sấy phun cà phê hòa tan

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 1







ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Quá Trình & Thiết Bị

Thiết Kế Hệ Thống Sấy Phun Cà Phê Hòa Tan





Naêm hoïc 2013-2014
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 2
MỤC LỤC
TỔNG QUAN 3
1. NGUYÊN LIU 4
1.1 Nguyên liu chính 4
1.2 Nguyên liu ph 5
2. QUY TRÌNH CÔNG NGH SN XUT CÀ PHÊ HOÀ TAN 6
2.1 Quy trình công ngh 6
2.2 Thuyt minh quy trình 7
3. TNG QUAN V CÔNG NGH SY PHUN 10
3.1 Gii thiu công ngh sy phun 10

3.2 Cu to thit b sy phun 11
3.3 Thuyt minh quy trình công ngh sy phun cà phê hòa tan 12
4. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SY PHUN 13
4.1 Tính cân bng vt chng 13
4.2 Tính toán thit b sy phun 17
4.2.1 ng kính thit b sy 17
4.2.2  18
4.2.3 Tính bn cho thit b sy 19
4.2.4 Tính tn tht nhit và cách nhit cho thit b 22
4.3 Tính toán thit b ph 23
4.3.1 Tính calorifer khói lò 23
4.3.2 Tính và chn lc bi sn phm 26
4.3.3 Tính và ch 27
4.3.4 Công su 28
4.3.5 Tai treo, kính quan sát cho thit b sy phun 28
4.3.6 Tính và chn qut hút 28
KẾT LUẬN 32
TÀI LIU THAM KHO 33

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 3
TỔNG QUAN
Hin nay, cùng vi s tin b ca khoa hc k thut, các ngành công nghic
ta có nhng chuyn bin rõ rp ch bin thc phm. Bi li
sng c     c nâng cao thì nhu c  i các sn phm thc
phm ph ng tt nht nhu cu ci.
i vi mt s li thc pha, các lon gi
c chúng lâu dài sau khi thu hoch  ng nhu c thuc rt nhiu
vào công ngh ch bin và bo qun vì chúng rt d ng bng xung quanh.
Chính vì th, các nhà khoa hc trên th gii   u và ng dng thành

công các công ngh ch bin thc phm mi  ng nhu cu ct bit
là công ngh sy. Sy thc cht là quá trình tách m (ch yc) ra khi vt liu
bng nhit nhm to ra các sn phm khô, giúp cho thc phm bo qu
ng thi làm phong phú thêm các sn phm thc phm. Và mt trong s nhng sn
phc em và nhii khác trên th ging chính là cà phê hòa
tan.
Cà phê là mt loi thc ung có t i và liên tc phát trin ngày
nay. Cà phê ng nht trên th gii và có mc tiêu th cao. Vi s dng
ngày càng nhiu, cng vi nhp sng hi h ca thi công nghip, vic pha cà phê
b   y sinh mt s bt li nht là v thi gian    
Morgenthaler, ni Th 
i tiêu dùng, cà phê hoà tan nhanh
ng vì s tin li ci vi nhà sn xut, cà phê hòa tan là mt
hàng có giá tr cao, thun li trong vic bo qun và vn chuyc nhiu li
nhun.
Quy trình sn xut cà phê hòa tan gc ch yu: cà phê nhân 
to hcà phê hòa
tan. Trong y khô cà phê nhc thành
dng b tin li cho quá trình bo qun và s dng. ng
c s dng nhy phun, chính vì th em chy
phun cà phê   tài nghiên c án này nhm b sung b sung c
nhng kin thc ca mình v công ngh sn dng kin th tính
toán, thit k h thng sy phun ng dng trong công nghip sn xut cà phê hoà tan.


 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 4
1. NGUYÊN LIỆU
1.1 Nguyên liệu chính
 Cu to ca ht cà phê

Qu cà phê gm nhng phn sau: lp v qu, lp v tht, lp v tru, lp v
la và nhân.
Lp v qu: là lp v ngoài, mm, , v cà phê chè mm
i và cà phê mít .
Lp v thti lp v mng là lp v tht gi là trung bì .V tht cà phê
chè mm, cha nhiu cht ngt, d . V tht cà phê mít cng và dày
.
V tru: ht cà phê sau khi loi b
các cht nhi là cà phê
thóc, vì bao bc nhân là mt lp v
cng nhiu chm gi là v tru
tc là ni bì. V tru cà phê chè mng
  tru ca cà phê
vi và cà phê mít .
V la: bao bc quanh nhân cà
phê còn mt lp mng, mm gi là v
la , chúng có màu sc khác nhau tu
theo tng loi cà phê. V la cà phê
chè có màu trng bc rt mng và d bong ra khi ht trong quá trình ch bin.
V la cà phê vi mu nâu nht. V la cà phê mít màu vàng nht bám sát vào
nhân cà phê.
Nhân cà phê:  trong cùng, lp t bào phn ngoài ca nhân cng, có nhng
t bào nh, trong có cha nhng cht du. Phía trong có nhng t bào ln và
m. Mt qu ng có t 1, 2 hong ch có 2
nhân.
 Thành phn hoá hc ca qu cà phê
Thành phn hoá hc ca cà phê ph thuc rt nhiu yu t  ng
loi, chín, th  t tr       bin bo
qu
- c: Cc còn li khong 10-12%

