Nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hoà và thời gian lưu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều

i Tên đề tài Nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hòa và thời gian lưu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều Thời gian thực hiện: t

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

BÁO CÁO NGHIỆM THU VÀ TỔNG KẾT

Đề tài: nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều

bằng hơi bão hòa và thời gian lưu trữ sau hấp nhằm nâng cao

hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều

Chủ nhiệm đề tài: ThS Hoàng Minh Nam

Tp.HCM, THÁNG 12/2013

i

Tên đề tài

Nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hòa và thời gian lưu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều

Thời gian thực hiện: từ tháng 12/2011 đến tháng 12/2013

Kinh phí thực hiện: 556 triệu đồng

Kinh phí đã cấp: 500 triệu đồng

ii

Mục tiêu đề tài:

Hiện nay, qua khảo sát hơn 100 nhà máy, cơ sở chế biến hạt điều, công nghệ chế biến hạt điều tại Việt Nam chủ yếu sử dụng công nghệ hấp bằng hơi bão hòa Tuy nhiên, chế độ hấp và thời gian lưu trữ sau khi hấp chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, chưa được nghiên cứu cơ bản Nghiên cứu công nghệ, đo đạc một số thông số vật lý của hạt điều trước và sau hấp để xác lập chế độ công nghệ hấp hợp lý (thời gian, áp suất, nhiệt độ) và thời gian lưu trữ hạt điều sau hấp để đạt được hiệu quả cho những công đoạn tiếp theo (bóc tách vỏ cứng và bóc vỏ lụa) cho từng loại hạt và vùng nguyên liệu khác nhau là mục tiêu chính của đề tài Từ kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng rộng rãi vào sản xuất nhằm góp phần tăng hiệu quả của công nghiệp chế biến hạt điều của Việt Nam

Nội dung thực hiện:

Đã tiến hành khảo sát thực trạng quá trình chế biến hạt điều ở 100 cơ sở chế biến hạt điều tại khu vực miền Trung và miền Nam, Việt Nam

Tiến hành thiết kế và chế tạo thiết bị hấp thí nghiệm năng suất 50 kg/mẻ có thể thay đổi được các thông số:

 Nhiệt độ và thời gian hấp

 Nhiệt độ và thời gian sấy

 Áp suất hấp

Đã tiến hành đo đạc các thông số cơ học của hạt điều: kích thước, khối lượng, độ ẩm, hệ

số dẫn nhiệt

Tiến hành thí nghiệm khảo sát các chế độ hấp hạt điều: ảnh hưởng của các yếu tố (nhiệt

độ, thời gian hấp; nhiệt độ, thời gian sấy; thời gian ủ, áp suất hấp) tới tỉ lệ bể vỡ nhân hạt điều khi cắt và đã tìm ra được các thông số tối ưu của quá trình này:

iii

Trong nội dung nghiên cứu đã:

- Hướng dẫn được 3 đề tài LVTN đại học

- Hướng dẫn được 1 đề tài LVTN thạc sỹ

- Viết được 1 bài báo

- Đã tiến hành bàn giao và vận hành hệ thống thiết bị hấp 50 kg/mẻ cho Nhà máy chế biến hạt điều xuất khẩu Phú An thuộc công ty Cổ phần XNK Hạt điều và nông sản Tp HCM

iv

Danh sách thành viên thực hiện đề tài

2 PGS.TS Lê Thị Kim Phụng Khoa KTHH

3 PGS.TS Mai Thanh Phong Khoa KTHH

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH HÌNH VẼ 5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU……… 8

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 9

1.1 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 10

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 10

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

1.5 NỘI DUNG THỰC HIỆN 11

1.6 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI 11

1.7 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 12

1.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 12

1.9 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 12

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HẠT ĐIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HẠT ĐIỀU TRƯỚC KHI TÁCH VỎ 13

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY ĐIỀU 13

2.2 CẤU TRÚC HẠT ĐIỀU 14

2.3 SẢN PHẨM TỪ CÂY ĐIỀU 15

2.3.1 Nhân điều 16

2.3.2 Dầu vỏ hạt điều 16

2.3.3 Trái điều 17

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HẠT ĐIỀU TRƯỚC KHI BÓC VỎ THÔ Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 17

2.4.1 Phương pháp chao dầu 17

2.4.2 Phương pháp làm lạnh 18

2.4.3 Phương pháp rang (nướng) 18

2.4.4 Phương pháp hấp bằng hơi quá nhiệt 19

2

2.4.5 Khảo sát, đánh giá công nghệ và thiết bị hấp hiện đại đang được sử dụng tại các cơ

sở sản xuất ở Việt Nam 19

CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CƠ LÝ HÓA CỦA HẠT ĐIỀU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT ĐIỀU 26

3.1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA HẠT ĐIỀU 26

3.1.1 Vật liệu thí nghiệm 26

3.1.2 Thiết bị thí nghiệm 28

3.1.3 Phương pháp và kết quả thí nghiệm 28

3.2 THỰC NGHIỆM ĐO HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA VỎ HẠT ĐIỀU 31

3.2.1 Mô hình thí nghiệm 31

3.2.2 Mô tả quá trình thí nghiệm 32

3.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT ĐIỀU 37

3.4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN ĐIỀU Ở VIỆT NAM 39

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 40

4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 40

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI HẤP 41

4.2.1 Cấu tạo 41

4.2.2 Xác định kích thước nồi hấp 43

4.2.3 Xác định chiều dày thân trụ nồi hấp 43

4.2.4 Xác định chiều dày nắp và đáy nồi hấp 43

4.3 TÍNH TOÁN NHIỆT LƯỢNG 44

4.4 TÍNH TOÁN DÀN CALORIFE 43

4.5 TÍNH TOÁN CHỌN QUẠT GIÓ 45

4.6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI HƠI 46

4.7 CHỌN BẪY NƯỚC 50

4.8 TÍNH TOÁN BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 51

CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ HẤP HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 50KG/MẺ 55

5.1 NHỮNG YÊU CẦU CỦA QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO 55

3

5.2 MÔ HÌNH THIẾT BỊ HẤP 55

5.3 CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG THIẾT BỊ HẤP 56

5.3.1 Nồi hấp 56

5.3.2 Lựa chọn 1 số thiết bị 58

CHƯƠNG 6: KHẢO NGHIỆM CÔNG NGHỆ HẤP VÀ THỜI GIAN LƯU TRỮ SAU HẤP Ở ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ 61

6.1 MỤC ĐÍCH 61

6.2 NGUYÊN LIỆU THỰC NGHIỆM 61

6.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ HẠT ĐIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP 61 6.4 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 62

6.5 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 62

6.5.1 Độ ẩm hạt (% ẩm) 62

6.5.2 Nhiệt độ hấp T (0C) và thời gian hấp (phút) 62

6.5.3 Thời gian sấy - ủ (phút) 62

6.5.4 Thông số đánh giá quá trình thực nghiệm 63

6.6 THỰC NGHIỆM HẤP HẠT ĐIỀU 63

6.6.1 Cách tiến hành thực nghiệm theo một số thông số 63

6.6.2 Hình ảnh và số liệu thực nghiệm tại nhà máy chế biến hạt điều Phú An 65

6.6.3 So sánh các chế độ thực nghiệm 72

6.6.4 Kiểm nghiệm chế độ thực nghiệm tối ưu ở khối lượng hấp 50kg 75

6.6.5 So sánh tỉ lệ bể vỡ và năng suất cắt của chế độ thực nghiệm tối ưu ở khối lượng 50kg với chế độ hấp hiện tại của nhà máy Phú An 78

6.6.6 Tiến hành thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch để so sánh 80

7 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Hình 2.5 Thiết bị nướng được nghiên cứu ở Nigeria

Hình 2.6 Biểu diễn tình hình sử dụng thiết bị hấp tại các nhà máy

Hình 3.4 Sơ đồ quy trình chế biến hạt điều phổ biến

Hình 3.5 Tóm tắt quy trình chế biến hạt điều tại Việt Nam

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị hấp và sấy hạt điều

Hình 4.2 Mặt cắt ngang của nồi hấp

Hình 4.3 Cấu tạo bên ngoài nồi hấp

5

Hình 4.11 Cấu tạo bẫy nước

Hình 4.12 Bơm hút chân không

Hình 4.13 Kích thước máy bơm hút chân không

Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn tốc độ bơm

Hình 5.7 Kích thước đạt được sau khi cuộn tròn và hàn

Hình 5.8 Bản vẽ khung cửa nồi hấp

Hình 5.16 Bản vẽ gia công ren

Hình 5.17 Bản vẽ chi tiết sau gia công cắt

Hình 5.18 Bản vẽ nắp nồi hấp

Hình 5.19 Bản vẽ phôi thép vuông

6

Hình 5.20 Bản vẽ phôi thép tấm

Hình 5.21 Bản vẽ khung gân cửa nồi hấp

Hình 5.22 Bản vẽ liên kết khung gân cửa và cửa nồi hấp

Hình 5.23 Bản vẽ cửa nồi hấp sau gia công phay

Hình 5.24 Bản vẽ nồi hấp

Hình 5.25 Bản vẽ đánh số các chi tiết

Hình 5.26 Một số áp kế thông dụng

Hình 5.27 Các loại nhiệt kế

Hình 6.1 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm xử lý nhiệt hạt điều

Hình 6.2 Nhà máy chế biến hạt điều Phú An

Hình 6.3 Trưởng bộ phận kỹ thuật Nguyễn Ngọc Tuấn kiểm tra thiết bị

Hình 6.4 Hấp thử nghiệm hệ thống tại nhà máy Phú An

Hình 6.5 Hệ thống hấp hạt điều được bổ sung bẫy nước

Hình 6.6 Lấy hạt điều ra ngoài sau khi hấp, sấy xong

Hình 6.7 Ủ hạt điều sau khi hấp, sấy xong

Hình 6.8 Công nhân tiến hành cắt hạt điều

Hình 6.9 Biểu đồ thể hiện tỉ lệ bể vỡ khi tách vỏ theo các chế độ thực nghiệm Hình 6.10 Biểu đồ thể hiện năng suất tách vỏ theo các chế độ thực nghiệm Hình 6.11 Biểu đồ so sánh tỉ lệ bể vỡ khi thực nghiệm ở khối lượng 5kg và 50kg Hình 6.12 Biểu đồ so sánh năng suất khi thực nghiệm ở khối lượng 5kg và 50kg Hình 6.13 Tỉ lệ bể vỡ của chế độ thực nghiệm so với nhà máy

Hình 6.14 Năng suất tách vỏ khi hấp theo chế độ thực nghiệm so với nhà máy Hình 6.15 Thiết bị thí nghiệm hệ số dẫn nhiệt của võ hạt điều

Hình 6.16 Tiến hành thí nghiệm

7

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đặc trưng vật lý của hạt điều sản xuất ở những vùng khác nhau

Bảng 3.1 Đặc điểm về lý tính của những mẫu hạt điều ở Bình Phước

Bảng 3.2 Lực phá vỡ trung bình khi lực đặt trên một mặt phẳng tác dụng lên hạt thô Bảng 3.3 Lực phá vỡ trung bình và chiều sâu cắt khi dùng lưỡi cắt lên hạt đã được “xử lý”

Bảng 3.4 Thành phần của trái đào lộn hột ở Việt nam theo viện khảo cứu Nông Lâm Đông dương (IRAFI)

Bảng 3.5 Thành phần và tính chất của dịch trái đào lộn hột ở Ấn độ

Bảng 3.6 Hàm lượng sinh tố và muối khoáng có trong trái đào lộn hột và một số trái cây khác

Bảng 3.7 Giá trị dinh dưỡng trên 100g nhân hạt điều

Bảng 3.8 Năng lượng nhân điều cung cấp so với các thực phẩm khác

Bảng 3.9 Thành phần nhân đào lôn hột ở Việt Nam và thế giới

Bảng 3.10 Thành phần hóa học của nhân và phôi mầm

Bảng 3.11 Thành phần Aminoaxit (tính theo % của protein) trong nhân và phôi mầm Bảng 3.12 Đặc điểm hóa lý và thành phần hóa học của dầu nhân hạt điều

Bảng 3.13 Thành phần và hợp chất của dầu vỏ hạt điều

Bảng 6.1 Bảng số liệu thực nghiệm cho nguồn nguyên liệu hạt điều Ghana (độ ẩm 9,0%)

Bảng 6.2 Bảng số liệu tỉ lệ bể vỡ trung bình theo các chế độ sấy - ủ thực nghiệm

Bảng 6.3 Bảng số liệu năng suất cắt trung bình theo các chế độ sấy - ủ thực nghiệm

Bảng 6.4 Bảng số liệu thực nghiệm cho nguồn nguyên liệu hạt điều Ghana

(độ ẩm 9,0%) thực hiện ở khối lượng 50kg

Bảng 6.5 Bảng số liệu so sánh tỉ lệ bể vỡ khi thực nghiệm ở khối lượng 5kg và 50kg

Bảng 2 Chất lƣợng mô hình nghiên cứu

Bảng 3 Giá trị tối ƣu

9

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Chương này nêu rõ mục đích của đề tài, tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học

và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đồng thời, toàn bộ nội dung nghiên cứu của đề tài cũng

được giới thiệu tóm tắt trong chương này

1.1 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Hiện nay thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã biết đến công đoạn hấp để xử

lý hạt điều trước khi đưa sang công đoạn bóc tách vỏ cứng Các chuyên gia ngành điều cho rằng công đoạn hấp là một công đoạn khá quan trọng ảnh hưởng lớn nhất đến công đoạn tách vỏ cứng Một số thiết bị và công nghệ hấp hạt điều như hấp tĩnh theo mẻ, hấp liên tục có thùng quay đảo đều bên trong, đã đáp ứng một số hạn chế về môi trường so với công đoạn chao được sử dụng trước đây Thế nhưng, công đoạn hấp này vẫn chưa được nghiên cứu sâu để đưa ra một quá trình xử lý tối ưu hay một thông số tối ưu cho quá trình hấp Do đó, chất lượng hạt điều sau khi hấp chưa đạt được như mong muốn: vỏ vẫn còn khá cứng, khe hở giữa nhân và vỏ hẹp dẫn đến tỉ lệ bể vỡ cao khi cắt Hơn nữa thời gian ủ sau hấp thường phải kéo dài từ 24÷36 giờ gây tốn diện tích và công sức bảo quản

Vì thế, việc nghiên cứu thành công thiết bị, công nghệ hấp hạt điều cùng với thời gian lưu trữ sau hấp nhằm giảm tỉ lệ bể vỡ cho quá trình tách vỏ cứng có giá trị lớn về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật, nhằm hướng tới quá trình tự động hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất và đưa ngành công nghiệp chế biến hạt điều lên đến một tầm cao mới

Nội dung nghiên cứu của đề tài này là “Nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hòa và thời gian lưu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều” Phân tích các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến năng

suất và tỉ lệ bể vỡ trong suốt quá trình hấp, sấy, ủ như áp suất, nhiệt độ, thời gian hấp, Đồng thời xác định chế độ tối ưu và mối liên hệ giữa các thông số này nhằm định hướng giải quyết cho việc hoàn thiện dần thiết bị

10

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Qua các tài liệu nghiên cứu, chúng ta biết rằng có khá nhiều phương pháp xử lý hạt điều như phương pháp rang, phương pháp làm lạnh, chao dầu (hiện vẫn còn được sử dụng

ở một số nhà máy)… Song các phương pháp này đều đưa đến tỉ lệ bể vỡ khi tách vỏ rất cao hoặc chưa thân thiện với môi trường Phương pháp hấp hiện tại đã đáp ứng được một số hạn chế về môi trường nhưng tỉ lệ bễ vỡ vẫn còn cao Do đó, việc thiết kế, chế tạo

hệ thống thiết bị phục vụ cho quá trình thí nghiệm hấp bằng hơi bão hòa là rất cấp thiết Thông qua đó sẽ nâng cao được năng suất cũng như hiệu suất làm việc của công đoạn bóc

vỏ cứng, nâng cao chất lượng sản phẩm tăng khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp Việt Nam trên trường quốc tế, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành điều thế giới nói chung và ngành điều Việt Nam nói riêng

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu thiết bị, công nghệ hấp hạt điều nhằm xác định các thông số kỹ thuật như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian hấp, cùng với thời gian lưu trữ sau hấp để giảm

tỉ lệ bể vỡ và tăng năng suất bóc vỏ cứng Từ đó rút ra kết luận về các vấn đề thiết kế để xác định có hỗ trợ các thiết bị khác để hoàn thiện dần thiết bị hấp, đây chính là mục tiêu của đề tài

Mục tiêu cụ thể:

1 Tìm hiểu cơ lý hóa tính của hạt điều, các phương pháp xử lý nhiệt hạt điều từ đó đề xuất xây dựng ý tưởng thiết kế và chế tạo mô hình hấp thí nghiệm

2 Thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt của vỏ hạt điều

3 Thiết kế, chế tạo mô hình hấp thí nghiệm 50kg/mẻ

4 Khảo sát các thông số trong quá trình hấp trên thiết bị thí nghiệm

5 Phân tích kết luận

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các phương pháp được sử dụng để đạt được các mục tiêu trên:

1 Bài báo và sách tham khảo: Nghiên cứu các bài báo, các chuyên mục liên quan đến

đề tài Tham khảo sách viết về máy chế biến thực phẩm trong và ngoài nước

2 Thu thập dữ liệu: Dữ liệu liên quan về quá trình hấp hạt điều và các công nghệ xử

lý nhiệt khác được thu thập tại các nhà máy chế biến hạt điều như công ty chế tạo thiết bị Sơn Việt; Công ty cổ phần lương thực thực phẩm Safoco, Thành phố Hồ Chí Minh; Công ty TNHH Duy Đức, Long An; Công ty TNHH Tứ Hải, Long An;

và các cơ sở chế biến điều hộ gia đình tại Bình Phước Dữ liệu bao gồm: Bản vẽ

11

thiết bị hấp, bản vẽ lắp ráp thiết bị, vật liệu được sử dụng cho kết cấu thiết bị Những dữ liệu khác trong luận văn được lấy từ sách, bài báo khoa học và sổ tay thiết kế

3 Thiết kế và chế tạo thiết bị hấp: Áp dụng phương pháp thiết kế ngược với một số

bộ phận, cụm máy đã có trong thực tế để cải tiến thiết bị một cách hiệu quả, tiết kiệm thời gian và chi phí nhất

4 Thí nghiệm thiết bị hấp: Thiết bị hấp sau khi thiết kế và chế tạo sẽ được đưa đến công đoạn hấp thí nghiệm theo đúng công nghệ đã nghiên cứu để từ đó đánh giá hiệu quả của thiết bị và đề xuất phương án nghiên cứu tiếp theo Kết quả thực nghiệm sẽ được xử lý và thể hiện nhờ chương trình Excel 2007

1.5 NỘI DUNG THỰC HIỆN

Các nội dung cần thực hiện:

- Nghiên cứu tổng quan về đặc tính và giá trị hạt điều, các phương pháp chế biến hạt điều hiện nay trong và ngoài nước

- Tìm hiểu các thiết bị hấp hoặc tương tự như hấp trong và ngoài nước

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng từ đó xác định mô hình và đề ra phương pháp thiết kế

- Thiết kế mô hình thực nghiệm mẫu công suất 50 kg/ mẻ

- Nghiên cứu và nhận xét kết quả thực nghiệm

- Kết luận

1.6 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

Cấu trúc đề tài được chia thành sáu chương:

1 Chương thứ nhất trình bày mục tiêu của đề tài, phạm vi và giới hạn của đề tài

2 Chương hai trình bày tổng quan về cây điều, hạt điều; các phương pháp xử lý hạt điều trước bóc tách ở trong và ngoài nước cùng với bảng khảo sát công nghệ và thiết bị hấp tại Việt Nam

3 Chương ba trình bày tính chất cơ lý hóa của hạt điều và quy trình công nghệ chế biến hạt điều

4 Chương bốn trình bày các tính toán thiết kế về mô hình hấp

5 Chương năm trình bày tiến trình chế tạo và lắp ráp một số chi tiết điển hình

6 Chương sáu trình bày các số liệu liên quan đến thực nghiệm và đánh giá kết quả

12

1.7 Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Nghiên cứu thiết bị, công nghệ hấp hạt điều và thời gian lưu trữ sau hấp để đạt được

tỉ lệ bể vỡ sau khi tách vỏ là thấp nhất Nếu thành công sẽ được đưa vào ứng dụng và chế tạo tại công ty chế tạo thiết bị Sơn Việt với số lượng lớn để bán cho các đơn đặt hàng của các công ty như: Doanh nghiệp tư nhân TM - DV Thu Hà - Bình Phước, Doanh nghiệp tư nhân Hải Phượng - Bình Phước, Công ty TNHH Thanh Mai - Bình Phước, Cơ sở chế biến hạt điều Hoa Lư - Bình Phước, Công ty TNHH SX - TM Hải Hưng Thịnh - Tp Hồ Chí Minh,

1.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Kết quả đạt được của đề tài bao gồm:

- Kết quả xác định hệ số dẫn nhiệt và các thông số vật lý của hạt điều

- Các tính toán thiết kế về thiết bị

- Sản phẩm thiết bị hấp tĩnh công suất 50 Kg/mẻ

- Các kết quả thực nghiệm, chế độ hấp tối ưu

1.9 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Thông qua việc nghiên cứu thiết bị và công nghệ hấp hạt điều từ đó đề xuất các thiết

bị hấp hạt điều và các thông số công nghệ thích hợp nhằm giảm tỉ lệ bể vỡ cho công đoạn cắt tách vỏ, nâng cao chất lượng nhân điều và năng suất Ở Việt Nam, việc nghiên cứu thiết bị hấp hạt điều để đáp ứng yêu cầu tối thiểu lượng bể vỡ có nhiều ý nghĩa trong kỹ thuật và thực tiễn sản xuất:

- Thứ nhất, đảm bảo nhân điều vẫn còn đầy đủ giá trị về dinh dưỡng, độ trắng sáng nhân, tỉ lệ nhân nguyên cao tăng giá trị xuất khẩu

- Thứ hai, giúp hoàn thiện dần thiết bị, máy móc bóc vỏ cứng đồng thời giúp định hướng tự động hóa cho cả dây chuyền sản xuất hạt điều từ điều thô (điều nguyên liệu) cho đến điều thành phẩm

- Cuối cùng, góp phần đẩy nhanh tốc độ cơ khí hóa, công nghiệp hóa hiện đại hóa dây chuyền sản xuất hạt điều

13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HẠT ĐIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP XỬ LÝ HẠT ĐIỀU TRƯỚC KHI TÁCH VỎ

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY ĐIỀU

Cây điều còn có tên là cây đào lộn hột, có nguồn gốc từ Braxin, vùng nhiệt đới ở Nam Mỹ và dần dần cây điều được phân tán đến châu Phi, Châu Á, Châu Úc, ngày nay cây điều được trãi rộng trong ranh giới vĩ tuyến 300

Bắc và vĩ tuyến 310 Nam Cây điều có tên khoa học là Anhcardium OccidenTable, thuộc họ xoài, tên thương mại tiếng Anh là Cashew tree

Cây điều chịu được những điều kiện khí hậu đa dạng và khắc nghiệt Là cây ưa nhiệt

độ cao nhạy cảm với giá lạnh, khí hậu nhiệt đới với một mùa khô rõ rệt là điều kiện thích hợp để cây điều phát triển tốt Theo FAO trên thế giới hiện nay có 32 nuớc sản xuất điều thương mại thế nhưng cây điều chỉ phát triển tốt ở những nước nhiệt đới và cận nhiệt đới

10 nước trồng điều nhiều nhất trên thế giới hiện nay là: Ấn Độ, Việt Nam, Braxin, Nigenia, Tanzania, Indonesia, Guinea Bissau, Cotolvore, Monzambique và Benin Điều trở thành cây trồng chính thức đặc biệt được quan tâm phát triển, giữ một vị trí quan trọng trên thị trường nông sản của một số nước nhiệt đới và cận nhiệt đới

Hình 2.1 Cây và trái điều

 Lớp vỏ giữa: dầy nhất, xốp và có cấu trúc tổ ong

có chứa một chát lỏng có tính nhựa, màu nâu đỏ

Khi tiếp xúc với không khí nó bị sậm màu đi rất nhanh, chất lỏng này được gọi là dầu vỏ hạt điều, tên thương mại tiếng Anh

là Cashew Nut Shell Liquid (CNSL) Dầu vỏ có vai trò là chất bảo vệ tự nhiên cho hạt chống lại côn trùng

 Lớp trong cứng như đá

Nhân hạt điều do hai lá mầm tạo thành được bao bọc bởi một lớp vỏ lụa màu nâu hơi đỏ Nhân là phần ăn được có hàm lượng lipid (trên 40% theo trọng lượng) và prôtein (khoảng 30%) cao Tỷ lệ thành phần của hạt điều như sau:

 Nhân: 20 ÷ 25%

 Vỏ lụa: 2 ÷ 5%

 Dầu vỏ: 18 ÷ 23%

 Vỏ: 45 ÷ 50%

15

Hình 2.3 Cấu trúc hạt điều

Hạt điều có chiều dài trung bình 2,5 ÷ 3,5 cm và dày 1 ÷ 1,5 cm, trọng lƣợng trung bình 5 ÷ 6g tùy theo những vùng khác nhau Bảng 2.1 sẽ cho ta thấy những đặc trƣng vật

lý của hạt điều sản xuất ở những vùng khác nhau [2]:

Bảng 2.1 Đặc trƣng vật lý của hạt điều sản xuất ở những vùng khác nhau

(mm)

Chiều rộng (mm)

Chiều dày (mm)

Trọng lƣợng (g) Brazil 30,7  42,8 22,6  32 16,7  25,5 5,83  15,28

16

2.3.1 Nhân điều

Đã từ lâu điều cung cấp hạt cho con người như là một loại thực phẩm, nhiều nước coi nhân điều là sản phẩm quen thuộc, điều trờ thành cây công nghiệp quan trọng xếp thứ hai trong các cây có dầu ăn được trên thị trường thế giới Nhân điều chứa hàm lượng đạm cao với đầy đủ các loại axit amin cần thiết không thay thế có thể so sánh với thịt, trứng, sữa Nhân điều là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao là thành phần chính của cây điều trong trao đổi kinh doanh trên thị trường mang lại hiệu quả kinh tế rất cao, giữ một vai trò quan trọng trong thị trường nông sản Hàng năm đem về cho các nước xuất khẩu một lượng ngoại tệ đáng kể

Với đầy đủ các chất dinh dưỡng quan trọng cần thiết, nhân điều là thực phẩm ăn chay lí tưởng và là một dược phẩm có giá trị đối với một số bệnh Là thực phẩm giàu chất béo 0% cholesterol thích hợp cho người ăn kiêng hiện nay các nước phát triển đang khuyến khích sử dụng nhân điều ngày càng tăng Các nuớc nhập khầu và tiêu thụ nhân điều nhiều nhất trên thế giới là Mỹ chiếm gần 2/3 sản luợng nhân điều thế giới, khối các nước thuộc Liên Xô cũ liên minh Châu Âu (EU) và Nhật Bản

2.3.2 Dầu vỏ hạt điều

Dầu vỏ hạt điều là một sản phẩm của ngành công nghiệp hạt điều Hạt có một lớp vỏ

có độ dày khoảng 2,54mm bên trong đó là một cấu trúc tổ ong mềm có chứa một chất lỏng sền sệt màu nâu đỏ tối Nó được gọi là dầu vỏ hạt điều, là nguyên liệu tốt và rẻ cho phenol không bão hòa

Trong việc tìm kiếm các loại vật liệu hiện đại có hiệu quả, dầu vỏ hạt điều và các sản phẩm của nó có một vai trò quan trọng trong tái tạo Nó cung cấp nhiều thuận lợi về sợi tổng hợp Tính linh hoạt của nó bắt nguồn từ vô số các ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng những thành tố của dầu vỏ hạt điều có tính năng cấu trúc đặc biệt chuyển đổi thành các hóa chất đặc biệt và polyme có giá trị cao Điều này liên quan đến một giá trị gia tăng của nhiều đơn đặt hàng về tầm quan trọng

và sự biến đổi hóa học cung cấp các sản phẩm hóa học tinh khiết 100% Như vậy, dầu vỏ hạt điều cung cấp phạm vi rộng lớn và cơ hội cho việc sản xuất các hóa chất đặc biệt, sản phẩm có giá trị cao và polyme

17

Dầu vỏ hạt điều có vô số ứng dụng trong ngành công nghiệp polymer như ma sát lót, sơn và vecni, cán nhựa, cao su kép, nhựa, hạt điều xi măng, polyurethane dựa trên polyme, bề mặt, epoxy, hóa chất đúc và trung gian cho công nghiệp hóa chất Nó cung cấp nhiều phạm vi và đa dạng cơ hội cho sự phát triển khác - làm bằng polyme

2.3.3 Trái điều

Trái điều được dùng làm thực phẩm vì có giá trị dinh dưỡng cao: dịch trái chứa 10 – 12,5% đường, trong đó chủ yếu là đường khử (loại đường dễ tiếp thu), giàu chất khoáng nhất là sắt (0,2 mg/100g) và đặc biệt là sinh tố C nhiều gấp 4 – 5 lần cam, chanh Vì vậy nhiều nước như Braxin, Ấn Độ, Tanzania, Kenia… đã chế biến được nhiều sản phẩm từ trái như nước giải khát, xiro, giấm, kẹo mứt, trái đóng hộp và rượu …[4]

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HẠT ĐIỀU TRƯỚC KHI BÓC VỎ THÔ Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.4.1 Phương pháp chao dầu

Chao dầu là phương pháp xử lý nhiệt gián tiếp hay còn được gọi là xử lý nhiệt qua dung môi Dung môi ở đây chính là dầu vỏ hạt đào lộn hột Người ta có thể khống chế nhiệt ở 170 – 200 oC trong 2 – 4 phút

Ưu điểm chính:

- Nhiệt tiếp xúc đều vào hạt qua dung môi trong một thời gian ngắn, làm lớp vỏ ngoài và lớp vỏ giữa chứa dầu bị nứt giải phóng dầu vỏ, và làm vỏ giòn để cắt lấy được nhân nguyên tới 80 – 90%

- Có thể lấy được khoảng 50% lượng dầu vỏ

Nhược điểm chính:

- Dầu cỏ có màu sẫm và một phần bị trùng hợp làm giảm lượng và tính chất của dầu

- Ô nhiễm môi trường nhà máy và vùng dân cư xung quanh

Chao dầu là phương pháp thủ công chủ yếu sử dụng sức người công nhân để chao luộc điều Công đoạn này khá đơn giản nhưng mang lại nhiều ô nhiễm môi trường và không bảo đảm an toàn cho người công nhân Hiện nay phương pháp này không khả thi khi xét đến vấn đề an toàn và bảo vệ môi trường Các cơ sở sản xuất hiện nay dần dần loại

bỏ và thay bằng phương pháp an toàn thân thiện môi trường hơn [4]

Hình 2.4 Nướng hạt điều bằng trống quay

Có một dốc trượt trên giá để hạt chạy vào trống, trống được đục lỗ để lử chạm vào hạt và khói bay ra ngoài qua ống khói Sử dụng bình phun nước liên tục để hạt được thấm nước sau khi rang

Tại khoa Cơ khí chế tạo máy trường Đại học Lagos, Lagos, Nigeria đã có nghiên cứu phương pháp nướng bằng điện trở, tuy công suất nướng rất thấp, chưa ứng dụng vào sản xuất công nghiệp nhưng hiệu quả bóc tách khá cao do đảm bảo tỉ lệ nhân vỡ thấp [5]

2.4.5 Khảo sát, đánh giá công nghệ và thiết bị hấp hiện đại đang được sử dụng tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam

Hiện nay công nghệ hấp hạt điều hiện đã được triển khai nghiên cứu nhiều nhưng kết quả chưa được như mong muốn Đa số các thiết bị hấp hạt điều hiện nay còn ở dạng thô sơ, cồng kềnh hơn nữa chế độ hấp và thời gian lưu trữ sau khi hấp chủ yếu dựa vào kinh nghiệm nên chưa thể đáp ứng được yêu cầu về khe hở giữa nhân và vỏ tối ưu cùng với việc đảm bảo phẩm chất của nhân điều sau hấp Thiết bị và công nghệ hấp hạt điều cần phải được nghiên cứu và cải tiến hoàn thiện hơn để làm bàn đạp phát triển dần thiết bị cắt tách vỏ cứng hướng tới dây chuyền chế biến hạt điều hoàn toàn tự động và liên tục

Dù còn tồn tại những hạn chế như trên nhưng công nghệ hấp hạt điều vẫn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến hạt điều nhân xuất khẩu vì so với công nghệ chao dầu thì công nghệ này ít gây ô nhiễm môi trường, điều kiện làm việc của người lao

 Thiết bị hấp liên tục dạng vít xoắn

Qua khảo sát một trăm nhà máy chế biến hạt điều Tình hình sử dụng thiết bị hấp nhƣ sau:

Mẻ (tĩnh)

Mẻ (thùng quay)

Hấp liên tục (Dạng vít)

22

23

63 Cty.Anh & Em Nguyễn Tấn –Bình

24

81 C.Ty.Thảo Nguyên –Bà Ria Vũng Tàu x

89 Công ty Thiên Hải Long – Bình

25

Nhận xét: Từ số liệu trên ta có :

Hình 2.6 Biểu diễn tình hình sử dụng thiết bị hấp tại các nhà máy

Kết luận: Qua việc tìm hiểu nguồn giá trị của hạt điều cùng với các phương pháp

công nghệ, khảo sát, đánh giá công nghệ và thiết bị hấp tại các cơ sở sản xuất tại Việt

Nam cho ta thấy đề tài “Nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hòa và thời gian lưu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều” nhằm xác định các thông số kỹ thuật như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian

hấp, cùng với thời gian lưu trữ sau hấp để giảm tỉ lệ bể vỡ và tăng năng suất bóc vỏ cứng là rất cấp thiếp và phù hợp để góp phần đưa ngành công nghiệp chế biến hạt điều đi đến bước phát triển mới hòa cùng với xu thế phát triển của đất nước

26

CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CƠ LÝ HÓA CỦA HẠT ĐIỀU VÀ

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT ĐIỀU

Nội dung nghiên cứu này cung cấp những kết quả nghiên cứu về tính chất cơ lý hóa của hạt điều và công nghệ hấp hạt điều nhằm đưa ra những yêu cầu cần thiết cho việc thiết kế và chế tạo hệ thống

3.1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA HẠT ĐIỀU

Có nhiều thông số đặc trưng cho tính chất cơ lý tính của hạt điều Chúng được chia thành hai nhóm chính là nhóm những thông số thuộc về tính chất vật lý và hình học như kích thước hạt và nhân, độ tròn, thể tích nhân, diện tích bề mặt, khối lượng riêng, mật độ khối, độ xốp Và nhóm những thông số thuộc về cơ tính như tải trọng nén tối đa, chuyển

vị tối đa, áp lực ở tải trọng tối đa, biến dạng ở tải trọng tối đa, môđun đàn hồi Những thông số này đều phụ thuộc vào độ ẩm Đã có nhiều công trình nghiên cứu mối quan hệ này như:

1 B.S Ogunsina and A.I Bamgboye “Effects of pre-shelling treatment on the physical properties of cashew nut”

2 Bart-Plange, A., Mohammed-Kamil, A P., Addo, A and Teye, E “Some physical and mechanical properties of cashew nut and kernel”

3 Ato Bart-Plange, Ahmad Addo, Francis Kumi, Abubakar Kamil Piegu “Some moisture dependent thermal properties of Cashew kernel”

4 S.J Ojolo, O Damisa, J.I Orisaleye, C Ogbonnaya“Design and development of cashew nut shelling machine”

Để phục vụ cho quá trình cắt tách và sấy hạt điều, nhóm nghiên cứu đi sâu nghiên cứu về cơ tính của hạt điều thô trước và sau khi hấp

3.1.1 Vật liệu thí nghiệm

Hạt điều dùng trong thí nghiệm là hạt cỡ trung có xuất xứ từ Bình Phước Những kích thước chính của hạt điều được chỉ rõ trong hình 3.1 và những thông số khác được trình bày trong bảng 3.1

27

Hình 3.1 Các kích thước của hạt điều Bảng 3.1 Đặc điểm về lý tính của những mẫu hạt điều ở Bình Phước

nhất

Trung bình

25,5 18,5 14,5 0,97 8,9 1,95 1,15 2,33

28.32 20,50 15,71 1,02 9,3 2,28 1,38 2,58

 Thông tin về thiết bị

Hãng sản xuất: Cometech – Taiwan

- Tốc độ kiểm tra lực tại 500kg: 15 ~ 500 mm/mim

- Tốc độ kiểm tra lực tại 1000kg: 50 ~ 500 mm/mim

- Khoảng cách giữa 2 cột: 400mm

- Kích thước: 97 x 58 x 150 cm

- Nguồn điện: 200 ~ 240VAC

3.1.3 Phương pháp và kết quả thí nghiệm

Đầu tiên, lực được đặt trên một mặt phẳng và tác dụng trên một hạt thô trên ba phương khác nhau như trong hình 3.2 Ở đây những mẫu hạt điều thô bị tác dụng bới lực đặt trên một mặt phẳng với tốc độ 2,5mm/s cho tới khi hạt bị bể Mục đích của việc thí nghiệm là tìm ra độ lớn của lực phá vỡ lớp vỏ cứng ở các chiều khác nhau của hạt điều Kết quả cho ta thấy một lực với độ lớn trong khoảng 500N – 700N như được trình bày trong bảng 3.2 sẽ phá vỡ được vỏ hạt điều

29

Hình 3.2 Mối quan hệ giữa lực và biến dạng khi lực đặt trên một mặt phẳng tác

dụng lên hạt thô

30

Bảng 3.2 Lực phá vỡ trung bình khi lực đặt trên một mặt phẳng tác dụng lên hạt thô

Cách thức tác dụng Lực phá vỡ trung bình (N) Biến dạng trung bình (mm)

1 Dọc theo bề dày

2 Dọc theo chiều dài

3 Dọc theo chiều rộng

542,64 689,31 492,58

4,7 11,3 7,8

Thí nghiệm thứ hai được thực hiện khi hạt đã qua “xử lý” với lực cắt được đặt trên một lưỡi cắt dọc theo chiều rộng của hạt điều Những mẫu hạt đã được hấp ở nhiệt độ

1000C trong khoảng 29 phút và được ủ ngoài không khí qua một đêm sẽ có một độ ẩm trung bình là 20,6% Lực tác dụng trong trường hợp này là một cặp lực của một cặp cạnh sắc theo biên dạng của vỏ hạt, lưỡi cắt này được làm bằng thép lò xo có độ bền cao dày 2,5mm với góc mài sắc là 200 Kết quả thí nghiệm này được trình bày trong hình 2.3, ở đây cho ta thấy ba đỉnh chính chịu tác dụng của lực tương ứng với lưỡi cắt ở dưới Kết quả quan trọng đạt được từ thí nghiệm này là độ lớn của lực cắt tối đa chỉ khoảng 200 N (bảng 3.3), thấp hơn hẳn so với các thí nghiệm trước và đang được ứng dụng ở thực tế nhiều hơn

Hình 3.3 Mối quan hệ giữa lực phá vỡ và chiều sâu cắt khi lực cắt được đặt trên một

lưỡi cắt dọc theo chiều rộng của hạt “thô”

2,50

3,33

232,42 235,36 237,32

4,84 4,86 4,90

3.2 THỰC NGHIỆM ĐO HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA VỎ HẠT ĐIỀU

3.2.1 Mô hình thí nghiệm

Nguyên lý hoạt động: Dầu đƣợc gia nhiệt ở nồi đun bằng điện trở có công suất 800 W

Sau đó, đƣợc bơm lên khoang chứa dầu Quá trình tuần hoàn dầu sẽ giữ cho nhiệt độ ở bề

mặt tiếp xúc vật liệu có giá trị ổn đinh không đổi Khi để vật liệu có bề dầy d lên bề mặt

khoang chứa dầu và ép chặt nhờ tấm đồng số 1, nhiệt sẽ đƣợc truyền từ bề mặt khoang chứa dầu qua lớp vật liệu tới bề mặt tấm đồng Đo nhiệt độ T1 và T2 ta có thể tính mật độ

nhiệt truyền qua vật liệu q:

32

Mặt khác, mật độ dòng nhiệt có thể tính qua công thức:

với W: công suất điện trở cung cấp; S: Diện tích bề mặt vật liệu tiếp xúc với khoang dầu

Từ đây có thể tính gần đúng:

Hình 3.5 Thiết bị thí nghiệm hệ số dẫn nhiệt của vỏ hạt điều

3.2.2 Mô tả quá trình thí nghiệm

- Bổ làm đôi hạt điều đã được phơi khô, loại bỏ nhân hạt điều chỉ lấy vỏ hạt điều

- Làm phẳng bề mặt vỏ hạt điều trước khi sử dụng để tiến hành thí nghiệm

- Bổ sung dầu vào bình chứa có bộ phận gia nhiệt bên trong bình chứa

33

- Đo chiều dày của vỏ hạt điều, đặt miếng vỏ hạt điều lên phía trên bề mặt tấm inox, dùng tấm đồng ghì lên trên vỏ hạt điều, cố định vị trí miếng vỏ hạt điều và tấm đồng không cho xê dịch

- Khởi động bơm dầu từ bình chứa dầu lên gia nhiệt tấm inox đặt phía dưới miếng

vỏ hạt điều

- Bật công tắc bộ phận hiển thị nhiệt độ bề mặt tấm inox và bề mặt tấm đồng, cài đặt nhiệt độ của bề mặt tấm inox cần khảo sát

- Bật công tắc điện trở gia nhiệt dầu

- Tiến hành ghi nhận số liệu hiệu nhiệt độ bề mặt tấm inox và tấm đồng khi nhiệt độ

ở tấm đồng ổn định

- Kết thúc thí nghiệm, tiến hành các thí nghiệm khác với vỏ hạt điều có chiều dày khác nhau với quy trình tương

Hình 3.6 Tiến hành thí nghiệm

C

Mật độ dòng q W/m2

Hs dẫn nhiệW/m.oC

C

Tđồng o

C

Mật độ dòng q W/m2

Hs dẫn nhiệW/m.oC

C

Tđồng o

C

Mật độ dòng q W/m2

Hs dẫn nhiệW/m.oC

C

Tđồng o

C

Mật độ dòng q W/m2

Hs dẫn nhiệW/m.oC