trêng ®¹I häc n«ng nghiÖp Hµ Néi

khoa c¬ ®iÖn
---------------------------

ĐINH VĂN TOÀN

CHUYÊN ĐỀ
THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
®Ò tµi:

“Nghiên cứu và thiết kế hệ thống sấy băng tải
dùng để sấy chè năng suất 250kg/h”


Hµ néi - 2011

2


trêng ®¹I häc n«ng nghiÖp Hµ Néi

khoa c¬ ®iÖn
---------------------------

ĐINH VĂN TOÀN

CHUYÊN ĐỀ
THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
®Ò tµi:


2.1. Các đặc trưng trạng thái ẩm của vật liệu.........................................16
2.2. Tác nhân sấy....................................................................................... 16
CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA
MÁY SẤY...................................................................................................... 17
3.1. Cân bằng vật liệu...............................................................................20
3.1.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy...............................................20
3.1.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy ....................................... 20
3.1.3 Quá trình sấy hồi lưu lý thuyết................................................... 21
3.2 Tính toán thiết bị chính.......................................................................23
3.2.1 Thể tích của không khí ................................................................23
3.2.2 Thiết bị sấy kiểu băng tải.............................................................23
3.2.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy....................................................... 25
3.2.4 Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của
không khí trong phòng sấy................................................................... 26
3.2.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường
xung quanh.............................................................................................26
3.3 Tính tổn thất nhiệt...............................................................................27
3.3.1 Tổn thất qua tường
α1................................................. 27
3.3.2 Tổn thất qua trần......................................................................... 31
3.3.3 Tổn thất qua cửa...........................................................................32
3.3.4 Tổn thất nhiệt qua nền.................................................................32
3.3.5 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi.................................................33

i


3.4 Quá trình sấy thực tế có hồi lưu.........................................................33
3.4.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế.........................................................33
3.4.2 Các thông số của quá trình sấy thực...........................................33

thời gian bảo quản.
Với các yêu cầu về hình thức, vệ sinh, chất lượng sản phẩm, xuất phát từ
yêu cầu thực tế, được sự giúp đỡ của các giáo viên trong khoa Cơ điện đặc
biệt là dưới sự hướng dẫn của Ths. Phạm Đức Nghĩa, em tiến hành “Nghiên
cứu và thiết kế hệ thống sấy băng tải dùng để sấy chè năng suất 250kg/h”.
Trong quá trình tính toán còn có nhiều sai sót, kính mong thầy cô và các bạn
chỉ bảo thêm.
Hà Nội, ngày 25 tháng 2 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Đinh Văn Toàn

1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1. Nguyên liệu sấy
1.1.Vài nét chung về nguyên liệu chè
a) Tình hình sản xuất chè trong nước và thế giới
Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà
lá và chồi của chúng được sử dụng để sản xuất chè.
Trung Quốc là nước phát triển và sử dụng chè sớm nhất thế giới. Từ
Trung Quốc, chè được truyền bá khắp năm châu, sang Nhật Bản, vùng Ả Rập,
Trung Đông, Châu Âu (Anh, Pháp, Đức, Hà Lan…), Mông Cổ, Ấn Độ, Nga,
Srilanca, và nhiều nước khác trên thế giới.
Theo thống kê của Hiệp hội chè “VITAS”, hiện nay có trên 45 nước
trồng chè trong đó có 20 nước Châu Phi, 8 nước Châu Mỹ, 17 nước Châu Á.
Hầu hết diện tích chè tập trung ở vành đai nhiệt đới. Trong số các nước sản
xuất chè, 5 nước Kenya, Trung Quốc, Ấn Độ, Colombia, Mehico chiếm gần
50 % tổng sản lượng chè toàn thế giới. Hiện nay tổng diện tích trồng chè trên
toàn thế giới vào khoảng 18 triệu ha và sản lượng hàng năm biến động trên

khi mặt bên dưới của chúng còn các sợi lông tơ ngắn màu trắng. Các lá già có
màu lục sẫm. Các độ tuổi khác nhau của lá chè tạo ra các sản phẩm chè khác
nhau về chất lượng, do thành phần hóa học trong các lá này là khác nhau.
Thông thường, chỉ có lá chồi 2 đến 3 lá mới mọc gần thời gian đó, được thu
hoạch để chế biến. Việc thu hoạch thủ công bằng tay diễn ra đều đặn sau
khoảng 1 đến 2 tuần.

3


c) Thành phần hóa học của chè
Thành phần hoá học của chè rất đa dạng và phong phú về số lượng các
chất, đồng thời cũng có chứa một số lượng lớn một số chất có giá trị sinh học
cao mà có tính chất đặc trưng cho sản phẩm chè (như tanin). Các nhóm chất
có ý nghĩa lớn là hợp chất phenol thực vật, các hợp chất chứa nitơ và hệ
enzyme có sẵn trong chè.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của lá chè [1]
Thành phần

Hàm lượng (%)
65 - 78

Nước
Flavanol
(-) Epigallocatechin gallate (EGCG)
(-) Epicatechin gallate (ECG)
(-) Epigallo catechin (EGC)
(-) Epicatechin (EC)
(+) Catechin (C)
(+) Gallocatechin (GC)

đặc biệt trong sản xuất chè đen.

4


- Hợp chất phenol (tannin hay tannin): Hợp chất phenol giữ vai trò chủ
yếu trong quá trình tạo màu sắc, hương vị của chè đặc biệt là chè đen. Tanin
có đặc tính dễ bị oxi hóa dưới tác dụng của enzym và được cung cấp oxi đầy
đủ. Vì vậy, chè nguyên liệu chứa càng nhiều tanin, đặc biệt là tanin hòa tan thì
sản phẩm chè đen có chất lượng càng cao. Flavanoids là thành phần quan trọng
của Tanin, trong đó Catechin và Flavonol chiếm tỉ lệ lớn. Có 6 loại Catechin
chiếm khoảng 20 – 30% tổng lượng chất khô trong lá chè tươi. Về mặt cấu trúc,
Catechin là là hợp chất Flavanol, được đặc trưng bởi cấu trúc C6 – C3 – C6,
tương ứng với sự thay thế 2- phenyl bằng benzopyran và pyron.
Catechin là hợp chất không màu, tan trong nước, có vị đắng, chát. Catechin
không chỉ có trong trong chè mà còn được tìm thấy trong rượu vang đỏ, táo, nho,
và chocolate. Nhưng chè là thức uống duy nhất có chứa GC, EGC, ECG, EGCG.
- Caffein: Ankaloid chính của chè là Caffein, có tác dụng dược lý, tạo
cảm giác hưng phấn cho người uống. Caffein là dẫn xuất của purine có tên và
gọi theo cấu tạo là 1, 3, 5- trimethylxanthine, chiếm khoảng 1 – 2% tổng
lượng chất khô trong lá chè tươi. Caffein có khả năng liên kết với tanin và các
sản phẩm oxi hóa của tanin để tạo nên các muối Tanat caffein. Các muối này
tan trong nước nóng, không tan trong nước lạnh và tạo nên hương thơm, và
sắc nước chè xanh, giảm vị đắng và nâng cao chất lượng thành phẩm.
- Protein và acid amin: Protein trong búp chè phân bố không đồng đều,
chiếm khoảng 15% tổng lượng chất khô của lá chè tươi. Protein có thể kết
hợp với trực tiếp với Tanin, polyphenol, tạo ra những hợp chất không tan làm
đục nước chè đen. Nhưng trong chế biến chè xanh, protein kết hợp với một
phần Tanin làm cho vị đắng và chát giảm đi, vì thế ở chừng mực nào đó
Protein có lợi cho phẩm chất chè xanh. Ngày nay, người ta đã tìm thấy 17

ta phải dùng nhiệt độ cao để vô hoạt enzyme bằng cách chần hoặc sao.

6


1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết bị sấy chè trong và
ngoài nước.
1.2.1. Tình hình sản xuất chè trong nước.
Hiện nay, tại Việt Nam chè được sản xuất chủ yếu dưới 2 dạng là: chè
xanh và chè đen.
Quy trình công nghệ sản xuất chè đen:
Nguyên liệu chè
Làm héo
Vò lần 1
Phần chè nhỏ

Sàng chè vò

Phần chè to

Vò lần 2
Phần chè nhỏ

Sàng chè vò

Phần chè to

Vò lần 3
Phần chè nhỏ


là 985.000 ha, năm 1971 là 1.357.000 ha và năm 1974 là 1.531.000 ha. Phân
bố như sau:
- Sản lượng chè trên thế giới tính đến năm 1977 (theo số liệu của FAO)
là 1.636.000tấn(t). Trong đó Nam Mỹ: 42.000t; Châu Á: 1.316.000t CHÂU
Phi:180.000t; Liên Xô: 92.000t; Châu Đại Dương: 6.000t.
Các nước sản xuất chè nhiều nhất là: Ấn Độ: 500.000t, Trung Quốc:
331.000t, Xrilanca: 197.000t; Nhật Bản: 100.000t.
- Theo số liệu của FAO (1997), những nước xuất nhập khẩu chè nhiều
nhất trên thế giới năm 1976 như sau:
- Xuất khẩu: Ấn Độ 237.000T, Xrilanca: 199.700t, Kênia: 63.000t;
Inđônêxia: 47.500t; Bănglađet: 30.700t.
- Nhập khẩu: Anh: 224.600t, Mỹ: 82.200t, Pakixtan: 49.100t, Ai Cập:
24.900t, Canađa: 24.700t.

8


2. Một số thiết bị sấy chè

Hình 1. 2. Máy sấy thùng [2]
Loại máy này phù hợp cho sấy nhiều nguyên liệu từ nông nghiệp, kết cấu
máy hợp lý, vận hành đơn giản, đầu tư thấp. Máy này là giải pháp tốt cho sự
lựa chọn công nghệ sấy khô nguyên liệu. Máy được đặt gia công tại Trung
Quốc.
Đặc tính máy: Máy vận hành đơn giản, nguồn nhiệt cho máy có thể dùng
hơi, hay kết hợp với lò than, lò dầu...
Ứng dụng của máy Máy phù hợp cho nhiều loại nông sản, sấy rau củ
quả, các nguyên liệu thực phẩm, dược liệu...các loại nguyên liệu khó xay
nghiền trước khi sấy, các loại hạt, cốm....
Thông số kỹ thuật máy Năng suất máy 55-60kg/h Lưu lượng gió 1030014000m3/h Công suất quạt 5.5kW Áp lực gió 1300-960Pa

gió được làm nóng qua bộ giàn hơi (4), sẽ bay lên, và khi đó gió được chia
tách từ bộ chia gió (3), gió được phân tán qua băng tải lưới lên phía trên
buồng sấy. Quy trình sấy được thực hiện khi khí nóng xuyên qua băng tải lưới

11


theo chiều trên xuống hay từ dưới lên và lấy đi hơi ẩm thoát ra từ nguyên liệu.
Bằng quy trình này, khí nóng thấm sâu vào nguyên liệu và tách hàm ẩm rất
nhanh, ổn định. Hệ thống ống thoát khí bên trên máy được kết nối với quạt
hút và hút toàn bộ hơi ẩm ra ngoài. Một phần khí nóng được quay vòng trở lại
máy sấy nhằm tiết kiệm năng lượng dư thừa, tiết kiệm chi phí nhiên liệu.
Phần khí ẩm thoát ra ngoài được hệ thống hút khí ẩm chuyên dụng có van tiết
chế đặc biệt. Các bộ sấy trên - dưới được lắp với số lượng tùy theo yêu cầu,
các bộ sấy cũng vậy. theo yêu cầu riêng từng khách hàng mà có thể trang bị 4
hay 5 bộ sấy như vậy.
2..2. Máy sấy băng tải nhiều tầng WGC

Hình 1.6. Bản vẽ sơ đồ Máy sấy băng tải nhiều tầng WGC [2]
Máy sấy băng tải nhiều tầng ký hiệu GWC được ứng dụng nhiều trong
ngành thực phẩm, sản phẩm nông nghiệp, sấy rau củ quả, sấy nguyên liệu
thuốc bắc, sấy các loại sản phẩm thủy sản, thức ăn chăn nuôi, ngành hóa chất,
vật liệu, máy ứng dụng tốt cho các nguyên liệu dạng phiến, lát, cục, hạt...
Máy có đặc điểm hiệu suất trao đổi nhiệt cao, tiết kiệm năng lượng. Máy ứng

12


dụng luồng gió thổi thẩm thấu nhiệt. Diện tích băng tải được tăng rộng, điều
khiển các vùng nhiệt độ dễ dàng, tuần hoàn được nhiệt lượng dư thừa. Các


20

25

32 4m

36 4.5m

48 6m

60 7.5m

10m

20

25

32

36

48

60

80

360-720


100～1000
160-

100-200

125-250

5.5

5.5

320
5.5

180-360

300-480

300-600

400-800

5.5

14.2

15.2

15.2


×2408

×2408

×2408

×2408

×2840

×2840

×3385

×3385

×3385

×3385

×3385

×3385

×3385

3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

13



CHƯƠNG II . CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẤY
2.1. Các đặc trưng trạng thái ẩm của vật liệu
Chè sau khi vò và lên men xong có độ ẩm khoảng 63% ở dạng tơi rời.
a) Độ ẩm tuyệt đối
Bỏ qua khối lượng khí và hơi không đáng kể, người ta có thể coi vật liệu
ẩm là hỗn hợp cơ học giữa chất khô tuyệt đối và ẩm.
m = m0 + W
Trong đó:
m

: khối lượng nguyên vật liệu ẩm

m0

: khối lượng chất khô tuyệt đối

W (hoặc mn) : khối lượng ẩm
Độ ẩm tuyệt đối: là tỷ số giữa khối lượng ẩm W và khối lượng chất khô
tuyệt đối:
W

X= m .100% [3]
0
b) Độ ẩm tương đối
Là tỷ số giữa khối lượng ẩm W trên khối lượng chung của nguyên vật liệu:
w=

W


1.Calorife; 2. Quạt; 3. Đường hồi lưu khí thải; 4. Cửa nạp liệu 5. Băng tải;
6. Buồng sấy; 7 Xyclon; 8. Tấm hướng vật liệu; 9. Trục con lăn; 10. Con lăn
đỡ băng tải; 11. Trục tang kéo; 12. cửa tháo liệu
Ngay khi quá trình lên men kết thúc, tức là khi các chỉ tiêu chất lượng đã
đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men của enzym. Muốn vậy trong
công nghệ chế biến chè hiện nay người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục
đích này vừa để làm khô chè, đồng thời tạo ra những chuyển hóa sinh nhiệt
cần thiết nhằm hoàn thiện chất lượng sản phẩm.
Chè có độ ẩm đầu 63% nằm trong bồn chứa được gầu tải đưa vào bộ
phận nhập liệu. Bộ phận nhập liệu có tay quay gắn với động cơ giúp ch, được
đưa vào máy sấy liên tục không bị nghẽn lại ở đầu băng tải. Sau đó tay gạt
điều chỉnh độ dày của chè vào hầm sấy. Khi vào hầm sấy chè sẽ chuyển động

17


cùng với băng tải đến cuối băng tải thứ nhất chè đổ xuống băng tải thứ hai và
chuyển động theo chiều ngược lại cứ như thế cho đến băng tải cuối cùng và
theo máng tháo liệu ra ngoài. Sau khi sấy chè có độ ẩm 5%.
Tác nhân sấy (TNS): không khí nhiệt độ 26 oC đi vào quạt đẩy qua
caloriphe được gia nhiệt đến 100oC, không khí nóng theo đường ống đi vào
hầm sấy. Trong hầm không khí đi qua các băng tải. Sau cùng không khí được
quạt hút ở cuối hầm sấy hút ra ngoài.
Một phần chè bị lôi cuốn bởi TNS sẽ được thu hồi bằng cyclon.
Các ký hiệu
G1,G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/h)
Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy

, (Kg/h)


Hàm ẩm của không khí được tính theo công thức sau:

18


xo=0.622

ϕ

o

* Pobh

Pkq − ϕ * Pobh
o

thay số vào ta có
0.81 * 0.0343

xo=0,622 1,033 − 0,81 * 0.0343 =0,0172(kg/kgkkk)
- Nhiệt lượng riêng của không khí:
Io=Ckkk*to+xo*ih , ( J/kgkkk )
Với

Ckkk: nhiệt dung riêng của không khí J/kg độ
Ckkk= 103 J/kg độ
to:

nhiệt độ của không khí to= 26oC


= ( 0,622 + 0,0172) *1,02 =0,027 ~ 2,7%

- Nhiệt lượng riêng của không khí sau khi ra khỏi caloripher là:
I1 = t1+(2493+1,97t1)103 .x1 , (J/kg kkk)
I1 = 100+(2493+1,97*100)*0,0172 = 146,268 ( kJ/kg kkk )
- Trạng thái của không khí sau khi ra khỏi phòng sấy:
t2=70oC , P2bh=0,3177 at

19