Niên luận Thiết kế hệ thống sấy cà phê thùng quay năng suất nhập liệu 250kg cà phê khô một giờ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Ngày nay, ở nước ta, năng suất cao nhờ sự giúp đỡ của
nhiều loại máy móc hiện đại. Sản lượng lương thực, thực
phẩm hàng năm không những đủ dùng, mà còn xuất khẩu đi
nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, các loại lương thực, thực
phẩm đều dễ bị hư hỏng nếu không được bảo quản tốt. Do đó
muốn bảo quản lương thực, thực phẩm được lâu dài để có thể
dễ dàng vận chuyển đi xa cần có điều kiện bảo quản thích
hợp.
Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật
sấy vào ngành công nghiệp thực phẩm nhằm kéo dài thời gian
bảo quản và làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như:
trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô. Nước ta là nước
nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các
nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết
kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy
phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng
cao nhất. Đặc biệt là sấy cà phê nhân, đó là thành phẩm để chế
biến cà phê bột, cà phê sữa, các loại bánh cao cấp,...
Do đặc thù của cà phê nhân khi sấy phải giữ được mùi
thơm và màu sắc đặc trưng nên ta có thể dùng các thiết bị sấy
như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm,...
Trong đồ án này, nhóm em có nhiệm vụ thiết kế hệ thống
sấy cà phê thùng quay năng suất nhập liệu 250kg cà phê
khô/giờ.
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống
sấy mang tính đào sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu
tham khảo còn hạn chế nên nhóm em không thể tránh khỏi sai
sót trong quá trình thiết kế. Nhóm em xin chân thành cảm ơn

1


sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Cô Lê Nguyễn Tường Vi để
nhóm có thể hoàn thành đồ án này.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VÀ PHƯƠNG
PHÁP SẤY
1.
1.1.

SƠ LƯỢC VỀ CÀ PHÊ
Đặc điểm
1.1.1 Nguồn gốc của cà phê
Cà phê (gốc từ café trong tiếng Pháp) là một loại thức uống
màu đen có chứa chất caffein và được sử dụng rộng rãi, được
sản xuất từ những hạt cà phê được rang lên, từ cây cà phê. Cà
phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9, khi nó được
khám phá ra từ vùng cao nguyên Ethiopia. Từ đó, nó lan ra Ai
Cập và Yemen, và tới thế kỉ thứ 15 thì đến Armenia, Ba
Tư, Thổ Nhĩ Kỳ và phía bắc Châu Phi. Từ thế giới Hồi giáo,
cà phê đến Ý, sau đó là phần còn lại của Châu
Âu, Indonesia và Mĩ. Ngày nay, cà phê là một trong những
thức uống thông dụng toàn cầu.
Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50 quốc gia trên
thế giới, trong đó có một số nước xuất khẩu cà phê. Hạt cà
phê được lấy từ hạt của các loài cây thuộc họ cà
phê (Rubiaceae). Ba dòng cây cà phê chính là
-

Coffea arabica (Cà phê Arabica) – cà phê chè, cà phê Blue
Mountain;
Coffea canephora (Cà phê Robusta) – cà phê vối;
Coffea excelsa (Cà phê Liberia) - cà phê mít.

Với nhiều loại khác nhau, chất lượng hay đẳng cấp của cà phê
khác nhau tùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng
khác nhau.
1.1.2.

Gía trị dinh dưỡng của cà phê

Cà phê là sản phẩm được chế biến từ nhân cà phê, qua các
công đoạn chế biến ta được cà phê dạng bột có hương vị thơm
ngon đặc trưng.
2


Cũng như chè, cà phê có tác dụng kích thích thần kinh làm
cho đầu óc tỉnh táo là do có chất cafein. Cà phê còn chữa
chứng đau đầu, choáng váng cho phụ nữa. Cà phê kích thích
đại não và tủy sống, đồng thời làm tăng hoạt động của cơ tim,
giảm lượng cacbonic ứ đọng trong phổi và góp phần loại bỏ
nhiều cặn bả vào nước tiểu.
1.1.3.

Tình hình sản xuất cà phê tại Việt Nam

Việt Nam là nước đứng đầu thế giới về sản xuất cà phê vối
và đứng thứ ba về xuất khẩu cà phê. Ngày 26/3/1991 Việt

Nam chính thức gia nhập tổ chức quốc tế cà phê (ICO).
Ngày 13/10/1992 Hội đồng bộ trưởng đã ký nghị định 174
HĐBT thành lập liên hiệp các xí nghiệp cà phê thuộc Bộ
Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Trong thập niên: 19902000 diện tích trồng và sản lượng cà phê ở Việt Nam tăng
đáng kể (Bảng 1)
Năm
1991
1992
1993
1994
1995
1997
2000

Diện tích
(nghìn ha)
115
103.7
101.3
123.9
186.4
340.4
400

Sản lượng
(nghìn tấn)
100
119
136
180

218
420
550

Xuất khẩu
(nghìn tấn)
93.5
116.2
122.7
176.4
120
389
514

Bảng 1. Diện tích trồng và sản lượng cà phê Việt Nam => tên
bảng để phía trên bảng
(Nguồn: />
Vài năm gần đây cà phê chè đã được chú trọng phát triển ở
một số tỉnh miền Bắc như Sơn La, Tuyên Quang, Bắc Thái,
Vĩnh Phú, Lai Châu, Lạng Sơn,...nhưng chưa đáng kể.
Khuynh hướng phát triển cà phê ở Việt Nam hiện nay là
không tăng diện tích nhưng thâm canh tăng năng suất cà phê
Robusta là dòng sản xuất chính của các tỉnh phía Nam vì dễ
thích nghi, năng suất cao, nhưng cà phê Arabica dễ bán và có
giá trị cao hơn.
3


Hơn một thế kỉ trôi qua, kể từ khi cây cà phê được trồng
đầu tiên trên đất nước ta, đến nay cây cà phê đã trở thành cây

công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.

1.2.

Cấu tạo quả cà phê
Qủa cà phê gồm những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp
vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân.

Hinh 1. Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê
(Nguồn: Đồ án môn Kỹ thuật sấy – Trần Văn Vang)
-

-

-

-

-

Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà
phê chè (arabica) mềm hơn cà phê vối (canephora hoặc robusta) và
cà phê mít (excelsa).
Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè
mềm, chứa nhiều chất ngọt dễ xay xát hơn. Vỏ cà phê mít cứng và
dày hơn.
Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phôi khô gọi là cà phê thóc,
vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ “trấu”
tức là nội bì. Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn cà phê
vối và cà phê mít.

Xát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có
màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê
chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá
trình chế biến. Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt. Vỏ lụa cà phê mít
màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê.
Trong cùng là nhân cà phê. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có
những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. Phía trong có

4


những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc
3 nhân. Thông thường thì chỉ có 2 nhân.

Các loại vỏ và nhân
-

Cà phê che
(%)
43 – 45
20 – 23
6 – 7,5
26 – 30

Vỏ quả
Lớp nhớt
Vỏ trấu
Nhân và vỏ lụa

Cà phê vối

(%)
41 – 42
21 – 42
6–8
26 – 29

Bảng 2. Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê (tính theo
% quả tươi)
(Nguồn: Đồ án môn Kỹ thuật sấy – Trần Văn Vang)
1.3.

Cấu tạo của nhân cà phê

Phôi

Mô dinh
dưỡng
Hinh 2. Cấu tạo của nhân cà phê
(Nguồn: Đồ án môn Kỹ thuật sấy – Trần Văn Vang)

Bao gồm:
-

Phôi
Mô dinh dưỡng
1.3.1. Thành phần cà phê hóa học của nhân
Thành phần hóa học
-

Nước

Chất dầu
Đạm
Prôtein
Cafein

-

Clorogenic axit

Tính bằng
g/100g
8 – 12
4 – 18
1,8 – 2,5
9 – 16
1 (Arabica),
2 (Robusta)
2
5

Tính bằng
mg/100g


-

Trigonelline
Tanin
Cafetanic axit
Cafeic axit

Pentozan
Tinh bột
Saccaro
Xenlulo
Hemixenlulo
Linhin
Canxi
Photphat
Sắt
Natri
Mangan

1
2
8–9
1
5
5 – 23
5 – 10
10 – 20
20
4
85 – 100
130 – 165
3 – 10
4
1 – 45

Bảng 3. Bảng thành phần hóa học của nhân cà phê
(Nguồn: Đồ án môn Kỹ thuật sấy – Trần Văn Vang)

1.3.2. Tính chất vật lý của cà phê nhân

-

Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thóc. Cà phê nhân có
hình dáng bầu dục, có chiều dài khoảng
1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm.
Khối lượng riêng
Nhiệt dung riêng c = 0,37 kcal/kg0C
Độ ẩm ban đầu của vật liệu: ,
Độ ẩm sau khi sấy của vật liệu:
Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép của cà phê nhân:

Trong đó:
th là nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt.
là thời gian sấy
Ta chọn thời gian sấy là: τ = 20 phút (Theo Tính toán và
thiết kế hệ thống sấy – PGS.TSKH. Trần Văn Phú).
là độ ẩm trung bình:

Vậy:
1.4.

Giới thiệu các phương pháp sản xuất cà phê nhân
6


Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp bao vỏ
bọc quanh hạt nhân cà phê để thu được cà phê nhân. Để cà
phê nhân sống có một giá trị thương phẩm cao chúng ta phải

sấy khô đến mức độ nhất định (độ ẩm mà nhà chế biến yêu
cầu). Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn
như chế biến cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hòa tan. Hoặc
các sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, các loại bánh
kẹo cà phê.
Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân có 2 phương pháp
chính:
- Phương pháp sản xuất ướt
- Phương pháp sản xuất khô
+ Phương pháp sản xuất ướt: gồm 2 giai đoạn chính
• Giai đoạn xát tươi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các
chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô đến mức độ nhất định.
• Giai đoạn xay xát, loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ
lụa, tạo thành cà phê nhân.
+ Phương pháp sản xuất khô: chỉ có một giai đoạn chính
là sau khi phơi quả cà phê đến mức độ nhất định dùng máy xát
khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn
sản xuất cà phê thóc.
So sánh 2 phương pháp ta thấy:
Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng,
nhân công, nhưng phương pháp này có nhiều hạn chế là phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết. Nó chỉ phù hợp với nơi có điều
kiện khí hậu
nắng
nhiều
mưa
ít, không
Thu
nhận
và bảo

quản
quả cà đáp
phê ứng được những
yêu cầu về mặt chất lượng.
Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị
Sàng phân loại và làm sạch
và năng lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ
cũng như thao tác kỹ thuật cao hơn. Nhưng phương pháp này
Xát tươi
thích hợp với mọi hoàn cảnh , mọi điều kiện thời tiết khí hậu.
Đồng thời rút ngắn được Rửa
thời gian sản xuất, tăng năng suất
của nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm của cà phê
nhân.
Làm ráo
Hiện nay ở nước ta, các nhà máy, xí nghiệp sản xuất cà phê
nhân chủ yếu sử dụng Xát
phương
khô pháp khô (phương pháp cổ
điển).
1.5.
Quy trinh sản xuất cà phê nhân (phương pháp khô)
Thu được cà phê nhân
7

SẤY
Đóng bao đưa vào bảo quản


2.

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ MÁY SẤY THÙNG
QUAY
2.1.
Định nghĩa, phạm vi ứng dụng và phân loại
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra
khỏi vật liệu. Quá trình sấy có thể tiến hành tự nhiên bằng
năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời , năng lượng
gió…(gọi là quá trình phơi hay sây tự nhiên). Dùng các
phương pháp này chỉ đỡ tốn nhiệt năng nhưng không chủ
động diều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kĩ
thuật sấy, năng suất thấp … Bởi vậy trong ngành công nghiệp
người ta thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo bằng nguồn
năng lượng do con người tạo ra.
Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kĩ thuật sấy cũng
chia ra:
- Sấy đối lưu: Phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật
liệu sấy với không khí nóng khói lò … (tác nhân sấy).
- Sấy tiếp xúc: Phương pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp
xúc trực tiếp với tác nhân sấy.
8


- Sấy bằng tia hồng ngoại: Phương pháp sấy dùng năng
lượng của tia hồng ngoại, do nguồn nhiệt phát ra truyền cho
vật liệu sấy
- Sấy bằng dòng điện cao tần: Phương pháp sấy dùng năng
lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ
chiều dày lớp vật liệu
- Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ

chân không rất cao, nhiệt đọ thấp nên độ ẩm tự do trong vật
liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không
qua trạng thái lỏng.
Ba phương pháp sấy cuối cùng ít được sử dụng trong công
nghiệp nên gọi chung là các phương pháp sấy đặc biệt.
Trong công nghiệp hoá chất và thực phẩm, công nghệ và
thệt bị sấy đối lưu và tiếp xúc được dùng phổ biến hơn cả,
nhất là phương pháp sấy đối lưu. Nó có nhiều dạng khác nhau
và có thể sấy được hầu hết các dạng vật liệu sấy.Theo kết cấu
nhóm thết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng sau:
- Thiết bị sấy buồng: Năng suất thấp, làm việc không
thường xuyên.
- Thiết bị sấy hầm: Năng suất sấy cao, làm việc bán liên
tục.
- Thiết bị sấy tháp: Sấy vật liệu dạng hạt như thóc ngô…
- Thiết bị sấy thùng quay: Năng suất không cao, sấy vật
liệu dạng cục, hạt và bột.
- Thiết bị sấy phun : sấy vật liệu dạng huyền phù như cà
phê tan, sữa bột…
- Thiết bị sấy khí động: Sấy vật liệu dạng bé, nhẹ và có
chứa ẩm bề mặt.
- Thiết bị sấy tầng sôi: năng suất cao.
2.2.

Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

9


Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục

chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ.
Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1- 6 o,
có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng
quay. Vật liệu vào sấy qua phễu nạp liệu.Vật liệu trong thùng
không quá 20 – 25% thể tích thùng. Sau khi sấy xong ,thành
phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Bên trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm
cho hiệu suất sấy đạt được cao hơn, phía cuối thùng có hộp
tháo sản phẩm còn đầu thùng cắm vào lò đốt hoặc nối với ống
tạo tác nhấn sấy.Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt
kín để không khí nóng và khói lò không thoát ra ngoài. Ngoài
ra còn có xyclone để thu hồi sản phẩm bay theo và thải khí
sạch ra môi trường.
Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở
bên trong thùng. Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có
lắp các cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700 – 1000mm, chiều dài
của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không
được >3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.Vận
tốc quay của thùng là 5–8 vòng /phút.
Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối vừa
có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diên thùng,
đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu
sấy và tác nhân sấy.Cấu tạo của đệm ngăn (Cánh trộn) Phụ
thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm cửa nó.
Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:
- Đệm ngăn mái chèo Nâng và loại phối hợp: Dùng khi sấy
những vật liệu cực to, ẩm , có xu hướng đóng vón. Loại này
có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1 – 0,2
- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.

- Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được
xếp trên toàn bộ tiêt diện của thùng được dùng để sấy các vật
10


liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn
nhiều lần, bề mặt tếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.
- Đệm ngăn kiểu phân khu: Để sấy các vật liệu đã được đập
nhỏ, bụi. Loại này chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 0,25
- Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 200oC thì dùng khói lò
nhưng không dùng cho nhiệt độ > 800oC.
* Ưu và nhược điểm của thùng sấy quay:
- Ưu điểm:
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt
giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cường độ sấy lớn, có thể đạt
100kg ẩm bay hơi/m3h.
+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn
toàn.
- Nhược điểm:
+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn.
Do đó trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản
phẩm sấy.

2.3.

Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay

11

6

7

13
8

14

4

1

5
10

15

11

9

3

3

2

12

Hinh 3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay
(Nguồn: Tính toán thiết kế hệ thống sấy- Trần Văn Phú)

1.Thùng quay

2.Vành đai đỡ

4.Bánh răng

5.Phễu hứng sản phẩm 6.Quạt hút

7.Thiết bị lọc bụi

8.Lò đốt

10.Mô tơ quạt chuyển động
13.Phểu tiếp liệu

3.Con Lăn đỡ

9.Con lăn chặn
11.Bê tông

14.Van diều chỉnh

12.Băng tải
15.Quạt thổi

Máy sấy thùng quay gồm 1thùng hình trụ (1) đặt nghiêng
÷

với mặt phẳng nằm ngang 1 6o. Toàn bộ trọng lượng của
thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (2).
Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ (3), khoảng cách
giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ (11) có thể thay đổi để điều chỉnh
các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lưu
vật liệu trong thùng .Thùng quay được là
nhờ có bánh răng (4 ). Bánh răng (4) ăn khớp với với bánh
răng dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ
giảm tốc.
Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua
phễu chứa (14) và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các
đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều nật
12


liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt
tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm
ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy tính chất và độ
ẩm của nó. Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong
÷

÷

máy sấy khoảng 2 3 m/s,thùng quay 5 8 vòng/phút. Vật liệu
khô ở cuối máy sấy đươc tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm (5)
rồi nhờ băng tải xích (13)vận chuyển vào kho.
Khói lò hay không khí thải được quạt (7) hút vào hệ thống
tách bụi,… để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải. Các
hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu trở lại băng tải xích (13). Khí
sạch thải ra ngoài.

2.4. Chọn phương pháp sấy
2.4.1. Chọn thiết bị sấy
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 ẩm dạng hạt kích thước nhỏ. Trong hệ
thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc với nhiều
tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ
đồng đều sản phẩm cao.
2.4.2. Giới thiệu phương pháp sấy nóng
Để sấy cà phê nhân, dùng phương pháp sấy nóng, tác nhân
sấy nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất
trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác nhiệt độ vật liệu sấy tăng
nên mật độ hơi trong các mao dẫn tăng lên do đó phân áp suất
hơi nước trên bề mặt vật sấy cũng tăng theo. Nghĩa là ở đây
có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy và môi
trường nhờ đó mà có sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu
sấy ra bề mặt và đi vào môi trường.
Có 2 cách để tạo ra độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật
liệu sấy và môi trường
-

Giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó.
Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy

13


Ở thiết bị sấy thùng quay các giai đoạn của quá trình sấy
phân bố ổn định theo chiều dài thùng. Trong thùng sấy, hạt cà
phê được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống.

Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực
hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm.
Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sấy sẽ được vận
chuyển đi dọc theo chiều dài thùng . Khi đi hết chiều dài
thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cân bằng cần thiết
cho quá trình bảo quản là 12%.

