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

ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TRƢỜNG 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 lƣu 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 lƣu 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 lƣu trữ sau khi hấp chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, chƣa đƣợc nghiên cứu cơ bản. Nghiên cứu công nghệ, đo đạc một số thông số vật lý của hạt điều trƣớc và sau hấp để xác lập chế độ công nghệ hấp hợp lý (thời gian, áp suất, nhiệt độ) và thời gian lƣu trữ hạt điều sau hấp để đạt đƣợc 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 đƣợc 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 thƣớc, khối lƣợng, độ ẩm, hệ số dẫn nhiệt. Tiến hành thí nghiệm khảo sát các chế độ hấp hạt điều: ảnh hƣởng 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 đƣợc các thông số tối ƣu của quá trình này: - Nhiệt độ hấp: 100 o C - Thời gian hấp: 30 phút - Nhiệt độ sấy: 70 o C - Thời gian sấy: 30 phút - Thời gian ủ: 4 h Hấp hạt điều ở các điều kiên trên tỉ lệ bể vỡ nhân sau khi cắt đạt giá trị trung bình là 2,477% thấp hơn nhiều so với tỉ lệ bể vỡ hiện nay tại các doanh nghiệp. iii Trong nội dung nghiên cứu đã: - Hƣớng dẫn đƣợc 3 đề tài LVTN đại học - Hƣớng dẫn đƣợc 1 đề tài LVTN thạc sỹ - Viết đƣợc 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 1. PGS.TS Trần Doãn Sơn Khoa Cơ Khí 2. PGS.TS Lê Thị Kim Phụng Khoa KTHH 3. PGS.TS Mai Thanh Phong Khoa KTHH 4. KS Phạm Nhƣ Thanh Cty Sơn Việt 5. KS Phạm Quang Phú Cty Sơn Việt 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH SÁCH HÌNH VẼ 5 DANH SÁCH BẢNG BIỂU………………………………………………………. 8 CHƢƠNG 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 PHƢƠNG 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 ĐƢỢC 12 1.9 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 12 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HẠT ĐIỀU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ HẠT ĐIỀU TRƢỚC 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 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ HẠT ĐIỀU TRƢỚC KHI BÓC VỎ THÔ Ở TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 17 2.4.1 Phƣơng pháp chao dầu 17 2.4.2 Phƣơng pháp làm lạnh 18 2.4.3 Phƣơng pháp rang (nƣớng) 18 2.4.4 Phƣơng pháp hấp bằng hơi quá nhiệt 19 2 2.4.5 Khảo sát, đánh giá công nghệ và thiết bị hấp hiện đại đang đƣợc sử dụng tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam 19 CHƢƠNG 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 Phƣơng 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 CHƢƠNG 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 thƣớc 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 LƢỢNG 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 NƢỚC 50 4.8 TÍNH TOÁN BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 51 CHƢƠNG 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 CHƢƠNG 6: KHẢO NGHIỆM CÔNG NGHỆ HẤP VÀ THỜI GIAN LƢU 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 PHƢƠNG 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 ( 0 C) 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 ƣu ở khối lƣợng hấp 50kg 75 6.6.5 So sánh tỉ lệ bể vỡ và năng suất cắt của chế độ thực nghiệm tối ƣu ở khối lƣợng 50kg với chế độ hấp hiện tại của nhà máy Phú An 78 6.6.6 Tiến hành thí nghiệm theo phƣơng pháp quy hoạch để so sánh 80 7. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 4 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Cây và trái điều Hình 2.2 Hạt điều Hình 2.3 Cấu trúc hạt điều Hình 2.4 Nƣớng hạt điều bằng trống quay Hình 2.5 Thiết bị nƣớng đƣợc nghiên cứu ở Nigeria Hình 2.6 Biểu diễn tình hình sử dụng thiết bị hấp tại các nhà máy Hình 3.1 Các kích thƣớc của hạt điều Hình 3.2 Mối quan hệ giữa lực và biến dạng khi lực đặt trên một mặt phẳng tác dụng lên hạt thô Hình 3.3 Mối quan hệ giữa lực phá vỡ và chiều sâu cắt khi lực cắt đƣợc đặt trên một lƣỡi cắt dọc theo chiều rộng của hạt “thô” 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 Hình 4.4 Lực tác động theo phƣơng bán kính Hình 4.5 Lực tác động theo phƣơng đứng Hình 4.6 Nắp hình hộp Hình 4.7 Đáy hình elip Hình 4.8 Cấu tạo dàn calorife Hình 4.9 Hình dạng nắp nồi hơi Hình 4.10 Cơ cấu thay đổi hƣớng dòng chảy 5 Hình 4.11 Cấu tạo bẫy nƣớc Hình 4.12 Bơm hút chân không Hình 4.13 Kích thƣớc máy bơm hút chân không Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn tốc độ bơm Hình 5.1 Mô hình cụm thiết bị hấp Hình 5.2 Thân nồi hấp Hình 5.3 Bản vẽ chế tạo thân nồi hấp Hình 5.4 Bản vẽ phôi. Hình 5.5 Kích thƣớc đạt đƣợc sau khi cắt. Hình 5.6 Kích thƣớc đạt đƣợc sau khi cắt. Hình 5.7 Kích thƣớc đạt đƣợc sau khi cuộn tròn và hàn. Hình 5.8 Bản vẽ khung cửa nồi hấp. Hình 5.9 Bản vẽ phôi Hình 5.10 Kích thƣớc khung. Hình 5.11 Kích thƣớc đạt đƣợc sau phay Hình 5.12 Bản vẽ trục cửa. Hình 5.13 Bản vẽ phôi. Hình 5.14 Bản vẽ gia công đƣờng kính trục. Hình 5.15 Bản vẽ gia công mặt 3. 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. [...]... xuất và đƣa 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 lƣu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều Phân tích các thông số kỹ thuật ảnh hƣởng đến năng suất và tỉ lệ bể vỡ trong suốt quá trình hấp, sấy, ủ nhƣ áp suất, nhiệt độ, thời gian hấp, ... 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 lƣu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều nhằm xác định các thông số kỹ thuật nhƣ áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian hấp, cùng với thời gian lƣu trữ sau hấp để giảm tỉ lệ bể vỡ và tăng năng suất... thiếp và phù hợp để góp phần đƣa ngành công nghiệp chế biến hạt điều đi đến bƣớc phát triển mới hòa cùng với xu thế phát triển của đất nƣớc 25 CHƢƠNG 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 đƣa ra những yêu cầu cần thiết cho việc thiết kế và chế tạo... khảo sát công nghệ và thiết bị hấp tại Việt Nam 3 Chƣơng ba trình bày tính chất cơ lý hóa của hạt điều và quy trình công nghệ chế biến hạt điều 4 Chƣơng bốn trình bày các tính toán thiết kế về mô hình hấp 5 Chƣơng năm trình bày tiến trình chế tạo và lắp ráp một số chi tiết điển hình 6 Chƣơng sáu trình bày các số liệu liên quan đến thực nghiệm và đánh giá kết quả 11 1.7 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Nghiên cứu thiết... nay công nghệ hấp hạt điều hiện đã đƣợc triển khai nghiên cứu nhiều nhƣng kết quả chƣa đƣợc nhƣ 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 lƣu trữ sau khi hấp chủ yếu dựa vào kinh nghiệm nên chƣa thể đáp ứng đƣợc yêu cầu về khe hở giữa nhân và vỏ tối ƣu cùng với việc đảm bảo phẩm chất của nhân điều sau hấp Thiết bị và công nghệ hấp hạt. .. cho quá trình cắt tách và sấy hạt điều, nhóm nghiên cứu đi sâu nghiên cứu về cơ tính của hạt điều thô trƣớc 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 Phƣớc Những kích thƣớc chính của hạt điều đƣợc chỉ rõ trong hình 3.1 và những thông số khác đƣợc trình bày trong bảng 3.1 26 Hình 3.1 Các kích thƣớc của hạt điều Bảng 3.1 Đặc điểm về lý tính. .. cứng, khe hở giữa nhân và vỏ hẹp dẫn đến tỉ lệ bể vỡ cao khi cắt Hơn nữa thời gian ủ sau hấp thƣờng 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 lƣu 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 hƣớng tới quá trình tự động hóa toàn... 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 lƣợng nhân điều và năng suất Ở Việt Nam, việc nghiên cứu thiết bị hấp hạt điều để đáp ứng yêu cầu tối thiểu lƣợng bể vỡ có nhiều ý nghĩa trong kỹ thuật và thực tiễn sản xuất: - - Thứ nhất, đảm bảo nhân điều vẫn còn đầy... phƣơng án nghiên cứu tiếp theo Kết quả thực nghiệm sẽ đƣợc xử lý và thể hiện nhờ chƣơng 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 phƣơng pháp chế biến hạt điều hiện nay trong và ngoài nƣớc - Tìm hiểu các thiết bị hấp hoặc tƣơng tự nhƣ hấp trong và ngoài nƣớc - Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến năng suất và chất lƣợng... sát các thông số trong quá trình hấp trên thiết bị thí nghiệm 5 Phân tích kết luận 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng để đạt đƣợc 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 nƣớc 2 Thu thập dữ liệu: Dữ liệu liên quan về quá trình hấp hạt điều và các công nghệ . đề tài Nghiên cứu các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hòa và thời gian lƣu trữ sau hấp nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều Thời gian thực hiện: từ tháng 12/2011. 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 lƣu trữ sau khi hấp chủ yếu dựa vào kinh. xuất và đƣa 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