BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ
  

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY CÀ
PHÊ NHÂN NĂNG SUẤT 2000 KG KHÔ/H

SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy
GVHD: Trần Lưu Dũng

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020


1. Tên đồ án
Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân năng suất 2000kg khô/h
2. Các số liệu ban đầu:
− Nguyên liệu: Cà phê nhân
− Năng suất sản phẩm: 2000 kg/h
− Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: w1 = 23%
− Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm: w1 = 12%
− Nhiệt độ khơng khí: t0 = 250C
− Độ ẩm môi trường: φ0 = 85%
− Áp suất: p = 757 mmHg
− Thời gian sấy: 25 phút

2
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy

TRƯỜNG ĐH CƠNG
PHẨMTp. Hồ Chí Minh

NGHIỆP THỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Khoa: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
Bộ Mơn: Q TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG
CNHH-SH-THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN

MƠN HỌC: KỸ THUẬT Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH
Mã số: 2004180041
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy

Chữ Ký:…………….

Lớp: 09DHHH5
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học
I. Đầu đề đồ án ( Tên đồ án )
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ):
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
III. Nội dung các phần thuyết minh tính tốn:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
3
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


................................................................................................................................................
........................................................................................................................................
IV.Các bản vẽ và đồ thị ( loại và kích thước bản vẽ ):
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
V. Ngày giao đồ án:……………………………………………………………………
VI. Ngày hoàn thành đồ án: ..…………………………………………………………..
VII. Ngày nộp đồ án:…………………………………………………………………….
TpHCM ngày…….tháng …….năm 2018
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

4

SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Cán Bộ hướng dẫn. Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án được bảo vệ hay không)
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

Điểm:………………………………

Chữ ký: ………………………………..

Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ. Nhận xét:
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

Điểm:………………………………

Chữ ký: ………………………………..

Điểm tổng kết:……………………………

5
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày ….. tháng …… năm ……
Giáo viên hướng dẫn

6
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

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

Tp.HCM, ngày ….. tháng …… năm ……
Giáo viên hướng dẫn

7
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

8
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


DANH MỤC HÌNH ẢNH

9
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy



Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

LỜI MỞ ĐẦU
Cà phê là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, là
mặt hàng nông sản xuất khẩu đứng thứ 2 về kim ngạch sau gạo. Chính vì thế
ngành cà phê đã có một vai trị rất lớn trong nền kinh tế quốc dân. Theo Cục Chế
biến và Phát triển thị trường Nông sản (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thơn),
xuất khẩu cà phê tháng 9/2019 ước đạt 81 nghìn tấn với giá trị đạt 143 triệu USD.
Đức và Mỹ tiếp tục duy trì vị trí hai thị trường tiêu thụ cà phê lớn nhất của Việt
Nam trong 8 tháng đầu năm 2019.
Chất lượng của hạt cà phê Việt Nam phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác
nhau. Trong đó, quá trình bảo quản ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, nhất là đối
với các mặt hàng khô. Thời gian của quá trình bảo quản này dài hay
ngắn phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của thực phẩm. Vì vậy, quá trình sấy cà phê hết
sức quan trọng và ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.
Kỹ thuật sấy đã được nghiên cứu từ khá lâu và được ứng dụng phổ biến
trong quá trình sấy hiện nay. Đối với sản phẩm cà phê, người ta có khá nhiều
sản phẩm sấy khác nhau như: sấy vỉ ngang, hầm sấy, sấy thùng quay,... trong đó
hệ thống sấy thùng quay đang được ứng dụng khá nhiều vì nó có nhiều ưu điểm
vượt trội so với phương pháp khác.
Trong đồ án này em có nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê
nhân với năng suất 3000 kg khô/h. Đây là lần đầu tiên tiếp nhận đồ án thiết kế hệ
thống sấy mang tính chất chuyên ngành, với kiến thức và tài liệu tham khảo cịn
hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót trong q trình thiết kế. Em xin chân
thành cảm ơn sự giúp đỡ và góp ý tận tình của GVHD Trần Lưu Dũng để em có
thể hồn thành tốt đồ án này.


10
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU CÀ
PHÊ

1.1Khái niệm chung về quá trình sấy
1.1.1.Khái niệm
Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi có
sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa. Kết quả là làm cho hàm lượng chất
khô của vật liệu tăng lên.
Đây là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến và rất quan trọng trong cơng
nghiệp và đời sống.
Mục đích của q trình sấy:
-

Kéo dài thời gian bảo quản
Tăng tính cảm quan cho thực phẩm
Làm chín một phần sản phẩm thực phẩm
Tạo hình cho sản phẩm thực phẩm
Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho q trình vận chuyển

1.1.2.Ngun lí q trình sấy
Sấy là q trình làm khơ vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo

trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa
hơi ẩm thốt khỏi vật liệu.
Q trình 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 một 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, vận tốc của tồn bộ q trình được quyết
định bởi giai đoạn nào chậm nhất.
Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên
trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất
11
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong mơi
trường khơng khí xung quanh.Trong q trình sấy thì nhiệt độ và mơi trường
khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy.
Hai mặt của quá trình sấy cần nghiên cứu:
-

Mặt tĩnh lực học: tức là dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt
lượng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật
liệu sấy, tác nhân sấy từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác
nhân sấy, lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.

-


Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ của sự biến thiên của
độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của q trình như: tính
chất, cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực
học của tác nhân sấy để từ đó xác định được chế độ, tốc độ và thời gian
sấy phù hợp.

1.1.3.Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình sấy.
Trong quá trình sấy xảy ra rất nhiều biến đổi và ít nhiều ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm, cụ thể là làm ảnh hưởng đến cấu trúc, mùi vị, màu sắc, giá
trị dinh dưỡng và tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy. Tuy nhiên, trong quá
trình sấy vấn đề đặt ra là phải bảo vệ tốt nhất chất lượng thực phẩm, hạn chế
những hư hại có thể xảy ra, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưu.
Xét về bản chất, nguyên liệu khi sấy có thể xảy ra những biến đổi sau:
1.1.3.1.Biến đổi vật lý
Trong q trình sấy, các tính chất vật lý của ngun liệu như hình dạng,
kích thước, khối lượng, tỷ trọng, độ giịn, tính đàn hồi của thành tế bào,... sẽ thay
đổi. Tùy thuộc vào bản chất nguyên liệu và các thông số cơng nghệ trong q
trình sấy mà các biến đổi vật lý sẽ diễn ra theo quy luật và mức độ khác nhau.
Khi sấy, các chất hòa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra bề mặt của sản
phẩm. Q trình bay hơi nước làm cơ đặc các chất tan ở bề mặt kết hợp với nhiệt
độ cao của khơng khí gây ra các phản ứng lý hóa phức tạp của các chất tan ở bề

12
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng


mặt và hình thành nên lớp vỏ cứng không thấm được, điều này đặc biệt xảy ra
khi sấy trái cây, cá, thịt. Hiện tượng này xảy ra làm giảm tốc độ sấy và làm cho
sản phẩm có bề mặt khơ nhưng bên trong thì ẩm. Tốc độ sấy càng nhanh và nhiệt
độ càng cao sẽ làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với sấy có tốc độ vừa
phải ở nhiệt độ thấp. Chẳng hạn, khi sấy rau quả, bản chất và mức độ xử lý rau
quả trước khi sấy đều có ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm sau khi hồi
nguyên. Điều này được giải thích là do sự hồ hóa của tinh bột, sự hình thành các
sức căng bên trong do khác biệt về độ ẩm ở các vị trí khác nhau,... dẫn đến sự tạo
thành các vết nứt, gãy, các tế bào bị nén ép và biến dạng vĩnh viễn, làm cho sản
phẩm có bề ngồi bị co ngót và nhăn nheo. Trong quá trình làm ướt trở lại, sản
phẩm hút nước chậm và không lấy lại được cấu trúc cứng như ban đầu. Chính vì
vậy cần kiểm sốt điều kiện sấy để tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong
và bề mặt sản phẩm. Sau khi sấy, đặc tính về cấu trúc của các sản phẩm dạng bột
liên quan đến dung lượng và tính hồi nguyên. Dung lượng của sản phẩm bột phụ
thuộc vào kích cỡ, cấu trúc rỗng hay đặc của các hạt và được quyết định bởi bản
chất, thành phần của sản phẩm và điều kiện sấy. Tính dễ chảy của khối bột phụ
thuộc vào hàm lượng béo. Các nguyên liệu ít béo như nước ép trái cây, khoai tây
và cà phê cho bột dễ chảy hơn là các sản phẩm nhiều béo như trứng nguyên quả
hoặc chiết xuất từ thịt.
1.1.3.2.Biến đổi hóa học
Trong q trình sấy xảy ra nhiều phản ứng hóa học khác nhau. Hơn nữa,
khi nhiệt độ tăng tốc độ của các phản ứng hóa học sẽ tăng. Những thay đổi này
ảnh hưởng có lợi hoặc có hại đến chất lượng các sản phẩm sấy. Một số sản phẩm
sấy có kết cấu xốp tạo điều kiện cho oxy khơng khí dễ dàng tiếp xúc với sản
phẩm gây ra các phản ứng oxy hóa các chất tan và chất béo trong quá trình bảo
quản làm thay đổi mùi vị của sản phẩm. Chẳng hạn, các hợp chất lipid, đặc biệt
là các acid béo tự do khi tham gia phản ứng oxy hóa sẽ hình thành các peroxyd
và nhiều loại sản phẩm phụ khác tạo nên mùi ơi cho sản phẩm. Sự oxy hóa của
các chất béo khơng no có trong rau quả tạo ra các hydroperoxyd tham gia tiếp


13
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

vào các phản ứng polyme hóa, phản ứng tách nước hoặc oxy hóa để tạo thành
aldehyd, keton và các acid gây mùi ơi thiu khó chịu. Ngoài ra, dưới tác dụng của
nhiệt độ, các thành phần hóa học như đường, tinh bột, vitamin, chất màu
(carotenoid, chlorophyll) bị biến đổi. Chẳng hạn, phản ứng maillard, caramen
xảy ra làm cho các sản phẩm sau khi sấy cũng như trong quá trình bảo quản bị
sẫm màu,... Tốc độ của phản ứng sẫm màu maillard ở sản phẩm sữa và trái cây
khi bảo quản phụ thuộc vào hoạt độ của nước trong sản phẩm và nhiệt độ bảo
quản. Tốc độ sẫm màu tăng đáng kể khi nhiệt độ sấy cao, độ ẩm của sản phẩm
vượt quá 4÷5% và nhiệt độ bảo quản trên 380C. Hoặc khi sấy, riboflavin
(vitamin B2) đạt trạng thái quá bão hòa và kết tủa khỏi dung dịch do đó bị tổn
thất. Acid ascorbic (vitaminC) hịa tan ngay cả khi độ ẩm của sản phẩm hạ xuống
đến mức rất thấp, nó phản ứng với các chất tan với tốc độ càng lúc càng cao hơn
trong quá trình sấy, ngoài ra vitaminC cũng bị phá hủy dưới tác dụng của nhiệt và
chất oxy hóa. Thiamin (vitamin B1) cũng nhạy cảm với nhiệt vì thế để tránh
những thất thốt lớn cần sấy trong thời gian ngắn, nhiệt độ thấp, bảo quản ở độ
ẩm thấp và nồng độ khí oxy thấp. Nhiệt độ trong quá trình sấy làm giảm khả
năng hydrat hóa của tinh bột và làm biến tính--protein,-giảm-khả-năng-giữ-nướccủa-chúng. Cũng dưới tác dụng của nhiệt độ, những thành phần hóa học dễ bay
hơi (chất thơm, acid hữu cơ,...) bị tổn thất nên sản phẩm sấy bị giảm mùi vị.
Chính vì vậy, với những nguyên liệu là rau gia vị thì nên được sấy ở nhiệt độ
thấp. Mức độ thất thoát mùi vị phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm, áp
suất hơi nước và độ hòa tan của\các\chất-bay-hơi-trong1hơi-nước. Ngoài ra, độ

phản xạ ánh sáng và màu sắc của sản phẩm sấy sẽ thay đổi xảy ra do sự thay đổi
các đặc trưng bề mặt của sản phẩm.
1.1.3.3. Biến đổi hóa lý.
Biến đổi quan trọng nhất trong quá trình sấy là sự chuyển pha của nước từ
lỏng thành hơi. Một số chất khác cũng bị thay đổi pha trong q trình sấy. Chẳng
hạn tinh bột bị hồ hóa, protein bị đông tụ bất thuận nghịch, chất béo từ trạng thái
rắn hóa lỏng,...

14
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

1.1.3.4. Biến đổi sinh học.
Dưới tác dụng của nhiệt độ hệ enzyme bị vô hoạt bất thuận nghịch và các
thành phần khác trong tế bào như DNA bị biến tính do đó sự trao đổi chất của các
tế bào và mô nguyên liệu động thực vật bị ngừng lại. Ngoài ra, các vi sinh vật bị
ức chế hoặc bị tiêu diệt.
1.1.3.5. Biến đổi hóa sinh.
Ở giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ chưa cao các phản ứng enzyme
diễn ra mạnh mẽ. Ví dụ, giai đoạn đầu của quá trình rau quả, polyphenol sẽ bị
oxy hóa bởi enzyme polyphenoloxydase. Khi nhiệt độ tăng, các enzyme bị vơ
hoạt và các phản ứng hóa sinh sẽ dừng lại.
1.1.4. Phân loại phương pháp sấy
• Sấy tự nhiên
Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng
lượng gió… (gọi là q trình bay hơi tự nhiên).

- Ưu điểm của phương pháp này là:
+ Tiến hành một cách đơn giản, dễ dàng, khơng địi hỏi kĩ thuật cao.
+ Chi phí đầu tư thấp.
- Nhưng bên cạnh đó phương pháp này lại đem theo rất nhiều nhược điểm:
+ Khó điều chỉnh các thơng số kĩ thuật khi sấy, phụ thuộc vào khí hậu.
+ Cần diện tích lớn để thực hiện quá trình sấy.
+ Độ ẩm sau khi sấy không điều chỉnh được để đảm bảo yêu cầu.
+ Sản phẩm sấy không đều, dễ bị nhiễm bẩn, nhiễm vi sinh vật.
+ Đòi hỏi sức lao động, nhân cơng lớn.
+ Tốn thời gian, năng suất thấp.
• 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 ra thành nhiều dạng:
-

Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà
tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lị,…

15
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

-

GVHD: Trần Lưu Dũng

Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân 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: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng

-

ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy
Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt

-

nóng tồn bộ chiều dày của vât liệu sấy.
Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong mơi trường có độ chân không cao,
nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ
trạng thái rắn thành hơi khơng qua trạng thái lỏng. Ngồi ra cịn có sấy
lạnh, sấy phun,…

Ưu điểm của sấy nhân tạo đó là khắc phục được những nhược điểm của
phương pháp sấy tự nhiên. Nhưng cũng kéo theo những nhược điểm khơng tránh
khỏi đó là tốn chi phí đầu tư trang thiết bị và chi phí để vận hành, hoạt động thiết
bị đó thực hiện q trình sấy.
1.1.4.1.Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy và đưa
ẩm đi ra khỏi thiết bị sấy.
Trong q trình sấy, cần có tác nhân sấy để thực hiện tách ẩm ra khỏi vật liệu
để đảm bảo đưa vật liệu về độ ẩm an toàn. Đồng thời, khi sấy môi trường bao
quanh vật liệu sấy luôn luôn được bổ sung một lượng ẩm tách ra từ vật liệu. Nếu

độ ẩm này khơng được mang đi thì độ ẩm tương đối của buồng sấy sẽ tăng lên và
q trình thốt ẩm của vật liệu sẽ dừng lại. Do đó có thể nhận thấy nhiệm vụ của
tác nhân sấy:
-

Gia nhiệt cho vật liệu sấy
Tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy
Đưa ẩm ra khỏi thiết bị sấy

Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm
ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường. Nếu ẩm thốt ra khỏi
vật liệu mà khơng mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu

16
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

sấy thậm chí làm ngừng trệ q trình thốt ẩm. Để tải ẩm đã bay hơi từ vật liệu
sấy vào mơi trường có thể dùng các biện pháp:
-

Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.
Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu sấy thải ra ngồi ( sấy chân
khơng).

Trong sấy đối lưu vai trị của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai

trị vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là khơng khí nóng và
khói lị, hơi q nhiệt, chất lỏng…
-

Khơng khí nóng: là loại tác nhân sấy thơng dụng nhất có thể dùng cho hầu
hết các loại sản phẩm. Dùng khơng khí nóng khơng làm sản phẩm sau khi
sấy bị ô nhiễm cũng như làm thay đổi mùi vị của nó. Tuy nhiên dùng
khơng khí nóng làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt khơng khí
(calorifer khí, hơi hoặc khói), nhiệt độ sấy khơng q cao, thường nhỏ hơn
1800C vì nếu nhiệt độ quá cao thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo
bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí cao.

-

Khói lị: dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 1000 0C mà
không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ơ nhiễm gây mùi
khói. Vì vậy khói chỉ dùng cho vật liệu không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ
gốm, một số loại hạt có vỏ.

-

Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị
cháy nổ và thường có khả năng chịu được nhiệt độ cao, Vì vậy sấy bằng
hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 1000C (sấy ở áp suất khí quyển).

 Đối với cà phê nhân (chỉ có lớp lụa bên ngồi) nên trong q trình sấy u
cầu sạch khơng bị ô nhiễm, bám bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy khơng cao nên
ta chọn tác nhân sấy là khơng khí nóng.
1.1.4.2.Chế độ sấy


17
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền chất giữa tác nhân sấy và
vật liệu sấy và các thơng số của nó để đảm bảo năng suất, chất lượng sản phẩm
theo yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng hợp lí.
Một số chế độ sấy thường gặp:
-

Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy những

-

vật liệu không chịu được nhiệt độ cao.
Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng lượng

-

nhưng lại tốn nhiều chi phí đầu tư thiết bị.
Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: Là chế độ sấy kín, tác nhân sấy được hồi

-

lưu hồn tồn.
Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian.


Thông thường, chế độ sấy trong hệ thống sấy thùng quay bao gồm 3 yếu tố:
nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy và nhiệt độ ra khỏi thùng sấy, khơng có hồi
lưu, hạt cà phê nhân được nâng lên đến độ cao thích hợp, sau đó rơi xuống.
Trong q trình đó vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình
truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm. Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng
được chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là nhỏ nhất. Đối với vật liệu
sấy là cà phê nhân cần có một chế độ sấy thích hợp để đảm bảo giữ được các tính
chất về hương vị, màu sắc và các thành phần có trong hạt.
1.1.4.3.Thiết bị sấy thùng quay
Thiết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt. Loại thiết bị
này được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật liệu ẩn
dạng hạt, có kích thước nhỏ. Trong hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn
mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy
nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngồi ra, thiết bị cịn có thể làm việc
với năng suất lớn.

18
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

Hình 1. 1: Thiết bị sấy thùng quay
Chú thích:
1. Thùng quay
2. Vành đai đỡ
3. Con lăn đỡ

4. Bánh răng
13. Phểu chứa
Thiết bị sấy thùng quay có:

5. Phễu hứng sản phẩm
6. Quạt hút
7. Thiết bị lọc bụi
8. Lị đốt
14. Con quay phân phối

9. Con lăn chặn
10. Mơ tơ quạt
11. Bê tơng
12. Băng tải
15. Quạt vào

• Ưu điểm:
- Quá trình sấy đều đặn, diễn ra mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy
-

và tác nhân sấy.
Công suất lớn, tiêu thụ năng lượng thấp
Thiết kế với cơ cấu hợp lý, ít tạo ra ơ nhiễm với mơi trường
Hiệu suất cao, có khả năng cạnh tranh mạnh với các máy cùng loại
Vận hành dễ dàng, hoạt động ổn định, tỷ lệ trục trặc thấp, có độ bền cao,

-

sấy khô được nhiều loại vật liệu.
Cấu tạo gon nhẹ, chiếm mặt bằng nhỏ, có thể cơ khí hóa và tự động hóa


hồn tồn.
• Nhược điểm: vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn, và hao
tổn
vật liệu dẫn đến năng suất không cao, và làm giảm chất lượng sản phẩm.
Nguyên tắc làm việc của hệ thống sấy thùng quay
19
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

Thiết bị là một thùng hình trụ đặt dốc so với phương nằm ngang từ 1/15 đến
1/50 có hai vành đai khi thùng quay thì trượt trên con lăn tựa khoảng cách giữa
các con lăn tựa này có thể thay đổi được để thay đổi độ nghiêng của thùng.
Thùng quay được nhờ vành bánh răng khía gắn vào thùng vành bánh răng này ăn
khớp với bánh răng truyền động để nhận truyền động của mô tơ qua hộp giảm
tốc.
Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao được đảo trộn, di chuyển trong thùng nhờ
những cánh đảo. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong thùng khoảng 2-3
m/s còn thùng quay với tốc độ 1-8 vòng/phút. Trong thùng sấy vật liệu tiếp xúc
với tác nhân sấy thực hiện quá trình truyền nhiệt và chuyển khối làm bay hơi ẩm.
Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu di chuyển theo chiều dài thùng.q trình
tính tốn làm sao khi hết chiều dài thùng vật liệu đạt độ ẩm cần thiết và được
tháo ra qua cửa tháo liệu . Khí thải được thu hồi qua cyclon để thu hồi các vật
liệu rắn bị dịng khí cuốn theo, phần khí cịn lại được quạt hút ra ngồi.
Sấy đối lưu ngược chiều: vật liệu sấy và tác nhân sấy đi ngược chiều nhau.
Tác nhân sấy ban đầu có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp nhất tiếp xúc với vật liệu sấy

có độ ẩm nhỏ nhất (vật liệu sấy chuẩn bị ra khỏi hầm sấy. Dọc theo hầm sấy tác
nhân sấy giảm dần nhiệt độ và độ ẩm tăng dần di chuyển về phía đầu hầm sấy
tiếp xúc với vật liệu sấy có độ ẩm cao nhất. Nên càng về cuối lượng ẩm bốc hơi
càng giảm và tốc độ sấy cũng giảm dần.
1.1.5.Một số ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Máy sấy phun áp lực cao: Thiết bị phù hợp cho các ngành thực phẩm, dược
phẩm, hóa chất, bột màu, hóa chất nông nghiệp, nhựa…
Đặc điểm:
− Tốc độ sấy rất nhanh, phù hợp cho các loại nguyên liệu nhạy nhiệt.
− Sản phẩm sau khi sấy có dạng hạt trịn, kích thước đồng đều, độ trơn chảy
tốt. sản phẩm có độ tinh khiết và chất lượng cao.
− Phạm vi ứng dụng của thiết bị rộng rãi. Tùy theo tính chất của nguyên liệu
mà có thể ứng dụng nhiệt nóng để sấy hay dùng khí mát để tạo hạt. thiết bị
thực sự hồn hảo cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau.
− Vận hành máy đơn giản, máy chạy luôn ổn định. Máy vận hành tự động hóa
cao
Máy sấy buồng tầng:

20
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

− Thực phẩm: sữa bột, cà phê, chè, trứng, ngũ cốc, các loại gia vị, hương liệu,
tinh bột và các dẫn xuất tinh bột, vitamin, enzyme, chất tạo màu ...
− Dược: thuốc kháng sinh, các thành phần y tế, phụ gia
− Công nghiệp: màu sơn, vật liệu gốm, hỗ trợ chất xúc tác, vi tảo

− Máy sấy buồng tầng: được ứng dụng như máy sấy thuc phẩm công nghiệp,
sấy trái cây, rau quả, sấy cá, tôm, thịt khô, giấy, nông sản..., áp dụng cho
sấy sơ bộ hoặc làm khô sản phẩm khác như linh kiện điện tử, động cơ, mạ
điện, in ấn và trà,...
Máy sấy bức xạ đối lưu: Thích hợp với các vật liệu mỏng, như bánh tráng, hoa
quả, nông sản thái mỏng.
Máy sấy phun sương: Phù hop cho các loại nguyên liệu như hoá chất thực
phẩm, dược,…..phương pháp sây phun dc ứng dụng rộng rãi trong nghành chế
biến sữa bột.
Máy sấy băng tải vi sóng: Thích hợp cho việc sấy khơ các ngun liệu: dạng
bột,hạt, cao đặc, các nguyên liệu trong ngành cong nghe tp, dược phẩm hóa chất
và cung có thể sấy khơ các nguyên liệu dạng kem..
Đặc điểm: tốc độ ra hơi nhanh, thoi gian sấy ngắn, giữ nguyeen liệu k bị biến
chất. Tiết kiệm năng lượng , hiệu suất cao. Kiểm soát dễ dàng, hoạt động đơn
giản thuận tiện, sản phẩm đạt độ an tồn cao. Khơng gây ơ nhiễm mơi trường, dễ
dàng vệ sinh.
Máy sấy băng tải: là kiểu thối luồn khí nóng,hoạt động chạy liên tục,dùng sấy
khơ các miếng, lát, hiệu suất sấy rất cao, phù hợp cho công đoạn tách nước
rau,dược liệu,.. những nguyên liệu chứa nhiều nước bên trong nhung không sấy
được ở nhiệt độ cao.
1.2.Giới thiệu về nguyên liệu sấy
Cà phê là loại cây công nghiệp, có nguồn gốc từ êtiơphia (cà phê chè) và
vùng Bắc Phi (cà phê vối), là cây cơng nghiệp có thân lớn, màu xanh đậm, lá
hình oval, quả hình bầu dục, hoa màu trắng, quả khi cịn non màu xanh, chín
chuyển sang màu đỏ.

21
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy



Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

Hạt cà phê khi chín chứa đầy đủ các loại chất dinh dưỡng như: glucid, lipid,
vitamin, cafein,… Đặc biệt cà phê còn chưa một số mùi đặc trưng, khi chế biến
có mùi thơm riêng biệt và hấp dẫn.
Do đó các sản phẩm chế biến từ cà phê rất nhiều. Từ những sản phẩm mà cà phê
là nguyên liệu chính như cà phê rang xay, cà phê hòa tan đến những sản phẩm mà
cà phê được bổ sung vào tạo nên mùi vị cho sản phẩm như bánh kẹo, đồ uống,…
1.2.1.Cấu tạo quả cà phê
Quả cà phê gồm: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa
và nhân

Hình 1. 2. Cấu tạo của hạt cà phê
-

Lớp vỏ quả: là lớp mầng mỏng, mềm, dai. Vỏ quả cà phê chè mềm hơn
vối và mít. Trong vỏ quả có alkaloid, tanmin, cafein, các loại enzyme.

-

Lớp vỏ thịt: là phần dưới lớp vỏ quả, gồm những tế bào mềm, khơng có
cafein, tanmin, chứa nhiều đường và pectin.

-

Lớp nhớt: nằm sát nhân, khó tách ra. Thành phần chính là pectin, các loại
đường khử, cellulose, enzyme pectase. Đặc tính của lớp này là khơng hịa
tan trong nước, hút ẩm rất mạnh vì vậy trở ngại khi phơi sấy khô và bảo

quản hạt.

22
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

-

Lớp vỏ trấu: là lớp kế tiếp lớp vỏ thịt, chứa nhiều cellulose nên khá cứng,
là một màng bán thấm thơ có nhiệm vụ bảo vệ cho nhân.

-

Lớp vỏ lụa: khi loại bỏ lớp vỏ trấu còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ
lụa. Đặc tính khác nhau tùy vào mỗi loại cà phê. Với vỏ lụa cà phê chè
màu trắng bạc, dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến.

-

Nhân cà phê: là phần nằm trong cùng của hạt. Một quả cà phê thường có
từ 1, 2 hoặc 3 nhân. Thường chỉ có 2 nhân, trong nhân có chứa phơi và mơ
dinh dưỡng.

1.2.2.Thành phần hóa học của cà phê
Thành phần
Nước

Chất dầu
Đạm

g/100g mẫu
8-12
4-18
1,8-2,5

Protein
9-16
Cafein
1-2
Tanin
2
Cafeic acid
1
Tinh bột
5-23
Saccharose
5-10
Cellulose
10-20
Hemicellulose
20
Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của nhân cà phê

23
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy



Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

1.3.Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê nhân
Quả cà phê tươi sau thu hoạch

Phân loại, làm sạch

Tách lớp vỏ quả

Tách lớp vỏ nhớt

Rửa

Làm ráo

Sấy

Phân loại tạp chất

Xát

Đánh bóng

Phân loại

Đóng gói, bảo quản
Cà phê nhân


24
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy

Hình 1. 3. Quy trình cơng nghệ
sản xuất cà phê nhân


Đồ án:Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê nhân 2000kg/h

GVHD: Trần Lưu Dũng

Thuyết minh quy trình:
Cà phê quả tươi: Nguyên liệu cà phê quả tươi trong phương pháp chế
biến ướt cũng có những yêu cầu tương tự như trong phương pháp chế biến khô.
Tuy nhiên do đặc thù của phương pháp chế biến ướt mà nguyên liệu cà phê quả
tươi khơng nên có tỉ lệ quả xanh vượt quá 5%.
Cà phê quả tươi sau dùng trong phương pháp chế biên ướt có thể được bảo
quản trong bể chứa. Bể dùng để chứa cà phê có đáy nghiêng để thoát nước và vận
chuyển quả cà phê vào máy bơm. Trong quá trình bảo quản, thường xuyên tưới
nước lên khối quả để làm giảm nhiệt độ khối quả do quá trình quả hơ hấp tăng
nhiệt.
a. Làm sạch, phân loại
Mục đích:
Cà phê nguyên liệu thu hái về là một khối quả có nhiều thành phần như
quả cà phê (xanh, vàng, chín đỏ, đỏ nâu, quả khô…) và các tạp chất (cát, đất, sỏi,
đá, mảnh sành sứ, mảnh kim loại, mảnh gỗ, cành cây khơ, cỏ, lá cây…).
Trong q trình xát vỏ, phần tạp chất cứng có thể gây hư hỏng máy sát,
cịn tạp chất mềm cản trở q trình xát hoặc lẫn theo cà phê làm giảm chất lượng.
Đồng thời chỉ có những quả chín mới có lớp nhớt giúp dễ dàng xát vỏ khỏi hạt
mà không làm hạt bị tổn thương, lớp nhớt này chưa hình thành ở quả xanh và đã

tiêu hao đi ở quả khơ. Vì thế trước khi xát vỏ quả cần phải tách loại tạp chất cũng
như quả khơ, quả xanh ra khỏi khối quả chín.
Qúa trình phân loại và loại tạp chất nhằm tạo điều kiện tốt cho việc tăng
năng suất máy, giữ độ bền nhiệt thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Yêu cầu:
Phải loại hết tạp chất có kích thước lớn và nhỏ hơn quả cà phê. Tách được
các tạp chất nặng nhẹ theo trọng lượng riêng. Phân được khối quả cà phê thành
các phần có trọng lượng riêng khác nhau và tất cả các tạp chất loại ra đều không
được lẫn nguyên liệu.
25
SVTH: Nguyễn Ngọc Tiểu Thúy