14


Chương 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.1. Dây chuyền sản xuất cà phê nhân theo phương pháp
khô
Nguyên liệu (cà phê quả)
Vỏ trấu

Thu nhận và bảo quản nguyên liệu
Phơi sấy
Vỏ trấu, tấm và hạt nhe

Sàng phân loại

Cà phê thóc hoặc quả khô

Tấm và hạt nhe

Cà phê quả khô
Tách tạp chất
Xay xát khô (bỏ vỏ trấu)

Cà phê tấm

Đánh bóng (bỏ vỏ lụa)
Phân loại theo kích thước

Chế biến riêng

Phân loại

Hạt > 6,3mm

Hạt > 5,6mm

Hạt > 5mm

P-loại theo trọng lượng

P-loại theo trọng lượng

P-loại theo trọng lượng

P-loại theo màu sắc

P-loại theo màu sắc

P-loại theo màu sắc

Phối trộn, cân, đóng bao
Nhập kho

Bảo quản

Hinh 4. Sơ đồ quy trinh sản xuất cà phê nhân theo phương
pháp khô
(Nguồn: />15


2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH
2.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu là các loại cà phê quả đã được thu hoạch, loại
cà phê chính được trồng ở nước ta là Robusta chiếm khoảng
97%, ở Daklak trồng gồm hai loại đó là Arabica và Robusta.
2.2. Thu nhận và bảo quản nguyên liệu
- Thu nhận nguyên liệu:
Cà phê được thu hái bằng phương pháp thủ công, chủ yếu
là thu hái bằng tay. Năng suất thu hái phụ thuộc vào nhiều yếu
tố: đầu vụ, giữa vụ, cuối vụ, cà phê non, cà phê già,...mức độ
điêu luyện của người hái, phương tiện trang bị cho việc thu
hoạch,...sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất hái.
Để đảm bào phẩm chất tốt, đồng thời tránh lãng phí vì rơi
rụng, hư hỏng việc thu hái cần đạt các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo đúng độ chín đồng đều của trái
+ Không làm rụng lá, nụ hoa đang hình thành để không
ảnh hưởng đến mùa thu hoạch năm sau.
+ Cần hái từng trái chín, không hái từng chùm hay suốt
lẫn trái còn xanh vì trái xanh cho nhân cho nhân nhỏ, màu đen
khi phơi khô và vị đắng.
+ Không thu hái những quả còn xanh vì lúc đó chất dự
trữ tập trung chưa đầy đủ, khó chế biến do vỏ lụa dính sát vào
nhân. Chú ý chỉ hái những quả chín để nâng cao chất lượng

sản phẩm.
+ Cần phân chia khu vực thu hái phù hợp với mùa chín
cà phê.
+ Không được làm tổn thương đến cây, quả cà phê trong
khi hái.
+ Giữ vệ sinh trong quá trình thu hái không được lẫn
các tạp chất như: đất, cát, cành, lá…vào trong nguyên liệu.

16


- Vận chuyển và bảo quản nguyên liệu.
Sau khi thu hái xong cần nên vận chuyển ngay về nơi chế
biến không nên ủ đống quá lâu làm cho cà phê bốc nóng và rất
dễ lên men làm cho vị chua. Ta có thể vận chuyển bằng mọi
phương tiện như xe bò, xe ô tô…Trong khi vận chuyển tránh
làm cho quả cà phê bị dập nát, tránh bị lẫn tạp chất, phần nào
bị lẫn nên mang đi chế biến trước.
Nguyên liệu sau thu hái nên chế biến càng nhanh càng tốt,
nếu chưa chế biến thì không được chất thành đống mà phải
được bảo quản ở nơi thoáng mát, có mái che và trải thành lớp
dày khoảng 30-40 cm trên nền sạch, khô, 2-3 giờ ta tiến hành
đảo trộn một lần. Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt
thường kéo dài không quá 36 giờ.
Mục đích của quá trình bảo quản này nhằm điều phối
nguyên liệu trong quá trình sản xuất. Tránh hiện tượng lãng
phí nhân lực, thiết bị đồng thời cũng đảm bảo được màu sắc
và hương vị của thành phẩm.
2.3. Phơi sấy
- Mục đích phơi sấy: Mục đích của quá trình này là hạ thủy

phần của cà phê xuống 10-12% để bảo quản tốt và thực hiện
các quá trình tiếp theo.
+ Phơi cà phê: Nếu điều kiện thời tiết cho phép thì phơi
cà phê vẫn là kỹ thuật được ưa chuộng hơn vì nó đơn giản và
ít tốn kém. Hơn nữa, tia cực tím của ánh nắng mặt trời có thể
tẩy trắng chất diệp lục trong hạt và làm giảm mùi ngái và mùi
cỏ trong cà phê. Cần giám sát quá trình phơi nắng cẩn thận vì
địa điểm phơi và thời tiết có ảnh hưởng lớn đến quá trình này.
Sân phơi nên được làm bằng xi măng sạch sẽ không bị rạn
nứt và bị cách xa khu vực chứa vỏ thải hoặc các chất thải từ
các khâu chế biến để tránh bị nhiễm khuẩn. Cần tránh phơi cà
phê trên nền đất vì cà phê dễ bị nhiễm khuẩn có trong đất. Cà
phê có rủi ro bị ướt lại cao khi phơi ngoài trời và là một trong
những nguyên nhân phát triển nấm mốc. Để tránh làm cà phê
ướt lại cần phản ứng kịp thời và phải che phủ cà phê không
17


