Thiết kế máy rang hạt cà phê

Năm 1994 do những đợt sương muối và sau đó là hạn hán diễn ra ở Brazil, vì vậy đã làm cho sản lượng cà phê của nước này giảm xuống gần 50%, do đó đã góp phần làm cho giá cà phê tăng vọt,

Phụ Lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT CÀ PHÊ 1

1.1 Quy trình sản xuất cà phê 1

1.2 Vai trò hệ thống rang 3

1.3 Lợi ích từ cà phê với sức khoẻ con người 3

1.4 Giới thiệu đề tài 4

1.4.1 Nhu cầu của sản phẩm 4

1.4.2 Sự cần thiết của cà phê xay 5

1.5 Khái niệm, yêu cầu khi rang 6

1.5.1 Bắt đầu rang đến nhiệt độ trên 100 độ C 7

1.5.2 Giai đoạn hạt cà phê chuyển sang ngã màu vàng nhạt 7

1.5.3 Giai đoạn vàng đậm 7

1.5.4 Giai đoạn chuyển sang màu nâu nhạt 8

1.5.5 Giai đoạn chuyển sang màu nâu 8

1.5.6 Giai đoạn nổ lần thứ nhất 9

1.5.7 Giai đoạn ngưng tiếng nổ 9

1.5.8 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổ lần một 10

1.5.9 Giai đoạn chuẩn bị nổ lần hai 10

1.5.10 Giai đoạn bắt đầu nổ lần hai – 10

1.5.11 Giai đoạn nổ lần hai 10

1.5.12 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổ lần hai 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY 13

2.1 Các nguyên lý Rang 13

2.1.1 Các Phương án đưa ra 13

2.1.2 Lựa chọn phương án 18

2.2 Làm nguội sau khi rang 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY 21

3.1 Số liệu tính toán thiết kế 21

3.2 xác định công suất cần thiết 21

3.3 Chọn động cơ điện 27

3.3.1 Xác định công suất động cơ: 27

3.3.2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang 28

3.4 Tính toán thiết kế trục chính 30

3.5 Góc nghiêng cánh đảo khi rang 35

3.6 Tính chọn các chi tiết phụ 36

3.6.1 Bộ phận làm nguội 36

3.6.2 Chọn Cyclon lọc bụi: 40

3.6.3 Chọn quạt hút 42

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT & THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ……… ……… ……44

A) THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT 44

4.1 Tính toán nhiệt cho quá trình rang 44

4.1.1 Thông số vật liệu sấy 44

4.1.2 Thông số tác nhân sấy 44

4.1.3 Tổn thất nhiệt do vật liệu lấy đi 46

4.1.4 Tổn thất nhiệt vào môi trường 46

4.2 Chọn điện trở gia nhiệt 47

B) THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 48

4.3 Tổng quan mạch điện 48

4.4 Lưu đồ giải thuật 48

4.5 Thiết kế mạch điện 50

4.6 Hiển thị nhiệt độ rang 52

4.7 Bảo trì, bảo dưỡng 53

4.7.1 Chế độ bôi trơn ổ bi: 53

4.7.2 Làm sạch thùng rang và thùng nguội định kì 54

4.7.3 Vệ sinh si lô lọc bụi 54

4.7.4 Kiểm tra, thay thế thanh điện trở nhiệt 54

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 55

Phụ lục hình

2 Hình 1.2 Vị thế xuất khẩu cà phê trên trường quốc tế 5

4 Hình 2.1 Rang cà phê bằng chảo rang thường 14

5 Hình 2.2 Gia nhiệt theo nguyên lý dòng khí nóng 15

7 Hình 2.4 Cấu tạo nguyên lý máy rang cà phê thùng quay 17

11 Hình 3.2 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm 24

12 Hình 3.3 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm 25

13 Hình 3.4 Động cơ hộp giảm tốc hãng Watt 27

15 Hình 3.5 Các kích thước của động cơ hộp giảm tốc 28

19 Hình 3.10 sơ đồ cấu tạo bộ phận làm nguội 37

20 Hình 3.11 động cơ hộp giảm tốc hãng Watt 38

21 Hình 3.12 các kích thước của động cơ hộp giảm tốc 38

22 Hình 3.13 : Các kích thước cơ bãn của nối trục vòng đàn hồi 39

25 Hình 4.1 Đồ thị I-d của quá trình rang 45

29 Hình 4.4 Sơ đồ mắc điện trở R 1 và biến trởR 2 50

32 Hình 4.7 Đèn led 7 đoạn và các chân của nó 52

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, các ngành, các doanh nghiệp Việt Nam đã có rất nhiều cố gắng nghiên cứu khoa học, đổi mới công nghệ và đã đạt được những thành quả đáng khích lệ đặc biệt là trong ngành chế biến nông – lâm – ngư – nghiệp Cùng với xu hướng

đó xu hướng nâng cao chất lượng sản phẩm để xuất khẩu hay tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh

Nước ta là nước nông nghiệp, có những mặt hàng xuất khẩu có vị thế cao trên thì trường quốc tế như: gạo, chè, cà phê…

Cà phê là một trong những thức uống từ lâu đời có giá trị dinh dưỡng cao Việt nam

là một trong những nước xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 thế giới (sau Brazil) Tuy nhiên giá trị cà phê của nước ta không cao vì xuất khẩu thô và chất lượng chế biến kém so với thế giới

