NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ÉP TÁCH BƠ CACAO NĂNG SUẤT 50 kgh

TÓM TẮT Đề tài thực hiện “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị ép tách bơ cacao năng suất 50 kg/h” được tiến hành tạ : Khoa Cơ khí - Công nghệ trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM và Công

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

W X

TẬP BẢN VẼ CHI TIẾT

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ÉP TÁCH BƠ

CACAO NĂNG SUẤT 50 kg/h

Sinh viên thực hiện: HỒ HOÀI BẢO

PHÙNG ANH VĨNH TRƯỜNG Ngành: Cơ khí chế biến bảo quản NSTP

TP.Hồ Chí Minh Tháng 07 năm 2009

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành:

Cơ khí chế biến bảo quản NSTP

Giáo viên hướng dẫn:

TS NGUYỄN VĂN HÙNG

KS NGUYỄN ĐỨC CẢNH

Tháng 07 năm 2009

TÓM TẮT

Đề tài thực hiện “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị ép tách bơ cacao năng suất 50 kg/h” được tiến hành tạ : Khoa Cơ khí - Công nghệ trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM và Công ty TNHH chế tạo máy Cơ Tân Tiến, Quận Bình Chánh, Tp.HCM Thời gian thực hiện từ ngày 22/03/2009 đến 15/07/2009

Kết quả thu được :

− Xác định được áp lực ép cần thiết là khoảng 20÷50 kG/cm2 để đạt được hiệu suất tách bơ theo yêu cầu sản xuất

− Chế tạo thành công máy ép trục vít dùng để tách bơ cacao với năng suất 50 kg/h Với các thông số kĩ thuật cụ thể như sau:

¾ Công suất động cơ : 0,75 kW, i = 1/50

¾ Áp lực ép : 0 ÷ 45 kG/cm2

¾ Đường kính ngoài của trục vít : 79 mm, đường kính trong của trục vít thay đổi từ 67 ÷ 47 mm

− Kết quả khảo nghiệm đánh giá máy cho thấy những kết quả sau :