cho tiếp xúc với nước mưa. Ngay khi trời khô ráo trở lại cần
nhanh chóng dỡ bỏ bạt phủ cho thoáng khí và tiếp tục phơi.
Nếu cà phê bị che quá lâu thì hạt sẽ bắt đầu “ra mồ hôi” và sẽ
nhanh chóng nhiễm nấm và các lỗi thử nếm sẽ phát sinh.
Ban đêm, khi nhiệt độ xung quanh xuống thấp làm hơi
nước ngưng tụ cần phủ bạt lên cà phê để tránh bị ướt lại.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phơi:
-

Nhiệt độ không khí.
Độ ẩm không khí.
Vận tốc không khí.

Loại sân phơi.
Chiều dày lớp nguyên liệu và số lần cào đảo trên sân.

+ Sấy cà phê bằng máy: Quản lý có hiệu quả nhiệt độ
và độ ẩm là vấn đề mấu chốt khi sấy cà phê. Sấy cà phê bằng
nhiệt độ quá lớn hoặc quá thấp sẽ không cho kết quả tốt. Nhiệt
độ sấy lý tưởng là từ 44-55oC. Chỉ cần tăng lên 1oC thì sẽ làm
giảm độ ẩm tương ứng của không khí xuống khoảng 5%. Điều
này cho thấy cần thận trọng như thế nào trong khâu khống chế
nhiệt độ.
Thời gian sấy dài hay ngắn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
-

Nhiệt độ không khí nóng và vận tốc không khí nóng.
Độ ẩm không khí bên ngoài.
Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu.

Thông thường phơi sấy sơ bộ cà phê quả tươi trước rồi mới
đem đi sấy khô chính thức.
2.4. Tách tạp chất
Cà phê quả khô sau khi phơi sấy thường có lẫn kim loại,
các tạp chất nhẹ như cành, lá, rơm rác và các vỏ vụng cà
phê… cho nên trước khi đưa vào máy xát khô, nguyên liệu
phải được làm sạch, tùy theo độ đồng đều của nguyên liệu mà
công đoạn tách tạp chất này là dễ dàng hay khó khăn, đơn
giản hay phức tạp. Đặc biệt chú ý đến các tạp chất khó làm
18


sạch để loại chúng ra, đồng thời phải áp dụng phương pháp có

hiệu quả nhất và kinh tế nhất.
Đối với phương pháp khô người ta thường dùng sàng rung
để tách tạp chất.
2.5. Xay xát khô
Cà phê sau khi phơi sấy xong bên ngoài có lớp vỏ trấu
chiếm 25-35% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là xenlulo
không góp phần tạo nên chất lượng của sản phẩm nên phải
loại ra.
Cà phê thóc sau khi xát khô ta được hỗn hợp gồm: cà phê
thóc, trấu, cà phê nhân, hạt vụng nát. Tùy theo tính chất và
công dụng mà cách giải quyết của mỗi thành phần trong hỗn
hợp sau khi xát khô không giống nhau.
-

Cà phê thóc đưa trở lại máy để sát lần nữa.
Cà phê nhân là sản phẩm chủ yếu để đưa đi đánh
bóng.
Trấu chứa nhiều xenlulo và chất khoáng có thể dùng
làm nhiên liệu.
Cà phê vụng nát có thành phần tương tự như cà phê
nhân nên có thể dùng sản xuất cà phê bột, cà phê hòa
tan, cà phê sữa….
+ Yêu cầu của quá trinh xát khô:

-

Nhân nguyên vẹn.
Ty lệ nát phải ở mức tối thiểu.
Ty lệ cà phê còn vỏ sót lại phải thấp.
Mức độ quạt sạch vỏ trấu phải cao.

2.6. Đánh bóng
Sau khi tách vỏ trấu, cà phê hạt còn lẫn một lớp vỏ lụa
mỏng màu ánh bạc, chủ yếu là xenlulo, vỏ lụa cần được tách
đi bằng cách đánh bóng. Quá trình đánh bóng còn được gọi là
quá trình bóc vỏ lụa. Do lớp vỏ lụa không góp phần vào việc
làm nên chất lượng của sản phẩm nên ta tiến hành loại bỏ nó,
đồng thời việc bóc vỏ lụa làm tăng giá trj cảm quan của hạt
19


làm cho hạt trở nên bóng trơn và hạn chế được sự phát triển
của vi sinh vật.
Yêu cầu sau khi đánh bóng:
-

Nhiệt độ cà phê không quá 55oC
Ty lệ hạt nứt vỡ <1%.
Ty lệ vỏ lụa trong cà phê nhân: 10% đối với Abrabica,
20% đối với Rosbuta.

Trong đó người ta quy định ½ hạt bị bóc vỏ lụa coi như là
sạch.
2.7 Phân loại theo kích thước
Cà phê sau khi ra khỏi máy đánh bóng thường gọi là “ cà
phê xô ” bao gồm tất cả các loại tốt, xấu, nặng, nhẹ, vỏ trấu…
cho nên người ta tiến hành phân cà phê xô thành các cỡ khác
nhau theo kích thước.
Nguyên tắc: là dựa vào sự khác nhau về kích thước của các
cấu tử có trong hổn hợp. Kích thước lỗ sàng tùy theo loại cà

phê và yêu cầu phân loại mà chọn ra loại có kích thước cho
phù hợp.
Phân theo kích thước qua sàng người ta thu được 3 loại hạt
cà phê có kích thước khác nhau: Hạt > 6,3mm chiếm 70% ,
hạt > 5,6 mm chiếm 20%, hạt > 5mm chiếm 10%. Ngoài ra,
người ta còn phân ra được một ít cà phê tấm với số lượng
không đáng kể.
Người ta sử dụng 2 loại sàng chính để phân loại đó là sàng
tròn và sàng lắc.
2.8 Phân loại theo khối lượng riêng
+ Mục đích: sau khi phân loại theo kích thước ta được
khối hạt đồng đều theo kích thước nhưng khối hạt không đồng
nhất về khối lượng vì còn những hạt lép, hạt bị sâu bệnh…
+ Nguyên tắc: dựa vào sự khác nhau về trọng lượng
riêng của hạt ta sữ dụng sức gió để phân loại chúng ra, những
hạt có trọng lượng riêng nhỏ sẽ bay lên.
20


+ Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trinh phân loại
bằng sức gió:
-

Trọng lượng riêng của hạt cà phê có ảnh hưởng rất
nhiều đến hiệu sức phân loại bằng sức gió. Nếu cùng
một sản phẩm mà có trọng lượng riêng khác nhau thì
hạt có trọng lượn nhỏ sẽ bay lên trước.

-

Trọng lượng riêng của hạt phụ thuộc vào độ ẩm của
nó, thường là tỉ trọng của hạt cà phê trung bình là 1,1
– 1,3.

-

Hình dáng và kích thước của hạt cà phê có ảnh hưởng
trực tiếp đến công tác phân loại theo trọng lượng. Vì
vậy, trước khi đưa sản phẩm vào phân loại bằng sức
gió thì yêu cầu cần thiết phải phân loại bằng kích
thước trước.

2.9 Phân loại theo màu sắc
+ Mục đích: phân loại theo kích thước và trọng lượng
chỉ loại bỏ được tạp chất, tăng đồng đều của hạt mà thôi.
Không làm tăng giá trị cảm quan và màu sắc đồng đều của hạt
vì vậy cần phân loại theo màu sắc để làm tăng chất lượng của
sản phẩm.
+ Nguyên tắc: Thường phân loại dựa theo tiêu chuẩn
nhà nước hoặc dựa trên hợp đồng buôn bán với các cơ quan
hữu quan hoặc giữa các nước với nhau và cũng thõa mãn được
yêu cầu bên mua và bên sản xuất.
2.10 Phối trộn và đóng bao
- Phối trộn để cho cà phê thành phẩm được đồng đều và
đúng tiêu chuẩn của Nhà Nước qui định theo yêu cầu xuất
khẩu. Thường sử dụng máy phối trộn cơ giới, cà phê sau các
công đoạn phân loại trên thu được 3 loại có kích thước , khối
lượng và màu sắc khác nhau. Đấu trộn thành 3 loại cà phê:
loại 1, loại 2, loại 3.
+ Loại 1: 80 % hạt > 6,3 mm, 10% hạt > 5,6 mm và 10%

hạt > 5 mm.
21


+ Loại 2: 10 % hạt > 6,3 mm, 70% hạt > 5,6 mm và 20%
hạt > 5 mm.
+ Loại 3: 10 % hạt > 6,3 mm, 20% hạt > 5,6 mm và 70%
hạt > 5 mm.
- Đóng gói theo yêu cầu sử dụng, cà phê được đóng gói
thành bao nhỏ để tiện sử dụng.
2.11 Bảo quản cà phê nhân
Cần bảo quản cà phê nhân thật tốt để giữ chất lượng cà phê
nhân chuẩn bị cho các công đoạn chế biến tiếp theo và bảo
đảm cà phê không bị hư hỏng do vi sinh vật xâm nhập phá
hoại trong thời gian vận chuyển.

