Tài liệu Thiet ke thiet bi say ca phe dang thung quay nang suat 2 tangio

Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp khá phát triển. Xuất khẩu nông sản luôn thu nhiều ngoại tệ về cho nước nhà. Theo thống kê sơ bộ của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT), tính đến 20/12/2009, tổng kim ngạch xuất khẩu các mặt hàng nông, lâm, thuỷ sản ước đạt khoảng 15 tỷ USD, trong đó nông sản đạt trên 8 tỷ USD, thuỷ sản trên 4 tỷ USD, lâm sản trên 2 tỷ USD.... Trong đó, nhóm hàng nông sản như: gạo, cà phê, cao su…luôn là nhóm hàng chiếm tỷ trọng cao trong xuất khẩu nông sản. Cùng với các mặt hàng nông sản khác cà phê là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Giá trị xuát khẩu hàng năm đạt trên 1 tỷ USD. Theo http://www.sggp.org.vn ra ngày 07/11/2009, trong 9 tháng đầu năm 2009, xuất khẩu cà phê đạt 880.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 1,3 tỷ USD. Dự kiến cả năm 2009, xuất khẩu đạt 1,15 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 1,75 tỷ USD. Việt Nam đã xuất khẩu cà phê đến 88 quốc gia và vùng lãnh thổ, đứng thứ 2 thế giới. Tuy nhiên, theo báo cáo ngày 1-9-2009 của Tổ chức Cà phê thế giới (ICO) thì 75% cà phê Việt Nam không đạt chuẩn CQP (Coffee Quality-Improbement Program), trong khi Indonesia chỉ có 9%. Điều này ảnh hưởng đến uy tín và có cớ để người mua trả giá thấp. Để lấy lại uy tín của cà phê Việt Nam trên thị trường xuất khẩu, các đơn vị sản xuất kinh doanh cà phê cần không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm; quan tâm đầy đủ vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, mở rộng diện tích sản xuất cà phê theo chuẩn và quy tắc chung của cộng đồng cà phê quốc tế; thực hành nông nghiệp tốt (GAP), quản lý cây trồng tổng hợp (ICM), phòng trừ sâu bệnh tổng hợp (IPM) và thực hành chế biến tốt (GMP). Để sản xuất cà phê vừa đáp ứng được thị trường xuất khẩu vừa có khả năng cạnh tranh cần đòi hỏi chất lượng cà phê cao và giá thành hợp lý. Trong thời kỳ cạnh tranh như hiện nay thì vấn đề tìm ra giải pháp nhằm nâng cao chất lượng cà phê luôn được quan tâm. Trong đó, việc thiết kế hệ thống sấy, lựa chọn thiết bị sấy và tính toán nhiệt cho quá trình sấy đóng vai trò quyết định chất lượng cà phê. Từ đó, đề tài “thiết kế thiết bị sấy cà phê dạng thùng quay năng suất 2 tấn/giờ” được thực hiện nhằm góp phần giải quyết tình trạng trên và đáp ứng nhu cầu thị trường. 1.2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 1 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng  Nghiên cứu, tính toán thiết kế, đưa ra quy trình sấy cà phê bằng thùng quay góp phần cải thiện chất lượng cà phê, nâng cao giá trị kinh tế.  Giải quyết tình trạng ứ đọng nguyên liệu và ổn định giá cả. 1.3. YÊU CẦU  Xác định các thông số đầu vào và dầu ra của nguyên liệu: độ ẩm, nhiệt độ…  Xác định nhiệt độ sấy, thời gian sấy.  Xác định lưu lượng khí sấy và lượng nhiệt cần thiết.  Xác định hiệu suất sấy. 2 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1. Giới thiệu về cây cà phê 2.1.1. Nguồn gốc cây cà phê Việt Nam Theo http://thegioicafe.com.vn thì cà phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9, khi nó được khám phá ra từ vùng cao nguyên Ethiopia. Từ đó, nó lan ra Ai Cập và Yemen, và tới thế kỉ thứ 15 thì đến Armenia, Persia, Thổ Nhĩ Kỳ và phía bắc Châu Phi. Từ thế giới Hồi giáo, cà phê đến Ý, sau đó là phần còn lại của Châu Âu, Indonesia và Mĩ. Ngày nay, cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu. Cây cà phê lần dầu tiên đưa vào Việt Nam từ năm 1897 và được trồng thử từ năm 1888. Giai đoạn đầu, cà phê chủ yếu trồng ở Ninh Bình, Quảng Bình… đến đầu thế kỷ 20 mới được trồng ở Nghệ An và một số nơi ở Tây Nguyên. Từ 1920 trở đi, cây cà phê mới có diện tích đáng kể đặc biệt ở Buôn Ma Thuật, Đăklăk. Khi mới bắt đầu, qui mô các đồn điền từ 200-300ha và năng suất chỉ đạt từ 400-600kg/ha. Cho đến nay, diện tích cà phê trên cả nước khoảng 500.000 ha và sản lượng có khi lên đến 900.000 tấn. Hiện nay Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 trên thế giới. 2.1.2. Phân loại Hiê ̣n nay, các nước trên thế giới cung như ở nước ta đều trồng ba loại cà phê là: arabica (cà phê ch̀), canephora (cà phê vối), excelsa (cà phê mít).  