TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM
KHOA CƠ KHÍ VÀ CƠNG NGHỆ

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Đề tài
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI ĐỂ SẤY CHÈ
VỚI NĂNG SUẤT 195,5KG SẢN PHẨM/GIỜ
Sinh viên thực hiện:

Hoàng Thị Thường

Lớp:

CNTP51B

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Văn Huế

Huế, tháng 5/2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


KHOA CƠ KHÍ VÀ CƠNG NGHỆ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

----------------------------------

---------o0o---------

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên: Hồng Thị Thường
Lớp: Cơng nghệ thực phẩm 51B
1. Tên đề tài: “ Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè lên men với năng
suất 195,5 kg sản phẩm/h”
2. Các số liệu ban đầu:
- Vật liệu: Chè lên men
- Độ ẩm vật liệu vào: 63%
- Độ âm vật liệu ra:5 %
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào: 85oC
- Nhiệt độ tác nhân sấy ra:39oC
3. Nội dung các phần thuyết trình và tính tốn
- Lời mở đầu
- Phần 1: Tổng quan về phương pháp sấy và ngun liệu
- Phần 2: Quy trình cơng nghệ
- Phần 3: Tính cân bằng vật chất
- Phần 4: Tính cân bằng nhiệt lượng và tính tốn thiết bị chính
- Phần 5: Tính tốn thiết bị phụ
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
4. Bản vẽ
- Bảng vẽ hệ thống thiết bị: 1 khổ A3, 1 khổ A1
5. Ngày giao nhiệm vụ:
6. Ngày hồn thành nhiệm vụ:
7. Ngày bảo vệ:
Thơng qua bộ mơn

Huế, ngày


tháng

năm2020

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(ký, ghi rõ họ tên)

TS. Nguyễn Văn Huế


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chính trong búp chè ................................2
Bảng 1.2. Sự biến đổi về tinh dầu.............................................................6
Bảng 1.3. Sự biến đổi của Nito hòa tan và cafein trong khi sấy...............6
Bảng 3.1. Các thơng số của khơng khí....................................................18
Bảng 3.2. Tổng hợp các thông số của vật liệu.........................................20
Bảng 4.1. Tổng hợp các kích thước của băng tải và phịng sấy..............23
Bảng 4.2. tổng hợp tính tốn cân bằng nhiệt lượng................................34
Bảng 5.1. Kích thước của calorifer.........................................................42
Bảng 5.2. kích thước cơ bản của cyclon LIH – 24..................................44


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Búp chè ngun liệu..................................................................2

Hình 1.2. Sản phẩm chè đen......................................................................5
Hình 1.3. Chè đen và chè xanh..................................................................5
Hình 1.4. Thiết bị sấy băng tải................................................................10
Hình 2.1. Lưu trình cơng nghệ của quá trình sấy....................................14


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
PHẦN 1: TỔNG QUAN..............................................................................................2
1.1.Giới thiệu về nguyên liệu chè..............................................................................2
1.1.1.Giới thiệu sơ bộ về sản phẩm chè.................................................................2
1.1.2.Các thành phần chính trong chè nguyên liệu.................................................2
1.1.3.Các sản phẩm chè..........................................................................................4
1.1.4.Kỹ thuật sản xuất chè đen.............................................................................5
1.2.Cơ sở lí thuyết của q trình sấy..........................................................................7
1.2.1.Khái niệm......................................................................................................7
1.2.2.Nguyên lý của quá trình sấy..........................................................................7
1.2.3.Tác nhân sấy, chế độ sấy, thiết bị sấy...........................................................8
1.3.Chọn thiết bị sấy, tác nhân sấy, chế độ sấy cho quá trình sấy chè........................9
1.3.1.Chọn thiết bị sấy...........................................................................................9
1.3.2.Chọn tác nhân sấy.......................................................................................10
1.3.3.Chọn chế độ sấy..........................................................................................10
PHẦN 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ....................................................................12
2.1.Sơ đồ cơng nghệ.................................................................................................12
2.2.Thuyết minh quy trình.......................................................................................12
2.3.Lưu trình cơng nghệ của q trình sấy...............................................................13
PHẦN 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT...............................................................16
3.1.Các ký hiệu sử dụng...........................................................................................16
3.2.Các số liệu ban đầu............................................................................................16
3.3.Cân bằng vật chất...............................................................................................17

3.3.1.Tác nhân sấy ban đầu, khi chưa qua calorifer:............................................17
3.3.2. Tác nhân sấy sau khi qua calorifer và trước khi vào buồng sấy:................17
3.3.3.Trạng thái khơng khí sau khi ra khỏi phòng sấy:.........................................18
3.4.Cân bằng vật liệu...............................................................................................19
3.4.1.Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy...............................................................19
3.4.2.Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy.............................................................19
PHẦN 4: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH TỐN THIẾT BỊ
CHÍNH........................................................................................................................ 21
4.1.Các thơng số thiết bị chính.................................................................................21
4.1.1.Chọn kích thước của băng tải......................................................................21
4.1.2.Chọn vật liệu làm phòng sấy.......................................................................21


4.1.3.Thể tích khơng khí......................................................................................23
4.1.4.Vận tốc chuyển động của khơng khí và chế độ chuyển động của khơng khí
trong phịng sấy....................................................................................................24
4.2.Tổn thất nhiệt lượng...........................................................................................25
4.2.1.Tổn thất qua tường......................................................................................25
4.2.2.Tổn thất qua trần.........................................................................................30
4.2.3.Tổn thất qua cửa..........................................................................................30
4.2.4.Tổn thất qua nền..........................................................................................31
4.2.5.Tổn thất để làm nóng vật liệu sấy................................................................31
4.3.Các thơng số của q trình sấy thực...................................................................32
4.3.1.Nhiệt lượng bổ sung thực tế........................................................................32
4.3.2.Khơng khí sau khi ra khỏi phịng sấy..........................................................32
4.3.3.Khơng khí trước khi vào calorifer và sau khi ra khỏi calorifer....................32
4.4. Phương trình cân bằng nhiệt lượng...................................................................33
4.4.1.Nhiệt lượng vào..........................................................................................33
4.4.2.Nhiệt lượng ra.............................................................................................34
PHẦN 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ..................................................................36

5.1.Calorifer.............................................................................................................36
5.1.1.Chọn kích thước ống truyền nhiệt...............................................................36
5.1.2.Tính tốn.....................................................................................................37
5.2.Cyclon................................................................................................................ 42
5.2.1.Giới thiệu về cyclon....................................................................................42
5.2.2.Tính tốn.....................................................................................................43
5.3.Quạt...................................................................................................................44
5.3.1.Giới thiệu về quạt........................................................................................44
5.3.2.Tính trở lực tồn bộ q trình.....................................................................45
5.3.3.Tính cơng suất của quạt và chọn quạt.........................................................55
KẾT LUẬN................................................................................................................58


LỜI MỞ ĐẦU
Thực phẩm đối với con người chúng ta là vơ cùng quan trọng, con người
cần có thực phẩm để sống, tồn tại và phát triển.Trong nền công nghiệp thực
phẩm thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang phát triển để nâng
cao chất lượng sản phẩm, phục vụ nhu cầu hằng ngày của mọi người.
Tuy nhiên, một thực trạng hiện nay của nước ta đang rất nóng và được cả
nước quan tâm đó là việc “xuất khẩu” thực phẩm, gây tồn đọng và hư hỏng
nhiều loại sản phẩm nông nghiệp, ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế của bà con ở
nhiều tỉnh thành. Chính vì vậy, hơn bao giờ hết, lĩnh vực cơng nghệ chế biến
thực phẩm cần nghiên cứu đưa ra giải pháp nhanh chóng để giúp người dân. Và
điển hình nhất, là công nghệ Sấy – giải pháp tối ưu nhất về mặt thời gian. Sấy là
quá trình tách nước, làm giảm lượng nước trong sản phẩm, giảm sự phát triển
của vi sinh vật, điển hình nhất là nấm mốc.
Những năm gần đây, nông nghiệp nước ta đã đạt được những thành tựu
đáng kể, trong đó sấy khơ được ứng dụng rộng rãi để phục vụ sản xuất. Và một
loại cây không thể khơng nhắc đến, đó là Chè – loại cây cơng nghiệp có giá trị
rất lớn, tuy nhiên sản phẩm tạo ra chưa đáp ứng tốt về mặt kỹ thuật, do đó việc

xuất khẩu mặt hàng này cịn gặp nhiều khó khăn. Để đạt được chất lượng tốt về
mặt kỹ thuật của chè đen, quy trình chế biến của chè thường thơng qua nhiều
giai đoạn như làm héo, vị, lên men, sấy... và sấy là giai đoạn vô cùng quan
trọng. Đối với công đoạn này, hiện nay thiết bị sấy băng tải đang được sử dụng
rộng rãi mang lại chất lượng tốt cho chè thành phẩm. Vì vậy, để hiểu rõ hơn về
thiết bị này, tôi xin thực hiện đồ án: “Tính tốn thiết kế hệ thống sấy băng tải
dùng để sấy chè với năng suất 195,5 kg sản phẩm/h”.

1


PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.1.Giới thiệu về nguyên liệu chè
1.1.1.Giới thiệu sơ bộ về sản phẩm chè
Chè (trà) từ lâu đã trở thành thức uống quen thuộc của người dân Việt, tuy
nhiên ít ai biết đến cơng dụng và giá trị của nó. Nhắc tới chè là nhắc tới thức
uống giải khát, nhưng sâu xa nó có những thành phần hóa học có lợi ích tuyệt
hảo với sức khỏe con người.
Chè là loại cây có lịch sử trồng trọt đã
hơn 4000 năm và đang ngày càng phát triển
cho đến nay. Chè có nguồn gốc từ Trung quốc
và ngày nay nó đã có mặt ở rất nhiều nơi trên
thế giới. Chè là một cây thuộc họ Camellia,
thường xanh nhiệt đới với lá xanh sáng có
răng cưa. Việt Nam cũng được xem là một cái
nôi của trà, và được trồng nhiều nhất ở phía
bắc nước ta. Ngày nay, chè được phát triển
và trồng ở nhiều vùng đất với nhiều giống Hình 1.1. Búp chè nguyên liệu
loài khác nhau như giống chè Trung du
(trồng nhiều ở trung du và miền núi thấp), chè Shan (vùng thượng du, cao

nguyên), chè Ấn Độ (vùng Tây Nguyên) và giống chè PH...
Chè là sản phẩm được chế biến từ lá chè non & búp chè (đọt chè) của cây
chè. Là những búp chè có 1 tơm, 2-3 lá non, hái trên những đọt chè có từ 4-5 lá,
vào đúng độ trưởng thành kỹ thuật. Yêu cầu của chè nguyên liệu là hàm lượng
tanin cao, hàm lượng protein và clorophin thấp.
1.1.2.Các thành phần chính trong chè nguyên liệu
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chính trong búp chè [10]
Nước
(%)

75-82

Chất
khơ

Polyphenol

Xenlulo

Protein

Pectin

Tro

(%)

(% chấtkhơ) (% chất (% chất khô)
khô)


(% chất (%
khô)
chất
khô)

18-25

28-37

2-4

16-18

20-28

4-8

2


- Nước: nước trong lá chè non cao hơn lá già và có sự phân bố khác nhau ở
các bộ phận của búp trà (tôm 76,6%, lá thứ nhất 75,6%, lá thứ hai 75,6%, lá thứ
3 74,26%). Nước ảnh hưởng lớn đến việc định mức chỉ tiêu tiêu hao nguyên liệu
trên một đơn vị sản phẩm và còn quyết định đến sự lựa chọn các chế độ công
nghệ trong quá trình chế biến. Trong sản xuất chè đen, ở giai đoạn vị nếu thủy
phần q cao có thể làm cho nước ép bị chiết ra mạnh gây tổn thất chất chiết.
- Tanin: là thành phần hóa học quan trọng nhất trong lá trà tươi cũng như
trà thành phẩm. Hàm lượng tanin trong trà càng cao thì chất lượng trà càng tốt.
Tanin là một hỗn hợp phức tạp của các chất có đặc tính polyphenol. Nó khơng
những tạo nên hương vị độc đáo của trà mà cịn tham gia q trình biến đổi hóa

học dưới sự tác dụng của các enzyme oxy hóa để tạo hương thơm và màu sắc
nước pha đặc trưng cho mỗi loại trà. Đặc biệt, trong búp chè non có hàm lượng
tanin cao EGCG thấp nên có vị chát dịu, ít đắng.
- Cafein: là chất alkaloit chủ yếu và quan trọng nhất trong lá trà, có vị đắng,
khơng mùi. Trong lá trà càng non thì hàm lượng cafein càng nhiều và có sự khác
nhau ở mỗi lá (nõn tơm và lá 1 có 4-7%, lá thứ 2 có 4-5%, lá thứ 3 có 3-7%...).
khi cafein tác dụng với tanin trà sẽ tạo thành váng khi để nguội nước trà, gọi là
hợp chất tanat cafein. Cafein trong trà có khả năng kích thích hệ thần kinh trung
ương, kích thích vỏ đại não làm cho tinh thần minh mẫn, giảm stress và những
mệt mỏi trong lao động.
- Protein: là thành phần quan trọng vì chúng tham gia cấu tạo nên phần lớn
enzyme và các phản ứng enzyme lại là cơ sở của sự sinh trưởng và phát triển
của thực vật, đồng thời protein là nguồn cung cấp các axit amin tự do trong việc
hình thành chất lượng của trà. Hỗn hợp tanin trong trà giúp giải khát, gây cảm
giác hưng phấn, tăng sức đề kháng của thành vi huyết quản.
- Pectin: gồm 2 loại là pectin hòa tan và protopectin. Pectin hịa tan trong
nước có vị ngọt dịu,làm cho độ nhớt dung dịch chè tăng, làm tăng chất lượng
của chè. Ngoài ra pectin tham gia vào việc tạo hương vị cho chè, tạo cho chè có
vị táo chín khi làm héo, ở mức độ vừa phải làm cho chè xoắn lại nhưng cũng dễ
hút ẩm gây khó khăn trong bảo quản làm giảm chất lượng của chè.
- Tinh dầu: trong nguyên liệu chè có khoảng 0,03% tinh dầu, có mùi hăng
và các cấu tử phần lớn là các andehyde. Trong quá trình chế biến, hương thơm
của sản phẩm được tạo ra do phản ứng caramen và do tinh dầu có sẵn trong
nguyên liệu chè bị oxy hóa hoặc bị khử dưới tác dụng của các men tạo ra những

3


chất thơm mới. Nguyên liệu chè chứa nhiều dầu thơm, nhất là dầu thơm có nhiệt
độ sơi cao, càng có lợi cho chất lượng chè thành phẩm.

- Men: trong búp chè non có chứa 2 nhóm men là men thủy phân (proteaza,
amylaza, pectinaza) và men oxy hóa-khử (polyphenoloxydaza, peroxydaza).
Men là nhân tố quan trọng của sự sống quyết định chiều hướng phát triển của
mọi phản ứng hóa học trong cơ thể sinh vật và là chất kích thích cho tất cả các
biến đổi hóa học.
- Chất tro: trong chè tươi khoảng 4 – 5%, chè khô khoảng 5 – 6%, là nhân
tố ảnh hưởng đến sự thay đổi trạng thái của chất keo và ảnh hưởng trực tiếp đến
sự trao đổi chất của tế bào.
- Sắc tố: trong nguyên liệu chè gồm có: clorofin, caraten, xantofin,
antoxianidin, ngồi ra cịn có những sắc tố mới được hình thành trong quá trình
chế biến. Tùy theo loại sản phẩm chè mà người ta tìm cách loại bỏ sắc tố này
hoặc sắc tố kia trong quá trình chế biến.
+ Trong chè xanh clorofin là sắc tố chủ yếu quyết định màu nước pha chè
thành phẩm.
+ Xantofin là sắc tố màu vàng, không tan trong nước nên xantofin làm cho
bả chè có màu vàng, màu này lộ rõ khi clorofin trong nguyên liệu bị phá hoại.
+ Antoxianidin khi bị oxy hóa thì tan được trong nước và nó là sắc tố chủ
yếu của màu nước pha chè đen (màu đồng đỏ).
Ngày nay, trà đã là thức uống phổ biến trên toàn thế giới bởi những tác
dụng rất tốt đối với cơ thể. Đồng thời, nước trà là nguồn cung cấp những chất
chống oxy hóa tự nhiên, giúp bảo vệ cơ thể và chống lão hóa, giúp cơ thể trẻ đẹp
hơn. Do đó khơng phải ngẫu nhiên mà người ta gọi trà là “phép chữa bệnh chỉ
trong một cái tách”.
1.1.3.Các sản phẩm chè
Chè là sản phẩm được chế biến từ búp (tôm), cuộng và các lá non thu hái từ
cây chè. Với những phương pháp chế biến khác nhau, sản phẩm chè ngày nay
rất đa dạng và phong phú, người ta phân ra nhiều loại chè như sau:
- Chè xanh: nước pha màu vàng, vị đậm dịu, có hương thơm tự nhiên của
chè. Chè xanh được chế biến bằng cách đem nguyên liệu chè diệt men (men có
sẵn trong ngun liệu chè) rồi vị, sau đó đem sấy.


4


- Chè đen: trong q trình chế biến, khơng diệt men ngay mà có thêm q
trình lên men để tạo ra những biến đổi sinh hóa cần thiết làm cho sản phẩm có
màu sắc, hương vị đặc trưng. Màu nước pha chè đen có màu đỏ nâu sáng, vị
đậm, hương thơm nhẹ.

Hình 1.2. Sản phẩm chè đen [8]

Hình 1.3. Chè xanh và chè đen [9]

- Ngoài hai loại chè tiêu thụ chủ yếu hiện nay ở trên, phụ thuộc vào cơng
nghệ chế biến, cịn có các loại chè khác nhau như: chè đỏ và chè vàng. Chè đỏ
được chế biến bằng cách đem nguyên liệu chè làm héo và lên men, sau đó sao
và vị kết hợp, cuối cùng sấy khơ, loại chè này nước pha có màu vàng hoặc ánh
kim, vị đậm, hương tơm đặc biệt. Chè vàng được chế biến từ nguyên liệu chè
qua các giai đoạn diệt men rồi vị (hoặc khơng vị), cuối cùng ủ, sao hoặc sấy
nhiệt độ thấp.
- Ngoài ra, các loại chè nếu đem ướp hương thì người ta gọi là chè hương,
hoặc nếu sản phẩm chè ở dạng cánh rời thì gọi là chè rời, dạng bánh gọi là chè
bánh, dạng bột ( nước pha chè đem cô đặc rồi sấy khô) gọi là chè bột hay chè
hòa tan.
1.1.4.Kỹ thuật sản xuất chè đen
Sản xuất chè đen hay còn gọi là chè lên men, thông qua nhiều giai đoạn:
làm héo, phá vỡ tế bào và tạo hình, lên men, sấy, phân loại, đấu trộn, tạo thành
sản phẩm. Trong đó, sấy là một cơng đoạn hết sưc quan trọng.
- Mục đích:
+ Khi chè đã được lên men đúng mức, phải cần đình chỉ hoạt động của các

enzyme để chất lượng sản phẩm ở mức tốt nhất, thường thì người ta dùng nhiệt
độ cao để thực hiện điều này.

5


+ Làm giảm độ ẩm của chè lên men để thuận lợi cho việc bảo quản chè sản
phẩm. Từ đó làm cho cánh chè xoăn kết và đen bóng.
+ Làm bay đi mùi hăng xanh và lộ rõ mùi của các cấu tử tinh dầu có nhiệt
độ sơi cao.
- u cầu: chè phải được sấy đều, khơ và khơng có mùi khét, độ ẩm còn lại
từ 3-5%.
- Các biến đổi trong quá trình sấy chè lên men:
+ Dưới tác dụng của khơng khí nóng, tùy thuộc vào mức độ bốc hơi ẩm mà
màu của cánh chè chuyển từ màu đồng đỏ sang màu đen bóng, mùi táo chín của
chè lên men mất đi, thay vào đó là mùi thơm dịu hơn đặc trưng của sản phẩm
chè đen, cánh chè xoăn hơn, thẳng và khô hơn.
+ Tinh dầu tổn thất nhiều, khoảng 60 %, nhưng trong quá trình sấy, dưới
tác dụng của nhiệt độ đã tạo ra những hương vị mới cho sản phẩm. Theo tài liệu
của CUROXANOP và SUBE, sự biến đổi về tinh dầu khi sấy được thể hiện ở
bảng 1.2 như sau:
Bảng 1.2. Sự biến đổi về tinh dầu [11]
Các giai Độ
acid Phần bay Chỉ số xà Chỉ số acid
đoạn sấy chung (ml hơi
phòng
(mg KOH)
chung
KmnO4
(mg

0,002)
KOH)

