Đồ án tốt nghiệp thiết kế cải tiến máy rang cafe cà phê 3D
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp thiết kế cải tiến máy rang cafe cà phê 3D
&
Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô của trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô của khoa Cơ Khí. Trong thời gian theo học tại trường em đã được quý thầy cô tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu. Giờ đây, tuy chưa thực sự tiếp xúc với thực tế công việc sau này nhưng đây chính là hành trang theo suốt cuộc đời của em.
Em xin cảm thầy Phạm Huy Hoàng đã hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Trong quá trình làm luận văn, thầy đã giúp đỡ em tìm tài liệu, chỉ những thiếu xót và gợi lên những hướng đi mới, giúp em hoàn thành tốt hơn đề tài này.
Để được theo học ở trường, chúng em không thể quên công lao to lớn của ba mẹ, ba mẹ đã tạo điều kiện thuận lợi cả về vật chất lẫn tinh thần để có thể giúp em có thể yên tâm học tập. Và gửi lời cảm ơn đến các bạn đã cùng nhau học tập, trao đổi trong suốt thời gian theo học ở trường.
Xin chân thành cảm ơn.
LỜI NÓI ĐẦU
&
Cà phê là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, được trồng ở nước ta từ rất lâu. Uống cà phê đã trở thành thói quen của nhiều người, nhất là người dân ở thành phố. Hương vị đậm đà của cà phê khiến người ta khó mà từ chối.
Nhu cầu thưởng thức cà phê ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng. Sản lượng xuất khẩu không ngừng gia tăng qua các năm, đồng thời chất lượng cà phê yêu cầu ngày càng cao mà các phương pháp thủ công không thể nào đáp ứng được. Do đó, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quá trình sản suất chế biến cà phê là điều cần thiết.
Ở luận văn này em tìm hiểu dây chuyền sản suất cà phê và đi vào tính toán công đoạn rang trong dây chuyền chế biến cà phê, theo em nghĩ đây là công đoạn quan trọng nhất ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng cà phê bột. Với sản phẩm cà phê bột chúng ta có thể sử dụng trực tiếp để chế phin uống hoặc phục vụ cho quá trình chế biến cà phê hòa tan.
Việc thiết kế công đoạn rang để cho sản phẩm có chất lượng tốt và phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật là việc không phải dễ đối với sinh viên còn đang học mà chưa có sự tiếp xúc với thực tế. Nhưng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Huy Hoàng em đã hoàn thành đề tài này.
Qua quá trình thực hiện luận văn, em đã học hỏi được nhiều kiến thức quý báu từ sự hướng dẫn tận tâm của thầy Phạm Huy Hoàng và từ thực tế. Do trình độ chuyên ngành còn hạn chế, hiểu biết thực tế chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của quý Thầy Cô để trong quá trình công tác sau này em sẽ củng cố, hoàn thiện kiến thức nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.
MỤC LỤC
&
Trang
Lời cảm ơn 1
Lời nói đầu 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT
1.1. Tình hình sản xuất và chế biến cà phê ở Việt Nam hiện nay 5
1.1.1. Giới thiệu chung về cây cà phê 5
1.2. Quy trình chế biến cà phê 8
1.2.1. Qui trình chế biến cà phê ướt (cà phê quả tươi) 9
1.2.2. Qui trình chế biến cà phê khô 17
1.2.3. Qui trình chế biến cà phê tinh 29
CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỤM MÁY RANG
2.1. Cụm máy rang 37
2.1.1. Phương án 1 37
2.1.2. Phuong án 2 38
2.1.3. Phương án 3 39
2.1.4. Phương án 4 40
2.2. Mô hình dây chuyền sản xuất 41
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ RANG CÀ PHÊ
3.1. Đặc điểm và phân loại công nghệ rang 42
3.1.1. Đặc điểm 42
3.1.2. Phân loại 42
3.2. Giới thiệu và chọn các phương án thiết kế thiết bị rang 43
3.2.1. Phương án 1: Thiết bị rang cà phê thủ công 43
3.2.2. Phương án 2: Thiết bị rang hình trụ nằm ngang có cánh đảo 44
3.2.3. Phương án 3: Thiết bị rang liên tục hiệu Burns Thermalo 45
3.2.4. Phương án 4: Thiết bị rang gián đoạn của hãng Probat_Đức 47
3.3. Các yêu cầu đặt ra cho thiết kế thiết bị rang 50
3.4. Mô tả các bộ phận của thiết bị rang 50
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ RANG CÀ PHÊ
4.1. Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho lò đốt 61
4.1.1. Nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt cho hạt cà phê 61
4.1.2. Nhiệt lượng cần đủ để rang chín cà phê 61
4.1.3. Tính nhiệt lượng đốt nóng thùng rang 62
4.1.4. Nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh bề mặt thùng 62
4.1.5. Nhiệt lượng lò đốt tỏa ra môi trường xung quanh 63
4.2. Tính toán và thiết kế thùng rang 64
4.2.1. Thiết kế thùng rang 64
4.2.2. Tính toán và chọn động cơ cho thùng quay 68
4.2.3. Tính toán và chọn trục của thùng rang 73
4.2.4. Tính toán chọn ổ 81
4.3. Tính toán thiết kế bàn làm nguội 84
4.3.1. Chọn công suất động cơ 84
4.3.2. Tính toán bộ truyền đai cho bàn làm nguội 86
4.4. Tính toán quạt gió và cụm chức năng 88
4.4.1. Công suất quạt gió 88
4.5. Thiết kế xiclon 92
4.6. Sơ đồ mạch điện điều khiển máy rang cà phê nhân 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
PHẦN PHỤ LỤC 98
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT (CÀ PHÊ BỘT).
1.1.TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Ở VIỆT NAM HIỆN NAY.