c liên kt, n nm mc d phát trin. Cà phê sau khi rang có
c còn khong 2,7%
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 5
Cht khoáng: Các cht khoáng trong cà phê chim khong 3-5%, chúng
n ch   ng càng cao thì ch ng cà phê
càng gim.
- Glucid: Chim ½ khng khô, tuy chim khng ln
ln gi li trong bã sau khi lc.
- Protein: H ng trong cà phê    i quy nh cht
ng cà phê.
- Lipid: Hng khá ln 10-13%, mt phn t a cà
phê trong quá trình rang và n ln còn li trong bã sau khi lc.
- Các alkaloid: Trong cà phê có các   cafein,trigonulin,colin.
c nghiên cu nhi là cafein và trigonulin.
Cafein chim t 1-3% ph thuc vào chng loi, u kin khí hu
kin canh tác.
Trigonellin (acid metyl betanicotic: C
7
H
7
NO
2
) là ancanoit không có hot
u etylic, không tan trong clorofoc và ete, tan nhiu
 c nóng, nhi  nóng chy là 218C. Tính ch   a
  i tác dng ca nhi  cao nó b thy phân to thành acid
nicotic (tin vitamin PP).
1.2 Nguyên liệu phụ
Vai trò ca các nguyên liu ph trong sn xut cà phê hòa tan là nh

nâng cao giá tr cm quan ca sn phm, ng hóa sn ph ng nhu
ci tiêu dùng. Nguyên liu ph c s dng nhiu nhng, sa bt
và kem không có ngun gc t sa non.
- Vai trò chính cng trong sn phm cà phê hòa tan là nhm hn ch v
ng ca cà phê, nâng cao giá tr ng ca sn phm.
- Vai trò ca sa bt trong sn phm là nâng cao giá tr cm quan ca sn
phm. Trong cà phê hòa tan, v ng chim vai trò ch t béo t
sa kt hp vi v ngt cng s làm cho sn phm cà phê hòa tan có v hài
ng s dng sa bt nguyên kem hoc sa bt ít béo.
- Ngoài ra, nu cà phê nguyên li  c
a cà phê thng nhu cu ci s dng, ta có th b
sung thêm các loi ch ph  cà phê. Tuy nhiên vic b  
không ph bin trong sn xut.



 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 6
2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HOÀ TAN
2.1 Quy trình công nghệ

Cà phê nhân
Làm sch
Phi trn
Sn phm


c
Cà phê
nhân khác
bã
Ch
Bao gói

Phi trn

To ht
Sấy phun
c
chân không
X lý
dch trích

Trích ly
Nghin
Rang
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 7

2.2 Thuyết minh quy trình
 Làm sạch
c s dng trong quy trình sn xuc
 sn xu công nên
cà phê này phc làm sch vì có nhiu tp chQuá
trình này s dng nhi làm sch cà phê.
 Phối trộn
c làm sch, cà phê này s c phi trn vi cà phê nhân khác
 ch bin thành lo phù hp vi khách hàng. Ph thuc vào nhà
sn xut mun phc v ng, tng lp nào trong xã hi.
 Rang
 này s c rang  nhi phù hp, tu thi gian rang mà
s to nên màu s mt s
cht trong cà phê do nhit.
 Nghiền

Quá trình nghin nh   n tích tip xúc gia cà phê và dch
ng thm thi gian trích ly. Tuy nhiên không nên nghin
ht cà phê quá mn vì s c. Thit b nghic
chia làm nhiu b gim thit b c yêu cu.
 Trích ly
Quá trình trích ly nhm thu các cht hoà tan có trong bt cà phê rang vào
c. c nóng  80- 90C  c có nhi cao
 trích ly c nhng cht không tt cho sn phm. Bt cà phê sn xut cà
phê hoà tan cn có kích tc ln và tin hành trích ly nhiu l hn ch ng
bt mc khi trích ly.
 Cô đặc
Mục đích:
- Chuẩn bị: quá trình cô c nhm chun b cho quá trình sng
 cht khô trong dch chit giúp gim chi phí v  ng, gim thi gian sy,
 c ca sn phm.
- Bo qun: hn ch s xâm nhp và phát trin ca vi sinh vt.
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 8
- c chân không:
Dung dch cà phê    t b gia nhit. Ti  c nhn
nhit và     c to ra nh baromet s   c và
 tn khi n dung dt yêu
cu thì dng.
 Tách và hồi hương
Nu  nguyên cà phê b bin thì cht a cà phê s b
tn tht rt nhiu, nht là trong quá trình sy phun. Do vi ta thu hi cht
a cà phê bc khi trích ly ri b sung tr li cho bt cà phê hoà tan.
- Khử hấp phụ:
Quá trình kh hp ph c ting và tác nhân hp
ph là khí  (N2). Cà phê bt c làm nóng trong tháp s toát ra các cht

