TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
Đề tài:

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG
QUAY SẤY CÀ PHÊ NHÂN THEO NĂNG SUẤT
NHẬP LIỆU 1700KG/H, ĐỘ ẨM VẬT LIỆU VÀO LÀ
37% VÀ ĐỘ ẨM VẬT LIỆU RA LÀ 7%
GVHD: TS. Phạm Văn Hưng
SVTH:

Nguyễn Vinh Phúc

MSSV:

15116041

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11/2018


MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Vinh Phúc

MSSV: 15116041

Ngành: Công nghệ thực phẩm
1. Tên đồ án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy cà phê nhân theo
năng suất nhập kiệu 1700 kg/h, độ ẩm vật liệu vào là 37%, độ ẩm vật liệu ra là

7%.
2. Mục tiêu đồ án:
Thiết kế được hệ thống sấy thùng quay hoạt động liên tục để sấy cà phê nhân dựa
trên những thông số kỹ thuật sau:
-

Năng suất nhập liệu: G1 = 1700kg/h.

-

Độ ẩm ban đầu của cà phê nhân : ω1 = 37%.

-

Độ ẩm của cà phê sau khi sấy: ω 2 = 7%.
3. Nhiệm vụ đồ án:

-

Tìm hiểu về cơng nghệ và thiết bị sấy thùng quay.

-

Tính tốn các thơng số đặc trưng trong q trình sấy.

-

Tính tốn những chi tiết của hệ thống sấy: thiết bị chính, thiết bị phụ.

-


Xây dựng bản vẽ hệ thống và bản vẽ chi tiết.
4. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/2019.
5. Ngày hoàn thành đồ án: 12/12/2019.
6. Họ và tên người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Hưng

Phần hướng dẫn: Tồn bộ đồ án
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

, tháng

, năm 2019

Trưởng bộ môn

Người hướng dẫn

(ký và ghi rõ họ tên)

(ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

ĐIỂM SỐ

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng
Chữ ký giảng viên hướng dẫn

năm


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HỘI ĐỒNG
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

ĐIỂM SỐ

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng
Chữ ký giảng viên

năm




MỞ ĐẦU
Trên thế giới, thì kỹ thuật sấy trở thành một ngành khoa học và phát triển từ
những năm 50 của thế kỉ XX. Nhờ các thành tựu khoa học nói chung, kỹ thuật sấy nói
chung, chúng ta đã giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy cho các ngành công nghiệp
cũng như nông nghiệp. Đặc biệt là kỹ thuật sấy các nông sản với quy mô công nghiệp
làm phong phú các mặt hàng nông sản.
Là một quốc gia nằm trong vùng nhiệt đới, Việt Nam có những sản phẩm từ nông
ngành nông nghiệp vô cùng phong phú như lúa gạo, ngô, khoai, sắn, đậu, lạc…vv. Đặc
biệt, Việt Nam hiện đang đứng đầu thế giới về sản lượng xuất khẩu cà phê Robusta, chủ
yếu là xuất khẩu ở dạng cà phê nhân. Để bảo quản quả cà phê sau khi thu hoạch tránh bị
hư hỏng thì cần phải trải qua các công đoạn chế biến khác nhau, chủ yếu là sấy và phơi
để làm giảm độ ẩm của sản phẩm. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta, các thiết bị sấy có hiệu
quả cao chủ yếu được nhập khẩu với giá thành cao nên chi phí sản suất lớn dẫn tới các
mặt hàng nông sản mang suất khẩu thị trường nước ngồi khơng thu được nhiều lợi
nhuận.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế các thiết bị sấy có ý nghĩa vơ cùng quan
trọng, nó quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm, việc sử dụng hợp lí nhiên
liệu, góp phần làm giảm chi phí và tăng thời gian bảo quản dẫn tới làm giảm giá thành
nông sản.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy Phạm Văn
Hưng đã giúp em hồn thành đồ án mơn học này.
Vì chưa có kinh nghiệm làm đồ án, cùng với với nguồn kiến thức, khả năng tư
duy, nghiên cứu còn hạn chế và tài liệu tham khảo không đầy đủ nên em không thể tránh
khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án của
em được hoàn thiện hơn.