1.1.1. Giới thiệu chung về cây cà phê:
1.1.1.1 Phân loại:
Cà phê là một loại thức uống màu đen có chứa chất cafein. 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 các loài cây thuộc họ cà phê. Hai dòng cây cà phê chính là:
- Cà phê Arabica: còn gọi là cà phê chè đại diện cho khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới.
- Cà phê Robusta: còn gọi là cà phê vôi, chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê. Và còn có coffea Liberica còn gọi là cà phê mít với sản lượng không đáng kể.
Chất lượng hay đẳng cấp của cà phê khác nhau tùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng khác nhau. Cà phê Robusta được đánh giá thấp hơn so với cà phê Arabica do có chất lượng thấp hơn và giá cả theo đó cũng rẻ hơn.
Loại cà phê đắt nhất và hiếm nhất thế giới tên là Kopi Luwak (hay cà phê chồn) của Indonexia và Việt Nam. Giá bán mỗi cân cà phê loại này khoảng 20 triệu VND và hàng năm chỉ có tên 200kg được bán tên thị trường thế giới.
1.1.1.2 Cấu tạo và công dụng của cà phê:
Cấu tạo của quả cà phê:
Quả cà phê sau khi thu hoạch đưa vào chế biến, nó gồm các phần sau đây: lớp vỏ quả, lớp nhớt (còn gọi là lớp vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (vỏ thóc), lớp vỏ lụa, nhân (còn gọi là nhũ hay hạt).
Hình 1.1 :Mặt cắt ngang của quả cà phê và hạt (nhân) cà phê
1. Nhân cà phê: nằm trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ, trong chứa dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1,2 hoặc 3 nhân.
2. Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy thuộc loại cà phê.
3. Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.
4. Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả. Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất nọt dễ xay xát hơn.
5. Lớp vỏ nhớt: có chứa chất nhờn, trơn.
6. Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ.
Bảng 1.1:Thành phần hóa học của cà phê Arabica:
|
Thành phần |
% chất khô |
|
Cacbohydrates Đường khử Sucrose Tinh bột Pentosan Hemicellulose Cellulose Lignin |
4.0 3.8 10.0 5.0 15.0 18.0 2.0 |
|
Lipid |
13.0 |
|
Protein |
13.0 |
|
Khoáng |
4.0 |
|
Acid không bay hơi |
7.0 |
|
Trigonelline |
1.0 |
|
Caffeine |
1.0 |
Tiêu chuẩn cà phê nhân sống:
Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tư xuất nhập khẩu Daklak – Inexim Daklak cho cà phê sống chất lượng cao:
- Độ ẩm : 12,5% max.
- Đen, vỡ: 0% đến 3% max.
- Tạp chất: 0% đến 0,5% max.
- Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807 : 2001.
- Màu sắc, mùi vị tự nhiên.
- Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…
- Theo tiêu chuẩn TCVN 4193 : 2001 : 90 lỗi max/300gr.
Đặc tính công dụng của cà phê:
Không giống như các loại đồ uống khác, chức năng chính của cà phê không phải là giải khát, mặc dù người Mỹ uống nó như thức uống giải khát. Nhiều người uống nó với mục đích tăng cảm giác hưng phấn. Theo một nghiên cứu được công bố vào tháng 8 năm 2005 của nhà hóa học Joe Vinson thuộc Đại học Scranton (Mỹ) thì cà phê là một nguồn quan trọng cung cấp các chất chống oxy hóa (antioxidant) cho cơ thể, vai trò mà giảm nguy cơ bị ung thư ở người.
1.2. QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ:
Hình 1.2: Quy trình sản xuất cà phê
1.2.1. Qui trình chế biến cà phê ướt (cà phê quả tươi):
Hình 1.3: Quy trình sản xuất cà phê tươi
1.2.1.1. Thu hoạch và bảo quản cà phê nguyên liệu:
Hình 1.4: Quả cà phê sau khi được hái
Thời gian thu hoạch cà phê:
Đối với cà phê Arabica: từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau.
Đối với cà phê Robusta: từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Vì cà phê thường chín không đồng đều nên khi thu hoạch cần chú ý chọn quả chín để hái.
Sau khi hái, quả cà phê rất dễ bị hư hỏng làm giảm chất lượng cà phê bột, nên cần phải bảo quản cẩn thận, không để quả dập nát, không đổ thành đống làm khối quả bị thối rữa và làm giảm chất lượng cà phê.
1.2.1.2. Phân loại kích thước và tách tạp chất:
Khối quả thường có kích thước khác nhau và có lẫn nhiều tạp chất như cành lá, đất đá, kim loại… Để tăng hiệu quả và năng suất cho máy bóc quả, trước khi đưa nguyên liệu vào máy ta phải phân loại và tách tạp chất. Ta có thể sử dụng hai phương pháp:
- Dùng máy sàng để phân loại và tách tạp chất:
Mục đích:
Tách tạp chất ra khỏi nguyên liệu, tạo nguồn nguyên liệu sạch để đưa vào sản xuất.
Nguyên liệu sau khi vào thiết bị được dẫn qua máy sàng 2 tầng. Tại đây, các tạp chất có kích thước nhỏ hơn và các tạp chất có kích thước lơn hơn cà phê nhân được tách ra.
Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ lẫn trong cà phê nhân sẽ được hút ra ngoài. Từ đây, nguyên liệu được dẫn qua bộ phận nam châm quay để tách kim loại.
Cuối cùng, nguyên liệu đi qua máy tách đá và thoát ra ngoài.
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý máy làm sạch và phân loại
Nguyên lý máy sàng:
Cà phê nhân được đưa vào cửa nạp liệu 4 cùng với không khí, hệ thống quạt hút 5 sẽ hút cà phê và tạp chất qua hệ thống lọc vào buồng chứa liệu 6, tại đây tạp chất nhẹ hơn cà phê sẽ được hút qua ống chứa 3, cà phê và các tạp chất nặng sẽ đi xuống thùng sàng 2 có trang bị lưới sàng, lưới sàng sẽ phân loại cà phê và đảo cà phê để lắng tạp chất. Cà phê tiếp tục đi qua thùng sàng dưới, với hệ thống quạt thổi và hút đối lưu 11 sẽ đảo cà phê và dồn tạp chất sang một bên và lắng xuống buồng lắng bụi và phân loại hạt 10, các tấm chắn 9 sẽ cản bụi và tạp chất lại, cà phê sẽ được thổi và trượt qua mặt phẳng nghiêng 7 và ra cửa tháo liệu 8. Các tấm sàn chuyển động nhờ vào cơ cấu lắc truyền động từ các động cơ điện 5.
b. Phân loại làm sạch bằng bể xiphông:
Mục đích:
+ Phân loại các loại tạp chất nặng làm cho nguyên liệu được thuần khiết hơn, tránh hiện tượng hư hỏng máy móc.
+ Tách tạp chất nhẹ để đảm bảo phẩm chất của sản phẩm thuần khiết.
+ Làm mềm và rửa sạch quả tạo điều kiện tốt cho máy bóc vỏ quả tươi được dễ dàng.
+ Lợi dụng sức nước để khối cà phê vào máy xát tươi mà không cần dùng sức người.
+ Sự phân loại nguyên liệu tốt vẫn theo trọng lượng riêng để có chế biến thích hợp.
Ngoài ra, phương pháp này còn có tác dụng chứa nguyên liệu khi chưa chế biến kịp trong thời gian ngắn. Tuy nhiên cũng không nên ngâm quá lâu, vì nếu như ngâm quá lâu các chất có trong vỏ sẽ tan vào trong nước như: tamin, antoxian, các axit hữu cơ… tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng quả.
Nguyên lý hoạt động:
Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động bể xi phông
Dựa theo sự khác nhau về tỷ trọng của các quả cà phê và tạp chất so với tỷ trọng của nước, loại bỏ tạp chất nặng nhẹ, phân loại cà phê trước khi đưa vào máy chế biến.
Hạt cà phê từ phễu cấp liệu (1) sẽ rơi tự do xuống ống Xi phông (2) và nhờ áp lực nước đưa vào sẽ phân loại cà phê như sau:
+ Đối với những tạp chất nhẹ như cành cây khô, lá cây, và các vật nhẹ khác… do nhẹ sẽ nổi lên trên. Theo lực đẩy của nước các tạp chất nhẹ này sẽ theo ống (3) được đưa ra ngoài.
+ Đối với hạt cà phê có tỷ trọng lớn hơn sẽ lơ lửng và các hạt rắn nặng(7) sẽ chìm dưới đáy bể Xi phông được áp lực nước đẩy theo đoạn cong hình chữ Y như trên hình, các hạt nặng do nặng hơn nước sẽ rơi xuống thùng chứa tạp chất nặng(6) và các hạt cà phê tươi tiếp tục theo đường ống(4) được làm sạch rồi đi vào máy xát vỏ (5).
1.2.1.3. Xát vỏ quả, rửa nhớt:
Mục đích bóc vỏ quả:
Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là, gluxit, và protein. Vỏ gây khó khăn trong quá trình chế biến như: gây thối rữa, kéo dài thời gian phơi sấy. Vì vậy phải loại bỏ lớp vỏ quả.
Hiệu suất và kỹ thuật xát tươi có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.
Sau khi xát tươi ta được hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ướt còn dính theo lớp nhớt. Trong đó vỏ quả và cà phê trái còn lẫn trong cà phê thóc ướt theo một tỷ lệ nhất định. Hiệu suất xát tươi càng cao thì tỷ lệ này càng thấp.
Cà phê quả lẫn trong cà phê thóc ướt có thể tách ra và đem xát lại lần hai.
Vỏ quả cà phê chứa nhiều gluxit nên có thể dùng làm thức ăn gia súc, làm nguyên liệu để sản xuất cồn.
Nguyên lý của máy xát vỏ tươi:
Máy hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát giữa trục và hạt cà phê tươi, sau khi làm sạch bằng bể xi phông, cà phê(có lẫn nước), được cấp vào máy xát qua phễu (1), hạt cà phê được xát vỏ bởi trục (2) quay, và phần cố định (3). Sau khi bóc vỏ cà phê được làm ráo rồi chuyển qua công đoạn sàn tách vỏ và hạt nhân ra.
Hình 1.7: Nguyên lý máy xát vỏ quả
Máy xát kiểu Raveng:
Máy xát này còn gọi là máy liên hoàn vì nó thực hiện đồng thời 3 động tác:
- Bóc vỏ quả.
- Đánh nhớt.
- Rửa cà phê thóc.
1.2.1.4. Làm ráo trước khi sấy:
Mục đích làm ráo nước:
Sau khi đã rửa sạch nhớt, lượng nước còn trong hạt và lượng nước bám ngoài vỏ chiếm khoảng 52-60%. Thực nghiệm cho thấy rằng nước bám xung quanh vào khoảng 8-10%. Nếu để nguyên lượng nước này mang cà phê đi sấy thì có ảnh hưởng không tốt đến màu sắc của nhân, vì khi nhiệt độ cao lượng nước này sẽ sôi làm cho nhân gần như bị luộc, dẫn đến cà phê có màu xanh thẫm, tốn nhiều thời gian sấy và nguyên liệu. Nếu để nguyên cả vỏ thóc mang đi phơi thì kéo dài thời gian phơi và men mốc sẽ có đủ thời gian phát triển ngay sân. Vì vậy trước khi phơi phải làm giảm lượng nước của nó.
