dây chuyền sản xuất cà phê

LỜI NÓI ĐẦUTrong những năm qua, các ngành, các doanh nghiệpViệtNam đã có rất nhiều cốgắng nghiên cứu khoa học, đổi mới công nghệvàđã đạt được những thành quả đángkhíchlệđặcbiệtlàtrongngà

GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh

Phụ Lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤTCÀPHÊ 1

1.1 Quy trình sản xuấtcàphê 1

1.2 Vai trò hệthốngrang 3

1.3 Lợi ích từ cà phê với sức khoẻconngười 3

1.4 Giới thiệuđềtài 4

1.4.1 Nhu cầu củasản phẩm 4

1.4.2 Sựcần thiết của càphêxay 5

1.5 Khái niệm, yêu cầukhi rang 6

1.5.1 Bắt đầu rang đến nhiệt độ trên 100độC 7

1.5.2 Giai đoạn hạt cà phê chuyển sang ngã màuvàngnhạt 7

1.5.3 Giai đoạnvàngđậm 7

1.5.4 Giai đoạn chuyển sang màu nâunhạt 8

1.5.5 Giai đoạn chuyển sangmàu nâu 8

1.5.6 Giai đoạn nổ lầnthứnhất 9

1.5.7 Giai đoạn ngưngtiếngnổ 9

1.5.8 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổlần một 10

1.5.9 Giai đoạn chuẩn bị nổlần hai 10

1.5.10 Giai đoạn bắt đầu nổlầnhai 10

1.5.11 Giai đoạn nổlần hai 10

1.5.12 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổlần hai 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊNLÝMÁY 13

2.1 Các nguyênlý Rang 13

2.1.1 Các Phương ánđưara 13

2.1.2 Lựachọnphươngán 18

2.2 Làm nguội saukhi rang 19

CHƯƠNG 3: THIẾTKẾMÁY 21

3.1 Sốliệu tính toánthiếtkế 21

3.2 xác định công suất cần thiết 21

3.3 Chọn độngcơđiện 27

3.3.1 Xác định công suất độngcơ 27

3.3.2 Tính toán thiếtkếbộ truyềnđai thang 28

3.4 Tính toán thiết kếtrụcchính 30

3.5 Góc nghiêng cánh đảo khi rang 35

3.6 Tính chọn các chitiết phụ 36

3.6.1 Bộ phậnlàmnguội 36

3.6.2 Chọn Cyclonlọcbụi: 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 THỐNGCẤP NHIỆT 44

4.1 Tính toán nhiệt cho quátrình rang 44

4.1.1 Thông số vậtliệu sấy 44

4.1.2 Thông số tác nhânsấy 44

4.1.3 Tổn thất nhiệt do vật liệulấy đi 46

4.1.4 Tổn thất nhiệt vàomôi trường 46

4.2 Chọn điện trởgia nhiệt 47

B) THIẾT KẾMẠCH ĐIỆN 48

4.3 Tổng quanmạchđiện 48

4.4 Lưu đồgiải thuật 48

4.5 Thiếtkếmạchđiện 50

4.6 Hiển thị nhiệtđộrang 52

4.7 Bảo trì,bảo dưỡng 53

4.7.1 Chế độ bôi trơnổbi: 53

4.7.2 Làm sạch thùng rangvàthùng nguộiđịnhkì 54

4.7.3 Vệ sinh si lôlọcbụi 54

4.7.4 Kiểm tra, thay thế thanh điệntrởnhiệt 54

CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN 55

Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà PhêLVTN

Phụ lục hình

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

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

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

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

29 Hình 4.4 Sơ đồ mắc điện trở R1và biến trởR2. 50

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, các ngành, các doanh nghiệpViệtNam đã có rất nhiều cốgắng nghiên cứu khoa học, đổi mới công nghệvàđã đạt được những thành quả đángkhíchlệđặcbiệtlàtrongngànhchếbiếnnông–lâm–ngư–nghiệp.Cùngvớixuhướng đó xu hướngnâng cao chất lượng sản phẩmđểxuất khẩu hay tăng hiệu quả sản xuất kinhdoanh

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

Cà phê là một trong những thức uống từ lâuđờicó giá trị dinh dưỡng cao.Việtnam làmột trong những nước xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 thế giới (sau Brazil).Tuynhiêngiátrịcàphêcủanướctakhôngcaovìxuấtkhẩuthôvàchấtlượngchếbiếnkémsovới thếgiới

Do đó muốn nâng chất lượng phải đầu tư nâng cao thiết bị chế biến Nhưng giá cảtrang thiết bị của nước ngoại lại quá đắt Dođóvới mục tiêu nâng cao chất lượng sảnphẩm,hạ giáthành,emđã cố gắngtìmtòi,học hỏiđểthiếtkếrachiếc máy rangcàphê đáp ứngnhu cầu của thịtrường

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

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

Sinh viên Phạm Văn Minh

1.1 Quy trìnhsảnxuất càphê

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 phươngpháp khô Hiện tại chủ yếu cà phê được sản xuất theo phương phápnày.Tuynhiên càphê ở nước ta được chế biến thành cà phê nhân sau đó sẽ bán cho các đại lý thu muavềchế biến tiếp hay xuất khẩu, trừ 1 số chủng loại cà phê do đặc tính yêu cầukĩthuật cao nên sẽ trực tiếp cung cấp chocông ty ngay sau khi thuhoạch

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

Trênthế giới hiện nay có 75 nước trồng cà phê với diện tích trên 10 triệuhectavàsảnlượnghàngnămbiếnđộngtrêndưới6triệutấn.Năngsuấtbìnhquânchưavượtquá 6 tạnhân/ha Trong đó ở châu Phi có 28 nước năng suất bình quân không vượt quá 4tạ 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

CÔTED'LVOIRE(CHẤUPHI),INDONESIA(CHẤUÁ)mỗinướckhoảng1triệuhectavàCôlômbiacó gần 1 triệu hecta với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700 ngàn tấn Do áp dụngmột số tiến bộkỹthuật mới như giống mớivàmật độ trồng dày nên đã có hàng chục nướcđưanăngsuấtbìnhquânđạttrên1tấn/ha.ĐiểnhìnhcóCostaRicaởTrungMỹvớidiện tích cà phê chè

là 85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình quân trên 1.400kg/ha

Do sự xuất hiệnvàgây tác hại của bệnhgỉsắt cà phê tại nhiều nước Trung và NamMỹtừnăm1970trởlạiđâyđãgâythêmnhữngkhókhănvàtốnkémchonghềtrồngcà phê ở khuvựcnày.Cà phê chè hiện nay vẫn chiếm 70% sản lượng của thế giới Diện tíchcàphêchèđượctrồngtậptrungchủyếuởTrungvàNamMỹ,mộtsốnướcởĐông Phi như: Kenya,Cameroon, Ethiopie,Tanzania vàmột phần ở châu Á như: Indonesia,ẤnĐộ,Philippines.Thịtrườngcàphêtrênthếgiớitrongnhữngnămvừaquathườngchaođảo,khôngổn

địnhnhấtlàvềgiácả.Tổchứccàphêthếgiới(ICO)dokhôngcòngiữđượchạnngạch xuất nhậpkhẩu, giá cả trôi nổi trên thị trường tự do cho nên có những giai đoạn giá càphêxuốngthấpchưatừngcósovớivàichụcnămtrởlạiđây.Tìnhtrạngnàyđãdẫnđến hậu quả lànhiều nước phải hủy bỏ bớt diện tích cà phê, hoặc không tiếp tục chăm sócvìkinh doanhkhông còn thấy có hiệu quả Năm 1994 do những đợt sương muốivàsau đó là hạn hándiễn ra ở Brazil,vìvậy đã làm cho sản lượng cà phê của nước này giảmxuốnggần50%,dođóđãgópphầnlàmchogiácàphêtăngvọt,cólợichonhữngngười xuất khẩu càphê trê thếgiới

Càphêlàmộtloạinướcuốngcaocấp,nhucầuđòihỏicủangườitiêudùngvẫnkhông ngừng tăng lên,chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận để thay thế cho cà phê,vìvậy việc trồng,xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này vẫn có một ýnghĩakinhtếlớnđốivớinhiềunước.Vấnđềquantrọngcầncónhậnthứcđầyđủlà:sản phẩm cà phêđem ra thị trường phải đảm bảo chất lượng Trong cơ chế thị trường:Tiềnnào - củanấy,lạicàng đúng với mặt hàng CÀPHÊ

1.2 Vaitròhệthốngrang

Theo quy trình sản xuất cà phê theo sơ đồ trên ta thấy: để có sản phẩm cà phê thànhphẩmđềutrảiqua giaiđoạnrangchínhạtcàphê.Từxưatớinaycónhiềuphươngthức, cách thứcrang cà phê khác nhau đã được dửdụng

Những chuyên gia của bộ phận rang kết hợp sự kinh nghiệm về kiểm soát thờigiancùng với nhiệt độ khoa học, tài năng uyển chuyển Nhiệt độ rang là một điều tiênquyếtđến chất lượng của hạt cà phê Có những người yêu thích cà phê có vị nhẹ bắtnguồn từnhững đặc tính độc đáo của hạt cà phê nguyên thủy (Ví dụ: Kenya, Java,Jamaica.) Mộtsố khác lại thích cà phê rang đậm hơn mà đặc tính của những hạt nàymang lại mùi vịđậm đà Màu “full city” được xem là màu hoàn hảo nhất, không qúa nhẹhoặc qúa đậm.Rang cà phê là một quá trình mà trong đó những hợp chất chứa mùi vịcủa cà phêđược giải phóng nhờ một loạt các phản ứng hoá học Hương vị, độ chua, độđậm nhạtvà dư vị của cà phê phụ thuộc rất nhiều vào quá trình này Quá trình rang cà

phê baogồm ba giai đoạn:

1.3 Lợi ích từ cà phê với sứckhoẻconngười

Giúptỉnhtáo:Vìsaomọingườitìmđếnvớicàphê?Họtinrằngthànhphầncàphêin

cótrongcàphêgiúpkéodàisựtỉnhtáovàngănkhôngchocảmgiácmệtmỏixuấthiện,

nhấtlàkhibạnphảilàmviệcđầuóchoặcthựchiệnmộtcôngviệcnhàmchán.Trongkhi điều khiển xe,

cà phê in giúp ngườười lái phản xạ nhanh hơnvànhìn tốthơn

Tăng cường trí nhớ: Uống cà phê sẽ có lợi cho trí nhớ bởi cà phê có tác dụng thúcđẩyhoạtđộngcủanãobộ.Saukhi uốngcàphêđược20phút,nhữngngườithamgiađã làm rất tốtcác bài kiểm tra trí nhớ Nguyên do là cà phê đã làm tăng hoạt động trong mộtkhuvựccủa bộ não ở thùy trán - nơi chứa hệ thống trí nhớvàquản lý sự chú ý

Khônggâybéo:Càphêchứarấtítnănglượng-mộttáchcàphêchỉmanglại2-5kcal

(nếukhôngthêmđường).Hơnnữa,càphêincótrongcàphêcònlàmtăngtiêuhaonăng lượngcơbản!Vớisựcómặtcủa càphêintrongcơthể,chiphínănglượngcho hôhấp, việc duy trì tư thếvàhoạtđộng trí óc sẽ tăng16%

Kíchthíchtiêuhóa:Truyềnthốngnàyxuấtpháttừmộthiệuquảthựcsựcủacàphêin,

đólàkhảnăngcảithiệntiêuhóa,thôngquatăngtiếtnướcbọtvàcácmentiêuhóa,kích thích nhuđộngruột

Chốngđauđầu:Càphêingâycothắtcác mạchmáunão,vànhờđólàmgiảmcườngđộcũngnhưthờigiankéodàicủacơnđauđầu.Kếthợpvớiparacetamolhayaspirin,cà phêin cũngtạo được hiệu quả giảm đau mạnhhơn.

Tăngcườngsứclựckhichơithểthao:Càphêintácđộnglênhệthầnkinh,khiếnbạn

tỉnhtáohơnvàlàmtăngnhịptim.Ngoàira,trongthờigianluyệntập,nócònkíchthích cơ thể sửdụngmỡnhư 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 củacơ

Chống sỏi mật: Theo kết quả nghiên cứu tiến hành đối với 7.800 y tá Mỹ, nhữngngười uống từ 4 chén cà phê mỗi ngày trở lên giảm được 25% nguy cơ sỏi mật Nhữngcông trình khác lại cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ hơn của cà phê đối với nam giới: Đồuống 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.Polyphenoltrongcàphêbảovệcơthểkhỏisựlãohóacủacáctếbàobìnhthườngvàsựđột biến củacác tế bào ungthư

Phòng ngừa bệnh Parkinson: Nhiều công trình khoa học cho thấy, những ngườithường xuyên dùng cà phê ít mắc bệnh Parkinson hơn những đối tượng khác Hiệu quảbảo 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 phútsau khi uống cà phê thì giấc ngủ sẽ sâu hơn,bởimáu trong não được lưu thông tốthơn

Ngàynaychúngtathấyquáncàphêởmọinơi,ởquánsangtrọnghaybìnhdânthậm chí là quáncóc ven đường cũng xuất hiện những sản phẩmnày

Hiệnnaytrênthịtrườngcó2dòngcàphêchínhlàcàphêhoatanvàcàphêxaythông

thường,vớinhữngngườibậnrộnhaytiếtkiệmthờigianthìcàphêhoàtanlàsựlựa

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.Nhucầusửdụngcàphêngàycàngcaovànótrởthànhđồuốngđượcyêuthích,thành nước giảikhátnhanh…

1.4.2 Sự cần thiết của cà phêxay

Dễ dàng thấy cà phê xay ngày càng nhiều chủng loại, phong phú về hương vịvàđặcsắc 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 đểpha 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 cóbước tăng trưởng vượt bậc và trở thành một ngành kinh tế quan trọng của nền kinh tếnông 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 laođộng, chiếm xấp xỉ 3% tổng lao động nông nghiệp và cuộc sống của khoảng 1 triệungười 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 nghiệpxuấtkhẩunướctavẫnhoàntoànbịđộngtrước nhữngbiếnđộngcủathịtrườngthếgiới.Hàngnăm,nướctaxuấtkhẩukhoảng1triệutấncàphê(chủyếulàrobusta)tới80nướcvàvùng lãnhthổ, trong đó có 10 nước là bạn hàng lớn Có nhiều đầu mốivàdoanh nghiệp nướcngoài mua trực tiếp cà phêViệtNam

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 nhiềuthươnghiệunổitiếngthếgiớiđểxứngtầmvớivịthếlàcườngquốcthứ2vềcàphênhưViệtNam

Để có sản phẩm cà phê cung cấp cho thị trường cần trải qua rất nhiều côngđoạnđểcó một sản phẩm cà phê hoàn chỉnh: Từ quả cà phê -> hái, bảo quản ->say,sấy -

> cà phênhân->rangcàphê->xay,nghiềnthànhsảnphẩmcàphêxayhayquamộtvàikhâu để trởthành cà phê hoàtan

TheoquytrìnhtrênEmthấygiaiđoạnrangcà phêcựckìquantrọng,cáchrangkhác nhau cho tahương vị đặc trưng khác nhau Xuất phát từ nhu cầu này đã hình thành ý tưởng “Thiết KếMáy rang hạt càphê”

1.5 Khái niệm, yêu cầukhirang

Rang là quá trình gia nhiệt cho hạt cà phê nhằm làm chín hạt cà phê để sử dụng.Hạtcàphêranglàmộtquátrìnhcựckỳbiếnđổi,liênquanđếnquátrìnhthunhiệtvàtỏanhiệt(sưởiấmvàpháthànhnhiệt),kếtquảphảnứnghóahọc,vànhữngthayđổivật lý quyết liệt Bắt đầu như lànhỏ, xuất hiệnvàhương thơm dường như không có bất cứ điềugìđể làm với tất cảnhữnggìchúng ta biết là một tách cà phê, hạt cà phê thay đổi từ màu xanh lácây,màuvàng, ánh sáng màu nâu,vàcuối cùng tối màunâu

Rang cà phê là một quá trình mà trong đó những hợp chất chứa mùi vị của cà phêđược 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

Lúccònsống,gọilàcàphênhân,bảnthânhạtcàphêđãcómộtmùithơmđặctrưng Nhất là hạt càphê Moka sống có một mùi thơm dễ chịu, tương tự như mùi thảo dược, mùi của thuốcnam, mùi của hoa cỏkhô

Quá trình rang cà phê gồm các giai đoạn:

1.5.1 Bắt đầu rang đến nhiệt độ trên 100độC

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 dầnvàbắt đầu bốc hơi nước chứa bên trong,hạt cà

phê hơi teo lạivàhầu như có rất ít sự thay đổi Trong giai

đoạnnầy,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

rangvàviệc chuyển giao nhiệt diễn ra hiệu quả

nhấtvàlan nhiệt đồng đều đến mỗi hạt cà phê…

1.5.2 Giai đoạn hạt cà phê chuyển sang ngã màu vàngnhạt

Nhiệt độ trên 150 độ C

Lúcnày,hạt cà phê vẫn tiếp tục hấp thu nhiệt,

bốc hơi nướcvàbắt đầu có sự thay đổi chút ítvềthể

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

mùi thơm nồng của cỏ tươivàrơm khô hòa

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

ngào giống như mùi quả chin, như mùi của mật

ong, lại thoang thaong3 mùi của mạch

nha.Tuynhiên, lúc nầy cácphản ứng hóa học vẫn

chưa xảy ra hoàn tất, các phân tử hương vẫn chưa đước giải

phóngvàcấu trúc sợi của hạt cà phê vẫn

rấtbền

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 màunâu.

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

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

là do một phảnứnghóa nâu thực phẩm dưới tácdụngnhiệtđượcgọilàphảnứngMaillard.Quaphản

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

1.5.6 Giai đoạn nổ lần thứnhất

Nhiệt độ khoảng 210 độ C

Tại thời điểmnày,các tiếng nổ rộn rã của

hạtcảphê đã vang lên nghe rất vui tai trong

thùngquay.N g ư ờ i r a n g c à p h ê , v ớ i s ự

n h ạ y c ả m , l u ô n m o n g c h ờ n g h e

t i ế n g n ổ t h â n t h ư ơ n g nầy.Nhiệt độ tăng

lên nhanh Hạt cà phê có nhiều biến đổivềhình

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 giaiđoạn chín để cho ra sản phẩm theo ý định của người thợ rang, còn người thợ rang thìvận 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 tiếngnổ

xuốngrồingưnglại.Lúcnầyphảnứngcaramenxảy ra nhanh

chóng Các phản ứng hóa học làm phát

sinhmùivịthơmngoncủacàphêcũngxảyra,khói bốc lên

khá nhiều Về hình thức hạt cà phê sau khi nở rộng kích

thước thì hơi thu lạivàxuất hiện các vết nhăn, nứt

phía bên mặt dưới củahạt

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 chuẩnbịnổ lầnhai

Nhiệt độ khoảng 225 độ C

hơn, nhất là hạt cà phê Moka, thể tích có thểt ă n g

tronghạtcàphê.Hạtcàphêcónhiềuthayđổivà

chuẩn bị bước vào giai đoạn nổ lần hai

1.5.10 Giai đoạn bắt đầu nổ lần hai–

Nhiệt độ khoảng 225 độ CLúcnàytừtronghạtcàphêtiếtranhiềuchấtdầu, bao phủ

cả hạt cà phê, làm cho hạt cà phê trở nênsángbóng,vànhìncóvẻẩmướt.Mùithơmcànglúc

càngtinhtế,hấpdẫnlantỏacảkhônggiancủavùng lò rang,làm ngây ngất những ai ở xungquanh…

1.5.11 Giai đoạn nổ lầnhai

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 hainầy,tùy theo giống cà phêmàchúng ta

lắng nghe có âm thanh, tần suất, cường

độâm,vàâmvựckhácnhau.Tiếngnổlầnnầykhôngrộn

rã như lần trước nhưng khô khốc, giònvàxảyr a

LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 11

nhanh chóng như tiếng bẻ gảy của các cành cây khô Theo phương pháp rang thủ côngtại việt nam với truyền thống rang lò than, rang củi…Việcquan sát, lắng nghe, phânbiệt, nhận định được âm thanh của tiếng hai lần nổ từ hạt cà phê, mùi hương tỏa ra quatừng giai đoạn rang, màu sắc của khói, của hạt cà phêvàcả cảm nhận tinh tế qua kinhnghiệm sẽ quyết định cho chất lượng củamẻrang Hiện nay có nhiều loại máy rang càphêbántựđộnghayhoàntoàntựđộngrấthiện đại,rangtheocácchươngtrìnhđượcđã lập trìnhhay theo chương trình tuyển chọn tối ưu của người thợ Theo một số người qua việcthưởng thức, trãi nghiệm cà phê được rang bằng các máy móc tự động và so sánh với càphê rang theo cách truyền thống của người thợ, cho rằng, tuy mỗi phương án đều có 1 kếtquả tốt nhất định nào đó về phẩm chất của hạt cà phê Thế nhưng, họ cảm thấy hạt cà phêrang thủ công ngon hơn rang bằngmáy.Khá là thú vị Có phải chăngvìnó thấm cả hồnđammêcủa con người?Tuynhiên,vìmôi trường, vẫn nên chọn cách rang bằng máy vớinhiên liệugahay điện Có lẽ, rồiđây,công việc rang cà phê bằng lò thanvàcủi nầy sẽ chỉcòn là kỷ niệm ngọt ngào với những ai mỗi lần đứngbênlòrang,nhìntừngmẻcàphêđổramànhưnhìnthấythêmmộtđứaconcủamìnhra đời.Thậtvậy,đối với người đam mê, rang cà phê như thực hiện 1 tác phẩm nghệthuật

1.5.12 Giai đoạn sau khi ngưng tiếng nổ lầnhai

Nhiệt độ khoảng 240 độ C

Lúcnầyhạtcàphêrangcómàunâuđậm,thểtích tăng tối

đa, hạt cà phê nở lớn, nhất là hạt cà phê Moka có thể tăng

kích thước gần gấp đôi,vàtrọng lượng có thể giảm từ

20-30%, hương thơm ngào ngạt theo khói bốc lên,

lan tỏa khắp khu vực Nhất

(thùng) rang cà phê sẽ tạo ra hương vịvàphẩm chất của hạt cà phê khác nhau Cà phêrangcàngđậmmàuthìchấtcàphêinecànggiảm,vịchuacànggiảm,vịđắngđậmđàvàmùi carboncàng tăng Cà phê được đổ ra khỏi thùngquay,được làm nguội mauchóng,tránhviệclàmbaymấthươngthơmquyếnrũvàmấtvịđậmđàlàmđắmsaycon

người.NgườithợViệtsẽcònbiếtcáchphachế,phốitrộncácloạirượuthơmngonkhác nhau để tẩmvào hạt cà phê còn nóng vào lúcnầy,vìhiểu 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 phảnứngphụsaurang,vừalàmgiảmnhiệtnhanhchóng,vàcungcấpthêmđộẩmchohạtcà phê (độ ẩmbảo quản (< 13 %)vìkhi rang độ ẩm chỉ còn 0,5 %), vừa tạo ra phản ứng ester hóa cómùi thơm cho ra sản phẩm độc đáo.Tuynhiên phải ướp rượu (đôi khi có bơ haycaramen) làm sao để cà phê thêm phần hấp dẫn, ngất ngâymàkhông đánh mất hương

vị nguyên thủy tuyệt vời của chính hạt cà phê rang là cả một bí quyết tinh tế.Aiơi,uống cà phê, nhớ hãy uống với cả tâm hồn nhé! Lúcấy,sẽ bạn có 1 cảm nhận khác hơn

về cuộcsống

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝMÁY

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

Nguyên tắc khi rang cà phê:

Phảiđảoliêntụcđểcáchạtcàphêđượctiếpxúcđộnóngđềuđặn,tránhbịtìnhtrạng hạt còn sống,hạt đã chínkhét

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

Khirangcàphêsẽcónhiềukhóibạnnênchọnnơithôngthoánghaycóhệthốngmáy hút khói tốt.Nếu không thì bạnmởcửa sổ hay dùng quạt máy để gầnbên

Càphêkhirangsẽbịbonglớpvỏlụabênngoàihạt.Khirangxong, nênrangoàigió hoặc đứngtrước quạtvàsàng nhẹ rổ cà phê cho bay bớtvỏlụa.Tuynhiên, thật ralớpvỏlụanàycũngkhôngcómùivịgì,nếuvẫncòndínhchungcàphêsaukhirangvàxay,hương vị li

cà phê cũng không bị ảnh hưởngnhiều

Các phương pháp chính rang cà phê

a Gia nhiệt trực tiếp (phương án1)

Ápdụng từ lâu, là phương pháp đầu tiên con người sử dụng để làm chín đốitượng.Tachỉ dùng chảo gang hay sắt để rang cà phê trực tiếp trên lửa Nên dùng mộtcái 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 lâuvàhương vị cà phê cũng bị bay đi ítnhiều

nhưng đơn giản và rẻ tiền Bạn nên có thêm một cái nhiệt kế để có thể đo được nhiệt độkhi 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 đầuthấp

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

Nhược điểm:

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

- Hàm lượng thành phần các chất biến dổinhiều

- Khó áp dụng cho sản xuấtlớn

- Dễ bị cháyxém

b Gia nhiệt theo nguyên lý tầng sôi (phương án2)

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

Hình 2.2 Gia nhiệt theo nguyên lý dòng khí nóng.

Ưu điểm:

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

- 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 hànhvàtính toánnhiệt.

- Hiệu suất sử dụng nguồn nhiệtthấp

- Trang thiết bị phứctạp

c Gia nhiệt gián tiếp (phương án3)

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

đảođềutrongkhaycùngvớilựchútmạnhcủa quạtchungquanhlớplướicủa khaylàm

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

Ưu điểm của phương pháp này:

- Chất lượng cao, đảmbảo

- Có thể sản xuất trên quymôlớn

- Kiểm soát được nhiệt độ trong quá trìnhrang

Nhược điểm:

- Chi phí ban đầu khácao

- Cần chuyển giao công nghệvìthế yêu cầu cao với người vậnhành

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

nhiệtramôitrường.Mặtđáycủaốngtrụcóhệthốnglỗnhỏvàđượcbốtrímộtquạthút tại đây để lấy