 n nhi nhnh (95°C)
vào t nh tháp có qut hút có tác dng hút hn hp khí ra khi
tháp, ng thi to áp sut th quá trình hp ph xy ra d c
hn hp gm khí N2 và các ch
- Hấp phụ:
Bt cà phê hoà tan sau khi s m khong 8% và rt xp nên rt d
hp ph. Quá trình hp ph c tin hành tng. Hn hp khí vào
phc làm lnh (nhi ng là 8-t cà phê hoà tan s
hp ph các cht n hc bt cà phê hòa tan thành
phm.
 Sấy khô
Sy khô nhc thành dng b tin
li cho quá trình bo qun và s dng.
Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy:
- Trong quá trình s   sy mà có nhng bin i khác
nhau. Tuy nhiên, các bin i din ra trong quá trình sy d    c
ng , ch yu là s a m. Trong quá trình sy phun,
c din ra vi tc  nhanh vì din tích b mt bn.
Tc  bay c ca quá trình shoa s ch
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 9
- Ngoài s  m, trong quá trình sy phun còn có hia
các cu t d c bit là các cu t m
chng cm quan ca cà phê trong quá trình sy phun.
y dch cà phê:
- Sấy phun: Dch phun thành git lng vào môi ng c cp nhit bng
không khí nóng. Nhi ng 200  260C, và nhi ca
không khí ra là 107-121 t yêu cu chng v v. Sn phm cà phê thu
c   ca thit b sy phun. Sm có dng
ht rt nh, rt mn khó hoà tan trong quá trình pha ch nên c

c ca ht lên.
- Sấy chân không: Dn bung b  nhit
 tháp. Dung dc dàn mng trên các trc lc.
Bt khô thành nhng màng mng quanh  ph gii co ra
ri tán nh. Bt sy theo kic nhanh, tt.
- Sấy bằng phương pháp thăng hoa và hồng ngoại dung dch cà phê c
làm lng ngo st ngt. Tinh th c d tan,
m bo, chng t yu dùng  quy mô phòng
thí nghim.
 Tạo hạt
Vì cà phê bt sau sy rt mn khó hoà tan trong quá trình pha ch nên cn
c ca ht lên. Quá trình din ra bng cách b c
 hoà trn vi cht l kt dính các ht cà phê li, sau
 c làm ngu sàng ly cà phê b phun li. Quá trình
này có vic b sung l
 Phối trộn
Quá trình phi trn nhm b sung các nguyên liu ph 
giá tr cm quan ca sn phm, quá trình trn s dng thit b trn thùng quay.
 Bao gói
n bo qun sn phm, quá trình bao gói sn phm không
 gim quá trình oxi hoá sn phm.


 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 10
 Sản phẩm
Sau khi bao gói s to thành sn phm và xut ra th i
s dng s c dùng ngay vi mc nóng hoc nhm m dng
khác.

3. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY PHUN
3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun
Sy là quá trình làm bc ra khi vt lii tác dng ca nhit.
Trong quá trình sc tách ra khi vt liu nh s khuch tán do:
 Chênh l m gia b mt và bên trong vt liu.
 Chênh lch áp su   n c c ti b mt vt liu và môi
ng xung quanh.
-Ma quá trình sy là làm gim khng vt li bn
và bo qun sn ph
-Sy phun là mt công ngh sc bit do kh y trc tip nguyên
liu t dng lng sang dng bt.
H thng sy phun là h th sy các vt liu sy dng
dung dch huyn phù, ví d trong trong công ngh sn xut sa bt, bt trng, cà
u to chyu ca h thng sy phun gm mch th, mt
bung sy hình tr trí các vòi phun và cu thu hi
sn phm. Dung dc phun thành dng sy, quá trình
sy din ra rn mc không kt nóng vt liu lên quá gii hn cho
 s dng tác nhân sy  nhi cao. Sn phc  dng
bt mn.
Nhi dòng khí có th n 750C và ch ph thuc vào tính chu
nhit ca vt liu. Dòng khí ra khi thit b sy phi qua h th thu
hi bi sn phm b lôi cun theo. Vic tun hoàn khí th  tit kim trong
ng hp này là không thc t vì quá trình thu hi bi s mt nhit rt nhiu.
m: sy nhanh, sn phc  dng bt mu hành
i thp, tháp st ln
c phòng sy ln mà vn tc ca tác nhân sy nh
 sy nh, tiêu tn nhing, thit b phc tp nh cu
phun và h thng thu hi sn phm.

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 11


3.2 Cấu tạo thiết bị sấy phun
 Cơn cấu phun (vòi phun)
Có chu (dng lng) vào bui dng ht mn
 quyt c các git lng và s
phân b ca chúng trong bung s  giá tr b mt truyn
nhit và t s cu phun có các d cu phun áp l cu
phun bu phun ly tâm. ng hp này ta s dng  ly tâm.

ng vi t 4000  20.000 vòng/phút, cht lng theo các rãnh
t lng. T  200 m/s).
 n. Cht l  chênh áp
không u chnh t ng.
Ưu điểm: có th làm vic vi bât k dch th nào k c bt nhão.
Nhược điểm: giá thành cao, b trí và vn hành phc tp.