Các phương pháp làm ráo nước:
- Phương pháp ly tâm.
- Phương pháp dùng tháp gió.
- Phương pháp thủ công.
Ơ đây ta dùng phương pháp ly tâm để làm ráo nước
Cấu tạo:
Hình 1.8: Phương pháp ly tâm
Dựa trên tính chất của lực ly tâm lớn làm cho nước bắn ra xung quanh. Có thể dùng ly tâm gián đoạn và ly tâm liên tục.
- Ly tâm gián đoạn: Có nhiều cỡ loại khác nhau, máy gồm một hình trụ có trục quay 1000-2000 vòng/phút.
Máy hoạt động theo nguyên tắc quay nhanh tạo thành lực ly tâm làm văng nước ra khỏi lưới, cà phê được giữ lại trong lưới, khi cà phê thóc đã hết nước người ta dừng máy lại và tháo cà phê ra ngoài.
- Ly tâm liên tục: Máy gồm 2 bộ phận chính, bộ phận múc cà phê lên đổ vào máy và bộ phận ly tâm làm róc nước, ưu điểm của máy này là làm việc liên tục, năng suất cao, cà phê được róc nước triệt để nhưng có nhược điểm là cà phê bị vỡ và tróc vỏ trấu.
1.2.2. Qui trình chế biến cà phê khô:
Hình 1.9: Quy trình chế biến cà phê khô
1.2.2.1 Sấy cà phê thóc:
Mục đích của sấy:
Mục đích của quá trình phơi là hạ thủy phần hạt cà phê xuống 10-12% để bảo quản và thực hiện các quá trình tiếp theo.
Phơi và sấy có ảnh hưởng rất lớn đến màu sắc, phẩm chất của cà phê nên đòi hỏi phải làm đúng kỹ thuật.
Mức độ sấy phải đảm bảo cân đối với môi trường xung quanh nhất là nơi bảo quản vì tất cả mọi trường hợp hút ẩm sẽ dẫn tới sự biến đổi trạng thái của nhân. Thông thường thì phải phơi sấy sơ bộ trước rùi mới đem sấy khô chính thức sau. Quá trình sấy sơ bộ là để loại bớt một phần nước, đồng thời vỏ cà phê còn sót lại cũng được kéo đi dễ dàng. Cà phê đã phơi sấy sơ bộ khi đưa vào sấy chính thức sẽ rút ngắn thời gian và chất lượng đảm bảo hơn.
Nguyên lý sấy:
Cà phê được cấp vào phễu (2), và được tải bằng vít tải (1), sau đó được đưa vào buồng sấy (4). Cà phê được chuyển xuống nhiều tầng khác nhau nhờ xích đĩa(5), đồng thời được cấp nhiệt bởi quạt hút hỗn hợp khí nóng(8) từ buồng gia nhiệt(7). Và cuối cùng được đưa ra phễu cấp liệu (6) để chuẩn bị cho quá trình tiếp theo. Các vật liệu nhỏ bay theo khí và được tách ra ở xylo(3).
Hình 1.10: Nguyên lý sấy
Hình 1.11: Nguyên lý sấy khác
1.2.2.2. Tách tạp chất:
Mục đích:
Sau khi phơi sấy cà phê thóc lúc này sẽ lẫn nhiều tạp chất và bụi, điều này ảnh hưởng tới hoạt động của máy móc trong các quá trình tiếp theo, đồng thời làm giảm ảnh hưởng tới hoạt động của máy móc trong các quá trình tiếp theo, đồng thời làm giảm chất lượng của cà phê.
Để tách tạp chất ta dùng sàng lắc và nam châm tách kim loại.
Nguyên lý hoạt động của sàn lắc:
Cà phê được chuyển vào sàng lắc, trên sàng lắc có nhiều tấm sàn gồm nhiều lỗ, những tấm càng dưới thì có kích thước lỗ nhỏ dần và sàng được truyền động bởi động cơ lệch tâm(3) bắt dưới đế sàng cộng với lò xo(2) tạo ra tần số rung. Các vỏ cà phê có kích thước lớn hơn theo độ nghiêng của sàng được phân loại.
Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động sàn lắc
1.2.2.3. Xát vỏ quả cà phê khô:
Mục đích:
Loại bỏ lớp vỏ quả khô ngoài còn bám lại ở hạt cà phê.
a. Xát cà phê thóc:
Trong sản xuất cà phê thóc, người ta thường gọi là xát khô. Hạt cà phê thóc bị bao bọc ở phía ngoài là xen-luy-lô nên có thể con người hoàn toàn không có khả năng tiêu hóa được lớp vỏ trấu, mặt khác lớp vỏ trấu cũng không giúp ích gì trong việc tạo nên mùi vị của cà phê. Do đó phải bóc lớp vỏ trấu để lấy cà phê ra.
Xát khô là một khâu quan trọng trong quá trình chế biến cà phê nhân. Điều kiện kỹ thuật của khâu này tốt hay xấu sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của thành phẩm: tỷ lệ cà phê vụn nát, tỷ lệ phẩm cấp, giá thành và hiệu suất của các khâu tiếp theo.
Xát khô là dùng thiết bị hiện đại hoặc công cụ thô sơ đều do tác dụng cơ học làm bóc vỏ trấu. Thiết bị xát khô có nhiều chủng loại, tính năng và hiệu suất khác nhau.
Cà phê thóc sau khi xát khô, ta được một hỗn hợp gồm: cà phê thóc, trấu (vỏ hạt), cà phê nhân, hạt vụn nát. Tuy nhiên 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 cần qua trở lại máy xát để tách vỏ lần nửa.
- Cà phê nhân là sản phẩm chủ yếu của quá trình xát khô, có thể đưa đi đánh bóng.
- Trấu chứa nhiều xen-luy-lô và chất khoáng, có thể dùng làm nhiêu liệu ...
- Cà phê vụn 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, bánh kẹo …
Quá trình xát khô thường gồm các bước kỹ thuật sau: xát khô, tách vỏ trấu, đánh bóng, phân loại phẩm cấp.
b. Xát khô:
Yêu cầu xát khô: Cà phê thóc hoặc cà phê quả sau khi xát phải giữ được nguyên hạt, giảm lượng hạt nứt, hạt vỡ. Phải điều chỉnh mức độ xát khô thích hợp để nhân cà phê không bị bong thành vẩy gây khó khăn cho quá trình phân cấp cũng như giảm cấp.
Các phương pháp xát khô:
Có ba loại tác động cơ học làm cho cà phê thóc bị bóc vỏ là nén, xé va đập. Tùy theo từng loại thiết bị mà tác động cơ học lên hạt khác nhau, nhưng nói chung đều thuộc 3 loại phương pháp sau:
...........................................
4.5. THIẾT KẾ XICLON
Buồng xiclon l thiết bị lọc bụi p dụng rất rộng ri vì cấu tạo đơn giản, gi thnh rẻ. Tuy nhin chỉ lọc tốt những hạt bụi cĩ kích thước cỡ hạt ³ 5mm. Qu trình thu bụi trong thiết bị ny dựa trn lý thuyết lực qun tính (lực ly tm).
Khí chứa bụi được dẫn vo xyclon theo hướng tiếp tuyến với hình trụ bao ngồi cĩ đường kính D. Đường dẫn khí vo thường cĩ tiết diện ngang hình chữ nhật, đi vo phần trn của xiclon v chuyển động xốy xuống phía dưới trong khơng gian giữa vỏ v ống rỗng ở giữa, sau đó chuyển động trong xiclon tạo thnh vng xốy ngồi. Dưới tc dụng của lực ly tm, lực ma st cc hạt bụi luơn p st vo thnh xiclon, v rơi vo hộp chứa bụi phía dưới. Gần tới phần cơn phểu của xiclon dịng khí ngoặc hướng v chuyển động ln phía trn v tạo thnh dịng xốy trong ở ống trụ giữa rồi thốt ra ngồi.
Để chọn cấu tạo xiclon v tính tốn nĩ cần biết hệ số trở lực v hệ số thu bụi.
Khối lượng ring của chất khí
=1,293. = 1.293 (kg/m3)
Lưu lượng dịng hỗn hợp
Vs = = 0,43 (m/s)
Chọn xyclon của viện VTI
Chọn = 740 , Hệ số trở lực
Tính sơ bộ tốc độ quy ước
Vp’ = = = 3,14 (m/s)
Đường kính sơ bộ xyclon
D’ = = 0,42 (m)
Chọn kích thước theo tiu chuẩn D = 0,5m
= = = 2,19 (m/s)
Trở lực của xyclon
= = 150. = 465 MPa
Cc kích thước của xyclon
|
Đường kính |
Chiều rộng cửa vo |
Chiều cao cửa vo |
Đường kính ống tm |
Chiều cao vỏ trụ |
Chiều cao nĩn |
|
D |
b = 21D |
h = 0,66D |
do = 0,58D |
H1 = 1,6D |
H2 = 2D |
|
0,4 |
0,084 |
0,264 |
0,232 |
0,64 |
0,8 |
4.6. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN MÁY RANG CÀ PHÊ NHÂN
Sơ đồ điện của máy rang – làm nguội cà phê gồm có các phần như sau:
Hình 4.13: Sơ đồ mạch điện điều khiển máy rang
1. Cầu dao; 2. Các nút nhấn; 3. Các tiếp điểm; 4. Cuộn công tắc tơ; 5. Đồng hồ đo nhiệt.
ĐC 1: Động cơ quay thùng rang;
ĐC 2: Động cơ bét đốt;
ĐC 3: Động cơ quạt hút;
ĐC 4: Động cơ bàn làm nguội;
ĐC 5: Động cơ bơm nước giải nhiệt cho Xyclon.
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển máy rang cà phê nhân:
Các động cơ điện trong máy rang – làm nguội cà phê hoạt động độc lập với nhau, tùy theo trình tự trong quá trình rang cà phê mà các động cơ cần phải hoạt động, trong mạch này các động cơ không có khóa lẫn với nhau khi hoạt động.
Khi máy rang bắt đầu hoạt động, ta đóng cầu dao (1). Khi nhấn nút khởi động k11, lúc này cuộn dây Z1 có điện làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, cụ thể là tiếp điểm z1 tại k11 đóng làm duy trì cuộn công tắc tơ Z1. Các tiếp điểm z1 đóng, làm cho động cơ ĐC1 có điện và hoạt động. Quá trình cứ như vậy cho đến khi ta nhấn công tác tơ k12 để ngừng động cơ, khi ta nhấn k12 cuộn dây Z1 mất điện, làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, tức tiếp điểm z1 hở ra và động cơ ĐC1 ngừng hoạt động.
Tương tự khi nhấn nút khởi động k21 cuộn dây Z2 có điện làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, cụ thể là tiếp điểm z2 tại k21 đóng làm duy trì cuộn công tắc tơ Z2. Các tiếp điểm z2 đóng lại làm động cơ ĐC2 có điện và hoạt động. Quá trình cứ như vậy cho đến khi ta nhấn công tắc tơ k22 để ngừng động cơ; khi nhấn k22, cuộn dây Z2 mất điện, làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, tức tiếp điểm z2 hở ra và động cơ ĐC2 ngừng hoạt động.
Khi nhấn nút khởi động k31, lúc này cuộn dây Z3 có điện làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, cụ thể là tiếp điểm z3 tại k31 đóng làm duy trì cuộn công tắc tơ Z3. Các tiếp điểm z3 đóng lại làm động cơ ĐC3 có điện và hoạt động. Quá trình cứ như vậy cho đến khi ta nhấn công tắc tơ k32 để ngừng động cơ; khi nhấn k32, cuộn dây Z3 mất điện, làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, tức tiếp điểm z3 hở ra và động cơ ĐC3 ngừng hoạt động.
Khi nhấn nút khởi động k41, lúc này cuộn dây Z4 có điện làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, cụ thể là tiếp điểm z4 tại k41 đóng làm duy trì cuộn công tắc tơ Z4. Các tiếp điểm z4 đóng lại làm động cơ ĐC4 có điện và hoạt động. Quá trình cứ như vậy cho đến khi ta nhấn công tắc tơ k42 để ngừng động cơ; khi nhấn k42, cuộn dây Z4 mất điện, làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, tức tiếp điểm z4 hở ra và động cơ ĐC4 ngừng hoạt động.
Khi mở khóa K lúc này cuộn dây Z5 có điện làm duy trì cuộn công tắc tơ Z5. Các tiếp điểm z5 đóng lại làm ĐC5 có điện và hoạt động. Quá trình cứ như vậy cho đến khi ta nhấn khóa K để ngừng động cơ, cuộn dây Z5 mất điện, làm cho các tiếp điểm của nó thay đổi trạng thái, tức tiếp điểm z5 hở ra và động cơ ĐC5 ngừng hoạt động.
........................................
PHẦN PHỤ LỤC
I. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
Tập quán uống cà phê phát sinh từ thời cổ xưa ở Etiôpia (Châu Phi), quê hương của cây cà phê chè ngày nay.
Vào khoảng thế kỷ 13-14 cà phê đã được đạo quân xâm lược Etiôpia du nhập sang Ả–Rập khi chúng xâm chiếm nước này. Ở Yemen (thuộc Ả-Rập) bắt đầu trồng cà phê từ thế kỷ 15 và cà phê của Ả-Rập được bán sang các nước quanh địa trung hải và Ba-Tư với giá rất đắt.
Vênêxia, thành phố cộng hòa tự do buôn bán thịnh hành nhất trong thời trung cổ, đã du nhập tập quán uống cà phê của người Ả-Rập, và cũng tại thành phố này, quán cà phê đầu tiên ở Châu Âu được mở vào năm 1645. Từ đó cà phê lan tràn vào các nước Châu Âu khác, sau đó không đầy một thế kỷ việc trồng và uống cà phê đã đi vòng quanh thế giới.
Lịch sử trồng cà phê theo sát từng bước với lịch sử uống càphê. Cây cà phê chè (Arabica) mọc hoang dã ở cao nguyên nước Etiôpia đã được đưa sang trồng ở Yemen (Ả-Rập) từ thế kỷ 15, đưa vào Ấn Độ thế kỷ 17. Năm 1658 người Hà Lan đã đưa cây cà phê sang Tich-lan, và từ đó sang đảo JaVa (Indonexia) vào năm 1690 và năm 1699.
Lúc ấy cà phê là một sản phẩm của xứ nóng, rất hiếm và đắt tiền ở Châu Âu, nên các nước này cố gắng phát triển trồng cà phê ở các nước thuộc địa của mình. Trong vòng nửa thế kỷ cây cà phê đã xuất hiện khắp thế giới.
Năm 1868 một trận dịch Hemileia vastatrix đã đánh dấu một bước ngoặc trong lịch sử trồng cà phê. Ở các xứ nóng và ẩm khó trồng cà phê chè, đã bắt đầu nghiên cứu các loại cà phê khác để thay thế cho cà phê chè và lần lược phát triển các loại cà phê khác.
Cà phê C.comphera và C.liberica mọc hoang dại trong miền rừng núi ẩm của Châu Phi, được phát hiện và đưa vào sản xuất là cà phê C.excelsa Chari năm 1902.
Trong một thời gian dài, việc trồng cà phê chỉ là một phương thức bóc lột người bản xứ của bọn thực dân xâm lược và sử dụng đất đai màu mỡ ở các nước thuộc địa, chậm tiến. Ngay ở Brazin là nước sản xuất cà phê nhiều nhất thế giới từ đầu thế kỷ 19 nhưng kỹ thuật trồng cà phê vẫn theo hình thức du canh, không phân bón, cứ 15 – 20 năm một lần chủ đồn điền bỏ nương cà phê củ đã cằn cỗi để khai phá nương đất màu mỡ hơn. Những công trình nghiên cứu khoa học, cải tiến kỹ thuật trồng cà phê cũng mới bắt đầu ở thế kỷ 20. Tình hình ấy giải thích tình trạng lạc hậu của kỹ thuật sản xuất cà phê so với các cây công nghiệp khác.
Ở nước ta theo tài liệu tham khảo được thì cây cà phê chè đã có từ năm 1857 ở Quảng Trị và Quảng Bình. Năm 1888, năm năm sau khi thực dân Pháp xâm lược nước ta, chúng đã thành lập những đồn điền cà phê đầu tiên ở nước ta như: Chiné(Hòa Bình), Phú Mãn, Xuân Mai, Hòa Mục, Sơn Tây, nhưng những đồn điền cà phê này không phát triển lắm do kỹ thuật canh tác lạc hậu, không bảo vệ độ phì nhiêu của đất, sử dụng giống hổn tạp, nhiều sâu bệnh và cây cà phê chưa thích nghi với khí hậu nhiệt đới vùng thấp, do vậy mà những nương cà phê ấy cho năng suất rất thấp và suy tàn dần.
Để cứu vãn tình thế ấy bọn thực dân Pháp đã nghiên cứu và đưa vào Việt Nam hai loại cà phê mới đó là cà phê vôi (C.canepora pierra) và cà phê mít (C.excela chari) năm 1905 – 1910 thay thế cho cà phê chè ở vùng thấp. Đồng thời chúng xô nhau đi cướp những vùng đất phì nhiêu hơn. Sau khi phát hiện được khả năng phong phú của vùng đất đỏ Tây Nguyên (1925 – 1926) thì bọn thực dân đã phát triển trồng cà phê ở đó. Năm 1930 diện tích cà phê ở Việt Nam đã đạt điểm cao nhất trước chiến tranh là: 10700 ecta, phân bố ở Bắc bộ: 4100 ecta, Trung bộ: 5900 ecta (đại bộ phận vùng Tây Nguyên), Nam bộ: 700 hecta.
Từ năm 1940 sự thống trị của bọn thực dân Pháp bắt đầu suy sụp dần, bọn chủ đồn điền thực dân không nghĩ đến việc chăm sóc nương cà phê nữa, do đó các đồn điền cà phê chè tàn rụi dần.
Trong những năm đầu của cuộc kháng chiến, lực lượng sản xuất phải dồn vào sản xuất những nhu yếu phẩm để phục vụ cho chiến tranh, việc sản xuất cà phê suất khẩu bị đình trệ. Nhưng chủ trương sáng suốt của Đảng và chính phủ, cùng với sự bền bỉ của anh chị em công nhân các đồn điền cà phê cũ đã duy trì được hàng nghìn ecta cà phê nhất là vùng Phú quí (Nghệ An).
Từ ngày hòa bình lập lại, các cơ sở sản xuất cà phê cũ đã được phục hồi nhanh chóng. Sản lượng cà phê nước ta ngày một tăng và doanh số suất khẩu không ngừng tăng lên trong những năm gần đây.
Nguyên nhân dẫn đến những thành tựu đó trước hết là nhờ chính sách đổi mới của Nhà nước phù hợp với nguyện vọng của nông dân là làm giàu trên mảnh đất của mình dựa vào sự cần cù lao động của bản thân. Về nguyên nhân khách quan đó là do giá cà phê trên thị trường thế giới trong những năm gần đây diễn biến theo hướng có lợi cho người sản xuất, cà phê làm ra bán được giá cao hơn và thu nhập của người nông dân cũng tăng lên đáng kể. Sự kích thích của giá cả đã thúc đẩy cà phê ở Việt Nam phát triển nhanh chóng.
Bản kế hoạch đầu tiên về cà phê xây dựng năm 1980 đặt mục tiêu cho ngành cà phê Việt Nam chỉ có 180.000 ha với sản lượng 200.000 tấn. Sau nhiều lần điều chỉnh con số đó củng chỉ tăng lên đến 350.000 ha với 450.000 tấn. Theo những con số thống kê điều tra vào năm 2000 cho thấy diện tích cà phê cả nước đã lên đến 520.000 ha với sản lượng 900.000 tấn, đưa Việt Nam lên vị trí thứ 2 thế giới về sản xuất cà phê. Đây là một con số gây bất ngờ cho nhiều người kể cả những người trong ngành cà phê nước ta. Nó góp một phần đáng kể vào việc cung cấp dư thừa cà phê trên thị trường đẩy giá cà phê đến mức thấp nhất trong thời gian mấy chục năm qua, trong đó ngành cà phê Việt Nam chịu nhiều thiệt thòi vì sản lượng càng lớn thua lỗ càng nhiều.
Bảng : Diễn biến diện tích và sản lượng cà phê Việt Nam
|
Niên vụ |
Diện tích (ha) |
Sản lượng (tấn) |
|
1992 – 1993 |
140.000 |
140.400 |
|
1993 – 1994 |
150.000 |
181.200 |
|
1994 – 1995 |
215.000 |
211.920 |
|
1995 – 1996 |
295.000 |
236.280 |
|
1996 – 1997 |
350.000 |
342.300 |
|
1997 – 1998 |
410.000 |
413.580 |
|
1998 – 1999 |
460.000 |
404.206 |
|
1999 – 2000 |
520.000 |
700.000 |
|
2000 – 2001 |
500.000 |
900.000 |
(Nguồn Vicofa – 2005)
Các vụ cà phê từ 1998/99 về trước lượng cà phê xuất khẩu tăng hàng năm không lớn lắm. Nhưng hai vụ 1999/00 và 2000/01 mỗi vụ tăng lên 200.000 tấn tức là tăng khoảng 3,5 triệu bao, và đơn giá xuất khẩu hai vụ này cũng thấp thảm hại, giá vụ sau chỉ bằng xấp xỉ 60% giá vụ trước. Tình hình này đem lại cho những người trồng cà phê nhiều khó khăn, nếu kéo dài thì chắc chắn là không chịu đựng nổi. Kết quả tất yếu dẫn đến là nông dân bỏ không chăm sóc và cũng không thu hái sản phẩm để vườn cây suy thoái dần, thậm chí còn chặt bỏ cà phê để trồng cây khác.
Bảng : Sản lượng xuất khẩu cà phê từ năm 1991 – 2004
Đơn vị: bao 60 kg
|
Năm |
Việt Nam |
Brazil |
Columbia |
Giá,USD/1bao |
|
1991 |
1.200.952 |
21.186.728 |
12.599.185 |
75.59 |
|
1992 |
1.937.611 |
18.793.397 |
16.564.370 |
62.03 |
|
1993 |
2.071.837 |
17.834.235 |
13.568.362 |
67.13 |
|
1994 |
2.720.911 |
17.290.243 |
11.768.089 |
71.42 |
|
1995 |
3.546.406 |
14.411.435 |
9.814.197 |
162.81 |
|
1996 |
3.779.415 |
15.300.933 |
10.588.431 |
127.54 |
|
1997 |
6.177.834 |
16.841.537 |
10.918.863 |
127.28 |
|
1998 |
6.466.712 |
18.160.587 |
11.259.929 |
179.83 |
|
1999 |
7.741.988 |
23.151.485 |
9.995.668 |
99.43 |
|
2000 |
11.618.554 |
18.015.506 |
9.175.370 |
97.68 |
|
2001 |
13.945.528 |
23.172.405 |
9.943.630 |
62.38 |
|
2002 |
11.771.367 |
28.161.046 |
10.273.425 |
43.14 |
|
2003 |
11.631.111 |
25.693.727 |
10.244.392 |
49.31 |
|
2004 |
14.858.991 |
26.411.711 |
10.194.319 |
|
(Nguồn: Ico, 2005)
Trước tính hình đó, từ năm 2000 đến nay Chính phủ đã đưa ra nhiều biện pháp, kể cả biện pháp tài chính, huy động ngân sách nhà nước để giúp đỡ nông dân qua khỏi khó khăn như mua cà phê tạm trữ để nâng giá cho nông dân, miễn thuế nông nghiệp cho đất trồng cà phê, hoãn nợ và tiếp tục cho nông dân vay tiền để chăm sóc vườn cây hoặc trồng cây khác… Những sự quan tâm của Chính phủ như thế được nông dân và toàn ngành cà phê hoan nghênh.
Việt Nam là nước đứng thứ 2 thế giới về xuất khẩu cà phê và cà phê là mặt hàng xuất khẩu có giá trị lớn đứng thứ 2 sau gạo trong danh mục hàng nông sản xuất khẩu của Việt Nam. Giá trị cà phê xuất khẩu thường chiếm 10% tổng kim ngạch xuất khẩu hàng năm. Hiện nay, Việt Nam đã xuất cà phê đi hơn 61 nước, trong đó có 10 nước nhập khẩu cà phê đứng đầu được trình bày trong bảng sau:
Bảng : 10 nước nhập khẩu hàng đầu của ngành cà phê Việt Nam
|
STT |
Tên nước |
Số lượng (tấn) |
Trị giá (USD) |
Tỷ phần so với tổng xuất khẩu (%) |
|
1 |
Bỉ |
138603 |
57947984 |
15,85 |
|
2 |
Mỹ |
137.501 |
59.371.585 |
15,72 |
|
3 |
Đức |
134.321 |
60.054.805 |
15,36 |
|
4 |
Tây Ban Nha |
73.852 |
31.666.889 |
8,44 |
|
5 |
Ý |
62.559 |
27.796.789 |
7,15 |
|
6 |
Pháp |
45.998 |
20.147.381 |
5,26 |
|
7 |
Ba lan |
38.155 |
17.171.839 |
4,36 |
|
8 |
Anh |
30.153 |
13.055.058 |
3,45 |
|
9 |
Nhật |
26.905 |
13.274.686 |
3,08 |
|
10 |
Hàn Quốc |
26.288 |
11.310.104 |
3,01 |
(Nguồn Vicofa 2005)
Ngành cà phê Việt Nam nói chung đã đạt được những thành tích to lớn, không chỉ có ý nghĩa về kinh tế mà cả về măt xã hội, đã giải quyết được việc làm cho hàng chục lao động, góp phần thay đổi tập quán trồng cây thuốc phiện của đồng bào dân tộc thiểu số, hình thành những vùng kinh tế mà trước đây vốn là vùng xa hẻo lánh, nghèo đói. Vì thế, nước ta rất chú trọng phát triển cà phê. Trong phương hướng chiến lược của ngành cà phê nước ta như: chuyển dịch cơ cấu cây trồng, hạ giá thành sản xuất nâng cao hiệu quả kinh doanh, đổi mới quan hệ mua bán, mở rộng thị trường… cũng có xác định phải đổi mới công nghệ, thiết bị chế biến, áp dụng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm nhà nước phù hợp với yêu cầu của thị trường, cuối cùng là phát triển một ngành sản xuất cà phê bền vững ở Việt Nam.
II. TÁC DỤNG SINH LÍ CỦA CÀ PHÊ.
Cà phê là thức uống kích thích thần kinh, uống cà phê hoạt động trí não minh mẫn hơn và thông qua sự kích thích hệ thần kinh tăng cường hoạt năng của các bộ máy khác của cơ thể như: trợ tim, xúc tiến sự tuần hoàn của máu, phản ứng bắp thịt nhạy hơn, khỏe và bền hơn.
Những tác dụng sinh lí trên đây là do hoạt tính của cafein mà hàm lượng của nó từ 1-3%. Cafein có tính độc, do đó không nên uống cà phê nhiều quá trong cùng một lúc sẽ gây ảnh hưởng không tốt đối với hệ thần kinh, nhưng uống với một liều lượng vừa phải nó có tác dụng tốt với cơ thể.
Ngoài ra trong cà phê còn có hàm lượng đáng kể các sinh tố thuộc nhóm B, nhất là Vitamin PP do chất Trigônélin có trong cà phê nhân tạo thành trong quá trình rang, hàm lượng này có thể đến 10 – 40 mg vitamin PP/100g cà phê rang.
Nhưng chỉ riêng tác dụng sinh lí trên đây không giải thích hết nguyên nhân nghiện cà phê phổ biến trong gần một nửa dân số thế giới. Giá trị của cà phê, ngoài giá trị dinh dưỡng ở mức độ nào đó, nó còn có hương vị độc đáo và những tập quán sinh hoạt lâu đời đã ghép thêm cho tập quán uống cà phê với những khía cạnh của một nhu cầu tâm lí.