Cà phê chè (arabica): là loại cà phê được trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, chiếm 9/10 tổng sản lượng cà phê. Cây cao 3  5 m, có khi 7  10 m, đô ̣c thân hoă ̣c nhiều thân, vỏ mốc trắng, gô vàng ngà, hoa mọc thành từng chùm gồm 5 cánh màu trắng, thời gian ra hoa ở nước ta từ tháng 2 đến tháng 4. Quả hình trứng hay hình tròn, khi chín có màu đỏ tươi, kích thước quả: dài 17  18 mm, đường kính tiết diê ̣n 10  15 mm, 500 700 quả/kg, thời gian từ llc có quả đến llc chín 6 7 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 2. Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân, kích thước: dài 5  10 mm, rô ̣ng 4  7 mm, dày 2  4 mm, kích thước này thay đổi theo từng loại và theo điều kiê ̣n môi trường. Khối lượng 500  700 hạt/100g, hàm lượng cafein 1,3 %, hạt có màu xám xanh, 3 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng xanh lục tùy theo chủng và cách chế biến, năng suất 400  500kg cà phê nhân/ha. Tỉ lê ̣ thành phẩm (cà phê nhân) so với nguyên liê ̣u (cà phê quả tươi) là 14  20 %. Cà phê ch̀ là loại cà phê được ưa chuô ̣ng nhất do hương thơm và mùi vị tốt. Trong đồ án này ta tiến hành sấy cà phê thóc của loại cà phê này.  Cà phê vối (canephora): Cây cao từ 3  8 m, vỏ cây mốc trắng, gô vàng hoă ̣c trắng ngà, hoa màu trắng mọc thành cụm có 5 7 cánh, mùa hoa từ tháng 4 đến tháng 6. Quả hình tròn hoă ̣c hình trứng, khi chín có màu đỏ hoă ̣c hồng, trên quả thường có đường gân dọc, vỏ quả mỏng so với cà phê ch̀, thời gian từ khi có quả đến llc chín 10  12 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 1 đến tháng 4. Hạt hình bầu dục hay tròn, vỏ lụa trắng d̃ bong, khoảng 600  900 hạt/100g, hạt dài 5  8 mm, hạt có màu xanh bạc, xanh lục hoă ̣c xanh nâu tùy theo chủng và cách chế biến, hàm lượng cafein 2  3 %, đây là loại cà phê có nhiều cafein nhất. Năng suất trồng trọt 500  600 kg cà phê nhân/ha, ít hương thơm, thường dùng để pha trô ̣n với cà phê ch̀ hay để chế biến cà phê hòa tan và bánh kko cà phê. Loại cà phê này giá trị thương phẩm kem nhưng lại chịu được hạn, ít ken đất và ít bị sâu bê ̣nh.  Cà phê mít (eccessa): Cây cao từ 6  15 m, nếu đất tốt có thể cao đến20m. Hoa màu trắng có 5 cánh, quả hình trứng hơi ep ngang, quả chín có màu đỏ, to và dày. Khối lượng 500  700 quả/kg. Hình dạng hạt cà phê mít giống như hạt cà phê ch̀, màu vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong, khoảng 700  1000 hạt/100g, hàm lượng 1  1,2 %.cafein. Năng suất 500  600 kg cà phê nhân/ha, tỉ lê ̣ thành phẩm (cà phê nhân) so với cà phê quả tươi khoảng 10  15 %. Giá trị thương phẩm không cao do hạt không đều, khó chế biến, hương vị thất thường, tuy nhiên đây là loại cà phê chịu được hạn, ít ken đất và ít bị sâu bê ̣nh. 2.1.3. Đặc tính chung của cà phê 2.1.3.1. Cấu tạo giải phẫu của 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. 4 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng Hình 1: Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê  Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của quả cà phê ch̀ (arabica) mềm hơn cà phê vối (canephora) và cà phê mít (excelsa).  Lớp vỏ thịt: là phần dưới lớp vỏ mỏng còn gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê ch̀ mềm, chứa nhiều chất ngọt và d̃ xay xát hơn. Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn.  Lớp vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại vỏ quả, vỏ thịt và phơi khô gọi là cà phê thóc, vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ trấu hay còn gọi là nội bì. Vỏ trấu của cà phê ch̀ mỏng và d̃ dập hơn cà phê vối và cà phê mít.  Lớp vỏ lụa: xát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa. Chlng có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê ch̀ có màu trắng bạc rất mỏng và d̃ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt. Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân và phê.  Nhân cà phê: nằm ở phần trong cùng. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân. Thông thường thì chỉ có 2 nhân. Bảng 1: Ti lê ̣ giưa cac thành phân cấu tạo của quả cà phê: (tính theo %?? quả tươi) Thành phần Cà phê ch̀ (arabica) % Cà phê vối (canephora) % Vỏ quả 4543 42 Lớp nhớt 2320 23 Vỏ trấu 86 86 Nhân và vỏ lụa 3026 29 2.1.3.2. Cấu tạo của nhân cà phê 5 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng Hình 2: Cấu tạo của nhân cà phê Nhân cà phê bao gồm: phôi và mô dinh dưỡng. 2.1.3.3. Thành phân hóa học của nhân cà phê Bảng 2: Thành phân hóa học của nhân cà phê Thành phần hóa học Nước Chất dầu Đạm Protein Cafein Clorogenic axit Trigonelline Tannin Cafetanic axit Cafeic axit Pentozan Tinh bột Saccaro Xenlulo Hemixenlulo Linhin Canxi Photpho Sắt Natri Mangan Tính bằng g/100g 8 – 12 4 – 18 1,8 – 2,5 9 – 16 1 (Arabica), 2(Robusta) 2 1 2 8–9 1 5 5 – 23 5 – 10 10 – 20 20 4 85 – 100 130 – 165 3 – 10 4 1 – 45 2.1.3.4. Tính chất vật lý của cà phê thóc Khối lượng riêng:  650 Tính bằng mg/100g kg/m3; Nhiệt dung riêng: c = 0,37 kcal/kg oC; Độ ảm:  1 = 20%;  2 = 12%; ???? 6 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng 2.1.4. Tình hình sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu cà phê ở nước ta Theo trang báo điện tử http://www.bnm.vn, Việt Nam là một nước có sản lượng cà phê lớn thứ hai trên thế giới chỉ sau Braxin. Hàng năm chlng ta làm ra tới 1 triệu tấn cà phê nhân. Tuy nhiên về tiêu dùng cà phê, môi năm chlng ta chỉ tiêu dùng trong nước chừng 938.000 bao (bao 60kg) tức là khoảng 56.000 tấn, chiếm chưa đầy 6% sản lượng cà phê hàng năm. Trong các nước sản xuất cà phê, Việt Nam xếp hàng thứ 8 sau 7 nước Braxin, Mexico, Indonesia, Ethiopia, Colombia, India và Philipines. Nếu tình lượng tiêu dùng bình quân trên đầu người hàng năm của Việt Nam chỉ có 0,64 kg, xếp thứ 19 trong các nước sản xuất cà phê. Có thể thấy việc mở rộng thị trường tiêu thụ cà phê trong nước ở Việt Nam là hoàn toàn có nhiều khả năng mặc dầu người Việt Nam có truyền thống uống trà từ lâu đời. Để phát triển thị trường tiêu thụ cà phê trong nước, nhất là thời kỳ khủng hoảng tài chính trên phạm vi toàn thế giới, việc mở rộng thị trường trong nước là một hương đi cần thiết, chlng ra cần có sự hô trợ của nhà nước thông qua chương trình xlc tiến thương mại nội địa với việc sử dụng nguồn tài chính kích cầu cuả Chính phủ. Tính đến năm 2009 Việt Nam đã xuất khẩu cà phê đến 88 quốc gia và vùng lãnh thổ, đứng thứ 2 thế giới, hàng năm thu về cho nước về cho nước nhà trên 1 tỷ USD. Tuy nhiên, theo báo cáo ngày 1-9-2009 của Tổ chức Cà phê thế giới (ICO) thì 75% cà phê Việt Nam không đạt chuẩn CQP (Coffee QuanlityImprobement Program), trong khi Indonesia chỉ có 9%. Điều này ảnh hưởng đến uy tín và có cớ để người mua trả giá thấp. Để lấy lại uy tín của cà phê Việt Nam trên thị trường xuất khẩu, các đơn vị sản xuất kinh doanh cà phê cần không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm; quan tâm đầy đủ vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, mở rộng diện tích sản xuất cà phê theo chuẩn và quy tắc chung của cộng đồng cà phê quốc tế; thực hành nông nghiệp tốt (GAP), quản lý cây trồng tổng hợp (ICM), phòng trừ sâu bệnh tổng hợp (IPM) và thực hành chế biến tốt (GMP). 2.2. Quy trình sản xuất cà phê Để sản xuất cà phê nhân, người ta sử dụng hai phương pháp sau: - Phương pháp khô: điều kiê ̣n chế biến đơn giản nhưng phụ thuô ̣c hoàn toàn vào thời tiết, thời gian chế biến keo dài. - Phương pháp ướt: sản xuất chủ đô ̣ng hơn nhưng tốn nhiều thiết bị, nước và năng lượng. Tuy nhiên, sản xuất theo phương pháp này rlt ngắn được thời gian chế biến và cho sản phẩm có 7 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng chất lượng cao hơn. Thông thường người ta kết hợp cả hai phương pháp, sau đây là sơ đồ công nghê ̣ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp: Nguyên liệu Nguyên liệu Phân loại Ủ chín Bóc vỏ quả, vỏ thịt Phơi sấy Rửa Xát vỏ quả Làm ráo, phơi sấy Cà phê thóc Bóc vỏ trấu (xát khô) Bóc vỏ lụa (đánh bóng) Phân loại Đấu trộn Cà phê nhân Thuyết minh các công đoạn của quy trình: 8 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng Phân soại: Phân loại nhằm mục đích tách các chất tạp chất lln trong nguyên liê ̣u, làm cho kích thước nguyên liê ̣u đồng đều, tạo điều kiê ̣n cho viê ̣c bóc vỏ được triê ̣t để, đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Bóc vo quả, vo thịt (ćt tươii): Mục đích: Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là nước, gluxit và protein, các chất này không tham gia vào quá trình hình thành chất lượng sản phẩm mà còn gây khó khăn như thối rữa, làm keo dài thời gian phơi sấy. Do đó vỏ quả cần phải loại bỏ. Ngoài ra, lớp vỏ thịt, thành phần chủ yếu là pectin, cung không có lợi cho các quá trình chế biến tiếp theo nên cung cần phải loại bỏ. Rưa: Mục đích: loại bỏ những phẩm vâ ̣t tạo thành trong quá trình lên men, loại bỏ các vết của lớp vỏ nhớt, đây là công đoạn quan trọng vì nếu còn các phẩm vâ ̣t kể trên bám vào hạt cà phê , không những chlng làm cho màu sắc của hạt, mùi vị của hạt bị ảnh hưởng mà còn keo dài thời gian phơi sấy nữa. Làm ŕỏ, phii sấy: Làm ŕo: Mục đích: làm mất phần nước tự do ở hạt cà phê sau khi rữa, nếu không làm ráo mà đem sấy ngay se sinh ra hiê ̣n tượng "luô ̣c" nguyên liê ̣u tạo ra mô ̣t màng cứng bên ngoài hạt cà phê làm keo dài thời gian sấy và sấy không đều làm ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm. Làm ráo có thể rlt ngắn thời gian phơi sấy, đô ̣ ẩm của nguyên liê ̣u có thể giảm từ 7  10 % sau công đoạn này. Phii: Mục đích: phơi nhằm hạ đô ̣ ẩm xuống còn 10  12 % để thực hiê ̣n những quá trình chế biến tiếp theo. Sấy: Do nhược điểm của quá trình phơi nên người ta tiến hành sấy. 9 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng Bóc vo thóc (ćt kh)): Hạt cà phê được bao bọc bởi mô ̣t lớp vỏ trấu tương đối dày và chắc chắn, thành phần chủ yếu là xenlulo, không có ích cho quá trình tiêu hóa của cơ thể và cung không có ích cho sự hình thành chất lượng sản phẩm, do đó cần phải loại chlng ra. Bóc vo sua (đ́nh bóng): Cung như lớp vỏ thóc, lớp vỏ lụa không có giá trị cho người tiêu dùng nên cần phải bóc vỏ lụa cho hạt cà phê được bóng, tăng giá trị cảm quan và tránh vi sinh vật xâm nhâ ̣p. Phân soại: Cà phê sau khi đánh bóng là mô ̣t hôn hợp gồm: cà phê tốt, cà phê xấu, vỏ trấu, vỏ lụa, cà phê vụn...do đó cầ̀n phải phân loại để đảm bảo được yêu cầu của khách hàng và tiêu chuẩn của nhà máy. Đấu tr) ̣n: Cà phê nhân được đấu trô ̣n theo mô ̣t tỉ lê ̣ nhất định để đảm bảo hiê ̣u quả kinh tế cho cơ sở sản xuất hoă ̣c đảm bảo theo yêu cầu của khách hàng. 10 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Tóm tắt lý thuyết qúa trình sấy 3.1.1. Khai niệm Sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đôi tượng của quá trình sấy là các vật ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định. Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước. Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ, ví dụ: sơn, vecni… 3.1.2. Phân loại qua trình sấy Có thể chia làm hai loại cơ bản:  Sấy tự nhiên: Sấy tự nhiên (phơi nắng), vật liệu sấy được phơi ngoài trời, dưới tác dụng nhiệt của mặt trời vật liệu se đạt đến độ ẩm cân bằng. Quá trình này ít tốn kem tuy nhiên không thể thực hiện được vào những ngày mưa dầm, thời gian sấy quá dài. Ở các vùng nhiệt đới thì vật liệu sấy thu được có độ ẩm khá cao.  Sấy nhân tạo: Sấy nhân tạo là quá trình sấy sử dụng tác nhân sấy: không khí nóng, khói lò, hơi quá nhiệt…để làm khô vật liệu sấy. Quá trình sấy nhân tạo gồm có ba giai đoạn: đốt nóng vật liệu, tốc độ sấy không đổi (sấy đẳng tốc), tốc độ sấy giảm dần. Ưu điểm của sấy nhân tạo là không phụ vào thời tiết, thời gian sấy keo dài và có thể đạt được độ ẩm mong muốn. 3.1.3. Hỗn hợp không khí ẩm Hôn hợp không khí khô và hơi nước được gọi là không khí ẩm. 3.1.3.1. Cac loại không khi ẩm Tùy theo lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm mà người ta chia làm ba loại: Không khí ẩm chưa bão hòa: Là không khí còn có thể cho thêm lượng hơi nước vào. Do đó có thể sử dụng không khí ẩm chưa bão hòa làm tác nhân sấy. Không khí ẩm bão hòa: là không khí mà hơi nước chứa trong nó đạt giá trị cực đại. Nếu ta tiếp tục thêm lượng hơi nước vào không khí ẩm bão hòa thì hơi nước ngưng tụ lại thành những hạt nhỏ li ti. 11 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng Không khí ẩm quá bão hòa: là không khí ẩm mà hơi nước chứa trong đó là hơi bão hòa ẩm. Không khí ẩm quá bão hòa là trạng thái không bền vững vì một lượng hơi nước se ngưng tụ và tách khỏi không khí ẩm. 3.1.3.2. Cac thông số đặc trưng của không khí ẩm 3.1.3.2.1. Độ ẩm tuyệt đối Là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm h  Gh V Trong đó  h : độ ẩm tuyệt đối Gh: khối lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm, kg V: thể tích không khí ẩm, m3 3.1.3.2.2. Độ ẩm tươing đối Là tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối  h của không khí ẩm và độ ẩm tuyệt đối cực đại  h max mà không khí ẩm có thể có được ở trạng thái ấy (p, t không đổi) hay là tỷ số của áp suất hơi nước Ph trong vùng đang xet với áp suất hơi trong không khí đã bão hòa ẩm Pbh (cùng nhiệt độ)  h P  h  h max P bh Nếu không khí khô tuyệt đối Ph 0   0 Nếu không khí bão hòa ẩm Ph  Pbh   1 3.1.3.2.3. Độ chứa ẩm (độ chứa hiỉ, độ ẩm riêng) Là trọng lượng nước (hơi ẩm) chứa trong 1kg không khí khô d Gh Gk G = Gh + Gk Trong đó: d: độ chứa hơi G: khối lượng không khí ẩm Gh: khối lượng hơi nước chứa trong không khí, kg Gk: khối lượng không khí khô, kg 3.1.3.2.4. Thể tích riêng của kh)ng khí ẩm Là thể tích của một 1kg không khí ẩm v RT 288T  M ( P  Pbh ) P  Pbh Trong đó v : thể tích riêng của không khí ẩm, m3 kk ẩm/ kg kk khô 12 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng R; hằng số khí, R = 8314 J/kmol. độ M: khối lượng riêng của không khí, M =29 kg/kmol  : độ ẩm tương đối của không khí P, Pbh: áp suất khí quyển và áp suất hơi bão hòa, N/m2 3.1.3.2.5. Nhiệt độ của kh)ng khí Nhiệt độ bầu khô: là nhiệt độ đo bằng một một nhiệt kế hay một cặp nhiệt độ thông thường Nhiệt độ bầu ướt: là nhiệt độ mà tại đó nước, do bốc hơi thành không khí ẩm, có thể đưa không khí đến trạng thái bão hòa trong điều kiện ổn định. Nhiệt độ điểm sương: là nhiệt độ tại đó hơi ẩm trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành sương hay còn gọi là đọng sương. 3.1.3.2.6. Entanpi của kh)ng khí: Là lượng nhiệt năng chứa trong hôn hợp hơi nước – không khí I c k t  ( r0  c h t ) d Trong đó ck: nhiệt dung riêng của không khí khô, ck = 1,004kJ/kg. độ r0: nhiệt hóa hơi của hơi nước, r0 = 2493 kJ/kg ch: nhiệt dung riêng của hơi nước, ch = 1,842 kJ/kg. độ  I 1,004.t  ( 2493  1,842.t ) d Ta có thể lấy gần đlng I 1,004t  (2500  1,842t )d 3.1.4. Cac bộ phận cơ bản của hệ thống sấy Hệ thống sấy bao gồm các bộ phận cơ bản sau: Buồng sấy: là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu, là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống sấy. Có hình dạng khác nhau tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy Bộ phận cung cấp nhiệt: tùy theo hệ thống sấy khác nhau mà bộ phận cung cấp nhiệt cung khác nhau. Thiết bị sấy đối lưu dùng môi chất sấy là không khí, chất tải nhiệt là hơi nước thì bộ phận cung cấp nhiệt là calorifer khí – hơi. nếu chất tải nhiệt là khói thì bộ phận cung cấp nhiệt là calorifer khí – khói. Bộ phận thông gió và tải ẩm: bộ phận bày có nhiệm vụ tải ẩm từ vật sấy vào môi trường. Khi sấy bức xạ việc thông gió còn có nhiệm vụ bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt. Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm: bộ phận này khác nhau tùy thuộc vào thiết bị sấy. Hệ thống đo lường, điều khiển: dùng đo nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi chất sấy tại các vị trí cần thiết. Tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm môi chất vào thiết bị nhằm duy trì chế độ sấy theo đlng yêu cầu. 13 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng 3.2. Vật ẩm Những vật liệu ẩm đem đi sấy đều có chứa một lượng nước nhất định. Trạng thái của vậ liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ. 3.2.1. Độ ẩm của vật 3.2.1.1. Độ ẩm tuyệt đối (độ ẩm theo ci sở kh)) Là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng khô tuyệt đối wo  Ga 100% Gk Trong đó Ga: Khối lượng ẩm chứa trong vật liệu, kg Gk: Khối lượng khô tuyệt đối, kg 3.2.1.2. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm tươing đốỉ, độ ẩm theo ci sở ươớt) Là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng của vật liệu ẩm w Ga 100% G Trong đó G: Khối lượng của vật liệu ẩm, kg G = Ga + Gk 3.2.1.3. Độ ẩm cân bằng Bất kỳ một vật liệu nào khi để trong môi trường không khí ẩm se có sự trao đổi ẩm giữa môi trường và vật liệu. Nếu vật liệu khô đuợc để trong môi trường không khí ẩm thì nó se hlt ẩm của không khí làm cho vật liệu trở nên ẩm hơn và ngược lại nếu vật liệu ẩm đặt trong môi trường không khí khô thì vật liệu ẩm se bị bốc hơi, vật liệu trở nên khô ráo hơn. Sự trao đổi ẩm giữa vật liệu và không khí ẩm đến một llc nào đó se dừng lại. Llc này không còn có sự trao đổi ẩm giữa không khí ẩm và vật liệu ta gọi điểm đó là điểm cân bằng ẩm. Khi đó áp hơi nước trên bề mặt vật liệu bằng áp suất hơi nước của không khí ẩm. Vật liệu đạt đến trạng thái đó gọi là vật liệu cân bằng ẩm và độ ẩm của vật liệu khi đó gọi là độ ẩm cân bằng. Độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào trạng thái của không khí (môi trường) xung quanh vật. 3.2.2. Phân loại vật liệu ẩm Vật liệu ẩm là nhữn vạt liệu có khả năng hấp thụ nước, do đó vật liệu ẩm phải là những vật liệu có cáu trlc xốp, mao dln. Tùy theo cấu trlc người ta chia vật liệu ẩm ra làm ba nhóm chính:  Vật keo: là những vật xốp, khi hlt ẩm hoặc khử ẩm kích thước các hang xốp của vật thay đổi. Keo của độn vật có thể xem là vật keo điển hình. 14 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng  Vật xốp mao dẫn: là những vật mà kích thước hang xốp không thay đổi hoặc thay đổi rất ít khi hlt ẩm hoặc thải ẩm. Than gô là một trong những vật xốp mao dln đặc trưng.  Vật keo xốp mao dẫn: những vật vừa có tính keo vừa có tính mao dln thì được gọi là vật keo xốp mao dln, như: gô, vải, giấy, các nông sản… 3.2.3. Cac tính chất cơ lý của vật liệu Vật liệu sấy là đối tượng của quá trình sấy. Các tính chất cơ lý của vật liệu sấy có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến việc tính toán thiết bị sấy. Các tính chất đó bao gồm: thành phần cỡ hạt, kích thước vật liệu, độ xốp, khối lượng riêng, khối lượng riêng thể tích, nhiệt dung, nồng độ chất khô, góc nghiêng tự nhiên (góc trong ma sát), cấu trlc của vật liệu… Các tính chất này có thể tra cứu trong tài liệu. Trong trường hợp cần thiết nên xác định bằng thực nghiệm. 3.3. Đặc trưng cơ bản của qua trình làm khô vật liệu trong thiết bị sấy 3.3.1. Tốc độ sấy Là lượng kg ẩm bay hơi trên 1m2 bề mặt vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian (kg/m2.h). Tốc độ sấy phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Vật liệu sấy: hình dạng, kích thước, độ ẩm đầu - cuối, hàm lượng ẩm tới hạn của vật liệu… Trong trường hợp sấy vật liệu đến dưới độ ẩm cân bằng như sấy phân Ammonium Nitrate thì sản phẩm sau khi sấy phải tiến hành đóng gói cẩn thận để tránh vật liệu bị hlt ẩm lại từ môi trường.  Tác nhân sấy: độ ẩm, nhiệt độ đầu và cuối, loại tác nhân sấy, vận tốc của tác nhân điều kiện tiếp xlc giữa vật liệu sấy và táv nhân sấy ( trực tiếp hay gián tiếp) Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào phương thức sấy, chế độ sấy, thiết bị sấy… 3.3.2. Thời gian sấy Thời gian sấy là khoảng thời gian cần thiết để làm khô vật liệu sấy đến độ ẩm yêu cầu. Thời gian sấy phụ thuộc vào các yếu tố: kích thước vật liệu sấy, độ ẩm cân bằng của vật liệu, tác nhân sấy, thiết bị sấy và chế độ sấy. Việc xác định thời gian sấy đối với môi vật liệu là rất phức tạp. Ta có thể tính toán thời gian sấy dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc tính theo công thức thực nghiệm. 3.3.3. Chế độ sấy Chế độ sấy quyết định chất lượng sản phẩm, năng lượng tiêu hao và kích thước của thiết bị. Chế độ sấy thông thường gồm các thông số: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ sấy của tác nhân sấy 3.3.3.1 Nhiệt độ sấy 15 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng Khi chọn nhiệt độ của tác nhân sấy ta cần lưu ý đến nhiệt độ cho phep của vật liệu sấy. Môi loại vật liệu có nhiệt độ cho phep khác nhau. Nhiệt độ sấy là nhiệt độ của tác nhân sấy từ llc bắt đầu đi vào thiết bị sấy đến khi đi ra khỏi thiết bị. Nhiệt độ sấy thể hiện mức độ đốt nóng của vật liệu, có ảnh hưởng đến tính dln ẩm trong vật liệu và các tính chất lý – hóa của vật liệu sấy. Nhiệt độ càng cao thì thời gian sấy càng nhanh. Tuy nhiên nếu nhiệt độ sấy quá cao se làm thay đổi tính chất của vật liệu, làm hư hỏng sản phẩm cho nên ta cần chọn nhiệt độ sấy phù hợp với môi loại vật liệu sấy. 3.3.3.2. Độ ẩm của tac nhân sấy Độ ẩm tương đối thể hiện khả năng thải ẩm của vật liệu sấy vào môi trường. Nếu tác nhân sấy là không khí nóng thì độ ẩm của nó là độ ẩm của không khí. Nếu tác nhân sấy là khói lò thì độ ẩm của nó được bổ sung thêm độ ẩm của nhiên liệu cháy. 3.3.3.3. Tốc độ tac nhân sấy Tốc độ sấy có ảnh hưởng đến thời gian sấy, chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm. Nếu tốc độ tác nhân sấy quá nhỏ thì thời gian sấy se keo dài và vật liệu sấy khô không đồng đều. Nếu tốc độ tác nhân sấy quá lớn thì có thể làm mất mát vật liệu, tiêu tốn nhiều năng lượng…. Vì vậy khi chọn tốc độ tác nhân sấy cần chl ý đến kích thước, hình dạng, tính chất của vật liệu sấy, thiết bị sấy và khả năng sử dụng nhiệt lượng cho quá trình sấy. CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY 4.1. Chọn phương phap sấy 4.1.1. Chọn thiết bị sấy Thuyết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ. Trong hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xlc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi 16 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngoài ra thiết bị còn có thể làm việc với năng suất lớn. 4.1.2. Giới thiệu phương phap sấy nóng Sấy nóng là phương pháp sấy rất phổ biến dùng để sấy các loại nông sản, phân bón…Trong phương pháp này độ ẩm tương đối của tác nhân sấy giảm dln đến phân áp suất của tác nhân sấy cung giảm theo. Mặt khác nhiệt độ trong vật liệu sấy tăng nên mật độ hơi trong mao dln tăng lên do đó phân áp suất trên bề mặt vật liêu sấy cung tăng theo. Nghĩa là ở đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy với môi trường, nhờ đó có sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và vào môi trường. Có hai cách tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy với môi trường:  Giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nónh nó.  Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy. Ở thiết bị sấy thùng quay các giai đoạn trong quá trình sấy được phân bố ổn định theo chiều dài thùng, trong thùng sấy, các hạt phân NH4NO3 được nâng lên độ cao nhất định, sau đó rơi xuống. Trong quá đó vật liệu sấy tiếp xlc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiên và những cánh trong thung mà vật liêu se được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng. Khi đi hết chiều dài thùng, vật liệu sấy se đạt độ ẩm mong muốn là 10 - 12%. 4.1.3. Chọn tac nhân sấy Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng, dùng không khí ẩm có nhiều ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không gây ô nhĩm sản phẩm. 4.1.4. Chọn chế độ sấy Chế độ sấy quyết định chất lượng sản phẩm, năng lượng tiêu hao, kích thước thiết bị. Chế độ sấy thông thường gồm các thông số cơ bản: nhiệt độ tác nhân sấy vào, nhiệt độ ra thùng sấy, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, không hồi lưu khí thải. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị: 17 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng 4.2. Tính toan thiết bị chính 4.2.1. Tính toan qua trình sấy lý thuyết Quá trình sấy lý thuyết biểu dĩn trên đồ thị I – d: I(kJ/kgkk) 1 φ1 t1 2 φo φ2 t 2 to I2 = I 3 O O d0 = d1 d2 d(g/kgkk) Điểm O(to, φo) là trạng thái không khí bên ngoài. Điểm 1(t1, φ1) là không khí vào buồng sấy. Điểm 2(t2, φ2) là trạng thái không khi ra sau quá trình sấy lý thuyết. 4.2.1.1. Cac thông số của tac nhân sấy Ở Đak Lak, chọn: - Nhiệt độ không khí ngoài trời trung bình: t 0 23,3 0 C - Độ ẩm tương đối trung bình của không khí:  0 82% - Áp suất khí trời: B 757 mmHg - Nhiệt độ không khi vào buồng sấy: t1 = 80oC Tra đồ thị I – d, các thông số của tác nhân sấy được tóm tắt trong bảng sau: Bảng 2: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết Các thông số o t ( C) φ (%) d (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) tư (oC) Trạng thái không khí Trạng thái không khí Trạng thái không khí ngoài trời 23,3 82 0,0152 62,5 21,3 vào thùng sấy 80 5 0,0152 123 34 ra khỏi thùng sấy 40 67,5 0,032 123 34 18 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng 4.2.1.2. Lượng tac nhân sấy lý thuyết cân thiết - Năng suất thiết bị sấy theo sản phẩm: G 2 G1 1  1 1  0,2 2000 1818,182 kg/h 1  2 1  0,12 - Lượng ẩm cần tách: W G1  G 2 2000  1818,182 181,182 kg/h - Lượng không khí khô cần thiết trong 1h: L0  W 181,182  10822,5 kgkk khô/h d 20  d 10 0,032  0,0152 - Lượng không khí khô cần thiết để bốc 1kg ẩm: l0  L0 10822,5  59,524 kgkk khô/kg ẩm W 181,182 - Xác định thể tích riêng của không khí ẩm tính theo 1kg không khí khô trước và sau quá trính sấy: Ta có: v RT 288.T  M ( B   .Pbh ) B   .Pbh m3/kgkk khô Trong đó: v: thể tích riêng của không khí ẩm, m3/kgkk khô R = 8314 j/kmol.độ - hằng số khí M = 29 kg/kmol – khôi lượng mol của không khí  : độ ẩm của không khí B, Pbh: áp suất khí quyển và áp suất hơi bão hòa, N/m2 T: nhiệt độ không khí, K Do đó ta có: - v10  288.(t 1 273) 288.(80  273)  1,032 m3/kgkk khô B   10 Pbh1 757.133,3  0,05.0,4736.10 5 v 20  288.(t 2 273) 288.( 40  273)  0,940 m3/kgkk khô B   20 Pbh 2 757.133,3  0,675.0,07375.10 5 Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước quá trình sấy: V10 v10 .L0 1,032.10822,5 11168,82 m3/h Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau quá trình sấy : V 20 v 20 .L0 0,940.10822,5 10173,15 m3/h - Lưu lượng thể tích trung bình: V tb 00,5.(V10  V 20 ) 0,5.(11168,82  10173,15) 10670,985 m3/h 19 Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng 4.2.1.3. Lượng nhiệt cung cấp cho qua trình sấy lý thuyết Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm : q = lo.(I1 – I0) = 59,524.(123 – 62,5) = 3601,202 kJ/kg Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy : Q = q.W = 3601,202.181,818 = 654763,345 kJ/h = 181,879 kW 4.2.2. Tính thiết bị 4.2.2.1. Thể tích của thùng Thể tích thùng quay được tính theo công thức : V  G1 .  . Trong đó : V: thể tích thùng quay (m3); G1: khối lượng vật liệu đi vào thùng quay (kg/h); τ: thời gian sấy (phlt);  : hệ số điền đầy;  : khôi lượng riêng vật liệu (kg/m3); Tính thời gian sấy hạt: Theo kinh nghiệm động học quá trình sấy hạt trong hệ thống sấy thùng quay có thể được biểu dĩn: 1   2  3 M 1   2  M . 0,85.  3    0,85 Trong đó: 1 ,  2 : là độ ẩm của hạt cà phê thóc trước và sau quá trình sấy tính bằng số phần trăm. M: là hệ số phụ thuộc đường kính của hạt, M có thể lây theo bảng sau: Bảng 3: Quan hệ giữa M và đường kính hạt. d,mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 M 1,43 1,25 1,00 0,83 0,70 0,60 0,53 0,47 0,43 0,38 Hạt cà phê thóc đem sấy có các thông số sau: chiều dài: 5 ÷ 10 mm, rộng: 4 ÷ 7 mm. Đường kính trung bình của hạt cà phê thóc: d tb   M 0,57 20  12  3 0,57   59,6 60 phút 0,85 2000.60 3 Vậy: V  650.0,2.60 15,385m 20 7,5  5,5 6,5 mm 2