đi một phầnnhiệt

Hình 2.6 Thùng làm nguội

LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾMÁY

3.1 Số liệu tính toán thiếtkế

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 cầnthiết

Côngsuấtcầnthiếtđốivớimáy rangdùngcánh đảolàmviệc liêntụcgồmcôngsuấtđốivớicánhnằmngangN1vàcôngsuấtvớicánhhướngtâmN2.Côngsuấtchungđược tính bởicôngthức

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

Khicánhnằmngangchuyểnđộngtrongsảnphẩmthìđốivớinóphảikhắcphụctrọng lựcvàlựcmasát trong sản phẩm Đại lượnghợplực của các lựccản

E được xác định theo công thức:

chiềusâu nhúng chìm lớn nhất của cánh đó

→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 v1là không đổi với tất cả các

cánhvàbằng:v1= ω.R = (π.n/30)R = ( π.30/30).0,295 =0,927m/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

Eht- Là thành phần hướng tâm hợp lực các lực cản của sản phẩm tác dụng lên

cánhhướng tâm nhúng chìm trong sản phẩm N (kg)

E0-Thànhphầnchiềutrụchợplựccáclựccảncủasảnphẩmtácdụnglêncánhhướngtâm nhúng chìmtrong sản phẩm,N

vht- Tốc độ hướng tâm những điểm đặt hợp lực các lực cản của sản phẩm tác

dụnglên cánh thẳng đứng nhúng chìm trong sản phẩm, m/s

v0- Tốc độ chiều trục của điểm ấy, m/s

Z2- Số cánh thẳng đứng đồng thời nhúng chìm trong sản phẩm: Z2= 3 cánh

+𝐸

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 lựcgây nên vừa do trọng lực và ma sát trong sản phẩm, vừa do ma sát của sản phẩm vớicánh

Thành phần hướng tâm và chiều trục của những lực cản Ehtvà E0ấy có thể xác địnhtheo sơ đồ hình vẽ miêu tả đồ tính toán xác định trở lực tác dụng lên cánh hướng tâm

̅

′

̅

𝑚̅𝑠 ℎ𝑡

̅

′+𝐸

̅

𝑚̅𝑠

(3.8)(3.9)

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm

Sơ đồ tính toán xác định tốc độ chuyển động của sản phẩm dưới tác dụng của lựchướng tâm

Như ta thấy trên hình vẽ:Trêncánh hướng tâm tác dụng những lực cản ấy tăngtheo định luật đường thẳng, phụ thuộc độ nhúng chìm của các đoạn cánh vào trong sảnphẩm Vì dạng biểu đồ của lực rất nhỏ tác dụng lên sản phẩm là hình tam giác cho nênđiểm đặt hợp lực ấy ở trên khoảng cách 1/3a kể từ đầu mút cánh, nếu ta gọi a là chiềudài nhúng chìm phần cánh vào trong sản phẩm Đại lượng a này là một biến số phụthuộc vào mức nhúng chìm của cánh hướng tâm vào sản phẩm, có nghĩa phụ thuộcvàogóc quay của cánhθ

Tốc độ hướng tâm vhttrùng với hướng lực Eht Đại lượng tốc độ vht được xácđịnhbằng ω.r.Trong đó bán kính r là khoảng cách từ đường trục quay đến trọng tâmcủa cánhnhúngchìmtrongsảnphẩm.Đạilượngrbiếnđổiphụthuọcvàođạilượnga,nghĩa làr=f(a).Trênhình ta thấyrằng:

b - Khoảng cách từ đường trục quay đến múc sản phẩm, m; b = 0,145 m

ω - Tốc độ góc quay của cành, rad/s ω =3, 14

→ N2= 0,085 kw

→ N = N1+ N2= 0,7 + 0,085 = 0,785 kw