ĐỒ án QUÁ TRÌNH THIẾT bị ép bơ hạt CA CAO

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 LỜI MỞ ĐẦU 2 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 5 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO 5 1.1. Một số đặc điểm của ca cao 5 1.2. Sản lượng ca cao thế giới 8 1.3. Ca cao ở Việt Nam 9 1.4. Loại ca cao đề suất 10 2. TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 10 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH 12 3.1. Mục đích 12 3.2. Các biến đổi 13 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng 14 3.4. Thiết bị 14 4. THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH 15 CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 16 1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 16 2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 16 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 17 1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 17 2. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 18 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 19 3.1. Đường kính và chiều cao thiết bị 19 3.2. Bề dày thiết bị 19 4. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 21 4.3. Tính toán bơm 23 KẾT LUẬN 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từkhi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quantâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xingửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm– Trường Đại Học BàRịa Vũng Tàu đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thứcquý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳnày, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu íchđối với sinh viên ngành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học cũng như tất cả các sinh viênthuộc các chuyên ngành Khoa Học Kĩ Thuật khác Đó là môn học “Quá trình thiết bị”

Em xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Quốc Hải đã tận tâm hướng dẫn chúng

em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi thảo luận , hướng dẫn làm đồ án.Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ bài báo cáo này của emrất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Bài thuhoạch được thực hiện trong khoảng thời gian gần 4 tuần Bước đầu đi vào thực tế, tìmhiểu về lĩnh vực thiết kế hệ thống máy nghiền, kiến thức của em còn hạn chế và cònnhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mongnhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp đểkiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Hóa Học và Công NghệThực Phẩm và Cô Hiệu Trưởng thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứmệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Trân trọng

Vũng tàu, ngày tháng năm 2014

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, chúng ta chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của cácngành công nghiệp mới nói chung và ngành cơ sở của mọi ngành nói riêng, đó làngành cơ khí chế tạo máy Là một ngành đã ra đời từ lâu với nhiệm vụ thiết kế và chếtạo máy móc cho các ngành khác Do vậy đòi hỏi kỹ sư và cán bộ kỹ thuật ngành cơkhí phải tích lũy đầy đủ và vững chắc những kiến thức cơ bản nhất của ngành, đồngthời không ngừng trau dồi và nâng cao kiến thức, quan trọng nhất là phải biết vận dụngkiến thức để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong quá trình sản xuất thựctiễn

Ở nước ta, cây trồng là một trong những ngành chính của kinh tế, ở vùng trung du

và miền núi ca cao được trồng rât rộng rãi Do đó, nhu cầu trang bị các loại máy chếbiến ca cao từ nguyên liệu thô là rất cần thiết

Để phục vụ cho việc cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm ca cao, tính hiệu quả

là vấn đề quan trọng Ngoài ra, để đảm bảo được yêu cầu thiết kế, đạt tính công nghệcao Sản phẩm làm ra được sử dụng rộng rãi thì việc đề ra phương pháp sản xuất cacao là công việc cần phải ưu tiên hàng đầu Việc thiết kế máy ép bơ ca cao nhằm đểgiảm thời gian lao động, tăng năng suất làm cho giá thành hạ, đáp ứng được nhu cầucủa thị trường Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại máy ép ca cao khác nhaunhưng phải đảm bảo được chất lượng và giá thành giảm Vì vậy việc thiết kế máy ép

bơ ca cao phải đảm bảo được các yêu cầu trên

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO

1.1.Một số đặc điểm của ca cao

Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, giống Theobroma, loài Ca cao, có nguồn gốc từ

miền nam Châu Phi

Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có màu vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài.Hoa mọc trực tiếp từ thân và cành, thuộc loại lưỡng tính và thụ phấn chủ yếu là nhờ côntrùng 0,5% hoa nở tạo quả, trong đó 90% quả non sẽ bị khô và rụng

Hình dạng chung của quả ca cao:

• Quả ca cao có thể đạt chiều dài 15 – 20cm, khối lượng khoảng 200g hoặc hơn tùy giống.Tùy theo từng loài mà hình dạng trái có khác nhau (dài, tròn hoặc bầu dục) Màu sắc tráikhá đa dạng: đỏ, xanh hay vàng

• Quả ca cao có chứa từ 25 đến 80 hạt Hạt ca cao có hình trứng, hơi dẹt và thường có màutím hoa cà hơi đỏ nhạt Vỏ hạt gồm có phần vỏ ngoài, mỏng dễ vỡ cũng được gọi là vỏcứng và phần vỏ lụa trông rất mỏng có màu trắng mỡ bọc lấy lõi hạt và ăn vào phần lõihạt, chia lõi hạt ra thành những ô góc cạnh

• Hạt ca cao là hạt không có nhân, mập, dài 2 – 3cm, có lớp nhầy màu trắng, có vị ngọt hơichua bao quanh

• Hai phôi nhũ của phôi màu sắc có thể thay đổi từ trắng của Criollo sang tím đậm của

Forastero qua các màu trung gian của các giống lai Trinitario chiếm toàn bộ thể tích của

hạt Phôi nhũ có nhiều nếp nhăn và gồm nhiều thùy chồng lên nhau, quanh chúng cómàng mỏng trong, bóng bao bọc Chúng được nối liền về phía gốc và bằng một cái rễ condài 6-7 mm và một cái mầm thô sơ cặp vào giữa có thùy bao quanh để tạo thành mầm củahạt ca cao

Bảng 1:

Dạng quả Dài, thuôn, nhọn

Sống quả Nhọn, rãnh sâu Trơn, không rãnh

sâu Rãnh sâu không rõ nétKết cấu vỏ

quả

Mỏng, mềm, ít

mô gỗ

Cứng, dày, nhiềuchất gỗ Hầu hết cứngMàu sắc Vàng-đỏ, các đốm

nâu nhỏ Xanh vàng Không nhất địnhHoa Nhụy hồng nhạt Nhụy màu tím có xanh có đỏ

Hạt 20 – 40 hạt 30 – 60 hạt Nhiều hơn 40 hạt

Bơ ca cao nóng chảy ở nhiệt độ 16 – 37oC, tùy thuộc vào dạng tinh thể của chấtbéo tạo thành trong quá trình kết tinh Bơ ca cao chiết từ hạt ca cao có dạng tinh thể nhỏmàu trắng và có mùi thơm đặc trưng Bơ ca cao góp phần tại mùi vị cho ca cao.

Bảng 2: Thành phần hóa học của hạt ca cao tươi

giác hưng phấn cho cơ thể người Cường độ kích thích Theobromine thấp hơn caffein rấtnhiều Trong ca cao, hàm lượng Theobromine dao động trong khoảng 1 – 4%(w/w).Trong ca cao cũng có chứa caffein nhưng hàm lượng rất thấp (0 – 2%) so với trong càphê.

1.2.Sản lượng ca cao thế giới

Hình 2: Sản lượng ca cao của các nước qua từng năm 1990 – 2005.

Hình 3: Biểu đồ thể hiện sản lượng ca cao trên Thế giới năm 2007 (%).

Hình 4: Tiêu thụ ca cao trên thế giới năm 2007.

1.3.Ca cao ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cây ca cao được du nhập từ rất sớm theo chân các nhà truyền giáophương Tây nhưng phát triển rất chậm cho đến thời gian gần đây

Hiện tại, ca cao được trồng rộng rãi ở nhiều nơi: Tây Nguyên, một số tỉnh vùngĐồng bằng sông Cửu Long, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước Trong đó, vùng Tây Nguyênvẫn được đánh giá là có điều kiện lý tưởng nhất cho sự phát triển của cây ca cao Ở đây,theo nghiên cứu thống kê thì cây ra hoa cho quả quanh năm, sản lượng bình quân đạt 3

kg hạt khô/1 cây 5 năm tuổi

Năm 2009, sản lượng ca cao của Việt Nam đạt 1000 tấn hạt khô Trong đó,ĐakLak chiếm 33%, Bến Tre 25%, Bà Rịa-Vũng Tàu 17%, Tiền Giang 5% và BìnhPhước 2%

Về định hướng phát triển cây ca cao ở nước ta trong thời gian tới, theo mục tiêucủa Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn là phát triển bền vững cây ca cao ở ViệtNam nhằm tăng khối lượng sản phẩm hàng hóa, tăng hiệu quả kinh tế trên đơn vị diệntích đất, nâng cao thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường Cụ thể, đến năm 2015,

dự kiến diện tích trồng cây ca cao đạt 60 000 ha, trong đó có 35.000 ha kinh doanh, năngsuất bình quân 15 tạ/ha, sản lượng hạt khô đạt 52.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 50 –

60 triệu USD

Đến năm 2020, dự kiến diện tích đạt 80.000 ha, trong đó có 60.000 ha kinh doanh,năng suất bình quân 18 tạ/ha, sản lượng hạt khô 108.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt

100 – 120 triệu USD

1.4.Loại ca cao đề suất

Trong bài này sử dụng chủng ca cao Forastero vì chủng này khá phổ biến ở Việt

Nam

• Nguồn gốc: khu vực thượng lưu Amazon (Ecuador và Venezuela)

• Đặc điểm: có sản lượng cao và khả năng chịu bệnh

• Hình dạng: vỏ quả Forastero thường có màu xanh hay ôliu, khi chín có màu vàng.

Trái ít có hoặc không có rãnh, bề mặt trơn, đỉnh tròn Vỏ dày và khó cắt vì ở trong cónhiều chất gỗ

• Hạt giống: hạt ca cao Forastero có hình dạng phẳng, hơi lép, tử diệp có màu tím

đậm, lúc tươi có vị chát hay đắng

• Hương vị: nó mang một mùi thơm và vị đắng đặc trưng, bởi vì hương và vị đậm

này của nó, hạt ca cao Forastero chủ yếu được sử dụng để pha trộn.

• Địa lý: sự phân bố rộng rãi của ca cao, đặc biệt là ở châu Phi (Ghana, Bờ BiểnNgà, Brazil,…) Ở nước ta nó được trồng ở Vĩnh Long, Tiền Giang, Buôn Ma Thuộc

• Sản xuất: hơn 85% sản lượng của thế giới

Tuy nhiên, việc phân loại ca cao chỉ dựa vào hình dạng quả bên ngoài mà phảitách ra và phân loại các chủng riêng biệt

2. TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU

Ca cao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100hạt/110g) và theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là những hạt bịmốc, chưa được lên men, các hạt bị sâu bọ tấn công, hạt bắt đầu nảy mầm, hạt lép (không

có nhân bên trong)… Để kiểm tra hạt có khuyết tật hay không, người ta sử dụng phépkiểm tra vết cắt Người ta cũng sử dụng cách này để đánh giá mức độ lên men của hạt cacao

Một số tiêu chí chọn hạt ca cao nguyên liệu như sau:

• Hạt phải được lên men hoàn toàn

• Hàm ẩm trong hạt không được phép vượt quá 7,5%

• Hạt phải đồng đều về kích cỡ, không có hạt dính đôi, dính ba

• Nguyên liệu không được chứa hạt mốc: hàm lượng hạt mốc lên đến 3% có thểtạo ra mùi mốc khó chịu cho bột ca cao thành phẩm

• Hạt không bị côn trùng tấn công: côn trùng làm tổn thất nguyên liệu, gâynhiễm bẩn bởi chất thải của chúng

• Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước khi lên men vì các hạt nảy mầmsau khi sấy khô, mầm bị tách ra, tạo một lỗ hổng khiến cho côn trùng và nấmmốc dễ dàng thâm nhập vào nguyên liệu Nguyên liệu cũng không được chứahạt nám, ám khói, hạt lép và các loại tạp chất lạ (như mạt sắt,…)

• Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạt phải chắc,chứa nhiều nhân bên trong Bên cạnh đó, hàm lượng bơ cũng có ý nghĩa nhấtđịnh trong quy trình sản xuất (tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất).

• Hạt không được có mùi lạ như mùi khói, mùi mốc hoặc mùi lên men, không có

vị lạ như chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạ khác

Bảng 3: Thành phần hóa học của hạt ca cao đầu vào (theo ICCO)

- Công đoạn chuẩn bị trong quá trình ép lấy dịch sản xuất tinh bột khoai mì

- Quá trình hoàn thiện sản phẩm trong công đoạn tạo hình cho sản phẩm (bánhtráng, ép tạo sợi cho mì, bánh ca cao để bảo quản,…)

- Trong sản xuất nước rau quả, quá trình chế biến sản phẩm bằng phương pháp cơhọc do một lực tác động từ bên ngoài gọi là ép và thực chất quá trình ép là quátrình tách chất lỏng (dịch bào) rã khỏi bã rắn (nguyên liệu)

Quá trình ép áp dụng trong hai trường hợp:

- Chất lỏng là sản phẩm có giá trị hơn so với bã rắn

- Chất rắn là sản phẩm có giá trị, còn chất lỏng thì điều kiện bảo quản và vậnchuyển kém hơn

3.2.Các biến đổi

Công đoạn ép là một quá trình cơ học tác động vào sản phẩm chủ yếu làm thayđổi cấu trúc của thực phẩm về mặt vật lý, các thiết bị ép hoạt động dựa trên các trụcquay ép khích vào nhau đẩy nguyên liệu qua các trục quay làm phá vở màng tế bào

và thoát dịch ra bên ngoài

Trên phương diện vật lý: có sự tăng nhiệt độ do ma sát, làm thay đổi kích thước và

hình dạng rau quả Về mặt hóa học, trong suốt thời gian nguyên liệu lưu trong thiết

bị thì độ ẩm của nguyên liệu không thay đổi nhưng sau khi nguyên liệu ra khỏi thiết

bị ép thì độ ẩm của nguyên liệu giảm một cách đáng kể

Trong quá trình ép, vật liệu được đưa vào ép bị biến đổi về mặt hóa lý như liên kếtchất khô trong vật liệu, thành phần hóa học bị thay đổi là do khi ép ta thu được phầnlỏng là dung dịch bao gồm các chất tan, không tan và có thể có những xác tế bào,mảnh vụn cellulose,… Phần bã (phần chất rắn) là phần còn lại của nguyên liệu saukhi đã tách chát lỏng đã bọ biến đổi so với ban đầu trong quá trình xử lý.Chất lỏng

là thành phần thu được đó là một hệ keo phức tạp có chứa nhiều thành phần khácnhau mà yêu cầu phải có độ tinh khiết cao

Về mặt cơ học: thì quá trình ép là quá trình biển đổi chủ yếu về mặt vật lý, còn hóa

học, sinh học biến đổi không đáng kể Tuy nhiên có thể có một số enzym bị hao hụt,vitamin và một số chất ra khỏi tế bào,…Mặt khác quá tình ép cũng tạo điều kiện cho

vi sinh vật có hại phát triển gây hư hỏng khối sau khi ép

Khi ép chất lỏng cần tiêu hao một năng lượng để phá vỡ tế bào, để khắc phục lựcliên kết của pha lỏng với bã rắn, cũng như để khắc phục sức cản thủy lực của cácmao quản đó

3.3.Các yếu tố ảnh hưởng

3.3.1. Tính chất vật liệu

Quá trình ép chịu ảnh hưởng lớn của tích chất vật liệu là sự liên kết ẩm- rắn trongvật liệu hay tính thẩm thấu của tế bào, còn ảnh hưởng của mức độ xử lý nguyên liệutrước khi ép nhằm phá vỡ tế bào làm yếu đi các liên kết hóa lý

Ép quả: gọt vỏ, bỏ mắt, bỏ lõi,… để tạp chất không lẫn vào nước quả sau này Haynghiền sơ bộ để phá vỡ phần cellulose quanh tế bào để ép được dễ hơn Do phần xơ

trong các loại quả không nhiều và không cứng nên việc xử lý trước khi ép khôngphức tạp Có nhiều trường hợp khi ép quả dùng phương pháp ép lại và có phun nướcnóng 460C.

3.3.2. Áp lực ép

Áp lực ép do máy ép tạo nên, khi khối nguyên liệu bị ép lại thì áp suất chất lỏngtrong tế bào tăng lên làm rách màng tế bào và chất lỏng lộ ra Tùy theo tính chất củamàng tế bào, các nguyên liệu khác nhau mầ áp suất trong khối vật liệu ép phải đạtđược đến giới hạn nhất định để màng tế bào bị rách Áp suất đối với dịch quả tráicây là 7-10 atm

Khi áp lực tăng hiệu suất ép tăng nhưng có giới hạn vì nếu áp suất tăng quá cao tếbào bị xít lại cản trở sự thoát chất lỏng do ống mao quản bị tắc Thực tế ta chọn vậntốc thích hợp cho từng loại nguyên liệu và thiết bị, còn phụ thuộc vào thao tác và độ

cố định của vật liệu

3.3.3. Vận tốc máy ép

Khi vận tốc tăng thì năng suất ép tăng, vận tốc giảm thì thời gian ép sẽ kéo dài.Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như loại thiết bị ép, thao tác vận hànhmáy ép, vấn đề cung cấp năng lượng,…

Qua các thông tin về các loại máy ép trên, nhóm lựa chọn sử dụng máy ép thủy lực

vì loại máy ép này có hiệu suất cũng tương đối cao, thiết bị khá đơn giản, dễ vậnhành, bảo dưỡng và sửa chữa

4. THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH

Hàm lượng béo trong ca cao ban đầu: khoảng 55%

Hàm lượng béo trong bánh ca cao: 10 ÷ 20%

Thời gian ép: 15 ÷ 30 phút

Nhiệt độ cần cung cấp cho quá trình ép: t = 85 ÷ 95 0C

Áp lực ép: p = 420 kg/cm2

Nhập liệu: F = 1000 kg

Nhiệt dung riêng của nhân ca cao: Cc = 1.42KJ/kgoC

Khối lượng riêng của ca cao lỏng ở 100 0C: ρ = 1110 kg/m3

Tổn thất nhiệt 5%

Tổn thất ca cao và bơ ca cao trong quá trình ép: 0,5%

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thiết bị được vận hành tự động Ban đầu, ca cao sau khi nghiền sẽ nhờ gầu tải đưavào bộ phận gia nhiệt bằng điện trở Tại đây, ca cao sẽ được khuấy trộn gia nhiệt đếnnhiệt độ khoảng 90 0C để bơ trong ca cao tan chảy một phần Sau đó, ca cao sẽ được bơmvào buồng ép 1 với áp lực 21 kg/cm2, ở giai đoạn này thì một lượng bơ ca cao tự do sẽ bịtách ra và thoát ra màng lọc Khi buồng ép đã đầy thì bơm sẽ ngừng hoạt động Khi đó,

piston thủy lực sẽ làm việc và tạo ra áp lực ép đến 420 kg/cm2 Lúc này, bơ ca cao sẽthoát khỏi màng lọc và đi vào bồn chứa Khi đã tách được lượng bơ ca cao theo đúng yêucầu, piston thủy lực sẽ quay về vị trí ban đầu, kết thúc việc ép tại buồng 1 Quá trình épđược thực hiện bán liên tục Trong khi buồng ép 1 đã đầy nguyên liệu và thực hiện quátrình ép thì buồng 2 sẽ bắt đầu tháo bánh ca cao và nhập liệu Quá trình ép ca cao ở 2buồng cứ diễn ra tuần hoàn cho đến khi kết thúc quá trình ép.