¾ Đạt năng suất đáp ứng được dây chuyền chế biến cacao quy mô nhỏ

¾ Tỉ lệ và chất lượng bơ được tách ra phù hợp với yêu cầu thiết kế : trên

20 % bơ

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các hình viii

Danh sách các bảng ix

Chương 1 MƠ ĐẦU 1

1.1 T ính cấp thiết của đề tài 1

1.2 M ục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Đ ối tượng nghiên cứu 3

2.1.1 T ình hình phát triển cacao nguyên liệu ở Việt Nam 3

2.1.2 T hành phần, tính chất của hạt cacao 4

2.1.1.1 L ipid (bơ cacao) 5

2.1.1.2 T heobromine 7

2.1.1.3 C

affein 8 2.1.1.4 C

ác acid hữu cơ 8 2.1.1.5 G

lucid 8 2.1.1.6 P

rotein 8 2.1.1.7 C

ác chất mùi 9 2.1.1.8 C

hất thơm trong cacao gồm những chất dễ và khó bay hơi 9 2.1.1.9 K

hoáng chất 9 2.1.3 Q

uy trình công nghệ chế biến cacao 10 2.1.3.1 S

ấy 10 2.1.3.2 N

ghiền thô 11 2.1.3.3 T

ách vỏ 11 2.1.3.4 N

ghiền mịn 11 2.1.3.5 K

iềm hóa 12 2.1.3.6 É

p bơ 12

2.1.3.7 N

ghiền bánh 13 2.1.3.8 B

ao gói 13 2.1.4 C

ông nghệ và thiết bị ép tách bơ cacao 13 2.1.4.1 C

ông nghệ ép tách bơ 13 2.1.4.2 T

hiết bị ép tách bơ 13 2.2 C

ác kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 17 2.2.1 K

ết quả nghiên cứu trong nước 17 2.2.2 K

ết quả nghiên cứu ngoài nước 17

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 N

ội dung nghiên cứu 19 3.2 Phương pháp nghiên cứu 19 3.2.1 P

hương pháp nghiên cứu lý thuyết 19 3.2.2 P

hương pháp nghiên cứu thực nghiệm 19 3.2.2.1 K

hảo nghiệm thăm dò để xây dựng cơ sở thiết kế 19 3.2.2.2 K

hảo nghiệm máy sau khi chế tạo 21

3.3 Phương tiện phục vụ thí nghiệm và thiết bị đo 22

Chương 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 24

êu cầu thiết kế 29 4.2.2 L

ựa chọn mô hình 29 4.2.3 T

ính toán các thông số chính 31 4.2.3.1 C

ác thông số hình học của vít xoắn ép 31 4.2.3.2 T

ính công suất cho quá trình ép 33 4.2.3.3 C

họn động cơ 35 4.2.3.4 T

ính toán bộ truyền xích 36 4.3 Công nghệ chế tạo các chi tiết chính 39 4.3.1 C

ông nghệ chế tạo máng cấp liệu 39

4.3.1.1 P

hân tích đặc điểm 39 4.3.1.2 X

ác định dạng sản xuất 40 4.3.1.3 V

ật liệu chế tạo 40 4.3.2 C

ông nghệ chế tạo khung lưới 41 4.3.2.1 P

hân tích đặc điểm 41 4.3.2.2 X

ác định dạng sản xuất 43 4.3.2.3 V

ật liệu chế tạo 43 4.3.3 C

ông nghệ chế tạo trục vít 43 4.3.3.1 P

hân tích đặc điểm 43 4.3.3.2 X

ác định dạng sản xuất 44 4.3.3.3 V

ật liệu chế tạo 44 4.3.3.4 C

họn tiến trình gia công các bề mặt phôi 45 4.4 Khảo nghiệm đánh giá máy 51

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53

5.1 K

ết luận 53

5.2 Đ

ề nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 55

PL 1 Số liệu thí nghiệm 55

PL 2 Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết chính 56

PL 2.1 Quy trình công nghệ chế tạo máng cấp liệu 56

PL 2.1.1 Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo vỏ máng (chi tiết 1) 56

PL 2.1.2 Công nghệ chế tạo bít 59

PL 2.1.3 Hàn ghép chi tiết 62

PL 2.2 Quy trình công nghệ chế tạo khung lưới 63

PL 2.2.1 Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết thanh giữ (chi tiết 1) 63

PL 2.2.2 Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo gân chịu lực ( chi tiết 2) 70

PL 2.2.3 Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo tấm lưới (chi tiết 3) 73