Chỉ số
este

Kết thúc 1953
lên men

79,2

821,0

456,0

365,0

Sấy khơ

41,2

637,0

560,0

77,0

1450

+ Ngồi biến đổi về tinh dầu, thì các thành phần khác của trà cũng có sự

thay đổi nhẹ. Ví dụ tổng lượng các hợp chất nito hịa tan giảm đi so với lá trà
vừa lên men, hàm lượng cafein giảm đi một ít, đó là do sự bay hơi một phần và
do sự thăng hoa của các hợp chất này khi sấy khô.
Bảng 1.3. Sự biến đổi của nitơ hòa tan và cafein trong khi sấy [11]
Giai đoạn chế biến Nito
tan(mg)
Lá trà lên men

21,63

hòa Cafein(%)
2,89

Nito
amoniac

của

1,19

6


Bán thành phẩm

20,05

2,6

0,67


1.2.Cơ sở lí thuyết của q trình sấy
1.2.1.Khái niệm
Sấy là quá trình tách nước hoặc ẩm trong vật liệu sấy. Kết quả của quá trình
sấy làm làm giảm lượng nước và từ đó tăng tỷ lệ chất khơ trong vật liệu. Do đó, sấy
xuất hiện hầu hết trong các hoạt động bảo quản chế biến nông sản – thực phẩm với
các hiện tượng vật lý khác nhau (sự truyền dẫn, đối lưu, bức xạ...).
Bản chất của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng
thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Đối với công nghệ sấy thăng hoa, trạng
thái pha lỏng trong vật liệu sẽ chuyển thành rắn rồi mới hóa hơi, đây là một quá
trình nối tiếp. Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là
nước và người ta thường gọi là ẩm.
- Quá trình sấy chia thành 2 giai đoạn:
+ Quá trình khuếch tán ẩm từ bên trong ra bề mặt bên ngoài của vật liệu và
q trình chuyển hơi nước từ bề mặt ngồi vật liệu ra mơi trường xung quanh.
Q trình này xảy ra do sự chênh lệch độ ẩm giữa vật liệu và mơi trường.
+ Q trình chuyển pha chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn
hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong khơng khí xung quanh [3].
- Mục đích của q trình sấy:
Sấy là quá trình dùng năng lượng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn
hay lỏng, chính vì vậy giúp làm giảm khối lượng vật liệu, giảm được cả công
chuyên chở, đồng thơi tăng thời gian bảo quản do loại được ẩm ra khỏi nguyên
liệu bởi nước là môi trường cho vi sinh vật dễ phát triển, hạn chế được các phản
ứng sinh hóa xảy ra. Ngồi ra, sấy giúp tăng tính cảm quan cho sản phẩm, giúp
sản phẩm có mùi vị, màu sắc đặc trưng, tạo hình dạng đặc biệt cho mỗi loại.
1.2.2.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 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.

7


Động lực của q trình đó là sự chênh lệch 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 hơi trên
bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong mơi trường khơng khí
xung quanh. Vận tốc của tồn bộ quá trình sấy được quy định bởi giai đoạn nào chậm
nhất, ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở
quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu sấy. Trong quá
trình sấy thì nhiệt độ và mơi trường khơng khí ẩm xung quanh ảnh hưởng lớn và trực
tiếp đến vận tốc sấy [3].
1.2.3.Tác nhân sấy, chế độ sấy, thiết bị sấy
1.2.3.1. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để tách ẩm ra khỉ 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 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 thấy
nhiệm vụ của tác nhân sấy là:
+ Gia nhiệt cho vật liệu sấy
+ Tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy
+ Đưa ẩm ra khỏi thiết bị sấy
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì đóng vai
trị vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là khơng khí nóng ,
khói lị, hơi q nhiệt, chất lỏng...
- 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 khơng làm sản phẩm sau khi sấy bị ô

nhiễm cũng như làm thay đổi mùi vị của nó. Tuy nhiên dùng khơng khí ẩm làm
tác nhân sấy cần gia nhiệt thêm bộ gia nhiệt khơng khí (calorifer khí, hơi hay khí
hoặc khói), nhiệt độ sấy khơng quá cao, thường nhỏ hơn 180C vì nếu nhiệt 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C mà
không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây mùi khói.

8


Vì vậy khói chỉ dùng cho các vật liệu khơng sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gố và
một số loại hạt có vỏ.
- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy 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 100C (sấy ở áp suất khí quyển).
1.2.3.2. Thiết bị sấy
Thiết bị sấy là thiết bị mà tại đó vật liệu được tách ẩm để sau khi ra khỏi
thiết bị sấy vật liệu đạt độ ẩm an toàn. Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp
khác nhau nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy: dựa vào tác nhân sấy, áp
suất làm việc, phương thức làm việc, phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình
sấy, cấu tạo thiết bị, chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy.
Ngồi ra, cịn có thể dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người
ta chia thiết bị sấy ra làm 3 nhóm chính là sấy đối lưu, sấy tiếp xúc và sấy bức
xạ, chân không và thăng hoa.
Trong hệ thống sấy đối lưu thường gặp các thiết bị sấy như: thiết bị sấy
thùng quay, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, sấy tầng sơi, thiết bị sấy
phun, thiết bị sấy tháp...
1.3.Chọn thiết bị sấy, tác nhân sấy, chế độ sấy cho quá trình sấy chè
1.3.1.Chọn thiết bị sấy

Việc sản xuất các sản phẩm từ chè có giá trị rất lớn, đặc biệt là các sản
phẩm sấy khơ và nó có thể được sấy với nhiều thiết bị khác nhau như sấy tầng
sôi, sấy vĩ ngang, sấy băng tải... Đối với kiểu sấy tầng sôi, không phải loại vật
chất nào cũng làm sơi được, chỉ có chè đã khơ hoặc khơ một phần thì mới dễ
dàng áp dụng ngun lý sấy tầng sơi trong q trình sấy. Vì vậy, thiết bị sấy
băng tải được sử dụng rộng rãi nhất bởi những đặc tính sấy dành cho sản phẩm
này.

9


Hình

1.4.

Thiết

bị

sấy

băng

1. Phễu nhận vật liệu sấy

2. Trục lăn dẫn VLS

3. Buồng sấy

4. Con lăn đỡ


5. Băng tải

6. Caloriphe

7. Thùng chứa sản phẩm

8. Lị đốt

9. Tấm chắn khí nóng-TNS

10. Ống khói

tải

Thiết bị sấy băng tải dựa trên nguyên lý sấy đối lưu, có những ưu điểm nổi
trội như:
- Khi qua một băng tải vật liệu được đảo trộn và sắp xếp lại nên tăng bề mặt
tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy.
- Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dịng khí
- Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi như chè
- Hoạt động liên tục
- Có thể thực hiện sấy cùng chiều, ngược chiều hay chéo dòng [12].
1.3.2.Chọn tác nhân sấy
Dựa vào yêu cầu sản phẩm, phù hợp với chế độ cơng nghệ, q trình sấy
chè lên men đảm bảo các tính chất u cầu cho sản phẩm vì thế tác nhân sấy nên
chọn là khơng khí, được làm nóng bởi calorifer, nhiệt cung cấp cho khơng khí
trong calorifer là từ q trình ngưng tụ hơi nước bão hịa.

10



1.3.3.Chọn chế độ sấy
Để đảm bảo giữ được các tính chất về màu sắc và thành phần hóa học trong
chè tươi, ta chọn chế độ sấy như sau:

+ Nhiệt độ tác nhân sấy vào

: t1 = 85C

+ Nhiệt độ tác nhân sấy ra

: t2 = 39C

+ Nhiệt độ môi trường

: t0 = 25C

+ Độ ẩm tương đối của môi trường

: 0 = 81%

11


PHẦN 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
2.1.Sơ đồ cơng nghệ

Ngun liệu


Làm héo

Phá vỡ tế bào và
tạo hình

1.5 Lên men
1.6

1.4

Sấy khơ

1.3

Phân loại

1.2

Đấu trộn

1.1

Sản phẩm
chè

12


2.2.Thuyết minh quy trình


Các cơng đoạn chủ yếu của sản xuất chè đen này gồm làm héo, vò và sàng
chè vị, lên men, sấy khơ, tinh chế (gồm sàng phân loại và đấu trộn). Nguyên
liệu dùng để chế biến chè đen là búp chè một tôm hai, ba lá non được thu hái từ
các nương chè. Nguyên liệu sau khi thu hái về có độ ẩm 75 – 80%, được làm
héo cho lượng nước trong chè bốc bớt đi, lá chè nguyên liệu trở nên mềm và dẻo
dai hơn. Đồng thời hàm lượng chất khô tăng lên, tăng cường khả năng hoạt động
của các enzyme trong nguyên liệu chè.
Sau đó, lá chè được đem đi vò để làm dập các tổ chức tế bào các mô làm
các thành phần trong lá chè thoát ra bề mặt của lá chè để sau khi sấy các dịch
bào sẽ bám lên bề mặt lá làm cho cánh chè óng ánh hơn và dễ dàng hòa tan vào
nước pha tạo hương vị đặc trưng của chè đen. Tanin và các hợp chất khác có
điều kiện tiếp xúc khơng khí xảy ra q trình oxy hóa tạo ra mùi vị, hương và
màu sắc cho sản phẩm.
Tiếp theo là giai đoạn lên men chè vò, đây là giai đoạn rất quan trọng trong
quy trình sản xuất chè đen. Mục đích của giai đoạn này là tạo ra những biến đổi
sinh hóa, chủ yếu là oxy hóa tanin dưới tác dụng của men để tạo ra màu sắc,
hương vị của nước pha chè đen. Sau khi chè đã được lên men đúng mức, người
ta dùng nhiệt độ cao để đình chỉ hoạt động của các enzyme để chất lượng sản
phẩm ở mức tốt nhất. ở giai đoạn này, độ ẩm của chè được làm giảm xuống mức
yêu cầu 3-5% , thuận lợi cho việc bảo quản chè sản phẩm. Từ đó làm cho cánh
chè xoăn kết và đen bóng.
Sau khi sấy xong, chè được phân loại thành những sản phẩm có phẩm chất
tốt xấu khác nhau về kích thước, khối lượng, hình dạng... sau đó, người ta tiến
hành đấu trộn theo một tỉ lệ nhất định theo yêu cầu của khách hàng hoặc theo
tiêu chuẩn của nhà máy. Cuối cùng, chè được đóng gói vào hộp, để bảo quản và
tiêu thụ trên thị trường.
2.3.Lưu trình cơng nghệ của quá trình sấy

13



Khí thải

Ngun liệu
Khơng
khí vào

Hơi vào
Bụi
Nước ngưng
Sản phẩm

Hình 2.1. Lưu trình cơng nghệ của q trình Sấy
Do u cầu về độ khô của chè nên tác nhân sấy được sử dụng ở đây là
khơng khí nóng.
Tác nhân sấy: khơng khí bên ngồi có nhiệt độ 25oC, được quạt đẩy vào
calorifer, ở đây khơng khí nhận nhiệt gián tiếp từ hơi bão hòa qua thành ống trao
đổi nhiệt. Hơi bão hòa đi trong ống, khơng khí đi ngồi ống. Khơng khí sau khi
được gia nhiệt tới nhiệt độ thích hợp 85 oC theo đường ống đi vào buồng sấy.
Trong buồng sấy, không khí đi qua lưới phân phối khí (phân phối khí đều), qua
các băng tải, tiếp xúc với chè, cung cấp nhiệt để hơi nước trong chè bốc ra
ngồi. Dịng khơng khí nóng đi ngược chiều với dịng sản phẩm ra.
Chè có độ ẩm ban đầu là 63% trong bồn chứa nguyên liệu, được gầu tải
đưa vào bộ phận nhập liệu. Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động cơ,
giúp chè được đưa vào sấy liên tục, không bị nghẽn lại ở đầu băng tải. Sau đó
tay gạt sẽ điều chỉnh độ dày của lớp chè trên băng tải.
Khi vào hầm sấy, chè sẽ chuyển động cùng với băng tải đến cuối băng tải
thứ nhất xuống băng tải thứ hai và chuyển động ngược lại, và theo băng tải lấy
sản phẩm ra ngoài, chứa trong bồn chứa sản phẩm, độ ẩm của sản phẩm sau sấy
là 5%. Ta chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là 39˚C để tránh thất thoát nhiệt

và tránh trên mặt sản phẩm không bị đọng sương.

14


Trong q trình sấy, khơng khí di chuyển với vận tốc lớn nên có một phần
chè sẽ bị lơi cuốn theo ra khỏi buồng sấy. Để thu hồi khí thải và chè, người ta
đặt tại đường ống khí ra một cyclon để tách chè và làm sạch. Sau đó một phần
khí thải được quạt hút ra bằng đường ống dẫn khí được thải ra ngồi mơi
trường.
Với những ưu, nhược của của chè, ta sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với
nhiều băng tải làm việc liên tục  với tác nhân sấy là khơng khí nóng. Vật liệu sấy
được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu.
- Ưu điểm của phương thức sấy này là:
+ Thiết bị đơn giản, rẻ tiền
+ Sản phẩm được sấy đều, có hiệu quả sấy cao
+ Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dịng khí, hoạt động liên tục, có
thể sấy cùng chiều, ngược chiều hay chéo dịng
+ Có thể khống chế chiều dày của lớp chè trong quá trình sấy dễ dàng.
Bên cạnh những ưu điểm trên thì thiết bị sấy băng tải cũng có một số hạn
chế:
+ Thiết bị cồng kềnh, vận hành phức tạp
+ Địi hỏi một số kim loại khơng gỉ.

15


PHẦN 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1.Các ký hiệu sử dụng

G1: Lượng vật liệu được đưa vào máy sấy (kg/h)
G2: Lượng vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)
W1: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
W2: Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h)
L: Lượng khơng khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h).
t1: Nhiệt độ tác nhân sấy vào (oC.).
t2: Nhiệt độ tác nhân sấy ra (oC.).
x0: Hàm ẩm của khơng khí trước khi vào calorifer sưởi (kg/kgkkk).
x1, x2: Hàm ẩm của khơng khí trước khi vào máy sấy (sau khi đi qua
calorifer sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/kgkkk).
I0,I1,I2: Enthalpy của không khí khơ ở trạng thái ban đầu, trước khi vào và
ra thiết bị sấy (kJ/kg kkk)
3.2.Các số liệu ban đầu
“ Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy chè lên men với năng suất
195,5 kg sản phẩm/h”
Vật liệu

: Chè

Năng suất tính theo sản phẩm

: G2= 195,5 kg/h

Độ ẩm vật liệu vào

: W1= 63%

Độ ẩm vật liệu ra


: W2= 5%

Nhiệt độ tác nhân sấy vào

: t1= 85ºC

Nhiệt độ tác nhân sấy ra

: t2= 39ºC

Nơi đặt thiết bị ở Huế nên ta chọn:

(Bảng VII.1/T99, [1])

+ Nhiệt độ môi trường

: t0= 25ºC

+ Độ ẩm tương đối

: 0=81%=0,81

16


Áp suất khí quyển

: Pkq=1,033at


3.3.Cân bằng vật chất
Từ bảng I.250/T312, [1] và tính tốn, ta có:
t1= 85oC P1bh=0,59(at)
t2= 39oC  P2bh=0,0712 (at)
t0=25oC  P0bh= 0,0323 (at)
3.3.1.Tác nhân sấy ban đầu, khi chưa qua calorifer:
Hàm ẩm của khơng khí ẩm: x0
x0 =

0,622× o × P0bh
(kg ẩ m/kg kk k)
P kq - o × P0bh

(CT VII.11/T95, [2])

Thay số vào ta được
x0 =

0,622×0,81×0,0323
= 0,0162 (kg ẩm/kg kkk)
1,033-0,81×0,0323

Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm trước khi vào calorifer:
I 0 = t 0 + ( 2493+1,97× t 0 ) × x 0 (kJ/kg kkk)

(CT VII.13 /T9, [2] )

Trong đó :
r0 (=2493 kJ/kg) là nhiệt hóa hơi của nước
ch: là nhiệt dung riêng của hơi nước (=1,97 kJ/kg.độ)

t0: nhiệt độ của khơng khí (oC)
Thay số vào ta được:
I 0 = 25+ ( 2493+1,97×25 ) ×0,0162 = 66,1845 (kJ/kg kkk)

3.3.2. Tác nhân sấy sau khi qua calorifer và trước khi vào buồng sấy:
Trạng thái khơng khí sau khi qua calorifer:
t1 = 85oC  P1bh = 0,59 (at)
Khi đó qua calorifer khơng khí chỉ thay đổi nhiệt độ cịn hàm ẩm khơng thay
đổi. Do đó x0 = x1 = 0,0162 (kg ẩm/kg kkk), nên ta có:
1=

x 1 × P kq

( 0,622+ x1 ) × P1bh

=

0,0162×1,033
= 0,0444 = 4,44 %
( 0,622+0,0162 ) ×0,59

(CT VII.11/T95, [1])
Nhiệt lượng riêng của khơng khí vào calorifer:

17


I 1 = t 1 + ( 2493+1,97× t 1 ) × x1 (kJ/kg kkk)

(CT VII.13/T96, [1])


Thay vào ta có:
I1 = 85+ ( 2493+1,97×85 ) ×0,0162 = 128,0993 (kJ/kg kkk)

3.3.3.Trạng thái khơng khí sau khi ra khỏi phịng sấy:
t2 = 39oC  P2bh = 0,0712 (at)
Hàm ẩm của tác nhân sấy sau khi sấy: x2
Đặc trưng của sấy lý thuyết là enthanpy của tác nhân sấy trước và sau quá
trình sấy là không đổi. Nên I1 = I2 = 128,0993 (kJ/kg kkk)
Mặt khác ta lại có:
I 2 = t 2 + ( 2493+1,97× t 2 ) × x2 (kJ/kg kkk)

Từ đó hàm ẩm của khơng khí sau khi ra khỏi phòng sấy là:
x2 =

I1 - t 2
128,0993-39
=
= 0,0347 (kg/kg kkk )
2493 +1,97× t 2
2493+1,97×39
x 2 × P kq
0,0347×1,033
2=
=
= 0,7666 = 76,66%
( 0,622+ x 2) × P2bh ( 0,622+0,0347 ) ×0,0712

-


Tính nhiệt độ điểm sương:

Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ mà khơng khí bị lạnh đến mức trở nên bão
hịa hơi nước, độ ẩm tương đối đạt 100%. Kí hiệu: ts
Ta có: Ở trạng thái bão hịa  = 1, Pkq = 1,033 (at), x2 = 0,0347 mà x2 = xs
nên ta có:
x2 = xs =

0,622× 2 ×P bhts
Pkq - 2 ×Pbhts

P bhts =

x2 × Pkq
0,0347×1,033
=
= 0,0546 (at)
0,622+ x 2 0,622+0,0347

Từ Pbhts = 0,055 ta tra bảng I.250/T312, [2] rồi tính theo cơng thức nội suy
ta có: ts = 34,29oC
t2 - ts = 39-34,29 = 4,71< 5oC, với mức chênh lệch khơng cao như vậy ta có
thể chấp nhận các thông số đã chọn.
Bảng 3.1. Các thông số của không khí
Tác nhân sấy
Trước khi
calorifer

vào


toC

x (kg/kg kkk)  (%)

I (kJ/kg kkk)

25

0,0162

66,1845

81

18


Khi vào calorifer

85

0,0162

4,44

128,0993

Sau khi ra khỏi
39
thiết bị sấy


0,0347

76,66

128,0993

3.4.Cân bằng vật liệu
3.4.1.Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy
Trong quá trình sấy ta xem như khơng có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng
khơng khí khơ tuyệt đối coi như khơng bị biến đổi trong suốt quá trình sấy.
G1: lượng vật liệu trước khi sấy
G2: lượng vật liệu sau khi sấy
Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối
Lượng vật liệu khô tuyệt đối
Gk = G1 ×

100 - W1
100 - W 2
= G2 ×
100
100

(CT VII.17/T102, [2])

Trong đó: W1 = 63 %, W2 = 5 %, G2=195,5 (kg/h)
G k = 195,5 ×

100 - 5
= 185,7250 (kg/h)

100

Lượng ẩm tách khỏi vật liệu trong quá trình sấy 306,4595
W = G2 ×

W 1 - W2
63-5
= 195,5 ×
=306,4595 (kg/h)
100 - W 1
100- 63

Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy:
G1 = G2+W = 195,5+306,4595 = 501,9595 (kg/h)
3.4.2.Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy
Trong quá trình sấy ta coi như lượng khơng khí khơ tuyệt đối đi qua máy
sấy khơng bị mất mát trong suốt q trình sấy. Khi q trình làm việc ổn định
lượng khơng khí khơ đi vào máy sấy mang theo một lượng ẩm là Lx1.
Kết thúc quá trình sấy, từ vật liệu ẩm bốc ra một lượng ẩm là W, dẫn đến lượng
ẩm chứa trong khơng khí khơ sau q trình sấy là Lx2.
Ta có phương trình cân bằng vật liệu theo lượng ẩm là:
Lx1+ W = Lx2
Từ phương trình cân bằng ẩm trên, ta xác định được lượng khơng khí khơ
cần thiết để làm bốc hơi ẩm trong vật liệu là:

19