Hình 1.2 c
 Buồng sấy
 n mu sy (d  y (không khí
nóng). Bung sy phun có th có nhiu hình d bin nht
là bung sy hình tr  c bung sy (chi ng

c thit k ph thuc vào kích c các ht lng và qu o chuyn
ng ca chúng, tc ph thuc vào lo c dng. Da vào s
chuyn ng ca dòng nguyên liu và tác nhân sy trong bung sy ,ta chn
c sy cùng chiu.
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 12
Dòng nguyên liu và tác nhân sy chuy ng cùng chiu (cocurrent
u phun nguyên liu và ca vào cho tác nhân sc b trí trên
nh bung sy. Dòng nguyên li cu phun tn
vi tác nhân sy và di chuyn xuy bung sy. C ba lo cu phun
(ly tâm, áp lng) u có th áp dng hp này. Nhit 
bt sn phm thu c s tht  tác nhân sy ti ca vào bung sy.
ng hp này rt thích hp cho nhng nguyên liu mn cm vi nhit
. ng hp ph bin nhc s dng trong công nghip thc
phm.
 Tác nhân sấy
Không khí nóng là tác nhân sy thông dng nh    
nhit ph bin nht. Nhi  dng dao ng trong khong 100-
150C. Nhi trung bình ca không khí nóng thu c th 
s dng là 100C. Nu cn nhit  s dng khói lò làm tác nhân
gia nhit không khí, ng hp này ta dùng khói lò.
 Hệ thống thu hồi sản phẩm
Bt sau khi sy phun c thu hi ti ca ng s tách sn
phm ra khi ta có th s dng nhi
lng xoáy tâm, lc, l bin nht là ng xoáy tâm,
s dng cyclone.
 Hệ thống quạt hút
 ng tác nhân si ta s dng qut ly tâm.  quy mô
công nghip, các thit b sy phun c trang b h thng hai qut. Qut chính
t sau thit b thu hi bt sn phm t dòng khí thoát. Còn qut ph t

c thit b gia nhic khi vào bung sm ca vic s
dng h thng hai qui ta có th kim soát d dàng áp lc trong bung
sy.
3.3 Thuyết minh quy trình công nghệ sấy phun
Nguyên lý làm vic ca thit b sy phun là quá trình sy thc hin bng
cách phun vt liu (cht l n phù) thành ht nh 
t do trong bung sy. Môi cht sc thi vào và
chuyng cùng vi vt liu và sy khô vt liu. Nh quá trình phun vt liu
thành ht nh nên b mt tip xúc gia vt liu và môi cht sy rt lng
 sy cao, thi gian sy ngn vài chc giây).
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 13







Hình 1.3: S h thng sy phun
1. Bung sy.  cu phun mu.
2. Caloriphe. 6. Cyclon thu hi sn phm t khí thoát ra.
3. Thùng cha nguyên liu cn sy. 7. Cyclon vn chuyn sn phm.
u. 8. H thng qut hút và màng lc.
Nguyên liu t thùng ch ng sy (1),
khi vào bung sc phân b mu thành ht nh li ti (dng mù) nh  cu
phun. Không khí nóng thng sy. Không khí nóng
và nguyên liu  dng mù tip xúc vi nhau trong vài giây t cu phun mu (5)
t trong bung sc t nguyên liu bn phm
c thu gom tc làm ngui và thu hi. Mt phn bi

m lc vi (8) nhm thu hi li các
ht bi mn còn sót li và thi ra ngoài.
4. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY PHUN
4.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng
4.1.1 Cân bằng vật chất
G
1
=500[Kg/h]: Nt nhp liu.
W
1
=70 u ca vt liu.
W
2
 m ca vt liu sau khi sy.
t bm, [Kg m/h].
G
2
t ca sn phc, [Kg/h].
ng không khí tiêu hao. [Kg kk/h].

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 14
ng chi nên ta có:
G
1
(100-W
1
)= G
2
(100-W

2
).
 G
2
=G
1




= 1000


= 154,6 [Kg/h].
ng m tách ra trong quá trình sy:
W = G
1
-G
2
= 500  309,3 = 345,4 [Kg/h].
4.1.2 Cân bằng năng lượng
a. Quá trình sấy lý thuyết
Tác nhân sy là không khí nóng c qut hút t không khí bên ngoài vào c
làm sng khói lò trong h thng calorife.
Chn các thông s u t
0
= 27
o
C, 
0

=0,8

1
= 270
o
C.
Sau khi ra khi bun sy phun t
2
= 110
o
C.
Áp sut bão hòa ca không khí:
P
bh
= exp{12-


} (bar) (CT 2.31/31 [3])
 cha không khí:
d

= 0.621




(Kg m/ kg kk) (CT 2.18/28 [3])
Entanpy ca không khí:
h = C
pk

.t + d(r
h
+ C
pa
.t) ( KJ/kg kk) (CT 2.24/29 [3])
Khng riêng ca không khí m:
 = 1.293.



(1- 0.378.P
b
) (Kg/m
3
) (CT 1.11/15 [4])

pk
= 1,004 kJ /(kg.K) nhit dung riêng ca không khí khô.
C
hn
= 1.842 kJ/(kg.K) nhit dung riêng cc.
r
h
=2500 kJ /kg n nhic.
P
b
(bar) áp su.
 Không khí trước khi vào buồng đốt
Vi t
0

= 27
o
C, 
0
=0,8 => P
bh0
=0.0355 bar, d
0
= 0,0183 Kg m/kg kk, h
0
= 73,7
KJ/kg kk
0
= 1,164 Kg/m
3
.
 Không khí vào buồng sấy
Vi t
1
=270
o
C, d
0
=d
1
=0,183 Kg m/ kg kk => 
1
= 0,0005, P
bh1
= 56,5 bar, h

1
=
325,83 KJ/kg kk
1
= 0,643 Kg/m
3
.
 Không khí cuối quá trình sấy
Chn t
2
=110
o
C, h
2
=h
1
=325,83 KJ/kg kk => d
2
=0,0797 Kg m/ kg kk, 
2
= 0,08,
P
bh2
=1,414 bar, 
2
=0,882 Kg/m
3
.

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng

SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 15













Hình 1.4 :  th log h-d cho quá trình sy không có không khí h.
Bng 1 : Thông s trng thái ca không khí trong quá trình sy
Thông s
Trng thái
T(
o
C)
d(kg m/ kg
kkk)
h(kJ/kgkkk)
 (kg/m
3
)
0
27
0,0183

73,7
1,164
1
270
0,0183
325,83
0,643
2
110
0,0797
325,83
0,882

 ng không khí ca quá trình sy lý thuyt
 ng không khí riêng cn cho quá trình sy:
l
o
=





=


= 16,3 [kg kkk/ kg m]. (CT 7.14/131 [3])
 ng không khí cn cho quá trình sy:
L
o

= l
o
.W

= 16,3.345,4= 5630 [kg kkk/h]. (CT 7.13/131 [3])
 Nhing tiêu hao
q
0
= l
o
(h
1
-h
0
) = 16,34.(325,83-73,7)= 4120 [KJ/kg m].
Q
o
=L
o
(h
1
-h
0
) =4120.(325,83-73,7) = 1038776 [KJ/h]. (CT 7.15/131 [3])
b. Quá trình sấy thực
Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:
Q
vl
= G
2

C
p trung bình
(t
2vl
 t
1vl
) = 154,6.2,763.(70  30) = 17086 (KJ/h).
Vi C
p trung bình
= 2,763 c tính theo công thc C
p
= 3641,7 +
1,67636.T   
u
= 3,472kJ/kg.K, C
p cui
= 2,054kJ/kg.K
 q
vl
= Q
vl
/W = 17086 / 345,4 = 49,5 (KJ/kg m). (CT 2 [3])
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 16
t
1vl
= 30
o
C nhi dung dch vào
t

2vl
= 70
o
C nhi dung dch ra
Nhiệt lượng do ẩm mang vào:
Q
a
= W.C
n
.t
1vl
= 345,4. 4,186.30 = 43375 [KJ/h]
Gi s nhit tn thng là 3% tng lng nhit:
Q
mt
= (Q
o
+ Q
vl
 Q
a
).3%
= (1038776+1708643375).0,03 =30375[kJ/h]
q
mt
= Q
mt
/W = 30375/345,4= 87,94 [kJ/kg m] (CT 5.14/61 [3])
Các tn tht nhit :
 = C

n
.t
v1
 q
mt
 q
vl
= 4,186.30  87,94 49,5 = 11,86 [kJ/kg m].
 h
2
< h
1
: trng thái ca tác nhân sy sau quá trình sy thc nm ng
h = h
1

c. Tính lại các thông số quá trình sấy thực

Ta có:

  
































(9.24/281 [8])
 ng không khí tiêu hao riêng thc t
l
o
=






=


= 16,37 Kgkkk/Kg m
 ng không khí tiêu hao thc t
L’
o
= 16,37.345,4= 5654 Kgkkk/h
  i sau sy th
2


2
=








= 0.08
 Nhing tiêu hao do calorifer cung cp
Q
o
= L
o

.(h
1
-h
0
) = 5654.(325-73,7) = 1420850 KJ/h
 Nhing có ích:
Q
hi
= W(2500+1,842.t
2
 4,18.t
vl
)= 890172 [kJ/h]
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 17
 Hiệu suất sấy
 =



=


 63%

4.2 Tính toán thiết bị sấy phun
4.2.1 Đường kính thiết bị sấy
 Ch u
 ng 
d

= 150cm
 S vòng quay n = 16000 vòng/phút
 Vn tc dch chv = 2,5m/s
 S m = 0,0757. (1-0,002.t
vl
)
= 0,0757.(1-0,002.30) = 0,07(kgf/m) (Tr 13/[9])
 
c
= 1000  0,036.T  0,004.T
2

cà phê
= 1654  1,79.T  0,0063T
2
vi
t(
o

c
= 995,32 kg/m
3

cà phê
= 1594,63 kg/m
3

dd vào
= 1122
kg/m

3
ti nhi t = 30
o
C, 
c
= 997,9 kg/m
3

cà phê
= 1498 kg/m
3


cà phê ra
= 1476 kh/m
3
ti t = 70
o
C
 
tb
cà phê = 1299kg/m
3
. (CT2/1/[7])

 ng kính trung bình ca ht cà phê sau khi phun:
d
r
=









= 






= 57  (CT6.126c/218 [4])
 Bán kính tán phun:




= 1,195.10
3
.Re
1,13
.(











)
0,4
µ
k
=30.10
-6
[m
2
/s nhng lc ca TNS  nhi t

=270
o
C.

k
= 0,044]: h s dn nhit ca TNS  nhi t

=270
o
C.
t
1
=270
o
C: nhi ca TNS vào bung sy.

t

= 52
o
C: nhi t ca vt liu.(tra gi không khí m i-d).

dd
=0,0096 (N.s/m
2
)  dd phun.
 
dd
= 




dd).
 Re =





=




= 16.6





= 1,995.10
3
.16,6
1,13
.(



 
)
0,4
= 19597,4 (CT 6.125a/218 [4])
 

= 57.10
-6
.19597,4 = 1,11 m
 
D

 (1,5 ÷ 1,7) D

( Tr 161 [9] )
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 18
 D


= 1,7.1,11.2 = 3,77 m
D

= 3,8 m
 



= 11,34 m
2

4.2.2 Thể tích thiết bị sấy
V
ts
=



(CT 13.16/273 [3])


G
a
: 

3


2

t
1
,
o
C
130150
300400
500700
A, kg/m
3
.h
24
612
1525


t
1
= 270
o
6 kg/m
3

ts
=


 58m
3
.

 
ts
=


=


 5,2m

Xác định nhiệt lượng VLS nhận được Q:
Q = W(2500+1,842.t
2
-4,186.t
v1
) + Cp.G2(t
vl2
-t
vl1
) (CT 13.18/273 [3])
= 345,4.(2500+1,842.110-4,186.30) + 2,763.154,6.(70-30)
= 907196 [kJ/h].
v
k1
= 4,64.10
-3
.(0,621 + d
1
)(t
1

+ 273) (280 tran van phu)
v
k1
= 4,64.10
-3
.(0,621 + 0,0162)(270 + 273) = 1,61 m
3
/kgkk
v
k2
= 4,64.10
-3
.(0,621 + d’
2
)(t
2
+ 273)
v
k2
= 4,64.10
-3
.(0,621 + 0,0763)(110 + 273) =1,24 m
3
/kgkk


=











=






= 0,2 m/s


 tính
theo công  v
cb
=















=













= 0,09 m/s. (CT4.11/168 [6])
 





=


 18 giây (CT 13.24/277 [3])

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 19
V
ts
=





:
 
hi
+ C
vl
.G
2
.(t
vl2
t
1
) =
890172 + 2,763.154,6.(70-30) = 907258
 
tb

S:
270
o


o
C
30
o
C  70
o
C

1
=240
o
C 
2
= 40
o
C
 
tb
=









=





= 112
o
C (CT V.8 /5 [2])

 
v


v
= 6,615.10
-3
.







(













(CT 13.31/276 [3])

k
=0,0 
o
C , G
1
= 500kg, F = 11,34
m
2

1

2
= 0,09, 
tb
cà phê = 1299kg/m
3
.
 
v
= 142
o
C
 V

ts
=


= 58 m
3

ts

nón góc 60
o
 10m

4.2.3 Tính bền cho thiết bị sấy
 Thân thit b
Vì tháp hong  áp sung nên ta thit k thân hình tr bng
pháp hàn giáp mi hai phía.
 m bo chng ca sn phm và kh a các tác
nhân nhit m vi thit b, ta chn vt liu ch to thân tháp là thép không g
X18H10T.

Các thông s ca thép X18H10T (tra bng XII.4/310[2])
Khng riêng : 
H s dn nhit : 
Gii hn bn kéo : 
k
= 540 x 106N/mm
2
Gii hn bn chy : 
c

= 220 x 106N/mm
2
H s bn mi hàn 
h
: chn hàn t i lp thuc, hàn giáp mi, 2 phía.
Vn 
h
= 0,95.
H s hiu cht b thuc nhóm 2, loi II, chn .
ng sut cho phép gii hn bn kéo
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 20
[
k
] = .




= 1.



= 208. 10
6
[N/m
2
] (VIII.1/355 [2])
ng sut cho phép gii hn chy:
[

c
] = .




= 1.



= 147. 10
6
[N/m
2
]
Ta ly giá tr t qu vc ca ng su tính
toán tip.
Ta có:





h
=




0,95 = 1424 > 25

Vy b dày ti thiu cnh theo công thc: (CT 5-3/96 [5])
S’ =








=





= 1,33.10
-3
m


D
t
ng kính trong ca thit b [m].

h
: h s bn mi hàn.
C: S b  chiu dày [m]
P : áp sut trong thit b [N/m
2

].
Các h s b c:
C
a
: vì vt liu bn làm viêc t 15  n 1mm
C
b
: b qua h s bào mòn
C
c
: chn 2 mm b sung sai lch khi ch to, lp ráp.
B dày thc ca tháp sy: S = 1,97 + C = 1,33+1+2 = 4,33mm
Chn S = 5mm
Kim tra b dày tháp: (VIII.26/365 [2])
 =












=















= 175,1.10
6




= 183.10
6
.

o
: áp sut th
p
o
= p
th
+ p
1

= 0,2. 10
6
+ 0 = 0,2.10
6
[N/m
2
] .
p
th
: áp sut th thy lc tra bng XIII.5
p
1
: áp sut thc
Vy b dày tháp sy là 5mm
 p thit b:
 Chn np phng ghép bng bulông.
S = D
t
.



 (CT6-51/138 [5])
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 21
 p là áp sut tính toán trong thit bng hp này chính là áp
sut phân b trên np thit b), N/mm
2
.

Gi s np dày 10mm  m
np
.4,01
2
/4  998kg
vi 
3
, V din tích np thit b, trên np có thit k thêm
c cha khop  2000kg
= 20000N. Din tích trên b mt np là: S = .4010
2
/4 = 12629281mm
2
p =


= 1,6.10
-3

N/mm
2
m nguy him nht là nm  tâm np
t   c
chn b dày np l dày tính toán.
 
2
là ng sut cho phép ca vt liu.
 D
t
ng kính trong ca np.

 K = 0,18 (Tr 138 [5])
 S = ng nên
tm chp nhn.
 Chng nón góc  
o

hàn không un mép:





h
=




=



=







= 1,54.10
-3
m  = 4,54mm chn S = 5mm. (CT6-19/130[5])
 Tính s bulông và chn mt bích:
 Bulông và bích ni thân
 






 bulông cn thit phi la bi s ca 4
D
o
= D
tb
+ b ng kính ngoài ca vòng bulông.
c bulông (khong cách gia các bulông).
D
tb
ng kính trung bình cm.
b: b rng thc cm.
Vì thit b hot ng  áp sut khí quyn nên ta chn t s x/d
b
=5 D
o
=
3,8+0,6+0,15= 3,875
b

= 36mm n bulông M36.
Chn bích phng 
Chn 3 tm thép tm Q345B c
2000mx12000m có 2 mt bích ni thân, 1 mt bích
ni np và 1 mt bích ni v
 Bulông và bích ni vi các b phn khác
 Chng dn khí vào có D =
ng
kính bulông d
b
=16mm chn M16, chiu dài ng
bích d=150mm ,ng khí ra bng khí vào. (Tr 434 [2])
Hình 1.5
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 22
 ng tháo sn phm vi cà phê 1498kg/m
3
 xp  
tháo
=
0,3m/s, m
tháo
= 154,6kg/h ch tháo liu ca hãng
Young loi 5  LH, rotor kiu B có s vòng quay 90 vòng/phút vi d
y
=
215mm , mt bích có 12 bulông M16.
4.2.4 Tính tổn thất nhiệt và cách nhiệt cho thiết bị
Q
mt

= K
L
.L
 K =








































( V6 P1/4 [2])


1
: h s cp nhit t n thành thit b

2
: h s cp nhit t thành thit b ng bên ngoài
d
1
: ng kính trong ca thit b
d
2
ng kính ngoài ca thit b không tính cách nhit
d
3
ng kính ca thit b có cách nhit

d
4
ng kính ngoài ca thit b có lp bao cách nhit
 s dn nhit ng vi tng lp
Xác định α
1
: gồm cấp nhiệt tự do và cưỡng bức.
Ch  chuyng ca không khí trong thit b:
Re =





=



= 22686 > 10
4
  chy ri
 H s cp nhing b
1
’
Nu=0,018 .Re
0,8

1
(V42/16 [2])


1
=1,41 h s hiu chn t s gia ching kính.
Tra bng V.2/15[2] 22686
0,8
.1,41 = 77,5 
1
=





k
= 0,0385 
tbt
= 190
o
C.

1
=


= 0,785[W/m
2
]
 H s cp nhi 
1
’’

Nu = 0,47.Gr
0,25
= 0,47.[












]
0,25
= 0,47.[








]
0,25
= 252


1
’’ = =



=


= 2,55 [W/m
2
]. (V78/24 [2])
 H s cp nhit tng quát t n thành tháp là:

1
= 
1
’+ 
1
’’=0,785+2,55= 3,34 [W/m
2
].


 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 23
Xác định α
2
: gồm cấp nhiệt tự do và bức xạ nhiệt.
 H s cp nhit t ng t nhiên 
2

’
Nh ngoài thành thit b chn t=55
o

tbn
=0,5.(55+27)=41
o
C
 = 2,8.10
-2
(W/mk) : h s dn nhit không khí,  =17.10
-6

nht không khí  t
tbn
= 41
o
C
Nu = 0,47.Gr
0,25
= 0,47.[













]
0,25
= 0,47.[








]
0,25
= 257

2
’ = =



=


= 1,89 [W/m
2
].
 H s cp nhit t ng do bc x nhit 

2
’’

2
’’ =



















= 
2
’’ =













(V135/41[2])
= 5,5 [W/m
2
.độ].
 H s cp nhit tng quát t thành ra ngoài không khí là:

2

2
’+ 
2
’’=1,89+5,5= 7,39 [W/m
2
].
Vt liu là thép không gh 
1
= 16,3 ),  = 6mm gm
1mm bc bên ngoài lp cách nhit.
Chênh lch nhi trung bình ging trong thit b ng
xung quanh: 
1

= t
1
- t
n
=270-27=243
o
C

2
= t
2
 t
n
= 110-27=83
o
C
  =









=





= 130
o
C
Chn lp cách nhit là bông thy tinh có h s dn nhi
2
= 0,037 (W/m
).
d
1
=3,8m , d
2
=3,81m, d
3
=3,81+x, d
4
=3,812+x
Q
mt
30375kJ/h =































(V7/4 [2])