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. A Cơ sở khoa học
1.1.1. Vật liệu ẩm
1.1.1.1.

Định nghĩa

Vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy phải là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi
nước trong q trình hình thành hoặc gia cơng bản thân các vật liệu như các loại nông sản
(lúa, ngô, đậu, v.v…), giấy, vải sợi, gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt
các chi tiết kim loại, v.v… (Tính tốn và thiết kế hệ thống sấy, Trần Văn Phú)
1.1.1.2.

Các thông số đặc trưng cơ bản

Độ ẩm tương đối
Là số phần trăm khối lượng nước (rắn, lỏng, hơi) trong 1 kilogram vật liệu ẩm,
được tính theo cơng thức sau:

ω=
Trong đó:

Ga
Ga
.100 %=
.100 %
G
G a+ G k

Ga (kg): khối lượng nước (khối lượng ẩm)
Gk (kg): khối lượng vật liệu khô

G (kg): khối lượng vật liệu ẩm

-

0% ≤ ω < 100%.

-

ω = 0% : vật khô tuyệt đối.
Độ ẩm tuyệt đối
Là số phần trăm khối lượng nước (rắn, lỏng, hơi) trong 1 kilogram vật liệu khơ,

được tính theo cơng thức sau:


ωk =

Ga
.100 %
Gk

Khác với độ ẩm tương đối, vì khối lượng ẩm trong vật liệu (Ga ) có thể lớn hơn
khối lượng vật liệu khô (Gk) nên độ ẩm tuyệt đối (ωk) có thể lớn hơn 100%.
Độ chứa ẩm
Là khối lượng ẩm chứa trong 1 kilogram vật liệu khô, được tính theo cơng thức
sau:

u=

Ga

(kg/kg vật liệu khơ)
Gk

Do độ ẩm tuyệt đối tính bằng % nên:

u=

ωk
100

Nồng độ ẩm
Là khối lượng ẩm chứa trong 1 m3 vật liệu ẩm, được tính theo công thức sau:

N=

Ga
(kg/m3)
V

Độ ẩm cân bằng
Khi để một vật liệu ẩm trong mơi trường khơng khí ẩm thì có thể xảy ra hai trường
hợp:
-

Vật bị sấy khô, độ ẩm sẽ giảm cho đến khi cân bằng với môi trường. Trong trường
hợp này ω > ωcb.

-

Vật hút ẩm, độ ẩm sẽ tăng cho đến khi cân bằng với môi trường. Trong trường hợp

này ω < ωcb.
Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm


Phụ thuộc vào độ ẩm và bản chất của vật, được tính theo cơng thức sau:

Cva = C k +
Trong đó:

C a−C k
. ω (kJ/kgK)
100

ω: độ ẩm tương đối
Ck (kJ/kgK): nhiệt dung riêng của vật liệu khô
Ca (kJ/kgK): nhiệt dung riêng của ẩm
1.1.1.3.

Phân loại vật liệu ẩm

Vật liệu ẩm có cấu trúc xốp, mao dẫn. Dựa vào đặc điểm này ta có thể chia vật liệu
ẩm thành ba nhóm chính:
-

Vật keo:
Là vật xốp, nhưng có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Khi hút ẩm thì các hang keo giãn

ra, khi bị khử ẩm thì co lại, vì vậy vật keo có tính đàn hồi. Keo động vật là một vật keo
điển hình.
-


Vật xốp mao dẫn:
Trái ngược với vật keo, các hang xốp thay đổi kích thước rất ít dù vật hút ẩm hay

khử ẩm. Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn sau khi sấy thì nó trở nên dịn và có thể bị
vỡ vụn thành bột. Than gỗ là vật xốp mao dẫn đặc trưng.
-

Vật keo xốp mao dẫn:
Là vật liệu vừa có tính keo vừa có tính mao dẫn. Đa số các vật liệu ẩm đều thuộc

loại này (gỗ, vải, giấy, nông sản, v.v…).
1.1.2. Tác nhân sấy
1.1.2.1.

Nhiệm vụ

Tác nhân sấy có các nhiệm vụ sau:


-

Gia nhiệt cho vậy sấy.

-

Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.

-


Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể một, hai hoặc cả ba nhiệm vụ

trên. (Hồng Văn Chước, 2006).
1.1.2.2.

Các loại tác nhân sấy

Khơng khí ẩm
Là tác nhân sấy được sử dụng phổ biến nhất do có ưu điểm là có sẵn với số lượng
rất lớn trong tự nhiên và không gây độc hại đến sản phẩm.
Khói lị
Ưu điểm: khơng cần sử dụng calorife để gia nhiệt lên, phạm vi nhiệt độ rộng.
Nhược điểm: chứa bụi và các chất độc hại như CO2, SO2 có thể gây ơ nhiễm sản
phẩm.
Hỗn hợp khơng khí và hơi nước
Dùng trong trường hợp cần có độ ẩm tương đối cao.
Hơi quá nhiệt
Dùng trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy là chất dễ cháy, nổ.
1.1.3. Quá trình sấy
1.1.3.1.

Định nghĩa

Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước và hơi
nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và nhờ tác nhân
mang thải vào mơi trường.
1.1.3.2.

Mục đích cơng nghệ



Bảo quản: quá trình sấy làm làm giảm độ ẩm, giảm giá trị hoạt độ của nước trong
nguyên liệu nên ức chế vi sinh vật và một số enzyme, kéo dài thời gian bảo quản của sản
phẩn. (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).
1.1.3.3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Các yếu tố liên quan đến điều kiện sấy
-

Nhiệt độ tác nhân sấy : trong phương pháp sấy đối lưu, nhiệt độ tác nhân sấy càng
cao thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng nhanh, dẫn đến tốc độ sấy cũng sẽ tăng theo,
thời gian sấy giảm. Nhưng nếu nhiệt độ tác nhân sấy quá cao có thể dẫn đến những
biến đổi mạnh mẽ các tính chất vật lý hay hóa học của nguyên liệu, có thể ảnh
hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm.

-

Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy : ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm
sau quá trình sấy. Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy càng thấp thì khả năng bay
hơi ẩm của nguyên liệu càng cao.

-

Tốc độ tác nhân sấy: trong phương pháp sấy đối lưu, khi gia tăng tốc độ của tác
nhân sấy sẽ giúp cho tốc độ truyền khối được tăng lên, khả năng bay hơi nước của
nguyên liệu sẽ nhanh hơn giúp rút ngắn thời gian sấy.


-

Áp lực: áp lực trong buồng sấy sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của nước trong nguyên
liệu cần sấy.
Các yếu tố liên quan đến nguyên liệu sấy

-

Diện tích bề mặt của nguyên liệu: diện tích bề mặt càng lớn thì khoảng cách và
thời gian để phân tử nước bên trong nguyên liệu khuếch tán đến bề mặt biên sẽ
càng ngắn, giúp rút ngắn thời gian sấy.

-

Cấu trúc của nguyên liệu: phần ẩm bên ngồi tế bào rất dễ bay hơi trong q trình
sấy. Ngược lại phần ẩm bên trong tế bào sẽ rất khó tách. Việc phá hủy cấu trúc tế
bào sẽ giúp nước trong nội bào được tách ra dễ hơn, tuy nhiên điều này sẽ ảnh
hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm.


-

Thành phần hóa học của nguyên liệu: các thành phần trong nguyên liệu sẽ quyết
định khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của nguyên liệu, những tính chất này sẽ
ảnh hưởng đến tốc độ và thời gian sấy.
1.1.3.4.

Động lực

Khi tác nhân sấy tiếp xúc với vật liệu ẩm thì ẩm sẽ thoát ra dưới tác dụng của 3 lực

tác động:
-

Chênh lệch nồng độ ẩm trên bề mặt của vật liệu sấy và tác nhân sấy.

-

Chênh lệch nhiệt độ giữa ẩm thoát ra và tác nhân sấy sinh ra lực khuếch tán nhiệt.

-

Chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu ẩm và tác nhân sấy. (Hoàng
Văn Chước, 2006)
1.1.3.5.

Phân loại phương pháp sấy

Thường phân loại dựa vào trạng thái của tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực của
quá trình dịch chuyển ẩm. Theo cách phân loại này thì sẽ có hai phương pháp sấy:
phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh.
Phương pháp sấy nóng
Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy sẽ được đốt nóng. Động
lực của phương pháp này là sự chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt tác nhân sấy
và vật liệu ẩm. Có hai cách để tạo ra sự chênh lệch này:
-

Đốt nóng tác nhân sấy: làm cho độ ẩm tương đối giảm, dẫn đến làm giảm phân áp
suất hơi nước của tác nhân sấy.

-


Nhiệt độ của vật liệu sấy tăng: làm mật độ hơi trong các mao quản tăng, dẫn đến
làm tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt của vật liệu.
Vì vậy, các hệ thống sấy (HTS) nóng thường được phân loại theo phương pháp

cung cấp nhiệt:
-

Hệ thống sấy đối lưu: là hệ thống sấy phổ biến nhất, dùng cả hai cách trên để tạo
sự chênh lệch phân áp suất hơi nước. Vật liệu sấy nhận nhiệt đối lưu từ tác nhân


sấy là khơng khí nóng hoặc khói lị. Hệ thống sấy đối lưu còn được phân loại ra:
HTS hầm, HTS buồng, HTS thùng quay, HTS tháp, HTS khí động, v.v…
-

Hệ thống sấy tiếp xúc: vật liệu sấy nhận nhiệt từ việc tiếp xúc với bề mặt nóng.
Các loại thường gặp: HTS lô, HTS tang, v.v…

-

Hệ thống sấy bức xạ: vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ.

-

Các hệ thống sấy khác: ngồi các HTS nói trên cịn có HTS dùng dòng điện cao
tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật liệu sấy. Khi vật liệu sấy
được đặt trong một trường điện từ thì vật sẽ bị đốt nóng bởi những dịng điện xuất
hiện trong chính nó.
Phương pháp sấy lạnh

Động lực của phương pháp sấy lạnh cũng là tạo ra sự chênh lệch phân áp suất hơi

nước giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước của tác
nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Có các loại HTS lạnh sau:
-

Hệ thống sấy lạnh ở to > 0: động lực của quá trình sấy tương tự như các hệ thống
sấy nóng. Điểm khác nhau là cách làm giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân
sấy. Do HTS lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ mơi trường, nên thay vì
đốt nóng đến nhiệt độ cao thì người ta sẽ làm giảm lượng chứa ẩm.

-

Hệ thống sấy thăng hoa: làm lạnh nhiệt độ của vật liệu sấy xuống dưới 0oC (T <
273K) và áp suất bao quanh vật p < 610 Pa, khi đó nếu vật nhận được nhiệt lượng,
ẩm trong vật liệu sấy ở dạng rắn, trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy.

-

Hệ thống sấy chân không: nếu nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ hơn 273K nhưng p > 610
Pa thì nước ở thể rắn phải chuyển sang lỏng rồi mới hóa hơi chứ không trực tiếp
chuyển từ rắn thành hơi như ở HTS thăng hoa.
Do yêu cầu kỹ thuật phức tạp và tốn kém, hiệu quả kinh tế không cao nên các HTS

lạnh rất ít phổ biến, chủ yếu chỉ dùng để sấy những vật liệu sấy quý hiếm không chịu
được nhiệt độ cao.
1.1.3.6.

Lựa chọn hệ thống sấy



Trong phạm bài báo cáo này thì sẽ sử dụng HTS đối lưu, trong đó cịn được phân
loại ra:
-

Hệ thống sấy buồng (HTSB):
Cấu tạo chủ yếu của HTSB là buồng sấy. Trong buồng sấy bố trí các thiết bị đỡ

vật liệu gọi chung là thiết bị truyền tải (TBTT). Nếu dung lượng của buồng sấy bé và
TBTT là các khay sấy thì được gọi chung là tủ sấy. Nếu dung lượng buồng sấy lớn với
TBTT là xe goòng với các thiết bị chứa vật liệu thì gọi là HTSB kiểu xe gng… Nói
chung, TBTT trong HTSB rất đa dạng. Ví dụ HTSB để sấy sơ chế thuốc lá mà chúng ta
gặp phổ biến ở Việt Nam trồng thuốc lá, TBTT chỉ là các sào bằng tre để treo thuốc. Do
đặc điểm nói trên, HTSB là một HTS chu kỳ từng mẻ. Do đó, năng suất sấy khơng cao.
Tuy nhiên, HTSB có thể sấy nhiều dạng VLS khác nhau từ dạng cục, hạt như các loại
nông sản đến vật liệu dạng thanh, tấm gỗ, thuốc lá… (Trần Văn Phú, 2008)
-

Hệ thống sấy hầm (HTSH):
Khác với HTSB, trong HTSH, thiết bị sấy (TBS) là một hầm sấy dài, VLS vào đầu

này và ra đầu kia của hầm. TBTT trong HTSH thường là các xe goòng với các khay chứa
VLS hoặc băng tải. Đặc điểm chủ yếu của HTSH là bán liên tục hoặc liên tục. Cũng như
HTSB, HTSH có thể sấy nhiều dạng VLS khác nhau. Tuy nhiên, do hoạt động bán liên
tục hoặc liên tục nên năng suất của nó lớn hơn rất nhiều so với HTSB (Trần Văn Phú,
2008).
-

Hệ thống sấy tháp
Đây là hệ thống chuyên dùng để sấy VLS dạng hạt như thóc, ngơ, lúa mỳ,… HTS


này có thể hoạt động liên tục hoặc bán liên tục. TBS trong HTS này là một tháp sấy,
trong đó người ta đặt một loạt các kênh dẫn xen kẽ với một loạt các kênh thải. VLS đi từ
trên xuống dưới và tác nhân sấy (TNS) từ kênh dẫn xuyên qua VLS thực hiện quá trình
trao đổi nhiệt – ẩm với VLS rồi đi vào kênh thải và thải vào môi trường (Trần Văn Phú,
2008).


-

Hệ thống sấy thùng quay
Đây là một HTS chuyên dụng để sấy các VLS dạng cục, hạt. TBS trong HTS này

có thể là một ống trịn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy có thể bố trí các cách
xáo trộn hoặc không. Khi thùng sấy quay, VLS vừa dịch chuyển từ đầu này đến đầu kia
vừa bị xáo trộn và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ẩm với dịng TNS (Trần Văn Phú,
2008).
-

Hệ thống sấy khí động
Có nhiều dạng HTS khí động. TBS trong HTS này có thể là một ống trịn hoặc

phễu, trong đó TNS có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt
– ẩm, vừa làm nhiệm vụ đưa VLS đi từ đầu này đến đầu kia của TBS. Do đó, VLS trong
HTS này thường là dạng hạt hoặc các mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi thường là ẩm bề mặt
(Trần Văn Phú, 2008).
-

Hệ thống sấy tầng sôi
Đây là một HTS chuyên dụng để sấy hạt. TBS ở đây là một buồng sấy, trong đó


VLS nằm trên ghi có đục lỗ. TNS có nhiệt độ và tốc độ thích hợp đi xuyên qua ghi và
làm cho VLS chuyển động bập bùng trên mặt ghi như hình ảnh các bọt nước sơi để thực
hiện q trình trao đổi nhiệt – ẩm. Vì vậy, người ta gọi HTS này là HTS tầng sôi. Hạt khô
nhẹ hơn sẽ nằm ở phía trên và được lấy ra một cách liên tục (Trần Văn Phú, 2008).
-

Hệ thống sấy phun
HTS này dùng để sấy các dung dịch huyền phù như trong công nghệ sản xuất sữa

bột. TBS trong HTS phun là một hình chóp trụ, phần chóp quay xuống phía dưới. Dung
dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù. TNS có nhiệt độ thích
hợp đi vào TBS thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ẩm với sương mù VLS và thải ra môi
trường. Do sản phẩm sấy ở dạng bột nên trong HTS phun, TNS trước khi thải ra môi
trường bao giờ cũng đi qua xyclon để thu hồi VLS bay theo. Vật liệu khơ được lấy ra ở
đáy chóp bán liên tục hoặc liên tục (Trần Văn Phú, 2008).


Với nguyên liệu là cà phê nhân, ta có thể chọn phương pháp sấy bằng hệ thống sấy
thùng quay.
1.1.3.7.

Lựa chọn tác nhân sấy

Trong HTS đối lưu, vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng cả hai
vai trò vừa gia nhiệt, vừa tải ẩm. Đối với sản phẩm là cà phê nhân, chỉ còn lớp vỏ lụa
mỏng bên ngồi nên trong q trình sấy u cầu phải được giữ sạch, không bị ô nhiễm,
bám bụi, nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn tác nhân sấy là khơng khí nóng.
1.2. Ngun liệu
1.2.1. Giới thiệu

Cà phê là một đặc sản của miền nhiệt đới, là một loại thức uống lâu đời và phổ
biến. Ngày nay cà phê là một trong những loại thức uống được yêu thích nhất trên toàn
thế giới.
Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê hàng đầu thế giới, ở vị trí số 1 về sản xuất cà
phê vối Robusta. Gần 90% diện tích trồng cà phê ở Việt Nam là cà phê vối (Robusta),
10% là cà phê chè (Arabica), còn lại là cà phê mít (excelsa).
1.2.2. Cấu tạo
1.2.2.1.

Cấu tạo quả cà phê


Hình 1: Cấu tạo quả cà phê
Quả cà phê gồm có những phần sau : lớp vỏ quả , lớp nhớt ,lớp vỏ trấu , lớp vỏ
lụa, nhân: Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngồi , mềm ,ngồi bì có màu đỏ hoặc vàng. Trong vỏ
quả có 30 – 31,5% chất khô.
-

Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ mỏng, 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 .

-

Vỏ trấu: bao bọc quanh nhân, nhiều chất xơ, có màu trắng ngà.

-

Lớp vỏ lụa: bọc sát nhân, rất mỏng và mềm, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy
theo loại cà phê .


-

Nhân: nằm ở trong cùng, là phần chính của quả cà phê. Một quả cà phê có thể có
1, 2 hoặc 3 nhân . Thơng thường thì chỉ có 2 nhân .
Bảng 1: Tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê (tính theo % quả tươi)
Các loại vỏ và

Cà Phê Chè (%)

Cà Phê Vối (%)

Vỏ Quả

43 ÷ 45

41 ÷ 42

Lớp nhớt

20 ÷ 23

21 ÷ 42

nhân


Vỏ trấu

6 ÷ 7,5


6÷8

Nhân và vỏ lụa

26 ÷ 30

29

1.1.1.1.

Cấu tạo nhân cà phê

Hình 2: Cấu tạo nhân cà phê
Nhân cà phê được cấu tạo bởi phôi và mô dinh dưỡng.
1.1.1. Thành phần hóa học của nhân cà phê
Bảng 2: Thành phần hóa học của nhân cà phê
Thành phần
Glucid:
Đường khử
Sucrose

Hàm lượng (%)
59,8
4
3,8


Glucose, fructose, galactose

2


Tinh bột

10

Pentosane

5

Hemicellulose

15

Holocellulose

18

Lignine

2

Chất béo

13

Protein

13

Tro (các chất khống)


4

Các acid khơng bay hơi:
Chlorogenic

8,2
7

Oxalic

0,2

Malic

0,3

Citric

0,3

Tartatic

0,4


1.2.3. Tính chất vật lý của nhân cà phê
Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thóc. Cà phê nhân có hình dáng bầu dục, có
chiều dài khoảng 1 cm, chiều rộng khoảng từ 0,5 cm.
Theo TVCN 4193:2014, yêu cầu độ ẩm của sản phẩm cà phê nhân phải ≤ 12,5%.

Vì vậy ta có thể chọn độ ẩm tương đối sau khi sấy của cà phê nhân là 12%.
-

Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép của cà phê nhân:
Th = 2.218 – 4.343ln τ+ 23.5/(0.37+0.63.0.22)

Trong đó:

th là nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt.
τ là thời gian sấy.
ωtb là độ ẩm trung bình

1.3. Sản xuất cà phê nhân
1.3.1. Mục đích
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 cầu). Rồi sau đó tiếp
tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn như chế biến cà phê rang, cà phê bột thơ, cà phê
hịa tan. Hoặc các sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê.
1.3.2. Phương pháp
Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân có 2 phương pháp chính :
-

Phương pháp sản xuất khơ: cà phê tươi sau khi thu hoạch sẽ được rửa sạch, phân
loại, sau đó mang đi phơi – sấy ngay, tiếp theo sẽ tiến hành xát vỏ để tạo ra sản
phẩm cà phê nhân, và sau cùng là q trình đóng gói và bảo quản.


-


Phương pháp sản xuất khô ướt: cà phê tươi sau khi thu hoạch sẽ được rửa sạch,
phân loại, sau đó sẽ tiến hành xát vỏ ướt để loại bỏ các lớp vỏ, tiếp đó là q trình
phơi – sấy và sau cùng là q trình đóng gói và bảo quản.
Sự khác biệt trong 2 phương pháp là thứ tự thực hiện của 2 công đoạn Phơi – sấy

và tách vỏ:
-

Phương pháp sản xuất khô: phơi – sấy trước khi xát vỏ: do các lớp vỏ còn một
lượng ẩm lớn nên việc làm khô sẽ rất tốn thời gian và năng lượng. Ngồi ra, do
q trình phơi q lâu nên cịn chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, dẫn đến việc
chất lượng không đồng đều.

-

Phương pháp ướt: xát vỏ trước khi phơi – sấy: các lớp vỏ đã bị loại bỏ giúp thời
gian làm khô diễn ra nhanh hơn. Do ban đầu hạt cà phê có độ ẩm cịn cao, nếu
mang đi sấy ngay đến độ ẩm yêu cầu để bảo quản là < 12,5% thì sẽ tiêu tốn rất
nhiều năng lượng. Vì vậy để tiết kiệm chi phí ta sẽ tiến hành phơi trước, đến khi
độ ẩm còn khoảng 20% thì sẽ bắt đầu tiến hành quá trình sấy.

1.4. Công nghệ sấy thùng quay
1.4.1. Khái niệm
Hệ thống sấy thùng quay cũng là một hệ thống sấy đối lưu, chuyên dùng để sấy
các vật liệu sấy dạng hạt hoặc mảnh nhỏ như hạt ngũ cốc, mì chính, v.v…
1.4.2. Cấu tạo


Hình 3. Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay
Trong đó:


(1) Thùng quay

(9) Con lăn chặn

(2) Vành đi đỡ

(10) Mô tơ quạt chuyển động

(3) Con lăn đỡ

(11) Bệ đỡ bê tông

(4) Bánh răng

(12) Băng tải

(5) Phễu hứng sản phẩm

(13) Phễu tiếp liệu

(6) Quạt hút

(14) Van điều chỉnh

(7) Xyclon

(15) Quạt thổi

(8) Thiết bị đốt nóng

1.1.1. Nguyên lý hoạt động
Trọng lượng của thùng sấy hình trụ (1) được đặt nằm ngang nghiên một góc 3 ÷ 5 o
so với mặt phẳng ngang, được chịu bởi hai bánh đai đỡ (2). Bánh đai được đặt trên bốn
con lăn đỡ (3). Khoảng cách giữa hai con lăn trên cùng một bệ đỡ (11) có thể thay đổi để
điều chỉnh góc nghiêng của thùng. Vật liệu sấy được nạp liên tục vào đầu cao của thùng
thông qua phễu tiếp liệu (13) đi vào thùng sấy (1). Quạt thổi (15) đưa khơng khí đã được


gia nhiệt qua thiết bị đốt nóng (8) vào thùng sấy cùng lúc với vật liệu sấy. Chuyển động
quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ (10) sang hộp giảm tốc
đến bánh răng (4) gắn trên thùng. Bên trong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và
đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy,
do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để.
Thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn vừa đi dần từ đầu cao xuống đầu thấp
của thùng sấy. Trong quá trình này, vật liệu sấy và tác nhân sấy sẽ trao đổi nhiệt ẩm cho
nhau. Sau khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sẽ đạt độ ẩm cần thiết theo yêu cầu. Lúc
này, vật liệu sấy sẽ được thu nhận bằng phễu hứng sản phẩm (5) và vận chuyển vào kho
chứa nhờ băng tải (12). Còn tác nhân sấy sẽ được quạt hút (6) hút vào hệ thống xyclon
(7) để lọc bụi và các mảnh nhỏ của vật liệu sấy bị cuốn theo, cuối cùng sẽ thải khí sạch ra
mơi trường.
1.1.2. Đánh giá ưu – nhược điểm
Ưu điểm: quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa tác nhân sấy và
vật liệu sấy. Cường độ sấy lớn có thể làm bay hơi 100kg ẩm/m 3.h. Thiết bị gọn, có thể cơ
khí hóa và tự động hóa cho tồn bộ khâu sấy.(Nguyễn Bin, 2008)
Nhược điểm: vật liệu bị đảo lộn nhiều dễ tạo bụi do vỡ vụn nên sẽ làm giảm chất
lượng của sản phẩm trong một số trường hợp.(Nguyễn Bin, 2008).
1.2. Thiết bị sấy thùng quay
1.2.1. Thiết bị chính
Cấu tạo chính của HTS thùng quay là một thùng sấy hình trụ trịn. Thùng sấy làm
bằng thép, được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ 1/15 ÷ 1/50. Thùng sấy

quay với tốc độ 1,5 ÷ 8 vịng/phút nhờ một động cơ điện thơng qua hộp giảm tốc. Thùng
sấy là nơi trao đổi nhiệt ẩm của tác nhân sấy và vật liệu sấy.


Hình 4. Cấu tạo thùng sấy
Ngồi ra, để tăng cường quá trình xáo trộn và trao đổi nhiệt ẩm mà người ta cịn
bố trí thêm vào bên trong thùng sấy các cánh khuấy. Có rất nhiều cách bố trí cánh khuấy.

Hình 5. Cấu tạo và kích thước cánh khuấy đơn


Hình 6. Cấu tạo và kích thước cánh khuấy kép
1.1.1. Thiết bị phụ
1.1.1.1.

Xyclon

Trong HTS sấy thùng quay, quá trình đảo trộn và sấy cà phê nhân có thể làm vỡ cà
phê, tạo ra những mảnh nhỏ và chúng có thể bay theo tác nhân sấy. Theo kinh nghiệm,
vật liệu sấy bay theo tác nhân sấy có thể đạt 2 ÷ 30 g/m 3. Vì vậy, xyclon được sử dụng để
lọc sạch bụi trước khi thải khí ra mơi trường.
Để đánh giá độ sạch của khơng khí, hay hiệu quả khử bụi của xyclon, người ta đặt
ra một khái niệm gọi là độ làm sạch ηS được tính theo cơng thức sau:

ηS =
Trong đó:

a1−a2
a1


a1 (μg/m3): nồng độ bụi trước khi được làm sạch.
a2 (μg/m3): nồng độ bụi sau khi được làm sạch.

Xyclon hoạt động theo nguyên lý ly tâm, cấu tạo và các cách thước cơ bản được
biểu diễn theo hình sau: