Chương 6. Truyền nhiệt trong rang coffee – Heat Transfer in Coffee Roasting

Rang Cà Phê / Scott Rao      954 - 0      2 năm trước
Chương 6. Truyền nhiệt trong rang coffee – Heat Transfer in Coffee Roasting
0 0

Máy rang cà phê truyền nhiệt vào hạt bằng convection, conduction, và radiation (khuếch tán, dẫn, và bức xạ). Mỗi máy rang truyền nhiệt bằng hỗn hợp khác nhau từ những cơ chế này. Sau đây là tổng quan về thiết kế máy ảnh hưởng như thế nào đến sự truyền nhiệt. Tôi thảo luận rộng hơn thiết kế máy rang trong chap7.


6.1. Convection, Conduction, and Radiation


Máy rang “lồng trống” cổ điển (theo từ của tôi), mà áp dụng nhiệt trực tiếp vào trống/lồng, rang hạt chủ yếu bởi convection và 2nd bởi conduction. Nhiệt bức xạ từ bề mặt máy rang nóng và giữa những hạt kề nhau đóng góp ít vào quá trình truyền nhiệt. Trong thảo luận cá nhân với tôi, một đại diện của nhà sx German nổi tiếng ước tính truyền nhiệt trong trống rang của công ty anh ta là 70% từ convection, và 30% từ conduction.
Những máy rang với trống được truyền nhiệt gián tiếp tách trống khỏi nguồn nhiệt để duy trì trống ít nóng hơn trong lúc rang. Convection đóng góp tỉ lệ truyền nhiệt cao hơn trong kiểu máy này.
Máy rang fluid-bed không có trống, và chúng rang bằng cách giữ hạt cà phê aloft trong dòng khí nóng có tốc độ cao. Máy rang recirculation, như LoringSmartRoasterTM, lưu giữ và sử dụng lại một tỉ lệ của dòng khí thoát ra từ quá trình rang. Cả hai thiết kế máy rang này truyền nhiệt hầu như thống trị bởi convection.
Ở đầu mẻ rang, xả lượng lớn hạt cà phê ở nhiệt độ phòng và không khí tiếp xúc với lồng rang nóng, làm giảm mạnh nhiệt độ trong lồng. Trong vài phút đầu của mẻ rang, conduction từ trống nóng đóng vai trò đáng kể trong truyền nhiệt đến hạt cà phê. Khi nhiệt không khí trong lồng rang tăng trở lại sau khi giảm mạnh, convectin trở lại thống trị trong quá trình truyền nhiệt. Trong máy rang như vậy, drum hoạt động như là thiết bị lưu trữ nhiệt mà jump-starts the development early trong mẻ. Máy hướng đến convection yêu cầu sự sử dụng nhiệt độ ban đầu nóng hơn để cung cấp đủ sự truyền nhiệt sớm trong mẻ rang và bù cho sự thiếu nhiệt của lồng rang.


6.2. Heat Transfer and Temperature Gradient


2/3 đầu tiên của quá trình rang gọi là quá trình thu nhiệt (endothermic process), nghĩa là hạt cà phê hấp thu năng lượng, và nhiệt được dẫn từ bề mặt vào bên trong. Gradient nhiệt độ, delta T, bên trong hạt cà phê quyết định phần lớn tốc độ của sự truyền nhiệt (rate of heat transfer). Để đơn giản, cho Delta T lớn hơn gây ra truyền nhiệt nhanh hơn bên trong hạt. Delta T sớm trong mẻ rang lên đến nhiệt độ ước tính 50 dg C, cao hơn vào lúc ấy, và giảm dần khi tiếp tục rang. Hay nói cách khác, sau vài phút đầu của quá trình rang, T bên trong hạt nên dần dần chạm đến T bề mặt khi cả hai trở nên nóng hơn. Nhìn chung, delta T sẽ cao hơn khi rang nhanh và thấp hơn khi rang lâu.

 

 

Note the larger deltaT at 2:00


6.3. Truyền nhiệt và khối bên trong cà phê – Heat and Mass Transfer Within Coffee


Bắt đầu ở lớp ngoài cùng của hạt cà phê, nước bay hơi trong lúc rang và hình thành “a front of evaporation” mà di chuyển hướng tới lõi hạt. Cấu trúc cellulose bên trong hạt, khá là lạnh, duy trì intact và giữ nước ở lõi. Lượng nhiệt của nước bị lưu giữ tạo ra hơi nước, gia tăng áp suất trong hạt và thúc đẩy cấu trúc nở ra. Áp suất này, được ước tính bởi nhiều researchers, lên đến 5.4 atm đến 25 atm, tăng đến khi stresses đủ lớn để phá hủy cấu trúc cellulose, mà tại điểm đó 1st crack xảy ra. Một khi áp, hơi nước, CO2 thoát ra trong 1st crack, nhiệt trong lõi tăng vọt.

 

 

Cross section of a green cà phê bean with mucilage layer.


6.4. Heat Transfer and moisture


Cả hai, độ ẩm trong môi trường rang và lượng ẩm trong hạt cà phê, ảnh hưởng đến truyền nhiệt trong lúc rang. Sau độ trễ ban đầu, độ ẩm trong kk lồng rang làm tăng hiệu quả của truyền nhiệt, và gây ra sự mất lượng ẩm từ hạt nhanh hơn. Lượng ẩm trong hạt có ảnh hưởng phức tạp đến qt rang. Lượng ẩm lớn hơn có ba ảnh hưởng chính đến truyền nhiệt trong hạt cà phê:
– Gia tăng truyền nhiệt vì lượng ẩm tăng độ dẫn nhiệt
– Tăng nhiệt dung riêng của hạt cà phê, nghĩa là hạt cần nhiệt lượng lớn hơn để tăng nhiệt độ bởi một lượng biết trước.
– Dẫn đến truyền nhiệt lớn hơn cho lượng ẩm bốc hơi khỏi hạt, ngăn cản truyền nhiệt vào bên trong hạt.
Hiệu ứng tổng (net effect) là nhiệt tăng chậm hơn trong hạt ẩm hơn là hạt khô. Cho nên, người vận hành máy nên dụng nhiệt nhiều hơn khi rang hạt ẩm hơn và sáng suốt hơn khi rang hạt khô hơn.

 

Tạo vào 2019-07-17 10:05:17, Cập nhật 2 năm trước
Admin Admin Theo dõi 0
Chia sẻ Chương 6. Truyền nhiệt trong rang coffee – Heat Transfer in Coffee Roasting tới bạn bè để mọi người cùng đọc nhé !
Bình luận
Top phản hồi
Đang tải bình luận bài viết Phản hồi bài viết Chương 6. Truyền nhiệt trong rang coffee – Heat Transfer in Coffee Roasting
Gửi đi
Bạn đang đọc bài viết Chương 6. Truyền nhiệt trong rang coffee – Heat Transfer in Coffee Roasting , hãy để nguồn carangmoc.com khi phát hành lại nội dung này !
56
0.11387300491333