TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ THIẾT KẾ MÁY CẮT VỎ QUẢ CA CAO Trình độ đào tạo Hệ đào tạo: Khoa: Chuyên ngành Lớp: Khóa học Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện : Đại học : Chính quy : Hóa học & CNTP : Hóa dầu : DH11H2 : 2011 – 2015 : Th.S Nguyễn Quốc Hải : Hồ Xuân Hiệp : Nguyễn Thị Hiếu : Ngô Lê Huyền Mi Vũng Tàu, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ THIẾT KẾ MÁY CẮT VỎ QUẢ CA CAO Trình độ đào tạo Hệ đào tạo: Khoa: Chuyên ngành Lớp: Khóa học Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Vũng Tàu, 2014 : Đại học : Chính quy : Hóa học & CNTP : Hóa dầu : DH11H2 : 2011 – 2015 : Th.S Nguyễn Quốc Hải : Hồ Xuân Hiệp : Nguyễn Thị Hiếu : Ngô Lê Huyền Mi NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ I. TÊN ĐỒ ÁN : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẮT VỎ CA CAO II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phần I : Tổng quan lý thuyết  Nguyên vật liệu  Sản phẩm  Cơ sở lý thuyết quá trình  Thông số của quá trình Phần II: Quy trình công nghệ  Sơ đồ quy trình công nghệ  Thuyết minh quy trình công nghệ Phần III: Tính toán thiết kế  Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng  Tính toán thiết bị chính  Tính toán lựa chọn các thiết bị phụ Phần IV: Bản vẽ thiết bị chính (vẽ tay ) III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ LUẬN ÁN: 17/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/05/2014 V. HỌ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN : Th.S NGUYỄN QUỐC HẢI Vũng Tàu , ngày tháng năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths. Nguyễn Quốc Hải MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN LỜI MỞ ĐẦU I. TỔNG QUAN VỀ CÂY CA CAO 1 I.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO 1 I.1.1. Tổng quan về ca cao 1 I.1.2. Một số đặc điểm của cây cacao 1 I.1.3. Ca cao ở Việt Nam 3 I.2. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA QUẢ CA CAO 4 I.3. CẤU TẠO CỦA QUẢ CA CAO 5 I.3.1. Lớp vỏ cứng 6 I.3.2. Lớp nhầy 6 I.3.3. Vỏ trấu (vỏ hạt) 7 I.3.4. Hạt cacao 8 I.3.5. Loại ca cao đề xuất 8 II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9 II.1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 9 II.2. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ 10 III. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 11 III.1. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 11 III.2. TÍNH TOÁN BĂNG TẢI 15 III.3. CHỌN ĐỘNG CƠ 16 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CẢM ƠN Trong cuộc sống của chúng ta, không có sự thành công nào dễ dàng có được và cũng không có công việc nào có thể hoàn thành mà không có sự hỗ trợ hay giúp đỡ dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Nằm trong quy luật đó của cuộc sống, qua khoảng thời gian 2 tháng nhận và làm đồ án cho tới lúc hoàn thành nhóm chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ và chỉ dạy tận tình của các thầy cô giảng viên trong trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu. Trước tiên với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Quốc Hải đã không chỉ truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trên lớp học mà còn tận tình chỉ dạy và từng bước định hướng cho chúng em có thể triển khai và hoàn thành đồ án của mình. Chúng em cũng vô cùng biết ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo khác trong khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm, các thầy cô trong khoa Cơ Khí trường Đại Học Bà Rịa-Vũng tàu, đặc biệt là thầy Lê Hùng Phong- phó trưởng khoa cơ khí. Nhờ có sự chỉ dạy về chuyên môn cũng như kinh nghiệm quý báu của thầy đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và các anh chị trong khoa đã trao đổi và chia sẻ với chúng em về những kiến thức của mình để chúng em có thể hiểu rõ hơn về nhiệm vụ của mình. Bài làm của chúng em được thực hiện trong vòng gần 2 tháng với một đề tài khá mới và bước đầu tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo khoa học, thiết kế chế tạo thiết bị, kiến thức của chúng em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ. Do đó không tránh khỏi những thiếu sót, em mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn trong lớp để kiến thức của chúng em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình. Trân trọng. LỜI MỞ ĐẦU Ca cao là loài cây có từ rất lâu đời và được rất nhiều nước trên thế giới ưa trồng vì giá trị kinh tế mà nó mang lại, trong đó có Việt Nam. Ca cao có mặt ở Việt Nam từ rất sớm, theo chân các nhà truyền giáo phương tây và được trồng rộng rãi ở nhiều nơi, vùng Tây Nguyên vẫn được xem là điều kiện lý tưởng nhất cho sự phát triển của ca cao. Chính vì thế, nguồn sản xuất cacao của nước ta tập trung chủ yếu ở khu vực Tây Nguyên. Quả ca cao sau khi thu hoạch được tách vỏ và đưa vào các quá trình chế biến sâu để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế đồng thời loại ra một khối lượng vỏ rất lớn, khoảng 50% khối lượng quả, thường được bỏ lại ngay tại vườn. Lợi ích của quá trình này là giảm công vận chuyển nhưng vỏ cacao trên mặt đất không được xử lý sẽ tạo ra môi trường rất tốt cho nhiều loài sâu bệnh hại phát triển, phát tán và lây lan do vỏ trái ca cao khá giàu dinh dưỡng. Do đó, việc tận dụng nguồn vỏ trái ca cao giàu dinh dưỡng như một nguồn nguyên liệu chính để chế biến thành phân hữu cơ sinh học (dùng bón lại cho cây ca cao) hoặc thức ăn cho vật nuôi (trâu, bò, v.v ) sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm sự thiếu hụt thức ăn cho vật nuôi, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, qua đó giúp cho việc trồng và chế biến ca cao đuợc phát triển một cách hiệu quả và bền vững. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta chưa phát triển quy trình chế biến để tận thu vỏ trái ca cao. Chính vì vậy, nhóm chúng em thực hiện đề tài “ Thiết kế thiết bị cắt vỏ ca cao” với hy vọng có thể đưa ra một phương án tận dụng nguồn vỏ có lợi từ quả ca cao để sản xuất phân bón và làm thức ăn trong chăn nuôi. Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải 1 I. TỔNG QUAN VỀ CÂY CA CAO I.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO I.1.1. Tổng quan về ca cao Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, tên khoa học là Theobroma cacao, là thứ duy nhất trong 22 loài của giống Theobroma được trồng sản xuất. Hiện nay có 3 vùng chính trên thế giới trồng cacao: + Nam Mỹ: Brazil, Ecuador. + Tây Phi: Bờ Biển Ngà, Ghana, Cameroon, Nigeria. + Đông Nam Á: Indonesia, Malaysia, Việt Nam. I.1.2. Một số đặc điểm của cây ca cao Ca cao là cây công ngiệp dài ngày trồng thích hợp ở vùng nhiệt đới. Sau khi trồng 3-4 năm cây bắt đầu ra trái, sau 10 năm thì cây phát triển hoàn thiện. Cây ca cao có thể thu hoạch quả đến 50 năm. Cacao là loài cây thân gỗ nhỏ, có thể cao từ 10-20m nếu mọc ra tự nhiên. Trong điều kiện sản xuất chiều cao trung bình của cây ca cao khoảng 5-7m, đường kính trung bình khoảng 10-18cm. Trên mỗi thân cacao có thể có từ 4-5 tầng cành. Điều kiện canh tác: T = 20-30 0 C; lượng mưa 1500-2000mm/năm; độ pH của đất: 6,5 - 6,7; phân bón: đạm, kali và các khoáng vi lượng. Rễ ca cao có dạng trụ, dài khoảng 1,5-2m. Trên suốt chiều dài của rễ trụ có nhiều rễ ngang phân nhánh và có rất nhiều rễ con tập trung chủ yếu dưới cổ rễ khoảng 20cm. Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có cuống dài 1-3cm, màu sắc vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài. Hoa mọc trực tiếp từ sẹo lá của thân và cành, thuộc loại lưỡng tính và thụ phấn chủ yếu là nhờ côn trùng. 0,5% hoa nở tạo quả, trong đó 90% quả non sẽ bị khô và rụng. Quả ca cao có những đặc tính về màu sắc, kích thước và hình dạng quả thay đổi theo chất lượng giống: Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải 2 Quả ca cao thường có chiều dài 7 – 30cm, đường kính 7-9cm, khối lượng khoảng 200g hoặc hơn tùy giống. Hình dáng quả thay đổi từ hình cầu đến hình oval đến hơi dài, nhọn hoặc hình trứng. Quả chưa chín có thể có màu xanh, đỏ tím hoặc xanh điểm sắc đỏ tím Khi quả đạt độ chín, màu xanh chuyển qua màu vàng, màu đỏ tím thường chuyển qua màu da cam. Quả ca cao có chứa từ 25 đến 80 hạt. Hạt ca cao có hình trứng, hơi dẹt và thường có màu tím hoa cà hơi đỏ nhạt. Hạt ca cao là hạt không có nhân, mập, dài 2 – 3cm, có lớp cùi nhớt màu trắng, có vị ngọt hơi chua bao quanh. Kế lớp cùi nhớt là lớp vỏ mỏng dễ vỡ cũng được gọi là vỏ cứng và phần vỏ lụa trông rất mỏng có màu trắng mỡ bọc lấy lõi hạt và ăn vào phần lõi hạt, chia lõi hạt ra thành những ô góc cạnh. Hình 1: Hạt ca cao Trên thế giới, ca cao có nhiều dòng, nhóm. Mỗi dòng, nhóm đều mang những đặc tính khác nhau, thích hợp trên những vùng sinh thái khác nhau. Có 3 chủng ca cao chủ yếu là: Forastero, Criollo và Trinitario. Trồng phổ biến nhất là: Criollo và Forastero. Trinitario là kết quả của sự lai phổ biến nhất là: Criollo và Forastero. Trinitario là kết quả của sự lai tạo giữa 2 giống trên. Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải 3 Bảng 1: Những đặc tính chính của các nhóm ca cao I.1.3. Ca cao ở Việt Nam Ở Việt Nam, ca cao được du nhập vào rất sớm, theo chân các nhà truyền giáo phương Tây. Cây ca cao là một lọai cây kinh tế được trồng ở nhiều nước. Đây là loại cây công nghiệp có giá trị cao khoảng 1500-1600 USD/tấn. Tại Việt Nam, ca cao hiện nay đang được khuyến khích trồng thay các loại cây khác. Do có điều kiện khí hậu thuận lợi nên sản lượng hiện nay tăng lên rất rõ rệt khoảng 500.000 tấn trái/năm. Hiện tại, ca cao được trồng rộng rãi ở nhiều nơi: Tây Nguyên, một số tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu Long, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước. Trong đó, vùng Tây Nguyên vẫn được đánh giá là có điều kiện lý tưởng nhất cho sự phát triển của cây ca cao. Ở đây, theo nghiên cứu thống kê thì cây ra hoa cho quả quanh năm, sản lượng bình quân đạt 3 kg hạt khô/1 cây 5 năm tuổi. Năm 2009, sản lượng ca cao của Việt Nam đạt 1000 tấn hạt khô. Trong đó, ĐakLak chiếm 33%, Bến Tre 25%, Bà Rịa-Vũng Tàu 17%, Tiền Giang 5% và Bình Phước 2%. Định hướng phát triển cây ca cao ở nước ta trong thời gian tới, theo mục tiêu của Bộ Đặc điểm Criollo Forastero Trinitario Dạng quả Dài, thuôn, nhọn đầu Tròn, bầu dục Dài Sống quả Nhọn, rãnh sâu Trơn, không rãnh sâu Rãnh sâu không rõ nét Kết cấu vỏ quả Mỏng, mềm, ít mô gỗ Cứng, dày, nhiều chất gỗ Hầu hết cứng Màu sắc Vàng-đỏ, các đốm nâu nhỏ Xanh vàng Không nhất định Hoa Nhụy hồng nhạt Nhụy màu tím có xanh có đỏ Hạt 20 – 40 hạt 30 – 60 hạt Nhiều hơn 40 hạt Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải 4 Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn là phát triển bền vững cây ca cao ở Việt Nam nhằm tăng khối lượng sản phẩm hàng hóa, tăng hiệu quả kinh tế trên đơn vị diện tích đất, nâng cao thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường. I.2. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA QUẢ CA CAO Bảng 2: Thành phần hóa học của hạt ca cao tươi Phôi nhũ có hàm lượng bơ ca cao khá cao, chiếm tới 48-50% so với trọng lượng hạt đã lên men và sấy khô, vỏ hạt có một ít và không có ở chất nhầy. Bơ cacao chiết từ hạt có dạng tinh thể nhỏ, màu trắng và mùi thơm đặc trưng. Nó góp phần tạo mùi vị cho ca cao. Chất nhầy có chứa một hàm lượng đường (glucose, fructose, sucrose) và nước khá cao. Ngoài ra, còn có một lượng acid citric làm cho pH của chất nhầy luôn ổn định ở 3,5. Theobromine thuộc họ akaloid là thành phần đặc trung của hạt cacao vì nó tạo ra vị đắng đặc trưng. Chiếm từ 1,5-1.7% trọng lượng quả. Chất theobromine thường ở dạng bột với tinh thể màu trắng và có vị đắng, thăng hoa ở nhiệt độ 308 0 C. STT Thành phần (%kg) Phôi nhũ Cùi Vỏ hạt 1 Nước 35 84,5 9,4 2 Cellulose 3,2 - 13,8 3 Tinh bột 4,5 - 46 4 Pentosan 4,9 2,7 - 5 Saccharose - 0,7 - 6 Glucose + Fructose 1,1 10 - 7 Bơ ca cao 31,3 - 3,8 8 Protein 8,4 0,6 18 9 Theobromine 2,4 - - 10 Enzym 0,8 - - 11 Polyphenol 5,2 - 0,8 12 Acid 0,6 0,7 - 13 Muối khoáng 2,6 0,8 8,2 [...]... Acid - Muối khoáng 8,2 7 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải I.3.4 Hạt cacao Thành phần hạt ca cao Thành phần (%) Hạt Nước 35,5 Cellolose 3,2 Tinh bột 4,5 Pentose 4,9 Saccarose 0,7 Glucose + Fructose 1,1 Bơ ca cao 31,3 Protein 8,4 Theobromine 2,4 Enzym 0,8 Polyphenol 5,2 Acid 0,6 Muối khoáng 2,6 I.3.5 Loại ca cao đề xuất Đồ án thiết kế thiết bị cắt vỏ ca cao sử dụng chủng ca cao Forastero... II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 9 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải II.2 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ Để làm nguyên liệu cho qua trình cắt, vỏ quả ca cao phải trải qua quá trình tách để tách nó ra khỏi hạt ca cao. Sau khi trải qua quá trình tách vỏ, vỏ ca cao sẽ được cho vào quá trình cắt với các thông số như sau: năng suất nhập liệu là 1 tấn/ngày, kích thước vỏ trước khi cắt là 20... trong quá trình chế biến, chất tạo thơm D-Linalool là thành phần có giá trị nhất trong quả cacao và các khoáng chất khác (Fe, K, P, Mg, ) Hình 2: Giống ca cao Forastero I.3 CẤU TẠO CỦA QUẢ CA CAO Hình 3: Cấu tạo từ ngoài vào trong của quả ca cao 5 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải I.3.1 Lớp vỏ cứng Vỏ ca cao chứa 3-4% kali trên trọng lượng chất khô, là nguồn phân bón giàu kali Vỏ quả ca. .. dẫn động quay cho thiết bị 16 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải KẾT LUẬN Sau gần 2 tháng làm đồ án dưới sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của Th.s Nguyễn Quốc Hải và các thầy cô giáo khác cộng với sự nỗ lực của bản thân, chúng em đã hoàn thành xong đồ án với đề tài Thiết kế thiết bị cắt vỏ ca cao Về cơ bản, chúng em đã thiết kế được các bộ phận bên trong thiết bị cắt đáp ứng được... thoát ở dưới đáy thiết bị Sản phẩm sau quá trình cắt là vỏ quả ca cao kích thước nhỏ (1x 1cm) sẽ được đưa đi để ủ làm phân bón hoặc làm thức ăn vỗ béo cho trâu, bò… 10 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ III.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH - Năng suất nhập liệu: Q = 1 tấn/ngày = 1000 (kg/ngày) = - 125 3 (kg/h) Thể tích trung bình của vỏ quả ca cao: Vđ = 𝜋.20.82... 1453 (s) 0,9 Số quả ca cao trung bình thiết bị chứa: 𝑉2 𝑡 𝑉đ = 1,85855.10−1 1453 4,019 11 = 67 (quả) Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải => Số lượng quả phù hợp với thể tích chứa thiết bị - Thiết bị là một khối chóp cụt Do đó: 1 𝑉𝑡𝑏 = 3 𝐿 (𝑆1 + 𝑆2 + √ 𝑆1 𝑆2 = 0,3 (m3) Với: L = 90 cm (chiều cao roto) S1 : diện tích đáy lớn của thiết bị (cm2) S2: diện tích đáy bé của thiết bị (cm2) - Để... tránh việc thiết bị bị biến dạng và phù hợp với lực ép của quá trình cắt, bề dày của thành thiết bị có giới hạn ≥ 2 cm Thiết kế lưỡi cắt như hình vẽ: Để giảm ma sát trong quá trình cắt vật liệu, ta thiết kế lưỡi cắt thành 2 phần lưỡi, một lưỡi nằm phía bên phải chuyển động theo chiều quay roto (cùng chiều kim đồng hồ) là phần cắt chính Lưỡi bên trái chủ yếu là để cố định nguyên liệu trong quá trình cắt. .. khối lượng riêng của vỏ ca cao Kb = 580: hệ số phụ thuộc hình dạng bằng Kg = 0,85: hệ số giảm năng suất Để vật liệu không bị rơi ra khỏi thiết bị và phù hợp với băng tải cong dạng lòng máng, ta kết hợp điều kiện: hm = 2 dmax + 200 , với hm : chiều cao lòng máng Với: dmax = 9 cm: kích thước bề rộng lớn nhất của quả ca cao  hm = 2.90 + 200 = 380 mm = 38cm 15 Đồ án quá trình thiết bị - GVHD: Th.S Nguyễn... 1 tấn/ngày, kích thước vỏ trước khi cắt là 20 x 8 cm, sau khi cắt là 1x1 cm Vỏ ca cao được tách ra từ thiết bị tách vỏ, sẽ được đưa vào băng tải và được hệ thống băng tải lòng máng đưa vào thiết bị cắt Sau khi đi vào thiết bị cắt, nguyên liệu sẽ lần lượt đi qua 3 tầng lưỡi cắt và được cắt nhỏ dần Sau một thời gian được cắt nhỏ trong thiết bị, cho tới lúc nguyên liệu đạt kích thước đầu ra là 1x1 cm thì... sản xuất và chăn nuôi Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Tính toán dẫn động cơ khí tập 1, Trịnh Chất 2) Đề tài công nghệ sản xuất bột ca cao http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-cong-nghe-san-xuat-bot-cacao-10008/ 3) Đề tài sử dụng vỏ ca cao trong khẩu phần nuôi vỗ béo bò tại Đăk Lăk http://timtailieu.vn/tai-lieu/de-tai-su-dung-vo-qua -ca- cao- trong-khau-phannuoi-vo-beo-bo-tai-dak-lak-7559/ . Nguyễn Quốc Hải 8 I.3.4. Hạt cacao Thành phần hạt ca cao I.3.5. Loại ca cao đề xuất Đồ án thiết kế thiết bị cắt vỏ ca cao sử dụng chủng ca cao Forastero vì chủng này khá phổ. liệu cho qua trình cắt, vỏ quả ca cao phải trải qua quá trình tách để tách nó ra khỏi hạt ca cao. Sau khi trải qua quá trình tách vỏ, vỏ ca cao sẽ được cho vào quá trình cắt với các thông số. trong quả cacao và các khoáng chất khác (Fe, K, P, Mg, ). Hình 2: Giống ca cao Forastero I.3. CẤU TẠO CỦA QUẢ CA CAO Hình 3: Cấu tạo từ ngoài vào trong của quả ca cao Đồ án