ĐỒ án QUÁ TRÌNH THIẾT bị THIẾT kế máy cắt vỏ QUẢ CA CAO

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phần I : Tổng quan lý thuyết  Nguyên vật liệu  Sản phẩm  Cơ sở lý thuyết quá trình  Thông số của quá trình Phần II: Quy trình công nghệ  Sơ đồ quy trình công n

Khóa học Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

: Đại học : Chính quy : Hóa học & CNTP : Hóa dầu

: DH11H2 : 2011 – 2015 : Th.S Nguyễn Quốc Hải : Hồ Xuân Hiệp

: Nguyễn Thị Hiếu : Ngô Lê Huyền Mi

Vũng Tàu, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Khóa học Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

: Đại học : Chính quy : Hóa học & CNTP : Hóa dầu

: DH11H2 : 2011 – 2015 : Th.S Nguyễn Quốc Hải : Hồ Xuân Hiệp

: Nguyễn Thị Hiếu : Ngô Lê Huyền Mi

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Phần I : Tổng quan lý thuyết

 Nguyên vật liệu

 Sản phẩm

 Cơ sở lý thuyết quá trình

 Thông số của quá trình Phần II: Quy trình công nghệ

 Sơ đồ quy trình công nghệ

 Thuyết minh quy trình công nghệ Phần III: Tính toán thiết kế

 Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng

 Tính toán thiết bị chính

 Tính toán lựa chọn các thiết bị phụ Phần IV: Bản vẽ thiết bị chính (vẽ tay )

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ LUẬN ÁN: 17/03/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/05/2014

V HỌ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN : Th.S NGUYỄN QUỐC HẢI

Ths Nguyễn Quốc Hải

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU

I TỔNG QUAN VỀ CÂY CA CAO 1

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO 1

I.1.1 Tổng quan về ca cao 1

I.1.2 Một số đặc điểm của cây cacao 1

I.1.3 Ca cao ở Việt Nam 3

I.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA QUẢ CA CAO 4

I.3 CẤU TẠO CỦA QUẢ CA CAO 5

I.3.1 Lớp vỏ cứng 6

I.3.2 Lớp nhầy 6

I.3.3 Vỏ trấu (vỏ hạt) 7

I.3.4 Hạt cacao 8

I.3.5 Loại ca cao đề xuất 8

II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9

II.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 9

II.2 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ 10

III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 11

III.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 11

III.2 TÍNH TOÁN BĂNG TẢI 15

III.3 CHỌN ĐỘNG CƠ 16

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

cũng không có công việc nào có thể hoàn thành mà không có sự hỗ trợ hay giúp đỡ dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Nằm trong quy luật đó của cuộc sống, qua khoảng thời gian 2 tháng nhận và làm đồ án cho tới lúc hoàn thành nhóm chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ và chỉ dạy tận tình của các thầy cô giảng viên trong trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu

Trước tiên với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Quốc Hải đã không chỉ truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trên lớp học mà còn tận tình chỉ dạy và từng bước định hướng cho chúng

em có thể triển khai và hoàn thành đồ án của mình

Chúng em cũng vô cùng biết ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo khác trong khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm, các thầy cô trong khoa Cơ Khí trường Đại Học Bà Rịa-Vũng tàu, đặc biệt là thầy Lê Hùng Phong- phó trưởng khoa cơ khí Nhờ

có sự chỉ dạy về chuyên môn cũng như kinh nghiệm quý báu của thầy đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và các anh chị trong khoa đã trao đổi và chia sẻ với chúng em về những kiến thức của mình để chúng em có thể hiểu rõ hơn về nhiệm vụ của mình

Bài làm của chúng em được thực hiện trong vòng gần 2 tháng với một đề tài khá mới và bước đầu tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo khoa học, thiết kế chế tạo thiết bị, kiến thức của chúng em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ Do đó không tránh khỏi những thiếu sót, em mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn trong lớp để kiến thức của chúng em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình Trân trọng

