Nghiên cứu một số thông số chính về chế tạo và chế độ làm việc của máy xấc vổ cà phê quả tươi trục ngan hai cấp XV 1500

Luận văn

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------i Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I Phùng chí cờng Nghiên cứu một số thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của máy xát vỏ cà phê quả tơi trục ngang hai cấp XV-1500 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị Cơ giới hóa Nông Lâm nghiệp M số: 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Trần Nh Khuyên Hà nội 2006 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------i Lời cảm ơn Sau thời gian thực hiện, đến nay đề tài Nghiên cứu một số thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của máy xát vỏ cà phê quả tơi trục ngang hai cấp đ hoàn thành. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Nh Khuyên Trởng bộ môn Máy nông nghiệp Khoa Cơ điện Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Đức Việt Viện phó Viện Cơ điện Nông nghiệp Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn. Tôi xin chân thành cảm ơn lnh đạo và tập thể TT Giám định máy NN - Viện Cơ điện Nông nghiệp. Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy NN - Khoa Cơ điện Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, cùng gia đình bạn bè và đồng nghiệp đ tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Tuy vậy, với thời gian và kinh nghiệm có hạn nên trong quá trình tìm tòi và nghiên cứu đề tài không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tôi xin chân thành đón nhận những ý kiến đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để bổ xung vào đề tài làm cho đề tài đợc hoàn thiện hơn. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2006 Học viên Phùng Chí Cờng Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------ii Mục lục Đặt vấn đề .1 Chơng I: Tổng quan máy xát vỏ quả cà phê nhân .3 1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của quả cà phê .3 1.2 Các phơng pháp chế biến cà phê nhân .6 1.2.1 Phơng pháp chế biến khô6 1.2.2 Phơng pháp chế biến ớt.6 1.3 Quy trình chế biến cà phê nhân theo phơng pháp ớt. 7 1.3.1. Sơ đồ công nghệ quy trình chế biến cà phê nhân.7 1.3.2. Sơ bộ về quá trình sản xuất cà phê nhân 8 1.4. Sơ bộ về quá trình sản xuất cà phê nhân theo phơng pháp ớt.9 1.5. Một số công đoạn chính trong quy trình chế biến cà phê theo phơng pháp ớt.10 1.5.1. Thu hái nguyên liệu.10 1.5.2. Phơng pháp chế biến cà phê thóc khô10 1.6. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy xát vỏ cà phê ở trong nớc và trên thế giới 13 1.6.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy xát vỏ cà phê trên thế giới13 1.6.2.Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy xát vỏ cà phê ở Việt Nam.14 1.7. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài .21 1.7.1. Mục đích nghiên cứu 21 1.7.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 21 Chơng II: Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu 22 2.1. Đối tợng nghiên cứu .22 2.2. Phơng pháp nghiên cứu 25 2.2.1. Phơng pháp nghiên cứu đơn yếu tố .25 2.2.2. Phơng pháp nghiên cứu đa yếu tố .26 2.2.3. Phơng pháp nghiên cu tối u tổng quát 32 2.3. Phơng pháp thực nghiệm đo đạc và xác định các thông số nghiên cứu 34 2.3.1. Phơng pháp xác định năng suất máy34 2.3.2. Phơng pháp xác định mức tiêu thụ điện năng riêng.34 2.4. Phơng pháp xử lý và gia công số liệu .35 2.4.1. Phơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm.35 2.4.2. Phơng pháp gia công số liệu thực nghiệm36 Chơng III: Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế 38 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------iii 3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình xát vỏ quả .38 3.1.1 Vận tốc quay của rulô xát .38 3.1.2. Lực xát vỏ 39 3.1.3. Phơng trình cơ bản của trống xát .41 3.2. Xác định các thông số cơ bản của máy xát vỏ cà phê 45 3.2.1 Các thông số cấu tạo bộ phận xát .45 3.2.2. Công suất động cơ47 chơng IV: kết quả nghiên cứu thực nghiệm .49 4.1. Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm .49 4.1.1. Vật liệu thí nghiệm49 4.1.2. Dụng cụ thí nghiệm49 4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 50 4.2.1. ảnh hởng của tốc độ quay trống xát x 1 (v/p)50 4.2.2. ảnh hởng của khe hở giữa rulô và máng xát x 2 (mm).53 4.2.3. ảnh hởng của lu lợng nớc cung cấp vào buồng xát x 3 (l/h) 55 4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 57 4.4. Kết quả nghiên cứu tối u tổng quát61 Kết luận và đề nghị 63 Kết luận 63 Đề nghị. .64 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------1 Đặt vấn đề Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị trên thế giới. L một trong những sản phẩm nông sản xuất khẩu quan trọng của Việt Nam, không những là nguồn thu ngoại tệ mà còn là lĩnh vực thu hút hàng triệu lao động ở các vùng nông thôn miền núi. Trong hơn một thập kỷ trở lại đây, cây cà phê Việt Nam đ có những bớc phát triển nhanh chóng cả về diện tích, năng suất và sản lợng. Đến nay cả nớc có khoảng 500.000 ha cà phê với tổng sản lợng đạt trên 800 vạn tấn, năng suất bình quân đạt 1,4 đến 1,5 tấn nhân trên ha, cao hơn bình quân trên thế giới. Hiện nay cà phê Việt Nam xuất khẩu đứng thứ hai thế giới và có mặt tại trên 60 nớc ở khắp các châu lục. Tuy vậy, ngành sản xuất cà phê của nớc ta còn nhiều vấn đề lớn cần đợc quan tâm giải quyết. Chất lợng cà phê xuất khẩu cha cao, cha đáp ứng đợc yêu cầu của ngời tiêu dùng và sức cạnh tranh trên trờng quốc tế cha cao. Có nhiều nguyên nhân làm giảm chất lợng và giá bán cà phê Việt Nam, trong đó nguyên nhân quan trọng là khâu chế biến cha tốt đ làm giảm đáng kể giá trị tự nhiên vốn có của cà phê [1]. Cà phê ở nớc ta đợc chế biến chủ yếu theo hai công nghệ: Chế biến ớt với cà phê chè và một lợng nhỏ cà phê vối, chế biến khô với cà phê vối. Hiện nay, công nghệ chế biến cà phê theo phơng pháp ớt đợc sử dụng rộng ri vì nó có u điểm là nâng cao chất lợng cà phê nhân. Trong những năm qua, ngành cơ khí Việt Nam đ tham gia tích cực vào việc nghiên cứu chế tạo các dây chuyền thiết bị chế biến cà phê với giá thành hạ bớc đầu đ khẳng định đợc vai trò trong của mình trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, do cha có một nghiên cứu cụ thể chuyên sâu mà mới chỉ dừng ở mức chép mẫu và cải tiến các mẫu máy của nớc ngoài nên các thiết bị chế tạo trong nớc còn nhiều bất cập về nhiều khía cạnh nh: Năng suất, chất lợng làm việc, mẫu m, tính đồng bộ,những yếu tố trên làm ảnh hởng tiêu cực đến chất lợng cũng nh giá thành của cà phê Việt Nam. Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------2 Trong dây chuyền chế biến cà phê theo phơng pháp ớt, máy xát đóng vai trò rất quan trọng, yếu tố chủ yếu quyết định đến chất lợng cà phê nhân, vì quá trình xát sẽ tách vỏ quả ra làm cho các quá trình đánh nhớt và sấy sau này rút ngắn đi rất nhiều. Năm 2002, Bộ NN & PTNT xét duyệt đa đề tài nghiên cứu chế tạo dây chuyền thiết bị chế biến cà phê chè theo phơng pháp ớt vào kế hoạch nghiên cứu thuộc chơng trình chế biến nông lâm sản của Bộ. Trên cơ sở điều tra khảo nghiệm và giám định các dây chuyền chế biến cà phê theo phơng pháp ớt, từ đó lựa chọn ra những thiết bị phù hợp với cà quả phê Việt Nam nhằm đáp ứng đợc yêu cầu về chất lợng, vệ sinh môi trờng, kinh tế, ., đồng thời có những khuyến cáo cần thiết cho các cơ sở chế tạo cũng nh cơ sở chế biến. Xuất phát từ tình hình thực tế trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu một số thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của máy xát vỏ cà phê quả tơi trục ngang hai cấp XV-1500 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------3 Chơng I Tổng quan máy xát vỏ quả cà phê 1.1 . Đặc điểm cấu tạo và tính chất của quả cà phê Trong số 100 loài thuộc chi coffea chỉ có một số ít loài nh cà phê chè (coffea arabica), cà phê vối (coffea canephara) và cà phê mít (coffea liicrica) là thực sự có tầm quan trọng trong kinh tế đợc trồng với mục đích thơng mại. Trong đó cà phê chè đợc trồng nhiều nhất chiếm tới 70% tổng diện tích cà phê thế giới, và trên 75% sản lợng cà phê xuất khẩu hàng năm[5], [6]. Cà phê chè (coffea arabica): Quả có dạng hình trứng có hai nhân, vỏ thịt dày, mọng nớc và có nhiều đờng, cuống quả ngắn và dễ gy. Hạt có màu xanh xám, xanh lục hoặc xanh xanh . tuỳ theo từng giống và phơng pháp chế biến. Kích thớc hình dáng và trọng lợng nhân thay đổi tuỳ theo giống, điều kiện tự nhiên và chế độ canh tác. Các giống cà phê chè đợc trồng phổ biến hiện nay là: Typica, Bourbon, Caturra, Catuai, Catimor. Trọng lợng 100 hạt của các giống cà phê chè đang đợc trồng dao động trong khoảng từ 14-18g. Hàm lợng caffein trong nhân từ 1,8-2%. Cà phê vối (coffea canephara pierre): Quả hình trứng tròn, khi chín có màu đỏ thẫm, vỏ quả cứng và dai hơn cà phê chè. Hạt dạng bầu tròn, ngắn và nhỏ hơn so với cà phê chè, có màu xám, xanh đục hoặc ngà vàng tuỳ vào phơng pháp chế biến và bảo quản. Các giống cà phê vối đợc trồng phổ biến là: Robursa, konilou. Trọng lợng trung bình 100 hạt 13-16g. Hàm lợng caffein trong hạt 2,5-3%. Cà phê mít (coffea licrica bull): Quả to hình trứng, hơn dẹt, lúc chín có màu đỏ thẫm, thịt quả giòn ít ngọt, hạt to màu xanh ngả vàng. Trọng lợng 100 hạt từ 15-20g, hàm lợng caffein 1,02-1,15% [7]. Nhìn chung quả cà phê gồm có 5 phần chính: 4 lớp vỏ chính là vỏ quả, vỏ thịt (vỏ nhớt), vỏ trấu và lớp vỏ lụa, trong cùng là nhân. Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------4 Hình 1.1. Cấu tạo quả cà phê Đặc điểm: Xét từ ngoài vào trong: - Cuống quả: Làm nhiệm vụ nâng đỡ quả và dẫn chất dinh dỡng từ thân cây để nuôi quả. - Vỏ quả đợc bao bọc bên ngoài, khi chín có màu đỏ hoặc màu vàng, vỏ cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít. Vỏ chiếm 41-45% khối lợng quả. - Vỏ thịt (Vỏ nhớt): Nằm phía trong lớp vỏ quả, chủ yếu là chất ngọt, nhiều nớc rễ xát. Chiếm 20-30% khối lợng quả, chủ yếu là pectin. - Bên trong vỏ thịt là lớp vỏ trấu: Nó bao bọc chặt lấy thân. Là lớp vỏ cứng có nhiều chất xơ gây nên nhiều khó khăn trong quá trình bóc vỏ, vỏ trấu chiếm 6 - 8% khối lợng quả. - Lớp vỏ lụa là lớp nằm sát nhân, đó cũng là lớp vỏ cuối cùng, tuỳ từng loại mà có màu sắc và tình chất khác nhau. Tất cả 4 loại vỏ trên trong quá trình chế biến còn xót lại thì đều ảnh hởng đến chất lợng của cà phê thành phẩm. - Trong cùng là nhân cà phê là phần quan trọng trong chế biến nên tỷ lệ thu hồi làm sao phải cao nhất. Nhân đợc chia làm hai phần: Phần ngoài có lớp tế bào của nhân cứng, có những tế bào nhỏ nhng chứa nhiều dầu, phía trong có những tế bào lớn và mền hơn. Một quả cà phê thờng có 1, 2 hoặc 3 nhân, nhng thờng chỉ có 2 nhân[14]. 2 4 3 6 5 1 1-Vỏ quả 4- Vỏ lụa 2- Vỏ thịt 5- Nhân 3-Vỏ trấu 6- Cuống quả Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------5 Trong quá trình chế biến nhân cà phê phải nguyên vẹn không bị tróc vỡ, nhân phải đồng đều thì cà phê mới có chất lợng cao. Bảng 1.1. Thành phần cấu tạo của cà phê Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối (%) - Vỏ quả 43 - 45 41 - 42 - Lớp nhớt 20 - 23 21 - 22 - Vở trấu 6 - 7,5 6 - 8 - Nhân và vỏ lụa 26 - 30 26 - 29 Bảng 1.2. Thành phần hóa học của nhân Thành phần hoá học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g Nớc 8 - 12 Chất béo 4 - 18 Đạm 1,8 - 2,5 Prôtêin 9 - 16 Caphein 0,8 - 2 Axit clorogenic 2 - 8 Tanin 2 Axit caphetanic 8 - 9 Pantosan 5 Axit caphêic 1 Xenlulo 10 - 12 . Trong đó: Ca 85 - 100 P 130 - 150 Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Thc s k thut ----------- --------------------------------6 Fe 3 - 10 Na 4 Mn 1 - 4,5 Rb, Cu, F - 1.2 . Các phơng pháp chế biến cà phê nhân 1.2.1 Phơng pháp chế biến khô áp dụng chủ yếu đối với cà phê vối và cà phê mít. Quả cà phê sau khi thu hái và phơi sấy, tiến hành xát để bóc vỏ quả và vỏ trấu cùng một lúc, sản phẩm thu đợc là cà phê nhân. Phơng pháp chế biến này đơn giản, tốn ít thiết bị và nhân công, không tốn nớc, thích hợp cho những nơi có khí hậu khô nóng, tận dụng nắng để phơi quả. Tuy nhiên, phơng pháp chế biến khô có rất nhiều nhợc điểm, yêu cầu diện tích sân phơi lớn, kéo dài thời gian chế biến, chất lợng cà phê không cao vì xát cả quả cà phê xanh và cà phê chín, phụ thuộc điều kiện thời tiết nên rễ gây h hỏng nhân[1],[4]. 1.2.2 Phơng pháp chế biến ớt áp dụng cho cả cà phê chè và cà phê vối. Cà phê quả chín sau khi thu hoạch đợc làm sạch và phân loại (bằng bể xiphông, máy sàng rửa phân loại,) sau đó đợc đa vào xát tơi để loại bỏ lớp vỏ quả, vỏ thịt trớc khi đem phơi sấy thu đợc cà phê thóc. Đợc cà phê thóc, đem xát bỏ lớp vỏ thóc ta đựơc cà phê nhân. Phơng pháp này cần nhiều thiết bị, tốn nhiều nớc, giá thành chế biến cao và phải quan tâm tới việc xử lý vỏ quả, nớc thải. Tuy nhiên, phơng pháp chế biến ớt cho chất lợng cà phê cao hơn nhiều so với phơng pháp chế biến khô nên xu hớng hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang đợc áp dụng rộng ri nhằm nâng cao chất lợng cà phê đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngời tiêu dùng trên toàn cầu[2],[3],[4]. . nghiệp I Phùng chí cờng Nghiên cứu một số thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của máy xát vỏ cà phê quả tơi trục ngang hai cấp XV- 1500 Luận văn thạc. thực hiện đề tài: Nghiên cứu một số thông số chính về cấu tạo và chế độ làm việc của máy xát vỏ cà phê quả tơi trục ngang hai cấp XV- 1500 Trng i hc Nụng