0 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN

Q TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN
DỊCH CÀ PHÊ VỚI CƠNG SUẤT 200 lít/24h

Giảng viên hướng dẫn

TS. Nguyễn Tấn Dũng
Sinh viên thực hiện
Trịnh Khánh Long
GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

14116089
Page 0


1 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 1


2 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH


4

DANH MỤC BẢNG

4

LỜI MỞ ĐẦU

5

TÊN GỌI VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6
MỞ ĐẦU

7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY PHUN

9

1.1. Cơ sở khoa học của sấy phun............................................................................9
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản............................................................................9
1.1.2. Quá trình tách ẩm vật liệu sấy bằng sấy phun..........................................10
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về cơng nghệ sấy phun...............................10
1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước về cơng nghệ sấy phun..............................11
1.4. Ngun liệu.....................................................................................................12
1.4.1.Ngun liệu chính – Cà phê........................................................................12
1.4.2. Nguyên liệu phụ.........................................................................................16
1.5. Công nghệ sấy phun........................................................................................16
1.6. Thiết bị sấy phun............................................................................................18

1.6.1. Tổng quan thiết bị....................................................................................18
1.6.2. Nguyên lý hoạt động................................................................................22
1.6.3. Tác nhân sấy............................................................................................23
1.6.4. Chất tải nhiệt............................................................................................24
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN26
2.1. Quy hoạch mặt bằng xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống sấy phun cà phê. . .26
2.1.1. Tiêu chuẩn thiết kế nhà xưởng thực phẩm.................................................26
2.1.2. Địa điểm xây dựng nhà máy......................................................................27
2.1.3. Thiết kế xây dựng nhà xưởng.....................................................................28
2.2. Đối tượng nghiên cứu và tính tốn....................................................................30
2.2.1. Quy trình sản xuất cà phê hịa tan..............................................................30
2.2.2. Lựa chọn phương án nghiên cứu................................................................33
2.3. Sơ đồ nghiên cứu và tính tốn...........................................................................34
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN

37

3.1. KẾT QUẢ.........................................................................................................37

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 2


3 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
3.1.1. Các thơng số ban đầu cần thiết cho tính tốn.............................................37
3.1.2. Tính cân bằng vật chất...............................................................................40
3.1.3. Tính cân bằng năng lượng..........................................................................42
3.1.4. Tính tốn thời gian sấy...............................................................................47
3.1.5. Tính tốn kích thước căn bản của tháp sấy................................................49

3.1.6. Tính tốn chọn Xyclone.............................................................................51
3.1.7. Hệ thống ống dẫn.......................................................................................53
3.1.8. Tính tốn thiết kế bơm nhập liệu...............................................................53
3.1.9. Tính tốn bộ phận tạo sương......................................................................55
3.1.10. Tính tốn quạt hút....................................................................................55
3.1.11. Tính tốn Calorife....................................................................................61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

63

TÀI LIỆU THAM KHẢO

65

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 3


4 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Mặt cắt ngang hạt cà phê ……………………………………………………12
Hình 2. Sơ đồ bố trí một số buồng sấy trong hệ thống sấy phun……..........................17
Hình 3. Cơ cấu phun đĩa ly tâm ……………………………………………………...19
Hình 4. Cơ cấu phun bằng áp lực……………………………………………………..19
Hình 5. Các dạng chuyển động của dịng ngun liệu………………………………..20
Hình 6. Sơ đồ hệ thống sấy phun…………………………………………………......22
Hình 7. Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hịa tan……………………………………...30
Hình 8. Sơ đồ thiết kế và tính tốn hệ thống sấy phun……………………………….36

Hình 9. Sơ đồ cân bằng vật chất cho thiết bị sấy……………………………………..40
Hình 10. Sơ đồ cân bằng năng lượng cho thiết bị…………………………………….42
Hình 11. Thanh điện trở chữ U có cánh tản nhiệt…………………………………….61
Hình 12. Calorifer điện 3 thanh chữ U công suất 9,9 kW…………………………….61
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tên gọi và chữ viết tắt……………………………………………………….6
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của cà phê…………………………………………....15
Bảng 2.1. Diện tích các phân xưởng sản xuất………………………………………...29
Bảng 2.2. Diện tích các phân xưởng phục vụ cho sản xuất …………………………..29
Bảng 2.3. Diện tích khu vực hành chính và cơng trình khác………………………….29
Bảng 3.1. Các thơng số ban đầu cho tính tốn………………………………………..37
Bảng 3.2. Thành phần ngun liệu dịch trích sau khi cơ đặc…………………………37
Bảng 3.3. Thành phần ngun liệu cà phê bột hịa tan ……………………………….39
Bảng 3.4. Thơng số trạng thái của khơng khí trong q trình sấy lý thuyết………….43
Bảng 3.5. Kích Thước chi tiết xyclone……………………………………………….52

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 4


5 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
Bảng 3.6. Các thơng số của bơm nhu động…………………………………………..54
LỜI MỞ ĐẦU
Từ lâu, con người đã ứng dụng công nghệ sấy vào chế biến thực phẩm bởi
những ích lợi mà cơng nghệ này mang lại, khơng chỉ lợi ích về mặt kinh tế mà cịn về
mặt chất lượng thực phẩm. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, bên
cạnh đó là sự đa dạng hóa trong lĩnh vực thực phẩm, chính vì vậy mà những mặt hàng
sản phẩm thực phẩm ra đời ngày một nhiều với chất lượng không ngừng được cải
thiện. Trong số đó phải kể đến là dịng sản phẩm “Cà phê hòa tan” với sự tiện dụng

tuyệt vời. Cà phê hòa tan xuất hiện trên thị trường vào những năm 1950 và đã phát
triển nhanh chóng và trở thành một trong những loại cà phê phổ biến nhất. Loại cà phê
này rất tiện sử dụng, có thể bảo quản được lâu và dễ sử dụng. Trước những năm 2000
thị trường cà phê hồ tan ởViệt Nam cịn khá nghèo nàn về chủng loại sản phẩm và ít
được nhà đầu tư quan tâm, nay thị trường này đã chiếm đến 1/3 tỷ trọng sản lượng cà
phê được tiêu thụ. Đằng sau thành quả đó là cả một q trình nghiên cứu, thử nghiệm
không ngừng để cho ra đời Công nghệ sấy phun, mà ngày nay nó đã trở nên quá quen
thuộc với những kỹ sư ngành công nghệ thực phẩm.
Công nghệ sấy ra đời đánh dấu bước chuyển mình của thực phẩm dạng lỏng nói
chung và cà phê nói riêng, nó giúp cho thực phẩm này bảo quản được lâu hơn và đặc
biệt là ngày càng thu hút được sự quan tâm chú ý của người tiêu dùng nhiều hơn do sự
phong phú của sản phẩm. Chính vì những lý do trên, là sinh viên ngành công nghệ
thực phẩm với đồ án Q trình thiết bị trong Cơng nghệ thực phẩm, em được giao đề
tài: “Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch trích cà phê với cơng suất 200 lít/24h”
tính theo nguyên liệu vào. Với đề tài này, nó đã giúp em rất nhiều trong việc bổ sung
những kiến thức cịn thiếu của cơng nghệ sấy phun, biết được ứng dụng thực tế của nó
đặc biệt là trong ngành thực phẩm. Và em hy vọng rằng với đề tài này sẽ giúp mọi
người hiểu hơn được phần nào về công nghệ sấy phun, cũng như xem đây là một tài
liệu bổ ích cho những ai muốn nghiên cứu sâu hơn về công nghệ này- một trong những
công nghệ có tính ứng dụng thực tế cao.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 5


6 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Bảng 1.1. TÊN GỌI VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

VLS
TNS

Ý nghĩa
Vật liệu sấy
Tác nhân sấy

Ρ

Khối lượng riêng

kg/

Nhiệt dung riêng

kJ/kg.K

D
,

Độ chứa ẩm
,

Đơn vị
kg/h
kg/h

Kg

/kg kkk


Áp suất hơi bão hịa

bar

Enthalpy khơng khí

kJ/kgkkk

Vận tốc
Bán kính tán phun
Độ nhớt

m/s
m
Pa.s

Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số cấp nhiệt
k
S

Độ nhám
Bề dày
Hệ số trở lực

mm
m

MỞ ĐẦU

i. Đặt vấn đề
Cơng nghệ sấy phun, một q trình chuyển hóa vật liệu từ thể lỏng sang thể rắn
chỉ với một công đoạn, được ứng dụng rộng rãi trong nền cơng nghiệp thực phẩm,
dược phẩm, hóa học và cơng nghệ nano. Q trình sấy phun có thể ứng dụng trong sản
xuất các vật liệu nano như hạt nano, chất xúc tác nano, thuốc nano…hoặc dạng bột
mịn. Nguyên tắc đơn giản ở đây là phun một chất lỏng vào dòng khí nóng, sau đó làm
bay hơi và làm khơ các giọt phun, cuối cùng là phân riêng và thu nhận sản phẩm dạng
hạt rắn bằng hệ thống cyclone.[9] Kích thước hạt của sản phẩm sau cùng cũng như các
thông số về tốc độ nhập liệu (Suspension flow) và loại vòi phun chất lỏng (Liquid
atomizer) đều có ảnh hưởng nhất định đến thiết kế của máy/hệ thống sấy phun, đặc biệt
là buồng sấy.[9] Chính vì vậy, bên cạnh phụ thuộc vào tính chất cũng như loại thực

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 6


7 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
phẩm thì các thống số ban đầu cũng đóng vai trị thiết yếu trong q trình tính tốn và
thiết kế hệ thống sấy phun trong thực phẩm.
ii.

Mục tiêu đồ án

Họ và tên sinh viên: Trịnh Khánh Long
Ngành: Công nghệ thực phẩm
Lớp: 141161B
1.

Tên đồ án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch cà phê với cơng suất 200


lít/24h
2.
Nhiệm vụ của đồ án: Tính tốn, thiết kế được hệ thống sấy phun quy mơ cơng
nghệ sử dụng ngun liệu ban đầu là dịch trích cà phê. Lựa chọn cơng suất 200 lít/24h.
3.
Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2017
4.
Ngày hoàn thành đồ án: 20/12/2017

iii.

Nội dung đồ án

Trong nội dung cuốn đồ án này, em sẽ đưa ra những tính tốn cơ sở, từ đó xây dựng
nên hệ thống sấy phun dùng trong công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan, với nguyên
liệu đầu vào là dịch trích cà phê. Trong q trình tính tốn, thiết kế chắc hẳn khơng
tránh khỏi những sai sót, em mong là thầy cơ sẽ góp ý xây dựng để bài báo cáo của em
hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
iv. Giới hạn nghiên cứu của đồ án
Trong giới hạn môn đồ án này, em chỉ nghiên cứu tập trung vào những thông số
của thiết bị, lựa chọn các vật liệu, chọn được các bộ phận sao cho tối ưu (đầu phun,
…), tính tốn cân bằng vật chất, từ cơ sở đó tiến hành thiết kế hệ thống sấy phun theo
công suất yêu câu, mà không đi quá sâu về đặc tính nguyên liệu cũng như các biến đổi
của nguyên liệu trong quá trình sấy cũng như thiết kế hệ thống nhà xưởng.
v.

Ý nghĩa khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng


Page 7


8 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
+ Làm cơ sở khoa học trong việc thực nghiệm khảo sát các tính chất nhiệt - vật lý của
vật liệu sấy ảnh hưởng đến quá trình cấp nhiệt tách ẩm trong điều kiện thời gian tách
ẩm ngắn.
+ Kiểm chứng lại các cơ sở khoa học lý thuyết nhiệt động học của quá trình phân tán
và tiếp xúc nhiệt của dòng nguyên liệu trong quá trình sấy phun.
vi. Ý nghĩa thực tiễn
+ Ứng dụng cơng nghệ sấy phun vào sản xuất cà phê hịa tan mang một ý nghĩa thực
tiễn rất quan trọng. Ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm để tạo ra các mẫu
sản phẩm dạng bột.
+ Hệ thống thiết bị sấy phun được thiết kế có năng suất nhập liệu là 200 lít/24h có thể
được sử dụng cho cơng tác nghiên cứu và giảng dạy ở các trường đại học và viện
nghiên cứu.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 8


9 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY PHUN
1.1. Cơ sở khoa học của sấy phun
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản
a) Vật liệu ẩm

Trong vật liệu ẩm gồm có vật chất rắn, lỏng và khí. Vì khối lượng của chất khí rất
nhỏ có thể bỏ qua, nên vật ẩm được xem như gồm hai thành phần là chất rắn và chất
lỏng (hay còn gọi là ẩm).
Độ ẩm của vật có thể được biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối và độ
chứa ẩm.
Độ ẩm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật khô
tuyệt đối. Công thức xác định độ ẩm tuyệt đối là:
.100 (%)

Trong đó:

(CT [1-1], Hồng Văn Chước, 5 [7])

Gn: khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)
Gk: khối lượng vật khô tuyệt đối (kg)

Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0% đến
và vật có độ ẩm

. Vật có độ ẩm tuyệt đối 0% là vật khô tuyệt đối

là nước.

Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của vât
ẩm, ký hiệu độ ẩm tương đối như sau:

.100 (%)

(CT [1-2], Hoàng Văn Chước, 5 [7])


Trong đó: G – khối lượng vật ẩm: G = Gn + Gk [kg]
Độ ẩm tương đối có giá trị từ 0 – 100%. Vật có độ ẩm tồn phần 0% là vật khô tuyệt
đối và 100% là nước.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 9


10 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Độ chứa ẩm (độ chứa hơi) là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật
khô tuyệt đối. Độ chứa ẩm ký hiệu là d. Ta có:

d0 =

=

Trong đó:
Rk = 8314/29 ≈ 287; Rn = 8314/18 ≈ 462; Pk =
Áp suất khí quyển

– Pn ; Pn =

Phbh

= 760 mmHg = 760/(7,5.10-3) = 101333,33 (N/m2) = 1 atm

Trong đó: 29 là phân tử lượng trung bình của khơng khí; 18 là phân tử lượng của nước
Vậy ta có:


d0 =

[8]

Vật liệu bị sấy là vật liệu ẩm đã bị tách một phần hay tồn bộ lượng ẩm. Thơng
thường vật liệu ẩm được sấy đến độ ẩm phù hợp nào đó chứ khơng sấy đến mức chỉ
cịn chất khơ tuyệt đối.
b) Độ ẩm cân bằng
1.1.2. Quá trình tách ẩm vật liệu sấy bằng sấy phun
Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hịa tan, nhũ tương, huyền
phù đã được cơ đặc trước (40-60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi

vào trong dịng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 150-300
trong buồng sấy lớn. Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng. Các hạt sản phẩm
được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng.
1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước về công nghệ sấy phun
Trước năm 1975, thị trường cà phê hòa tan ở Việt Nam còn khá nghèo nàn về

chủng loại và ít được nhà đầu tư quan tâm. Tuy nhiên hiện nay thị trường này đã chiếm
1/3 tỷ trọng sản lượng cà phê được tiêu thụ. Năm 1969, Marcel Coronel đã khởi công

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 10


11 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
xây dựng nhà máy cà phê Coronel tại khu kỹ nghệ Biên Hòa với mục đích giảm thiểu

chi phí vận chuyển cà phê về Pháp. Tồn bộ máy móc được nhập khẩu từ Đức. Tuy
nhiên, cho đến tận năm 1975, nhà máy vẫn chưa chạy thử thành cơng do máy móc,
thiết bị khơng đồng bộ, lao động kỹ thuật cịn thiếu và hồn cảnh chiến tranh. Tháng 4
năm 1977, mẻ cà phê hòa tan đầu tiên được sản xuất thành công. Năm 1998, nhà máy
xây dựng thêm một dây chuyền sản xuất cà phê hịa tan cơng nghệ sấy phun. Dây
chuyền này có cơng suất thiết kế 800 tấn/năm.
Sữa bột được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước phát triển. Việt nam cũng là một trong
những nước tiêu thụ sữa bột lớn và sữa ngoại ở Việt Nam có giá đắt đỏ. Giá sữa ở Việt
Nam đắt gấp đơi sữa nước ngồi do việc nhập khẩu nguyên liệu có vấn đề. Đó là có rất
ít đầu mối được nhập khẩu mặt hàng này nên giá đầu ra và giá đầu vào để sản xuất sữa
thành phẩm cũng rất khó kiểm sốt.
Như vậy ở Việt Nam, công nghệ sấy phun mới được đưa vào ứng dụng trong
khoảng hơn 50 năm và đạt được nhiều thành tựu. Hiện nay, tại Việt Nam công nghệ
này được ứng dụng nhiều nhất trong ngành sản suất sữa bột hay bột cà phê hịa tan.
Đối với ngành cơng nghiệp sữa, một số tập đoàn lớn như Friesland Campina Việt Nam
phải nhập khẩu thêm sữa bột từ Hà Lan do nguồn cung tại Việt Nam không đáp ứng
được nhu cầu rất lớn hiện nay. Mặt khác, chúng ta chưa làm chủ được cơng nghệ này,
chủ yếu nhập khẩu từ nước ngồi để đưa vào sản suất. Ngoài ra, giá thành của hệ thống
sấy phun tương đối cao chưa phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta. Vì vậy, việc phát
triển các ngành sản phẩm liên quan, các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy phun
tại Việt Nam không phổ biến. Vì vậy, việc đẩy nhanh quá trình nghiên cứu ứng dụng
công nghệ sấy phun vào trong sản xuất để đạt năng suất cao và chất lượng tốt nhằm
nâng cao tính cạnh tranh cho sản phẩm của nước ta là việc làm rất cần thiết.
1.3.

Tình hình nghiên cứu ngồi nước về công nghệ sấy phun
Nhà khoa học người Mỹ Samuel Percy đã nghiên cứu công nghệ sấy phun từ

những năm 1860 và nhận được bằng sáng chế cho công nghệ này vào năm 1872, bằng
sáng chế số 125406 có tựa đề "Improvement in Drying and Concentrating Liquid

Substances by Atomizing”. Ông là người đầu tiên mô tả nguyên lý của quá trình sấy
phun và ơng được xem như là người phát minh ra công nghệ sấy phun. Ý tưởng cơ bản
đầu tiên của sấy phun là sản xuất các sản phẩm dạng bột bằng cách phân tán nguyên

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 11


12 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
liệu ở dạng lỏng thành các hạt sương và làm bay hơi nước nhanh chóng do diện tích bề
mặt tiếp xúc của ngun liệu và khơng khí nóng tăng lên đáng kể.
Máy sấy phun được xây dựng đầu tiên vào năm 1878 nhưng đến năm 1905, máy
sấy phun công nghiệp đầu tiên được lắp đặt cho một công ty Merril Soul, Mỹ. Sau
chiến tranh thế giới II, nhu cầu sữa tăng cao thúc đẩy sự phát triển ngành cơng nghiệp
sữa. Nhờ đó mà nhiều nguồn kinh phí đã được sử dụng để mang đến những tiến bộ
đáng kể trong công nghiệp sấy phun sữa bột.
Kể từ thời điểm đó, q trình sấy phun đã được chú trọng phát triển để ứng dụng
trong nhiều ngành cơng nghiệp bao gồm sản xuất xà phịng bột và chất tẩy rửa, sữa bột,
cà phê hòa tan, tinh bột ngũ cốc, sản xuất phân bón và các loại nhựa polymer dạng bột.
Nó cũng được sử dụng như là một q trình cơng nghệ giúp giữ lại các thuộc tính chức
năng độc đáo của các tá dược như lactose, mannitol...
Hiện nay ở các nước phát triển trên thế giới, công nghệ sấy phun được áp dụng
trong hầu hết các nghành sản xuất khác nhau như sấy bột nông sản, thực phẩm dinh
dưỡng, dược phẩm, hố chất, ...Cơng nghệ sấy phun ở các nước này đạt đến trình độ
tương đối cao với đa dạng chủng loại về kết cấu, kiểu dáng, q trình sấy được điều
khiển hồn tồn tự động đem lại hiệu quả kinh tế cao. Chất lượng của các sản phẩm
sấy khá cao và chi phí năng lượng cho một khối lượng sản phẩm tương đối thấp.
1.4.


Nguyên liệu
1.4.1. Nguyên liệu chính – Cà phê
 Cấu tạo của quả cà phê [13]

+ Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ violet hay đỏ
đậm khi chín.
+ Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả.
+ Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 12


13 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
+ Vỏ lụa: lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, màu sắc và đặc tính khác nhau phụ thuộc vào
loại cà phê

Hình 1. Mặt cắt ngang hạt cà phê
+ Nhân cà phê: nằm trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ,
trong chứa dầu. Phía trong có những tế bào lớn, và mềm hơn.
+ Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường là 2 nhân.
+ Nhân cà phê: Trong nhân cà phê nước chiếm 10-12%, protein chiếm 9-11%, lipit
chiếm 10-13%, các loại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5%. Ngồi ra trong
nhân cịn chứa các chất thơm, các alkaloid.
Thành phần hoá học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín,
điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
+ Nước: Trong nhân cà phê đã sấy khơ, nước cịn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi
hàm lượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt. Mặt khác,
hàm lượng nước cao sẽ làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong q trình rang ,

tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê. Hàm lượng nước trong cà
phê sau khi rang cịn 2.7%.
+ Chất khống: Hàm lượng chất khống trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu là kali,
nitơ, magie, photpho, clo. Ngồi ra cịn thấy nhơm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh…Những
chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng
chất khoáng càng thấp và ngược lại.
+ Glucid: Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành
phần nước uống mà chỉ cho màu và vị caramen. Đường có trong cà phê do trong quá

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 13


14 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
trình thuỷ phân dưới tác dụng của axit hữu cơ và enzim thuỷ phân Hàm lượng
saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào mức độchín: quả càng chín thì hàm lượng
saccharose càng cao. Saccharose bị caramen hố trong q trình rang nên sẽ tạo hương
vị cho nước cà phê. Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccarit nhưng phần lớn bị loại ra
ngoài bã cà phê sau q trình trích ly.
+ Protein:Hàm lượng protein trong cà phê khơng cao nhưng nó đóng vai trị quan
trọng trong việc hình thành hương vịcủa sản phẩm. Bằng phương pháp thuỷphân,
người ta thấy trong thành phần protein của cà phê có những axit amin sau: Cysteine,
Alanie, Phenylalanine, Histidine, Leucine, Lysine, Derine …. Các acid amin này ít
thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết. Khi gia nhiệt, các mạch
polypeptide bị phân cắt, các axít amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác
dụng với những chất tạo mùi và vịcho cà phê rang.
+ Lipid: Hạt cà phê chứa lượng lipid khá lớn (10-13%). Lipid trong cà phê gồm chủ
yếu dầu và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, cịn dầu chiếm 90%.
Trong quá trình chế biến, lipid bị biến đổi, song một phần axit béo tham gia phản ứng

dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không
bị biến đổi là dung môi tốt hồ tan các chất thơm. Khi pha cà phê thì chỉ một lượng
nhỏ lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã.
+ Các alcaloid: Trong cà phê có các alcaloid như cafein, trigonulin, colin. Trong đó
quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là cafein và trigonulin. Cafein chiếm từ 13% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác. Hàm lượng cafein
thấp hơn trong chè nhưng nó kích thích hệ thần kinh với thời gian dài hơn vì khi uống
cà phê tốc độ lưu thông của máu không tăng lên nên cafein thải ra ngoài chậm, mặt
khác khi pha cà phê trong nước, cafein được giải phóng hồn tồn ở trạng thái tự do,
khơng hình thành những chất có khả năng kết tủa hoặc những chất khơng có hoạt tính
của ancaloit.
+ Trigonellin (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) là ancanoit khơng có hoạt tính sinh
lý, ít tan trong rượu etylic, khơng ta trong clorofoc và ete, tan nhiều trong nước nóng,
nhiệt độ nóng chảy là 218oC. Tính chất đáng quý của trigonellin là dưới tác dụng của
nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP). Nhiều kết quả

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 14


15 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
nghiên cứu cho thấy trong cà phê nhân khơng có acid nicotic nhưng nó được hình
thành trong q trình gia nhiệt trong đó sự nhiệt phân trigonellin giữ vị trí quan trọng.
+ Chất thơm: Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy
trong q trình phát triển. Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai , khí hậu và nhất là
chủng loại cà phê. Mặt khác nó được hình thành trong q trình chế biến, đặc biệt
trong quá trình rang. Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehid, ceton,
rượu, phenol, este... Trong quá trình rang, các chất thơm thốt ra ban đầu có mùi hắc
sau chuyển thành mùi thơm. Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn
đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm.


Bảng 1.2. Thành phần hóa học của cà phê
Thành phần chính

Arabica

Carbohydrate
Monosaccharide

9-12.5%

Oligosaccharide

Robusta

Thành phần

6 – 11.5%
0.2 – 0.5%

6-9%

Polysaccharide
Carbohydrate khơng
hịa tan
Hemicellulose
Cellulose, (1-4)

Excelsa


3-7%

3-4%

46-53%

34 - 44%

5-10%

4-6%

manan
Acid dễ bay hơi

Glucose
Fructose
Galactosse
Arabinose
Sucrose (>90%)
Raffinose (0-0.9%),
stachyose
Polymer của:
Galactose (55-65%),
Mannose (10-20%)
Arabinose (20-35%)
Glucose (0-2%)

0.1%


Acid khó bay hơi

2-2.9%

1.3 – 2.2%

Acid chlorogenic

6.7 – 9.2%

7.1 – 12.1%

Lignin

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Acid citric, acid
malic, acid quinic
Monodicaffeoyl –
and feruloylquinic
acid

1-3%

Page 15


16 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Lipid
Sáp

Dầu
Các hợp chất nitơ

15-18%

8-12%
0.2-0.3%
7.7 – 17.7%
11-15%

Acid amin

0.2 – 0.8%

Protein
Caffein

8.5 – 12%

Trigonelline

Chủ yếu là glut, asp,
asp-N

0.8-1.4%

1.7-4.0%

0.6 – 1.2%


0.3 – 0.9%

Khoáng

Chủ yếu glut, asp,
asp - N

3 – 5.4%

Hiện nay người ta chia cà phê thành 2 giống lớn
+ Cà phê chè Arrabica (Coffee Arabica)
+ Cà phê vối Robusta (Coffee canophera)
Ngồi ra cịn có các loại cà phê khác: Cà phê mít Excelsa,…
 Trong cơng nghiệp sản xuất cà phê hòa tan, cà phê nhân thường được sử dụng là cà
phê Robusta vì các lý do sau: [10]
+ Hàm lượng chất khơ hịa tan trong cà phê nhân Robusta cao hơn cà phê Arabica, do
đó lượng sản phẩm thu hồi được nhiều hơn
+ Hàm lượng caffeein trong cà phê nhân Robusta thường trong khoảng 2% (chất khô),
cao hơn hàm lượng caffeein trong cà phê Arrabica (khoảng 1.2% chất khô)
 Yêu cầu về chất lượng nguyên liệu cà phê nhân trong sản xuất cà phê hòa tan thấp
hơn so với nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay.
1.4.2. Nguyên liệu phụ
Vai trò của các nguyên liệu phụ trong sản xuất cà phê hòa tan là nhằm để nâng cao
giá trị cảm quan của sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm để đáp ứng nhu cầu người tiêu
dùng. Nguyên liệu phụ được sử dụng nhiều nhất là đường, sữa bột và kem khơng có
nguồn gốc từ sữa non.
+ Vai trị chính của đường trong sản phẩm cà phê hòa tan là nhằm hạn chế vị đắng của
cà phê, nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
+ Vai trò của sữa bột trong sản phẩm là nâng cao giá trịcảm quan của sản phẩm.


GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 16


17 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
+ Trong cà phê hòa tan, vị đắng chiếm vai trò chủ đạo. Do đó, chất béo từ sữa kết hợp
với vị ngọt của đường sẽ làm cho sản phẩm cà phê hòa tan có vị hài hịa hơn.
+ Thường sử dụng sữa bột ngun kem hoặc sữa bột ít béo.
+ Ngồi ra, nếu cà phê nguyên liệu sau khi rang mà cường độ hương vị đặc trưng của
cà phê thấp, chưa đáp ứng nhu cầu của người sửdụng, ta có thể bổ sung thêm các loại
chế phẩm hương cà phê. Tuy nhiên việc bổ sung hương không phổ biến trong sản xuất.
1.5. Công nghệ sấy phun
Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong
quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:
+ Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong của vật liệu.
+ Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và mơi trường xung
quanh.
 Mục đích của q trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo
quản sản phẩm được lâu hơn.
Sấy phun là một công nghệ sấy đặc biệt do khả năng sấy trực tiếp nguyên liệu từ
dạng lỏng sang dạng rắn (bột). Một cách hiểu khác, “Sấy phun là quá trình chuyển hóa
của nguyên liệu vào (VLS) từ trạng thái chảy (fluid) thành dạng cấu tử khô bằng cách
phun nguyên liệu vào mơi trường sấy nóng” (Masters, 1991) Hệ thống sấy phun là hệ
thống chuyên dùng để sấy các VLS dạng dung dịch huyền phù, ví dụ trong trong cơng
nghệ sản xuất sữa bột, bột trứng, cà phê hoà tan,…[13] Cấu tạo chủ yếu của hệ thống
sấy phun gồm một bơm dịch thể, một buồng sấy hình trụ, trong đó bố trí các vòi phun
và cuối cùng là cyclon để thu hồi sản phẩm. VLS được nén qua vòi phun vào buồng
sấy dưới dạng sương mù. Ở đây VLS trao đổi nhiệt - ẩm với tác nhân sấy. Quá trình
sấy diễn ra rất nhanh đến mức khơng kịp đốt nóng vật liệu lên quá giới hạn cho phép

do đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao, phần lớn sản phẩm được sấy khô
dưới dạng bột và rơi xuống phía dưới, phần nhỏ cịn lại bay theo tác nhân sấy di qua
xyclon và được thu hồi trở lại. Tác nhân sấy sau khi đi qua xyclon sẽ thải vào môi
trường. Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn.[13]

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 17


18 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
Nhiệt độ dịng khí có thể lên đến 750

và chỉ phụ thuộc vào tính chịu nhiệt của

vật liệu. Dịng khí ra khỏi thiết bị sấy phải qua hệ thống cyclon để thu hồi bụi sản
phẩm bị lơi cuốn theo.

Hình 2. Sơ đồ bố trí một số buồng sấy trong hệ thống sấy phun
 Ưu điểm: sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, chi phí điều hành tương
đối thấp, tháp sấy có năng suất lớn.
 Nhược điểm: Kích thước phịng sấy lớn mà vận tốc của tác nhân sấy nhỏ nên cường
độ sấy nhỏ, tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là cơ cấu phun và hệ
thống thu hồi sản phẩm.
1.6. Thiết bị sấy phun
1.6.1. Tổng quan thiết bị
Tất cả các thiết bị sấy phun đều bao gồm:
-

Cơ cấu phun (vịi phun): Có chức năng đưa ngun liệu (dạng lỏng) vào buồng


sấy dưới dạng hạt mịn (sương mù). Quá trình tạo sương 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 khí động, cơ cấu đầu phun ly tâm.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 18


19 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ

Hình 3. Cơ cấu phun đĩa ly tâm

Hình 4. Cơ cấu phun bằng áp lực

 Vòi phun áp lực đơn/đa dòng: dịch thể huyền phù được bơm nén đến áp suất
thích hợp khoảng 200-600 psi [8] đi vào vịi phun. Đầu vịi phun có một chi tiết dạng
ba cánh có thể tự do quay quanh một trục và nhờ đó dịch thể bị đánh tơi thành từng
giọt nhỏ có đường kính từ 1-150 m.
 Ưu điểm:
+ Làm việc không ồn
+ Tiêu hao điện năng ít (4 – 10 KWh/ 1 tấn dung dịch)
+ Năng suất cao (đến 4500 kg/h)
 Nhược điểm:
+ Không dùng được cho dung dịch quá nhớt (độ nhớt cao) hoặc có chứa các hạt cứng
+ Rất nhạy bén vớ tạp chất vì vậy đường kính lỗ phun khơng nhỏ hơn 1 mm.
+ Khơng điều chỉnh được cơng suất vịi
 Vịi phun đĩa ly tâm:

Hoạt động theo nguyên lý ly tâm, đĩa chuyển động với tốc độ 4000 – 20000
vòng/phút, chất lỏng theo các rãnh trên đĩa văng ra ngoài tạo thành sương mù nhờ lực
ly tâm. Tốc độ trên vành đĩa cao (130 – 200 m/s). Đĩa quay nhờ động cơ điện. Chất
lỏng được đưa tới đĩa nhờ bơm có độ chênh áp không đổi và điều chỉnh tự động.
 Ưu điểm: có thể làm việc với bât kỳ dịch thể nào kể cả bột nhão.
 Nhược điểm: giá thành cao, bố trí và vận hành phức tạp.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 19


20 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
 Vịi phun khí động: Trong vịi phun khí động, dùng khơng khí để phun dung dịch.
Trước hết khơng khí qua ống phun tăng tốc độ rồi phun ra miệng phun, dùng bơm đưa
dung dịch đến miệng vịi. Khơng khí có tốc độ cao sẽ thổi dung dịch văng ra thành hạt
nhỏ. Tốc độ khí ra khỏi ống phun phụ thuộc vào tỷ số áp suất trước và sau ống phun.
 Ưu điểm: Khả năng ứng dụng với tất cả các loại dung dịch, có khả năng điều
chỉnh lưu lượng và cỡ hạt.
 Nhược điểm: Tiêu hao năng lượng lớn so với các vòi phun khác, thường là 50 –
60 kWh/ tấn dung dịch.
- Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (khơng khí
nóng). Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là
buồng sấy hình trụ đứng, đáy cơn. Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…)
được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của
chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng. Dựa vào sự chuyển động
của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy, ta có ba trường hợp sau đây:
Hình 5. Các dạng chuyển động của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy

+ Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều (cocurrent contact): đầu

phun nguyên liệu và cửa vào cho tác nhân sấy cũng được bố trí trên đỉnh buồng sấy.
Dòng nguyên liệu qua cơ cấu phun tạo sương mù cùng hòa trộn với tác nhân sấy và di
chuyển xuống phía đáy buồng sấy. Cả ba loại cơ cấu phun (ly tâm, áp lực và khí động)
đều có thể áp dụng trong trường hợp này. Nhiệt độ bột sản phẩm thu được sẽ thấp hơn
nhiệt độ tác nhân sấy tại cửa vào buồng sấy. Trong trường hợp này rất thích hợp cho
những nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt độ. Đây cũng là trường hợp phổ biến nhất được
sử dụng trong công nghiệp thực phẩm.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 20


21 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
+ Dịng ngun liệu và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều (countercurrent
contact): đầu phun nguyên liệu được bố trí trên đỉnh buồng sấy và các giọt lỏng sẽ
chuyển động theo chiều từ trên xuống. Ngược lại, cửa vào của tác nhân sấy được bố trí
ở phần bên dưới thiết bị và khơng khí nóng sẽ chuyển động theo chiều từ dưới lên.
Thơng thường, cửa thốt chính cho bột sản phẩm được đặt phía dưới đáy buồng
sấy, cịn cửa thốt cho tác nhân sấy được đặt phía trên đỉnh buồng. Trong trường hợp
này, nhiệt độ bột sản phẩm thu được sẽ cao hơn nhiệt độ tác nhân sấy tại cửa thốt.
Điều này thích hợp cho những sản phẩm bột thơ u cầu có tỷ trọng cao hoặc có độ
xốp thích hợp. Loại cơ cấu phun thường sử dụng là đầu phun bằng khí động hoặc đầu
phun áp lực.
+ Dạng hỗn hợp (mixed flow contact): cửa vào cho tác nhân sấy được bố trí trên đỉnh
thiết bị, do đó khơng khí nóng sẽ chuyển động theo chiều từ trên xuống và thốt ra
phía bên dưới thiết bị. Ngược lại, đầu phun nguyên liệu được bố trí gần vị trí trung
tâm của thân buồng sấy. Đầu tiên, các hạt lỏng nguyên liệu sẽ chuyển động theo chiều
từ dưới lên để hòa trộn với tác nhân sấy. Như vậy, nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển
động ngược chiều nhau. Sau quá trình bay hơi ẩm, một sản phẩm được hình thành

chúng chuyển động theo chiều từ trên xuống phía đáy thiết bị và được thu hồi chủ yếu
tại cửa thoát ở đáy buồng sấy. Như vậy, ở giai đoạn sau, các hạt nguyên liệu dạng bột
chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy.
- Tác nhân sấy: Không khí nóng là tác nhân sấy thơng dụng nhất. Hơi là tác nhân gia
nhiệt phổ biến nhất. Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 100 – 150 .
Nhiệt độ trung bình của khơng khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là
100C. Nếu cần nhiệt độ sấy cao hơn thì sử dụng khói lị làm tác nhân gia nhiệt khơng
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 thốt, 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 trang bị hệ thống hai quạt.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 21


22 ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thốt. Cịn quạt
phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt khơng khí trước khi vào buồng sấy. Ưu điểm của việc
sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy.
Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm, buồng
sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân khơng rất cao. Chính áp lực chân không này sẽ ảnh
hưởng đến lượng bột sản phẩm bị cuốn theo dịng khí thốt, do đó sẽ ảnh hưởng đến
năng suất hoạt động và hiệu quảthu hồi bột sản phẩm của cyclon.
1.6.2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy phun là quá trình sấy thực hiện bằng cách

phun vật liệu (chất lỏng hoà tan, nhũ tương, huyền phù) thành hạt nhỏ và rơi tự do
trong buồng sấy. Mơi chất sấy (khơng khí nóng, khói,…) được thổi vào và chuyển
động cùng với vật liệu và sấy khơ vật liệu. Nhờ q 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 (một đến vài giây).

Hình 6. Sơ đồ hệ thống sấy phun
1. Buồng sấy.

5. Cơ cấu phun mẫu.

2. Caloriphe.

6. Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thốt ra.

3. Thùng chứa nguyên liệu cần sấy.

7. Cyclon vận chuyển sản phẩm.

4. Bơm nguyên liệu.

8. Hệ thống quạt hút và màng lọc.

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 22


23 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Nguyên liệu từ thùng chứa (3) được bơm số(4) bơm vào buồng sấy (1), khi vào

buồng sấy được phân bố mấu thành hạt nhỏ li ti (dạng mù) nhờ cơ cấ u phun. Khơng
khí nóng thổi qua calorifer (2) đưa vào buồng sấy. Khơng khí nóng và ngun liệu ở
dạng mù tiếp xúc với nhau trong vài giây tại cơ cấu phun mẫu (5) đặt trong buồng sấy
nước từ nguyên liệu bốc hơi sau đó thốt ra ngồi, sản phẩm khơ được thu gom tại đáy
cyclon (6), được làm nguội và thu hồi. Một phần bụi mịn theo khơng khí qua cyclone
(7), sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi lại các hạt bụi mịn cịn sót lại và thải ra
ngồi.
1.6.3. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy lầ những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy.
Trong quá trình sấy môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thốt ra từ vật
sấy. Nếu lượng ẩm này khơng được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng
lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng
sấy và q trình thốt ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại, lúc này phân áp suất hơi nước thoát
ra từ vật bằng với phân áp suất của hơi nước trong buồng sấy.
a) Khơng khí ẩm
Khơng khí ẩm là loại tác nhân sấy thơng dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các
loại sản phẩm. Dùng khơng khí ẩm sản phẩm sấy sẽ không bị ô nhiễm. Tuy vậy, đùng
không khí ẩm cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt khơng khí (calorife); nhiệt độ khơng
khí sấy khơng thể q cao, thường nhỏ hơn 500

vì nếu nhiệt độ cao thiết bị trao đổi

nhiệt phải sử dụng thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao.
b) Khói lị
Dùng khói lị làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng
chục độ đến trên 1000 , không cần calorife. Tuy nhiên dùng sấy có nhược điểm là
khói có thể làm ơ nhiễm sản phẩm sấy. Vì vậy khói chỉ dùng cho một số vật liệu sấy
như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ,… .
c) Hơi quá nhiệt


GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 23


24 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Dùng hơi quá nhiệt làm tác nhân sấy trong trường hợp sản phẩm dễ cháy nổ và sản
phẩm sấy chịu được nhiệt độ cao.
1.6.4. Chất tải nhiệt [8]
Chất tải nhiệt có nhiệm vụ cấp nhiệt cho môi chất sấy. Chất tải nhiệt thường là
hơi nước, nước nóng, chất lỏng hữu cơ, khói, điện… .
a) Hơi nước
Hơi nước là chất tải nhiệt thông dụng nhất. Dùng hơi nước có ưu điểm là:
+ Nhiệt độ ổn định
+ Dễ điều chỉnh nhiệt độ
+ Hơi nước ngưng tụ tỏa nhiệt lớn (ẩn nhiệt hóa hơi lớn) nên hệ số tỏa nhiẹt khi ngưng
tụ lớn  bề mặt trao đổi nhiệt nhỏ.
Tuy nhiên, nhược điểm là khi dùng hơi nước phải trang bị lị hơi.
b) Nước nóng
Dùng nước nóng làm chất tải nhiệt có ưu điểm:
+ Áp suất sử dụng thấp hơn khi dùng hơi
+ Lị nước nóng có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ
+ Nhiệt dung riêng của nước lớn nên thiết bị gọn
Nhược điểm khi dùng nước nóng làm chất tải nhiệt:
+ Nhiệt độ bị hạn chế ( thường < 100 ), nếu dùng nhiệt độ cao hơn phải dùng nước áp
suất cao.
+ Cần xử lý nước để chống đóng cặn.
c) Chất lỏng hữu cơ
Ưu điểm:
+ Nhiệt độ có thể tăng lên vài trăm độ ở áp suất khí quyển

+ Khơng có hiện tượng đóng cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt

GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng

Page 24