LỜI MỞ ĐẦU

Ca cao là loài cây có từ rất lâu đời và được rất nhiều nước trên thế giới ưa trồng

vì giá trị kinh tế mà nó mang lại, trong đó có Việt Nam Ca cao có mặt ở Việt Nam từ rất sớm, theo chân các nhà truyền giáo phương tây và được trồng rộng rãi ở nhiều nơi, vùng Tây Nguyên vẫn được xem là điều kiện lý tưởng nhất cho sự phát triển của ca cao Chính vì thế, nguồn sản xuất cacao của nước ta tập trung chủ yếu ở khu vực Tây Nguyên

Quả ca cao sau khi thu hoạch được tách vỏ và đưa vào các quá trình chế biến sâu

để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế đồng thời loại ra một khối lượng vỏ rất lớn, khoảng 50% khối lượng quả, thường được bỏ lại ngay tại vườn Lợi ích của quá trình này là giảm công vận chuyển nhưng vỏ cacao trên mặt đất không được xử lý sẽ tạo ra môi trường rất tốt cho nhiều loài sâu bệnh hại phát triển, phát tán và lây lan do vỏ trái

ca cao khá giàu dinh dưỡng Do đó, việc tận dụng nguồn vỏ trái ca cao giàu dinh dưỡng như một nguồn nguyên liệu chính để chế biến thành phân hữu cơ sinh học (dùng bón lại cho cây ca cao) hoặc thức ăn cho vật nuôi (trâu, bò, v.v ) sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm sự thiếu hụt thức ăn cho vật nuôi, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, qua đó giúp cho việc trồng và chế biến ca cao đuợc phát triển một cách hiệu quả và bền vững

Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta chưa phát triển quy trình chế biến để tận thu vỏ trái ca cao Chính vì vậy, nhóm chúng em thực hiện đề tài “ Thiết kế thiết bị cắt vỏ ca cao” với hy vọng có thể đưa ra một phương án tận dụng nguồn vỏ có lợi từ quả ca cao

để sản xuất phân bón và làm thức ăn trong chăn nuôi

I TỔNG QUAN VỀ CÂY CA CAO

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO

I.1.1 Tổng quan về ca cao

Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, tên khoa học là Theobroma cacao, là thứ duy nhất trong 22 loài của giống Theobroma được trồng sản xuất

Hiện nay có 3 vùng chính trên thế giới trồng cacao:

+ Nam Mỹ: Brazil, Ecuador

+ Tây Phi: Bờ Biển Ngà, Ghana, Cameroon, Nigeria

+ Đông Nam Á: Indonesia, Malaysia, Việt Nam

I.1.2 Một số đặc điểm của cây ca cao

Ca cao là cây công ngiệp dài ngày trồng thích hợp ở vùng nhiệt đới Sau khi trồng 3-4 năm cây bắt đầu ra trái, sau 10 năm thì cây phát triển hoàn thiện Cây ca cao có thể thu hoạch quả đến 50 năm

Cacao là loài cây thân gỗ nhỏ, có thể cao từ 10-20m nếu mọc ra tự nhiên Trong điều kiện sản xuất chiều cao trung bình của cây ca cao khoảng 5-7m, đường kính trung bình khoảng 10-18cm Trên mỗi thân cacao có thể có từ 4-5 tầng cành

Điều kiện canh tác: T = 20-300C; lượng mưa 1500-2000mm/năm; độ pH của đất: 6,5 - 6,7; phân bón: đạm, kali và các khoáng vi lượng

Rễ ca cao có dạng trụ, dài khoảng 1,5-2m Trên suốt chiều dài của rễ trụ có nhiều

rễ ngang phân nhánh và có rất nhiều rễ con tập trung chủ yếu dưới cổ rễ khoảng 20cm

Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có cuống dài 1-3cm, màu sắc vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài Hoa mọc trực tiếp từ sẹo lá của thân và cành, thuộc loại lưỡng tính

và thụ phấn chủ yếu là nhờ côn trùng 0,5% hoa nở tạo quả, trong đó 90% quả non sẽ bị khô và rụng

Quả ca cao có những đặc tính về màu sắc, kích thước và hình dạng quả thay đổi theo chất lượng giống:

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

Quả ca cao thường có chiều dài 7 – 30cm, đường kính 7-9cm, khối lượng khoảng

200g hoặc hơn tùy giống Hình dáng quả thay đổi từ hình cầu đến hình oval đến hơi dài,

nhọn hoặc hình trứng

Quả chưa chín có thể có màu xanh, đỏ tím hoặc xanh điểm sắc đỏ tím Khi quả

đạt độ chín, màu xanh chuyển qua màu vàng, màu đỏ tím thường chuyển qua màu da

cam

Quả ca cao có chứa từ 25 đến 80 hạt Hạt ca cao có hình trứng, hơi dẹt và thường

có màu tím hoa cà hơi đỏ nhạt Hạt ca cao là hạt không có nhân, mập, dài 2 – 3cm, có

lớp cùi nhớt màu trắng, có vị ngọt hơi chua bao quanh Kế lớp cùi nhớt là lớp vỏ mỏng

dễ vỡ cũng được gọi là vỏ cứng và phần vỏ lụa trông rất mỏng có màu trắng mỡ bọc lấy

lõi hạt và ăn vào phần lõi hạt, chia lõi hạt ra thành những ô góc cạnh

Hình 1: Hạt ca cao

Trên thế giới, ca cao có nhiều dòng, nhóm Mỗi dòng, nhóm đều mang những đặc tính

khác nhau, thích hợp trên những vùng sinh thái khác nhau Có 3 chủng ca cao chủ yếu

là: Forastero, Criollo và Trinitario Trồng phổ biến nhất là: Criollo và Forastero

Trinitario là kết quả của sự lai phổ biến nhất là: Criollo và Forastero Trinitario là kết

quả của sự lai tạo giữa 2 giống trên

Bảng 1: Những đặc tính chính của các nhóm ca cao

I.1.3 Ca cao ở Việt Nam

Ở Việt Nam, ca cao được du nhập vào rất sớm, theo chân các nhà truyền giáo phương Tây

Cây ca cao là một lọai cây kinh tế được trồng ở nhiều nước Đây là loại cây công nghiệp

có giá trị cao khoảng 1500-1600 USD/tấn Tại Việt Nam, ca cao hiện nay đang được khuyến khích trồng thay các loại cây khác Do có điều kiện khí hậu thuận lợi nên sản lượng hiện nay tăng lên rất rõ rệt khoảng 500.000 tấn trái/năm

Hiện tại, ca cao được trồng rộng rãi ở nhiều nơi: Tây Nguyên, một số tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu Long, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước Trong đó, vùng Tây Nguyên vẫn 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 Bình Phước 2% Định hướng phát triển cây ca cao ở nước ta trong thời gian tới, theo mục tiêu của Bộ

Dạng quả Dài, thuôn, nhọn

Sống quả Nhọn, rãnh sâu Trơn, không rãnh

Màu sắc Vàng-đỏ, các đốm

Hoa Nhụy hồng nhạt Nhụy màu tím có xanh có đỏ

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn là phát triển bền vững cây ca cao ở Việt Nam nhằm tăng khối lượng sản phẩm hàng hóa, tăng hiệu quả kinh tế trên đơn vị diện tích đất, nâng cao thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường

I.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA QUẢ CA CAO

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

Phôi nhũ có hàm lượng bơ ca cao khá cao, chiếm tới 48-50% so với trọng lượng hạt đã lên men và sấy khô, vỏ hạt có một ít và không có ở chất nhầy Bơ cacao chiết từ hạt có dạng tinh thể nhỏ, màu trắng và mùi thơm đặc trưng Nó góp phần tạo mùi vị cho

ca cao

Chất nhầy có chứa một hàm lượng đường (glucose, fructose, sucrose) và nước khá cao Ngoài ra, còn có một lượng acid citric làm cho pH của chất nhầy luôn ổn định

ở 3,5

Theobromine thuộc họ akaloid là thành phần đặc trung của hạt cacao vì nó tạo ra

vị đắng đặc trưng Chiếm từ 1,5-1.7% trọng lượng quả Chất theobromine thường ở dạng bột với tinh thể màu trắng và có vị đắng, thăng hoa ở nhiệt độ 3080C

Cafein có công thức tổng quát là 1,3,7-trimetylxantin, là một chất kích thích vì

có khả năng tác động lên hệ thần kình gây cảm giác hưng phấn, sảng khoái cho người dùng Nhưng nếu quá cao thì nó sẽ trở thành một chất độc đối với cơ thể con người Hàm lượng cafein tối đa trong vỏ là 0.7% nên không có khả năng gây hại cho con người

Tinh bột chiếm thành phần nhiều nhất, khoảng 4.5% trong phôi nhũ và có đến 46% trong vỏ quả hạt Đường có trong phôi nhũ chủ yếu là pentosan, saccharose, glucose

và fructose nhưng hàm lượng không cao

Thành phần protein nhiều nhất trong quả cacao là albumin và globulin Trong đó,

vỏ quả chiếm một lượng protein là 18% trọng lượng quả, cùi chiếm 0,6% và trong nội nhũ chiếm 8,4%

Ngoài ra, quả cacao còn chứa các thành phần acid hữu cơ tồn tại ở 2 dạng: dễ bay hơi và khó bay hơi, nó sẽ được loại bỏ trong quá trình chế biến, chất tạo thơm D-Linalool

là thành phần có giá trị nhất trong quả cacao và các khoáng chất khác (Fe, K, P, Mg, )

Hình 2: Giống ca cao Forastero

I.3 CẤU TẠO CỦA QUẢ CA CAO

Hình 3: Cấu tạo từ ngoài vào trong của quả ca cao

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

I.3.1 Lớp vỏ cứng

Vỏ ca cao chứa 3-4% kali trên trọng lượng chất khô, là nguồn phân bón giàu kali Vỏ quả ca cao khô, xay nhỏ có thể độn vào thức ăn cho bò, cừu, dê hoặc có thể ủ làm phân bón

Thành phần hóa học của vỏ như sau:

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

I.3.4 Hạt cacao

Thành phần hạt ca cao

I.3.5 Loại ca cao đề xuất

Đồ án thiết kế thiết bị cắt vỏ ca cao 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

có nhiều chất gỗ

Thông số chính của quá trình:

 Năng suất nhập liệu: Q = 1 tấn / ngày = 1000 kg/ngày

 Kích thước nguyên liệu đi vào: 20 x 8 (cm)

 Kích thước sản phẩm đi ra: 1 x1 (cm)

II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

II.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

II.2 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ

Để làm nguyên liệu cho qua trình cắt, vỏ quả ca cao phải trải qua quá trình tách

để tách nó ra khỏi hạt ca cao.Sau khi trải qua quá trình tách vỏ, vỏ ca cao sẽ được cho vào quá trình cắt với các thông số như sau: năng suất nhập liệu là 1 tấn/ngày, kích thước

vỏ trước khi cắt là 20 x 8 cm, sau khi cắt là 1x1 cm

Vỏ ca cao được tách ra từ thiết bị tách vỏ, sẽ được đưa vào băng tải và được hệ thống băng tải lòng máng đưa vào thiết bị cắt Sau khi đi vào thiết bị cắt, nguyên liệu sẽ lần lượt đi qua 3 tầng lưỡi cắt và được cắt nhỏ dần Sau một thời gian được cắt nhỏ trong thiết bị, cho tới lúc nguyên liệu đạt kích thước đầu ra là 1x1 cm thì nguyên liệu sẽ được đưa ra ngoài qua hai 2 cửa thoát ở dưới đáy thiết bị

Sản phẩm sau quá trình cắt là vỏ quả ca cao kích thước nhỏ (1x 1cm) sẽ được đưa đi để ủ làm phân bón hoặc làm thức ăn vỗ béo cho trâu, bò…

III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

III.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

- Năng suất nhập liệu:

- Thể tích nhập liệu:

V = 𝑄

𝜌 = 1253.62,2 = 0,67 (m3/h) = 1,86.10-4 (m3/s)

+ Chọn vận tốc di chuyển của vật liệu trong thiết bị là:

𝜗 = 0,6 (mm/s)

- Thời gian lưu:

t = 𝐿

𝜗 = 0,90,6.10 −3 = 1453 (s) L: độ dài roto, chọn L = 0,9m = 90cm

- Thể tích của thiết bị chứa đầy:

Vlt = V2.t = 1,85855.10-4 1453 = 0,27 (m3)

- Thể tích thực của thiết bị:

Vtt = 𝑉𝑙𝑡

𝛽 = 0,270,9 = 0,3 (m3), 𝛽: hệ số chứa đầy

- Số quả ca cao trung bình thiết bị chứa:

𝑉2.𝑡

𝑉đ = 1,85855.10

−1 1453 4,019 = 67 (quả)

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

=> Số lượng quả phù hợp với thể tích chứa thiết bị

- Thiết bị là một khối chóp cụt Do đó:

𝑉𝑡𝑏 = 3 1 𝐿 (𝑆1+ 𝑆2+ √𝑆1𝑆2 = 0,3 (m3) Với: L = 90 cm (chiều cao roto)

S1 :diện tích đáy lớn của thiết bị (cm2)

S2: diện tích đáy bé của thiết bị (cm2)

- Để đảm bảo phần lớn nguyên liệu ban

- Theo yêu cầu của nhập liệu và để phù hợp với tốc độ làm việc của roto, chọn bề dày lưỡi cắt: B = 0,4 (cm)

- Để đảm bảo kích thước vỏ sau khi cắt là 1cm và tránh việc tồn đọng vỏ dưới đáy thì khoảng cách của tầng lưỡi cắt cuối cùng cách đáy thiết bị h3 = 1,2 (cm) + Khoảng cách từ lưỡi cắt tầng 3 đến thành bình là:

D3 = tan𝛼 h3 = tan4,50.1,2 = 0,1 (cm) + Để vật liệu không bị rơi khi thực hiện cắt ở tầng 2 thì khoảng cách từ lưỡi cắt tầng 2 đến thành bình là D2 = 3cm

+ Khoảng cách giữa lưỡi cắt tầng 2 và tầng 3 là:

h2 = 𝐷2𝑡𝑎𝑛𝛼 – (h3 + B) = 3

- Khoảng cách trung bình của roto quay mỗi tầng:

 𝑉p = 355 (m/h) = 5,9 (m/phút) = 0,1 (m/s) Trong đó, Lp: chiều dài mỗi bậc roto (m)

d: đường kính roto (m) VP: vận tốc roto quay z: số đầu lưỡi cắt 1 bâc

𝐾𝛽 = 3,25

Số vòng quay của lưỡi cắt hay roto:

n = 𝑉𝑃.1000𝑑.𝜋 = 0,1.1000

100.𝜋 = 0,3 (vòng/s) Với, n: số vòng quay của roto (vòng/s)

VP: vận tốc quay của roto (m/s) d: đường kính roto (mm)

Khối lượng lưỡi cắt mỗi tầng: mc = 10 (kg)

Chu vi vòng quay của lưỡi cắt:

C = 2.𝜋.R = 2 𝜋.(l + 5) = 2 𝜋.(21 + 5) = 52 𝜋 (cm) = 0,52 𝜋 (m)

Tốc độ quay của lưỡi cắt:

vc = 0,52.π.0,3 = 0,156 𝜋 = 0,5 (m/s) Tiết diện tiếp xúc của lưỡi cắt: