Nghiên cứu thiết kế bộ phận tách quả xanh của máy xát vỏ cà phê năng suất 5TH
MỤC LỤC
Thành phần hoá học quả cà phê 1. Thành phần hóa học của quả cà phê
Năng suất thu hỏi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ủầu vụ, giữa vụ, cuối vụ, cà phờ tơ, cà phờ già,… mức ủộ ủiờu luyện của người hỏi, phương tiện trang bị cho việc thu hoạch,… sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất hái. Ngày nay, cà phê là mặt hàng buôn bán lớn thứ hai của thế giới phỏt triển sau dầu mỏ, ủược trồng ở trờn 80 nước trờn thế giới với tổng diện tích trên 10 triệu ha, năng suất bình quân trên 800 kg nhõn/ha và thu hỳt hơn 20 triệu lao ủộng.
Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà phê ở Việt Nam
Có trên 50 nước xuất khẩu cà phê, tổng giá trị hàng hoá xuất khẩu hàng năm ủạt trờn 10 tỷ ủụ la, hầu hết cà phờ trao ủổi trờn thị trường thế giới hiện nay là cà phê nhân sống chiếm 95% lượng cà phê xuất khẩu. 10 Từ chỗ sản lượng cà phờ nhỏ bộ, trong nhiều năm gần ủõy Việt Nam ủó vươn lờn là một trong số ớt những nước xuất khẩu cà phờ nhiều nhất thế giới, ủúng gúp 25-27% vào kim ngạch xuất khẩu nụng sản của cả nước.
Kỹ thuật sản xuất cà phê nhân
Mỏy gồm cú một trục hỡnh trụ rỗng, trờn bề mặt cú những ủường gõn nổi chia làm ba ủoạn rừ rệt và cú những nhiệm vụ khỏc nhau (hỡnh 1.6). Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Máy xát tươi kiểu Raoeng. ðoạn ủầu của xilanh phớa trước phễu cú một ủường gõn xoắn như vớt vụ tận làm nhiệm vụ ủưa quả cà phờ vào vị trớ búc vỏ. ðoạn giữa của xilanh là những ủường gõn nối hỡnh bỡnh hành cú chiều nghiờng cựng chiều với chiều của ủường gõn xoắn ở ủoạn ủầu, làm nhiệm vụ chủ yếu xộ rỏch lớp vỏ ngoài ủồng thời chà xỏt làm tỏch tới lớp thịt, nhớt và ủẩy cà phờ thúc ủi qua khu vực cuối. ðoạn cuối của xilanh phớa cửa ra cà phờ thúc gồm nhiều ủường gõn nối dài, hơi nghiờng và cựng chiều với ủường gõn xoắn làm nhiệm vụ tiếp tục ủỏnh nhớt và gạt cà phờ thúc ủó sạch ra ngoài. Phớa ngoài trục cú bọc một lớp vỏ mỏy cú ủục lỗ gọi là lưới sàng, lưới sàng hình lòng máng. Ngoài ra máy còn có hệ thống dẫn nước có áp lực. Nước từ bể xiphông ủưa cà phờ quả vào mỏy, ống nước bờn trờn xilanh tưới xuống mỏy cung cấp nước rửa nhớt. Dũng nước ủi trong ruột xilanh ra cú ỏp lực lớn 4-6at, cột nước phun ra ngoài qua cỏc lỗ nhỏ trờn vỏ xilanh gõy ỏp lực ủẩy vỏ cà phờ qua mắt lưới ra ngoài. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... 20 Mỏy xỏt này cũn gọi là mỏy xỏt liờn hoàn vỡ nú thực hiện ủồng thời ba ủộng tỏc: búc vỏ quả, ủỏnh nhớt và rửa cà phờ thúc. Cỏc yếu tố ảnh hưởng trực tiếp và chủ yếu ủến hiệu suất xỏt vẫn là tốc ủộ, khe hở làm việc. Riờng ủối với mỏy Raoeng, yếu tố khụng kộm phần quan trọng là lượng nước và ỏp suất nước. Hai yếu tố này nếu ủầy ủủ thỡ quỏ trỡnh ủỏnh nhớt và rửa cà phê mới hoàn hảo. Vận tốc trục của máy Raoeng thường cũng lớn hơn vận tốc trục của máy xỏt ủĩa từ 40-50%. Lương dựng cho mỏy Raoeng bao giờ cũng lớn hơn lượng nước dùng cho hai loại máy kia 5-6 lần. Mục ủớch và yờu cầu. a) Mục ủớch: Cà phờ sau khi xỏt tươi bằng mỏy Gosdon và mỏy ủĩa, lớp nhớt vẫn còn bám xung quanh vỏ thóc. ðặc tính của lớp nhớt này là không tan trong nước, thành phần chủ yếu của lớp nhớt là pectin chiếm khoảng 5-6%. theo trọng lượng nguyên liệu tươi, nó dính chặt vào vỏ trấu làm trở ngại cho việc phơi sấy khô và bảo quản cà phê. Mặt khác trong lớp nhớt còn chứa một lượng ủường khỏ lớn là mụi trường phỏt triển thuận lợi cho cỏc loại nấm, vi khuẩn,…ủặc biệt là cỏc loại nấm mốc và vi sinh vật cú hại gõy trạng thỏi lờn men. Tuy nhiên cũng có một số nhà nghiên cứu cho rằng ngâm ủ làm cho men hoạt ủộng tăng chất thơm cho cà phờ sau quỏ trỡnh biến hoỏ về hoỏ học, tăng thêm hương vị của cà phê. Ngược lại có một số nhà nghiên cứu cho rằng ngõm ủ khụng cú ảnh hưởng gỡ ủến hương vị và phẩm chất của cà phờ. Hiện nay vấn ủề này vẫn tiếp tục tranh luận. b) Yờu cầu: Sau khi tỏch lớp nhớt cà phờ cần giữ ủược nguyờn hạt và chất lượng của hạt khụng bị biến ủổi xấu. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Các phương pháp tách vỏ nhớt. Có nhiều phương pháp tách vỏ nhớt. Hiện nay có 4 phương pháp: phương pháp sinh hoá, phương pháp hóa học, phương pháp cơ học và phương pháp cơ hoá học. a) Phương pháp sinh hoá. Khoảng cách về thời gian thu hoạch và xát tươi: nên xát tươi: nên xát tươi sớm sau khi thu hoạch (tối ủa 36 giờ) ủể trỏnh sự lờn men ủầu tiờn cú thể xảy ra ngay trong quá trình còn là quả nguyên. b) Phương pháp hoá học. Người ta cũng cú thể dựng cỏc loại hoỏ chất khỏc nhau ủể làm tan chất nhờn quanh hạt cà phờ. Cú thể dựng Na2CO3 hoặc dựng NH3 hay NaOH ủể tách lớp nhớt. Phương pháp này người ta ít dùng vì có thể làm ảnh hưởng xấu ủến chất lượng và bề mặt cảm quan của hạt cà phờ. c) Phương pháp cơ học. Phương pháp này dựa trên cơ sở ma sát giữa thiết bị và nguyên liệu kết hợp với phun áp lực nước vào khối hạt. Người ta có thể dùng các loại máy vừa xay vừa xỏt vừa ủỏnh tan nhớt, hoặc dựng mỏy ủỏnh nhớt riờng sau khi xay xát lớp vỏ quả bên ngoài. Hiện nay trong nước ta dùng máy xát tươi liên hoàn Roaeng là phổ biến hơn cả, vừa thuận tiện là ủỏnh sạch nhớt luụn trong quỏ trỡnh xay xỏt vừa rỳt ngắn ủược thời gian chế biến và cũn cú thể kộo dài ủược khoảng thời gian thu hoạch và chế biến khụng gõy tổn hại gỡ mấy. d) Phương pháp cơ hoá học. ðây là phương pháp ghép giữa cơ sở thiết bị và thêm hoá chất trong quá trỡnh xay xỏt. Phương phỏp này chưa ủược ỏp dụng rộng rói vỡ cũng ủang trong thời kỳ nghiờn cứu chưa cú kết luận rừ ràng. đánh và rửa lớp vỏ nhớt a) Mục ủớch:. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... 25 đánh và rửa nhớt nhằm mục ựắch loại bỏ những phẩm vật tạo thành trong quá trình lên men và những mảnh vỏ thịt còn sót lại, dính vào vỏ thóc. Khâu ủỏnh và rửa nhớt ủúng một vai trũ quan trọng vỡ những phẩm vật kể trờn cũn bỏm vào cà phờ thúc thỡ khụng những ảnh hưởng ủến màu sắc, mựi vị của cà phờ thành phẩm mà cũn kộo dài thời gian sấy nữa. Việc ủỏnh và rửa nhớt cú thể dựng cơ khớ hay thủ cụng, nhưng dự là phương phỏp nào cũng phải ủạt yờu cầu là sạch nhớt và khụng làm ảnh hưởng ủến hỡnh thức bờn ngoài cũng như chất lượng của hạt. b) Những yếu tố ảnh hưởng ủến quỏ trỡnh ủỏnh và rửa nhớt. - Quỏ trỡnh lờn men: lờn men tốt hay xấu ủều ảnh hưởng ủến quỏ trỡnh ủỏnh và rửa nhớt. Lờn men tốt, nhớt ủược phõn huỷ hoàn toàn thỡ quỏ trỡnh ủỏnh và rửa nhớt sẽ dễ dàng và nhanh chúng, hoặc ngược lại. - Quá trình khuấy: nếu dùng phương pháp cơ giới thì yêu cầu chính là tốc ủộ khuấy. Cần ủiều chỉnh tốc ủộ vừa phải tuỳ theo kết quả lờn men. Nếu tốc ủộ quỏ nhỏ thỡ làm cho lớp nhớt khụng tỏch ủược hoàn toàn; nếu tốc ủộ lớn quỏ thỡ sự va ủập giữa mỏy và nguyờn liệu sẽ lớn gõy lờn dập nát hoặc làm bong vỏ trấu ra khỏi nhân cà phê, hoặc vỏ trấu bị xé rách làm cho nhõn mất lớp bảo vệ ủặc biệt là khi phơi nhõn tiếp xỳc trực tiếp với nắng làm biến ủổi màu. - Tỷ lệ nước: nếu tỉ lệ nước/nguyờn liệu thỡ sẽ kộo dài thời gian ủỏnh và rửa nhớt. Nếu tỉ nước/nguyên liệu nhỏ sẽ làm tăng công suất của thiết bị. c) Thiết bị rửa cà phê thóc ướt:. - Rửa bằng thủ cụng: bể rửa cũng chớnh là bể ủó ngõm ủ và lờn men, cho thờm nước và bể theo tỉ lệ trờn, dựng trang bằng gỗ ủể ủảo mạnh khối cà phờ, thay nước luụn rửa cho cà phờ ủến khi thật sạch. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... 26 - Rửa bằng máng lộ thiên: nguyên tắc là cà phê thóc chảy xuôi theo máng, người thao tỏc ủi ngược dũng chảy dựng cỏc dụng cụ trang, cào bằng gỗ ủể ủỏnh và rửa. Nước rửa cần thay luụn. Rửa bằng mỏng cú thể kết phõn loại theo trọng lượng riêng luôn. Năng suất mỏy khoảng 2-3 tấn/h tuỳ theo cấu tạo của mỏy. Thụng thường mỏy ủứng hoạt ủộng giỏn ủoạn cũn mỏy nằm ngang thỡ vừa cú thể giỏn ủoạn, cũng cú thể dựng liờn tục ủược. Làm ráo cà phê thóc. Mục ủớch làm rỏo nước. Sau khi ủó rửa hết nhớt lượng nước cũn trong hạt và lượng nước bỏm ngoài vỏ chiếm khoảng 52-60%. Thực nghiệm cho thấy rằng phần nước bám xung quanh vào khoảng 8-10%. Nếu ủể nguyờn lượng nước này mang cà phờ ủi sấy thỡ cú ảnh hưởng khụng tốt ủến màu sắc của nhõn, vỡ khi nhiệt ủộ cao, lượng nước này sẽ gần sụi làm cho nhõn gần như bị luộc dẫn ủến nhõn cà phờ sẽ cú màu xanh thẫm, tốn nhiều thời gian sấy và tốn thờm nhiờn liệu. Nếu ủể nguyờn lượng nước này mang phơi thỡ kộo dài thời gian phơi và men mốc sẽ cú ủủ thời gian phỏt triển ngay trờn sân. Vì vậy trước khi phơi sấy cần làm giảm lượng nước bề mặt của nó. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Các phương pháp làm ráo nước. ðể làm ráo nước, hiện nay người ta thường dùng 3 phương pháp: phương pháp ly tâm, phương pháp dùng tháp gió và phương pháp thủ công. a) Phương pháp ly tâm. Dựa trên tính chất lực ly tâm lớn làm cho nước bắn ra xung quanh. Có thể dựng ly tõm giỏn ủoạn và ly tõm liờn tục. Mỏy hoạt ủộng theo nguyờn tắc quay nhanh tạo thành lực ly tõm văng nước ra ngoài lưới, cà phờ ủược giữ lại trong lưới, khi cà phờ ủó rúc hết nước người ta dừng mỏy lại và tháo cà phê ra ngoài. Sơ ủồ nguyờn lý cấu tạo của mỏy ly tõm giỏn ủoạn. Ưu ủiểm của mỏy này là làm việc liờn tục, năng suất cao, cà phờ ủược rúc nước triệt ủể nhưng cú nhược ủiểm là cà phờ dễ bị vỡ và trúc vỏ trấu. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Sơ ủồ nguyờn lý cấu tạo mỏy ly tõm liờn tục b) Phương pháp dùng tháp gió. đó là một thùng cao, ựáy và thành ựều có lỗ. Thùng có thể cho quạt gió thổi vào ngược chiều với cà phê rơi. Kết quả là làm giảm lượng nước khoảng 5%. Phương pháp này ít dùng và coi như là nơi dự trữ chứa cà phê cho vào lò sấy cho thuận tiện. c) Phương pháp thủ công. Người ta rải cà phê thóc ướt lên những sàn lưới, dùng quạt gió thổi không khí từ dưới lên trên với vận tốc 10-15m/s và thổi từ 6-9 giờ cà phê có thể róc nước khoảng 90% số nước bám quanh hạt. Cũng cú thể làm rỏo nước ngay trờn sõn phơi bằng cỏch ủể rúc nước tự nhiên hoặc bốc hơi từ từ. d) Làm ráo nước bằng cách sấy sơ bộ:. Hiện nay trên thế giới ở một số nước sản xuất nhiều cà phê với quy mô hiện ủại người ta thường sấy sơ bộ bằng khụng khớ núng, nhiệt ủộ khụng khớ nóng vào khoảng 500C bên trên có quạt hút không khí ẩm. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Phơi sấy cà phê thóc. Mục ủớch phơi sấy. Mục ủớch của quỏ trỡnh phơi cũng như quỏ trỡnh sấy là hạ thuỷ phần của hạt cà phờ xuống 10-12% ủể bảo quản và thực hiện cỏc quỏ trỡnh tiếp theo. Phơi và sấy cú ảnh hưởng rất lớn ủến màu sắc phẩm chất của cà phờ nờn ủũi hỏi phải ủảm bảo ủỳng kỹ thuật. Mức ủộ phơi sấy phải cõn ủối với mụi trường xung quanh nhất là nơi bảo quản vỡ tất cả mọi trường hợp hỳt ẩm sẽ dẫn ủến sự biến ủổi trạng thỏi của nhõn cà phờ thường thỡ phơi sấy, bảo quản tốt nhất là ủộ ẩm của hạt ủạt ủến ủộ ẩm cõn bằng. Thụng thường là phơi sấy sơ bộ trước rồi mới ủem sấy khụ chớnh thức sau. Quỏ trỡnh phơi sấy sơ bộ là ủể loại bỏ bớt một phần nước bề mặt ủồng thời vỏ cà phờ cũn sút lại cũng ủược kộo ủi dễ dàng. Cà phờ ủó phơi sấy sơ bộ khi ủưa vào sấy chớnh thức ủược rỳt ngắn thời gian và chất lượng ủảm bảo hơn. Phơi cà phê. Phơi cà phê là một hình thức làm khô rẻ tiền nhất so với các loại sấy khác và chất lượng cũng ủảm bảo nếu phơi ủỳng kỹ thuật và thời tiết thụõn lợi. Phơi cà phờ là một khõu quan trọng ủúng vai trũ quyết ủịnh phần lớn về phẩm chất cà phê nhân. Nếu phơi không tốt thì nhân cà phê sẽ bị mất màu tự nhiờn và trở thành những màu xấu của nhõn bị lỗi như: màu ủen, nõu, bạc,.. khi phơi phải theo dừi luụn, những ngày ủầu cà phờ cũn ướt cho phộp phơi mỏng ủể quỏ trỡnh bốc hơi nước nhanh. Những ngày sau khi vỏ cà phờ ủó se và hơi khụ thỡ phải phơi dày ủể trỏnh nứt vỏ trấu. Trong quỏ trỡnh phơi cần ủảo trở luụn ủể tăng cường sự bốc hơi nước của nguyờn liệu và ủể cho cà phờ khụ ủều. Nắng càng to phải phơi càng dày và ủảo trở luụn. Sõn phơi yờu cầu phải cú ủộ dốc nhất ủịnh thường là ủộ dốc 1-2% và phải có hệ thống cống rãnh thoát nước thật tốt và cần xây nơi cao ráo thoáng. Trên sõn phơi phải cú hệ thống che ủậy trỏnh mưa, sương. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... 30 b) Cỏc yếu tố ảnh hưởng ủến quỏ trỡnh phơi. - Nhiệt ủộ khụng khớ. - ðộ ẩm của không khí. - Vận tốc của không khí. - Chiều dày lớp nguyờn liệu và số lần ủảo trở trờn sõn. Sấy cà phê. a)Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy. Thời gian sấy dài hay ngắn phụ thuộc vào những yếu tố sau:. - Nhiệt ủộ khụng khớ núng và vận tốc khụng khớ núng. - ðộ ẩm không khí bên ngoài. - ðộ ẩm ban ủầu của nguyờn liệu. b) Các phương pháp sấy.
Mục ủớch và nhiệm vụ nghiờn cứu 1: Mục ủớch nghiờn cứu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Mỏy sấy thỏp ủứng. Mục ủớch và nhiệm vụ nghiờn cứu. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ðối tượng nghiên cứu. Trong quỏ trỡnh thu hỏi cà phờ thường lẫn rất nhiều quả xanh, do ủú khi ủưa vào xỏt sẽ làm cho cà phờ thúc bị trúc vỏ trấu và dập nỏt rất nhiều, ảnh hưởng ủến chất lượng sản phẩm. ðể nâng cao chất lượng cà phê và giảm tổn thất sau thu hoạch, việc thiết kế chế tạo thiết bị phõn loại quả xanh là rất cần thiết ủể phõn loại ra những quả xanh trước khi ủưa vào xỏt. Vỡ vậy chỳng tụi lựa chọn thiết bị phõn loại quả xanh làm ủối tượng nghiờn cứu. Theo ủiều tra của Trung tõm ðo lường khảo nghiệm và giỏm ủịnh mỏy nụng nghiệp thỡ trờn thế hiện nay, cỏc mỏy phõn loại quả xanh ủược thiết kế dựa trên nguyên lý nén ép. Hỡnh 2.1: Sơ ủồ nguyờn lý bộ phận tỏch quả xanh của mỏy xỏt cà phờ chố. Cung lưới máng 04. Lắp ghép gân trống. Lắp ghép bích và trục 06. Bản lắp nắp trống 08. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... Vũng bi 10.Bỏnh ủai trống ủập. Mỏng hấng quả xanh 13. Bạc cỏch bỏnh ủai 15. Mỏng dưới ủầu trống 18. ðai truyền ủộng chớnh 20. ðai truyền ủộng trục vớt. a) Nguyên lý cấu tạo. - Gõn ộp, gõn phõn phối: là cỏc thanh, cú cỏc rónh ở giữa dựng ủể ộp nộn (phõn loại) cú tỏc dụng ủể tỏch quả xanh và quả chớn. - ðộng cơ: Cung cấp năng lượng cho máy làm việc. - Thõn mỏy là khung ủược làm bằng cỏc thanh thộp, trờn thõn mỏy cú cỏc vị trớ ủể lắp tất cả cỏc bộ phận của mỏy như sàng, mụ tơ, gõn.. - Cửa ra quả xanh: ðây là bộ phận có tác dụng thu quả xanh loại sau khi phõn phối. Cửa ra quả xanh ủược ủặt ở cuối thiết bị phần dưới thiết bị và. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... 37 gá lắp trực tiếp vào thân máy. Hình dạng của chi tiết này có dạng máng dốc thoải ủể thuận tiện cho việc thoỏt quả xanh ra. - Cửa ra hỗn hợp cả nhân và vỏ: ðây là bộ phận có tác dụng thu sản phẩm sau khi tỏch hết quả xanh. Cửa ra hỗn hợp cả nhõn và vỏ ủược ủặt ở cuối thiết bị phần dưới thiết bị và gá lắp trực tiếp vào thân máy. Hình dạng của chi tiết này cú dạng mỏng dốc thoải ủể thuận tiện cho việc thoỏt nhân và thoát vỏ. b) Nguyờn lý hoạt ủộng.
Phương pháp nghiên cứu
Từ khối lượng mẫu ban ủầu bao gồm quả xanh, chớn chưa ủược tỏch và quả ủó ủược tỏch ta tiến hành lấy khối lượng mẫu phõn tớch M khoảng 100- 200 theo phương pháp chia chéo. Nội dung của phương pháp phân tích phương sai: Phương sai yếu tố ( S2yt) là tổng bình phương sai lệch ở từng thí nghiệm giữa giá trị trung bình của Yj và giá trị trung bình tổng Y.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Kết quả kiểm tra ủộ tin cậy về mức ủộ ảnh hưởng của khe hở giữa rulo với mỏng sàng tỏch tới cỏc thụng số ra, cỏc tiờu chuẩn Fisher tớnh toỏn ủều lớn hơn giỏ trị Fisher tra bảng, ủược thể hiện ở bảng phớa trờn tớnh thuần nhất và thớch ứng. Kết quả kiểm tra ủộ tin cậy về mức ủộ ảnh hưởng của lượng nước cung cấp vào buồng tỏch ủến cỏc thụng số ra cho thấy, cỏc giỏ trị Fisher tiờu chuẩn theo tớnh toỏn ở bảng ủều lớn hơn giỏ trị Fisher tra theo bảng.
