saccharose bị caramen hoá trình rang nên tạo hương vị cho nước cà phê Hạt cà phê chứa nhiều polysaccarit phần lớn bị loại bã cà phê sau trình trích ly Protein: Hàm lượng protein cà phê không cao đóng vai trò quan trọng việc hình thành hương vị sản phẩm Bằng phương pháp thuỷ phân, người ta thấy thành phần protein cà phê có axit amin sau: Cysteine, Alanie, Phenylalanine, Histidine, Leucine, Lysine, Derine … Các acid amin thấy trạng thái tự do, chúng thường dạng liên kết Khi gia nhiệt, mạch polypeptide bị phân cắt, axít amin giải phóng tác dụng với tác dụng với chất tạo mùi vị cho cà phê rang Lipid: Hạt cà phê chứa lượng cà phê lớn (10-13%) Lipid cà phê gồm chủ yếu dầu sáp Trong sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, dầu chiếm 90% Trong trình chế biến, lipid bị biến đổi, song phần axit béo tham gia phản ứng tác dụng nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi dung môi tốt hoà tan chất thơm Khi pha cà phê lượng nhỏ lipid vào nước phần lớn lưu lại bã Các alcaloid: Trong cà phê có alcaloid cafein, trigonulin, colin Trong quan trọng nghiên cứu nhiều cafein trigonulin Cafein chiếm từ 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác Hàm lượng cafein thấp chè kích thích hệ thần kinh với thời gian dài uống cà phê tốc độ lưu thông máu không tăng lên nên cafein thải chậm, mặt khác pha cà phê nước, cafein giải phóng hoàn toàn trạng thái tự do, không hình thành chất có khả kết tủa chất hoạt tính ancaloit Trigonellin (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) ancanoit hoạt tính sinh lý, tan rượu etylic, không ta clorofoc ete, tan nhiều nước nóng, o nhiệt độ nóng chảy 218 C Tính chất đáng quý trigonellin tác dụng nhiệt độ cao bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP) Nhiều kết nghiên cứu cho thấy cà phê nhân acid nicotic hình thành trình gia nhiệt nhiệt phân trigonellin giữ vị trí quan trọng Chất thơm: Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, hình thành tích lũy ht Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố đất đai , khí hậu chủng loại cà phê Mặt khác hình thành trình chế biến, đặc biệt trình rang Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehid, ceton, rượu, phenol, este Trong trình rang, chất thơm thoát ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm Các chất thơm cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi dẫn đến tượng cà phê bị mùi thơm Bảng1.1: Thành phần hóa học cà phê nhân (theo chất khô) Thành phần Arabica Robusta Carbohydratehòa tan – 12.5% – 11.5% Monosaccharide 0.2-0.5% Thành phần Glucose Fructose Galactose Arabinose Oligosaccharide – 9% 3-7% Sucrose (>90%) Raffinose (0 – 0.9%), stachyose Polysaccharide 3-4% Polymer của: galactose (55 -65%), Mannose (10-20%), arabinose (20-35%) Glucose (0 – 2%) Carbohydrate không 46 – 53% 34 – 44% – 10% – 4% hòa tan Hemicellulose Cellulose, β(1-4) mannan Acid dễ bay 0.1% Acid khó bay – 2.9% 1.3 – 2.2% Acid citric, acid malic, acid quinic Acid chlorogenic 6.7 – 9.2% 7.1 – 12.1% Monodicaffeoyl – and feruloylquinic acid Lignin Lipid 1-3% 15 – 18% – 12% Sáp 0.2-0.3% Dầu 7.7-17.7% Các hợp chất nitơ 11-15% Acid amin 0.2-0.8% Protein 8,5-12% Chủ yếu glut, asp, asp -NH2 Caffein 0.8 – 1.4% 1.7 – 4.0% Trigonelline 0.6 – 1.2% 0.3 – 0.9% Khoáng 3-5.4% Chủ yếu glut, asp, asp -NH2 Hiện người ta chia cà phê thành giống lớn Cà phê chè Arabica (Coffea arabica) Cà phê vối Robusta (Coffea canophera) Ngoài có loại cà phê khác: Cà phê mít Excelsa (Coffea excelsa), … Trong công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan, cà phê nhân thường sử dụng cà phê Robusta lý sau: Hàm lượng chất khô hòa tan cà phê Robusta cao cà phê Arabica, lượng sản phẩm thu hồi nhiều Hàm lượng caffeine cà phê nhân Robusta thường khoảng 2% (chất khô), cao hàm lượng caffeine cà phê Arabica (khoảng 1,2% chất khô) Giá thành cà phê Robusta thấp Arabica Yêu cầu chất lượng nguyên liệu cà phê nhân sản xuất cà phê hòa tan thấp so với nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay 1.1.2 Nguyên liệu phụ Vai trò nguyên liệu phụ sản xuất cà phê hòa tan nhằm để nâng cao giá trị cảm quan sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Nguyên liệu phụ sử dụng nhiều đường, sữa bột kem nguồn gốc từ sữa non Vai trò đường sản phẩm cà phê hòa tan nhằm hạn chế vị đắng cà phê, nâng cao giá trị dinh dưỡng sản phẩm Vai trò sữa bột sản phẩm nâng cao giá trị cảm quan sản phẩm Trong cà phê hòa tan, vị đắng chiếm vai trò chủ đạo Do đó, chất béo từ sữa kết hợp với vị đường làm cho sản phẩm cà phê hòa tan có vị hài hòa Thường sử dụng sữa bột nguyên kem sữa bột béo Ngoài ra, cà phê nguyên liệu sau rang mà cường độ hương vị đặc trưng cà phê thấp, chưa đáp ứng nhu cầu người sử dụng, ta bổ sung thêm loại chế phẩm hương cà phê Tuy nhiên việc bổ sung hương không phổ biến sản xuất 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan 1.2.1 Quy trình công nghệ Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hoà tan Bột cà phê rang Thu hồi chất thơm Trích ly Cô đặc Sấy khô Bổ sung chất thơm Cà phê hoà tan 1.2.2 Thuyết minh quy trình Trích ly Quá trình trích ly nhằm thu chất hoà tan có bột cà phê rang vào nước Dùng nước nóng 80- 90 C để trích ly Không dùng nước có nhiệt độ cao trích ly chất không tốt cho sản phẩm Bột cà phê sản xuất cà phê hoà tan cần có kích thước lớn tiến hành trích ly nhiều lần để hạn chế lượng bột mịn tan sâu vào nước trích ly Cô đặc Mục đích: Chuẩn bị: trình cô đặc nhằm chuẩn bị cho trình sấy, làm tăng nồng độ chất khô dịch chiết giúp giảm chi phí lượng, giảm thời gian sấy, tăng độ đậm đặc sản phẩm Bảo quản: hạn chế xâm nhập phát triển vi sinh vật Phương pháp cô đặc thường dùng cô đặc chân không Dung dịch cà phê bơm vào thiết bị gia nhiệt Tại nước nhận nhiệt bay Độ chân không tạo nhờ baromet hút nước ngưng tụ bình ngưng Quá trình diễn nồng độ dung dịch đạt yêu cầu dừng Tách hồi hương Nếu để nguyên cà phê bột đem chế biến chất thơm cà phê bị tổn thất nhiều, trình sấy phun Do vậy, người ta thu hồi chất thơm cà phê bột trước trích ly bổ sung trở lại cho bột cà phê hoà tan Khử hấp thụ Quá trình khử hấp phụ tiến hành tháp đứng tác nhân hấp phụ khí trơ (N2) Cà phê bột làm nóng tháp toát chất thơm Sau bơm dòng khí trơ đốt nóng đến nhiệt độ định (95°C) vào từ đáy tháp Trên đỉnh tháp có quạt hút có tác dụng hút hỗn hợp khí khỏi tháp, đồng thời tạo áp suất thấp để trình hấp phụ xảy dễ dàng Ta thu hỗn hợp gồm khí N2 chất thơm Hấp thụ Bột cà phê hoà tan sau sấy có độ ẩm khoảng 8% xốp nên dễ hấp phụ Quá trình hấp phụ tiến hành tháp đứng Hỗn hợp khí vào phải làm lạnh (nhiệt độ thường - 9°C), qua bột cà phê hoà tan hấp phụ chất thơm có hỗn hợp khí, ta thu bột cà phê hòa tan thành phẩm Sấy khô Sấy khô nhằm đưa dịch trích ly cà phê cô đặc thành dạng bột khô để tiện lợi cho trình bảo quản sử dụng Các biến đổi nguyên liệu trình sấy Trong trình sấy, tùy theo phương pháp sấy mà có biến đổi khác Tuy nhiên, biến đổi diễn trình sấy dịch cà phê cô đặc thường không đáng kể, chủ yếu bay ẩm Trong trình sấy phun, trình bay nước diễn với tốc độ nhanh diện tích bề mặt bốc lớn Tốc độ bay nước trình sấy thăng hoa chậm Ngoài bay ẩm, trình sấy phun có tượng bay cấu tử dễ bay hơi, đặc biệt cấu tử hương Đây nguyên nhân làm giảm chất lượng cảm quan cà phê trình sấy phun Các phương pháp sấy dịch cà phê: Sấy phun: Dịch phun thành giọt lỏng vào môi trường cấp nhiệt o không khí nóng Nhiệt độ khí nóng vào khoảng 200 – 260 C, nhiệt độ không khí 107 - 121 C để đạt yêu cầu chất lượng vị Sản phẩm cà phê thu đáy thiết bị sấy phun Sấy theo phương pháp thành phẩm có dạng hạt nhỏ , rỗng ruột gọi bột nhẹ, tỷ trọng nhỏ dễ hòa tan, hình dáng bột đặn Sấy chân không: Dịch đựơc cà phê đưa đến buồng bốc chân không nhiệt độ tháp Dung dịch dàn mỏng trục lớn có nóng trục Bột khô thành màng mỏng quanh ống Khi có phận giới cạo tán nhỏ Bột sấy theo kiểu hòa tan nhanh, tốt Sấy phương pháp thăng hoa hồng ngoại: Đưa dung dịch đực cà phê làm lạnh, sau dùng tia hồng ngoại để sấy đột ngột Tinh thể thu dễ tan, hương đảm bảo, chất lượng tốt Phương pháp chủ yếu dùng quy mô phòng thí nghiệm Trong sản xuất cà phê hoà tan thường dùng phương pháp sấy phun 1.3 Tổng quan công nghệ sấy phun 1.3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu tác dụng nhiệt Trong trình sấy, nước tách khỏi vật liệu nhờ khuếch tán do: Chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu Chênh lệch áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Mục đích trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu Sấy phun công nghệ sấy đặc biệt khả sấy trực tiếp nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột Hệ thống sấy phun hệ thống chuyên dùng để sấy vật liệu sấy dạng dung dịch huyền phù, ví dụ trong công nghệ sản xuất sữa bột, bột trứng, cà phê hoà tan,… Cấu tạo chủ yếu hệ thống sấy phun gồm bơm dịch thể, buồng sấy hình trụ, bố trí vòi phun cuối cyclon để thu hồi sản phẩm Dung dịch phun thành dạng sương vào buồng sấy, trình sấy diễn nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu lên giới hạn cho phép sử dụng tác nhân sấy nhiệt độ cao Sản phẩm thu dạng bột mịn o Nhiệt độ dòng khí lên đến 750 C phụ thuộc vào tính chịu nhiệt vật liệu Dòng khí khỏi thiết bị sấy phải qua hệ thống cyclon để thu hồi bụi sản phẩm bị lôi theo Việc tuần hoàn khí thải để tiết kiệm trường hợp không thực tế trình thu hồi bụi nhiệt nhiều Ưu điểm: sấy nhanh, sản phẩm thu dạng bột min, chi phí điều hành tương đối thấp, tháp sấy có suất lớn Nhược điểm: Kích thước phòng sấy lớn mà vận tốc tác nhân sấy nhỏ nên cường độ sấy nhỏ, tiêu tốn nhiều lượng, thiết bị phức tạp cấu phun hệ thống thu hồi sản phẩm 10 Hệ số hiệu chỉnh η : thiết bị thuộc nhóm 2, loại II, chọn η =1 + Ứng suất cho phép giới hạn bền: [N/m2] + Ứng suất cho phép giới hạn chảy: [N/m2] Ta lấy giá trị bé hai kết vừa tính toán ứng suất để tính toán tiếp vì: Do bề dày tối thiểu thùng xác định theo công thức: [m] + C Trong đó: Dt : đường kính thiết bị [m] ϕh : hệ số bền mối hàn C: Số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày [m] P : áp suất thiết bị [N/m ] + Các hệ số bổ sung kích thước: C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1: hệ số bổ sung ăn mòn hóa học môi trường Chọn C1 = 2,5mm C2: hệ số bổ sung bào mòn học môi trường Do thiết bị hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn nên bỏ qua C2 C3: hệ số bổ sung dung sai chiều dày Đối với thép X18H10T, chọn Cc = 0.18mm ⇒ C = 2,5 + + 0,18 = 2,68 [mm] 30 + Bề dày thực tháp sấy: S = 1,6 + C = 1,6 + 2,68 = 4,28 [mm] Chọn S = (mm) 4.5.2 Đáy nắp thiết bị o Chọn nắp elip , đáy dạng nón góc đáy 90 Đường kính ống tháo sản phẩm 0,4m CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Tính calorifer Các thông số ban đầu: Các thông số không khí: Lượng không khí thiết bị G2’ = Lo = 1397,972 [kg/h] 31 Nhiệt độ không khí ban bầu t’ f2=30oC vào calorifer gia nhiệt đến t” f2= 220oC (xem tổn thất nhiệt từ calorifer đến tháp 20oC) Chọn loại ống thép dùng làm ống truyền nhiệt có hệ số dẫn nhiệt λ= 50,2 đường kính ống d2/d1=40/34 mm Ống đặt song song; bước ống: s1= s2 = 1,5 d2 Khói lò: Khói lò cho ống thép với vận tốc ω 1= m/s; không khí ống thép với vận tốc là: ω2= m/s Lưu lượng: G’1= 8,6 [kg/s] Nhiệt độ: t’f1= 500oC Nhiệt độ trung bình không khí: tf2 = 0,5.( t”f2 + t’f2) = 0,5.( 220 + 30) =125oC Từ nhiệt độ tf2 tra bảng thông số vật lí không khí ta có: Khối lượng riêng: ρf2 = 0,887 [ kg/m3] Độ nhớt động: υf2 = 25,3.10-6[m2/s] Hệ số dẫn nhiệt: λf2 = 3,38.10-2 Nhiệt dung riêng: Cp2 = 1,01 [kJ/kg] Chuẩn số Prandl không khí: Pr1 = 0,6855 Nhiệt lượng mà không khí nhận được: Q2= G2’.Cp.(t”f2– t’f2) = 6,5.1,01.( 220 – 30 ) = 1247,35 [kW] 32 Để xác định gần nhiệt độ trung bình khói lò sau trao đổi nhiệt với không khí giả sử nhiệt độ tf1= 440oC sau tính lặp kiểm tra lại Ở nhiệt độ tf1 = 440oC ta có: Cp1 = 1,1652 [KJ/Kg.độ] Từ phương trình truyền nhiệt ta có nhiệt lượng mà khói lò truyền cho không khí là: Q1 = G1’.Cp1.(tf1’ – tf1”) Bỏ qua tổn thất nhiệt lượng nhiệt nhiệt lượng mà không khí nhận Q2, ta có: tf1” = tf1’ - = 500 - = 375,5oC Nhiệt độ trung bình khói lò tính lại sau : Tf1 = = = 438oC Vì chọn nhiệt độ trung bình khói lò 440oC hợp lý Vậy ta dùng tf1= 440 oC để chọn thông số vật lý khói lò tra bảng ta có Khối lượng riêng khói lò : ρ1= 0,4978 [kg/m3] Nhiệt dung riêng khói lò : Cp1= 1,1652 [KJ/Kg.độ] Hệ số dẫn nhiệt khói lò : λf1= 6,044.10-2 [W/m.độ] Độ nhớt động học khói lò : υf1 = 66,75.10-6 [m2/s] Chuẩn số Prandl khói lò : Pr1= 0,636 Chuẩn số Reynolds khói lò tính theo công thức sau: Re = = = 3056 Với giá trị chuẩn số Re tra bảng ta có: =8 ⇒ Nu = 8.0,6360,43 = 6,6 Từ ta tính hệ số cấp nhiệt phía khói lò: Nu = => = 11,7( ) 33 Về phía không khí (bên ống): Ref2 = = = 4743 103 Không khí calorifer theo phương vuông góc vói chùm ống trường hợp chuẩn số Nu tính theo công thức sau: Nu = 0,41 = 0,41.47430,6.0,6360,35 = 56,2 Từ ta tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ống: Nu = = = = 47,5 ( Hệ số truyền nhiệt tổng quát cho calorifer: K = = = 9,4 (W/m2.độ) Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: Trong calorifer dòng không khí dòng khói lò trao đổi nhiệt giao dòng với cách hỗn độn calorifer có nhiều ngăn làm đổi hướng dòng không khí phía ống Lúc chênh lệch nhiệt độtrung bình sẽlớn trường hợp xuôi chiều nhỏhơn trường hợp ngược chiều tính theo công thức sau: ∆t = ∆tng.ε Trong : ∆tng= tf1– tf2 = 440 – 125 = 315oC ε : hệ số hiệu chỉnh Để tính ε ta cần tính: R = = = 0,66 P = = = 0,4 Từ hai thông số dựa vào đồ thị thực nghiệm V.7/8[2] ta tra : ε= 0,97 Thay vào ta có: ∆t = 0,97.315 = 306oC Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 34 F = = = 434 [m2] Diện tích mặt ống F1 ống = 2.π dtb.L = 2.3,14 0,5.(0,040 + 0,034 ).2 = 0,5 [m2] Trong L chiều dài thiết bị, chọn sơ bộL = m Tổng số ống cần cho thiết bị truyền nhiệt là: n = = = 868 [ống] Bố trí số ống dãy số dãy, nên số dãy là: m = = = 30 Khoảng cách ống đến Calorifer a = 0,01m Bước ống : s = 1,5.dtb = 1,5.0,5.(0,040+0,034) =0,055 [m] Chiều rộng thiết bị: B = m.(s -1) + 2a = 0,055.(30 - 1) + 2.0,01 = 1,62 ≈1,7[m] Chiều cao thiết bị: A = B = 1,7[m] Lượng nhiên liệu tiêu tốn Lưu lượng không khí khô cần thiết cho trình sấy : G2’= 16772,9 [kg/h] Nhiên liệu dùng để đốt dầu FO có thành phần chủyếu paraffin từ C14 – C17 Bảng 5.1: thành phần dầu FO Nguyên tố C H O N S A W Phần trăm 82,98 12,38 0,74 1,12 2,77 0,00 0,01 35 Lượng không khí khô cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu là: Lo= 0,115C + 0,346H + 0,043( S – O) = 0,115 82,98 + 0,346 12,38 + 0,043.(2,77 – 0,74)= 13,9 [kg kkk/kg nhiên liệu] Nhiệt trị cao dầu FO Theo công thức Mendeleep: Qc= 339.C + 1256.H – 109.( O – S) = 339.82,98 + 1256.12,38 - 109.( 0,74 – 2,77) = 43900 [ KJ/Kg ] Sau cháy với dầu trở thành khói lò dẫn vào buồng hoà trộn với không khí ban đầu để có nhiệt độ mong muốn Quá trình đặc trưng hệ số dư không khí: = Trong : ηbd: Hiệu suất buồng đốt (ηbd= 0,9 ) Qc: Nhiệt trịcao nhiên liệu Cnl,tnl : Nhiệt dung riêng nhiệt độcủa nhiên liệu Cpk,tk : Nhiệt dung riêng nhiệt độcủa khói lò (Cpk = 1,182 KJ/kgK) ha, o: Enthanpi nước chứa khói lò sau buồng hoà trộn enthanpi không khí trời (ha=3478/kg, hao = 2552kJ/kg) do,to: Hàm ẩm nhiệt độban đầu không khí (do = 0.02 kg/kg kk khô) W : Lượng nước có nhiên liệu A : Hàm lượng tro có nhiên liệu Thay vào ta tính được: = 14,6 36 Lượng không khí khô sau buồng hoà trộn cần thiết là: Lk= + α.Lo- (9.H + W + A) = + 14,6.13,9 – (9.0,1238 +10-4) = 202,8 [kg kkk /kg nl] Lượng nhiên liệu tiêu tốn : B = G2’/ Lk= 16772,9 /202,8 = 82,7 [kg / h ] Thể tích nhiên liệu tiêu tốn cho trình sấy là: Vd = B/ρd= 82,7/0,92 = 90 [l/h ] 5.2 Tính chọn cyclon lắng Hệ bụi dòng không khí có nhiệt độkhoảng 55oC chứa hạt mịn sản phẩm sấy phun với kích thước bé khoảng 71µm Lưu lượng khí L = 16772,9 [kg/h] + Khối lượng riêng khí: = 1,293 = 1,076 [kg/m3] + Lưu lượng khí vào cyclon: VS = = = 4,3 [m3/s] Chọn cyclon viện NIOGAS: Cho trước ∆P/ρ= 740 hệ số trở lực ξ = 100 + Tính tốc độ quy ước: v’q = = = 3,8 [m/s] + Đường kính cyclon: D = = = 1,2 [m] + Trở lực cyclon: ∆P = = 100 Chọn cyclon theo catalogue hãng NIOGAS với đường kính D = 1,2m theo bảng 4.1 /188 Bảng 5.2: Các kích thước cyclon: 37 Chiều rộng Chiều cao Đường kính Chiều cao Chiều cao cửa vào cửa vào ống tâm vỏ trụ nón D (m) b = 0,21D h = 0,66D do= 0,58D H1= 1,6D H2 = 2D 1,2 0,252 0,792 0,696 1,92 2,4 Đường kính 5.3 Tính chọn quạt hút Chọn ống dẫn không khí có đường kính φ= 500mm Trở lực từ quạt đến calorifer: Chọn khoảng cách từ quạt đến calorifer là: 1m Vận tốc dòng khí thổi ống: [m/s] 53125 Vì Re> 10 => nên chế độ chảy rối (chọn ống thép, ε=0,5mm: độ nhám tuyệt đối) Ta thấy: Regh< Re < Ren nên hệ số ma sát tính theo công thức: Trở lực từ quạt đến calorifer [N/m2] Trở lực calorifer: Nhiệt độ trung bình dòng khí calorifer: Vận tốc không khí calorifer 38 [m/s] Trong : F = F1 – F2 = 1,7 – 30.(2 0,04) = [m ] F1 : Diện tích bề mặt truyền nhiệt F2 : Diện tích chiếm chỗ ống truyền nhiệt Chuẩn số Reynol: Do ống theo kiểu song song nên: Với s khoảng cách ống theo phương cắt ngang ống dòng chuyển động (theo chiều rộng dòng) m số dãy chùm theo phương chuyển động (m = 30) d đường kính ống : d = 0,040m Vậy trở lực calorifer: [N/m2] Trở lực từ calorifer đến buồng sấy: ω: vận tốc không khí ống dẫn [m/s] Ta thấy: Regh < Re < Ren, nên hệ số ma sát tính theo công thức: Trở lực: [N/m2] Trở lực thiết bị sấy: 39 [N/m2] Trở lực đột thu mở vào thiết bị: Tiết diện ống: [m2] Tiết diện tháp sấy: [m2] Ta có: F/F1= 0,0156; từ tra bảng ta có = Xem trở lực đột thu trở lực đột mở; tổng trở lực đột thu đột mở tính theo biểu thức sau: [N/m2] Vậy tổng trở lực là: H p = Σ∆P = ∆P + ∆P1 + ∆P2 + ∆P3 + ∆P4 + ∆P5 = 9,177(N / m2 ) Áp suất quạt điều kiện thực tế: [N/m2] Trong đó: t : nhiệt độ làm việc khí ρ : khối lượng riêng khí điều kiện tiêu chuẩn ρk : khối lượng riêng khí điều kiện làm việc B: áp suất nơi đặt quạt ( B = Công suất quạt tính theo công thức: [kW] Trong đó: Q = 16772,9 [kg/h] ≈ 6,2 [m /s] ηq:hiệu suất quạt 40 760mmHg) ηtr:hiệu suất truyền động Trong hệ thống dùng quạt mắc nối tiếp công suất quạt 6,3 KW Một quạt đặt trước calorifer đẩy không khí vào calorifer quạt đặt sau cycle hút không khí khỏi thiết bị sấy Công suất động quạt: Nđc= β.N ; với N > chọn hệ số dự trữ β = 1,1 Vậy công suấy động cơ: Nđc= 1,1.6,3 ≈ [KW] 3 Với giá trị tính được1816,42 [N/m ] Q = 6,2[m /s] ≈ 22320 [m /h] dựa vào đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm ta chọn quạt II4- 70 N Bảng 5.3: thông số quạt Kích thước (mm) A B B1 B2 G E N P K H 518 839 624 560 615 718 - 520 890 - Kích thước (mm) Số lỗ Bánh đai thường số D D1 d1 d2 n1 n2 820 850 8,5 - 16 5.4 Tính chọn bơm Áp suất toàn phần bơm tạo 41 - Do O 315 190 Loại rãnh dây B Trong đó: H: áp suất toàn phần bơm tạo P1, P2: áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy hút (P =1at, P2 =1,5at) Ho: chiều cao nâng chất lỏng hm: áp suất tiêu tốn để thắng để thắng toàn trở lực đường ống hút đẩy, Ho= 7,5m Trong đó: ∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc Áp suất động học để tạo vận tốc dòng chảy khỏi ống đẩy ρ : khối lượng riêng dung dịch cà phê, =1050 kg/m ω : vận tốc dòng chất lỏng ống, chọn = 1,5 m/s + Lưu lượng thể tích dịch sữa là: (m/s) + Đường kính tương đương đường ống: (m) (N/m2) Áp suất để khắc phục trở lực ma sát đường ống dẫn Trong đó: l: chiều dài ống dẫn, chọn l =15 m d: đường kính ống dẫn, d=0,017 m 42 λ : hệ số ma sát chế độ chảy rối Chọn ống thép X18H10T Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2mm Trị số Raynolds giới giới hạn tính theo công thức sau: Regh < Re < Ren ( dòng chảy độ) Hệ số ma sát tính theo công thức II (N/m2) Áp suất để thắng trở lực cục Trong đó: ξ : hệ số trở lực cục Chọn van tiêu chuẩn ξ1 =2.1,3=2,6 Chọn khủy ghép 90 khủy 45 tạo thành, chọn ξ2 = 2.2.0,38=1,52 ξ = ξ1 + ξ = 4,12 (N/m2) Vậy: ∆p = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc = 1181,25 + 3400 + 4866,75 = 9448[N / m Áp suất toàn phần bơm 43 ] Công suất bơm Trong đó: Hiệu suất thể tích ηv = (0,90 ÷ 0,98) Chọn ηv =0,95 Hiệu suất thủy lực ηH = (0,89 ÷ 0,95) Chọn ηv =0,92 Hiệu suất thể tích ηck = (0,92 ÷ 1,0) Chọn ηv =0,98 Công suất bơm N < 1KW, để bơm làm việc an toàn ta chọn hệ số an toàn β=2 Vậy công suất động cơ: N’ = β.N = 0,05.2=0,1[KW] 5.5 Tính công suất động đĩa phun N = 1,91.10 −3 G1 ω = 1,91.10 −3 84 = 0,004[KW ] Trong đó: G1: lưu lượng dịch thể [kg/s] ω: tốc độ quay đĩa [m/s] Tốc độ đĩa quay n= 16000 vòng/phút, đường kính đĩa d = 0,1m ω = 3,14.d.n/60 = 3,14.0,1.16000/60 = 84[m/s] 5.6 Chân đỡ cửa quan sát, sửa chữa Cửa quan sát làm kính thủy tinh chịu nhiệt có đường kính D = 300 [mm] Cửa sửa chữa có kích thước 600 x 500 [mm] Chân đỡ cao m 44 [...]... mô nhà máy Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy Mặt khác sấy phun dễ dàng ứng dụng trong công công nghiệp hơn các pháp sấy thăng hoa, sấy hồng ngoại Qua phân tích ở chương 2 ta tiến hành lựa chọn các phương án chi tiết cho hệ thống sấy như sau: Chọn buồng sấy phun hình trụ, đáy hình nón Chế chuyển động giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy: với chế độ sấy này nhiệt độ bột sản phẩm thu được... liệu và sấy khô vật liệu Nhờ quá trình phun vật liệu thành hạt nhỏ nên bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu và môi chất sấy rất lớn nên cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn ( vài giây đến vài chục giây) Hình 1.4 : Sơ đồ hệ thống sấy phun 1 Buồng sấy 5 Cơ cấu phun mẫu 2 Caloriphe 6 Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát ra 3 Thùng chứa nguyên liệu cần sấy 7 Cyclon vận chuyển sản phẩm 4 Bơm nguyên liệu 8 Hệ thống. .. có các ưu điểm sau: Thiết bị đơn giản, hiệu suất sử dụng cao Dễ điều chỉnh nhiệt độ Không gây ô nhiễm môi trường Nhược điểm là giá thành năng lượng cao, chủ yếu dùng ở quy mô phòng thí nghiệm 17 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế Vật liệu sấy là dung dịch cà phê có nồng độ ban đầu là 20% Sản phẩm là cà phê bột độ ẩm 8% Theo tính chất của nguyên... Cấu tạo thiết bị sấy phun Tất cả các thiết bị sấy phun đều bao gồm: Cơ cấu phun (vòi phun) : Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như : cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng... thì các kết quả được chấp nhận CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Chọn đĩa phun Chọn đĩa phun có đường kính dd = 100mm n= 16000 v/p: tốc độ đĩa quay υ0= 0,32 m/s: vận tốc của dịch chảy vào đĩa phun Sức căng bề mặt : σ = 0,0757 (1-0,002.tv1) = 0,0757.(1-0,002.45) = 0,069(kgf/m) 4.2 Đường kính thiết bị sấy Đường kính hạt cà phê sau khi phun dr = Bán kính tán phun Trong đó RΨ: bán kính tán phun [m]... 13 Cường độ bay hơi ẩm A 3 kg/m h - 0,03 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY 3.1 Tính cân bằng vật chất G1: Năng suất nhập liệu: G1= 100 [kg/h] Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: W1 = 80% Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: W2= 8% G2: Năng suất sản phẩm thu được, [kg/h] W: Năng suất bốc hơi ẩm, [kg ẩm/h] L: Lượng không khí tiêu hao, [kg kk/h] Trong quá trình sấy lượng chất khô không đổi nên ta có: G1(100-W1)... án sấy như sấy phun, sấy thăng hoa, sấy hồng ngoại Theo phân tích thì phương án thích hợp nhất là phương án sấy phun vì các ưu điểm sau: Quá trình sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn không cần nghiền và có độ hòa tan lớn Do quá trình sấy nhanh nên nhiệt độ của nguyên liệu không tăng quá cao, các tính chất của sản phẩm được đảm bảo Chi phí nhân công thấp Vận hành và bảo dưỡng đơn giản Thiết kế. .. lửng (tốc độ cân bằng) được tính theo công thức Stockes: [m/s] 28 Vậy: [s] Thời gian sấy được tính theo công thức sau Trong đó: W: lượng ẩm cần bốc hơi V: thể tích buồng sấy o A: cường độ bốc hơi ẩm Nhiệt độ sấy là 200 C, chọn A = 4,5 Vậy thời gian sấy khô vật liệu là: [s] 4.5 Tính bền cho thiết bị sấy 4.5.1 Thân thiết bị Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương... không khí Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện… Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclon Hệ thống quạt hút: Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được... chọn ϕh = 0.95 29 Hệ số hiệu chỉnh η : thiết bị thuộc nhóm 2, loại II, chọn η =1 + Ứng suất cho phép giới hạn bền: [N/m2] + Ứng suất cho phép giới hạn chảy: [N/m2] Ta lấy giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính toán được của ứng suất để tính toán tiếp vì: Do đó bề dày tối thiểu của thùng được xác định theo công thức: [m] + C Trong đó: Dt : đường kính trong của thiết bị [m] ϕh : hệ số bền mối hàn ... bột Hệ thống sấy phun hệ thống chuyên dùng để sấy vật liệu sấy dạng dung dịch huyền phù, ví dụ trong công nghệ sản xuất sữa bột, bột trứng, cà phê hoà tan,… Cấu tạo chủ yếu hệ thống sấy phun. .. xuất cà phê hoà tan thường dùng phương pháp sấy phun 1.3 Tổng quan công nghệ sấy phun 1.3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu tác dụng nhiệt Trong trình sấy, ... nhỏ, tiêu tốn nhiều lượng, thiết bị phức tạp cấu phun hệ thống thu hồi sản phẩm 10 1.3.2 Cấu tạo thiết bị sấy phun Tất thiết bị sấy phun bao gồm: Cơ cấu phun (vòi phun) : Có chức đưa nguyên liệu