Tính li nhing tn tht Q
mt
= 5,2.130.13,5 = 9126W = 9,1KW
 Vy vi lp bông thy tinh dày 60mm thì tn tht nhi   ng
khong gn 3%.
4.3 Tính toán thiết bị phụ
4.3.1 Tính calorifer khói lò
t b G

2
o = 5654 [kg/h] = 1,57 [kg/s]
Nhi không khí ban bu là t
1
=27
o
C c gia nhin
 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 24
t
2
= 280
o
C (xem tn tht nhit t n tháp là 10
o
C) Chn loi ng thép
dùng làm ng truyn nhit có h s dn nhit   ng kính ng
d
2
/d
1
= 40/34 mm. t song song, c ng: s
1
= s
2
= 1,5 d
2
.
Nhi trung bình ca không khí trong calorifer t
tb

= 0,5.(280+27)=153,5
o
C
Q
2
= G

2
.C
p
(t
2
-t
1
) = 1,57.1,016.(280-27)=404 KW vi C
p
= 1,016 ti
153,5
o
C
Nhi ca khói lò sau khi hòa trn khong 500
o
C , nhi i
nhit vi không khí gi s là 350
o
C, suy ra t
tb
= 425
o
C.

Nhing mà khói lò truyn cho không khí là: Q
1
= G
1

pkl
.(t
2
-t
1
) , b qua tn
tht nhit thì nhing nhing mà không khí nhc.
vi C
pkl
, Q
1
= Q
2

1

 ng thép vi  = 6m/s 


=



= 3238, vi
Re = 3238 tra gi ta có Nu/pr

0,43
= 8 vi v = 63.10
-6
m
2
 nhng hc,
Pr=0,635 ca khói lò ti t
tb
=425
o

0,43
= 6,6, t  s
cp nhit ca khói lò là 
kl
=


vi 
kl
=   
kl
= 11,45
W/(m
2
)
 V  
k
=0,036 [], v
k

=29.10
-6
m
2
/s nên
   3724    

Re
0,65

= 0,21.1.3724
0,65
=44 (vì

ng xp thng
i nhit vuông góc).

kk
= Nu./d
ngoài
= 44.0,036/0,04 = 39,6 w/m
2

 H s truyn nhit tng quát cho calorifer
K =












=









= 8,87 W/m
2

  chênh lch nhitrung bình logarit:
          i nhit giao
dòng vi nhau mt cách hn do trong calorifer có nhiu ti
ng ca dòng không khí phía ngoài ng . Lúc này chênh lch nhi trung
bình s lng hp xuôi chi ng hc chiu
c tính theo công th
ng


ng
= 425  153,5= 271,5

o
C, chn  = 0,96 (tính và chn theo s tay).
Thay vào 
ng
= 217,5.0,96 =260,64
o
C
Tng din tích b mi nhit:
F =


=



= 175 m
2

 án Quá trình & thit b GVHD: Lê Th Kim Phng
SVTH: Nguyn Tn Vinh Trang 25
Chn chi ca ng L = 2
1 ng
= 2.d
tb
.L = 0,465m
2

Tng s ng cn thit cho thit b là: n =



=


=376 ng , b trí s hàng
bng s ct 

 =

 =20 hàng = ct
Khong cách gia        c ng: s =
1,5.0,037 = 0,055 m
Chiu rng thit b : B = 0,055.20+2.0,01 = 1,12 m = A chiu cao thit b
Lượng nhiệt tiêu tốn
 ng không khí cn thit cho quá trình sy: G
2

 Nhiên li t là du FO có thành phn ch yu là các paraffin t
C14  C17
Bng 3: Thành phn ph cha trong du FO
Nguyên t
C
H
O
N
S
A
W
Ph
82,98
12,38

0,74
1,12
2,77
0
0,01

Lo= 0,115C + 0,346.H + 0,043( S  O) = 0,115.82,98 + 0,346.12,38 +
0,043.(2,77  0,74)= 13,9 kgkkk/kg nhiên liu (VII.38/111 [2])
Nhit tr cao ca du FO
Theo công thc Mendeleep:
Qc = 339.C + 1256.H  109.( O  S) (VII.37/110 [2])
= 339.82,98 + 1256.12,38 - 109.( 0,74  2,77)
= 43900 [ KJ/Kg ]
Sau khi cháy vi du tr c dn vào bung hoà trn vi
 có nhi mong mu
bi h s  ca không khí:
 =

















 























(VII.39/111 [2])



bd
: Hiu sut ca bu
bd
= 0,9 )
Qc: Nhit tr cao ca nhiên liu .
C
nl
,t
nl
: Nhit dung riêng và nhi ca nhiên liu.(C
nl
= 1,8kJ/kg) (Tr192 [1])
C
pk
,t
k
: Nhit dung riêng và nhi ca khói lò sau bung hòa trn (C
pk
= 1,182
KJ/kgK).
h
a
, h
ao
:Enthanpi cc cha trong khói lò sau bung hoà trn và enthanpi
ca không khí ngoài tri (h
a
=3421kJ//kg, h
ao
= 2550kJ/kg vi h = 2500+1,842.t)

d
o
,t
o
: Hàm m và nhi u ca không khí (do = 0.0183 kg/kg kk khô)
c có trong nhiên liu.
A : ng tro có trong nhiên liu.