22


Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
1. CHỌN TÁC NHÂN SẤY VÀ CHẾ ĐỘ SẤY:
- Chọn tác nhân sấy:
Đối với cà phê nhân trong quá trình sấy yêu cầu sạch ,
không bị ô nhiễm, bám bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy không cao
nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
- Chọn chế độ sấy:
Thông thường, chế độ sấy trong thùng quay bao gồm 3 yếu
tố: nhiệt độ tác nhân sấy t1 và nhiệt độ ra khỏi thùng sấy t 2 ,
không có hồi lưu, hạt cà phê được nâng lên đến độ cao nhất
định rồi rơi xuống. Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với

tác nhân sấy thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền
khối làm bay ẩm. Nhiệt ra khỏi thùng t2 được chọn sao cho
tổn thất do tác nhân sấy mang đi là nhỏ nhất .Tốc độ tác nhân
sấy trong thùng sẽ được quyết định sau khi tính toán lưu
lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết, chọn tiết diện
thùng sấy.
Chọn chế độ sấy dựa vào 2 tiêu chí : sự làm việc của thiết
bị và vật liệu sấy.
Đối với vật liệu sấy là cà phê cần có một chế độ sấy thích
hợp để đảm bảo giữ được tính chất về hương vị , màu sắc ,và
các thành phần có trong hạt.
Thông số tác nhân sấy:
+ Nhiệt độ vào t1 90oC
+ Nhiệt độ ra t2 = th + (5÷10) oC , với th là nhiệt độ đốt
nóng cho phép của nhân cà phê .
Thông số vật liệu sấy:
+ Nhiệt độ vật liệu vào tv1 = t0 = Nhiệt độ môi trường =
26,6 C
o

+ Độ ẩm không khí φ0 = 80%
+ Áp suất khí quyển P = 760 mmHg
23


+ Độ ẩm ban đầu vật liệu w1: 20%
+ Độ ẩm sau khi sấy w2: 12%
Gầu tải đưa vật liệu lên phiễu chứa. Thông qua đĩa phân
phối, vật liệu sấy được đưa vào thùng sấy có khối lượng bằng
một mẻ sấy

2. CHỌN THỜI GIAN SẤY:
Việc xác định thời gian sấy đóng vai trò quan trọng trong
tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy. Các yếu tố ảnh
hưởng thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại vật liệu
sấy , hình dáng, kích thước hình học của vật liệu ..v.v
Phương pháp xác định thời gian sấy bằng giải tích khó thực
hiện được và độ chính xác thấp - Thực tế thường chọn theo
thực nghiệm đối với cà phê nhân với thiết bị sấy thùng quay.
Ta chọn thời gian sấy là: τ = 20 phút (Theo Tính toán và
thiết kế hệ thống sấy – PGS.TSKH. Trần Văn Phú).
3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ
thị I-d (hình vẽ)

Hinh 5. Đồ thị I-d biểu diễn quá trinh sấy lý thuyết
24


3.1. Tính toán trạng thái không khí bên ngoài
Vì không khí bên ngoài lấy vào thiết bị sấy là không khí
trong phòng thí nghiệm nên thường cao hơn và ổn định hơn so
với trạng thái không khí bên ngoài. Ở Việt Nam chưa có
nghiên cứu sâu về vấn đề này vì vậy có thể chọn t 0 = 26,6oC
và φ0 = 80%, áp suất khí quyển p = 760 mmHg.

Ta có công thức tính lượng chứa ẩm: (Trang 26. Tính toán
và thiết kế hệ thống sấy – PGS.TSKH. Trần Văn Phú)
Trong đó:
: Độ ẩm tương đối của không khí , (%)
: Áp suất bão hòa, (bar)

: Áp suất khí quyển, (mmHg)
Ta có công thức tính áp suất bão hòa với C
= () =0,0347 bar

Tính entanpy I0 của không khí ẩm: (Trang 29. Tính toán và
thiết kế hệ thống sấy – PGS.TSKH. Trần Văn Phú)
I0 = ik + d.ia
Trong đó : ik và ia tương ứng là entanpy của 1kg không khí
khô và 1kg hơi nước
Thay ik = Cpk.t và ia = r + Cpa.t ta được:
I0 = Cpk.t + d.( r + Cpa.t)
Trong đó: Cpk và Cpa tương ứng là nhiệt dung riêng của
không khí khô và hơi nước
r là nhiệt ẩm hóa hơi
Cpk = 1,004 kJ/kg.K = 0,24 kcal/kg.K
Cpa = 1,842 kJ.kg.K = 0,44 kcal/kg.K
25