ĐỒ án QUÁ TRÌNH THIẾT bị ép bơ hạt CA CAO

Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ
khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin
gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm– Trường Đại Học Bà
Rịa Vũng Tàu đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức
quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt, trong học kỳ
này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích
đối với sinh viên ngành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học cũng như tất cả các sinh viên
thuộc các chuyên ngành Khoa Học Kĩ Thuật khác. Đó là môn học “Quá trình thiết bị”.
Em xin chân thành cảm ơn Ths. Nguyễn Quốc Hải đã tận tâm hướng dẫn chúng
em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi thảo luận , hướng dẫn làm đồ án.
Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ bài báo cáo này của em
rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy. Bài thu
hoạch được thực hiện trong khoảng thời gian gần 4 tuần. Bước đầu đi vào thực tế, tìm
hiểu về lĩnh vực thiết kế hệ thống máy nghiền, kiến thức của em còn hạn chế và còn
nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để
kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Hóa Học và Công Nghệ
Thực Phẩm và Cô Hiệu Trưởng thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ
mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Trân trọng.
Vũng tàu, ngày tháng năm 2014
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 1
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, chúng ta chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các
ngành công nghiệp mới nói chung và ngành cơ sở của mọi ngành nói riêng, đó là

ngành cơ khí chế tạo máy. Là một ngành đã ra đời từ lâu với nhiệm vụ thiết kế và chế
tạo máy móc cho các ngành khác. Do vậy đòi hỏi kỹ sư và cán bộ kỹ thuật ngành cơ
khí phải tích lũy đầy đủ và vững chắc những kiến thức cơ bản nhất của ngành, đồng
thời không ngừng trau dồi và nâng cao kiến thức, quan trọng nhất là phải biết vận dụng
kiến thức để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong quá trình sản xuất thực
tiễn.
Ở nước ta, cây trồng là một trong những ngành chính của kinh tế, ở vùng trung du
và miền núi ca cao được trồng rât rộng rãi. Do đó, nhu cầu trang bị các loại máy chế
biến ca cao từ nguyên liệu thô là rất cần thiết.
Để phục vụ cho việc cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm ca cao, tính hiệu quả
là vấn đề quan trọng. Ngoài ra, để đảm bảo được yêu cầu thiết kế, đạt tính công nghệ
cao. Sản phẩm làm ra được sử dụng rộng rãi thì việc đề ra phương pháp sản xuất ca
cao là công việc cần phải ưu tiên hàng đầu. Việc thiết kế máy ép bơ ca cao nhằm để
giảm thời gian lao động, tăng năng suất làm cho giá thành hạ, đáp ứng được nhu cầu
của thị trường. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại máy ép ca cao khác nhau
nhưng phải đảm bảo được chất lượng và giá thành giảm. Vì vậy việc thiết kế máy ép
bơ ca cao phải đảm bảo được các yêu cầu trên.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 2
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 3
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
MỤC LỤC
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO
1.1. Một số đặc điểm của ca cao
Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, giống Theobroma, loài Ca cao, có nguồn gốc từ
miền nam Châu Phi.
Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có màu vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài.
Hoa mọc trực tiếp từ 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.
Hình dạng chung của quả ca cao:
• Quả ca cao có thể đạt chiều dài 15 – 20cm, khối lượng khoảng 200g hoặc hơn tùy giống.
Tùy theo từng loài mà hình dạng trái có khác nhau (dài, tròn hoặc bầu dục). Màu sắc trái
khá đa dạng: đỏ, xanh hay vàng.
• 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. Vỏ hạt gồm có phần vỏ ngoài, 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.
• Hạt ca cao là hạt không có nhân, mập, dài 2 – 3cm, có lớp nhầy màu trắng, có vị ngọt hơi
chua bao quanh.
• Hai phôi nhũ của phôi màu sắc có thể thay đổi từ trắng của Criollo sang tím đậm của
Forastero qua các màu trung gian của các giống lai Trinitario chiếm toàn bộ thể tích của
hạt. Phôi nhũ có nhiều nếp nhăn và gồm nhiều thùy chồng lên nhau, quanh chúng có
màng mỏng trong, bóng bao bọc. Chúng được nối liền về phía gốc và bằng một cái rễ con
dài 6-7 mm và một cái mầm thô sơ cặp vào giữa có thùy bao quanh để tạo thành mầm của

hạt ca cao.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 4
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Bảng
1:
Những đặc tính chính của các nhóm ca cao
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 tạo giữa 2 giống trên.
Phôi nhũ có hàm lượng bơ ca cao khá cao, vỏ hạt có một ít và không có ở chất
nhầy. Bơ ca cao chiếm khoảng 31,3% khối lượng phôi nhũ. Bơ ca cao chủ yếu chứa các
triglyceride của glycerol và các acid béo không no.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 5
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 QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Bơ ca cao nóng chảy ở nhiệt độ 16 – 37
o
C, tùy thuộc vào dạng tinh thể của chất
béo tạo thành trong quá trình kết tinh. Bơ ca cao chiết từ hạt ca cao có dạng tinh thể nhỏ
màu trắng và có mùi thơm đặc trưng. Bơ ca cao góp phần tại mùi vị cho ca cao.
Bảng 2: Thành phần hóa học của hạt ca cao tươi
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.
Protein trong vỏ quả chiếm 18%, trong cùi 0.6% và trong phôi nhũ: 8.4%. Thành
phần protein chiếm nhiều nhất trong quả ca cao là albumin và globulin.
Một thành phần quan trọng khác trong ca cao là các alkaloid. Alkaloid điển hình
trong ca cao là Theobromine (3,7-dimethylxanthine). Nó là chất kích thích nhẹ, tạo cảm
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 6
STT
Thành phần
(%w/w)
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
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
giác hưng phấn cho cơ thể người. Cường độ kích thích Theobromine thấp hơn caffein rất
nhiều. Trong ca cao, hàm lượng Theobromine dao động trong khoảng 1 – 4%(w/w).
Trong ca cao cũng có chứa caffein nhưng hàm lượng rất thấp (0 – 2%) so với trong cà
phê.
1.2. Sản lượng ca cao thế giới
Hình 2: Sản lượng ca cao của các nước qua từng năm 1990 – 2005.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 7
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Hình 3: Biểu đồ thể hiện sản lượng ca cao trên Thế giới năm 2007 (%).
Hình 4: Tiêu thụ ca cao trên thế giới năm 2007.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 8
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
1.3. Ca cao ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây ca cao được du nhập từ rất sớm theo chân các nhà truyền giáo
phương Tây nhưng phát triển rất chậm cho đến thời gian gần đây.
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%.
Về định hướng phát triển cây ca cao ở nước ta trong thời gian tới, theo mục tiêu
của Bộ 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. Cụ thể, đến năm 2015,
dự kiến diện tích trồng cây ca cao đạt 60 000 ha, trong đó có 35.000 ha kinh doanh, năng
suất bình quân 15 tạ/ha, sản lượng hạt khô đạt 52.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 50 –
60 triệu USD.
Đến năm 2020, dự kiến diện tích đạt 80.000 ha, trong đó có 60.000 ha kinh doanh,
năng suất bình quân 18 tạ/ha, sản lượng hạt khô 108.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt
100 – 120 triệu USD.
1.4. Loại ca cao đề suất
Trong bài này sử dụng chủng ca cao Forastero vì chủng này khá phổ biến ở Việt
Nam.
• Nguồn gốc: khu vực thượng lưu Amazon (Ecuador và Venezuela).
• Đặc điểm: có sản lượng cao và khả năng chịu bệnh.
• Hình dạng: vỏ quả Forastero thường có màu xanh hay ôliu, khi chín có màu vàng.
Trái ít có hoặc không có rãnh, bề mặt trơn, đỉnh tròn. Vỏ dày và khó cắt vì ở trong có
nhiều chất gỗ.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 9
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
• Hạt giống: hạt ca cao Forastero có hình dạng phẳng, hơi lép, tử diệp có màu tím
đậm, lúc tươi có vị chát hay đắng.
• Hương vị: nó mang một mùi thơm và vị đắng đặc trưng, bởi vì hương và vị đậm
này của nó, hạt ca cao Forastero chủ yếu được sử dụng để pha trộn.
• Địa lý: sự phân bố rộng rãi của ca cao, đặc biệt là ở châu Phi (Ghana, Bờ Biển
Ngà, Brazil,…) Ở nước ta nó được trồng ở Vĩnh Long, Tiền Giang, Buôn Ma Thuộc.

• Sản xuất: hơn 85% sản lượng của thế giới.
Tuy nhiên, việc phân loại ca cao chỉ dựa vào hình dạng quả bên ngoài mà phải
tách ra và phân loại các chủng riêng biệt.
2. TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU
Ca cao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100
hạt/110g) và theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là những hạt bị
mốc, chưa được lên men, các hạt bị sâu bọ tấn công, hạt bắt đầu nảy mầm, hạt lép (không
có nhân bên trong)… Để kiểm tra hạt có khuyết tật hay không, người ta sử dụng phép
kiểm tra vết cắt. Người ta cũng sử dụng cách này để đánh giá mức độ lên men của hạt ca
cao.
Một số tiêu chí chọn hạt ca cao nguyên liệu như sau:
• Hạt phải được lên men hoàn toàn.
• Hàm ẩm trong hạt không được phép vượt quá 7,5%.
• Hạt phải đồng đều về kích cỡ, không có hạt dính đôi, dính ba.
• Nguyên liệu không được chứa hạt mốc: hàm lượng hạt mốc lên đến 3% có thể
tạo ra mùi mốc khó chịu cho bột ca cao thành phẩm.
• Hạt không bị côn trùng tấn công: côn trùng làm tổn thất nguyên liệu, gây
nhiễm bẩn bởi chất thải của chúng.
• Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước khi lên men vì các hạt nảy mầm
sau khi sấy khô, mầm bị tách ra, tạo một lỗ hổng khiến cho côn trùng và nấm
mốc dễ dàng thâm nhập vào nguyên liệu. Nguyên liệu cũng không được chứa
hạt nám, ám khói, hạt lép và các loại tạp chất lạ (như mạt sắt,…).
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 10
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
• Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạt phải chắc,
chứa nhiều nhân bên trong. Bên cạnh đó, hàm lượng bơ cũng có ý nghĩa nhất
định trong quy trình sản xuất (tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất).
• Hạt không được có mùi lạ như mùi khói, mùi mốc hoặc mùi lên men, không có
vị lạ như chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạ khác.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 11

Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Bảng 3: Thành phần hóa học của hạt ca cao đầu vào (theo ICCO)
Thành phần Phôi nhũ (%) Vỏ (%) Mầm (%)
Bơ ca cao 54 3.76 2.96
Protein 12-14 15.58 28.8
Tinh bột 6
Caffeine 0.2 0.05 0.19
Theobromine 1.3 1.44 2.14
Tannin 6
Muối khoáng 2.6 8.18 6.82
Xơ thô 2.6 18.61 5.16
Các Cacbonhydrat khác 10.6 18.61 47.38
Độ ẩm 3.5 3.75 6.47
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH
3.1. Mục đích
- Làm nhỏ nguyên liệu đến kích thước yêu cầu để tăng hiệu suất cô đặc nhờ vào
việc thu được dịch quả.
- Sử dụng vào mục đích khai thác ở công đoạn ép nước mía để thu dung dịch
đường.
- Công đoạn chuẩn bị trong quá trình ép lấy dịch sản xuất tinh bột khoai mì.
- Quá trình hoàn thiện sản phẩm trong công đoạn tạo hình cho sản phẩm (bánh
tráng, ép tạo sợi cho mì, bánh ca cao để bảo quản,…).
- Trong sản xuất nước rau quả, quá trình chế biến sản phẩm bằng phương pháp cơ
học do một lực tác động từ bên ngoài gọi là ép và thực chất quá trình ép là quá
trình tách chất lỏng (dịch bào) rã khỏi bã rắn (nguyên liệu).
Quá trình ép áp dụng trong hai trường hợp:
- Chất lỏng là sản phẩm có giá trị hơn so với bã rắn.
- Chất rắn là sản phẩm có giá trị, còn chất lỏng thì điều kiện bảo quản và vận
chuyển kém hơn.
3.2. Các biến đổi

Công đoạn ép là một quá trình cơ học tác động vào sản phẩm chủ yếu làm thay
đổi cấu trúc của thực phẩm về mặt vật lý, các thiết bị ép hoạt động dựa trên các trục
quay ép khích vào nhau đẩy nguyên liệu qua các trục quay làm phá vở màng tế bào
và thoát dịch ra bên ngoài.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 12
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Trên phương diện vật lý: có sự tăng nhiệt độ do ma sát, làm thay đổi kích thước và
hình dạng rau quả. Về mặt hóa học, trong suốt thời gian nguyên liệu lưu trong thiết
bị thì độ ẩm của nguyên liệu không thay đổi nhưng sau khi nguyên liệu ra khỏi thiết
bị ép thì độ ẩm của nguyên liệu giảm một cách đáng kể.
Trong quá trình ép, vật liệu được đưa vào ép bị biến đổi về mặt hóa lý như liên kết
chất khô trong vật liệu, thành phần hóa học bị thay đổi là do khi ép ta thu được phần
lỏng là dung dịch bao gồm các chất tan, không tan và có thể có những xác tế bào,
mảnh vụn cellulose,… Phần bã (phần chất rắn) là phần còn lại của nguyên liệu sau
khi đã tách chát lỏng đã bọ biến đổi so với ban đầu trong quá trình xử lý.Chất lỏng
là thành phần thu được đó là một hệ keo phức tạp có chứa nhiều thành phần khác
nhau mà yêu cầu phải có độ tinh khiết cao.
Về mặt cơ học: thì quá trình ép là quá trình biển đổi chủ yếu về mặt vật lý, còn hóa
học, sinh học biến đổi không đáng kể. Tuy nhiên có thể có một số enzym bị hao hụt,
vitamin và một số chất ra khỏi tế bào,…Mặt khác quá tình ép cũng tạo điều kiện cho
vi sinh vật có hại phát triển gây hư hỏng khối sau khi ép.
Khi ép chất lỏng cần tiêu hao một năng lượng để phá vỡ tế bào, để khắc phục lực
liên kết của pha lỏng với bã rắn, cũng như để khắc phục sức cản thủy lực của các
mao quản đó.
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng
3.3.1. Tính chất vật liệu
Quá trình ép chịu ảnh hưởng lớn của tích chất vật liệu là sự liên kết ẩm- rắn trong
vật liệu hay tính thẩm thấu của tế bào, còn ảnh hưởng của mức độ xử lý nguyên liệu
trước khi ép nhằm phá vỡ tế bào làm yếu đi các liên kết hóa lý.
Ép quả: gọt vỏ, bỏ mắt, bỏ lõi,… để tạp chất không lẫn vào nước quả sau này. Hay

nghiền sơ bộ để phá vỡ phần cellulose quanh tế bào để ép được dễ hơn. Do phần xơ
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 13
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
trong các loại quả không nhiều và không cứng nên việc xử lý trước khi ép không
phức tạp. Có nhiều trường hợp khi ép quả dùng phương pháp ép lại và có phun nước
nóng 46
0
C.
3.3.2. Áp lực ép
Áp lực ép do máy ép tạo nên, khi khối nguyên liệu bị ép lại thì áp suất chất lỏng
trong tế bào tăng lên làm rách màng tế bào và chất lỏng lộ ra. Tùy theo tính chất của
màng tế bào, các nguyên liệu khác nhau mầ áp suất trong khối vật liệu ép phải đạt
được đến giới hạn nhất định để màng tế bào bị rách. Áp suất đối với dịch quả trái
cây là 7-10 atm.
Khi áp lực tăng hiệu suất ép tăng nhưng có giới hạn vì nếu áp suất tăng quá cao tế
bào bị xít lại cản trở sự thoát chất lỏng do ống mao quản bị tắc. Thực tế ta chọn vận
tốc thích hợp cho từng loại nguyên liệu và thiết bị, còn phụ thuộc vào thao tác và độ
cố định của vật liệu.
3.3.3. Vận tốc máy ép
Khi vận tốc tăng thì năng suất ép tăng, vận tốc giảm thì thời gian ép sẽ kéo dài.
Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như loại thiết bị ép, thao tác vận hành
máy ép, vấn đề cung cấp năng lượng,…
3.4. Thiết bị
3.4.1. Máy ép trục vít
Hiệu suất ép chỉ đạt 40 – 50 %.
3.4.2. Máy ép thủy lực
Hiệu suất ép trên máy này cao đạt khoảng 55 – 60 %.
3.4.3. Máy ép trục xoắn
Máy có hiệu suất ép cao, đạt khoảng 83 – 85 %. Có khi đạt tới 90 %. Nhưng máy
này có nhược điểm là các phần tử lơ lửng lẩn trong nước ép lớn hơn trong các máy

gián đoạn.
Qua các thông tin về các loại máy ép trên, nhóm lựa chọn sử dụng máy ép thủy lực
vì loại máy ép này có hiệu suất cũng tương đối cao, thiết bị khá đơn giản, dễ vận
hành, bảo dưỡng và sửa chữa.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 14
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
4. THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH
Hàm lượng béo trong ca cao ban đầu: khoảng 55%.
Hàm lượng béo trong bánh ca cao: 10 ÷ 20%.
Thời gian ép: 15 ÷ 30 phút.
Nhiệt độ cần cung cấp cho quá trình ép: t = 85 ÷ 95
0
C.
Áp lực ép: p = 420 kg/cm
2
.
Nhập liệu: F = 1000 kg.
Nhiệt dung riêng của nhân ca cao: C
c
= 1.42KJ/kg
o
C.
Khối lượng riêng của ca cao lỏng ở 100
0
C: ρ = 1110 kg/m
3
.
Tổn thất nhiệt 5%.
Tổn thất ca cao và bơ ca cao trong quá trình ép: 0,5%.
CHƯƠNG 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thiết bị được vận hành tự động. Ban đầu, ca cao sau khi nghiền sẽ nhờ gầu tải đưa
vào bộ phận gia nhiệt bằng điện trở. Tại đây, ca cao sẽ được khuấy trộn gia nhiệt đến
nhiệt độ khoảng 90
0
C để bơ trong ca cao tan chảy một phần. Sau đó, ca cao sẽ được bơm
vào buồng ép 1 với áp lực 21 kg/cm
2
, ở giai đoạn này thì một lượng bơ ca cao tự do sẽ bị
tách ra và thoát ra màng lọc. Khi buồng ép đã đầy thì bơm sẽ ngừng hoạt động. Khi đó,
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 15
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
piston thủy lực sẽ làm việc và tạo ra áp lực ép đến 420 kg/cm
2
. Lúc này, bơ ca cao sẽ
thoát khỏi màng lọc và đi vào bồn chứa. Khi đã tách được lượng bơ ca cao theo đúng yêu
cầu, piston thủy lực sẽ quay về vị trí ban đầu, kết thúc việc ép tại buồng 1. Quá trình ép
được thực hiện bán liên tục. Trong khi buồng ép 1 đã đầy nguyên liệu và thực hiện quá
trình ép thì buồng 2 sẽ bắt đầu tháo bánh ca cao và nhập liệu. Quá trình ép ca cao ở 2
buồng cứ diễn ra tuần hoàn cho đến khi kết thúc quá trình ép.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 16
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Tính cho 1 tấn bột ca cao: G
0
= 1000 kg.

Tính cho quá trình sản xuất bột ca cao có hàm lượng béo cao 10%.
Khối lượng bơ ca cao thu được sau quá trình ép bơ G
1
, thất thoát 0,5%:
1 0
55 10 100 0,5
100 100
G G
− −
= × ×

55 10 100 0,5
1000
100 100
− −
= × ×

447,75=
kg.
Khối lượng bột ca cao sau quá trình ép bơ G
2
:
Hàm lượng béo giảm từ 55% xuống 10% và thất thoát 0,5%:
2 0
100 55 10 100 0,5
100 100 100
G G
− −
 
= × + ×

 ÷
 

100 55 10 100 0,5
1000
100 100 100
− −
 
= × + ×
 ÷
 

547,25=
kg.
Thời gian ép bơ một mẻ: T
1
= 15 phút = 0,25 giờ.
Tính cho thiết bị hoạt động 4 giờ trong 1 ngày.
Số lượng mẻ thiết bị ép bơ thực hiện trong 1 ngày:
4 2
32
0,25
n
×
= =
mẻ.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 17
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Khối lượng nạp liệu cho một mẻ:
1000

31,25
32
m = =
kg/mẻ.
Năng suất của thiết bị ép:
31,25
125
0,25
N = =
kg/h.
2. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Bột ca cao được gia nhiệt từ nhiệt độ môi trường 35
0
C đến 90
0
C để thực hiện quá
trình ép bơ.
Nhiệt ca cao ban đầu: t
1
= 35
0
C.
Nhiệt độ ép: t
2
= 90
0
C.
Nhiệt dung riêng của bột ca cao sau khi nghiền : C = 1,42 kJ/kg
0
C.

Khối lượng bột ca cao ép bơ trong một mẻ : m= 31,25 kg.
Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình ép một mẻ ca cao:
( )
1 2 1
Q m C t t= × × −

( )
31,25 1,42 90 35= × × −

2440,625
=
kJ.
Với tổn thất nhiệt 5% ta có:
Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho quá trình ép một mẻ ca cao:
1
2
100 2440,625 100
100 5 95
Q
Q
× ×
= =
−
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 18
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải

2569,079
=
kJ.
Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho quá ép ca cao trong một ngày làm việc:

2569,079 32Q = ×

82210,528
=
kJ.
3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Đường kính và chiều cao thiết bị
Xem như khối lượng riêng của ca cao ở 90
0
C không khác nhiều so với khối lượng
riêng của ca cao ở 100
0
C, ta lấy khối lượng riêng của ca cao ở 100
0
C để tính cho
các quá trình tiếp theo.
Khối lượng riêng của ca cao ở 100
0
C là ρ = 1110 kg/m
3

[2]
.
Biết được khối lượng ca cao cần ép cho một mẻ là m = 31,25 kg, ta suy ra thể tích
ca cao cần ép cho một mẻ:
31,25
0,028
1110
m
V

ρ
= = =
m
3
= 28.10
6
mm
3
.
Chọn đường kính thiết bị là 250 mm. Khi đó, từ thể tích bột ca cao cần ép ta suy ra
chiều cao của phần ca cao trong thiết bị:
2
3,14
4
h D
V h S
× ×
= × =

=>
2 2
4 4 0,028
0,57
3,14 3,14 0,25
V
h
D
× ×
= = =
× ×

m = 570 mm.
Chiều cao của cửa nạp liệu: chọn là 80 mm.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 19
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Chiều cao của phần thiết bị tính từ đáy lên đến mặt trên của piston thứ 2: chọn là
150 mm.
Suy ra chiều cao của thiết bị là:
H = h + 80 + 150 = 570 + 80 + 150 = 800 mm.
3.2. Bề dày thiết bị
Bề dày thân thiết bị cao áp được tính theo công thức sau:
[ ]
[ ]
1
1,73
t
S R C
p
ϕ σ
ϕ σ
 
×
 ÷
= − +
 ÷
× − ×
 
, mm.
Và áp suất làm việc cực đại, bằng:
[ ]
max

0,177p
σ
= ×
, N/mm
2
.
Trong đó:
[ ]
σ
là ứng suất cho phép, N/mm
2
;
p là áp suất làm việc, N/mm
2
;
C là hệ số bổ sung do ăn mòn, mm;
ϕ
hệ số bền của mối hàn (với thân đúc lấy
ϕ
= 1).
Vật liệu của thiết bị được chọn là inox SUS304 với ứng suất
[ ]
σ
= 520 N/mm
2
.
Hệ số bổ sung do ăn mòn được xác định bằng công thức:
C = C
a
+ C

b
+ C
c
+ C
0
Trong đó:
C
a
là hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm;
C
b
là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm;
C
c
là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm;
C
0
là hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm.
Áp suất làm việc là p = 39,22 N/mm
2
.
Bán kính của thân thiết bị là R
t
= 100 mm.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 20
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Suy ra bề dày tối thiểu thân thiết bị:

[ ]
[ ]

'
1 520
1 100 1 7,24
1,73 1 520 1,73 39,22
t
S R
p
ϕ σ
ϕ σ
 
 
×
×
 ÷
= − = − =
 ÷
 ÷
 ÷
× − × × − ×
 
 
mm.
Chọn C
a
= 1mm, C
b
= 0 mm, C
c
= 0 mm, còn C
0

= 0,76 mm.
C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
0
= 1 + 0 + 0 + 0,76 = 1,76 mm.
 Bề dày thực của thiết bị: S = S
’
+ C = 7,24 + 1,76 = 9 mm.
4. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
4.1. Gầu tải
4.1.1. Bộ phận kéo
Gồm 2 loại: cơ cấu kéo dùng băng và cơ cấu kéo dùng xích.
Băng: băng kéo được làm bằng vải cao su có số lớp vải i > 4. Nối hai đầu bằng đinh
tán hoặc hấp chìm. Chiều rộng băng được lựa chọn tùy thuộc vào loại băng.
Gầu được kẹp chặt với nhau bằng bu lông, mũ bu lông phải to và phải có mặt côn để
giảm ứng suất tập trung.
4.1.2. Chọn loại gầu tải
Gầu được chế tạo hàn , tán hoặc đúc , gần đây người ta còn chế tạo gầu bằng chất
dẻo. Gầu gồm các loại gầu đáy tròn sâu , gầu tròn đáy nông , gầu đáy nhọn. Ở đây ta
chọn loại gầu sâu.
4.1.3. Tính toán các thông số gầu tải
Chọn vận tốc 0,4 m/s
Hệ số đầy gàu tải : k= 0.6-0.85.
Bước gàu: chon là T = 0,2 m.
Chiều cao h = 2 m.

 Số gàu:
2
10
2 0,2
n h
T
= = =
 n =20 cái.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 21
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Vật liệu làm gầu tải : thép
Số cuộn mắt xích : 15 mắt
 tổng khối lượng xích = 15* 9.2 = 138 kg
 tổng khối lượng gầu = 0.98 * 20 = 19,6 kg
 tổng khối lượng gầu và tải = 19,6 + 138 = 157,6 kg
 lực tác dụng lên xích = 1576 (N)
 lực kéo cần thiết P=11000 (N) ( do ma sát )
 công suất
11000 0,4
4,4
1000 1000
PV
N
×
= = =
kW
Hiệu suất 90 %

4,4
4,89

0,9
tt
N = =
kW.
4.2. Thiết bị khuấy
Công suất khấy được tính theo công thức tổng quát:
3 5
N k
N K n d
ρ
= × × ×
(W)
Trong đó: K
N
là chuẩn số công suất, tính bằng thực nghiệm.

Re
m
N k
K A= ×
Với
2 2
Re
h k k
k
n d n d
ρ
µ ν
× × ×
= =

n: số vòng quay (vòng/s);
ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m
3
);
d
k
: đường kính của cánh khuấy (m).
Khối lượng riêng của ca cao: ρ = 1110 kg/m
3
.
Độ nhớt ca cao ở 35
0
C : µ = 2,9 Pa.s.
Dùng loại cánh khuấy chữ U 2 bản.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 22
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
Chọn số vòng quay của cánh khấy là 80 vòng/phút =1,33 vòng/s, đường kính của
cánh khuấy cũng được chọn là 0,4 m.
Thiết bị khuấy có đường kính là D = 0,6 m. Tỷ số chứa đầy là β = 0,7 m.
Chỉ số Re
k
được tính như sau:
2 2
Re
h k k
k
n d n d
ρ
µ ν
× × ×

= =


2
1110 1,33 0,4
81,451
2,9
× ×
= =
Dựa vào loại cánh khuấy, ta tra được A với m tương ứng là 6,2 và – 0,25.
Suy ra:
Re
m
N k
K A
= ×
=
0,25
6,2 81,451
−
×
= 2,06
 Công suất khấy:

3 5
N k
N K n d
ρ
= × × ×

3 5
2,06 1110 1,33 0,4= × × ×
= 55,1 (W).
4.3. Tính toán bơm
Công suất của bơm:
1000
max n
Q H g
N
ρ
η
× × ×
=
×
Trong đó: Q
max
là lưu lượng chất lỏng lớn nhất trong ngày. Khối lượng riêng của bơ
ca cao là ρ = 0,89 ÷ 0,91 g/cm
3
= 890 ÷ 910 kg/m
3
.
max
447,75
0,133
900 4
m
Q
t
ρ

= = =
× ×
m
3
/h = 3,69.10
-5
m
3
/s.
Trở lực:
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 23
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
1 2
P H h h∆ = = +
h
1
: chiều cao cột chất lỏng trong bể, h
1
= 0,5m.
h
2
: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu,…lấy trong khoảng từ 2÷3
mH
2
O.
 Trở lực: H = 0,5 + 3 = 3,5 mH
2
O
.
Chọn H = 5 mH

2
O.
Công suất của bơm: sai công suất
5
3
3,69 10 5 900 9,81
2,04.10
1000 0,8
N
−
−
× × × ×
= =
×
(kW)
Công suất thực của bơm lấy bằng 110% công suất tính toán:
3 3
1,1 2,04 10 2,244 10
tt
N
− −
= × × = ×
(kW).
KẾT LUẬN
Qua thời gian tìm hiểu và tính toán, về cơ bản chúng tôi đã hoàn
thành nhiệm vụ đồ án của mình. Trong đó, bao gồm việc tìm hiểu, tính
toán, xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình và từ đó thiết kế hệ
thống ép bơ bột ca cao. Trong thời gian tìm hiểu để hoàn thành đồ án,
chung tôi đã biết thêm được nhiều kiến thức mới, hiểu thêm nguyên lý
hoạt động của các hệ thống máy ép cũng như biết thêm nhiều ứng dụng

của hạt ca cao trong công nghệ chế biến. Tuy nhiên, trong quá trình làm
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 24
Đồ Án QTTB GVHD: Th.S Nguyễn Quốc Hải
đồ án, chúng tôi còn gặp nhiều khó khăn viêc tìm hiểu tài liệu tham khảo
cũng như nhóm chúng tôi chưa được quan sát bất kỳ một hế thống ép bơ
trong thực tế để chúng tôi có thêm nhiều ý tưởng mới trong việc tính
toán và thiết kế máy ép tiên tiến hơn. Do đó, chúng tôi vẫn còn gặp
nhiều sai xót trong trong tính toán cũng như lập luận. Chúng tôi cũng xin
chân thành cảm ơn thầy cô giúp đỡ hoàn thành đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 1, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, 2006.
[2] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 2, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, 2006.
[3] Phạm Văn Bôn, Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 10,
Ví dụ và bài tập, NXB ĐHQG TPHCM, 2010.
[4] Hồ Lê Viên, Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB
Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006.
Khoa Hóa Học & CNTP Trang 25