Thiết kế cải tiến máy rang cafe (gồm bản vẽ 2D và 3D)

Máy rang cà phê cải tiến thế hệ mới 2015 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT 1.1. Tình hình sản xuất và chế biến cà phê ở Việt Nam hiện nay 5 1.1.1. Giới thiệu chung về cây cà phê 5 1.2. Quy trình chế biến cà phê 8 1.2.1. Qui trình chế biến cà phê ướt (cà phê quả tươi) 9 1.2.2. Qui trình chế biến cà phê khô 17 1.2.3. Qui trình chế biến cà phê tinh 29 CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỤM MÁY RANG 2.1. Cụm máy rang 37 2.1.1. Phương án 1 37 2.1.2. Phuong án 2 38 2.1.3. Phương án 3 39 2.1.4. Phương án 4 40 2.2. Mô hình dây chuyền sản xuất 41 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ RANG CÀ PHÊ 3.1. Đặc điểm và phân loại công nghệ rang 42 3.1.1. Đặc điểm 42 3.1.2. Phân loại 42 3.2. Giới thiệu và chọn các phương án thiết kế thiết bị rang 43 3.2.1. Phương án 1: Thiết bị rang cà phê thủ công 43 3.2.2. Phương án 2: Thiết bị rang hình trụ nằm ngang có cánh đảo 44 3.2.3. Phương án 3: Thiết bị rang liên tục hiệu Burns Thermalo 45 3.2.4. Phương án 4: Thiết bị rang gián đoạn của hãng Probat_Đức 47 3.3. Các yêu cầu đặt ra cho thiết kế thiết bị rang 50 3.4. Mô tả các bộ phận của thiết bị rang 50 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ RANG CÀ PHÊ 4.1. Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho lò đốt 61 4.1.1. Nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt cho hạt cà phê 61 4.1.2. Nhiệt lượng cần đủ để rang chín cà phê 61 4.1.3. Tính nhiệt lượng đốt nóng thùng rang 62 4.1.4. Nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh bề mặt thùng 62 4.1.5. Nhiệt lượng lò đốt tỏa ra môi trường xung quanh 63 4.2. Tính toán và thiết kế thùng rang 64 4.2.1. Thiết kế thùng rang 64 4.2.2. Tính toán và chọn động cơ cho thùng quay 68 4.2.3. Tính toán và chọn trục của thùng rang 73 4.2.4. Tính toán chọn ổ 81 4.3. Tính toán thiết kế bàn làm nguội 84 4.3.1. Chọn công suất động cơ 84 4.3.2. Tính toán bộ truyền đai cho bàn làm nguội 86 4.4. Tính toán quạt gió và cụm chức năng 88 4.4.1. Công suất quạt gió 88 4.5. Thiết kế xiclon 92 4.6. Sơ đồ mạch điện điều khiển máy rang cà phê nhân 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHẦN PHỤ LỤC

LỜI CẢM ƠN

–&—

Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô của trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô của khoa Cơ Khí Trong thời gian theo học tại trường em đã được quý thầy cô tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho

em những kiến thức quý báu Giờ đây, tuy chưa thực sự tiếp xúc với thực tế công việc sau này nhưng đây chính là hành trang theo suốt cuộc đời của em.

Em xin cảm thầy Phạm Huy Hoàng đã hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn Trong quá trình làm luận văn, thầy đã giúp đỡ em tìm tài liệu, chỉ những thiếu xót và gợi lên những hướng đi mới, giúp em hoàn thành tốt hơn đề tài này.

Để được theo học ở trường, chúng em không thể quên công lao to lớn của ba mẹ,

ba mẹ đã tạo điều kiện thuận lợi cả về vật chất lẫn tinh thần để có thể giúp em có thể yên tâm học tập Và gửi lời cảm ơn đến các bạn đã cùng nhau học tập, trao đổi trong suốt thời gian theo học ở trường.

Xin chân thành cảm ơn.

LỜI NÓI ĐẦU

–&—

Cà phê là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, được trồng ở nước ta từ rất lâu Uống cà phê đã trở thành thói quen của nhiều người, nhất là người dân ở thành phố Hương vị đậm đà của cà phê khiến người ta khó mà từ chối

Nhu cầu thưởng thức cà phê ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng Sản lượng xuất khẩu không ngừng gia tăng qua các năm, đồng thời chất lượng cà phê yêu cầu ngày càng cao mà các phương pháp thủ công không thể nào đáp ứng được

Do đó, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quá trình sản suất chế biến cà phê là điều cần thiết

Ở luận văn này em tìm hiểu dây chuyền sản suất cà phê và đi vào tính toán công đoạn rang trong dây chuyền chế biến cà phê, theo em nghĩ đây là công đoạn quan trọng nhất ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng cà phê bột Với sản phẩm cà phê bột chúng ta có thể sử dụng trực tiếp để chế phin uống hoặc phục vụ cho quá trình chế biến cà phê hòa tan

Việc thiết kế công đoạn rang để cho sản phẩm có chất lượng tốt và phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật là việc không phải dễ đối với sinh viên còn đang học mà chưa có sự tiếp xúc với thực tế Nhưng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Huy Hoàng em đã hoàn thành đề tài này

Qua quá trình thực hiện luận văn, em đã học hỏi được nhiều kiến thức quý báu từ sự hướng dẫn tận tâm của thầy Phạm Huy Hoàng và từ thực tế Do trình độ chuyên ngành còn hạn chế, hiểu biết thực tế chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo của quý Thầy Cô để trong quá trình công tác sau này em sẽ củng cố, hoàn thiện kiến thức nhằm đáp ứng nhu cầu

MỤC LỤC

–&—

Trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT

1.1 Tình hình sản xuất và chế biến cà phê ở Việt Nam hiện nay 5

1.2.1 Qui trình chế biến cà phê ướt (cà phê quả tươi) 9

CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỤM MÁY RANG

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ RANG CÀ PHÊ

3.2 Giới thiệu và chọn các phương án thiết kế thiết bị rang 433.2.1 Phương án 1: Thiết bị rang cà phê thủ công 43

3.2.2 Phương án 2: Thiết bị rang hình trụ nằm ngang có cánh đảo 443.2.3 Phương án 3: Thiết bị rang liên tục hiệu Burns Thermalo 453.2.4 Phương án 4: Thiết bị rang gián đoạn của hãng Probat_Đức 473.3 Các yêu cầu đặt ra cho thiết kế thiết bị rang 50

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ RANG CÀ PHÊ

4.1 Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho lò đốt 614.1.1 Nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt cho hạt cà phê 614.1.2 Nhiệt lượng cần đủ để rang chín cà phê 614.1.3 Tính nhiệt lượng đốt nóng thùng rang 624.1.4 Nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh bề mặt thùng 624.1.5 Nhiệt lượng lò đốt tỏa ra môi trường xung quanh 63

4.2.2 Tính toán và chọn động cơ cho thùng quay 684.2.3 Tính toán và chọn trục của thùng rang 73

4.3.2 Tính toán bộ truyền đai cho bàn làm nguội 86

4.6 Sơ đồ mạch điện điều khiển máy rang cà phê nhân 94

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT (CÀ PHÊ BỘT).

1.1.TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Ở VIỆT NAM HIỆN NAY.

1.1.1 Giới thiệu chung về cây cà phê:

1.1.1.1 Phân loại:

Cà phê là một loại thức uống màu đen có chứa chất cafein Hiện nay, cây cà

phê được trồng tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, trong đó có một số nước xuất khẩu cà phê

Hạt cà phê được lấy từ hạt các loài cây thuộc họ cà phê Hai dòng cây cà phê chính là:

- Cà phê Arabica: còn gọi là cà phê chè đại diện cho khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới

- Cà phê Robusta: còn gọi là cà phê vôi, chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê Và còn có coffea Liberica còn gọi là cà phê mít với sản lượng không đáng kể.Chất lượng hay đẳng cấp của cà phê khác nhau tùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng khác nhau Cà phê Robusta được đánh giá thấp hơn so với cà phê Arabica do có chất lượng thấp hơn và giá cả theo đó cũng rẻ hơn

Loại cà phê đắt nhất và hiếm nhất thế giới tên là Kopi Luwak (hay cà phê chồn) của Indonexia và Việt Nam Giá bán mỗi cân cà phê loại này khoảng 20 triệu VND và hàng năm chỉ có tên 200kg được bán tên thị trường thế giới

1.1.1.2 Cấu tạo và công dụng của cà phê:

Cấu tạo của quả cà phê:

Quả cà phê sau khi thu hoạch đưa vào chế biến, nó gồm các phần sau đây: lớp vỏ quả, lớp nhớt (còn gọi là lớp vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (vỏ thóc), lớp vỏ lụa, nhân (còn gọi là nhũ hay hạt).

Hình 1.1 :Mặt cắt ngang của quả cà phê và hạt (nhân) cà phê

1 Nhân cà phê: nằm trong cùng Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào

nhỏ, trong chứa dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn Một quả cà phê thường có 1,2 hoặc 3 nhân

2 Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy

thuộc loại cà phê

3 Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.

4 Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất

nọt dễ xay xát hơn

5 Lớp vỏ nhớt: có chứa chất nhờn, trơn.

6 Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ.

Bảng 1.1:Thành phần hóa học của cà phê Arabica:

Thành phần % chất khô Cacbohydrates

Đường khửSucroseTinh bộtPentosanHemicelluloseCelluloseLignin

4.03.810.05.015.018.02.0

Tiêu chuẩn cà phê nhân sống:

Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tư xuất nhập khẩu Daklak – Inexim Daklak cho cà phê sống chất lượng cao:

- Độ ẩm : 12,5% max

- Đen, vỡ: 0% đến 3% max

- Tạp chất: 0% đến 0,5% max

- Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807 : 2001

- Màu sắc, mùi vị tự nhiên

- Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…

- Theo tiêu chuẩn TCVN 4193 : 2001 : 90 lỗi max/300gr

Đặc tính công dụng của cà phê:

Không giống như các loại đồ uống khác, chức năng chính của cà phê không phải là giải khát, mặc dù người Mỹ uống nó như thức uống giải khát Nhiều người uống nó với mục đích tăng cảm giác hưng phấn Theo một nghiên cứu được công bố vào tháng 8 năm 2005 của nhà hóa học Joe Vinson thuộc Đại học Scranton (Mỹ) thì cà phê là một nguồn quan trọng cung cấp các chất chống oxy hóa (antioxidant) cho cơ thể, vai trò mà giảm nguy cơ bị ung thư ở người

1.2 QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ:

Hình 1.2: Quy trình sản xuất cà phê

Hình 1.3: Quy trình sản xuất cà phê tươi

1.2.1.1 Thu hoạch và bảo quản cà phê nguyên liệu:

phê:

Đối với cà phê Arabica: từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau

Đối với cà phê Robusta: từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau

Vì cà phê thường chín không đồng đều nên khi thu hoạch cần chú ý chọn quả chín để hái

Sau khi hái, quả cà phê rất dễ bị hư hỏng làm giảm chất lượng cà phê bột, nên cần phải bảo quản cẩn thận, không để quả dập nát, không đổ thành đống làm khối quả bị thối rữa và làm giảm chất lượng cà phê

1.2.1.2 Phân loại kích thước và tách tạp chất:

Khối quả thường có kích thước khác nhau và có lẫn nhiều tạp chất như cành lá,

nguyên liệu vào máy ta phải phân loại và tách tạp chất Ta có thể sử dụng hai phương pháp:

a Dùng máy sàng để phân loại và tách tạp chất:

Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ lẫn trong cà phê nhân sẽ được hút ra ngoài Từ đây, nguyên liệu được dẫn qua bộ phận nam châm quay để tách kim loại

Cuối cùng, nguyên liệu đi qua máy tách đá và thoát ra ngoài

1 Quạt hút và thổi không khí

2 Thùng sàng có trang bị lưới phân loại

3 Ống chứa liệu hút vào khi đầy

4 Cửa nạp liệu và không khí 5,11 Quạt hút

6 Buồng chứa liệu và không khí

7 Mặt phẳng nghiêng

8 Cửa tháo liệu

9 Các tấm chắn

10 Buồng lắng bụi và phân loại hạt

Sơ đồ nguyên lý máy sàng làm sạch và phân loại

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý máy làm sạch và phân loại

Nguyên lý máy sàng:

Cà phê nhân được đưa vào cửa nạp liệu 4 cùng với không khí, hệ thống quạt hút 5 sẽ hút cà phê và tạp chất qua hệ thống lọc vào buồng chứa liệu 6, tại đây tạp chất nhẹ hơn cà phê sẽ được hút qua ống chứa 3, cà phê và các tạp chất nặng sẽ đi xuống thùng sàng 2 có trang bị lưới sàng, lưới sàng sẽ phân loại cà phê và đảo cà phê để lắng tạp chất Cà phê tiếp tục đi qua thùng sàng dưới, với hệ thống quạt thổi và hút đối lưu 11 sẽ đảo cà phê và dồn tạp chất sang một bên và lắng xuống buồng lắng bụi và phân loại hạt 10, các tấm chắn 9 sẽ cản bụi và tạp chất lại, cà phê sẽ được thổi và trượt qua mặt phẳng nghiêng 7 và ra cửa tháo liệu 8 Các tấm sàn chuyển động nhờ vào cơ cấu lắc truyền động từ các động cơ điện 5

b Phân loại làm sạch bằng bể xiphông:

Mục đích:

+ Phân loại các loại tạp chất nặng làm cho nguyên liệu được thuần khiết hơn, tránh hiện tượng hư hỏng máy móc

+ Tách tạp chất nhẹ để đảm bảo phẩm chất của sản phẩm thuần khiết

+ Làm mềm và rửa sạch quả tạo điều kiện tốt cho máy bóc vỏ quả tươi được dễ dàng

+ Lợi dụng sức nước để khối cà phê vào máy xát tươi mà không cần dùng sức người

+ Sự phân loại nguyên liệu tốt vẫn theo trọng lượng riêng để có chế biến thích hợp

Ngoài ra, phương pháp này còn có tác dụng chứa nguyên liệu khi chưa chế biến kịp trong thời gian ngắn Tuy nhiên cũng không nên ngâm quá lâu, vì nếu như ngâm quá lâu các chất có trong vỏ sẽ tan vào trong nước như: tamin, antoxian, các axit hữu cơ… tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng quả.

Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động bể xi phôngDựa theo sự khác nhau về tỷ trọng của các quả cà phê và tạp chất so với tỷ trọng của nước, loại bỏ tạp chất nặng nhẹ, phân loại cà phê trước khi đưa vào máy chế biến

Hạt cà phê từ phễu cấp liệu (1) sẽ rơi tự do xuống ống Xi phông (2) và nhờ áp lực nước đưa vào sẽ phân loại cà phê như sau:

quả cà phê tươi

những vật nhẹ hơn quả cà phê

những vật nặng hơn quả cà phê

+ Đối với những tạp chất nhẹ như cành cây khô, lá cây, và các vật nhẹ khác… do nhẹ sẽ nổi lên trên Theo lực đẩy của nước các tạp chất nhẹ này sẽ theo ống (3) được đưa ra ngoài.

+ Đối với hạt cà phê có tỷ trọng lớn hơn sẽ lơ lửng và các hạt rắn nặng(7) sẽ chìm dưới đáy bể Xi phông được áp lực nước đẩy theo đoạn cong hình chữ

Y như trên hình, các hạt nặng do nặng hơn nước sẽ rơi xuống thùng chứa tạp chất nặng(6) và các hạt cà phê tươi tiếp tục theo đường ống(4) được làm sạch rồi đi vào máy xát vỏ (5)

1.2.1.3 Xát vỏ quả, rửa nhớt:

Mục đích bóc vỏ quả:

Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là, gluxit, và protein Vỏ gây khó khăn trong quá trình chế biến như: gây thối rữa, kéo dài thời gian phơi sấy Vì vậy phải loại bỏ lớp vỏ quả

Hiệu suất và kỹ thuật xát tươi có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm

Sau khi xát tươi ta được hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ướt còn dính theo lớp nhớt Trong đó vỏ quả và cà phê trái còn lẫn trong cà phê thóc ướt theo một tỷ lệ nhất định Hiệu suất xát tươi càng cao thì tỷ lệ này càng thấp

Cà phê quả lẫn trong cà phê thóc ướt có thể tách ra và đem xát lại lần hai.Vỏ quả cà phê chứa nhiều gluxit nên có thể dùng làm thức ăn gia súc, làm nguyên liệu để sản xuất cồn

Nguyên lý của máy xát vỏ tươi:

Máy hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát giữa trục và hạt cà phê tươi, sau khi làm sạch bằng bể xi phông, cà phê(có lẫn nước), được cấp vào máy xát qua phễu (1), hạt cà phê được xát vỏ bởi trục (2) quay, và phần cố định (3) Sau khi bóc vỏ cà phê được làm ráo rồi chuyển qua công đoạn sàn tách vỏ và hạt nhân ra

Hình 1.7: Nguyên lý máy xát vỏ quả

vì nó thực hiện đồng thời 3 động tác:

• Bóc vỏ quả

• Đánh nhớt

• Rửa cà phê thóc

1.2.1.4 Làm ráo trước khi sấy:

Mục đích làm ráo nước:

Sau khi đã rửa sạch nhớt, lượng nước còn trong hạt và lượng nước bám ngoài vỏ chiếm khoảng 52-60% Thực nghiệm cho thấy rằng nước bám xung quanh vào khoảng 8-10% Nếu để nguyên lượng nước này mang cà phê đi sấy thì có ảnh hưởng không tốt đến màu sắc của nhân, vì khi nhiệt độ cao lượng nước này sẽ sôi làm cho nhân gần như bị luộc, dẫn đến cà phê có màu xanh thẫm, tốn nhiều thời

1

2

4 3

gian sấy và nguyên liệu Nếu để nguyên cả vỏ thóc mang đi phơi thì kéo dài thời gian phơi và men mốc sẽ có đủ thời gian phát triển ngay sân Vì vậy trước khi phơi phải làm giảm lượng nước của nó.

Các phương pháp làm ráo nước:

• Phương pháp ly tâm

• Phương pháp dùng tháp gió

• Phương pháp thủ công

Ơû đây ta dùng phương pháp ly tâm để làm ráo nước

Cấu tạo:

ly tâm

ly tâm lớn làm cho nước bắn ra xung quanh Có thể dùng ly tâm gián đoạn và ly tâm liên tục

- Ly tâm gián đoạn: Có nhiều cỡ loại khác nhau, máy gồm một hình trụ có trục quay 1000-2000 vòng/phút.

Máy hoạt động theo nguyên tắc quay nhanh tạo thành lực ly tâm làm văng nước ra khỏi lưới, cà phê được giữ lại trong lưới, khi cà phê thóc đã hết nước người

ta dừng máy lại và tháo cà phê ra ngoài

- Ly tâm liên tục: Máy gồm 2 bộ phận chính, bộ phận múc cà phê lên đổ vào máy và bộ phận ly tâm làm róc nước, ưu điểm của máy này là làm việc liên tục, năng suất cao, cà phê được róc nước triệt để nhưng có nhược điểm là cà phê bị vỡ và tróc vỏ trấu

1.2.2 Qui trình chế biến cà phê khô:

Hình 1.9: Quy trình chế biến cà phê khô

1.2.2.1 Sấy cà phê thóc:

Mục đích của sấy:

Mục đích của quá trình phơi là hạ thủy phần hạt cà phê xuống 10-12% để bảo quản và thực hiện các quá trình tiếp theo.

Phơi và sấy có ảnh hưởng rất lớn đến màu sắc, phẩm chất của cà phê nên đòi hỏi phải làm đúng kỹ thuật

Mức độ sấy phải đảm bảo cân đối với môi trường xung quanh nhất là nơi bảo quản vì tất cả mọi trường hợp hút ẩm sẽ dẫn tới sự biến đổi trạng thái của nhân Thông thường thì phải phơi sấy sơ bộ trước rùi mới đem sấy khô chính thức sau Quá trình sấy sơ bộ là để loại bớt một phần nước, đồng thời vỏ cà phê còn sót lại cũng được kéo đi dễ dàng Cà phê đã phơi sấy sơ bộ khi đưa vào sấy chính thức sẽ rút ngắn thời gian và chất lượng đảm bảo hơn

Nguyên lý sấy:

Cà phê được cấp vào phễu (2), và được tải bằng vít tải (1), sau đó được đưa vào buồng sấy (4) Cà phê được chuyển xuống nhiều tầng khác nhau nhờ xích đĩa(5), đồng thời được cấp nhiệt bởi quạt hút hỗn hợp khí nóng(8) từ buồng gia nhiệt(7) Và cuối cùng được đưa ra phễu cấp liệu (6) để chuẩn bị cho quá trình tiếp theo Các vật liệu nhỏ bay theo khí và được tách ra ở xylo(3)

8 7 1

Hình 1.10: Nguyên lý sấy

Hình 1.11: Nguyên lý sấy khác

1.2.2.2 Tách tạp chất:

Mục đích:

Sau khi phơi sấy cà phê thóc lúc này sẽ lẫn nhiều tạp chất và bụi, điều này ảnh hưởng tới hoạt động của máy móc trong các quá trình tiếp theo, đồng thời làm giảm ảnh hưởng tới hoạt động của máy móc trong các quá trình tiếp theo, đồng thời làm giảm chất lượng của cà phê

Để tách tạp chất ta dùng sàng lắc và nam châm tách kim loại

Nguyên lý hoạt động của sàn lắc:

Cà phê được chuyển vào sàng lắc, trên sàng lắc có nhiều tấm sàn gồm nhiều lỗ, những tấm càng dưới thì có kích thước lỗ nhỏ dần và sàng được truyền động bởi động cơ lệch tâm(3) bắt dưới đế sàng cộng với lò xo(2) tạo ra tần số rung Các vỏ cà phê có kích thước lớn hơn theo độ nghiêng của sàng được phân loại

Sơ đồ nguyên lý

1

2

3 4

5

1.2.2.3 Xát vỏ quả cà phê khô:

Mục đích:

Loại bỏ lớp vỏ quả khô ngoài còn bám lại ở hạt cà phê

a Xát cà phê thóc:

Trong sản xuất cà phê thóc, người ta thường gọi là xát khô Hạt cà phê thóc bị bao bọc ở phía ngoài là xen-luy-lô nên có thể con người hoàn toàn không có khả năng tiêu hóa được lớp vỏ trấu, mặt khác lớp vỏ trấu cũng không giúp ích gì trong việc tạo nên mùi vị của cà phê Do đó phải bóc lớp vỏ trấu để lấy cà phê ra

Xát khô là một khâu quan trọng trong quá trình chế biến cà phê nhân Điều kiện kỹ thuật của khâu này tốt hay xấu sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của thành phẩm: tỷ lệ cà phê vụn nát, tỷ lệ phẩm cấp, giá thành và hiệu suất của các khâu tiếp theo

Xát khô là dùng thiết bị hiện đại hoặc công cụ thô sơ đều do tác dụng cơ học làm bóc vỏ trấu Thiết bị xát khô có nhiều chủng loại, tính năng và hiệu suất khác nhau

Cà phê thóc sau khi xát khô, ta được một hỗn hợp gồm: cà phê thóc, trấu (vỏ hạt), cà phê nhân, hạt vụn nát Tuy nhiên tính chất và công dụng mà cách giải quyết của mỗi thành phần trong hỗn hợp sau khi xát khô không giống nhau

- Cà phê thóc cần qua trở lại máy xát để tách vỏ lần nửa

- Cà phê nhân là sản phẩm chủ yếu của quá trình xát khô, có thể đưa đi đánh bóng

- Trấu chứa nhiều xen-luy-lô và chất khoáng, có thể dùng làm nhiêu liệu

- Cà phê vụn nát có thành phần tương tự như cà phê nhân nên có thể dùng sản xuất cà phê bột, cà phê hòa tan, cà phê sữa, bánh kẹo …

Quá trình xát khô thường gồm các bước kỹ thuật sau: xát khô, tách vỏ trấu, đánh bóng, phân loại phẩm cấp

b Xát khô:

Yêu cầu xát khô: Cà phê thóc hoặc cà phê quả sau khi xát phải giữ được nguyên hạt, giảm lượng hạt nứt, hạt vỡ Phải điều chỉnh mức độ xát khô thích hợp để nhân cà phê không bị bong thành vẩy gây khó khăn cho quá trình phân cấp cũng như giảm cấp

Các phương pháp xát khô:

Có ba loại tác động cơ học làm cho cà phê thóc bị bóc vỏ là nén, xé va đập Tùy theo từng loại thiết bị mà tác động cơ học lên hạt khác nhau, nhưng nói chung đều thuộc 3 loại phương pháp sau:

- Nén và xé: điển hình là máy xát đôi trục

- Đập và xé: điển hình là loại Sanout hiện các cơ sở đang dùng

c.Tách vỏ trấu cà phê:

Mục đích, ý nghĩa:

Sau khi qua máy xát, vỏ trấu bị tuột ra khỏi hạt cà phê thóc hoặc cà phê quả khô

Vỏ trấu nhẹ, độ rơi kém, nếu để lộn trong hỗn hợp cà phê thóc, cà phê nhân sẽ làm hiệu suất phân loại giảm Do đó phải tách ra trước khi phân loại hỗn hợp cà phê thóc và cà phê nhân

Phương pháp tách vỏ trấu:

Ta biết rằng vận tốc cân bằng của vỏ trấu khoảng 1,8 – 3,2 m/s, trong khi đó vận tốc cân bằng của cà phê thóc là 6 – 9 m/s, của cà phê nhân là 9 – 13 m/s Do đó phương pháp tách vỏ trấu cà phê có hiệu quả nhất là dùng sức gió Thường khống chế tốc độ gió trong khoảng 4 – 6 m/s, có thể dùng quạt hòm, hòm gió …Thường các loại mát xát trong sản xuất cà phê bản thân máy cấu tạo đã có bộ phận hút trấu, nhưng nên thêm quạt hòm hoặc hòm gió để tách vỏ trấu lần thứ 2 để tách cà phê vụn và cà phê nhẹ

Hình 2.13: Hạt cà phê nhân

1.2.2.4 Đánh bóng, bóc vỏ trấu, vỏ lụa:

Mục đích:

Cà phê nhân sau khi xát thì vẫn còn lại một lớp vỏ lụa mỏng màu ánh bạc, đó là lớp thứ tư của vỏ quả, lớp này chủ yếu là xenlulo nó không giúp ích gì quá trình tạo thành chất lượng của sản phẩm, mà còn giảm giá trị cảm quan của cà phê nhân

Vì vậy cà phê nhân sau khi xát phải đi đánh bóng, để làm cho lớp vỏ lụa bong ra hoặc mòn đi Đó là một chỉ tiêu không thể thiếu của công nghiệp

Người ta thường dùng máy để đánh bóng cà phê nhân, nguyên tắc chung là dùng ma sát giữa vỏ và hạt, giữa hạt và trục máy, giữa hạt và hạt Yêu cầu trục máy và vỏ máy có cấu tạo cứng, dẫn nhiệt tốt Thường dùng hợp kim đồng thau.Sau khi đánh bóng nhiệt độ của khối cà phê không được quá 550 và sạch bóng không được lẫn vỏ trấu quá 1,5%

Nguyên lý hoạt động của máy đánh bóng một trục:

Cà phê sau khi sấy và làm sạch, được chuyển qua máy đánh bóng, vào phễu (1), máy đánh bóng hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát giữa hạt và trục, hạt và hạt, hạt và vỏ Thân máy(2) có biên dạng giống như trục vít(3), trục máy được truyền động bởi động cơ(5)

Hình 2.14: Nguyên lý máy đánh bóng một trục

Nguyên lý hoạt động của máy đánh bóng hai trục:

Nguyên lý hoạt động cũng giống với máy đánh bóng một trục cà phê sau khi sấy và làm sạch, được chuyển qua máy đánh bóng, vào phễu(1), máy đánh bóng hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát giữa hạt và trục, hạt và hạt, hạt và vỏ Thân

cơ(5) Ưu điểm của máy đánh bóng hai trục là năng suất cao hơn do diện tích tiếp xúc lớn hơn và khả năng công nghệ chế tạo dễ hơn.

Hình 2.15: Nguyên lý máy đánh bóng hai trục

1.2.2.5 Phân loại theo trọng lượng, kích thước, màu sắc:

Chất lượng của hạt cà phê thể hiện thông qua khối lượng, kích thước và màu sắc của hạt

- Hạt cà phê tròn to, chắc có màu xanh xám tự nhiên là hạt có chất lượng tốt

- Hạt cà phê nhỏ, dẹp hay xốp có màu trắng hay đen là hạt có chất lượng kém

a Phân loại theo kích thước:

Phân loại theo kích thước dựa vào sự khác nhau theo chiều dày và chiều rộng của hạt cà phê Để phân loại chúng ta dùng lưới sàng

Dùng lưới sàng lỗ tròn, lỗ vuông cho trường hợp khác nhau về chiều rộng của hạt cà phê; lỗ dài cho trường hợp khác nhau về chiều dày của hạt cà phê.

Phương pháp phân loại:

Bố trí lỗ sàng lớn dần: φ1 < φ2 < φ3 , còn gọi là phương pháp lọt sàng

Hình 1.16: Sơ đồ phương pháp lọt sàng

Theo sơ đồ ta thấy những hạt cà phê có kích thước lớn chuyển động khá dài nên hạt cà phê lớn lấy ra tương đối đồng đều

- Bố trí lỗ sàng nhỏ dần: φ1 < φ2 < φ3 , còn gọi là phương pháp trên sàng

φ

Hạt nhỏ Hạt vừa Hạt lớn

φφφ

Nguyên liệu

Nhỏ

Lớn Tạp chất Vừa

Hình 1.17: Sơ đồ phương pháp trên sàng

Hình 1.18: Máy sàng phân loại hạt cà phê nhân

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân loại:

- Nguyên liệu: độ ẩm, kích thước và độ đồng đều

- Thiết bị: tốc độ của sàng càng nhanh thì năng suất càng lớn

- Góc nghiêng của sàng: đối với mỗi loại nguyên liệu có một góc nghiêng khác nhau, đối với hạt cà phê góc nghiêng của loại sàng chuyển động lui tới hay rung động từ 5 – 12 độ Đối với sàng nhiều lớp thì góc nghiêng tăng dần từ lớp sàng trên xuống lớp sàng dưới Đối với sàng tròn (sàng quay) góc nghiêng nhỏ hơn so với sàng bằng thường trong khoảng 5 – 10 độ

- Chiều dày lớp hạt cà phê trên sàng: lớp cà phê chạy qua sàng yêu cầu phải phân phối đều đặn trên suốt cả bề mặt

- Chiều dài của sàng: khoảng 3 – 3,5 m

b Phân loại theo tỷ trọng: (Còn gọi là phân loại bằng sức gió).

Trọng lượng riêng của hạt cà phê ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phân loại bằng sức gió Nếu cùng một sản phẩm mà trọng lượng riêng khác nhau thì những hạt có trọng lượng riêng lớn sẽ rơi xuống, còn những hạt có trọng lượng riêng nhỏ sẽ bay lên Trọng lương riêng của hạt cà phê phụ thuộc vào độ ẩm của nó thường giao động trong khoảng 1,1 – 1,3 gam

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân loại:

- Trọng lượng riêng của hạt cà phê

- Hình dáng của hạt cà phê

c Phân loại theo màu sắc:

Các hạt cà phê có màu sắc như: hạt đen, hạt bạc màu, hạt luộm … có chất lượng và hương vị tồi, ta cần phải loại bỏ những hạt này đi

Có hai cách phân loại: bằng quang học (dùng tế bào quang điện), và phân loại bằng mắt (thủ công)

1.2.3 Qui trình chế biến cà phê tinh:

Hình 1.19: Quy trình chế biến cà phê tinh

1.2.3 Rang:

Mục đích:

Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê ở nhiệt độ cao, nhằm đạt được các biến đổi mong muốn về màu sắc, hương và vị cho hạt cà phê rang Cà phê thường được rang ở nhiệt độ 1800÷2400 C trong thời gian từ 15÷20phút

Rang

Trộn, tạo hương vị

Ủ trên si lô

Nghiền

Hình 1.20: Sơ đồ nhiệt độ của cà phê rang

Cà phê sau khi rang có độ ẩm khoảng 2%, có màu hạt dẻ, hương thơm Sau khi rang, cà phê được làm nguội để giữ hương thơm và giúp bảo quản lâu hơn Cà phê có thể rang bằng cách gia nhiệt trực tiếp có từ lâu đời hay gia nhiệt gián tiếp bằng các thiết bị.

Cà phê sau khi rang:

Hình 1.21: Cà phê sau khi rangCác loại máy rang cà phê:

Hình 1.22: Các loại máy rang cà phê

1.2.3.2 Trộn, tạo hương vị:

Mục đích:

Đối với cà phê hạt việc trộn có tác dụng tạo được những khối lượng thống nhất, đồng thời trong quá trình trộn đưa vào các hương liệu tạo ra các hương vị theo yêu cầu của khách hàng

Tạo nên hương vị mới do sự phối hợp hương vị của nhiều loại cà phê

Hạ giá thành sản phẩm bằng cách tận dụng những loại cà phê chất lượng thấp (đối với những loại cà phê chất lượng cao thì không có giai đoạn này)

Giảm sự phụ thuộc của sản xuất vào sản lượng của từng vụ mùa

Phương pháp thực hiện:

Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức nào đó(do nhà sản xuất đặt ra) tạo nên hương vị đặc trưng riêng cho sản phẩm

Cũng có vài trường hợp người ta phối trộn cùng một loại cà phê ở các mức độ rang khác nhau, khi đó quá trình trộn được thực hiện sau quá trình rang.

Máy trộn cà phê:

Hình 2.23: Máy trộn

1.2.3.3 Nghiền, xay:

Mục đích: Xay cà phê ra thành bột để đóng gói và đưa đi tiêu thụ

Phương phá thực hiện:

Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt hơn là lực xé hay lực ép, do đó thiết bị xay thường sử dụng là các con lăn có răng cưa để cắt với nhiều kiểu dáng khác nhau Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bị khác để tạo cà phê hạt mịn hay cà phê dạng bông

Hạt cà phê sau khi xay không nên còn quá thô vì thời gian trích ly bằng các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi sẽ lớn, nhưng cũng không nên quá mịn vì có thể làm nghẹt lọc Tuy nhiên, một số quy trình ở một vài công ty lại đòi hỏi phải xay rất mịn (kích thước trung bình khoảng 50 m)

Trong khi xay nên thêm một ít nước (bằng cách phun ẩm) để tạo quá trình thuận lợi cho quá trình trích ly bằng nước sau này Theo nghiên cứu, lượng nước thêm vào trong giai đoạn này tốt nhất là 7%.

Người ta có thể sử dụng phương pháp xay lạnh đông Theo cách này, hạt cà phê sẽ được mịn hơn và lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trong quá trình xay bình thường, sự ma sát sẽ làm tăng nhiệt độ cà phê)

Khí thoát ra có thể được thu hồi và sử dụng ở các giai đoạn sản xuất sau và trong quá trình bao gói

Lớp vỏ bong ra có thể bị bỏ đi hay được tận dụng để phối trộn với cà phê bột lúc sau nhằm tận thu hết những chất dầu thấm ra vỏ trong quá trình rang và khống chế khối lượng riêng thể tích của khối bột sau xay

Máy nghiền cà phê bột:

Máy nghiền trong công nghiệp được thiết kế gồm nhiều búa gắn trên đĩa quay Trên bề mặt thân máy có các rãnh cưa Các búa này khi quay sẽ đập nát các hạt va vào các răng cưa (tấm nhám) và làm nát mịn các hạt thành bột, giữa bề mặt búa và tấm nhám sẽ có một khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền Phía dưới là tấm sàng để thu hồi được bột mịn Lưới sàng có nhiều loại tùy theo kích thước hạt yêu cầu Đi từ trên xuống dưới, mức độ nghiền sẽ đi từ thô sang tinh hơn

Nguyên lý máy nghiền:

Máy nghiền hoạt động thông qua bộ truyền đai từ động cơ điện đến puly của máy Cà phê sau khi rang xong được cho vào máy tại cửa nạp liệu 6, dưới tác động của búa nghiền 5 lắp trên đĩa nghiền 3 quay rồi va đập chà xát cà phê vào tấm nhám 4 làm nát mịn cà phê ra, thông qua lưới sàng 1 ta thu được loại bột mịn cà phê Bằng cách lựa chọn kích cỡ của lưới sàng ta có thể thay đổi để thu được kích cỡ bột cà phê Các búa nghiền ngoài nhiệm vụ va đập nó còn thổi cà phê mịn qua lưới sàng

Hình 1.24: Nguyên lý máy nghiền búa

Hình 1.25: Máy nghiền trục

1.2.3.4 Đóng gói:

Mục đích:

Giúp bảo quản cà phê, hoàn thiện qui trình sản xuất cà phê bột

Phương pháp thực hiện:

Có thể dùng phương pháp đóng gói có hút chân không (tránh hút ẩm, O2 xâm nhập…) Đóng gói có nạp khí trơ, cacbonic,… để cà phê bột khỏi bị oxy hóa, các chất dầu khỏi bị ôi, vi sinh vật khó xâm nhập

Vật liệu dùng để bao bì:

• Hộp kim loại: hộp thép tráng thiếc có phủ vecni

• Lá kim loại và plastic ép vào nhau

CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỤM MÁY RANG

2.1 CỤM MÁY RANG:

2.1.1 Phương án 1:

Hình 2.1: Cách bố trí 1

Ưu điểm:

- Cách bố trí này về sơ bộ thì tiết kiệm diện tích

- Chi phí chế tạo vít tải ngắn hơn

Nhược điểm:

- Tính toán chế tạo vít tải phức tạp

- Khó khăn cho các khâu tiếp theo

- Diện tích nhỏ gây khó khăn khi vận hành

KHU VỰC RANG

2.1.2 Phuong án 2:

KHU VỰC RANG

Hình 2.2: Cách bố trí 2

Ưu điểm:

- Cách bố trí này về sơ bộ thì tiết kiệm diện tích theo chiều rộng

- Chi phí chế tạo vít tải ngắn hơn phương án 1

- Tính mỹ thuật cao hơn phương án 1

Nhược điểm:

- Tính toán chế tạo vít tải phức tạp

- Khó khăn cho các khâu tiếp theo (cho máy trộn…)

- Diện tích về chiều dài hơn phương án 1

- Vít tải dài hơn phương án 1

2.1.3 Phương án 3:

Gồm 6 máy chia làm hai dãy mỗi bên 3 máy

Hình 2.3: Cách bố trí 3

Ưu điểm:

- Cách bố trí này về sơ bộ thì tiết kiệm diện tích theo chiều dài

- Tính mỹ thuật cao hơn phương án 1

- Vận hành dễ dàng

- Tính toán chế tạo vít tải tương đối đơn giản hơn các phương án trên.Nhược điểm:

- Tốn diện tích về chiều rộng

- Vít tải khá dài khó khăn trong tính toán

2.1.4 Phương án 4:

Hình 2.4: Cách bố trí 4Tương tự phương án 3 nhưng các máy rang đặt gần nhau hơn So với phương án 3

Ưu điểm:

- Cách bố trí này về sơ bộ thì tiết kiệm diện tích theo chiều dài

- Vít tải ngắn hơn

Nhược điểm:

- Tốn diện tích về chiều rộng

- Vít tải khá dài khó khăn trong trong tính toán

- Tính mỹ thuật kém

- Vận hành khó khăn

- Khó thao tác làm việc

Do đó theo quá trình phân tích ưu nhược điểm ta chọn phương án 3 trong sản xuất