Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân

- 1 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN I:........................................................................................................................... 2 LỜI MỞ ĐẦU. ................................................................................................................ 2 PHẦN II: ......................................................................................................................... 4 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT............................................................................... 7 PHẦN III:...................................................................... Error! Bookmark not defined. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU............................. Error! Bookmark not defined. PHẦN IV:......................................................................................................................15 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ. .......................................15 A. Chọn phương pháp chế biến.....................................................................................15 B. Qui trình công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp khô..........................16 C. Qui trình công nghệ sản xuất cà phê rang xay .........................................................24 PHẦN V:.......................................................................................................................29 TÍNH CÂN BẰNG NGUYÊN LIỆU ...........................................................................29 5.1.Tình hình sản xuất của nhà máy..............................................................................29 5.2. Cân bằng vật chất cho sản xuất cà phê nhân..........................................................29 5.3. Tính cân bằng vật chất cho sản xuất cà phê rang...................................................36 PHẦN VI:......................................................................................................................39 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG. ..........................................................................39 6.1. Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sản xuất cà phê nhân.....................................39 6.2. Cân bằng nhiệt lượng cho cà phê rang xay ............................................................44 PHẦN VII: ....................................................................................................................49 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ.........................................................................................49 A. Tính và chọn thiết bị cho dây chuyền cà phê nhân. .................................................49 B. Tính chọn thiết bị dây chuyền sản xuất cà phê rang ................................................66 PHẦN VIII: ...................................................................................................................74 TÍNH TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG...................................................................74 I. Tính tổ chức ...............................................................................................................74 II. Tính xây dựng...........................................................................................................78 PHẦN IX:......................................................................................................................87 TÍNH HƠI - NƯỚC - ĐIỆN. ........................................................................................87 A. Tính hơi ....................................................................................................................87 B. Tính nước..................................................................................................................88 C. Tính điện...................................................................................................................91 PHẦN X:.......................................................................................................................99 TÍNH KINH TẾ. ...........................................................................................................99 A. Tính cho xây dựng....................................................................................................99 B. Tính cho trang thiết bị nhà máy..............................................................................101 PHẦN XI:....................................................................................................................106 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP. ........................................106 PHẦN XII:. .................................................................................................................109 KẾT LUẬN.................................................................................................................109 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................110 - 2 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN I: LỜI NÓI ĐẦU Cà phê là một đặc sản của các nước vùng nhiệt đới, là sản phẩm được buôn bán nhiều trên thế giới, đối với nước ta cà phê cũng chiếm một phần quan trọng trong các mặt hàng xuất khẩu có giá trị. Hơn nữa, do mặt hàng cà phê đã, đang và sẽ tăng cường phát triển nhiều là một đặc sản quý giá của vùng nhiệt đới. Việc tiêu thụ cà phê trên thế giới cũng ngày càng tăng, nhất là ở Châu Âu, tập quán uống cà phê đã gắn liền với phong tục xã hội và mức sinh hoạt vật chất. Mặt hàng cà phê trong những năm qua đã mang lại lợi ích to lớn đóng góp một tầm quan trọng trong sự nghiệp xây dựng đất nước. Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này, nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê như các cao nguyên: Gia Lai, Kon Tum, Daklak, Di Linh…. Do tập quán uống cà phê có từ lâu đời nên đối với nhiều người cà phê trở thành thức uống thường nhật, điều này có lẽ do hương vị đặc biệt của cà phê và tác dụng chủ yếu của nó. Cà phê là một loại thức uống kích thích thần kinh, gây hoạt động minh mẫn cho trí óc và thông qua sự kích động hệ thần kinh, tăng cường sự hoạt động của các bộ máy khác trong cơ thể như trợ tim, xúc tiến sự tuần hoàn của máu, nâng cao sinh lực chống mệt mỏi cho cơ thể người. Trong cà phê hoạt chất chủ yếu là cafein, hàm lượng của nó trong cà phê từ 1-3%, cafein là một chất độc vì vậy uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, uống quá nhiều làm thần kinh quá kích thích bị gây rối loạn sau đó có thể dẫn tới suy nhược. Tuy nhiên, cà phê vẫn là thức uống hấp dẫn đối với nhiều người và nhiều lứa tuổi trên thế giới bởi lẽ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt khiến người ta thích thú một cách khó tả. Với những phương tiện và điều kiện trang thiết bị hiện nay người ta có thể tách được nhiều chất thơm có trong cà phê rang. Vì thế, cà phê là đồ uống ưa chuộng và được đánh giá cao. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nước trồng cà phê, trong đó 4 nước có diện tích trồng cà phê lớn nhất là Brazil có khoảng 3 triệu ha sản lượng đạt 1056000 tấn, - 3 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B chiếm khoảng 25% sản lượng cà phê trên thế giới (trên thế giới 5244000 tấn), Colombia hiện có trên 1 triệu ha, sản lượng hàng năm khoảng 750000 tấn, Inđônêxia và Mêxicô có diện tích trên dưới 1 triệu ha. Ở Việt Nam trong những năm gần đây đã tăng nhanh diện tích canh tác và sản lượng thu hoạch cà phê. Diện tích năm 1989-1990 đạt 123000 ha và sản lượng đạt 90000 tấn. Đến năm 1998 đạt 350000 ha và sản lượng đạt 400000 tấn. Mặc dù giá cả cà phê trên thị trường gần đây đã có nhiều biến động nhưng thu nhập cao và nhanh chóng nên đã thu hút nhiều cơ quan tư nhân và hộ nông dân đầu tư vào ngành sản xuất cà phê. Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong nước và xuất khẩu, vùng Tây Nguyên rộng lớn đất đai khí hậu thích hợp cho việc phát triển cà phê. Trong những năm gần nhất nước ta sẽ có hàng vạn tấn cà phê xuất khẩu hàng năm vì đó là một mặt hàng mà cả thế giới đều ưa thích. Cùng với việc phát triển trồng cà phê thì kỹ thuật chế biến đòi hỏi ngày càng cao. Khâu chế biến có ảnh hưởng lớn đến phẩm chất cà phê và tác động mạnh đến sản xuất cà phê. Hiện nay, chúng ta có nhiều cơ sở chế biến cà phê nhân sống xuất khẩu và chế biến cà phê bột, cà phê hòa tan, song qui mô còn nhỏ chưa tập trung. Nhưng với kế hoạch phát triển cà phê trong những năm tới, công tác chế biến nhất định sẽ đạt được những đỉnh cao của kỹ thuật chế biến hiện đại trên thế giới. Nhưng thực tế nước ta có rất ít nhà máy chế biến cà phê đạt chất lượng cao mà chủ yếu là các phân xưởng sản xuất nhỏ của tư nhân với thiết bị lạc hậu, thô sơ, năng suất thấp, chất lượng không cao. Mặt hàng xuất khẩu là cà phê nhân của chúng ta còn kém chất lượng, bị ép giá làm giảm một phần thu nhập. Hơn nữa, do cà phê nhân kém chất lượng nên các sản phẩm của những quá trình chế biến tiếp theo từ cà phê nhân của chúng ta chất lượng cũng không cao. Cho nên yêu cầu cần thiết là phải xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê có tính quy mô lớn là cần thiết. - 4 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN II: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT. 2.1.Tính khả thi. Đất nước ta đang trên đường công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển vượt bậc của nhiều ngành kinh tế, đời sống tinh thần và vật chất của người Việt Nam và thế giới nói chung ngày càng nâng cao và nhu cầu thưởng thức các sản phẩm được chế biến từ cà phê tăng lên. Bên cạnh đó, sản và diện tích trồng cà phê không ngừng tăng lên, thị trường xuất khẩu rộng lớn. Vì vậy, cần phải “Thiết kế xây dựng một nhà máy chế biến cà phê nhân có phân xưởng phụ sản xuất cà phê rang xay”nhằm để đáp ứng nhu cầu trong và ngoài nước. 2.2. Địa điểm. Việc chọn địa điểm để xây dựng phân xưởng đóng vai trò quan trọng. Vị trí của nhà máy phải đảm bảo cho nhà máy hoạt động tốt trong thời gian sản xuất cũng như đáp ứng các yêu cầu công nghệ trang thiết bị của phương pháp mà ta lựa chọn để chế biến. Nhà máy được xây dựng thoả các điều kiện: gần nguồn nguyên liệu, gần sông hồ để tận dụng nguồn nước, gần mạng lưới điện quốc gia, các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió thích hợp… Daklak là một Tỉnh có diện tích trồng cà phê lớn nhất nước ta lại có vị trí địa lí tương đối thuận lợi cho việc xây dựng một nhà máy vì phía Đông giáp Khánh Hòa phía Bắc giáp với Gia Lai, phía Nam giáp với Lâm Đồng, nên rất thuận lợi cho giao thông đi lại với các Tỉnh lân cận do đó rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. Căn cứ vào những điều kiện trên, tôi quyết định đặt nhà máy ”sản xuất cà phê nhân có phân xưởng phụ sản xuất cà phê rang xay” tại Tỉnh Daklak. Nhà máy nằm sát quốc lộ 14 cách Thành Phố Ban Mê Thuột và quốc lộ 13 khoảng 10 km về phía Đông. nhiệt độ và độ ẩm trung bình hằng năm 23,30C và 82%. Hướng gió chính là hướng Đông Bắc. 2.3. Nguồn nguyên liệu. - 5 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Daklak là một Tỉnh có nhiều huyện trồng cà phê như: MaD’rak, Krôngbông, Krông Nô, CưJut, Dakmin, ChưM’nga, Ea Sup, Krông Eana, KrôngPach….Đó là những huyện có thể cung cấp nguồn cà phê cho nhà máy. Ngoài ra, ta có thể vận chuyển nguồn nguyên liệu cà phê từ các Tỉnh khác như: Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum… Do vậy, việc chọn địa điểm đặt nhà tại Tỉnh Đaklak sẽ làm giảm được chi phí vận chuyển, đảm bảo chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. 2.4. Đường giao thông. Nhà máy ở địa điểm này rất thuận tiện cho việc giao thông. + Đường bộ: Nhà máy nằm sát quốc lộ 14, gần quốc lộ 13, 19 cho nên thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu và phân phối sản phẩm. + Đường thủy: Nhà máy cách cảng Nha Trang khoảng 150 Km cho nên có thể sử dụng cảng này để phân phối sản phẩm trong và ngoài nước. + Đường sắt: Nhà máy có thể dùng ô tô vận chuyển sản phẩm về ga Nha Trang, ở đó có thể đóng Container để đưa sản phẩm đi khắp mọi nơi. 2.5. Năng suất. Nhu cầu cà phê của người dân ngày càng tăng để đáp ứng lượng cà phê tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê có năng suất cao đảm bảo chất lượng đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương. Hơn nữa, Mỹ -Việt Nam ký hiệp định thương mại mở ra con đường mua bán và trao đổi hàng hóa và đồng thời cũng là một thị trường lớn mà ta cần khai thác để trao đổi các mặt hàng trong đó cà phê chiếm ưu thế. Do đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp khô với năng suất 60 tấn cà phê quả/ca và phân xưởng sản xuất phụ: cà phê rang xay năng suất 1600 kg sản phẩm/ca là một yêu cầu cần thiết phải xây dựng. 2.6. Nguồn cung cấp năng lượng. + Điện: Nhà máy sử dụng nguồn điện trên mạng lưới quốc gia đường dây 500 KV đã được hạ thế xuống 220/380 V. Để đảm bảo sự hoạt động của nhà máy được liên tục, nhà máy đã chuẩn bị một máy phát điện dự phòng. - 6 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Nước: Nguồn nước của nhà máy được bơm từ giếng khoan sau đó được qua hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất. + Nhiên liệu: Nhiên liệu dùng cho nhà máy bao gồm: Dầu FO dùng để đốt lò rang cà phê và xăng dùng cho xe ô tô của nhà máy. 2.7. Nguồn nhân lực. Trong quá trình sản xuất, nguồn nhân lực có ý nghĩa rất quan trọng bao gồm: lực lượng công nhân, cán bộ kỹ thuật và kỹ sư. Đội ngũ lãnh đạo và cán bộ kĩ thuật có thể tiếp nhận từ các trường Đại học hoặc Trung học chuyên nghiệp tại Miền Trung và Tây Nguyên. Công nhân có thể tuyển chọn trực tiếp từ lực lượng lao động trong Tỉnh. 2.8. Thị trường tiêu thụ. Mặc dù nhà máy chế biến cà phê nằm ở Tây Nguyên không thuận lợi như các vùng khác nhưng do nằm gần nhiều tuyến đường quốc lộ nên việc phân phối sản phẩm tương đối thuận lợi. Hơn nữa, chất lượng các sản phẩm cà phê ở Tây Nguyên cao nên được thị trường trong và ngoài nước ưa thích. 2.9. Hợp tác hóa, liên hợp hóa. Việc hợp tác hóa giữa các nhà máy sản xuất cà phê tại Daklak với các nhà máy ở các Tỉnh khác sẽ thuận lợi cho việc đầu tư trang thiết bị, máy móc, phát triển nâng cấp, cải tiến kỹ thuật của nhà máy đồng thời qua sự hợp tác này sẽ tạo điều kiện cho việc sử dụng chung những công trình giao thông vận tải, cung cấp điện, nước… Ngoài ra, liên hợp hóa còn có tác dụng nâng cao hiệu quả kinh tế, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm. 2.10. Xử lý chất thải. Nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu để thải trực tiếp ra môi trường do vậy cần được xử lý, nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý nước trước khi thải ra ngoài môi trường. Các chất thải rắn nên xử lý bằng cách đào hố để chôn tránh gây ô nhiễm cho người dân, còn chất thải ở dạng vỏ trấu thì sử dụng làm nhiên liệu. - 7 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN III: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Đặc tính thực vật của cà phê. Các loại cà phê đều thuộc giống coffea, gồm gần 70 loại khác nhau, chỉ có 10 loại đáng chú ý về giá trị trồng trọt. Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng các loại sau: +Giống Arabica. +Giống Robusta. +Giống Chari. Các giống này đều có thời gian thu hoạch khác nhau nên có thể bổ sung thời vụ cho việc trồng và thu hoạch các giống chính. 3.1. Cà phê Arabica: thường gọi là cà phê chè. Đây là loại trồng nhiều nhất trên thế giới. Nguồn gốc của giống này là ở cao nguyên Etiôpia vùng nhiệt đới Đông Châu Phi. Đặc tính: Cây cà phê Arabica cao từ 3-5 m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể cao đến 7 m, độc thân hoặc nhiều thân, lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, quả thường hình trứng có khi hình cầu, khi quả chín có màu đỏ tươi, một số giống khi chín có - 8 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B màu vàng đường kính quả 10-15 mm. Số lượng quả 800-1200 quả/kg, thời gian nuôi quả từ 6-7 tháng. Trong điều kiện thời tiết khí hậu ở miền Bắc, cà phê Arabica chín rộ vào tháng 12 và tháng 1. Ở Tây Nguyên cà phê chín sớm hơn 2-3 tháng so với miền Bắc, khi quả chín nếu bị mưa dễ nứt và rụng. Trong 1 quả có 2 nhân, một số ít quả có 3 nhân. Nhân có vỏ lụa màu bạc bám cứng vào nhân. Ngoài vỏ lụa là vỏ trấu cứng, ngoài cùng là vỏ thịt. Từ 5-7 kg quả sẽ thu được 1kg nhân cà phê sống. Màu hạt xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, tùy theo cách chế biến. Lượng cafein có trong nhân khoảng 1-3% tùy theo giống. Năng suất 400-500 kg/1hecta. Tỷ lệ thành phẩm/nguyên liệu khoảng 14-20%. 3.2. Cà phê Robusta: thường gọi là cà phê vối. Nguồn gốc khu vực sông Cônggô miền núi vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi. Đặc tính: Robusta cao từ 5-7 m quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏ thẩm. Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Arabica. Từ 5-6 kg quả sẽ thu được 1kg cà phê nhân. Quả chín từ tháng 2 đến tháng 4 ở miền Bắc, ở Tây nguyên chín sớm hơn từ - 9 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B tháng 12 đến tháng 2. Đặc biệt loại cà phê Robusta không ra hoa kết quả tại các mắt cũ của cành. Nhân hình hơi tròn, to ngang vỏ lụa màu ánh nâu bạc. Màu sắc của nhân xám xanh, xanh bạc vàng mỡ gà ….tùy thuộc chủng và phương pháp chế biến lượng cafein có khoảng 1,5- 3%. Năng suất lớn hơn cà phê Arabica, 500-600 kg/1ha. Tuy loại cà phê này hương thơm ít nhưng khả năng kháng sâu bệnh loại này rất tốt. 3.3. Cà phê Chari: thường gọi là cà phê mít. Nguồn gốc ở xứ Ubangui Chari thuộc biển hồ gần sa mạc Xahara, loại này được đưa vào Việt Nam 1905. Đặc tính: Chari cây lớn cao 6- 15 m lá hình trứng hoặc lưỡi mác, gân lá nổi nhiều ở mặt dưới, quả hình trứng nuốm hơi lồi và to. Quả chín cùng 1 lúc với đợt hoa mới, cho nên trên cùng một đốt cành có thể có đồng thời quả chín, quả xanh, nụ hoa, hoa nở và nụ quả, đó là điều bất lợi trong thu hoạch. Quả thường chín vào tháng 5 đến tháng 7. Hoa của cả 3 loại cà phê trên đều nở cả chùm, màu trắng và hưong thơm ngát. Năng suất: thường 500-600 kg/1ha. Tốt 1200-1400 kg/1ha. Tỷ lệ thành phẩm/nguyên liệu: 10-15%. Đây là một loại cà phê chịu được hạn, ít kén đất, ít chịu sâu bệnh. 3.4. Thành phần hóa học của cà phê. 3.4.1. Cấu tạo thành phần của cà phê. Quả cà phê gồm có những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân. 5 1.Vỏ quả 4 2.Lớp thịt vỏ thịt. 3 3.Vỏ trấu. 2 4.Vỏ lụa. 1 5.Nhân. - 10 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít. Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, vỏ thịt cà phê chè mềm chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn. Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc. Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít. Sát nhân cà phê còn một vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ lụa cà phê vối màu nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê. Trong cùng là nhân cà phê, lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường thì chỉ 2 nhân. Bảng 1: Tỷ lệ các thành phần của quả. Thành phần Arabica (%) Robusta (%) - Vỏ quả - Vỏ nhớt - Vỏ trấu - Nhân và vỏ lụa 43 - 45 20 - 23 6 - 7,5 26 -30 41- 42 21- 22 6 - 8 26 - 29 3.4.2.Thành phần hóa học của các phần cấu tạo quả cà phê. 3.4.2.1.Thành phần hóa học của vỏ quả. Vỏ quả có màu đỏ khi chín, là chất antoxian trong đó có vết của ancaloit, tanin, cafein và các loại enzim. Trong vỏ quả có khoảng 21,5-30% chất khô. - 11 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Bảng 3.2: Thành phần hóa học của vỏ quả ( tính theo % trong 1 g): Thành phần hóa học Cà phê Arabica (%). Cà phê Robusta (%). - Protein 9,2 - 11,2 9,17 - Chất béo 1,73 2,00 - Xenlulo 13,16 27,65 - Tro 3,22 3,33 - Hợp chất không có Nitơ 66,16 57,15 - Chất đường - - - Tanin - 14,42 - Pectin - 4,07 - Cafein 0,58 0,25 3.4.2.2.Thành phần hóa học của lớp nhớt. Phía dưới lớp vỏ quả là lớp nhớt, nó gồm những tế bào mềm, không có cafein, tanin, có nhiều đường và pectin. Bảng 3.3: Thành phần hóa học của vỏ nhớt: Thành phần hóa học Cà phê Arabica (%). Cà phê Robusta (%). - Pectin 33,0 38,7 - Đường khử 30,0 46,8 - Đường không khử 20,0 - - Xenlulo và tro 17,0 - Độ pH của lớp nhớt tùy theo độ chín của quả thường từ: 5,6-5,7 đôi lúc lên tới 6,4 Trong lớp nhớt đặc biệt có men pectinaza phân giải pectin trong quá trình lên men. 3.4.2.3. Thành phần hóa học của vỏ trấu. Gồm có xenlulo là chủ yếu, trong vỏ trấu có một ít cafein, khoảng 0,4% do từ nhân khuếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô. 3.4.2.4. Thành phần hóa học của nhân. - 12 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Bảng 3.4. Thành phần hóa học của nhân cà phê. Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g - Nước 8-12 - Chất dầu 4-18 - Đạm 1,8-2,5 - Protein 9-16 - Cafein 1(Arabica), 2 (Robusta) - Clorogenic axit 2 - Trigonelline 1 - Tanin 2 - Cafetanic axit 8-9 - Cafeic axit 1 - Pentozan 5 - Tinh bột 5-23 - Dextrin 0,85 - Saccaro 5-10 -Xenlulo 10-20 -Hemixenlulo 20 - Lignin 4 - Tro 2,5-4,5 - Canxi 85-100 - Photphat 130-165 -Sắt 3-10 - Natri 4 - Mangan 1-45 - Rb,Cu, F Vết - 13 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Cấu tạo của cà phê nhân chịu ảnh hưởng bởi chủng cà phê, độ chín của quả, điều kiện canh tác, điều kiện chế biến và bảo quản nhưng thực tế chưa có nghiên cứu nào thiết lập mối quan hệ đó với thành phần hóa học của nhân cà phê. Cà phê nhân ở dạng thương phẩm gồm có: nước, chất khoáng, lipit, protit, gluxit. Ngoài ra, còn có nhũng chất mà ta thường gặp trong thực vật là những axit hữu cơ chủ yếu là axit clorogenic và các chất ancaloit. Trên thế giới cũng như trong nước ta đã có nhiều nghiên cứu và phân tích thành phần hóa học của nhân cà phê. Ngoài ra, trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể Vitamin, các chất bay hơi và cấu tử của mùi thơm. Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm đặc biệt của cà phê. Trong cà phê chủ yếu là Vitamin nhóm B như: B1, B2, B6…và các loại axit hữu cơ là tiền các loại Vitamin. Một số các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê. + Ảnh hưởng của loại đất trồng cà phê: Đất trồng cà phê có ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê. Nếu cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khỏe, sản lượng cao, phẩm chất cà phê tốt còn có một hương vị đậm đà, mùi vị thơm ngon hơn các loại cà phê trồng trên các loại đất khác. + Ảnh hưởng của chế độ chăm sóc kỹ thuật: - 14 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Chế độ chăm sóc kỹ thuật trong thời gian trồng cà phê rất quan trọng, người trồng cà phê quyết định chất lượng cà phê. Các biện pháp chăm sóc kỹ thuật gồm có: - Tủ gốc cây cà phê. - Đánh nhánh tạo hình cây. - Phân bón đúng kỳ và đúng số lượng cần thiết. - Số lượng và cây bóng mát cần thiết cho từng loại cà phê. - Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê. Chăm sóc cây tốt sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến sản lượng cà phê. + Ảnh hưởng của độ cao: Độ cao vùng đất trồng cũng ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê. Cà phê trồng ở trên cao thì có hương vị đặc biệt và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở vị trí thấp. - 15 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN IV: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ A- Chọn phương pháp chế biến cà phê. Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân có hai phương pháp chính: + Phương pháp chế biến ướt. + Phương pháp chế biến khô. - Phương pháp chế biến ướt: Phương pháp này gồm hai công đoạn chính: Công đoạn xát tươi và phơi sấy: Loại bỏ lớp vỏ quả và lớp vỏ nhớt, phơi sấy đến độ ẩm nhất định. Công đoạn xát và đánh bóng: loại bỏ lớp vỏ trấu và lớp vỏ lụa để tạo thành cà phê nhân bán thành phẩm. - Phương pháp chế biến khô: Quá trình chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc vào thời tiết để tránh phụ thuộc người ta sử dụng máy sấy. Phương pháp này thường áp dụng cho những vùng có khí hậu nhiều nắng, mưa ít. Công đoạn chính của phương pháp là sau khi phơi hoặc sấy cà phê đến độ ẩm nhất định ta dùng máy xát khô để loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không thông qua công đoạn chế biến thành cà phê thóc. Sở dĩ ta chọn phương pháp chế biến khô vì đây là một phương pháp chế biến đơn giản dễ làm, ít tốn năng lượng, vệ sinh không thải nhiều chất thải ảnh hưởng đến cu ộc sống của người dân. Đây là một phương pháp mang tính thủ công nhưng nó rất phù hợp với địa điểm đặt nhà máy là một nơi nắng nhiều mưa ít và đồng thời cũng tận dụng được nguồn nhân lực đem lại nguồn thu khá ổn định cho người dân ở vùng đó. - 16 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B B- Dây chuyền công nghệ sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô. 4.1. Dây chuyền công nghệ: Sàng phân loại Nguyên liệu (cà phê quả) Thu nhận và bảo quản nguyên liệu Phơi sấy Cà phê quả khô Tách tạp chất Xay xát khô (bỏ vỏ trấu) Đánh bóng (bỏ vỏ lụa) Phân loại theo kích thước P- loại theo trọng lượng P-loại theo màu sắc Phối trộn, cân, đóng bao Nhập kho Bảo quản Vỏ trấu, tấm và hạt nhẹ Tấm và hạt nhẹ Cà phê thóc hoặc quả khô Cà phê tấm Phân loại Chế biến riêng Vỏ trấu Hạt >6,3mm Hạt >5,6mm Hạt >5mm P- loại theo trọng lượng P- loại theo trọng lượng P-loại theo màu sắc P-loại theo màu sắc - 17 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 4.2.Thuyết minh dây chuyền công nghệ. 4.2.1. Nguyên liệu. Nguyên liệu là các loại cà phê quả đã được thu hoạch, loại cà phê chính được trồng ở nước ta là Robusta chiếm khoảng 97%, ở Daklak trồng gồm 2 loại đó là Arabica và Robusta. 4.2.2.Thu nhận và bảo quản nguyên liệu. - Thu nhận nguyên liệu: Cà phê được thu hái bằng phương pháp thủ công, chủ yếu là thu hái bằng tay. Năng suất thu hái phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đầu vụ, giữa vụ, cuối vụ, cà phê non, cà phê già…mức độ điêu luyện của người hái, phương tiện trang bị cho việc thu hoạch …sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất hái. Để đảm bảo phẩm chất tốt, đồng thời tránh lãng phí vì rơi rụng, hư hỏng việc thu hái cần đạt các yêu cầu sau: + Đảm bảo đúng độ chín đồng đều của trái. - 18 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Không làm rụng lá, nụ hoa đang hình thành để không ảnh hưởng đến mùa thu hoạch năm sau. + Cần hái từng trái chín, không hái từng chùm hay suốt lẫn trái còn xanh vì trái xanh cho nhân cho nhân nhỏ, màu đen khi phơi khô và vị đắng. + Không thu hái những quả còn xanh vì lúc đó chất dự trữ tập trung chưa đầy đủ, khó chế biến do vỏ lụa dính sát vào nhân. Chú ý chỉ hái những quả chín để nâng cao chất lượng sản phẩm. + Cần phân chia khu vực thu hái phù hợp với mùa chín cà phê. + Không được làm tổn thương đến cây, quả cà phê trong khi hái. + Giữ vệ sinh trong quá trình thu hái không được lẫn các tạp chất như: đất, cát, cành, lá…vào trong nguyên liệu. - Vận chuyển và bảo quản nguyên liệu. Sau khi thu hái xong cần nên vận chuyển ngay về nơi chế biến không nên ủ đống quá lâu làm cho cà phê bốc nóng và rất dễ lên men làm cho vị chua. Ta có thể vận chuyển bằng mọi phương tiện như xe bò, xe ô tô…Trong khi vận chuyển tránh làm cho quả cà phê bị dập nát, tránh bị lẫn tạp chất, phần nào bị lẫn nên mang đi chế biến trước. Nguyên liệu sau thu hái nên chế biến càng nhanh càng tốt, nếu chưa chế biến thì không được chất thành đống mà phải được bảo quản ở nơi thoáng mát, có mái che và trải thành lớp dày khoảng 30-40 cm trên nền sạch, khô, 2-3 giờ ta tiến hành đảo trộn một lần. Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt thường kéo dài không quá 36 giờ. Mục đích của quá trình bảo quản này nhằm điều phối nguyên liệu trong quá trình sản xuất. Tránh hiện tượng lãng phí nhân lực, thiết bị đồng thời cũng đảm bảo được màu sắc và hương vị của thành phẩm. 4.2.3. Phơi sấy. - Mục đích phơi sấy: Mục đích của quá trình này là hạ thủy phần của cà phê xuống 10-12% để bảo quản tốt và thực hiện các quá trình tiếp theo. - 19 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Phơi cà phê: Nếu điều kiện thời tiết cho phép thì phơi cà phê vẫn là kỹ thuật được ưa chuộng hơn vì nó đơn giản và ít tốn kém. Hơn nữa, tia cực tím của ánh nắng mặt trời có thể tẩy trắng chất diệp lục trong hạt và làm giảm mùi ngái và mùi cỏ trong cà phê. Cần giám sát quá trình phơi nắng cẩn thận vì địa điểm phơi và thời tiết có ảnh hưởng lớn đến quá trình này. Sân phơi nên được làm bằng xi măng sạch sẽ không bị rạn nứt và bị cách xa khu vực chứa vỏ thải hoặc các chất thải từ các khâu chế biến để tránh bị nhiễm khuẩn. Cần tránh phơi cà phê trên nền đất vì cà phê dễ bị nhiễm khuẩn có trong đất. Cà phê có rủi ro bị ướt lại cao khi phơi ngoài trời và là một trong những nguyên nhân phát triển nấm mốc. Để tránh làm cà phê ướt lại cần phản ứng kịp thời và phải che phủ cà phê không cho tiếp xúc với nước mưa. Ngay khi trời khô ráo trở lại cần nhanh chóng dỡ bỏ bạt phủ cho thoáng khí và tiếp tục phơi. Nếu cà phê bị che quá - 20 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B lâu thì hạt sẽ bắt đầu “ra mồ hôi” và sẽ nhanh chóng nhiễm nấm và các lỗi thử nếm sẽ phát sinh. Ban đêm, khi nhiệt độ xung quanh xuống thấp làm hơi nước ngưng tụ cần tủ bạt lên cà phê để tránh bị ướt lại. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phơi: - Nhiệt độ không khí. - Độ ẩm không khí. - Vận tốc không khí. - Loại sân phơi. - Chiều dày lớp nguyên liệu và số lần cào đảo trên sân. + Sấy cà phê bằng máy : Quản lý có hiệu quả nhiệt độ và độ ẩm là vấn đề mấu chốt khi sấy cà phê. Sấy cà phê bằng nhiệt độ quá lớn hoặc quá thấp sẽ không cho kết quả tốt. Nhiệt độ sấy lý tưởng là từ 45-550C. Chỉ cần tăng lên 10C thì sẽ làm giảm độ ẩm tương ứng của không khí xuống khoảng 5%. Điều này cho thấy cần thận trọng như thế nào trong khâu khống chế nhiệt độ. Thời gian sấy dài hay ngắn phụ thuộc một số các yếu tố sau: - Nhiệt độ không khí nóng và vận tốc không khí nóng. - Độ ẩm không khí bên ngoài. - Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu. Thông thường phơi sấy sơ bộ cà phê quả tươi trước rồi mới được đem sấy khô chính thức. 4.2.4. Tách tạp chất. Cà phê quả khô sau khi phơi sấy thường có lẫn kim loại, các tạp chất nhẹ như cành, lá, rơm rác và các vỏ vụn cà phê… cho nên trước khi đưa vào máy xát khô, nguyên liệu phải được làm sạch, tùy theo độ đồng đều của nguyên liệu mà công đoạn tách các tạp chất này là dễ dàng hay khó khăn, đơn giản hay phức tạp. Đặc biệt chú ý đến các tạp chất khó làm sạch để loại chúng ra, đồng thời phải áp dụng phương pháp có hiệu quả nhất và kinh tế nhất. Đối với phương pháp khô người ta thường dùng sàng rung để tách các tạp chất. - 21 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 4.2.5. Xay xát khô. Cà phê sau khi phơi sấy xong bên ngoài có lớp vỏ trấu chiếm 25-35% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là xenlulo không góp phần tạo nên chất lượng của sản phẩm nên phải loại ra. Cà phê thóc sau khi xát khô ta được hỗn hợp gồm: cà phê thóc, trấu, cà phê nhân, hạt vụn nát. Tùy theo tính chất và công dụng mà cách giải quyết của mỗi thành phẩm trong hỗn hợp sau khi xát khô không giống nhau. - Cà phê thóc đưa trở lại máy xát để tách vỏ lần nữa. - Cà phê nhân là sản phẩm chủ yếu để đưa đi đánh bóng. - Trấu chứa nhiều xenlulo và chất khoáng có thể dùng làm nhiên liệu. - Cà phê vụn nát có thành phần tương tự như cà phê nhân nên có thể dùng làm sản xuất cà phê bột, cà phê hòa tan, cà phê sữa… +Yêu cầu của quá trình xát khô: - Nhân nguyên vẹn. - Tỷ lệ nát phải ở mức tối thiểu. - Tỷ lệ cà phê còn vỏ sót lại phải thấp. - Mức độ quạt sạch vỏ trấu phải cao. 4.2.6. Đánh bóng. Sau khi tách vỏ trấu, cà phê hạt còn có lẫn một lớp vỏ lụa mỏng màu ánh bạc, chủ yếu là xenlulo, vỏ lụa cần được tách đi bằng cách đánh bóng. Quá trình đánh bóng còn gọi là quá trình bóc vỏ lụa. Do lớp vỏ lụa không góp phần vào việc làm nên chất lượng của sản phẩm nên ta tiến hành loại bỏ nó, đồng thời việc bóc vỏ lụa làm tăng giá trị cảm quan của hạt làm cho hạt trở nên bóng trơn và hạn chế được sự phát triển của vi sinh vật. Yêu cầu sau khi đánh bóng: - Nhiệt độ cà phê không quá 550C. - Tỷ lệ hạt nứt vỡ <1%. - Tỷ lệ vỏ lụa trong cà phê nhân: 10% đối với Arabica, 20% đối với Robusta. Trong đó người ta quy định 1/2 hạt bị bóc vỏ lụa coi như là hạt sạch. - 22 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 4.2.7. Phân loại theo kích thước. Cà phê sau khi ra khỏi máy đánh bóng thường gọi là “cà phê xô” bao gồm tất cả các loại tốt, xấu, nặng, nhẹ, vỏ trấu….cho nên người ta tiến hành phân cà phê xô thành các cỡ khác nhau theo kích thước. Nguyên tắc: là dựa vào sự khác nhau về kích thước của các cấu tử có trong hỗn hợp. Kích thước lỗ sàng tùy theo loại cà phê và yêu cầu phân loại mà chọn loại có kích thước cho phù hợp. Phân loại theo kích thước qua sàng người ta thu được 3 loại hạt cà phê có kích thước khác nhau: Hạt >6,3mm chiếm 70%, hạt >5,6mm chiếm 20%, hạt >5mm chiếm 10%. Ngoài ra, người ta còn phân ra được một ít cà phê tấm với số lượng không đáng kể. Người ta sử dụng 2 loại sàng chính để phân loại đó là sàng tròn và sàng lắc. 4.2.8. Phân loại theo khối lượng riêng. + Mục đích: sau khi phân loại theo kích thước ta được khối hạt đồng đều theo kích thước nhưng khối hạt không đồng nhất về khối lượng vì còn có những hạt lép, hạt bị sâu bệnh… + Nguyên tắc: dựa vào sự khác nhau về trọng lượng riêng của hạt ta sử dụng sức gió để phân loại chúng ra, những hạt có trọng lượng riêng nhỏ sẽ bay lên. + Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân loại bằng sức gió: - Trọng lượng riêng của hạt cà phê có ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất phân loại bằng sức gió. Nếu cùng một sản phẩm mà có trọng lượng riêng khác nhau thì hạt có trọng lượng nhỏ sẽ bay lên trước. - Trọng lượng riêng của hạt phụ thuộc vào độ ẩm của nó, thường thì tỷ trọng của hạt cà phê trung bình là từ 1,1-1,3. - Hình dáng và kích thước của hạt cà phê của hạt có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác phân loại theo trọng lượng. Vì vậy, trước khi đưa sản phẩm vào phân loại bằng sức gió thì yêu cầu cần thiết phải phân loại bằng kích thước trước. 4.2.9. Phân loại theo màu sắc. - 23 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Mục đích: Phân loại theo kích thước và trọng lượng chỉ loại bỏ được tạp chất, tăng độ đồng đều của hạt mà thôi. Không làm tăng giá trị cảm quan và màu sắc đồng đều của hạt vì vậy cần phân loại theo màu sắc để làm tăng chất lượng của sản phẩm. + Nguyên tắc: Thường phân loại dựa trên tiêu chuẩn nhà nước hoặc dựa trên hợp đồng buôn bán với các cơ quan hữu quan hoặc giữa các nước với nhau và cũng thoã mãn được yêu cầu của bên mua và bên sản xuất. 4.2.10. Phối trộn và đóng bao. - Phối trộn để cho cà phê thành phẩm được đồng đều và đúng tiêu chuẩn của Nhà Nước qui định và theo yêu cầu xuất khẩu. Thường sử dụng máy phối trộn cơ giới, cà phê sau các công đoạn phân loại trên thu được 3loại có kích thước, khối lượng và màu sắc khác nhau. Đấu trộn thành 3 loại cà phê: loại 1, loại 2và loại 3. + Loại 1: 80% hạt > 6,3mm, 10% hạt >5,6mm và 10% hạt >5mm. + Loại 2: 10% hạt > 6,3mm, 70% hạt >5,6mm và 20% hạt >5mm. + Loại 1: 10% hạt > 6,3mm, 20% hạt >5,6mm và 70% hạt >5mm. - Đóng gói theo yêu cầu sử dụng, cà phê được đóng gói thành bao nhỏ để tiện sử dụng 4.2.11. Bảo quản cà phê nhân. Cần bảo quản cà phê nhân thật tốt để giữ chất lượng cà phê nhân chuẩn bị cho các công đoạn chế biến tiếp theo và bảo đảm cà phê không bị hư hỏng do vi sinh vật xâm nhập phá hại trong thời gian vận chuyển. Yêu cầu cà phê bảo quản trong kho: - Độ ẩm hạt 10-12%. - Xếp bao cà phê trên nền lót bằng ván để tránh hút ẩm, cách xa mái tường. - Chuyển đổi vị trí bao 2-3 tuần một lần. - 24 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B C- Dây chuyền công nghệ sản xuất cà phê rang xay. 4.1.Dây chuyền công nghệ. Nguyên liệu Xử lý, làm sạch Rang Phân loại Làm nguội Phối trộn Nghiền Sàng phân loại Cà phê bột Hạt nhỏ Hạt vừa Hạt to Đóng gói Thành phẩm Phụ phẩm Hạt lớn Hạt lớn - 25 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 4.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ. 4.2.1. Nguyên liệu. Cà phê nhân là sản phẩm chính của nhà máy, một phần sản phẩm này được dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất cà phê rang xay. 4.2.2. Xử lý và làm sạch. Cà phê nhân được đưa đi sản xuất không qua bảo quản thì không cần giai đoạn này. Trong quá trình sản xuất cà phê nhân được bảo quản thời gian thì phải xử lý và làm sạch. + Mục đích: trong quá trình sản xuất cà phê nhân được bảo quản một thời gian lâu nên cà phê nhân dễ bị hấp phụ mùi lạ đặc biệt là mùi mốc nên phải xử lý trước khi chế biến. + Phương pháp xử lý: Có thể xử lý bằng nước hoặc bằng dung môi hữu cơ. - Xử lý bằng nước: cà phê nhân sau khi bảo quản (chất lượng còn tốt) ngâm cà phê trong nước 5 phút lúc này nước sẽ ngấm vào hạt hòa tan mùi mốc, sau đó vớt ra để ráo, đây là trường hợp đối với mốc nhẹ. - Xử lý bằng dung môi hữu cơ: xử lý trong trường hợp bị mốc nặng dùng rượu có nồng độ 20% thể tích. Thường thì cà phê sau khi xử lý, làm sạch được đưa lên băng chuyền nghiêng có gờ, đục lỗ lưới có đường kính 3 mm để làm ráo nguyên liệu trước khi đưa lên sàng để tách tạp chất và phân loại. 4.2.3. Phân loại. + Mục đích: Tạo cho khối hạt có kích thước đồng đều, tạo điều kiện cho quá trình rang được thuận lợi. + Phương pháp: thường dùng hệ thống sàng để tiến hành phân loại, dựa vào sự khác nhau về kích thước giữa các cấu tử trong hỗn hợp cà phê. Quá trình phân loại nguyên liệu ta được 2 phần: phần lọt sàng gồm các phần tử hạt gãy, vỡ , phần không lọt sàng là các hạt nguyên. Khối hạt cà phê sau phân loại được tách đem rang riêng. 4.2.4. Rang. Rang cà phê là một khâu quan trọng nhất trong quá trình chế biến cà phê rang, nó quyết định đến hương vị, chất lượng, thị hiếu của người sử dụng. - 26 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Những biến đổi hóa học trong quá trình rang: - Giai đoạn 1: Khi nhiệt độ rang < 500C ở giai đoạn này xuất hiện nhiều khói trắng bốc ra chủ yếu là do hơi nước hoặc do hơi của dung môi hữu cơ, thể tích hạt không bị biến đổi, ở cuối giai đoạn này người ta thấy ngừng sinh khí, đây chính là thời điểm chuyển từ giai đoạn 1 sang giai đoạn 2. - Giai đoạn 2: khi nhiệt độ t0 = 1500C, giai đoạn này thành phần các chất trong hạt bắt đầu biến đổi, lúc này ta nghe có những tiếng nổ nhỏ trong khối cà phê rang do có quá trình tích khí trong hạt, các hợp chất thơm theo khí ra ngoài, thể tích tăng lên, xuất hiện khí màu xanh thoát ra chủ yếu là acrolein, các chất gluxit, xenlulo bị caramen hóa cho hạt màu đen mà không bóng. - Giai đoạn 3: khi nhiệt độ t0 = 2200C, thời gian giai đoạn này kéo dài 10-15 phút, quá trình sinh khí ngừng lại hoặc yếu đi, hạt chuyển sang màu đen bóng. Trong khi rang thủy phần hầu như bốc hơi hết, thể tích có thể tăng lên 25-60% nhân xốp, bề mặt láng và dễ vỡ, chất dễ bay hơi bốc đi, một phần cafein bốc ra theo muội cà phê. Gluxit, xenlulo bị caramen hóa, protit phân hủy, chất béo biến đổi, một số axit bốc hơi được tạo thành cả vị đắng và mùi thơm, trọng lượng giảm 23- 28% tùy theo mức độ rang. Trong quá trình rang ở giai đoạn này để tăng chất lượng sản phẩm người ta cho dầu thực vật, bơ, mỡ gà vào cuối quá trình rang để chất béo phủ lên bề mặt hạt một lớp mỏng giữ được hương thơm của hạt. Sau khi rang xong hạt đen bóng bên trong có màu cánh gián, mùi thơm nhẹ. + Kỹ thuật rang: Cà phê cho vào thiết bị rang, thể tích khối hạt < 20% thể tích thiết bị. Thường rang ở nhiệt độ 140-1800C sau đó nâng nhiệt 200-2200C thời gian 40 phút/mẻ. trong quá trình rang màu sắc biến đổi như sau. - Màu nhạt. - Màu quế. - Nâu trung bình. - Nâu hơi đậm. - Nâu cánh gián. - 27 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B - Nâu đậm. - Đen thành than. Tùy theo sở thích của người uống mà rang. Nếu rang màu nhạt thì ít thơm, nước nhạt, uống sẽ hăng mùi gỗ, nếu rang cháy cà phê sẽ đắng, có mùi khét nhưng nước đậm hơn. + Nhận xét quá trình rang: ở chừng khoảng 1000C màu xanh của hạt cà phê chuyển sang vàng, 120-1300C hạt có màu nâu, 1500C hạt bắt đầu có mùi cháy, 1800C các khí cháy xuất hiện dưới hình thức các làn khói trắng xanh, có CO và CO2 thoát ra màu vàng chuyển thành nâu, ở nhiệt độ cao hơn thì hương thơm xuất hiện nhiều hơn, ở 2700C khối lượng hạt giảm, hạt đen sẫm, ở 3000C hạt cháy. 4.2.5. Làm nguội. Sau khi rang các chất thơm nhạy cảm bởi nhiệt rất dễ bay hơi làm giảm phẩm chất cà rang. Do đó cần phải tiến hành làm nguội nhanh để khắc phục và hạn chế những điểm trên. Khi làm nguội đến nhiệt độ bình thường người ta tiến hành phun rượu để có được độ ẩm 12% để dễ bảo quản, tạo các phản ứng este dẫn đến cà phê rang có mùi thơm. Vì sau khi rang độ ẩm của nguyên liệu là 0,5-1% rất dễ hút các mùi vị lạ. Người ta thường sử dụng băng tải để làm nguội cà phê rang. 4.2.6. Phối trộn. Cà phê chế biến đơn thuần không phối trộn sẽ không đáp ứng được phẩm chất để người uống ưa thích. Cho nên cần cần phối trộn theo đúng yêu cầu mong muốn về vị và hương thơm… 4.2.7. Nghiền cà phê rang. Cà phê đã được nghiền mịn sẽ nâng cao giá trị sử dụng và dễ dàng cho việc chuẩn bị pha chế. Cà phê sau khi làm nguội và phối trộn đạt yêu cầu cho vào máy nghiền. Trong quá trình nghiền cà phê bị nóng lên do ma sát và áp lực của trục nghiền, để ngăn chặn đều này người ta có thể làm lạnh bên trong trục nghiền bằng nước lạnh. Quá - 28 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B trình nghiền được thực hiện trong hệ thống thiết bị kín để ngăn chặn sự xâm nhập của oxy trong không khí. Sau khi nghiền ta thu được 3 loại bột nghiền: bột to, bột vừa, bột nhỏ. Bột to thì được đưa trở lại máy nghiền, bột nhỏ thì làm phụ phẩm, bột vừa thì được đem đi đóng gói. Bột sau khi nghiền phải đạt các yêu cầu sau: - Bột màu nâu có lẫn vỏ bạc sáng của cà phê nhân, bột sau khi nghiền lọt qua ray φ = 1,6mm là 90%, nhưng được giữ lại trên ray φ = 0,05 mm tối thiểu là 70%. Đối với nhu cầu tiêu dùng của mỗi nước thì tiêu chuẩn này là khác nhau. - Độ ẩm của cà phê bột là 4-5% . 4.2.7. Phân loại. Cà phê sau khi nghiền gồm các phần tử hạt mịn và hạt lớn. Vì vậy, phải cho hỗn hợp sau khi nghiền qua sàng phân loại để tách các phần tử hạt lớn đem đi nghiền lại, nhằm đảm bảo cà phê bột có được kích thước theo yêu cầu. Sau khi phân loại cà phê được phối chế trước khi bảo quản để đảm bảo được tỷ lệ các thành phần về chất lượng, mùi vị, hương thơm cũng như giá trị cảm quan, tỷ lệ giữa bột mịn và bột thô cho phép, khâu phối chế có bổ sung chất bảo quản để kéo dài thời gian bảo quản, vận chuyển và tiêu thụ. 4.2.8. Bao gói, bảo quản cà phê bột. Cà phê sau khi nghiền nếu để tiếp xúc với không khí và ánh sáng sẽ nhanh chóng bị mất mùi vị và hương thơm, nếu bảo quản không tốt sau 2-3 tuần xuất hiện mùi khét và vị chua làm cho cà phê giảm chất lượng. Để khắc phục tình trạng trên người ta phải tiến hành bao gói và bảo quản cà phê theo đúng chế độ qui định, phải tổ chức thường xuyên luân chuyển dự trữ tồn kho. Mặt khác phải tìm cách đóng gói bao bì để giữ được chất thơm của nó trong một thời gian lâu, bao bì phải được chọn lọc cẩn thận có khả năng chống ẩm. Dùng bao bì có 2 lớp để đóng gói bên trong là lớp chống ẩm, bên ngoài là lớp PE. Thông thường trọng lượng của mỗi gói là: 100g, 200g, 500g… - 29 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN V: CÂN BẰNG NGUYÊN LIỆU. 5.1. Tình hình sản xuất của nhà máy: 5.1.1. Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy: Ở Daklak vào tháng 8 thường mưa và nguyên liệu ít nên cho nhà máy ngừng sản xuất vào thời gian này để sửa chữa máy móc, thiết bị. Bảng 5.1. Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy: Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Arabica - × × × × Robusta × × × × - Chari × × × - 5.2.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy: Dựa vào bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy và lượng nguyên liệu nhập vào. Ta có thể lập ra kế hoạch làm việc trong tháng, số ca làm việc trong ngày. Mỗi ngày làm việc 2 ca, một ca làm việc 8 tiếng, ngày chủ nhật được nghỉ. Tháng 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - Số ngày làm việc 25 20 26 25 26 25 26 × 26 25 26 25 - Số ca làm việc 50 40 52 50 52 50 52 × 52 50 52 50 - Tổng số ngày sản xuất trong năm: 275 ngày. - Tổng số ca sản xuất trong năm: 550 ca. - Tổng số giờ sản xuất trong năm: 4400 giờ. - Năng suất của nhà máy: 60 tấn cà phê quả/ca. - Năng suất của nhà máy tính trong 1giờ: 7500 kg/giờ. 5.2. Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân. Để đơn giản ta tính toán cho 1000 kg nguyên liệu cà phê quả/giờ cho loại cà phê Robusta. - 30 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Bảng 5.3. Bảng tỷ lệ hao hụt sau chế biến qua các công đoạn (%). STT Công đoạn Hao hụt (%) 1 - Cà phê quả tươi, thu nhận và bảo quản 2 - Phơi hoặc sấy sơ bộ 0,5( không kể ẩm ) 3 - Sấy chính thức 1( không kể ẩm ) 4 - Tách tạp chất 2 5 - Xát cà phê thóc 32 6 - Đánh bóng cà phê nhân 5 7 - Phân loại theo kích thước: + Hạt >6,3mm. + Hạt >5,6mm. + Hạt >5mm. 0,5 0,5 0,5 8 - Phân loại theo khối lượng: + Loại 1(hạt >6,3mm). + Loại 2 (hạt >5,6mm). + Loại 3 (hạt >5mm). 1 1 1 9 - Phân loại theo màu sắc: + Loại 1(hạt >6,3mm). + Loại 2 (hạt >5,6mm). + Loại 3 (hạt >5mm). 1 1 1 10 - Phối trộn, cân, đóng bao: + Loại 1. + Loại 2. + Loại 3. 0,2 0,2 0,2 11 - Thành phẩm: + Loại 1. + Loại 2. + Loại 3. - 31 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 5.2.1. Thu nhận và bảo quản. - Lượng nguyên liệu: 1000 (kg/h). 5.2.2. Phơi hoặc sấy sơ bộ. Thông thường phải sấy sơ bộ trước rồi mới sấy khô chính thức sau. Quá trình sấy sơ bộ nhằm loại bỏ một phần nước trên bề mặt đồng thời giảm bớt ẩm của cà phê từ 52-60% còn 45%, nhằm rút ngắn thời gian sấy ở giai đoạn sấy chính thức và chất lượng sản phẩm đảm bảo hơn. - Lượng nguyên liệu vào: 1000 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt: 0,5%. + Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy chính thức được tính theo công thức: 2 21 1 w100 wwGG − −×=Δ (kg/h) [VIII-102]. Trong đó: - GΔ : Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy (kg/h) . - G1: Lượng nguyên liệu trước khi sấy (kg/h). - w1; w2: Độ ẩm của nguyên liệu trước và sau sấy. w1 = 55%; w2 = 45%. GΔ = 1000× 45100 4555 − − = 181,818 (kg/h). + Lượng nguyên liệu sau khi sấy sơ bộ: G2 = G1 – GΔ = 1000 – 181,818 = 818,182 (kg/h). + Lượng hao hụt tách ra trong quá trình sấy sơ bộ là: G’2 = 818,182×0,005 = 4,091 (kg/h). 5.2.3. Sấy chính thức: Sấy nhằm hạ thủy phần của cà phê xuống còn 10-12%, chọn 12%. - Lượng nguyên liệu vào: 818,182– 4,091 = 814,091 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt: 1%. - Độ ẩm ban đầu của cà phê quả: 45%. - Độ ẩm cà phê sau sấy là: 12%. + Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy chính thức là: - 32 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B ΔG = 814,091× 12100 1245 − − = 305,284 (kg/h). + Lượng nguyên liệu sau sấy chính thức là: G2 = G1 –ΔG = 814,091– 305,284 = 508,807(kg/h). + Lượng hao hụt tách ra trong quá trình sấy chính thức: G’2 = 508,807×0,01= 5,088 (kg/h). 5.2.4. Tách tạp chất. - Lượng nguyên liệu vào: 508,807– 5,088 = 503,719 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt: 2%. - Lượng nguyên liệu hao hụt : 503,719×0,02= 10,074 (kg/h). 5.2.5. Xay xát cà phê: - Lượng nguyên liệu vào: 503,719 – 10,074 = 493,645 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt: cà phê quả khô vỏ trấu chiếm 25-35% trọng lượng hạt ta chọn 32%. - Lượng nguyên liệu hao hụt: 493,645×0,32 = 157,966 (kg/h). 5.2.6. Đánh bóng cà phê. - Lượng nguyên liệu vào: 493,645 – 157,966 = 335,679 (kg/h). - Tỷ lệ hao hụt: 5%. - Lượng nguyên liệu hao hụt: 335,679×0,05 = 16,784 (kg/h). 5.2.7. Phân loại theo kích thước: - Lượng nguyên liệu vào: 335,679 – 16,784 = 318,895 (kg/h). Gồm các loại hạt: hạt >6,3mm (70%), hạt >5,6mm (20%), hạt >5mm (10%). 1. Hạt > 6,3mm (70%): + Lượng hạt > 6,3mm phân loại được: 318,895×0,7 = 223,227 (kg/h). + Hao hụt trong công đoạn này là: 0,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,005×223,227 = 1,116 (kg/h). 2. Hạt > 5,6mm (20%): + Lượng hạt > 5,6mm phân loại được: 318,895×0,2 = 63,779 (kg/h). + Hao hụt trong công đoạn này là: 0,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,005×63,779 = 0,319 (kg/h). 3. Hạt > 5mm (10%): - 33 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Lượng hạt > 5mm phân loại được: 318,895×0,1 = 31,890 (kg/h). + Hao hụt trong công đoạn này là: 0,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,005×31,890 = 0,159 (kg/h). 5.2.8. Phân loại theo trọng lượng riêng: 1. Loại 1 (hạt > 6,3mm): + Lượng nguyên liệu vào: 223,227 – 1,116 = 222,111 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 222,111×0,01 = 2,221 (kg/h). 2. Loại 2 (hạt > 5,6mm): + Lượng nguyên liệu vào: 63,779 – 0,319 = 63,460 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,01×63,460 = 0,635 (kg/h). 3. Loại 3 (hạt > 5mm): + Lượng nguyên liệu vào: 31,890 – 0,159 = 31,731 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,01×31,731 = 0,317 (kg/h). 5.2.9. Phân loại theo màu sắc: 1. Loại 1 (hạt > 6,3mm): + Lượng nguyên liệu vào: 222,111– 2,221 = 219,890 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 219,890×0,01 = 2,199 (kg/h). 2. Loại 2 (hạt > 5,6mm): + Lượng nguyên liệu vào: 63,460 – 0,635 = 62,825 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,01×62,825 = 0,628 (kg/h). 3. Loại 3 (hạt > 5mm): + Lượng nguyên liệu vào: 31,731– 0,317 = 31,414 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 0,01×31,414 = 0,314 (kg/h). 5.2.10. Phối trộn, cân, đóng bao: - Hạt loại 1 (hạt > 6,3mm): 219,890 – 2,199 = 217,691 (kg/h). - 34 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B - Hạt loại 2 (hạt > 5,6mm): 62,825 – 0,628 = 62,197 (kg/h). - Hạt loại 3 (hạt > 5mm): 31,414 – 0,314 = 31,100 (kg/h). Người ta phối trộn như sau: 1. Loại 1 (80% hạt loại 1+ 10% hạt loại 2 + 10% hạt loại 3 ): + Lượng nguyên liệu vào: 217,691×0,8 + 62,197×0,1 + 31,100×0,1 = 183,483 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 0,2%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 183,483×0,002 = 0,367 (kg/h). 2. Loại 2 (10% hạt loại 1+70% hạt loại 2 +20% hạt loại 3): + Lượng nguyên liệu vào: 217,691×0,1 + 62,197×0,7 + 31,100×0,2 = 71,527 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 0,2%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 71,527×0,002 = 0,143 (kg/h). 3. Loại 3 (10% hạt loại 1+20% hạt loại 2 +70% hạt loại 3): + Lượng nguyên liệu vào: 217,691×0,1 + 62,197×0,2 + 31,100×0,7 = 55,979 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 0,2%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 55,979 ×0,002 = 0,112 (kg/h). 5.2.11. Cà phê nhân thành phẩm: + Loại1: 183,483 – 0,367 = 183,116 (kg/h). + Loại 2: 71,527 – 0,143 = 71,384 (kg/h). + Loại 3: 55,979 – 0,112 = 55,867 (kg/h). Vậy tương ứng với 1000 kg nguyên liệu cà quả/giờ (kg/h) sẽ sản xuất được: 183,116 + 71,384 + 55,867 = 310,367 (kg/h) cà phê nhân. - Tỷ lệ giữa nguyên liệu và thành phẩm là: A = 367,310 1000 = 3,222. - 35 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Bảng 5.4: Tỷ lệ hao hụt và lượng nguyên liệu vào qua các công đoạn chế biến ST T Công đoạn Hao hụt (%) Lượng nguyên liệu vào tính cho 1000 (kg/h). Lượng nguyên liệu tính theo năng suất nhà máy ( kg/h). Lượng hao hụt tính theo 1000 ( kg/h). Lượng hao hụt tính theo năng suất nhà máy (kg/h). 1 - Cà phê quả tươi 1000 7500 2 - Sấy sơ bộ 0,5 1000 7500 4,091 30,683 3 - Sấy chính thức 1 814,091 6105,683 5,088 38,160 4 - Tách tạp chất 2 503,719 3777,893 10,074 75,555 5 - Xát cà phê thóc 32 493,645 3702,338 157,966 1184,745 6 - Đánh bóng cà phê nhân 5 335,679 2517,593 16,784 125,880 7 - Phân loại theo kích thước: + Hạt >6,3mm. + Hạt >5,6mm. + Hạt >5mm 0,5 0,5 0,5 318,895 223,227 63,779 31,890 2391,713 1674,203 478,343 239,175 1,116 0,319 0,159 8,370 2,393 1,193 8 { - Phân loại theo Trọng lượng: + Loại 1 (hạt >6,3mm). + Loại 2 (hạt >5,6mm). + Loại 3 (hạt >5mm). 1 1 1 222,111 63,460 31,731 1665,833 475,950 237,983 2,221 0,635 0,317 16,658 4,763 2,378 9 - Phân loại theo màu sắc: + Loại 1 (hạt >6,3mm). + Loại 2 (hạt >5,6mm). + Loại 3 (hạt >5mm).. 1 1 1 219,890 62,825 31,414 1649,175 471,188 235,605 2,199 0,628 0,314 16,493 4,710 2,355 10 - Phối trộn, cân, đóng bao: + Loại 1. + Loại 2. + Loại 3. 0,2 0,2 0,2 183,483 71,527 55,979 1376,123 536,453 419,843 0,367 0,143 0,112 2,753 1,073 0,840 11 - Thành phẩm: + Loại 1. + Loại 2. + Loại 3. 183,116 71,384 55,867 1373,370 535,380 419,003 - 36 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 5.3. Cân bằng nguyên liệu cho cà phê rang xay: Phân xưởng sản xuất phụ cà phê rang xay là 1600(kg sản phẩm/ca). Vậy năng suất trung bình là 1600 ÷ 8 = 200 ( kg/h). Bảng 5.5. Tỷ lệ hao hụt qua các công đoạn. STT - Công đoạn - Hao hụt (%) 1 - Nguyên liệu cà phê nhân 2 - Xử lý, phân loại, làm sạch nguyên liệu 1,5 3 - Rang cà phê nhân 24 4 - Làm nguội Tăng 3 ( kể cả ẩm) 5 - Phối trộn 0,5 6 - Xay cà phê 0,5 7 - Phân loại bằng sàng 1,5 ( cả phụ phẩm) 8 - Đóng gói 0,2 9 - Thành phẩm 5.3.1. Nguyên liệu. Ta sử dụng sản phẩm chính của nhà máy là cà phê nhân (của 3 loại) làm nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay ở phân xưởng sản xuất phụ. Để đơn giản cho việc tính toán ta tính cho 100 kg nguyên liệu/giờ. 5.3.2. Xử lý, phân loại, làm sạch nguyên liệu: + Lượng nguyên liệu vào: 100 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 100×0,15 = 1,5 (kg/h). 5.3.3. Rang cà phê nhân: + Lượng nguyên liệu vào: 100 – 1,5 = 98,500 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 24 %. - 37 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Lượng nguyên liệu hao hụt: 98,500×0,24 = 23,640 (kg/h). 5.3.4. Làm nguội cà phê rang: + Lượng nguyên liệu vào: 98,500 – 23,640 = 74,860 (kg/h). + Do khối lượng hạt được phun dịch đường có nồng độ 2% để làm nguội nên nguyên liệu tăng khối lượng lên 3%. + Lượng nguyên liệu tăng: 74,860×0,03 = 2,246 (kg/h). 5.3.5. Phối trộn: + Lượng nguyên liệu vào: 74,860 + 2,246 = 77,106 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt : 0,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 77,106×0,005 = 0,386 (kg/h). 5.3.6. Xay cà phê: + Lượng nguyên liệu vào: 77,106 – 0,386 = 76,720 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 0,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 76,720×0,005 = 0,384 (kg/h). 5.3.7. Cà phê bột: + Lượng cà phê bột thu được: 76,720– 0,384 = 76,336 (kg/h). 5.3.8. Sàng phân loại: + Lượng nguyên liệu vào: 76,336 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 1,5%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 76,336×0,015 = 1,145 (kg/h). 5.3.9. Đóng gói: + Lượng nguyên liệu vào: 76,336 – 1,145 = 75,191 (kg/h). + Tỷ lệ hao hụt: 0,2%. + Lượng nguyên liệu hao hụt: 75,191×0,002 = 0,150 (kg/h). 5.3.10. Thành phẩm: + Lượng thành phẩm thu được: 75,191 – 0,150 = 75,041(kg/h). + Tỷ lệ giữa nguyên liệu và thành phẩm là: 333,1 041,75 100 ==A . - 38 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Vậy cứ 1,333 (kg) nguyên liệu thì sẽ cho 1 (kg) cà phê bột thành phẩm. - Từ hệ số tỷ lệ tính được ta tính ngược lại cân bằng nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất phụ cà phê rang xay 1600 kg sản phẩm/ca. Ta lập bảng sau: Bảng 5.6 :Tỷ lệ hao hụt và lượng nguyên liệu vào qua các công đoạn chế biến. STT - Công đoạn - Hao hụt (%) Lượng nguyên liệu vào tính cho 100 (kg/h). Lượng nguyên liệu vào tính theo năng suất nhà máy (kg/h). Lượng hao hụt tính theo 100 (kg/h). Lượng hao hụt tính theo năng suất nhà máy (kg/h). 1 - Nguyên liệu cà phê nhân 100 266,521 2 - Xử lý, phân loại, làm sạch 1,5 100 266,521 1,500 3,998 3 - Rang cà phê nhân 24 98,500 262,522 23,640 63,005 4 - Làm nguội tăng 3% 74,860 199,517 2,246 5,986 5 - Phối trộn 0,5 77,106 205,503 0,386 1,029 6 - Xay cà phê 0,5 76,720 204,474 0,384 1,023 7 - Phân loại bằng sàng 1,5 76,336 203,451 1,145 3,052 8 - Đóng gói 0,2 75,191 200,399 0,150 0,400 9 - Thành phẩm 75,041 200 - 39 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN VI: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG. 6.1. Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sản xuất cà phê nhân. Cơ sở của quá trình cân bằng nhiệt. Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm. Chẳng hạn, chỉ tiêu sinh học, hoá lý, cấu trúc cơ học, thành phần hoá học ….Phải đảm bảo trong quá trình sấy. Do đó cần phải có một chế độ sấy thích hợp để đảm bảo hạt ít bị rạn nứt, đồng thời giữ được các tính chất về hương vị, màu sắc và các phần có trong hạt. Ta sử dụng sấy tháp, tác nhân sấy là không khí nóng. Các thông số ban đầu. + Nhiệt độ không khí sấy: t1 = 750C. + Nhiệt độ nguyên liệu vào: to = 23,30C. + Nhiệt độ nguyên liệu ra: t2 chọn theo nhiệt độ điểm sương. + Nhiệt độ môi trường không khí trước khi qua calorife: to= 23,30C. + Độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy: 45%. + Độ ẩm của nguyên liệu sau khi sấy: 12%. + φ0: là độ ẩm ban đầu của không khí trước khi vào calorife : φ0 = 82%. + Áp suất khí quyển: P = 757 (mmHg). 6.1.1.Xác định các thông số của không khí. 1. Các thông số trạng thái của không khí: Trạng thái của không khí trước khi vào calorife với điều kiện khí hậu ở Daklak. to = 23,30C; φ0 = 82% . [V-100]. + Áp suất hơi bão hoà của không khí Pbh = 21,49 (mmHg). + Hàm ẩm của không khí được xác định theo công thức: bh0 bh0 0 PP P 622,0x ×ϕ− ×ϕ×= (kg/kgkkk) [V- 56]. 0148,0 49,2182,0757 49,2182,0622,0x 0 =×− ××= (kg/kgkkk). + Hàm nhiệt của không khí ẩm trước khi qua calorife: Io = to + (2493 + 1,97× to)×xo [V-156]. Io = 23,3 + (2493 + 1,97×23,3)×0,0148 = 60,876 (kJ/ kg kkk). 2. Các thông số của không khí khi qua calorife trước khi vào máy sấy: - 40 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Hàm ẩm của không khí sau khi qua calorife không thay đổi do khi qua calorife, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thay đổi hàm ẩm [V-166 ]. . x1 = xo = 0,0418 (kg/kgkkk). + Chọn nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife là: 750C Pbh1 = 0,393 (at) = 297,501 (mmHg) [IV-312]. + Độ ẩm tương đối của không khí sau khi qua calorife: 1bh1 1 1 P)x622,0( Px ×+ ×=ϕ (%). 059,0 501,297)0148,0622,0( 7570148,0 1 =×+ ×=ϕ = 5,9% . + Hàm nhiệt của không khí sau khi qua calorife: I1 = t1 + (2493 + 1,97× t1) ×x1 (kJ/kgkkk). I1 = 75 + (2493 + 1,97×75) ×0,0148 = 114,083 (kJ/kgkkk). 3. Xác định nhiệt độ điểm sương: + Mục đích: Khi tính toán về sấy cần phải biết nhiệt độ điểm sương ts vì đó là giới hạn làm nguội không khí ẩm. Biết được ts khi chọn nhiệt độ cuối của của quá trình sấy ta không lấy gần điểm ts để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu. + Phương pháp xác định nhiệt độ điểm sương: Không khí ẩm có trạng thái ban đầu là điểm A(xo; t ), từ điểm A theo đường x = const hạ xuống đường φ = 1 tại điểm B, nhiệt độ ts sẽ qua giao điểm B [V-160]. Ta có điểm A(0,0148 ; 23,3), xác định được nhiệt độ ts đồ thị hình [16.3]. [VI-160]. Ta được ts = 210C. 4. Thông số của không khí sau sấy: + Dựa vào ts = 210C ta chọn nhiệt độ không khí sau sấy là: t2 = 330C Tra bảng [IV-317] ta được Pbh2 = 37,7 mmHg. + Hàm nhiệt của không khí ra khỏi thiết bị (sấy lý thuyết): I2 = I1 = 114,083 (kJ/kgkkk). + Hàm ẩm của không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy: Ta có : I2 = t2 + (2493+1,97× t2)× x2 - 41 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Suy ra: 0317,0 3397,12493 33083,114 t97,12493 tIx 2 22 2 =×+ −=×+ −= (kg/kgkkk). + Độ ẩm tương đối của không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy: 2bh2 2 2 PP P 622,0x ×ϕ− ×ϕ×= ⇒ 2bh2 2 2 P)x622,0( Px ×+ ×=ϕ 974,0 7,37)0317,0622,0( 7570317,0 =×+ ×= ⇒ φ2 = 97,4%. 5. Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm: 12 1 xx l −= (kg/kg ẩm). [V-170]. 172,59 0148,00317,0 1l =−= (kg/kg ẩm). 6. Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy: L = l×U (kgkkk/h). Trong đó : - U : là lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy (kg/h). U = =ΔG 2 21 1 W100 WWG − −× (kg/h). - G1: Lượng nguyên liệu trước khi vào máy sấy tính theo năng suất nhà máy: G1 = 6105,683 (kg/h). - w1: độ ẩm ban đầu của cà phê là; 45%. - w2: độ ẩm của cà phê sau sấy là; 12%. U = GΔ = 6105,683× 12100 1245 − − = 2289,631(kg/h). L = 59,172×2289,631= 135482,046 (kgkkk/h). 6.1.2. Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy. 1. Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm: o2 o1 xx II q − −= ( kJ/kg ẩm) [V-170]. Trong đó: - Io, I1: là hàm nhiệt của không khí trước và sau khi qua calorife. - xo, x2: là hàm ẩm của không khí trước và sau khi sấy. 343,3148 0148,00317,0 876,60083,114q =− −= (kJ/kg ẩm). 2. Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bốc ẩm: - 42 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 731,7208543631,2289343,3148UqQ1 =×=×= (kJ/h). 3. Lượng nhiệt cần cung cấp để đun nóng sản phẩm: Q2 = G1×C1×(ttb - t0) (kJ/h) [VI-43]. Trong đó: - G1: lương nguyên liệu ban đầu đưa vào sấy (kg/h). G1 = 6105,683 (kg/h). - C1: nhiệt dung riêng của sản phẩm sấy (kJ/kg.0C). 100 uC)u100(C C 1n1ck1 ×+−×= (kJ/kg.0C). [IV-152]. Trong đó: - Cn: nhiệt dung riêng của nước, Cn= 4,18 (kJ/kg.0C). - Cck: nhiệt dung riêng chất khô của cà phê. Cck= 0,37 ( kcal/ kg.0C) = 1,547 (kJ/kg.0C). - C1 732,2100 4518,4)45100(547,1 =×+−×= (kJ/kg.0C). - ttb: nhiệt độ đun nóng cho phép nguyên liệu sấy: 54 2 7533 2 ttt 21tb =+=+= 0C. - to: nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu sấy; to = 23,30C. Q2 = 6105,683×2,732×(54 - 23,3) = 512098,287( kJ/h). 4. Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Nếu thiết bị sấy không có bảo ôn bên ngoài thì có thể lấy nhiệt lượng tổn thất bằng 8-12% lượng nhiệt dùng để sấy lí thuyết (Q1). Qtt = 0,08×Q1 = 0,08×7208543,731 = 576683,499 ( kJ/h). 5. Nhiệt lượng của calorife cần cung cấp: Qcal = Q1 + Q2 + Qtt = 7208543,731 + 512098,287 + 576683,499 = 8297325,517 ( kJ/h). 6.1.3. Cân bằng nhiệt lượng vào và ra khỏi thiết bị sấy. 1. Nhiệt lượng đi vào máy sấy: + Nhiệt lượng do không khí mang vào: Q1v = L×Io (kJ/h). Q1v = 135482,046×60,876 = 8247605,032 ( kJ/h). + Nhiệt lượng do nguyên liệu sấy mang vào: Q2v = G2×Cv1×t1 + U1×Cn×t1 (kJ/h). [V - 166]. Trong đó: - t1: nhiệt độ của nguyên liệu trước khi vào máy sấy; t1 = 23,30C. - 43 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B - Cvl: nhiệt dung riêng của cà phê Cvl= C1 = 2,732 (kJ/kg.0C). - U1: lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy U1 = U = 2289,631(kJ/h). Cn = 4,18 (kJ/kg.0C). G2 = 3777,893 (kg/h). Q2v = 3777,893×2,732×23,3 + 2289,631×23,3×4,18. = 463480,367 (kJ/h). + Nhiệt lượng do calorife cung cấp: Q3v = Qcal = 8297325,517 ( kJ/h). + Tổng nhiệt lượng mang vào: Qv= Q1v + Q2v + Q3v = 8247605,032 + 463480,367 + 8297325,517 = 17008410,920 ( kJ/h). 2. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy: + Nhiệt lượng do không khí mang ra: Q1r = L×I2 (kJ/h) [V - 167]. = 135482,046×114,083 = 15456198,250 (kJ/h). + Nhiệt lượng do nguyên liệu sấy mang ra: Q2r = G2 ×Cvl×t2 (kJ/h) [V - 167]. = 3777,893×2,732×33 = 340599,721 (kJ/h). + Nhiệt lượng tổn thất: Q3r = Q tt = 576683,499 ( kJ/h). + Tổng nhiệt lượng ra: Qr = Q1r + Q2r + Q3r = 15456198,250 + 340599,721 + 576683,499 = 16373441,470 ( kJ/h). 3. Sai số: %73,30373,0 920,17008410 470,16373441920,17008410 Q QQ Q v rv ==−=−=Δ Vì ΔQ = 3,73% < 5% nằm trong sai số cho phép nên chấp nhận kết quả trên [VI-49]. - 44 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 6.2. Cân bằng nhiệt cho cà phê rang xay. Ta sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO. Thành phần có trong dầu FO như sau: [X-83]. Thành phần C H O S A(ẩm) Tro Đơn vị (%) 85,2 11,5 0,5 0,5 2 0,1 6.2.1.Tính nhiệt trị của nhiên liệu. 1. Tính nhiệt trị cao của nhiên liệu: Qc= 33858C + 125400H - 10868(O - S) (kJ/kg) [VII - 29]. Qc= 33858×85,2% + 125400×11,5% - 10868×(0,5% - 0,5%). Qc = 43268,016 (kJ/kg). 2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Trong nhiên liệu lỏng ngoài thành phần của nước A chứa trong nhiên liệu còn có nước do phản ứng cháy sinh ra. Từ phản ứng cháy hydro dễ dàng thấy rằng cứ 1kg H2 cháy hết cho ta 9 kg nước. Do đó, nếu lấy nhiệt ẩn của nước ở áp suất khí trời r = 2500 (kJ/kg) thì nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt= Qc- 2500× (9H + A) (kJ/kg) [VII-30]. Qt = 43268,016 - 2500× (9×11,5% + 2%). Qt = 40630,516 ( kJ/kg). 6.2.2. Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu: Lo=11,5C + 34,5H + 4,3(S-O) (kgkkk/kgnl) [XII - 28]. Lo= 11,5×85,2% + 34,5×11,5% + 4,3× (0,5%-0,5%) Lo= 13,766 (kgkkk/kgnl). 6.2.3. Lượng không khí thực tế đốt cháy 1 kg nhiên liệu: L = α×L0 (kg/kgnl) [VII -28]. Trong đó α:là hệ số không khí thừa, α được xác định như sau: ( ) ( )[ ]( ) ( )[ ]0kk0a00 kkanlnlbâc t-tCI-IxL tCTroAH9-1-IAH9-tCQ ×+×× ××++×+×+η×=α [VII-29]. Trong đó: - Qc = 43268,016 (kJ/kg). - A, Tro- thành phần nước và tro trong nhiên liệu. - ηbđ : Hiệu suất ban đầu η = 0,75÷0,9; Chọn ηbđ = 0,85 [VII-29]. - tnl: Nhiệt độ nhiên liệu; tnl = 23,30C. - Lo= 13,766 (kgkkk/kgnl). - x0 : hàm ẩm của không khí ứng với nhiệt độ t0 = 23,30C. - 45 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B x0 = 0,0148 (kg/kgkkk). - I0: Hàm nhiệt của không khí ngoài trời; I0 = 60,876 (kJ/kgkkk). - Cnl: Nhiệt dung riêng của nhiên liệu. - Ck, tk: Nhiệt dung riêng và nhiệt độ của khói lò. - Ia: Nhiệt dung riêng của hơi nước ở nhiệt độ khói lò. 1. Nhiệt dung riêng của nhiên liệu: 5,0t t nl nl )d( )32t 5 9(886,11625 C +××+ = (J/kg.0C) [IV-153]. - tnl = 23,30C. - ttd : Khối lượng riêng tương đối của nhiên liệu ở 15,6 0C (so với nước ở cùng nhiệt độ); ttd = 0,925 [IV-329]. 589,1834 925,0 )323,23 5 9(886,11625 C 5,0nl = +××+ = (J/kg.0C) Cnl = 1,835 (kJ/kg.0C). 2. Tính nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ khói lò: Ia = 2500 +1,842× tk (kJ/kg) [VII-52]. tk: nhiệt độ của khói lò; chọn tk= 2400C. Ia= 2500 +1,842×240 = 2942,080 (kJ/kg) 3. Nhiệt dung riêng của khói lò: Ck (kJ/kg.0C). Tra bảng 1.179 (IV-204) ta có : Ck=1,034(kJ/kg.0C).Từ đây ta xác định hệ số không khí thừa:α ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]3,23-240034,1876,60-08,29420148,0766,13 240.034,1%1,0%2%5,11.9-1-08,2942.%2%5,11.9-3,23.835,185,0.016,43268 + ++++=α α = 9,187. + Lượng không khí khô thực tế đốt cháy 1 kg nhiên liệu: L = α×L0 = 9,187×13,766 = 126,468 (kgkkk/kgnl). 6.2.4.Thành phần các khí có trong khói: Thành phần của các khí có trong khói lò khô đối với nhiên liệu dầu FO: CO2, N2, SO2, O2 và H2O. Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu, khối lượng của từng phần : + 127,3%2,8567,3C67,3G 2CO =×== (kg/kg). - 46 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + 381,97766,13187,977,0L77,0G 0N2 =××=×α×= (kg/kg). + 922,25766,13)1-187,9(23,0L)1-(23,0G 0O2 =××=×α×= (kg/kg). + 01,0%5,02S2G 2SO =×== (kg/kg). + 055,1%2%5,119AH9G OH2 =+×=+= (kg/kg). 6.2.5. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị rang: 1. Nhiệt lượng vào. Gọi B (kg/mẻ) là lượng nhiên liệu dầu FO cần thiết để rang một mẻ nguyên liệu. a. Nhiệt lượng do nhiên liệu mang vào: qnl = Cnl× tnl×B (kJ/mẻ) [IX-268]. qnl = 1,835×23,3×B = 42,756×B (kJ/mẻ). b. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào: Ta chọn lượng nguyên liệu mang vào rang là G1v = 70 (kg/mẻ). q1v = G1v×C1×θ1 (kJ/mẻ). Trong đó : - G1v = 70 (kg/mẻ). - C1: Nhiệt dung riêng của cà phê ở t0 = 23,30C; (kJ/kg.0C). - θ1 = t0 = 23,30C: nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu. Ta có: C1 = [0,12×1+(1- 0,12)×0,37]×4,18 = 1,863 (kJ/kg.0C). theo công thức C = C1×x1 + C2×x2 [IV-152]. x1= w1 = 12%: độ ẩm ban đầu của nguyên liệu. Từ đó ta có: q1v = 70×1,863×23,3 = 3038,553 (kJ/mẻ).. c. Nhiệt lượng do không khí mang vào: qkk = α×L0× I0×B (kJ/mẻ). [IX-268]. qkk = 9,187×13,766×60,876×B = 7698,888×B (kJ/mẻ). d. Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy nhiên liệu: qt = B×Qt (kJ/mẻ) [IX-268]. Trong đó: - Qt là nhiệt trị thấp của nhiên liệu. Qt = 40630,516 (kJ/kgnl). qt = 40630,516×B (kJ/mẻ). e. Tổng nhiệt lượng vào: Qv = q1v + qnl + qkk + qt . Qv = 3038,553 + 42,756×B + 7698,888×B + 40630,516×B (kJ/mẻ). - 47 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 2. Nhiệt lượng ra. a. Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra: qsp = Gsp×Csp×tsp (kJ/mẻ). Trong đó : - Gsp = G1v - Δw: lượng nguyên liệu sau khi sấy (kg/mẻ). - Δw : lượng ẩm tách ra trong quá trình rang. 2 21 1 W100 WW Gw − −×=Δ [VIII-33]. Trong đó: - W1: độ ẩm ban đầu của nguyên liệu; W1 = 12%. - W2: độ ẩm của nguyên liệu sau khi rang; W2 = 1%. 778,7 1100 11270w =− −×=Δ (kg/mẻ). Gsp = 70 - 7,778 = 62,222 (kg/mẻ). - Csp: nhiệt dung riêng của sản phẩm: Csp =[ 0,01×1 + (1 - 0,1)×0,37 ]×4,18 = 1,434 (kJ/kg.0C) - tsp: nhiệt độ sản phẩm ra; tsp = 2200C. qsp= 62,222×1,434×220 = 19629,797 (kJ/mẻ). b. Nhiệt do ẩm mang ra: qar= Δw×Ih (kJ/mẻ) [V-167]. Trong đó: - Δw = 7,778 (kg/mẻ). - Ih: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở t = 2200C. Theo bảng 1.250 [IV-313], ta có: Ih = 2803 (kJ/kg). Do đó: qar = 7,778×2803 = 21801,734 (kJ/mẻ). c. Nhiệt do khói lò mang ra: B)CGCGCGCGCG(q 2222222222 NNOOSOSOCOCOOHOHkl ××+×+×+×+×= (kJ/mẻ). Trong đó: ...C,C.....;G,G OHOHCOOH 2222 là khối lượng và nhiệt dung riêng của các chất tương ứng. Tra bảng [1.143;IX-158÷161] ta có : - 184,418,4001,1C OH2 =×= (kJ/kg.0C). - 844,018,4202,0C 2CO =×= (kJ/kg.0C). - 627,018,415,0C 2SO =×= (kJ/kg.0C). - 907,018,4217,0C 2O =×= (kJ/kg.0C). - 48 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B - 037,118,4248,0C 2N =×= (kJ/kg.0C). qkl=(1,055×4,184+3,127×0,844+0,01×0,627+26,072×0,907+97,976× 1,037) ×B. ⇒ qkl = 132,308×B (kJ/mẻ). d. Nhiệt lượng tổn thất do phản ứng cháy không hoàn toàn. Ta có : qtt1 = (0,005÷0,115)×Qt×B [IX-269]. Chọn qtt1 = 0,09×Qt×B = 0,09×40630,516×B = 3656,746×B (kJ/mẻ). e. Nhiệt tổn thất ra môi trường:. +Chọn qtt2 = 0,08×qsp. qtt2 = 0,08×19629,797 = 1570,384 (kJ/mẻ). + Vậy tổng nhiệt lượng ra : Qr = qsp + qar + qkl + qtt1 + qtt2 (kJ/mẻ). Qr = 19629,797 + 21801,734 +132,308×B + 3656,746×B + 1570,384. + Theo định luật bảo toàn năng lượng thì: Qv = Qr (kJ/mẻ). ⇔ 3038,553 + 42,756×B + 7698,888×B + 40630,516×B = 19629,797 + 21801,734 + 132,308×B +3656,746×B +1570,384. ⇒ B = 0,896 (kg/mẻ). Khối lượng dầu FO cần dùng trong 1 giờ : 360,3 70 521,262896,0 =× (kg/h). Khối lượng dầu FO cần dùng cho 1 ca là: 3,360×8 = 26,880 (kg/ca). - 49 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN VII: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ. A- Tính và chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê nhân. 7.1. Thiết bị sấy. 7.1.1.Thiết bị sấy tháp: Giới thiệu chung: Hệ thống sấy tháp (HTS) dùng để sấy các vật liệu dạng hạt như ngũ cốc, lúa mì, đường, cà phê, thóc….Hệ thống sấy tháp có năng suất lớn nên rất phù hợp dùng để sấy cà phê trong nhà máy. + Chọn 2 máy sấy tháp. + Lượng nguyên liệu cần thiết vào mỗi máy sấy: Q = 2 683,6105 = 3052,842 (kg/h). + Chọn hệ thống sấy tháp HT-02 [XIV], là hệ thống sấy được lấy hơi nóng sạch bằng quạt hút nhiệt thông qua hệ thống trao đổi nhiệt của lò đốt. Dòng nhiệt xuyên qua lớp hạt làm giảm độ ẩm của hạt trong quá trình sấy (độ ẩm ban đầu w1 = 45% đến độ ẩm cần đạt tới w2 = 12%). + Ngoài chức năng sấy, tháp sấy HT còn có khả năng làm nguội sơ bộ hạt đã được sấy. Cấu tạo: 01. Lò đốt: dùng để cấp nhiệt cho máy sấy. - Nhiên liệu dùng để đốt là dầu FO. - Có dàn trao đổi nhiệt calorife. - Ứng dụng nguyên lí đối lưu để tạo nhiệt cho buồng đốt. Lò đốt tạo nhiệt cung cấp khí nóng cho tháp sấy, nhiệt được truyền đi qua dàn trao đổi nhiệt sau đó được quạt hút nhiệt đưa vào khoang sấy. 02. Tháp sấy: - Khoang chứa: là khoang chứa hạt trên khoang sấy để cung cấp nguyên liệu cho khoang sấy. - Khoang sấy: là khoang để chứa hạt cần sấy, có các vách lá sách hướng nhiệt đặt so le, hạt cần sấy sẽ tạo thành những lớp mỏng chảy theo vách. - 50 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 03. Cơ cấu chuyển hạt: điều khiển tốc độ dòng hạt chảy đều trong khoang sấy. 04. Quạt hút là loại hạt li tâm cao áp. 05. Gầu tải: Được đặt sâu dưới nền bên hông tháp sấy, trên đầu gầu có gắn một van 2ngã dưới đáy gàu được thiết kế 2 cửa nạp ở 2 bên. Nhiệm vụ chính là dùng để nạp và chuyển cà sau khi sấy hoặc đảo cà trong quá trình sấy. 06. Vít tải. 2 vít tải được đặt dưới cơ cấu chuyển hạt của máy sấy tháp có nhiệm vụ vận chuyển hạt sau khi sấy qua gầu tải. Đặc tính kỹ thuật: - Năng suất máy: 4000 (kg/h). - Công suất lắp đặt (HP). Gầu tải GT-150: 01. - 51 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Bộ truyền cơ khí: 01. Quạt hút nhiệt: 03. Quạt nhóm lò: 0,25. - Công suất động cơ: 8,74 (Kw). - Kích thước máy: Dài×Rộng ×Cao = 2000mm×3000mm×6000mm. 7.1.2. Tính và chọn Calorife: Calorife là một bộ phận quan trọng trong hệ thống sấy, nó cung cấp nhiệt cho tác nhân sấy, ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng. Trong calorife hơi nước bão hoà đi trong ống cung cấp nhiệt gián tiếp cho không khí đi bên ngoài ống. 1. Chọn kích thước ống truyền nhiệt: + Ống truyền nhiệt làm bằng đồng, ống có gân. + Đường kính ngoài: dn = 0,038 (m). + Đường kính trong: dt = 0,035 (m). + Chiều dày ống: 0015,0 2 dd tn =−=δ (m). + Chiều dài ống: H = 2,0 (m). + Đường kính ngoài của gân: D = 1,4×dn = 1,4×0,038 = 0,053 (m). + Bước gân: tg = 0,01(m). + Chiều cao gân: 0075,0 2 038,0053,0 2 dDh n =−=−= (m) + Số gân trên 1 ống: 200 01,0 0,2 tg Hm === (gân). + Bề dày gân: bg = 0,002 (m). + Bước ống: to = 0,056 (m). + Tổng chiều dài của gân trên 1 ống: Lg= m×bg = 200×0,002 = 0,4(m). + Chiều dài của ống có gân: Lo = H - Lg = 2 - 0,4 = 1,6 (m). + Diện tích xung quanh của ống không có gân: 191,06,1038,014,3LdF on1 =××=××π= (m2). + Diện tích vành khăn của gân trên ống - 52 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B ( ) ( ) 429,0038,0053,02002 4 14,3dDm2 4 F 222n 2 2 =−×××=−×××π= (m2). + Diện tích xung quanh phần ống có gân: 067,04,0053,014,3LDF g3 =××=××π= (m2). + Diện tích bề ngoài của ống: 687,0067,0429,0191,0FFFF 321n =++=++= (m2). + Diện tích bề mặt trong của ống: 220,0035,0214,3dHF tt =××=××π= (m2). 2. Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình: + Nhiệt độ không khí vào calorife: t1đ = t1 = 23,30C. + Nhiệt độ không khí ra khỏi calorife: t1c = t2 = 750C. + Nhiệt độ bão hoà của hơi nước: t2đ = t2c = 1200C. Hệ số nhiệt độ trung bình xác định theo công thức: t c d cd tb t t ln tt t Δε× Δ Δ Δ−Δ=Δ [IX-253]. Trong đó: - Δtđ: hiệu số nhiệt độ đầu; Δtđ = 120 - 23,3 = 96,70C. - Δtc: hệ số nhiệt độ cuối; Δtc = 120 - 75 = 450C. - ε : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào sự chuyển động của các chất tải nhiệt và phụ thuộc vào các thông số R và P: 535,0 3,23120 3,2375 tt tt P 0 3,2375 120120 tt tt R d2d1 d2c2 c2d2 c1d1 =− −=− −= =− −=− −= Tra đồ thị 1=ε⇒ [XI-8]. 586,67 45 7,96ln 457,961t tb =−×=Δ 0C. 3. Hệ số cấp nhiệt từ thành ống ra ngoài không khí (α1): Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorife: ttb = t1đ - Δttb = 120 – 67,586 = 52,4140C. Tra bảng I.255 [IV-318] ứng với ttb= 52,4140C ta có: - 53 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 2,847×10-2 (W/m.độ). + Độ nhớt động học: ν = 18,196×10-6 (m2/s). + Chuẩn số Pran: Pr = 0,6965. Chọn vận tốc không khí trong calorife: w = 8 (m/s). Chuẩn số Raynon : 570,4396 10196,18 01,08twRe 6 g =× ×=ν ×= − [XI-13]. Lưu thể chảy ngang qua ống chùm có gân, vì vậy trong trường hợp này phương trình chuẩn số Nuyxen có dạng: 4,0n 14,0 g 54,0 PrRe t h t dCNu ××⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×= −− [IX-226]. Trong đó: - d: đường kính ngoài của ống, (m); d = dn= 0,038 (m). - t: bước gân: t = tg = 0,01 (m). - h: chiều cao của gân: h = 0,0075 (m). - Do ống thẳng hàng nên: C = 0,116 ; n = 0,72. [IX-226]. ⇒ ( ) ( ) 334,216965,0570,4396 01,0 0075,0 01,0 038,0116,0Nu 4,072,0 14,054,0 =××⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×= −− . + Hệ số cấp nhiệt α1 : 738,60 01,0 334,2110847,2 t NutNu 2 g 1 g1 =××=×λ=α⇒λ ×α= − (W/m2.0C) [IX-227]. 4. Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α2: + Chọn vận tốc hơi nước đi trong ống ω = 4 (m/s). + Hơi nước bão hoà: to = 1200C. Tra bảng I.249 [IV-311] ta có: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 68,6×10-2 (W/m2.độ). + Độ nhớt động học: ν = 0,252×10-6 (m2 /s). + Chuẩn số: Pr = 1,47. Chuẩn số 10000556,555555 10252,0 035,04dRe 6 t >=× ×=ν ×ω= − . Do đó lưu thể chảy xoáy trong ống nên chuẩn số Nu được xác định theo công thức: 25,0 t 43,08,0 x Pr PrPrRe021,0Nu ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛×××ε×= [IX-220]. - 54 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B εx: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính ống: 143,57 035,0 2 d H t == . Tra bảng 7.2 [IX-221] => 03,1x =ε ; Đối với chất khí thì 1Pr Pr ≈ t . ( ) ( ) ( ) 433,1006147,1556,55555503,1021,0Nu 25,043,08,0 =××××= . 087,19726 035,0 106,68433,1006 d Nu 2 t 2 =××=λ×=α − (W/m2.0C). 5. Hệ số truyền nhiệt: λ δ+α+α = 21 11 1K (W/m2.0C) [IX-248]. Trong đó : - α1 = 60,738 (W/m2.0C). - α2 = 19726,087 (W/m2.0C). - λ : hệ số dẫn nhiệt của đồng, (W/m2.0C). Tra bảng [1.123 IV -125] ta có λ = 385 (W/m2.0C). - δ = 0,0015 (m). 533,60 385 0015,0 087,19726 1 738,60 1 1K = ++ = (W/m2.0C). 6. Tính lượng hơi nước dùng: Lượng nhiệt lý thuyết cần cung cấp cho calorife trong một giờ: + Lượng nhiệt mà calorife cung cấp cho quá trình sấy: Qcal = Q1 = 7208543,731(kJ/h). + Chọn hiệu suất trao đổi nhiệt: η = 85%. + Lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho calorife trong một giờ: 684,8480639 0,85 17208543,73QQtt ==η= (kJ/h). Lượng hơi nước bão hoà dùng trong một giờ : r Q D tt= Trong đó: - r: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước bão hoà ở nhiệt độ 1200C. r = 2207 (kJ/kg) bảng I.250 [IV-313]. - 55 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 610,3842 2207 48480639,68D == (kg/h). Thể tích hơi nước cần dùng: V = D×v. v: thể tích riêng của hơi ở 1200C; v = 0,893 (m3/h) bảng I.250 [IV-313]. V = 3842,610×0,893 = 3431,451 (m3/h). 7. Xác định cấu tạo calorife: + Tổng bề mặt trao đổi nhiệt của calorife: tb tt K6,3 QF Δ××= (m 2) [VIII-123]. Trong đó: - Qtt: lượng nhiệt thực tế cung cấp cho calorife; Qtt = 8480639,684 (kJ/h). - K: hệ số truyền nhiệt; K = 60,533 (W/m2.0C). -Δ tb: hệ số nhiệt giữa hai lưu thể; Δ tb= 67,586 (0C). 586,67533,606,3 684,8480639F ××= = 575,807 (m 2 ). + Số ống trong calorife: 147,838 687,0 807,575 F Fn 0 === (ống); chọn 838 (ống). Chọn 2 calorife, số ống trong mỗi calorife là: 419 2 838 = (ống). Chọn calorife có 20 hàng, mỗi hàng có 2195,20 20 419 == (ống). + Kích thước mỗi calorife: • Chiều rộng calorife: Rcal = (n0 -1)× t0 + D + 2× (x + y). Trong đó: - x: khoảng cách từ mép gân đến thành mép calorife. Chọn; x = 0,01(m). - y: chiều rộng thành calorife, chọn; y = 0,003 (m). - t0: bước ống; t0 = 0,056 (m). - D = Dg: đường kính ngoài của gân; D = 0,053 (m). - n0: số hàng của calorife; n0 = 28 ⇒ Rcal= (20 -1)×0,056 + 0,053 + 2× (0,01+0,003) Rcal =1,143 (m). • Chiều cao calorife: Hcal = H + 2×a. Trong đó: - a: bề dày mỗi tấm chắn; a = 0,1 (m). - H: chiều dài ống; H = 2 (m). - 56 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B ⇒ Hcal = 2 + 2×0,1= 2,2 (m). • Chiều dài của calorife: Dcal = (n1-1)× t0 + D + 2× (x + y). Trong đó: - n1: số ống trong mỗi hàng; n1 = 21. Dcal = (21-1)×0,056 + 0,053 + 2× (0,01 + 0,003). Dcal = 1,199 (m). 7.1.3. Chọn quạt. Để vận chuyển không khí được đều theo các đường dẫn trong thiết bị sấy ta sử dụng quạt đẩy, quạt đẩy được đặt trước calorife để đưa không khí ngoài môi trường qua calorife vào tháp sấy. Mục đích của việc chọn quạt là xác định công suất của động cơ, với hệ thống sấy này người ta đã cho biết công suất của động cơ nên ta không cần tính toán các trở lực của quạt. Số lượng quạt cần dùng: 2 quạt. 7.2. Sàng tách tạp chất. + Chọn 2 sàng tách tạp chất. + Năng suất cần thiết vào mỗi sàng: Q = 2 893,3777 = 1888,947 (kg/h). +Chọn loại sàng LS -1. Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất sàng: 2000 (kg/h). + Động cơ điện: 2 (Kw). + Kích thước sàng: Dài×Rộng ×Cao = 1000mm×2000mm×1400mm. - 57 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Tần số dao động: 1250 (lần/phút). 7.3. Máy xát khô. + Chọn 2 máy xát khô. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy: Q = 2 338,3702 = 1851,169 (kg/h). Giới thiệu chung: Máy xát vỏ dùng để xát và tách lớp vỏ của cà phê quả khô. Thành phẩm đi ra từ nhà máy là cà phê nhân xô. Chọn máy xát khô MXV-1 [XIV]. Cấu tạo: 01.Trục chính máy. 03. Cửa nạp liệu. 02. Bộ phận xả liệu. 04. Đối trọng điều chỉnh 05. Núm điều chỉnh mặt dao 06. Quạt thổi tạp 07. Khung máy Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất máy: 2000 (kg/h). +Vận tốc trục quay: 120 (v/ph). + Công suất động cơ: 1,2 (Kw). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1500mm×7000mm×1500mm. - 58 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 7.4. Máy đánh bóng. + Chọn 2 máy đánh bóng. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy: Q = 2 593,2517 = 1258,797 (kg/h). + Chọn máy đánh bóng MĐB- 500 [XIV]. Giới thiệu chung: Máy được sử dụng để bóc lớp vỏ lụa và đánh bóng hạt cà phê nhân nhằm nâng cao chất lượng thành phẩm sau chế biến. Cấu tạo: 01. Motor 03. Bộ phận xã liệu 02. Bộ phận nạp liệu 04. Quạt thổi tạp 05. Đối trọng điều chỉnh độ bóng. Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất máy: 1500 (kg/h). + Vận tốc trục quay: 150 (v/ph). + Công suất động cơ: 1,5 (Kw). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1000mm×2000mm×1400mm. 7.5. Phân loại theo kích thước. - 59 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Chọn 2 máy phân loại theo kích thước. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy: Q = 2 713,2391 = 1195,856 (kg/h). + Chọn máy phân loại theo kích thước KT-1 [XIV]. Giới thiệu chung: Chức năng của máy này dùng để phân loại kích thước hạt cà phê theo những kích thước khác nhau dựa trên các kích thước tiêu chuẩn của mặt sàng. Ngoài khả năng phân loại máy này còn tách được các tạp chất như: bụi, hạt vỡ, mẽ… Cấu tạo: 01.Chân đế. 03. Motor truyền động trục chính. 02. Máng nạp liệu. 04. Khung sàng. 05. Cửa ra thành phẩm. Đặc tính kỹ thuật: - Năng suất máy: 1500 (kg/h). - Kích thước sàng: Dài× rộng×cao = 2000mm×1500mm×1400mm. - Công suất động cơ điện: 0,6 (Kw). - Số lần dao động: 450 (lần/phút). 7.6. Phân loại theo trọng lượng. + Chọn 2 máy phân loại theo trọng lượng. - 60 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy tính theo hạt có kích thước >6,3mm: Q = 2 833,1665 = 832,912 (kg/h). + Chọn thiết bị thẳng đứng Catador C-1 [XIV]. Giới thiệu chung: Catador là một thiết bị cần thiết trong hệ thống chế biến cà phê có chức năng loại bỏ hạt mẻ, vỏ cùng tạp chất nhẹ ra khỏi cà phê dựa trên nguyên tắc khí động học. Cấu tạo: 01.Cửa nạp liệu 03. Cửa xả liệu 02. Cửa xả tạp chất. 04. Motor truyền động chính Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất máy: 500 (kg/h). + Công suất động cơ: 2 (Kw). + Vận tốc gió thổi: 14 (m/s). + Tốc độ quạt: 550-620 (v/ph). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1000mm×2000mm ×1400mm. 7.7. Phân loại theo màu sắc. + Chọn 2 máy phân loại theo màu sắc. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy tính theo hạt có kích thước >6,3mm: - 61 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Q = 2 175,1649 = 824,588 (kg/h). + Chọn máy phân loại hiệu Sortex Jonhson của Mỹ [II-72]. + Năng suất máy : 1000 (kg/h). + Kích thước: Dài× rộng×cao = 1000mm×2500mm×1500mm. 7.8. Máy phối trộn. + Chọn 2 máy phối trộn. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy tính theo hạt loại 1: Q = 2 123,1376 = 688,062 (kg/h). + Chọn máy phối trộn kiểu vít xoắn nằm ngang [X-235]. + Năng suất máy: 1000 (kg/h). + Bước cánh vít: 100 (mm). + Số vòng quay: 206 (vòng/ph). + Công suất động cơ: 3,5 (Kw). + Kích thước máy: Dài× rộng×cao = 1400mm×2000mm×3500mm. 7.9. Chọn xilô. - Chọn xilô chứa cà phê nhân cho 3 loại trước khi vào máy phân loại theo trọng lượng: + Chọn 2 xilô chứa cà phê cho loại hạt có kích thước > 6,3mm. + Lượng nguyên liệu mỗi xilô cần chứa: Q = 2 833,1665 = 832,917 (kg/h). + Dung trọng cà phê: 600 (kg/m3). + Thể tích khối cà phê nhân chứa trong xilô: 165,4 600 917,8323Vnl =×= (m3). + Thể tích xilô chứa: ϕ= nlVV (m3). Trong đó: - ϕ : hệ số chứa đầy ; ϕ = 0,85. 9,4 85,0 165,4V == (m3). Chọn xilô hình trụ tròn, đáy hình nón, có góc tháo liệu là 600. + Chọn đường kính phần hình trụ: D = 1,0 (m). - 62 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Chiều cao đáy nón: 866,03 2 0,160tg 2 Dh 01 =×=×= (m). + Thể tích đáy nón: 227,0 2 0,114,3 3 866,0 2 D 3 hV 22 1 n =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛××=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×π×= (m3). + Thể tích phần trụ: Vtr= V – Vn= 4,9 – 0,227 = 4,673 (m3). + Ta có: 2 2 tr h4 DV ×π×= ; h2 là chiều cao phần trụ. ⇒ 953,54 0,114,3 673,44 D 673,4h 222 =××=××π= (m) + Chiều cao của xilô: H = h1+ h2= 0,866 + 5,953 = 6,819 (m). Chọn 2 xilô chứa hạt có kích thước >5,6mm và 2 xilô chứa hạt có kích thước >5mm tương tự như xilô chứa hạt > 6,3mm. Tổng số xilô dùng là: n = 6 (xilô). - Xilô chứa cà phê nhân trước phối trộn, đóng bao cho cả 3 loại hạt: + Chọn 6 xilô tương tự như xilô chứa cà phê nhân trước khi vào máy phân loại theo trọng lượng. + Tổng số xilô dùng là: n = 6 (xilô). Bảng 7.1. Các thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất cà phê nhân. STT Tên Thiết bị chính Kích thước (mm) Số lượng 1 - Máy sấy. 2000×3000×6000 2 2 - Sàng phân loại sau sấy. 1000×2000×1400 2 3 - Máy xát khô. 15000×7000×1500 2 4 - Máy đánh bóng. 1000×2000×1400 2 5 - Máy phân loại theo kích thước. 1000×2000×1400 2 6 - Máy phân loại theo trọng lượng. 1000×2000×1400 2 7 - Máy phân loại theo màu sắc. 1000×2500×1500 2 8 - Máy phối trộn. 1400×2000×3500 2 9 - Xilô chứa cà phê nhân trước khi vào máy phân loại theo trọng lượng. H= 6819;D= 1000 6 10 - Xilô chứa cà phê nhân trước phối trộn đóng bao. H= 6819;D = 1000 6 - 63 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 7.10. Thiết bị vận chuyển. 7.10.1. Gàu tải. + Chọn loại gàu tải GT-150 [XIV]. Giới thiệu chung: Gầu tải là một thiết bị vận chuyển liên tục, dùng để chuyển tiếp, nạp nguyên liệu vào vị trí cần thiết trong dây chuyền. Kích thước cao của gầu tuỳ theo yêu cầu vận chuyển. Cấu tạo: 1. Cửa nạp. 6. Gầu múc. 2. Cơ cấu băng tải. 7. Motor truyền động. 3. Cửa chăm sóc. 8. Bộ truyền cơ khí. 4. Thân gàu tải. 9. Chân cửa ra. 5. Băng gầu tải. 10. Cửa vệ sinh đáy gầu. - 64 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Đặc tính kỹ thuật: + Công suất của động cơ gầu tải là: 0,5 (Kw). + Năng suất gầu: 3- 5 (t/h). 7.10.2. Vít tải. Giới thiệu chung: Vít tải là 1 loại thiết bị vận chuyển nguyên liệu từ nơi này sang nơi khác theo phương ngang, nghiêng, đứng tuỳ theo yêu cầu vận chuyển. Sử dụng vít tải có ưu điểm dễ vận hành, thao tác, năng suất cao, ít chiếm chỗ. Cấu tạo: [XIV]. 1. Cửa nạp liệu. 2. Vỏ vít tải kiểu ống. 3. Trục chính mang lá vít tải. 4. Motor và bộ truyền cơ khí. Đặc tính kỹ thuật: + Kích thước vít tải: D = 500mm; chiều dài của vít tuỳ theo yêu cầu vận chuyển. + Năng suất vít tải: 1( t/h). - 65 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Công suất của động cơ vít tải là: 0,5 (Kw). Bảng 7.2. Các thiết bị vận chuyển trong dây chuyền sản xuất cà phê nhân. STT Tên thiết bị Kích thước (mm) SL 1 - Gầu tải N.liệu lên máy sấy. B =125; H = 6300. 2 2 - Gầu tải N.liệu sau khi sấy lên sàng PL. B = 125; H = 1550. 2 3 - Gầu tải N.liệu lên máy xát khô. B = 125; H =1650. 2 4 - Gầu tải N.liệu lên máy đánh bóng. B = 125; H = 1550 2 5 - Gầu tải N.liệu lên sàng PL theo kích thước. B = 125; H = 1550. 2 6 - Gầu tải N.liệu từ vít tải lên xilô chứa cà phê trước khi vào máy Catador. B = 125; H = 7000. 6 7 - Gầu tải N.liệu từ xilô chứa đến vít tải trước khi vào máy Catador. B = 125; H = 7000. 6 8 - Gầu tải N.liệu lên máy PL theo màu sắc. B =125; H = 1650. 2 - Gầu tải N.liệu từ vít tải lên xilô chứa cà phê trước khi vào máy phối trộn. B = 125; H = 7000. 6 9 - Gầu tải N.liệu từ xilô chứa đến vít tải trước khi vào máy phối trộn. B = 125; H = 7000. 6 10 - Gầu tải vận chuyển N.liệu từ máy phối trộn đến cân, đóng bao. B = 125; H = 2800. 2 11 - Vít tải N.liệu từ bộ phận chứa đến chân gầu tải nguyên N.liệu tháp sấy. D = 500, l= 1000. 2 12 - Vít tải N.liệu sau khi sấy đến chân gầu tải N.liệu lên sàng làm sạch. D = 500, l= 1000. 2 13 - Vít tải nghiêng vận chuyển N.liệu từ máy P.L theo kích thước đến chân gầu tải N.liệu vào xilô chứa trước khi vào Catador. D =500, l= 5000. 6 14 - Vít tải nguyên liệu từ đầu gầu tải đến Catador. D =500, l = 5000 6 15 - Vít tải N.liệu từ máy PL theo màu sắc đến chân gàu tải NL trước khi vào xilô chứa. D =500, l = 5000 6 16 - Vít tải N.liệu từ đầu gầu tải đến máy phối trộn. D = 500, l = 5000 6 17 - Vít tải nguyên liệu từ cân đến máy đóng bao D = 500, l = 5000 2 - 66 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B B. Tính và chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê rang xay. 7.1 Sàng tạp chất. + Chọn sàng lắc dọc, ba lưới sàng [X - 142]. + Năng suất sàng: 300 (kg/h). + Năng suất cần thiết: Q = 266,500 (kg/h). + Lưới sàng làm bằng thép dập lỗ tròn : φ1 = 6,5 (mm). φ2 = 6 (mm). φ1 = 4 (mm). + Kích thước máy: Dài× rộng×cao = 2000mm×1000mm×1500mm. + Công suất động cơ điện: 2,5 (Kw). + Số lượng sàng: n = 1 (máy). 7.2. Bể xử lý nguyên liệu. + Thể tích bể: V = ϕ×Q× t (m3). Trong đó : - ϕ: hệ số an toàn của bể; ϕ = 1,5. - Q: năng suất của bể (m3/h); ρ= GQ (m3/h). • G: lượng nguyên liệu vào bể: G = 266,521 (kg/h). • ρ: dung trọng cà phê; ρ = 600 (kg/m3). 0,444 600 521,266Q == (m3/h). • t: thời gian nguyên liệu lưu lại trong bể (h); t = 1/12 (h). ⇒ V = 1,5×0,444× 12 1 = 0,056 (m3). + Kích thước của bể: Dài× rộng×cao = 800mm×600mm×1000mm. Số lượng bể: n = 1 (bể). 7.3. Xilô chứa nguyên liệu trước khi rang. + Khối lượng cà phê của mỗi mẻ rang là: (70 kg/mẻ). + Thể tích nguyên liệu : ρ= 70Vnl (m 3). Trong đó: - ρ: dung trọng cà phê trước khi rang; ρ = 600 (kg/m3). - 67 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 117,0 600 70Vnl == (m3). + Thể tích xilô chứa : μ= nlVV (m3). - Với: μ là hệ số chứa đầy; μ = 0,85. 138,0 85,0 117,0V == (m3). Chọn xilô hình trụ tròn, đáy hình nón cụt có góc nghiêng 600. - Chọn đường kính phần hình trụ: D = 0,5 (m). - Chiều cao đáy nón: 433,03 2 5,060tg 2 Dh 01 =×=×= (m). - Thể tích đáy nón: 057,0 2 5,014,3 3 433,0 2 D 3 hV 22 1 n =××=×π×= (m3). - Thể tích phần trụ: Vtr = V-Vn = 0,138 - 0,057 = 0,081 (m3). - Ta có: 2 2 tr h4 DV ×π= (m3). h2: là chiều cao phần trụ. ⇒ 413,04 5,014,3 081,04 D 081,0h 222 =××=××π= (m) - Chiều cao của xilô : H = h1 + h2= 0,433 + 0,413 = 0,846 (m). Chọn n = 1 (xilô). 7.4. Thiết bị rang. + Năng suất cần thiết: Q = 262,522 (kg/h). + Chọn thiết bị rang MR-25 [XIV]. Giới thiệu chung: Máy rang cà phê MR-25 là thiết bị chuyên dùng để rang cà phê nhân . máy có thể sử dụng riêng rẻ hoặc lắp trong dây chuyền chế biến cà phê hoàn chỉnh. Cấu tạo: 01. Máy nạp liệu. 09. Tay xoay trống rang. 02. Tay mở van nạp liệu. 10. Quạt hút tạp 03. Trống rang hạt. 11. Cyclon lắng tạp. 04. Xăm thử cà. 12. Bếp đốt ga. 05. Tay mở cửa xả cà sau khi rang. 13. Tủ điện điều khiển. - 68 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 06. Cửa xả cà sau khi rang. 14. Motor truyền động trống rang hạt. 07. Nia làm nguội. 15. Motor quạt hút. 08. Cửa xả cà sau khi làm nguội 16. Motor truyền động nia làm nguội. + khối lượng nguyên liệu vào trong 1 mẻ rang: G = 70 (kg/h). + Tổng thời gian rang và tháo liệu: 3 1 (h). + Số thiết bị rang cần: 250,1 3 1 70 522,262n =×= . + Chọn 2 thiết bị rang chính và 1 thiết bị rang dự phòng. Tổng số thiết bị rang cần: n = 3 thiết bị. + Thể tích thiết bị cần thiết để chứa khối nguyên liệu: )m(GV 3ρ= . Trong đó: - G: khối lượng nguyên liệu vào trong 1 mẻ rang. G = 70 (kg/h). - ρ: dung trọng cà phê trước khi rang; ρ = 600 (kg/m3). 600 70V = = 0,117 (m3). - 69 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Trong quá trình rang thì thể tích của hạt cà phê tăng 50 ÷ 10% để đảm bảo quá trình đảo trộn và thoát khí tốt khi rang thì nguyên liệu vào chỉ chiếm 30% thể tích thùng rang. + Thể tích thùng rang: ).m(390,0 30 100117,0 30 100VV 3T =×=×= + Đường kính thùng rang: DT = 0,7 (m). + Chiều dài thùng rang: L = 014,1 )7,0(14,3 390,04 2 =× × (m). + Thùng làm bằng gang, dày 5 (mm). + Số vòng quay của thùng: v = 10 (v/ph). + Công suất động cơ: Nđc = 2,5 (Kw). 7.5. Chọn thiết bị cho công đoạn làm nguội. Người ta thường tiến hành làm nguội bằng cách phun nước để giảm nhiệt độ và nâng độ ẩm của cà phê sau khi rang từ 1% lên 3% (quá trình này được làm nguội trong thùng rang), nên cà phê sau khi ra khỏi máy rang chỉ được làm nguội sơ bộ bằng băng tải . + Năng suất cần thiết: Q = 199,517 (kg/h). + Chọn băng tải BTM-200 [XIV]. Cấu tạo: 1. Motor và bộ truyền cơ khí. 3. Băng tải 2. Thân băng tải. 4. Cơ cấu tăng băng tải. Đặc tính kỹ thuật: + Chiều rộng tấm băng : B = 400 (mm). + Chiều dài băng tải: l = 2 (m). + Chọn n =1 (băng tải). - 70 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Công suất động cơ: 0,6 (Kw). 7.6. Máy phối trộn. + Năng suất cần thiết: Q = 205,503 (kg/h). + Chọn máy trộn cà phê MT-25 [XIV]. Giới thiệu chung: Máy trộn cà phê là thiết bị dùng trong hệ thống chế biến cà phê bột. Chức năng của máy này là dùng để pha trộn các loại cà phê lại với nhau theo tỷ lệ, để tạo ra hương vị cà phê như mong muốn. Cấu tạo: 01. Cửa nạp. 04. Khung máy. 02. Trục chính 05. Motor truyền động trục chính. 03. Cửa ra thành phẩm. Đặc tính kỹ thuật: + Công suất động cơ: 2 (Kw). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1000mm×1200mm×2500