PL 2.2.4 Hàn ghép và hoàn thiện chi tiết 78

PL 2.3 Quy trình công nghệ chế tạo trục vít 81

PL 3 Hình ảnh thí nghiệm 122

DANH SÁCH CÁC BẢNG

1 Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hạt cacao tươi 5

2 Bảng 2.2: Thành phần acid béo trong bơ cacao 6

4 Bảng 3.1: Kết quả bốc thăm thứ tự thực hiện các thí nghiệm cho máy ép thí nghiệm dạng thủy lực 20

5 Bảng 3.2: Kết quả bốc thăm thứ tự thực hiện các thí nghiệm

7 Bảng 4.2: Kết quả khảo nghiệm năng suất máy ép thí nghiệm dạng thủy lực 26

8 Bảng 4.3: Năng suất máy ép thí nghiệm dạng vít phụ thuộc vào áp lực ép (kg/h) 27

9 Bảng 4.4: Kết quả khảo nghiệm hiệu suất tách bơ của máy ép thí nghiệm dạng vít 28

10 Bảng 4.5 : Thành phần hóa học (%) của thép không gỉ SUS –304 (Tiêu chuẩn AISI) 41

11 Bảng PL.1: Khối lượng bơ được tách ra khi khảo nghiệm máy ép thí nghiệm dạng thủy lực (gram) 55

12 Bảng PL.2: Thời gian ép khi khảo nghiệm với máy ép thí nghiệm dạng vít (phút) 55

13 Bảng PL.3: Khối lượng bơ được tách ra khi khảo nghiệm máy ép thiết kế (gram) 55

DANH SÁCH CÁC HÌNH

2 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến cacao 10

4 Hình 2.4: Máy ép vít có đường kính lòng ép thay đổi 16

9 Hình 3.4: Thiết bị đo công suất Hioki 3281 23

10 Hình 4.1: Máy ép tách bơ thí nghiệm dạng thủy lực 24

11 Hình 4.2: Sự phụ thuộc của tỉ lệ bơ tách ra vào áp lực ép khi khảo nghiệm máy ép thí nghiệm dạng thủy lực 25

12 Hình 4.3: Máy ép tách bơ thí nghiệm dạng vít 27

13 Hình 4.4: Sự phụ thuộc năng suất máy vào áp lực ép khi khảo nghiệm máy ép thí nghiệm dạng vít 28

22 Hình 4.13: Sự phụ thuộc của tỉ lệ bơ tách ra vào áp lực ép khi

26 Hình PL.4: Mặt bít lắp ghép máng cấp liệu với khung máy 59

28 Hình PL.6: Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công khoan mặt bít 60

29 Hình PL.7: Cấu tạo thanh giữ có bề dày 8 mm 63

31 Hình PL.9: Hình phôi thanh giữ sau khi phay 64

33 Hình PL.11: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công khoan thanh giữ 68

40 Hình PL.18: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công khoan tấm lưới 74

42 Hình PL.20: Cuốn tạo hình tấm lưới bằng máy cuốn 3 trục 77

43 Hình PL.21: Vị trí hàn định vị tấm lưới vào khung 79

44 Hình PL.22: Chi tiết khung lưới sau khi hoàn thành hàn ghép 80

46 Hình PL.24: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công mặt đầu 1 81

47 Hình PL.25: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công khoan

48 Hình PL.26: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công tinh bề mặt L2 + L3 88

49 Hình PL.27: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công tinh và vát mép bề mặt L2 + L3 92

50 Hình PL.28: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công mặt đầu 21 94

51 Hình PL.29: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công vít 100

52 Hình PL.30: Kết quả của quá trình phá thô và tạo nên cánh vít 101

53 Hình PL.31: Quá trình gia công định hình cánh vít 104

54 Hình PL.32: Sơ đồ gia công và sơ đồ định vị gia công ren 111

55 Hình PL.33: Chuẩn bị nguyên liệu trước khi ép 122

56 Hình PL.34: Vận hành máy ép thí nghiệm dạng thủy lực 122

57 Hình PL.35: Khảo nghiệm máy ép vít sau khi chế tao 123

1

`

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, sản lượng cacao ở nước ta đã phát triển nhanh chóng (diện tích trồng cacao gần 10.000 ha, cho sản lượng khoảng 20.000 tấn) Trước tình hình

đó, các cơ sở chế biến cacao quy mô hộ gia đình (công suất nhỏ: 100kg/ngày) cũng hình thành, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, ở một số vùng trọng điểm như: Tiền Giang, Bến Tre, Bình Phước, Dak Lak,…Đặc biệt các cơ sở này còn chế biến cacao loại 1C ( khoảng 120 hạt/100g) xuất khẩu giá thấp và loại không đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Loại hình sản xuất này vừa có thể tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, vừa nâng cao giá trị sản phẩm cacao, và góp phần nâng cao đời sống người dân vùng nguyên liệu cacao Sản phẩm sau chế biến có giá thành thấp, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu làm chocolate cho thị trường tiêu thụ trong nước hoặc sử dụng cho mục đích pha chế làm thức uống

Những cơ sở chế biến cacao cần được hỗ trợ, chuyển giao công nghệ và thiết bị phục vụ cho sản xuất cacao Được hỗ trợ và kế thừa một phần trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp tỉnh: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế, chế tạo hệ thống chế biến cacao quy mô nhỏ phục vụ chương trình sản xuất cacao bền vững” do thầy TS Phạm Hồng Đức Phước làm chủ nhiệm, dưới sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Văn Hùng, chúng em thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị ép tách bơ cacao năng suất 50 kg/h”

2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu giải pháp kĩ thuật ép tách bơ nhân cacao, tạo cơ sở khoa học thiết kế chế tạo thiết bị ép tách bơ Tiến hành tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị ép tách bơ năng suất 50 kg/h đáp ứng dây chuyền chế biến cacao quy mô nhỏ

1.3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Đáp ứng yêu cầu kĩ thuật của quá trình ép tách bơ trong hệ thống sản xuất quy

mô nhỏ, đảm bảo chất lượng sản phẩm, góp phần hoàn thiện và nâng cao tính công nghệ trong dây chuyền chế biến cacao quy mô nhỏ, giá thành thiết bị tương đối rẻ phù hợp với khả năng đầu tư sản xuất của hộ gia đình

3

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Thiết bị được nghiên cứu trong đề tài là thiết bị ép tách bơ cacao nằm trong dây chuyền chế biến cacao công suất nhỏ (10kg/h) Đối tượng gia công của thiết bị là dịch cacao (đã được nghiền và kiềm hóa) Do đó, một số vấn đề sẽ nghiên cứu như sau:

- Tình hình phát triển cacao nguyên liệu ở Việt Nam

- Thành phần, tính chất của hạt cacao

- Quy trình công nghệ chế biến cacao

- Thiết bị ép tách bơ cacao

2.1.1 Tình hình phát triển cacao nguyên liệu ở Việt Nam

Theo báo cáo của Ban điều phối Cacao Việt Nam (VCC) thì tính đến cuối tháng 5/2009 tổng diện tích cacao trên cả nước là 1.315 ha trồng thuần (1.100cây/ha) và 8.368

ha trồng xen (600 cây/ha) Trong đó có 4.750 ha đang cho thu hoạch, bình quân năng suất ban đầu khoảng 1,6 ÷ 2,2 tấn/ha Sản lượng ước tính niên vụ 2008-2009 đạt khoảng 20.000 tấn Diện tích cacao hiện nay tăng nhanh chủ yếu dựa vào sự hỗ trợ, đầu tư của khuyến nông, một số dự án của các tổ chức (ACDI/VOCA), WWF ) Các tỉnh có diện tích lớn hiện nay như Bến Tre(3.916 ha) Tiền Giang(1.245ha), ĐăkLăk (1.830ha), Bình Phước (1.300ha)…

Cacao là loại cây trồng không quá khắt khe về kỹ thuật chăm sóc, ngược lại đây

là loại cây cho trái nhanh, năng suất ổn định, có hiệu quả kinh tế so sánh cao hơn so với

cà phê và một số cây trồng dài ngày khác Đây chính là những yếu tố quan trọng để ngành

4

nông nghiệp Việt Nam làm cơ sở để tổng kết việc nghiên cứu khảo nghiệm và chọn ra những giống cacao ưu việt thích hợp với từng vùng để phát triển và nhân rộng trong thời gian tới

Hình 2.1: Cây cacao đang có quả

2.1.2 Thành phần, tính chất của hạt cacao

Hạt cacao không có nhân, dài 20 ÷ 30 mm, rộng 10 ÷ 17 mm và dày 7 ÷ 12 mm

có cùi nhớt màu trắng và có vị hơi chua Hạt cacao có vị đắng chát, phía trong có màu tím nâu Bên ngoài là lớp vỏ mỏng chiếm khoảng 12% khối lượng hạt, và phôi nhũ chiếm toàn bộ thể tích hạt, có màu thay đổi từ trắng (Criollo) sang tím đậm (Forastero) và màu trung gian (các giống lai Trinitario) Thành phần hóa học của hạt cacao được thể hiện trong bảng 2.1

2.1.1.1 Lipid (bơ cacao)

Bơ cacao chiếm 48 ÷ 50% so với trọng lượng hạt đã lên men và sấy khô Bơ cacao sau khi được chiết từ hạt cacao có dạng tinh thể nhỏ, có màu trắng vàng và mùi thơm đặc trưng Thành phần acid béo trong bơ cacao được thể hiện như bảng 2.2

Bơ cacao có những đặc tính quan trọng sau :

- Ở điều kiện nhiệt độ bình thường cứng, dòn Do đó, tạo cho sản phẩm chocolate có độ cứng và độ dòn đặc trưng

- Nóng chảy ở 35 0C (thấp hơn nhiệt độ cơ thể người) do đó nó dễ tan và và không để lại trong miệng người ăn, tạo cảm giác dễ chịu

6

Bảng 2.2: Thành phần acid béo trong bơ cacao

STT Tên glycerid Phần trăm (%) Nhiệt độ nóng chảy (0C)

- Thành phần chủ yếu là các tryglycerid của các acid béo no và cũng do chứa nhiều glycerid khác nhau nên bơ cacao có thể hình thành nhiều dạng tinh thể khác nhau, chính vì vậy người ta gọi bơ cacao là chất béo đa tinh thể (hay polymorphic) Dạng tinh thể của bơ cacao chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ đông đặc của khối chất béo

2.1.1.2 Theobromine

Công thức phân tử là C7H8N4O2

Là thành phần đặc trưng của hạt cacao vì chính nó đã tạo ra vị đắng đặc trưng cho sản phẩm chocolate Chiếm từ 1,5 ÷ 1,7% so với trọng lượng hạt và chiếm 0,5 ÷ 1,3% trọng lượng vỏ quả

Thường tồn tại ở dạng bột với tinh thể màu trắng nhỏ và có vị đắng, thăng hoa ở nhiệt độ 308 0C Thuộc họ Akanloid, có thể hòa tan trong Tetracloruaetan, trong cồn, acid acetic sôi … và không tan trong ete, dầu hỏa và tetracloruacacbon Nó có khả năng oxi hóa nhanh và tạo ra những sản phẩm có màu mà người ta thường gọi là “chất nâu cacao” Màu nâu này tạo cho sản phẩm chocolate có các màu đặc trưng

Theobrom là chất kích thích yếu, tuy nhiên ít nhiều nó cũng tác động đến hệ cơ tim và hệ thần kinh Do vậy, theobromine còn được trích từ quả cacao để bổ sung vào vài loại thuốc chữa bệnh tim

Trong sản phẩm chocolate, theobromine có hàm lượng thấp cho nên nó không nguy hại gì cho hệ thần kinh và tim mạch của người, mà chỉ có thể tạo cho ta một vài cảm giác hưng phấn nhỏ mà thôi

8

2.1.1.3 Caffein

Caffein có công thức là 1,3,7-Trimetylxantin

Caffein có màu trắng, tinh thể dạng hình kim và có vị đắng,bay hơi ở 100 0C, nhiệt độ thăng hoa là 180 0C và nóng chảy ở 235 0C

Caffein có tính tan cao hơn Theobromine và có thể hoà tan được trong nước ấm với tỷ lệ 80% nước nóng pha với 20% nước lạnh

Caffein được xem như môt chất kích thích vì có khả năng tác dụng đến hệ thần kinh tạo ra những cảm giác hưng phấn, sảng khoái cho người dùng Nếu hàm lượng quá cao nó sẽ trở thành chất độc đối với hệ thần kinh và hệ tuần hoàn

Hàm lượng caffein trong vỏ hạt chiếm tối đa 0,3% còn trong nội nhũ cũng chỉ chứa tối đa 0,7% Còn trong bột cacao thành phẩm hàm lượng caffein chỉ chiếm 0,1 g/100g sản phẩm Với liều lượng như vậy thì nó không thể nào gây nguy hiểm cho người dùng

2.1.1.4 Các acid hữu cơ

Có trong thành phần hạt ở hai dạng : dễ bay hơi và không bay hơi Qua nghiên cứu người ta cho biết rằng những acid không bay hơi trong cacao gồm có acid malic, acid tauric, acid ovalic … Trong cacao còn chứa một lượng nhỏ các acid hữu cơ tự do Còn đối

với các acid dễ bay hơi sẽ được loại bỏ dần trong quá trình chế biến

2.1.1.5 Glucid

Chiếm 4,5% trong phôi nhũ và chiếm đến 46% trong vỏ quả cacao

Chất đường trong quả cacao không nhiều và hầu như không có trong vỏ quả Hàm lượng đường có trong phôi nhũ và cùi như sau :

9 Pentosan : 3,8%

9 Saccharose : 0,7%

9 Lucose và Fructose : 5,55%

2.1.1.6 Protein

9

Protein chiếm nhiều nhất trong quả cacao là Albumin và Globulin Trong vỏ quả cacao chứa một lượng protein khoảng 18% trọng lượng quả, ở cùi 0,6% và 8,4% trong nội nhũ

2.1.1.7 Các chất mùi

Là một trong những thành phần có giá trị lớn nhất trong quả cacao Chất thơm trong quả cacao là D –Linalool có trong thành phần hợp chất với acid béo và ete của chúng (acid caprylic, acid capric, acid valerialic, amylacetat, amylbutyrat …)

2.1.1.8 Chất thơm trong cacao gồm những chất dễ và khó bay hơi

Những chất thơm dễ bay hơi thì hầu hết sẽ bay đi trong quá trình rang và trong giai đoạn đảo trộn nhiệt Những chất này thường có mùi khó chịu và tuy nhiên nhờ sự dễ bay hơi của chúng mà vị ngon và hương thơm của cacao trở hơn tốt hơn

Đối với những chất khó bay hơi hơn, thì đây mới thực sự ảnh hưởng lớn đến hương vị của sản phẩm chocolate Những chất này hoà tan trong bơ cacao và rất khó loại trừ

10

2.1.3 Quy trình công nghệ chế biến cacao

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến cacao

2.1.3.1 Sấy

™ Mục đích:

− Đưa hạt ca cao đến độ ẩm thích hợp cho việc sản xuất Độ ẩm ban đầu 7 ÷ 8% giảm xuống còn 2 ÷ 3%

− Làm xuất hiện các mùi thơm đặc trưng của cacao

− Thay đổi độ acid và giảm hàm lượng các chất dễ bay hơi, loại một phần chất chát

− Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách vỏ, nghiền

Sấy Nghiền thô Tách vỏ

Kiềm hoá Nghiền mịn

Ép bơ Nghiền bánh Bao gói

Dung dịch kiềm

Hạt cacao

Sản phẩm bột cacao

Bơ cacao

Vỏ, bụi

11

™ Yêu cầu:

− Nhiệt độ sấy: 90 ÷ 150 0C

− Thời gian sấy: 20 ÷ 40 phút tùy thuộc vào thiết bị sử dụng

− Hao hụt 0,1 ÷ 0,2% lượng chất khô

™ Yêu cầu: Sau khi tách vỏ, hàm lượng vỏ có trong bột cacao khoảng 0,5 ÷ 2%

2.1.3.4 Nghiền mịn

™ Mục đích: Nghiền bột cacao thô thành khối sền sệt gọi là dịch cacao hay khối cacao nhào Dịch cacao (có gần 55% bơ cacao) ở dạng huyền phù trong đó pha lỏng là bơ cacao, pha rắn là tinh bột và protein Các tế bào cacao sẽ bị nghiền vỡ ra giải phóng một lượng dịch bào, chủ yếu là bơ cacao

12

2.1.3.5 Kiềm hóa

™ Mục đích:

− Trung hòa các acid tự do như acid acetic, acid citric, acid tatric và acid béo

tự do làm giảm độ chua của cacao

− Hydrate hóa các esther tạo ra sản phẩm là những hợp chất có mùi thơm

− Làm giảm hàm lượng Tanin, sản phẩm bớt vị chát

− Các hợp chất Polyphenol chuyển hóa thành quinon ngưng tụ mạnh làm cho bột sẫm màu hơn

− Ở nhiệt độ cao, một số cấu trúc Protein bị phân hủy tạo thành các Peptid và Acid amin

− Ở nhiệt độ cao, phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin xảy ra mạnh trong môi trường kềm làm tăng giá trị cảm quan về mùi vị lẫn màu sắc

™ Yêu cầu:

− Hóa chất : dung dịch kiềm Na2CO3, K2CO3, NaOH hay Ca(OH)2

− Tỷ lệ : khối lượng kiềm chiếm 2,5 ÷ 3% so với khối lượng cacao nghiền

− Nâng pH từ 4,5 ÷ 5 đến 6,8 ÷ 7,2

− Nhiệt độ kềm hóa : 70 ÷ 115 0C tùy yêu cầu của sản phẩm

− Thời gian kiềm hóa 25 ÷ 60 phút

− Độ ẩm sau kiềm hoá không quá 2%

™ Phân loại máy ép (bảng XV-1, [2]):

- Các máy ép cơ khí làm việc liên tục

- Các máy ép thủy lực

- Loại cơ thủy lực làm việc gián đoạn

14

- Loại khí nén làm việc gián đoạn

Trong quá trình chế biến cacao quy mô lớn thiết bị ép tách bơ được sử dụng là máy ép thủy lực làm việc chu kì và liên tục Tuy nhiên để phù hợp với quy trình sản xuất cacao quy mô nhỏ hộ gia đình thì thiết bị được lựa chọn để chế tạo vả đưa vào sản xuất là máy ép cơ khí làm việc liên tục loại trục vít có xylanh lưới và trục vít

™ Đặc điểm và phân loại máy ép guồng xoắn có xylanh lưới và trục vít

Trong máy ép vít, nguyên liệu được liên tục nạp vào, một bộ phận tiếp nhận tại đầu lòng ép, sau đó đoạn vít đầu cuộn lấy rồi đẩy đi tiếp làm cho chúng chuyển động dọc theo trục vít đặt trong lòng ép Trong quá trình dịch chuyển diễn ra sự xít dồn và ép liên tục làm thoát dầu ra rồi qua lòng ép chảy xuống máng hứng dầu, còn khô dầu qua khe côn

ở cuối trục ra ngoài

Về mặt cơ cấu giữa các máy ép có sự khác nhau về số lượng và vị trí các lòng ép,

và cấu tạo bộ phận tiếp liệu, lòng ép trục vít, bộ phận điều chỉnh cửa ra khô dầu và những nét đặc biệt khác

- Theo số lượng và vị trí lòng ép: Thông thường người ta dùng loại một lòng

ép nằm ngang và loại hai lòng ép, ép ở lòng ép đầu rồi chuyển ép ở lòng ép sau Trường hợp hai lòng ép cũng có sự khác nhau Theo cách sắp sếp: lòng

ép đầu đặt đứng nối liền trực tiếp với lòng ép sau đặt nằm, và lòng ép đầu đặt nằm, nguyên liệu từ nó ra đi qua một ống đứng rất ngắn mới vào lòng ép sau đặt nằm, ống đứng chuyển tiếp tiến hành quá trình nghiền xé

Hình 2.3 thể hiện mô hình máy ép vít với một hệ thống gồm có hai lòng ép, lòng ép đầu đặt đứng nối liền trực tiếp với lòng ép sau đặt nằm Nguyên liệu được đưa vào cửa 1, qua lòng ép 2 rồi chuyển tới lòng ép 3 Tại đây sẽ thực hiện quát trình ép,khô dầu sau khi ép sẽ được đưa ra cửa 4, dầu ép sẽ thoát qua cửa 5 và qua thiết bị lọc 6

15

1 2 3 4 5

6 7

- Theo cấu tạo của lòng ép: Kiểu xylanh đường kính trong điều nhau trên toàn

bộ chiều dài lòng ép và kiểu nhiều cấp gồm nhiều phần riêng biệt đường kính của chúng khác nhau, như hình 2.4

16

1

5 6

1: Cửa vào liệu

2: Lòng ép

3: Trục vít cấp liệu

4: Trục vít ép

5: Cửa thoát dầu

6: Cửa ra khô dầu

Hình 2.4: Máy ép vít có đường kính lòng ép thay đổi

- Theo cấu tạo của trục vít: Tỷ lệ tương quan về khoảng cách giữa các bước vít phân bố liên tiếp nhau: loại đoạn vít tiếp nhận ở đầu trục có bước vít khác với các bước vít của các đoạn liên tiếp, các đoạn vít ở các đoạn liên tiếp có bước vít như nhau, loại bước vít giảm dần theo chiều dài trục vít kể từ đầu trục đến cuối, loại bước vít giảm dần nhưng bước vít cuối cùng dài hơn bước vít gần nó

Hình 2.5: Trục vít có đường kính thay đổi

17

Hình 2.5 thể hiện một mô hình trục vít có đường kính trong và biên dạng của cánh vít thay đổi theo từng đoạn vít Đoạn A với mục đích chính là cấp liệu cho các đoạn vít sau nên biên dạng cánh vít có góc nghiêng hướng về phía trước Đối với các đoạn vít tiếp theo nhiệm vụ chính là sinh ra lực ép để tách bơ ra khỏi nguyên liệu nên biên dạng của cánh vít có góc nghiêng về phía sau và tăng dần theo từng đoạn vít

- Theo cấu tạo bộ phận điều chỉnh cửa ra khô: Loại côn nén, việc điều chỉnh chiều rộng vòng quanh giữa trục vít và lòng ép bằng cách cho dịch chuyển vào ra cái bạc hình côn lắp trên đầu trục ép, loại bản chắn, việc điều chỉnh cửa ra khô bằng điều chỉnh theo cách dịch chuyển một số tấm gờ, và loại cấu tạo từ một số vòng đặt tại cuối trục ép, khi đặt vào những vòng đường kính lớn nhỏ khác nhau sẽ làm giảm hoặc tăng chiều rộng cửa ra khô

2.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

2.2.1 Kết quả nghiên cứu trong nước

Thiết bị ép tách bơ cacao của các cơ sở chế biến cacao trong nước chủ yếu là sử dụng kích thủy lực để thực hiện quá trình ép, năng suất thấp, tốn công lao động, việc điều chỉnh hàm lượng bơ còn lại trong cacao phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của người

sử dụng thiết bị

2.2.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nước

Thiết bị ép kiểu cũ được chế tạo thẳng đứng gồm 4-6 khung ép xếp chồng lên nhau Khung ép hình trụ cạn bằng thép không gỉ có đục lỗ ở dưới đáy Trên đáy đặt một tấm lọc bằng vải, cho cacao vào khung, đặt thêm một tấm vải lọc lên trên mặt Sau đó đặt pitton đẩy vào mỗi khung, bơ cacao được ép ra tấm vải lọc chảy vào ống dẫn vòng quanh nồi rồi chảy vào các thùng chứa Áp lực ép có thể lên đến 42 kG/cm2 và ép được 115kg cacao trong một lần ép

Việc điều chỉnh độ béo dựa vào thời gian ép Khoảng 15 phút, độ béo giảm đến 20% và trong 30 phút ép độ béo có thể giảm đến 14% Việc điều chỉnh như thế này chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của người sản xuất, ít chính xác và khó khắc phục nếu như canh vượt quá thời gian cho phép, dẫn đến hàm lượng béo trong sản phẩm không ổn định

Hệ thống này vận hành hoàn toàn tự động Hàm lượng béo của cacao được chỉnh dựa vào ba yếu tố là : thời gian ép, khối lượng bột ép và khoảng cách di chuyển của pitton Vào cuối chu trình, pitton dịch chuyển về vi trí ban đầu, nồi áp suất mở ra, bánh cacao rớt vào thùng đặt sẵn, theo băng chuyền đến hệ thống nghiền

Nhìn chung đối với cả hai thiết bị ép trên, lượng bơ cacao vẫn không thể được tách ra hoàn toàn khỏi bột cacao, thấp nhất là 1% béo vẫn còn trong bột cacao Muốn tách toàn bộ lượng này có thể dùng đến thiết lọc hoặc thiết bị ly tâm

19

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

Khảo nghiệm quá trình hoạt động của thiết bị thí nghiệm nhằm xác định các thông số tối ưu tạo cơ sở thiết kế chế tạo Trên cơ sở đó tiến hành thiết kế chế tạo thiết bị đáp ứng yêu cầu công nghệ đề ra Khảo nghiệm và đánh giá thiết bị đã chế tạo, đề xuất phương hướng hoàn thiện thiết bị

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

− Tham khảo tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến công nghệ chế biến cacao

− Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị kiềm hóa và thiết bị ép tách bơ đã có, từ đó đề ra phương hướng nghiên cứu hợp lý theo yêu cầu của dây chuyền chế biến cacao quy mô nhỏ 10kg/h

− Dựa trên số liệu và các công thức có sẵn tiến hành tính toán thiết kế thiết bị phù hợp

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

3.2.2.1 Khảo nghiệm thăm dò để xây dựng cơ sở thiết kế

Khảo nghiệm sơ bộ với máy ép thủy lực và máy ép vít để xác định được lực ép, năng suất, thành phần bơ tách ra và chế độ hoạt động

− Khối lượng cacao đem ép sẽ không thay đổi ở mức : 300 g

− Khối lượng bơ tách ra được xác định bằng cân điện tử

− Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD): với yếu tố thay đổi là áp lực ép (với 6 mức), số lần lặp lại thí nghiệm là 3 lần, ta sẽ có 18 đơn vị thí nghiệm Thứ tự các thí nghiệm được thực hiện ngẫu nhiên hoàn toàn bằng cách bốc thăm, kết quà thu được như bảng 3.1

™ Phương pháp bố trí thí nghiệm cho thiết bị ép vít: Nghiên cứu sự phụ thuộc

của năng suất máy vào áp lực ép

− Khối lượng cacao đem ép mỗi mẻ là 2 kg

− Áp lực ép được thay đổi ở các mức giá trị: 30 kG/cm2, 33 kG/cm2, 36 kG/cm2,

39 kG/cm2, 42kG/cm2

− Thời gian ép mỗi mẻ được xác định bằng đồng hồ đo thời gian

− Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD): với yếu tố độc lập là áp lực ép (có 5 mức), yếu tố phụ thuộc thời gian ép, số lần lặp lại thí nghiệm là 3

3.2.2.2 Khảo nghiệm máy sau khi chế tạo

™ Khảo nghiệm sự phụ thuộc của tỷ lệ bơ tách ra vào áp lực ép:

− Áp lực ép được thay đổi ở các mức giá trị: 30 kG/cm2, 33 kG/cm2, 36 kG/cm2,

39 kG/cm2, 42 kG/cm2

− Khối lượng cacao đem ép sẽ không thay đổi ở mức : 2 kg

− Khối lượng bơ tách ra được xác định bằng cân điện tử

− Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD): với yếu tố thay đổi là áp lực ép (với 5 mức), số lần lặp lại thí nghiệm là 3 lần, ta sẽ có 15 đơn vị thí nghiệm Thứ tự các thí nghiệm được thực hiện ngẫu nhiên hoàn toàn bằng cách bốc thăm

™ Khảo nghiệm các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: Kiểm tra và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy trong quá trình hoạt động: năng suất, công suất tiêu thụ, chi phí lao động …

22

3.3 Phương tiện phục vụ thí nghiệm, thiết bị đo và phương pháp tính

− Thiết bị chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm: thiết bị sấy + rang, thiết bị tách vỏ, thiết bị làm sạch, thiết bị nghiền

− Cân điện tử Sartorius GM312, hình 3.1, có Max = 310g, d = 0,01g

Hình 3.1: Cân điện tử Sartorius GM312

− Đồng hồ đo áp suất của hãng sản xuất HAWK GAUGE CO., Đài Loan, giới hạn đo là 0 ÷ 42 kG/cm2, d = 0,25 kG/cm2

Hình 3.2: Đồng hồ đo áp suất HAWK

Đĩa cân

Nút trở về giá trị 0 Nút bật / tắt

23

− Đồng hồ đo thời gian hình 3.3, độ chính xác 0,01 giây (s)

Hình 3.3: Đồng hồ đo thời gian Q&Q

− Thiết bị đo công suất Hioki

Hình 3.4: Thiết bị đo công suất Hioki 3281

24

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả khảo nghiệm thăm dò xây dựng cơ sở tính toán thiết kế máy ép

4.1.1 Khảo nghiệm trên máy ép thủy lực

Địa điểm khảo nghiệm: Trung tâm năng lượng và máy nông nghiệp – Khoa Cơ khí công nghệ - Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM

Thời gian khảo nghiệm: Từ ngày 08/04/2009 đến ngày 22/04/2009

Mục đích khảo nghiệm: Xác định sự phụ thuộc của tỷ lệ bơ tách ra vào áp lực ép

và thời gian ép

Người tham gia: Giáo viên hướng dẫn: KS Nguyễn Đức Cảnh

Sinh viên thực hiện: Hồ Hoài Bảo

Phùng Anh Vĩnh Trường

Thiết bị khảo nghiệm: Máy ép tách bơ thí nghiệm dạng thủy lực

Hình 4.1: Máy ép tách bơ thí nghiệm dạng thủy lực

Kết quả tính toán tỉ lệ bơ tách ra phụ thuộc vào áp lực ép như bảng 4.1

Hình 4.2: Sự phụ thuộc của tỉ lệ bơ tách ra vào áp lực ép khi khảo nghiệm máy ép thí

nghiệm dạng thủy lực

26

™ Nhận xét:

− Khi áp lực ép tăng thì lương bơ tách ra cũng tăng theo

− Khoảng áp lực từ 34 kG/cm2 trở lên, lượng bơ tách ra tăng thêm không đáng kể, đồng thời với áp lực lớn thì một lượng cacao ở dang mịn cũng theo bơ thoát ra ngoài lưới

− Để đạt được áp lực cao thì hệ thống bơm, xylanh thủy lực phải có công suất lớn, và kết cấu khuôn ép phải vững chắc

− Theo yêu cầu lượng bơ tách ra từ 25 ÷ 30 %, từ đồ thị hình 4.2 ta sẽ chọn

Địa điểm khảo nghiệm: Công ty TNHH chế tạo máy Cơ Tân Tiến, 923 ấp 3, xã Bình Hưng, huyện Bình Chánh, Tp HCM

Thời gian khảo nghiệm: Từ ngày 27/04/2009 đến ngày 04/05/2009

Mục đích khảo nghiệm: Xác định sự phụ thuộc của năng suất máy vào áp lực ép Người tham gia: Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Hùng

Sinh viên thực hiện: Hồ Hoài Bảo

Phùng Anh Vĩnh Trường Thiết bị khảo nghiệm: Máy ép tách bơ thí nghiệm dạng vít