Do đó muốn nâng chất lượng phải đầu tư nâng cao thiết bị chế biến Nhưng giá cả trang thiết bị của nước ngoại lại quá đắt Do đó với mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành, em đã cố gắng tìm tòi, học hỏi để thiết kế ra chiếc máy rang cà phê đáp ứng nhu cầu của thị trường

Trong quá trình thiết kế do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót, em mong thầy cô đóng góp và chỉ dẫn thêm để em bổ sung vào những phẩn thiếu xót ấy

Em gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Phạm Huy Hoàng, thầy đã giúp đỡ, chỉ bảo em rất nhiều trong quá trình làm để em có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Sinh viên Phạm Văn Minh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT

CÀ PHÊ

1.1 Quy trình sản xuất cà phê

Quy trình sản xuất cà phê bao gồm nhiều gai đoạn sử lý và chế biến khác nhau Để

có sản phẩm cà phê trên thị trường các gai đoạn này cần đảm bảo chất lượng đồng đều, không bị phế phẩm…

Hình dưới cho biết quy trình tổng quát về dây truyền sản xuất cà phê theo phương pháp khô Hiện tại chủ yếu cà phê được sản xuất theo phương pháp này Tuy nhiên cà phê ở nước ta được chế biến thành cà phê nhân sau đó sẽ bán cho các đại lý thu mua về chế biến tiếp hay xuất khẩu, trừ 1 số chủng loại cà phê do đặc tính yêu cầu kĩ thuật cao nên sẽ trực tiếp cung cấp cho công ty ngay sau khi thu hoạch

Cuối cùng, sản phẩm cà phê có mặt trên thị trường sẽ được rang, xay, nghiền để tạo

cà phê thành phẩm cung cấp cho người tiêu dùng

Hình 1.1 quy trình chế biến cà phê khô

Trên thế giới hiện nay có 75 nước trồng cà phê với diện tích trên 10 triệu hecta và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn Năng suất bình quân chưa vượt quá

6 tạ nhân/ha Trong đó ở châu Phi có 28 nước năng suất bình quân không vượt quá 4 tạ nhân/ha Nam Mỹ đạt dưới 6 tạ nhân/ha Bốn nước có diện tích cà phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu hecta chiếm 25% sản lượng cà phê thế giới, CÔTE D'LVOIRE (CHẤU PHI), INDONESIA (CHẤU Á) mỗi nước khoảng 1 triệu hecta và Côlômbia có gần 1 triệu hecta với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700 ngàn tấn Do áp dụng một

số tiến bộ kỹ thuật mới như giống mới và mật độ trồng dày nên đã có hàng chục nước đưa năng suất bình quân đạt trên 1 tấn/ha Điển hình có Costa Rica ở Trung Mỹ với diện tích cà phê chè là 85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình quân trên 1.400 kg/ha

Do sự xuất hiện và gây tác hại của bệnh gỉ sắt cà phê tại nhiều nước Trung và Nam

Mỹ từ năm 1970 trở lại đây đã gây thêm những khó khăn và tốn kém cho nghề trồng cà phê ở khu vực này Cà phê chè hiện nay vẫn chiếm 70% sản lượng của thế giới Diện tích cà phê chè được trồng tập trung chủ yếu ở Trung và Nam Mỹ, một số nước ở Đông Phi như: Kenya, Cameroon, Ethiopie, Tanzania và một phần ở châu Á như: Indonesia,

Ấn Độ, Philippines

Thị trường cà phê trên thế giới trong những năm vừa qua thường chao đảo, không ổn định nhất là về giá cả Tổ chức cà phê thế giới (ICO) do không còn giữ được hạn ngạch xuất nhập khẩu, giá cả trôi nổi trên thị trường tự do cho nên có những giai đoạn giá cà phê xuống thấp chưa từng có so với vài chục năm trở lại đây Tình trạng này đã dẫn đến hậu quả là nhiều nước phải hủy bỏ bớt diện tích cà phê, hoặc không tiếp tục chăm sóc

vì kinh doanh không còn thấy có hiệu quả Năm 1994 do những đợt sương muối và sau

đó là hạn hán diễn ra ở Brazil, vì vậy đã làm cho sản lượng cà phê của nước này giảm xuống gần 50%, do đó đã góp phần làm cho giá cà phê tăng vọt, có lợi cho những người xuất khẩu cà phê trê thế giới

Cà phê là một loại nước uống cao cấp, nhu cầu đòi hỏi của người tiêu dùng vẫn không ngừng tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận để thay thế cho cà phê, vì vậy việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn đối với nhiều nước.Vấn đề quan trọng cần có nhận thức đầy đủ là: sản phẩm cà phê đem ra thị trường phải đảm bảo chất lượng Trong cơ chế thị trường: Tiền nào - của nấy, lại càng đúng với mặt hàng CÀ PHÊ

1.2 Vai trò hệ thống rang

Theo quy trình sản xuất cà phê theo sơ đồ trên ta thấy: để có sản phẩm cà phê thành phẩm đều trải qua giai đoạn rang chín hạt cà phê Từ xưa tới nay có nhiều phương thức, cách thức rang cà phê khác nhau đã được dử dụng

Những chuyên gia của bộ phận rang kết hợp sự kinh nghiệm về kiểm soát thời gian cùng với nhiệt độ khoa học, tài năng uyển chuyển Nhiệt độ rang là một điều tiên quyết đến chất lượng của hạt cà phê Có những người yêu thích cà phê có vị nhẹ bắt nguồn từ những đặc tính độc đáo của hạt cà phê nguyên thủy (Ví dụ: Kenya, Java, Jamaica.) Một

số khác lại thích cà phê rang đậm hơn mà đặc tính của những hạt này mang lại mùi vị đậm đà Màu “full city” được xem là màu hoàn hảo nhất, không qúa nhẹ hoặc qúa đậm Rang cà phê là một quá trình mà trong đó những hợp chất chứa mùi vị của cà phê được giải phóng nhờ một loạt các phản ứng hoá học Hương vị, độ chua, độ đậm nhạt

và dư vị của cà phê phụ thuộc rất nhiều vào quá trình này Quá trình rang cà phê bao gồm ba giai đoạn:

1.3 Lợi ích từ cà phê với sức khoẻ con người

Giúp tỉnh táo: Vì sao mọi người tìm đến với cà phê? Họ tin rằng thành phần cà phêin

có trong cà phê giúp kéo dài sự tỉnh táo và ngăn không cho cảm giác mệt mỏi xuất hiện, nhất là khi bạn phải làm việc đầu óc hoặc thực hiện một công việcnhàm chán Trong khi điều khiển xe, cà phê in giúp ngườười lái phản xạ nhanh hơn và nhìn tốt hơn

Tăng cường trí nhớ: Uống cà phê sẽ có lợi cho trí nhớ bởi cà phê có tác dụng thúc đẩy hoạt động của não bộ Sau khi uống cà phê được 20 phút, những người tham gia đã làm rất tốt các bài kiểm tra trí nhớ Nguyên do là cà phê đã làm tăng hoạt động trong một khu vực của bộ não ở thùy trán - nơi chứa hệ thống trí nhớ và quản lý sự chú ý Không gây béo: Cà phê chứa rất ít năng lượng - một tách cà phê chỉ mang lại 2-5 kcal (nếu không thêm đường) Hơn nữa, cà phê in có trong cà phê còn làm tăng tiêu hao năng lượng cơ bản! Với sự có mặt của cà phê in trong cơ thể, chi phí năng lượng cho hô hấp, việc duy trì tư thế và hoạt động trí óc sẽ tăng 16%

Kích thích tiêu hóa: Truyền thống này xuất phát từ một hiệu quả thực sự của cà phêin,

đó là khả năng cải thiện tiêu hóa, thông qua tăng tiết nước bọt và các men tiêu hóa, kích thích nhu động ruột

Chống đau đầu: Cà phê in gây co thắt các mạch máu não, và nhờ đó làm giảm cường

độ cũng như thời gian kéo dài của cơn đau đầu Kết hợp với paracetamol hay aspirin, cà phêin cũng tạo được hiệu quả giảm đau mạnh hơn

Tăng cường sức lực khi chơi thể thao: Cà phê in tác động lên hệ thần kinh, khiến bạn tỉnh táo hơn và làm tăng nhịp tim Ngoài ra, trong thời gian luyện tập, nó còn kích thích

cơ thể sử dụng mỡ như nguồn năng lượng chính, cho phép tiết kiệm kho dự trữ glycogene của cơ, khiến bạn lâu bị mệt hơn Cà phêin cũng trực tiếp làm tăng sức co của cơ

Chống sỏi mật: Theo kết quả nghiên cứu tiến hành đối với 7.800 y tá Mỹ, những người uống từ 4 chén cà phê mỗi ngày trở lên giảm được 25% nguy cơ sỏi mật Những công trình khác lại cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ hơn của cà phê đối với nam giới: Đồ uống này làm giảm tới 45% nguy cơ mắc bệnh sỏi mật ở cánh mày râu

Giàu chất chống oxy hóa: Ngoài cà phêin, cà phê còn chứa các chất chống oxy hóa Polyphenol trong cà phê bảo vệ cơ thể khỏi sự lão hóa của các tế bào bình thường và sự đột biến của các tế bào ung thư

Phòng ngừa bệnh Parkinson: Nhiều công trình khoa học cho thấy, những người thường xuyên dùng cà phê ít mắc bệnh Parkinson hơn những đối tượng khác Hiệu quả bảo vệ là khoảng 30% với người dùng 2 chén cà phê mỗi ngày

Giúp ngủ ngon: Người ta đã chứng minh được rằng, nếu đi ngủ trong vòng 15 phút sau khi uống cà phê thì giấc ngủ sẽ sâu hơn, bởi máu trong não được lưu thông tốt hơn

Và một vài lợi ích khác…

1.4 Giới thiệu đề tài

1.4.1 Nhu cầu của sản phẩm

Từ những lợi ích mà cây cà phê cũng như giá trị kinh tế mang lại, nhiều cá nhân, tổ chức đã chế biến cà phê để phục vụ cho đời sống kinh doanh Một trong số những phương pháp ưu tiên hàng đầu là cà phê phục vụ cho lĩnh vực dịch vụ

Ngày nay chúng ta thấy quán cà phê ở mọi nơi, ở quán sang trọng hay bình dân thậm chí là quán cóc ven đường cũng xuất hiện những sản phẩm này

Hiện nay trên thị trường có 2 dòng cà phê chính là cà phê hoa tan và cà phê xay thông thường, với những người bận rộn hay tiết kiệm thời gian thì cà phê hoà tan là sự lựa

chọn tuyệt vời Tuy nhiên với những người muốn thưởng thức hương vị cà phê, vừa ngâm nghi ly cà phê và xem báo thì cà phê phin (cà phê xay) luôn là lựa chọn tối ưu Nhu cầu sử dụng cà phê ngày càng cao và nó trở thành đồ uống được yêu thích, thành nước giải khát nhanh…

1.4.2 Sự cần thiết của cà phê xay

Dễ dàng thấy cà phê xay ngày càng nhiều chủng loại, phong phú về hương vị và đặc sắc hơn giúp người tiêu dùng có thêm nhiều sự chọn lựa

Trong các nghành dịch vụ kinh doanh cà phê đại đa số đều sử dụng cà phê xay để pha chế thành ly cà phê phục vụ khách hàng

Thực tế cho thấy rằng kể từ những năm của thập kỷ 90, ngành cà phê nước ta đã có bước tăng trưởng vượt bậc và trở thành một ngành kinh tế quan trọng của nền kinh tế nông nghiệp Cà phê là nông sản xuất khẩu quan trọng đứng hàng thứ hai sau lúa gạo Bên cạnh đó về mặt xã hội, ngành cà phê còn thu hút trực tiếp khoảng 600 ngàn lao động, chiếm xấp xỉ 3% tổng lao động nông nghiệp và cuộc sống của khoảng 1 triệu người chịu ảnh hưởng từ sự phát triển của ngành cà phê

Dù đã trở thành nước xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 thế giới, nhưng các doanh nghiệp xuất khẩu nước ta vẫn hoàn toàn bị động trước những biến động của thị trường thế giới Hàng năm, nước ta xuất khẩu khoảng 1 triệu tấn cà phê (chủ yếu là robusta) tới 80 nước

và vùng lãnh thổ, trong đó có 10 nước là bạn hàng lớn Có nhiều đầu mối và doanh nghiệp nước ngoài mua trực tiếp cà phê Việt Nam

Hình 1.2 Vị thế xuất khẩu cà phê trên trường quốc tế

Hình 1.3 Sản lượng cà phê qua các năm

Dù những thành tích trên là rất đáng mừng nhưng thực tại chúng ta chưa có nhiều thương hiệu nổi tiếng thế giới để xứng tầm với vị thế là cường quốc thứ 2 về cà phê như Việt Nam

Để có sản phẩm cà phê cung cấp cho thị trường cần trải qua rất nhiều công đoạn để

có một sản phẩm cà phê hoàn chỉnh: Từ quả cà phê -> hái, bảo quản -> say, sấy -> cà phê nhân -> rang cà phê -> xay, nghiền thành sản phẩm cà phê xay hay qua một vài khâu

để trở thành cà phê hoà tan

Theo quy trình trên Em thấy giai đoạn rang cà phê cực kì quan trọng, cách rang khác nhau cho ta hương vị đặc trưng khác nhau Xuất phát từ nhu cầu này đã hình thành ý tưởng “Thiết Kế Máy rang hạt cà phê”

1.5 Khái niệm, yêu cầu khi rang

Rang là quá trình gia nhiệt cho hạt cà phê nhằm làm chín hạt cà phê để sử dụng Hạt cà phê rang là một quá trình cực kỳ biến đổi, liên quan đến quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt (sưởi ấm và phát hành nhiệt), kết quả phản ứng hóa học, và những thay đổi vật

lý quyết liệt Bắt đầu như là nhỏ, xuất hiện và hương thơm dường như không có bất cứ điều gì để làm với tất cả những gì chúng ta biết là một tách cà phê, hạt cà phê thay đổi

từ màu xanh lá cây, màu vàng, ánh sáng màu nâu, và cuối cùng tối màu nâu

Rang cà phê là một quá trình mà trong đó những hợp chất chứa mùi vị của cà phê được giải phóng nhờ một loạt các phản ứng hoá học Hương vị, độ chua, độ đậm nhạt

và dư vị của cà phê phụ thuộc rất nhiều vào quá trình này

Lúc còn sống, gọi là cà phê nhân, bản thân hạt cà phê đã có một mùi thơm đặc trưng Nhất là hạt cà phê Moka sống có một mùi thơm dễ chịu, tương tự như mùi thảo dược, mùi của thuốc nam, mùi của hoa cỏ khô

Quá trình rang cà phê gồm các giai đoạn:

1.5.1 Bắt đầu rang đến nhiệt độ trên 100 độ C

Giai đoạn này cà phê có màu vàng nhạt

Khoảng thời gian đầu của quá trình rang là để

truyền nhiệt cho hạt cà phê Hạt cà phê từ từ nóng

lên dần và bắt đầu bốc hơi nước chứa bên trong, hạt

cà phê hơi teo lại và hầu như có rất ít sự thay đổi

Trong giai đoạn nầy, bí quyết rang cà phê ngon là

tránh cho hạt cà phê chai cứng bằng cách rang thế

nào để tạo ra dòng không khí nóng đối lưu tối đa

trong trống rang và việc chuyển giao nhiệt diễn ra

hiệu quả nhất và lan nhiệt đồng đều đến mỗi hạt

cà phê …

1.5.2 Giai đoạn hạt cà phê chuyển sang ngã màu vàng nhạt

Nhiệt độ trên 150 độ C

Lúc này, hạt cà phê vẫn tiếp tục hấp thu nhiệt,

bốc hơi nước và bắt đầu có sự thay đổi chút ít về

thể tích Trong giai đoạn nầy từ lò rang lan tỏa ra

một mùi thơm nồng của cỏ tươi và rơm khô hòa

quyện rất đặc trưng Từ hạt cà phê nóng tỏa ra mùi

hương của cây cỏ, của cánh đồng, vườn cây râm

mát, làm ta nhớ đến quê nhà xa xôi, và thanh tịnh

Hạt cà phê đang trong giai đoạn thu nhiệt rất nhanh

và thay đổi kích thước để chuẩn bị cho giai đoạn

nổ đầu tiên

1.5.3 Giai đoạn vàng đậm

Nhiệt độ khoảng 180 độ C

Hạt cà phê ngả sang màu vàng đậm, hình

dáng bắt đầu thay đổi, thể tích gia tăng từ

20-30%, bề mặt hạt bắt đầu có các gân nổi lên

Lúc nầy mùi hương tỏa ra giống như là mùi

của bánh mì cháy, mùi gỗ cháy, mùi của đất

mới sau cơn mưa đầu mùa, có cả mùi của củ

khoai lang nướng từng làm ta hồi bé có lần

thèm thuồng

1.5.4 Giai đoạn chuyển sang màu nâu nhạt

Nhiệt độ khoảng 200 độ C

Chuẩn bị cho giai đoạn phát tiếng nổ đầu

tiên của hạt cà phê Hạt cà phê càng nở lớn

nhanh chóng, mùi thơm đã chuyển qua mùi

ngọt ngào giống như mùi quả chin, như

mùi của mật ong, lại thoang thaong3 mùi

của mạch nha Tuy nhiên, lúc nầy các phản

ứng hóa học vẫn chưa xảy ra hoàn tất, các

phân tử hương vẫn chưa đước giải phóng

và cấu trúc sợi của hạt cà phê vẫn rất bền

chặc Nếu lúc nầy lấy hạt ra và xay bột, và pha uống thì vị của cà phê lúc nầy khá là chua và mùi cà phê vẫn chưa tinh tế, và có mùi còn ngai ngái, nồng nồng

1.5.5 Giai đoạn chuyển sang màu nâu

Nhiệt độ trên 200 độ C-Nhiệt độ khoảng 210 độ C

Các tiếng nổ bắt đầu vang lên trong thùng quay của lò rang Các phản ứng hóa học qua tác dụng nhiệt xảy ra bắt đầu đốt cháy các tinh thể đường trong hạt cà phê tạo ra màu nâu caramen, mùi của đường mạch nha càng lúc càng rõ, việc này xảy ra

là do một phản ứng hóa nâu thực phẩm dưới tác dụng nhiệt được gọi là phản ứng Maillard Qua phản

ứng Maillard nầy thực phẩm trở nên thơm ngon hơn và bắt đầu biến đổi mầu sắc sậm hơn

1.5.6 Giai đoạn nổ lần thứ nhất

Nhiệt độ khoảng 210 độ C

Tại thời điểm này, các tiếng nổ rộn rã của hạt cả

phê đã vang lên nghe rất vui tai trong thùng quay

Người rang cà phê, với sự nhạy cảm, luôn mong

chờ nghe tiếng nổ thân thương nầy Nhiệt độ tăng

lên nhanh Hạt cà phê có nhiều biến đổi về hình

thức, phẩm chất lẫn hương vị Khói bắt đầu tỏa ra

nhiều hơn, mùi thơm ngào ngạt tỏa ra, hấp dẫn Từ

thời điển nầy trở đi, quá trình rang trở nên sinh động, hạt cà phê bắt đầu bước vào giai đoạn chín để cho ra sản phẩm theo ý định của người thợ rang, còn người thợ rang thì vận dụng tất cả các giác quan lẫn tâm hồn say mê của mình để chăm sóc, nâng niu cho

mẽ rang như nâng niu 1 công trình nghệ thuật của riêng mình

1.5.7 Giai đoạn ngưng tiếng nổ

xuống rồi ngưng lại Lúc nầy phản ứng caramen xảy

ra nhanh chóng Các phản ứng hóa học làm phát

sinh mùi vị thơm ngon của cà phê cũng xảy ra, khói

bốc lên khá nhiều Về hình thức hạt cà phê sau khi

nở rộng kích thước thì hơi thu lại và xuất hiện các

vết nhăn, nứt phía bên mặt dưới của hạt

1.5.8 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổ lần một

Nhiệt độ khoảng 220 độ C

Vào lúc này, hạt cà phê bắt đầu thoát ra một

lượng khí carbon dioxide nên khói bốc nhiều hơn

Không gian lan tỏa mùi bánh nướng, mùi hạt rang

đặc trưng…Trọng lượng hạt cà phê tiếp tục giảm

xuống

1.5.9 Giai đoạn chuẩn bị nổ lần hai

Nhiệt độ khoảng 225 độ C

hơn, nhất là hạt cà phê Moka, thể tích có thể tăng

trong hạt cà phê Hạt cà phê có nhiều thay đổi và

chuẩn bị bước vào giai đoạn nổ lần hai

1.5.10 Giai đoạn bắt đầu nổ lần hai –

Nhiệt độ khoảng 225 độ C Lúc này từ trong hạt cà phê tiết ra nhiều chất dầu, bao phủ cả hạt cà phê, làm cho hạt cà phê trở nên sáng bóng, và nhìn có vẻ ẩm ướt Mùi thơm càng lúc càng tinh tế, hấp dẫn lan tỏa cả không gian của vùng

lò rang, làm ngây ngất những ai ở xung quanh…

1.5.11 Giai đoạn nổ lần hai

Nhiệt độ khoảng 235 độ C

Tiếng nổ lần thứ hai phát sinh từ sự là bẻ gãy

vật lý của các cấu trúc celllose trong hạt cà phê

Mỗi một chủng loại hạt cà phê của các giống cà

phê có các cấu trúc khác nhau, cho nên tiếng nổ

lần thứ hai nầy, tùy theo giống cà phê mà chúng

ta lắng nghe có âm thanh, tần suất, cường độ âm,

và âm vực khác nhau Tiếng nổ lần nầy không rộn

rã như lần trước nhưng khô khốc, giòn và xảy ra

nhanh chóng như tiếng bẻ gảy của các cành cây khô Theo phương pháp rang thủ công tại việt nam với truyền thống rang lò than, rang củi… Việc quan sát, lắng nghe, phân biệt, nhận định được âm thanh của tiếng hai lần nổ từ hạt cà phê, mùi hương tỏa ra qua từng giai đoạn rang, màu sắc của khói, của hạt cà phê và cả cảm nhận tinh tế qua kinh nghiệm sẽ quyết định cho chất lượng của mẻ rang Hiện nay có nhiều loại máy rang cà phê bán tự động hay hoàn toàn tự động rất hiện đại, rang theo các chương trình được đã lập trình hay theo chương trình tuyển chọn tối ưu của người thợ Theo một số người qua việc thưởng thức, trãi nghiệm cà phê được rang bằng các máy móc tự động và so sánh với cà phê rang theo cách truyền thống của người thợ, cho rằng, tuy mỗi phương

án đều có 1 kết quả tốt nhất định nào đó về phẩm chất của hạt cà phê Thế nhưng, họ cảm thấy hạt cà phê rang thủ công ngon hơn rang bằng máy Khá là thú vị Có phải chăng vì nó thấm cả hồn đam mê của con người? Tuy nhiên, vì môi trường, vẫn nên chọn cách rang bằng máy với nhiên liệu ga hay điện Có lẽ, rồi đây, công việc rang cà phê bằng lò than và củi nầy sẽ chỉ còn là kỷ niệm ngọt ngào với những ai mỗi lần đứng bên lò rang, nhìn từng mẻ cà phê đổ ra mà như nhìn thấy thêm một đứa con của mình ra đời Thật vậy, đối với người đam mê, rang cà phê như thực hiện 1 tác phẩm nghệ thuật

1.5.12 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổ lần hai

Nhiệt độ khoảng 240 độ C

Lúc nầy hạt cà phê rang có màu nâu đậm, thể tích

tăng tối đa, hạt cà phê nở lớn, nhất là hạt cà phê

Moka có thể tăng kích thước gần gấp đôi, và trọng

lượng có thể giảm từ 20-30%, hương thơm ngào

ngạt theo khói bốc lên, lan tỏa khắp khu vực Nhất

là rang Cà phê Chồn, có thể nói mùi thơm của nó có

cả mùi của động vật Cầy Hương Theo kinh nghiệm,

lúc nầy cà phê rang là ngon nhất, tất cả các phản ứng hóa học tạo nên hương vị thơm ngon trong hạt cà phê đã diễn ra xong Hạt cà phê đã trãi xong quá trình biến đổi bởi tác động của nhiệt để cho ra một sản phẩm tuyệt vời, phục vụ cho niềm đam mê muôn đời của nhân loại Canh thời đểm chính xác và tốt nhất để ngưng quá trình rang tùy theo chất lượng hạt cà phê sống của mỗi mẽ rang là cả bí quyết và kinh nghiệm của người thợ rang Có thể nói vào lúc nầy, mỗi giây phút trôi qua hay mỗi vòng quay của trống

(thùng) rang cà phê sẽ tạo ra hương vị và phẩm chất của hạt cà phê khác nhau Cà phê rang càng đậm màu thì chất cà phêine càng giảm, vị chua càng giảm, vị đắng đậm đà và mùi carbon càng tăng Cà phê được đổ ra khỏi thùng quay, được làm nguội mau chóng, tránh việc làm bay mất hương thơm quyến rũ và mất vị đậm đà làm đắm say con người Người thợ Việt sẽ còn biết cách pha chế, phối trộn các loại rượu thơm ngon khác nhau để tẩm vào hạt cà phê còn nóng vào lúc nầy, vì hiểu rằng dưới tác dụng nhiệt, các phân tử rượu sẽ nhanh chóng len lỏi vào cấu trúc phân tử của cà phê tạo thêm 1 phản ứng phụ sau rang, vừa làm giảm nhiệt nhanh chóng, và cung cấp thêm độ ẩm cho hạt cà phê (độ ẩm bảo quản (< 13 %) vì khi rang độ ẩm chỉ còn 0,5 %), vừa tạo ra phản ứng ester hóa có mùi thơm cho ra sản phẩm độc đáo Tuy nhiên phải ướp rượu (đôi khi có

bơ hay caramen) làm sao để cà phê thêm phần hấp dẫn, ngất ngây mà không đánh mất hương vị nguyên thủy tuyệt vời của chính hạt cà phê rang là cả một bí quyết tinh tế Ai

ơi, uống cà phê, nhớ hãy uống với cả tâm hồn nhé! Lúc ấy, sẽ bạn có 1 cảm nhận khác hơn về cuộc sống

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY

2.1 Các nguyên lý Rang

Rang là giai đoạn quyết định chất lượng cà phê thành phẩm, trong quá trình rang xảy

ra sự hao hụt mất nước, chất bay hơi Nước mất 5.5%, các tổn thất khác 2%

Thiết bị rang: chảo hoặc thiết bị thùng quay hay dùng chảo rang hình cầu (rang gián đoạn) thiết bị rang hình tháp

Nhiên liệu phục vụ cho quá trình rang: than- củi, gas, điện…

Nguyên tắc khi rang cà phê:

Phải đảo liên tục để các hạt cà phê được tiếp xúc độ nóng đều đặn, tránh bị tình trạng hạt còn sống, hạt đã chín khét

Khi cà phê đã được rang đến độ cần thiết, phải làm nguội cà phê ngay để tránh hơi nóng còn lại trong chính hạt cà phê làm cà phê bị rang quá đà

Khi rang cà phê sẽ có nhiều khói bạn nên chọn nơi thông thoáng hay có hệ thống máy hút khói tốt Nếu không thì bạn mở cửa sổ hay dùng quạt máy để gần bên

Cà phê khi rang sẽ bị bong lớp vỏ lụa bên ngoài hạt Khi rang xong, nên ra ngoài gió hoặc đứng trước quạt và sàng nhẹ rổ cà phê cho bay bớt vỏ lụa Tuy nhiên, thật ra lớp

vỏ lụa này cũng không có mùi vị gì, nếu vẫn còn dính chung cà phê sau khi rang và xay, hương vị li cà phê cũng không bị ảnh hưởng nhiều

Các phương pháp chính rang cà phê

a Gia nhiệt trực tiếp (phương án 1)

Áp dụng từ lâu, là phương pháp đầu tiên con người sử dụng để làm chín đối tượng

Ta chỉ dùng chảo gang hay sắt để rang cà phê trực tiếp trên lửa Nên dùng một cái chảo không bị nhiễm các mùi khác như cà ri, cá, bò để tránh ảnh hưởng đến mùi vị của cà phê khi rang xong Cách rang này khá lâu và hương vị cà phê cũng bị bay đi ít nhiều

nhưng đơn giản và rẻ tiền Bạn nên có thêm một cái nhiệt kế để có thể đo được nhiệt độ khi rang

Hình 2.1 Rang cà phê bằng chảo rang thường

Dụng cụ sử dụng để rang thường là chảo gang hay thép

Gia nhiệt bằng trực tiếp bằng cách đốt cháy than, củi, khí gas…

Ưu điểm của phương pháp này:

- Đơn giản dễ thực hiện, chi phí ban đầu thấp

- Có thể áp dụng ở mọi nơi, không cần trang thiết bị hiện đại

Nhược điểm:

- Chất lượng rang không đồng đều, phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề người rang

- Hàm lượng thành phần các chất biến dổi nhiều

- Khó áp dụng cho sản xuất lớn

- Dễ bị cháy xém

b Gia nhiệt theo nguyên lý tầng sôi (phương án 2)

Nhờ lớp không khí nóng cung cấp từ dưới lên làm cho hạt cà phê bay lơ lửng Đồng thời cấp nhiệt cho hạt cà phê để đạt sản phẩm như mong muốn

Hình 2.2 Gia nhiệt theo nguyên lý dòng khí nóng

3

Ưu điểm:

- Hạt cà phê chín đều dưới nhiệt độ cao của dòng khí nóng

- Dùng để rang cà phê với số lượng lớn, nhanh, hạt cà phê chín đều, chất lượng tốt

Nhược điểm:

- Gặp khó khăn trong quá trình vận hành và tính toán nhiệt

- Hiệu suất sử dụng nguồn nhiệt thấp

- Trang thiết bị phức tạp

c Gia nhiệt gián tiếp (phương án 3)

Cần thêm các thiết bị hỗ trợ Hạt cà phê được làm chín thông qua các cơ cấu trung gian hay chuyển đổi năng lượng

Đây là phương pháp thông dụng nhất hiện nay Nhiệt lượng cần cho quá trình rang lấy từ khí đốt hay nhờ vào dây mayso sử dụng dòng điện để chuyển thành nhiệt…

Hình 2.3 Máy rang dạng thùng quay

Hình 2.4 Cấu tạo nguyên lý máy rang cà phê thùng quay

ÐC

ÐC

3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

cà phê nguội nhanh đều Khói và tạp chất, vỏ lụa theo ống dẫn quạt hút thổi vào một bộ phận lắng tạp

Ưu điểm của phương pháp này:

- Chất lượng cao, đảm bảo

- Có thể sản xuất trên quy mô lớn

- Kiểm soát được nhiệt độ trong quá trình rang

Nhược điểm:

- Chi phí ban đầu khá cao

- Cần chuyển giao công nghệ vì thế yêu cầu cao với người vận hành

Trong quá trình rang sẽ được một quạt hút hút vỏ trấu còn sót và một phần vỏ lụa bị bong tróc trong quá trình đảo trộn của thùng

