TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

HUẾ

NAM

KHOA CƠ KHÍ VÀ CƠNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc



-----------*-----------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên:
Lớp:
Nghành học:
1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy phun để sản xuất cà phê hòa tan với
năng suất thiết bị 445kg/h
2. Số liệu ban đầu
- Năng suất sản phẩm: 445kg/h
- Độ ẩm ban đầu: 45%
- Độ ẩm cuối cùng: 3%
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn
- Đặt vấn đề
- Tổng quan
- Tính tốn cân bằng vật chất của q trình
- Tính thiết bị chính

- Tính cân bằng năng lượng
- Tính thiết bị phụ
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
4. Bản vẽ
5. Ngày giao nhiệm vụ:
6. Ngày hoàn thành:
1


Huế, ngày
Trưởng bộ môn

tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Bảng tổng kết cho vật liệu sấy
Bảng 2. Bảng tổng kết cho tác nhân sấy
Bảng 3. Tổng kết tính tốn cân bằng nhiệt lượng
Bảng 4. Các kích thước cơ bản của Xyclon

2


ĐẶT VẤN ĐỀ
Cà phê là một loại thức uống được ủ từ hạt cà phê rang, lấy từ quả của cây cà phê.
Các giống cây cà phê được bắt nguồn từ vùng nhiệt đới châu Phi và các
vùng Madagascar, Comoros, Mauritius và Réunion trên các khu vực thuộc đường

xích đạo.
Sau khi chín, quả cà phê sẽ được hái, chế biến và phơi khô. Hạt cà phê khô sẽ được
rang trong nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu thị hiếu. Hạt
cà phê sau khi rang sẽ được đem đi xay và ủ với nước sôi để tạo ra cà phê dưới
dạng thức uống.
Cà phê là một mặt hàng xuất khẩu lớn: đứng đầu trong số các mặt hàng xuất khẩu
nông nghiệp tại nhiều quốc gia và là một trong những mặt hàng xuất khẩu nông
nghiệp hợp pháp lớn nhất trên thế giới. Đây cũng là loại hàng hóa có giá trị xuất
khẩu nhất của các quốc gia đang phát triển. Cà phê xanh (không rang) cũng là một
trong những mặt hàng nông nghiệp được buôn bán nhiều nhất trên thế giới.
Cùng với sự phát triển của đất nước cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật
,các ngành công nghiệp nước ta có sự chuyển biến rõ rệt đặc biệt là ngành công
nghệ chế biến thực phẩm.Bởi lẽ,đời sống con người ngày càng được nâng cao thì
địi hỏi các sản phẩm thực phẩm ngày càng đa dạng,phong phú để đáp ứng tốt nhu
cầu của con người. Nhờ đó mà thị trường càng có nhiều sản phẩm thực phẩm đa
dạng, được sản xuất, chế biến theo nhiều phương pháp khác nhau.
Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người, kéo dài thời gian bảo quản
và tạo được nhiều loại sản phẩm phong phú hơn người ta đã nghiên cứu ra phương
pháp sấy. Nhằm loại bỏ nước và tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy.
Đối với sấy thì có nhiều thiết bị sấy khác nhau như thiết bị sấy hầm, sấy thùng
quay, sấy băng tải, sấy tháp, sấy phun...Trong đó thiết bị sấy phun là một trong
những thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi nhất là trong sấy bột hoa quả.
Một trong những sản phẩm sấy đang được sử dụng rộng rãi là cà phê hòa tan. Là
một sản phẩm tiện lợi và đang được ưa chuộng trên thị trường Việt Nam và cả thị
3


trường quốc tế.
Cà phê được ưa chuộng trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Với người sử dụng
ngày càng nhiều cộng với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp, việc pha chế

cà phê bằng phin đã nảy sinh nhiều bất lợi về thời gian. Chính vì thế cà phê hịa tan
ngày càng được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó.
Cà phê hịa tan có thể bảo quản được lâu và rất tiện lợi, nó khơng làm mất nhiều
thời gian để chế biến trước khi sử dụng. Để đáp ứng được nhu cầu người tiêu dùng,
các nhà sản xuất không ngừng nghiên cứu để cho ra những sản phẩm cà phê hòa
tan phong phú và đa dạng về cả hình thức lẫn chất lượng, cùng với dây chuyền
cơng nghệ ngày càng tiên tiến.
Qua q trình tìm hiểu về cà phê, em đã chọn đề tài: Thiết kế hệ thống thiết bị
sấy phun để sản xuất cà phê hòa tan với năng suất là 445kg/h

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
PHẦN 1.NỘI DUNG
1.1 Tổng quan về sấy
 Khái niệm
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay
lỏng. Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu (như vật liệu
gốm, sứ, gỗ,...), bảo quản tốt trong một thời gian dài, hạn chế sự phát triển của vi
sinh vật và các phản ứng sinh hoá nhất là đối với lương thực, thực phẩm.
1.2. Nguyên tắc
Sấy là một q trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó
bao gồm cả q trình khuếch tán bên trong và cả bên ngồi vật liệu rắn đồng thời
với quá trình truyền nhiệt. Đây là qúa trình nối tiếp, tức là quá trình chuyển lượng
nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu
ban đầu.
1.3. Phân loại sấy
Gồm hai phương thức:
- Sấy tự nhiên: Dùng năng lượng sẵn có trong tự nhiên để thực hiện q trình sấy

như năng lượng mặt trời,năng lượng gió,…( gọi là q trình phơi hay sấy tự
nhiên).
 Ưu điểm:
 Ít tốn năng lượng, đơn giản,rẻ tiền
 Nhược điểm:
 Năng suất thấp
 Phương pháp này thời gian sấy dài
 Tốn nhân cơng,mặt bằng xây dựng
 Khó điều chỉnh các thơng số trong q trình sấy
 Phụ thuộc hồn tồn vào thời tiết
5


 Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao
- Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho
các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà
trong kỹ thuật sấy có thể chia làm nhiều dạng khác nhau:
 Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc vật liệu sấy với tác nhân sấy là
khơng khí nóng, khói lị,…
 Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp
vật liệu sấy,mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một
vách ngăn.
 Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng
ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho nguyên liệu sấy.
 Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dung năng lượng điện
trường có tần số cao để đốt nóng tồn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
 Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong mơi trường có độ chân khơng rất
cao, nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ
trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng.


1.4: Mục dích
- Nhằm giảm khối lượng, tăng độ bền, và tăng thời gian bảo quản của vật liệu
người ta sử dụng phương áp sấy thông qua các hệ thống sấy.
- Quá trình sấy bản chất là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu cần sấy để thải ra
ngồi mơi trường. Ẩm có mặt trong vật liệu nhận được năng lượng theo một
phương thức nào đó tách ra khỏi vật liệu cần sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật
thể ra bề mặt, từ bề mặt vật vào môi trường xung quanh.
- Việc dịch chuyển ẩm phụ thuộc vào độ chênh phân áp suất của hơi nước ở các
vùng khác nhau. Ẩm sẽ dịch chuyển từ khu vực có phân áp suất cao đến khu vực
có phân áp suất thấp.
1.5. Sấy phun
6


 Khái niệm:
Là phương pháp sản xuất bột khô từ chất lỏng hoặc bùn bằng cách làm khơ
nhanh bằng khí nóng. Đây là phương pháp sấy ưa thích của nhiều vật liệu nhạy
cảm với nhiệt như thực phẩm và dược phẩm . Sự phân bố kích thước hạt phù
hợp là một lý do để sấy phun một số sản phẩm cơng nghiệp như chất xúc tác.
Khơng khí là mơi trường sấy nóng; tuy nhiên, nếu chất lỏng là dung mơi dễ
cháy như ethanol hoặc sản phẩm nhạy cảm với oxy thì nitơ được sử dụng.
 Ưu điểm,nhược điểm:
 Ưu điểm
- Tính chất và chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn. Sản phẩm sau khi sấy
có dạng bột mịn đồng nhất, xốp, độ hòa tan cao (90-100%), độ ẩm thấp (34%), không cần phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với
nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và chế biến.
- Có thể sấy được những ngun liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ do nhiệt độ
sấy thấp, thời gian sấy nhanh và khí nén thường dùng là khơng khí hoặc khí
trơ.
- Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng suất cao và liên tục.

Sản phẩm tiếp xúc với bề mặt thiết bị trong điều kiện khơ vì thế việc chọn vật
liệu chống ăn mòn cho thiết bị đơn giản hơn.
 - Khoảng nhiệt độ tác nhân sấy khá rộng từ 150 – 600° C nhưng hiệu quả
tương tự các loại thiết bị khác.
 Nhược điểm
- Sấy phun không thuận lợi cho những sản phẩm có tỷ trọng lớn.
- Khơng linh động, một thiết bị được thiết kế cho sản xuất sản phẩm có kích
thước nhỏ thì khơng thể được dùng sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn.
- Vốn đầu tư cao
1.5.1. Nguyên lý của quá trình sấy:
Quá trình sấy là một q trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức
tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngồi vật liệu rắn
đồng thời với q trình truyền nhiệt. Đây là quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình
chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra
khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình là sự chệnh lệch độ ẩm ở trong lòng
7


vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán, chuyển pha này chỉ xảy
ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước
trong mơi trường khơng khí xung quanh.
1.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy sấy phun:
 Cấu tạo:
 Cơ cấu phun:
có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng ) vào buồng dưới dạng hạt mịn
(sương mù).Qúa trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và
sự phân bố của chúng trong buồng sấy do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị truyền
nhiệt và tốc độ sấy.Cơ cấu phun có các dạng như:cơ cấu phun áp lực,cơ cấu
phun bằng khí động đầu phun li tâm.
 Buồng sấy:

Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy ( không khí
nóng).Buồng sấy có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là
buồng sấy hình trụ đứng,đáy cơn.Kích thức buồng sấy (chiều cao,đường kính…)
được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỷ đạo chuyển động của
chúng,tức là phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng.
 Tác nhân sấy:
Khơng khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất,hơi là tác nhân gia nhiệt phổ
biến nhất.Nhiệt độ hơi sử dụng thường giao động trong khoảng 150-250 độ
C.Nhiệtđộ trung bình của khơng khí thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là 10 độ C
 Hệ thông 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 cylon.
 Quạt:
Để tăng lưu lượng tác nhân sấy,người ta sử dụng quạt ly tâm.Ở quay mô công
nghiệp,các hệ thống sấy phun người ta trang bị hệ thống hai quạt.Quạt chính
8


được đặt sau bộ phận thu hồi bột sản phẩm từ dịng khí thốt.Cịn quạt phụ được
đặt ở thiết bị gia nhiệt khơng khí trước khi vào buồng sấy.

Hình 1.5: Cấu tạo máy sấy phun

1. Buồng sấy 2. Caloriphe. 3. Thùng chứa nguyên liệu cần sấy. 4. Bơm nguyên
liệu. 5. Cơ cấu phun mẫu. 6. Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thốt ra. 7.
Cyclon vận chuyển sản phẩm.8. Hệ thống quạt hút và màng lọc
 Nguyên lý hoạt động:
Nguyên liệu từ thùng chứa (3) được bơm vào số (4) bơm vào buồng sấy (1),khi

vào buồng sấy được phân bố mẫu thành hạt nhỏ li ti (dạng mù) nhờ cơ cấu
phun.khơng khí nóng thổi qua clorifer (2) đưa vào buồng sấy.khơng khí nóng và
ngun liệu 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 đươc thu gom tại đáy cyclon (6) được làm nguội và thu hồi.Một phần bụi
mịn theo khơng khí qua cyclon (7) sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi các
hạt bụi mịn cịn sót lại và thải ra ngồi .
Khơng khí nhờ quạt thổi qua bộ trao đổi nhiệt caloriphe và nâng lên nhiệt độ
9


cần thiết theo u cầu của chế độ sấy.khơng khí trước khi qua bộ trao đổi nhiệt
được lọc sạch bởi thiết bị lọc.

1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
 Nhiệt độ tác nhân sấy: đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của
sản phẩm sau khi sấy phun, độ ẩm bột của sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu
ta tăng nhiệt độ của tác nhân sấy. Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có
thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm
tăng mức tiêu hao năng lượng của q trình.
 Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong
buồng sấy.
 Nồng độ chất khô của nguyên liệu: nồng độ cao giảm được thời gian bốc hơi
nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy
phun, nồng độ thấp tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình.
1.6. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy
1.6.1. Tác nhân sấy
 Tác nhân sấy là một chất mang ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào mơi trường, tác
nhân sấy có thể là khơng khí, khói lị hoặc một số chất lỏng như dầu mỏ,…
 Nhiệm vụ của tác nhân sấy:

 Gia nhiệt cho vật sấy.
 Mang ẩm từ bề mặt ra môi trường.
 Tránh hiện tượng vật liệu sấy bị hỏng do quá trình nhiệt.
 Cơ chế quá trình sấy gồm hai giai đoạn: giai đoạn gia nhiệt cho vật liệu sấy
để làm ẩm hóa hơi và giai đoạn mang ẩm từ bề mặt vào môi trường.
Để thải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào mơi trường có thể dùng các biện pháp:
 Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.
 Dùng bơm để hút ẩm từ vật sấy tải ra ngoài.

10


1.6.2. Các loại tác nhân sấy
 Khơng khí ẩm: loại tác nhân sấy thơng dụng nhất có thể dùng hầu hết cho
các loại sản phẩm. Dùng khơng khí ẩm khơng làm sản phẩm sau khi sấy bị ô
nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên, dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy
cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí, nhiệt độ sấy khơng q cao,
thường nhỏ hơn 500oC vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải
được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt.
 Khói lị: khói lị được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên
đến 1000oC mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô
nhiễm, gây mùi khói. Vì vậy khói chỉ dùng cho vật liệu khơng sợ ô nhiễm
như: gỗ, đồ gốm,…
 Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các sản phẩm dễ bị cháy nổ
và có khả năng chịu được nhiệt độ cao. Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt, nhiệt
độ thường lớn hơn 100oC.
1.6.3. Chế độ sấy
Chế độ sấy là quy mơ tổ chức q trình trao đổi nhiệt-ẩm giữa tác nhân sấy và vật
liệu sấy.
Bao gồm các chế độ sấy sau:

 Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: được sử dụng khi vật liệu sấy không chịu
được nhiệt độ cao, chế độ này đảm bảo yêu cầu không chịu được nhiệt độ
cao của vật liệu sấy, quá trình bay hơi ẩm từ liệu vào tác nhân sấy từ từ, tạo
ra chế độ sấy dịu hơn, tránh cho vật liệu sấy không nứt nẻ, cong vênh.
 Chế độ sấy hồi lưu một phần tác nhân sấy: để giảm tổn thất nhiệt do tác nhân
sấy mang đi người ta cho một phần tác nhân sấy quay trở lại trước hoặc sau
calorife để tận dụng nhiệt vật lý của tác nhân sấy, tiết kiệm nhiệt lượng.
 Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: ẩm trong vật liệu sấy được tác nhân sấy mang
đi và thải vào môi trường dưới dạng lỏng trong bình ngưng.
1.7. Chọn phương án và thiết bị sấy
1.7.1. Chọn phương án sấy
11


Dung dịch cà phê sau khi cô đặc được sấy liên tục với tác nhân là khơng khí nóng.
Vật liệu và tác nhân sấy đi vào cùng chiều và không khí sau khi sấy sẽ đi qua
xyclon thu hồi bột cà phê và sản phẩm được tháo ra qua cửa tháo liệu.
1.7.2. Chọn thiết bị sấy
 Sấy gián đoạn: phương thức này cho năng suất thấp, thao tác nặng nhọc,
cồng kềnh. Thường sử dụng khi năng suất nhỏ, sấy các loại sản phẩm có
hình dạng khác nhau.
 Sấy liên tục: phương thức này cho chất lượng sản phẩm được tốt hơn, thao
tác nhẹ nhàng. Thường dùng sấy các loại sản phẩm có kích thước gần bằng
nhau. Yếu tố quan trọng để chọn thiết bị sấy liên tục là tính chất của vật liệu
sấy.
 Yếu tố quyết định để chọn cơ cấu thiết bị sấy và tác nhân sấy phụ thuộc vào
nhiệt độ sấy cho phép và thời gian lưu lại cho phép của vật liệu sấy trong
thiết bị sấy.
 Thiết bị sấy chân không và sấy thăng hoa phức tạp và chi phí cao nên chỉ
dùng khi khơng thể thực hiện sấy ở nhiệt độ áp suất thường như sấy các sản

phẩm dễ nổ, nhả hơi độc hại, sản phẩm dược phẩm hay sản phẩm có chất
lượng cao.
 Ưu điểm của phương pháp sấy phun:


Thời gian sấy ngắn.



Sản phẩm thu được ở dạng mong muốn nên khơng phải xử lí thêm.



Sản phẩm có độ hịa tan cao, độ ẩm thấp.



Vận hành liên tục và tự động hóa hồn tồn.



Chi phí cơng nhân thấp.



Chất lượng bột đảm bảo trong q trình sấy.



Áp dụng cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt,nguyên liệu ở

dạng dung dịch,gel,paste,hồ vữa,huyền phù

 Nhược điểm của sấy phun:
12




Tốn nhiều năng lượng.



Chi phí đầu tư thiết bị cao.

 Vì vậy, ta sẽ thiết kế thiết bị sấy phun để sấy cà phê hòa tan với:
 Chọn tác nhân sấy là khơng khí.
 Chọn calorife khí-hơi.
 Thiết bị làm việc liên tục.
Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều
1.8. Phương pháp và thiết bị sấy phun
 Cơ cấu và phương pháp phun sương
Cơ cấu phun vừa có chức năng đưa vật liệu vào buồng sấy , vừa là kết cấu tạo
sương mù. Giai đoạn tạo sương mù đóng vai trị quan trọng nhất trong q trình
sấy phun.Ngun liệu sấy được phun thành nhưng hạt rất nhỏ vào dòng tác
nhân sấy trong buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa 2 pha,cường độ sấy rất cao,
thời gian sấy ngăn,do đó chất lượng sản phẩm đạt được tốt hơn.
Có nhiều phương pháp và cơ cấu phun sương khác nhau nhưng thường gặp
nhất đó là 3 loại cơ cấu sau:
 Cơ cấu phun dạng đĩa quay hoạt động theo nguyên tắc li tâm.
 Cơ cấu phun dạng vòi hoạt động nhờ áp lực khí nén.

 Cơ cấu phun dạng vịi hoạt động theo nguyên tắc khí động.
Nhiệm vụ của cơ cấu phun sương là phải phun dung dịch thành các hạt phân
tán có kích thước đều như u cầu,năng xuất cơ cấu phun phải cao, lâu mòn, dễ
thay thế và giá thành phù hợp. Loại cơ cấu phun sương không chỉ quyết định đến
năng lượng cần thiết cho quá trình sấy mà cịn quyết định đến sự phân bố kích
thước, mức độ phân tán, quỹ đạo và tốc độ của hạt sương, tốc độ sấy và kích thước
hạt sản phẩm khi sấy.
 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay
Nguyên tắc hoạt động: Dịch lỏng được bơm vào tâm đĩa. Dưới tác dụng của
động cơ hoặc khí nén, đĩa quay quanh trục đối xứng, dưới tác dụng quay của
đĩa cùng với sự thốt ra của khí nén, dịng lỏng va đập vào các rãnh và bị
phân tán thành các hạt sương có đường kính trung bình khoảng 8 ÷ 18 μm đi
13


vào buồng sấy. Góc phun là 180° , quỹ đạo ban đầu của hạt là chuyển động
ngang, khi va chạm vào thành buồng sấy, hạt thay đổi phương đột ngột tạo
ra bụi sương sấy rồi di chuyển xuống phía đáy và được hút vào cyclon thu
hồi sản phẩm nhờ quạt hút.
Tốc độ quay đĩa 10000÷30000 vịng/phút nếu sử dụng khí nén. Khi sử dụng
động cơ,tốc độ quay của đĩa khoảng 400÷2000 vịng/phút.
Ưu điểm:
 Có thể điều chỉnh tốc độ nhập liệu.
 Thích hợp cho hầu hết các loại nguyên liệu.
 Khuynh hướng tạo khối và tắc nghẽn là không đáng kể.
 Kích thước hạt sương được thay đổi nhờ thay đổi tốc độ quay của đĩa.
Nhược điểm:
 Năng lượng tiêu thụ cao so với cơ cấu phun sương vòi áp lực.
 Vốn đầu tư cao hơn so với cơ cấu phun sương vịi áp lực.
 Kích thước buồng sấy lớn.

 Cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp
Nguyên tắc hoạt động: Dịng lỏng được nén đến áp suất thích hợp (5-7 Mpa)
Đi vào vòi phun với tốc độ lớn, đường kính các lỗ vịi phun phải từ 0,4 đến
4mm. Cuối vịi phun phỉa có một chi tiết dạng ba cánh quay tự do quanh trục
tạo ra tốc độ xoay li tâm, dòng xoay bị phân tán thành các hạt nhỏ có kích
thước từ 20 ÷ 100 μm . Để tăng năng suất vịi phun, người ta bố trí nhiều vịi
phun.
Ưu điểm:
 Cơng cụ và chi phí năng lượng thấp.
 Thích hợp cho việc phun các dung dịch keo,dung dịch có độ nhớt cao.
 Cấu tạo đơn giản, không phần chuyển động nên không gây ồn ào.
Nhược điểm:
14


 Khó điều chỉnh năng suất.
 Do lỗ vịi nhỏ nên đòi hỏi áp suất cao để tránh tắc nghẽn.
 Không dùng để phun các loại huyền phù hoặc bột nhão.
 Cơ cấu phun sương dạng vịi khí động
Ngun tắc hoạt động: Dịng dung dịch phun ra gặp dịng khơng khí hoặc
hơi q nhiệt có mật độ lớn.Hỗn hợp dịch thể và tác nhân sấy sẽ đập vào
một đĩa quay hình nón.Do sự xuất hiện của lực ma sát mà dòng dung dịch bị
phân tán thành các hạt sương mù có đường kính từ 6-7 μm. Có thể chia vịi
phun dạng này thành hai loại :loại áp suất khí thấp Ps ≤ 0,001 MPa và loại áp
suất khí Ps =(0,15 ÷ 0,7) MPa.



15



PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU
2.1 Giới thiệu về nguyên liệu sấy
2.1.2. Nguyên liệu chính: cà phê
2.1.3. Nguồn gốc của cây cà phê
Cây cà phê có nguồn gốc từ Êtiopia(cây cà phê chè) và vùng Bắc Phi (cà phê vối)
sau đó được mang đi trồng ở Mỹlatinh và Châu Á. Hiện nay, nghề trồng và sản
xuất cà phê chủ yếu tập trung ở các nước đang phát triển như Braxin, Việt Nam,
Ấn Độ, Trung Quốc,… Trong khi đó, các quốc gia tiêu thụ cà phê lại là những
nước có điều kiện kinh tế phát triển như các nước Châu Âu, Mỹ, Canada,…
2.1.4. Phân loại

*Robusta:
Loại cây trồng này rất thích hợp với khí hậu, thổ nhưỡng tại vùng Tây
Nguyên Việt Nam, hằng năm đạt 90-95% tổng sản lượng cà phê Việt Nam, mùi
thơm nồng, khơng chua, độ cafein cao, thích hợp với khẩu vị người Việt nhưng quá
đậm so với người nước ngoài. Trồng cà phê robusta phải thâm canh mới đạt năng
suất cao vì trái đậu trên cành một lần, phải tạo cành mới, để đạt yếu tố này người
công dân phải có vốn và kiến thức cơ bản.

Hình 1.1: Cà phê robusta
16


*Arabica:
Loại này có hai loại đang trồng tại Việt Nam:
- Moka: mùi thơm quyến rũ, ngào ngạt, vị nhẹ, sản lượng thấp, giá trong nước
khơng cao vì khơng xuất khẩu được, trong khi giá xuất rất cao gấp 2-3 lần
Robusta, vì trồng khơng đủ chi phí nên người nơng dân ít trồng loại này.
- Catimor: mùi thơm nồng nàn, hơi có vị chua, giá xuất gấp 2 lần Robusta,

khơng thích hợp với khí hậu Tây Ngun vì trái chín trong mùa mưa và
khơng tập trung nên chi phí hái rất cao. Hiện nay, trại Quảng Trị đang trồng
thí nghiệm đại trà loại này có triển vọng rất tốt.

Hình 1.2: Cà phê arabica

*Cherry (cà phê mít):
Khơng phổ biến lắm vì vị rất chua, chịu hạn tốt, cơng chăm sóc đơn giản, chi
phí rất thấp nhưng thị trường xuất khẩu khơng chuộng, kể cả trong nước nên ít
người trồng loại này. Một cây cà phê mít 15-20 tuổi, nếu tốt có thể thu hoạch 100200kg cà phê tươi nếu gần chuồng bò hoặc nơi sinh hoạt gia đình.

17


Hình 1.3:Cà phê cherry

2.1.5. Đặc điểm075−0,05
=
=0,0125 (m)
2
2

l
1,5
Sớ gân trên mợ t ống: mg = b = 0,01 =150
g

Bề dày bước gân: bg = 0,002 (m)
Tổng chiều dài của gân: lg = b×m = 0,002×150 = 0,3 (m).
Tởng chiều dài khơng gân: lkg = l – lg = 1,5 – 0,3 = 1,2 (m)

Thể tích riêng của khơng khí.

V25oC =
V160oC =
Vtb =

1
1,185

= 0,844 (m3/kg)

1
0,839 =

1,192 (m3/kg)

0,844+1,192
= 1,018
2

((m3/kg)

Lưu lượng không khí vào calorifer
V0 = Vtb × L’ = 1,018×9708,371= 10319,998 (m3/h) = 2,868(m3/s)
5.1.2. Tính hê ̣ số truyền nhiê ̣t K.
Chọn áp suất hơi nước bão hòa p= 8 bar  nhiệt độ bão hòa tương ứng là
tbh= 169,6 °C ( Bảng I.250/T313, [2])
tđ =169,2 – 25 = 144,2 (oC)
tc = = 180 – 169,6 = 10,4 (oC)
Khí và hơi chuyển đô ̣ng cùng chiều.

Hiê ̣u suất calorifer thường từ 0,75 - 0,85. Chọn

η=0,85
46


∆ t đ 144,6
Vì ∆t c = 10,4 =13,90>2

Hiê ̣u số nhiê ̣t đô ̣ trung bình giữa khí và hơi:
∆ t tb =

∆ t đ −∆ t c 144,6−10,4
=
=50,98 ℃
∆ tđ
144,6
ln
ln
10,4
∆ tc

(T138,[7])

Tính hê ̣ số cấp nhiêṭ của hơi nước bão hoà đến thành ống bên trong
1  2, 04  A  4

r
H  t (W/m2.đô ̣)


(CT V.101/T28,[3])

Trong đó:
A: Hê ̣ số phụ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣ màng ngưng tụ.
Chọn nhiê ̣t đô ̣ tại thành ống truyền nhiê ̣t là 169,34°C
Nhiêṭ đô ̣ màng ngưng tụ bằng nhiêṭ đô ̣ trung bình.
t m=∆ t tb =

t b h+ t T 169,6+169,34
=
=169,47 ℃
2
2

Suy ra: Hê ̣ số A = 197,947

(Bảng T29, [3])

Δt : Hiê ̣u số nhiê ̣t đô ̣ giữa nhiê ̣t đô ̣ nước ngưng (nhiê ̣t đô ̣ bão hoà) và nhiê ̣t

đô ̣ phía mă ̣t tường tiếp xúc với hơi ngưng tụ.
∆ t=t n−t T =169,6 – 169,34 = 0,26℃

H: chiều cao ống, H = 1,5m
r:ẩn nhiê ̣t ngưng tụ lấy theo nhiê ̣t đô ̣ hơi bão hòa
= 2024,32 ×10 3(J /kg)(BảngI.250/313[Sổ tay 1])
3

Suy ra: α 1=2,04 ×197,947 × 4 2024,32× 10 = 19274,483 (W/m2.đơ ̣)


√

1,5 ×0,26

Tính hê sớ
̣ cấp nhiêṭ bên ngoài ống
Chọn tốc đô ̣ dòng khí qua calorifer wkk = 7,5 (m/s).
Không khí bên ngoài ống trong calorifer có các thông số sau:

47


Nhiê ̣t đô ̣ bằng nhiê ̣t đô ̣ trung bình t=

180+25
=102,5
2

Từ ttb = 102,5°C ta có các thơng số vt lớ ca khụng khớ:
à = 22,1ì10-6 (Ns/m2); = 3,23×10-2 (W/m.độ); v = 23,42×10-6(m2/s);
pr = 0,687

( Bảng I.255/318[2])

Ch̉n sớ Reynolds:

Re =

w kk × b g
7,5 ×0,01

=
=3202,391 ( m )
V
23,42 ×10−6

Chuẩn số Nuselt (Tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài
ống chùm có gân):
d
Nu  C   ng
 bg






0,54

h

 bg






0,14

 Re n  Pr 0,4    


(CT V.57/T20, [3])

Trong đó:
dng: đường kính ngồi của ống; dng = 0.05 (m)
bg: bước của gân; bg = 0.01(m)
h: chiều cao gân; hg = 0.0125(m)
C, n: các đại lượng phụ thuộc cách sắp xếp ống.
Chọn cách sắp xếp ống là thẳng hàng, nên ta có: C = 0,116 , n = 0,72
(T20,[3])
Thay vào cơng thức ta có:
Nu=0,116×

0,05
0,01

−0,54

( )

×

(

0,0125
0,01

−0,14

)


×3202,3910,72 ×0,6877 0,4

Nu=13,563

Suy ra: Hê ̣ sớ cấp nhiê ̣t α2
α 2=

Nu × λ
13,563× 3,23× 10−2
=43,808 (W/m2.đơ ̣)
=
bg
0,01

Suy ra: α2tt = 29,248(W/m2.đơ ̣)

(Đờ thị V.17b/T20, [3])

48


Tính hê sớ
̣ trùn nhiêṭ K.
K=

1
1 1 F bm
+ ×
+∑ rt

α 2 tt α 1 F tr

(W/m2.đô ̣) (CT V.58/T20, [3])

Trong đó:
Fbm: bề mă ̣t ngoài toàn bô ̣ của ống kể cả bề mă ̣t gân tính cho mô ̣t đơn vị
chiều dài của ống, m2.
Ftr: bề mă ̣t trong của ống tính cho 1 đơn vị chiều dài cuả ống, m2.

∑ rt

: Tổng nhiê ̣t trở của tường và các lớp că ̣n bẩn.

Tính Ftr, Fbm
Diê ̣n tích bề mă ̣t trong của 1 ớng:
F tr =π × d tr × l=3,14 × 0,04 ×1,5=0,1884( m2 )

Diê ̣n tích bên ngoài 1 ớng:
F ng=π × d ng × l=3,14 × 0,05× 1,5=0,2355 ¿)

Diê ̣n tích phần có gân:

π×d
F g =π×d g ×l g +

4

Fg = 3,14× 0 ,075 × 0 ,3+

g2


π ×d
−

ng 2

4

3 , 14 ×0 ,075 2 3 , 14 ×0 , 052
−
= 0,073
4
4

Diêṇ tích phần khơng gân:
F kg=π × d ng ×l kg =3,14 × 0,05× 1,2=0,1884 (m2)

Suy ra: Diê ̣n tích bên ngoài của 1 ống:
Fbm = Fg + Fkg = 0,073+ 0,1884 = 0,261 (m2)
Tổng nhiệt trở của tường:
 rt 

 0, 005

 1, 2987.105

385
(kgW/m2độ)

Thay số vào cơng thức trên ta có K= 29,176(W/m2.đơ ̣)

49


q2 = K× Δt tb = 29,176× 169,47=4944,46(W/m2).
∆ q=

q 1−q 2 5011, 366−4944 , 46
=
×100=1 ,335 % <5 %
q1
5011 , 366

Vậy các thơng số đã chọn là hợp lí
5.1.3. Tính bề mă ̣t truyền nhiê ̣t.
Nhiê ̣t lượng calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy
Q= L' × ( I 1 −I 0 ) =¿9708,371× ( 228 , 409−68 , 218 )=¿ 1551936(kJ/h)
(CT15.1/T218, [6])
Bề mă ̣t truyền nhiê ̣t
Q
1551936 × 1000
2
F= η× K ×∆ t = 0,85 ×29,176 × 169,47× 3600 =102,410(m )(CT 15.2/218, [6])
tb

5.1.4. Tính các ống truyền nhiê ̣t và kích thước calorifer.
Diê ̣n tích bề mă ̣t trung bình của 1 ống:
F tb=

F bm+ Ftr 0,261+0,1884
= 0,225 (m2)

=
2
2
F

213,502

Tổng số ống truyền nhiê ̣t trong calorifer: n = F = 0,225 = 948,898
tb
Chọn n= 952 ống
Chọn số ống xếp theo hàng ngang là 34 ống (m = 33).
Chọn số ống xếp theo hàng dọc là 28 ống (i =29).
Khoảng cách giữa các ống x = 0,05(m), x’ = 0,01(m)
Kích thước calorifer:
Chiều dài:
Lc    m – 1   x   m  d ng    2  x

= (33-1)× 0,05+ 33× 0,05+2 ×0,01=3,27(m)
50


Chiều rô ̣ng:
Bc    i – 1   x   i  d ng    2  x 

= (29-1)× 0,05+ 29× 0,05+2 ×0,01=2,87(m)
Chiều cao calorifer:
Hc = H + 2 x Hch
H: chiều cao ống, H = 1,5 (m)
Hch: chiều cao của lớp chắn, chọn Hch = 0,1 (m)
Suy ra:Hc = 1,5 + 2×0,1 = 1,7 (m)


5.2.

Tính và chọn xyclon.
Khơng khí vào xyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các
thông số như sau:
t = 85°C
Khối lượng riêng ρ = 0,986 (kg/m3)
Thể tích riêng

v

1
1

ρ 0,986 = 1,014 (m3/kg)

Lưu lượng khơng khí vào xyclon:
V = v× L' =1,014 ×9708,371= 9844,288 (m3/h)

Gọi

Pcyclone

540 

là trở lực của xyclon thì:

Pxyclon


k

 740

(T522, [2])

Pcyclone

Chọn

k

=740. Suy ra:

Pcyclone  k
= ×740=0,986×740 = 729,64

51


wq 

2  Pcyclone

Tốc độ quy ước :

  k

(m/s) (CT III.48/T522, [2])


Với  là hệ số phụ thuộc vào kiểu xyclon.
Chọn loại cyclon của viện NIOGAS thì

ξ=100 suy ra Wq=3,85

Đường kính của xyclon:
D=
[2])

√

V
9844,288
=
= 0,951
0,785× wq
0,785 ×3,85 ×3600

√

(m)

(CT III.47/T522,

Bảng 5.1Các kích thước cơ bản của cyclone (Bảng III.3/T522, [2])
Đường
kính

Chiều rộng
cửa vào


Chiều cao
cửa vào

D (m)

b = 0,21×D

h = 0,66×D d0 = 0,58×D H1 =1,6×D H2 = 2×D d1=0,6×D H3=0,3×D

0,951

0,2

0,627

5.3.

Đường kính Chiều cao Chiều cao Đường
ống tâm
vỏ trụ
nón
kính của
ra

0,551

1,521

1,9


0,57

Chiều cao
phần ngồi
ống tâm

0,28

Tính trở lực và chọn quạt.

 Trở lực từ quạt đến calorifer
Chọn đường kính ống dẫn φ = 0,3 (m)
Khoảng cách từ quạt đến calorifer l = 1,5 (m)
Khối lượng riêng của khơng khí vào calorifer ρ25°C= 1,185 (kg/m3)
Độ nhớt của khơng khí vào calorifer υ = 15,53×10-6 (m2/s)
Vận tốc khơng khí trong ống dẫn.
ω=

4 × L'
4 ×9708,371
=
=32,211(m/s)
2
ρ× π × φ 1,185× 3,14 ×0,32 ×3600
52


Chuẩn Reynol.
Re =


ω ×φ 32,211 ×0,3
=
=622234,385
v
15,53 ×10−6

Vì Re > 4.103 => đây là chế độ chảy xoáy (rối).
Chuyển động chảy xoáy chia làm 3 khu vực:
Khu vực nhẵn thủy lực học: Đặc trưng của khu vực này là lướp màng chảy
dịng phủ kín gờ nhám của ống, do đó độ nhám không ảnh hưởng đến hệ số
ma sát.
Trị số reynolds giới hạn trên được xác định theo công thức sau:
8

  7
Regh  6   
   (CT II.60/T378, [2])

Với ε=0,01mm là độ nhám tuyệt đối.

Regh  784984,815 

Re
Khu vực nhám: Đặc trưng của khu vực này là lớp màng chảy dịng phủ kín
gờ nhám của ống. Trong khu vực này hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám
mà không phụ thuộc vào hệ số Reynolds. Giá trị của chuẩn số Reynolds khi
bắt đầu xuất hiện vùng nhám là:
9

 300 
  8
Re n  220     220  
   23943304, 7
 
 0, 01 
 Re
Khu vực quá độ: Là khu vực nằm giữa khu vực nhẵn thủy lực và cả khu vực
nhám ứng với Reghsố Reynolds và độ nhám của thành ống.
Giá trị hệ số ma sát được tính theo:

 100 
i  0,1 1, 46  

 

Re 


0,25

(CT II.64/T380, [2])
53