Hình 2.5 Tổng thể máy rang

2.2 Làm nguội sau khi rang

Để đảm bảo cho chất lượng cũng như thành phần các chất trong hạt cà phê ít bị biến đổi sau khi rang cần làm nguội nhanh

Sau khi rang cà phê cần làm nguội nhanh bằng cách tản nhiệt ra môi trường Nếu sả xuất lớn cần có phòng làm nguội riêng Nên làm nguội càng nhanh càng tốt tối đa 3 phút, khi quá 3 phút hạt cà phê sẽ hút ẩm khi đó làm giảm chất lượng cà phê rang Do sau khi rang xong cà phê dễ hút ẩm chính vì vậy ta sử dụng được phương pháp làm nguội bằng không khí Dùng quạt hút để lấy đi một phần nhiệt lượng của cà phê đồng

thời phần nhiệt còn lại sẽ thải trực tiếp ra môi trường xung quanh Phương pháp này thực hiện khá đơn giản và hiệu quả

Quy trình thực hiện: sau khi kết thúc quá trình rang thì cà phê sẽ được chuyển ra ngoài đưa vào bộ phận làm nguội, cấu tạo gồm ống trụ ngắn có gắn thêm trục ở tâm Trên trục có các cánh để đảo giúp tản nhiệt đều và tốt hơn đồng thời giúp hạt cà phê tản nhiệt ra môi trường Mặt đáy của ống trụ có hệ thống lỗ nhỏ và được bố trí một quạt hút tại đây để lấy đi một phần nhiệt

Hình 2.6 Thùng làm nguội

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY

- Năng suất thùng rang 120 kg/h

- Khối lượng riêng 𝜌 = 650𝑘𝑔/𝑚3

- Với 12 cánh hướng tâm và 12 cánh nằm ngang

Thông số cánh:

- Đường kính cánh d = 590 mm

- Số vòng quay của cánh n = 30 v/ph

Hình 3.1 Thùng chính của máy rang

Thùng chính của máy rang được làm bằng inox 304 với độ dày 3mm

3.2 xác định công suất cần thiết

Công suất cần thiết đối với máy rang dùng cánh đảo làm việc liên tục gồm công suất đối với cánh nằm ngang N1 và công suất với cánh hướng tâm N2 Công suất chung được tính bởi công thức

N1 = (E1+ E2+ … Ez1).v1

∑ E

1000 v1 (kw) (3.1) Hay

N1 = (E1+ E2+ … Ez1).v1

∑ E

102 v1 (kw) (3.2) Trong đó:

E – Hợp lực các lực cản của sản phẩm tác dụng lên cánh nằm ngang nhúng chìm trong sản phẩm, N (kg)

Z1 – Số cánh nằm ngang đồng thời nhúng chìm trong sản phẩm (4 cánh)

v1 – Tốc độ vòng quay của cánh nằm ngang, m/s

Khi cánh nằm ngang chuyển động trong sản phẩm thì đối với nó phải khắc phục trọng lực và lực ma sát trong sản phẩm Đại lượng hợp lực của các lực cản

E được xác định theo công thức:

E = γ htb f tg2(450+ρ

2) N(kg) (3.3) Trong đó:

f - Diện tích của cánh đã biết nhúng chim trong sản phẩm,(m2)

→E = 6500.0,295.0,025.tg2(450 + 200) = 250,5 N

∑ E = 3.250,5 = 751,5 N

Tốc độ vòng quay của cánh nằm ngang v1 là không đổi với tất cả các cánh và bằng:

v1 = ω.R = (π.n/30)R = ( π.30/30).0,295 = 0,927 m/s (3.4) Trong đó:

Ω - Là tốc độ góc, rad/s

n - Số vòng quay của cánh trong một phút

R - Bán kính quay của cánh nằm ngang, m

Khi đó công suất cần thiết với cánh nằm ngang là

N1 = ∑E

1000 v1 =

751,5

1000 0,927 = 0,7 (kw) (3.5) Tính toán cho cánh hướng tâm:

Các cánh hướng tâm (thẳng đứng) của máy trộn nghiêng dưới một góc α so với đường tâm của trục quay, do kết quả tác dụng của những cánh ấy, sẩm phẩm được dịch chuyển hướng tâm và hướng trục Vì vậy công suất N 2 cần thiết đối với cánh hướng tâm được tính trong hệ SI:

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm

Khi cánh hướng tâm chuyển động trong sản phẩm rời, nó phải khắc phục trở lực gây nên vừa do trọng lực và ma sát trong sản phẩm, vừa do ma sát của sản phẩm với cánh

Thành phần hướng tâm và chiều trục của những lực cản Eht và E0 ấy có thể xác định theo sơ đồ hình vẽ miêu tả đồ tính toán xác định trở lực tác dụng lên cánh hướng tâm

Ems - Lực ma sát của sản phẩm đối với cánh: N

α - Góc nghiêng của cánh đối với đường tâm trục quay, độ

htb =0,5h = 0,5.0,295 = 0,1475 m

Để xác định tốc độ hướng tâm vtb của điểm đặt hợp lực hướng tâm các lực cản của sản phẩm tác dụng lên cánh hướng tâm, ta nghiên cứu mặt cắt của máy trộn dùng cánh đảo theo mặt phẳng vuông góc với đường trục quay

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm