Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

LỜI MỞ ĐẦU
Cà phê là một loại thức uống có từ lâu đời và liên tục được phát triển
cho đến ngày nay. Cà phê là một trong những thức uống được ưa chuộng nhất
trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều, cộng
với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp, việc pha cà phê bằng phin đã
nảy sinh một số bất lợi, nhất là về thời gian. Năm 1936, Max Rudolf
Morgenthaler, người Thụy sĩ đã sáng chế ra cà phê hòa tan và ngay sau đó công
ty Nestle đã đăng ký nhãn hiệu Nestcafe vào năm 1938. Đối với người tiêu
dùng, cà phê hòa tan nhanh chóng được ưa chuộng bởi vì sự tiện lợi của nó.
Còn đối với nhà sản xuất, cà phê hòa tan là mặt hàng có giá trị cao, thuận lợi
trong việc bảo quản và vận chuyển nên thu được nhiều lợi nhuận. Ngoài ra,
lĩnh vực chế biến cà phê hòa tan còn tận dụng các hạt cà phê nhân không cao
cấp nhưng vẫn cung cấp một vị nước uống chấp nhận được.

I.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT.

Trang 1


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Cà phê nhân

Lọc

Cô đặc

Làm sạch

Lắng

Sấy

Rang

Phối trộn

Bao gói

Xay

Trích ly

Cà phê hòa
tan

II.MÁY THIẾT BỊ TRONG SẢN XUẤT.
II.1. Chọn cà phê nhân.
Trên thế giới có rất nhiều loại cà phê nhưng chỉ có 3 loại giống cà phê sau
được trồng phổ biến trên thế giới.
• Cà phê chè ( Cà phê Arabica ): cà phê thuộc các giống Coffea Arabica
Linnaeus.
• Cà phê vối ( Cà phê Robusta ): cà phê thuộc các giống Coffea canephora
Piere ex Froehner.
• Cà phê mít ( Cà phê Liberica ): cà phê thuộc các giống Coffea liberica
Hiern.
Tuy nhiên, sử dụng cà phê nhân Robusta trong chế biến cà phê hòa tan sẽ
thu hồi các chất hòa tan với năng suất cao, mùi vị thơm ngon hơn nhưng điểm
bất lợi là cho nhiều chất nhựa. Cà phê Robusta chiếm một tỷ trọng lớn, trên

50%, trong các hợp chất cà phê thương phẩm ở Mỹ và Châu Âu.
II.2. Tách tạp chất.
Đây là giai đoạn tách bỏ đất đá ra khỏi cà phê nhân sống. Người ta thường
sử dụng máy sang rung, sàng – quạt.
II.2.1. Máy sàng rung.
II.2.1.1Cấu tạo.
Trang 2


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Khung sàng (3) được đỡ bằng hệ lò xo gắn trên bệ máy (1). Trên khung
sàng(3) còn gắn ổ đỡ của trục lệch tâm (6). Phía ngoài truc lệch tâm (6), người
ta bố trí hai đĩa (5) mà vành của nó có gắn hai đối trọng. Với cách lắp đặt này
có thể điều chỉnh biên độ dao động của sàng. Trục lệch tâm nhận truyền động
quay qua bánh đai dẫn động (7) từ động cơ vào. Trên khung sàng có thể đặt (1,2)
hay nhiều lưới sàng 8 tùy theo yêu cầu phân loại.
Khung sàng được chế tạo từ các tấm thép góc thép tấm hàn lại với nhau, còn
khoảng cách ngang giữa các tấm thì được cố định bằng các bulông giằng. Các
lò xo đỡ khung sàng có dạng lò xo nhíp cong hay lò xo hình trụ.
Bộ phận gây dao động gồm có phần khối lượng lêch tâm của trục lệch tâm (6),
các đối trọng gây rung. Khi sàng làm việc, các bánh đai chuyển động theo sàng
nên bộ truyền động đai thường được sử dụng trong máy sàng rung. Sàng
thường đặt nghiêng một góc 15 – 30 độ. Số vòng quay của trục lệch tâm từ 500
– 1500 vg/ph; biên độ dao động từ 1 – 6 mm; năng suất có thể đạt 300 m3/h.

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo máy sàng rung
1. Bệ máy

5. Đĩa quay

2. Lò xo đỡ

6. Trục lệch tâm ;

3. Khung sàng

7. Bánh đai dẫn động

4. Đối trọng gây rung

8. Lưới sàng
Trang 3


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

II.2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Khi trục lệch tâm quay thì trọng lượng lệch tâm của trục và của các đối
trọng sẽ sinh ra lực ly tâm quán tính hướng thẳng góc với chiều quay.
Lực ly tâm có thể chia thành hai thành phần song song và vuông góc với bề
măt sàng. Thành phần vuông góc với bề mặt sàng sẽ tác dụng theo đường trục
của các lò xo đỡ và gây ra dao động của khung sàng. Còn thành phần song với
bề mặt sàng sẽ tác dụng vuông góc với trục của các lò xo đỡ và gây ra dao
động ngang của khung sàng. Do độ cứng của lo xo theo hai phương pháp khác
nhau (thường theo phương song song lớn hơn) nên kết quả khung sàng sẽ vẽ
nên quỹ đạo hình elip.
Vật liệu nằm trên bề mặt sàng được nhận dao động truyền từ chính bản
thân mặt sàng và tiến hành phân ly khi gặp lỗ sàn. Nhờ có rung động nên lỗ
sàng được làm sạch, tăng hiệu quả của quá trình phân ly.

II.2.2. Máy làm sạch sàng – quạt.
Áp dụng nguyên tắc khí động cho việc làm sạch, một luồng không khí mạnh
được tạo ra do quạt ly tâm thổi từ dưới lên trên xuyên qua khối hạt cà phê ngay
khi nó được cung cấp xuống máng hứng còn hạt và tạp chất nhẹ hơn sẽ bị thổi
bay đi ra ngoài.

Hình 2: Máy sàng – quạt
II.3. Rang cà phê.

Trang 4


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại các nhiệt độ cao, 190 230◦C, nhằm đạt được các biến đổi các biến đổi mong muốn về màu sắc,
hương và cường độ cho hạt cà phê rang.
Rang quyết định chất lượng chất lượng cà phê hòa tan. Rang hơi cháy thì tỉ lệ
thành phẩm tăng nhưng hương vị bị giảm.
Các giai đoạn rang:
• Ở nhiệt độ < 50◦C, ta thấy bốc ra nhiều khói trắng, chủ yếu là hơi nước
và hơi dung môi, thể tích hạt không biến đổi
• Trong thời kì đầu của công đoạn rang, khi nhiệt độ rang lớn hơn 100◦C,
nhiệt lượng dùng để làm bốc hơi nước có trong hạt từ 12%w.b. giảm
xuống còn 2%w.b..
• Khi nhiệt độ đạt đến 150◦C, một lượng lớn chất khí sản xuất (carbon
dioxide, carbon monoxide, hơi nước). Trong hạt xảy ra quá trình tích khí
nên thể tích hạt tăng lên đột ngột, lúc này ta nghe thấy những tiếng nổ,
hạt trở nên giòn và dễ xay xát thành bột. Lúc này hạt chuyển sang màu
đen nhưng chưa bóng.
• Trong khoảng nhiệt độ 180 - 200◦C hạt bắt đầu rạn nứt và mùi hương cà

phê được tạo ra.
• Khi nhiệt độ lên 220◦C, giữ nhiệt độ này trong 15 phút, lúc này thể tích
hạt không biến đổi nữa.
Nguyên lý truyền nhiệt trong các phương pháp rang: dẫn truyền, đối lưu, kết
hợp dẫn truyền và đối lưu.
II.3.1. Trống rang cà phê:
(Dẫn truyền).
Áp dụng quy mô sản xuất nhỏ
hoặc ở phòng thí nghiệm.

Hình 3: Sơ đồ cấu tạo Trống rang cà phê.
II.3.2. Thiết bị rang cà phê
tầng sôi: (Đối lưu)

Trang 5


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Thời gian rang ngắn hơn các phương pháp rang khác, mất khoảng 3 phút, và
đạt độ rang đồng đều cao nhất.
Hình 4: Thiết bị rang cà phê tầng sôi.
II.3.3. Thiết bị rang kiểu đứng.

Hình 5: Thiết bị rang cà phê kiểu đứng.
II.4. Xay (Nghiền).
II.4.1. Các lực và các dạng phá vỡ vật liệu.

Trang 6

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Tùy theo từng loại sản phẩm mà có kết cấu của máy khác nhau với các bộ
phận làm việc tạo nên các lực phá vỡ vật liệu cần làm nhỏ khác nhau. Có thể là
nén ép, bẻ, chẻ, cắt, xẻ, ép trượt va đập hoặc do vài lực trên cùng tác động đồng
thời.

Hình 6: Các dạng phá vỡ vật liệu
a.Lực nén

b. Chẻ

c.Bẻ

d. Cắt

đ. Xẻ

e. Ép trượt

g. Đập

II.4.2. Các nguyên tắc nghiền.

Hình 7: Các nguyên tắc nghiền
a. Nguyên tắc nghiền kiểu búa va đập tự do.
b,c. Bộ phận nghiền (Rô to nghiền) kiểu búa va đập tự do.
d,e,g. Chà sát vỡ
h. Cắt nghiền.

Trang 7


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

i. Ép dập
II.4.2.1. Nguyên tắc va đập tự do (nghiền kiểu búa)
Vật liệu nghiền từ thùng cấp liệu (5) rơi xuống buồng nghiền qua cửa điều
chỉnh (6) trong trạng thái rơi lơ lửng sẽ được các búa nghiền (1) va đập các hạt
sẽ vỡ ra và có thể còn bám vào phần nhám xung quanh và hai bên buồng
nghiền, nó tiếp tục vỡ, các hạt bột sẽ lọt qua lưới sàng (3). Bột có thể được
hứng tại đó hoặc người ta bố trí các bộ phận phụ trợ khác để thu bột nghiền
như vít tải, quạt chuyển, xyclon.
II.4.2.2. Nguyên tắc chà xát vỡ.
Trên hình (Hình 7. d,e) gồm hai thớt có thể bằng đá, hoặc bằng kim loại
quay với vận tốc khác nhau, có thể có một thớt đứng yên. Trên bề mặt làm việc
có các rãnh hoặc các gân nổi dạng xương cá.
Một số máy kết hợp nguyên tắc va đập và chà xát (Hình 7. g).
II.4.2.3. Nguyên tắc nghiền trục.
Trên hình 7 (i, h) gồm một hoặc nhiều cặp trục, các trục có thể trơn hoặc
trên có nhiều dạng răng, gờ. Hai trục trong cùng một cặp quay ngược chiều, có
vận tốc bằng nhau, hoặc khác nhau (ở các cặp trục có gờ, dạng răng). Vật
nghiền từ máng scung cấp sẽ đi qua khe hở giữa các cặp trục và được ép vỡ.
II.4.3. Máy nghiền đĩa (nghiền bột vừa và mịn).
Trong công nghiệp thực phẩm máy nghiền đĩa đuợc sử dụng để nghiền bột
vừa và mịn. Do mấy nghiền đĩa có năng suất thấp hơn một vài loại máy nghiền
bột khác nên cũng ít được sử dụng.
Máy nghiền đĩa làm việc theo nguyên tắc chà xát vỡ.
II.4.3.1.Đĩa nghiền:
Bộ phận làm việc chính của nó là cặp đĩa (thớt) nghiền. Các đĩa có thể lắp

trên trục thẳng đứng hoặc nằm ngang. Đĩa trên quay hoặc đĩa dưới quay, một
đĩa quay hoặc cả 2 đĩa cùng quay. Các đĩa của máy nghiền đĩa thường được chế
tạo bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp bột vô cơ cứng hoặc bằng đá (Đĩa nghiền
bằng đá thường được chế tạo từ hỗn hợp các loại bột như bột nhám, Silic,
Thạch anh, manhêdit, Magiêclorua). Do lực liên kết của đĩa đá kém hơn đĩa
kim loại nên phải làm thêm đai thép và thường cho đĩa đá làm việc với vận tốc
tiếp tuyến là 10 m/s đối với trục quay thẳng đứng, tới 18 m/s đối với trục quay
Trang 8


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

nằm ngang. Đĩa gang đúc (kim loại) thì vận tốc tiếp tuyến có thể lên tới 28 m/s,
còn đĩa thép đúc đạt tới 68 m/s.
Chế tạo đĩa nghiền đảm bảo các yêu cầu: bề mặt nghiền cần có độ cứng
cao, độ nhám lớn, cơ tính đồng đều trên toàn bề mặt đĩa nghiền để khi làm việc
thì mòn đều, không bị sứt mẻ.
Để tăng khả năng nghiền của đĩa, tăng khả năng vận chuyển bột ra khỏi khe
nghiền và tăng điều kiện thông gió…, người ta thường gia công mặt đĩa thành
các vành (Hình 8: Các vành trên mặt đĩa nghiền), các rãnh chìm có profin hình
tam giác trên hai mặt đĩa (Hình 9: Các rãnh trên mặt đĩa nghiền). Các rãnh có
hai loại hình dạng: cong và thẳng. Rãnh cong có khả năng đẩy hạt đã nghiền ra
ngoài mạnh hơn rãnh thẳng. Vì vậy bột sẽ được nghiền to hơn, ít có bụi bột.
Tuy nhiên, trong một số máy nghiền đĩa, trên bề mặt đĩa người ta đúc có gờ nổi
dạng xương cá.

Hình 8: Các vành trên mặt đĩa nghiền
Hình 9:Các rãnh trên mặt đĩa nghiền
A.Lỗ tiếp liệu
C. Vành chuyển

B. Vành nhận
D. Vành nghiền

II.4.3.2. Nguyên lý làm việc máy nghiền đĩa trục quay nằm ngang.
Hạt nghiền từ hộp cấp liệu 1 chảy qua nam châm tách vụn sắt 2 rồi chảy
xuống vít xoắn 4. Vít xoắn này có nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang nghiền của cặp
đĩa nghiền 6 và 7. Đĩa nghiền 6 cố định còn đĩa nghiền 7 được lắp với trục
Trang 9


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

quay do puli 9 dẫn động. Bột nghiền được cần gạt 8 đẩy vào cửa tháo liệu.
Điều chỉnh khe nghiền bằng cần 5. Từ trục quay còn truyền động bằng đai 10
lên cơ cấu tháo liệu 11 của hộp chứa liệu 1. Cửa quan sát 3 vừa để theo dõi lớp
hạt chảy xuống cặp đĩa nghiền, vừa để lấy vụn sắt bám trên nam châm 2 ra,
đảm bảo an toàn cho cặp đĩa nghiền. Ngoài khả năng nghiền khô, máy nghiền
đĩa còn dùng để nghiền ướt.

Hình 10: Cấu tạo máy
nghiền đĩa trục quay nằm
ngang
1.Hộp cấp liệu
2. Nam châm
3. Cửa quan sát
4. Vít xoắn
5. Cần điều chỉnh khe
hở nghiền
6. Đĩa cứng

7. Đĩa quay
8. Cần gạt
9. Puli dẫn động
10. Đai truyền động
11. Cơ cấu tháp

II.4.4. Máy nghiền búa (hạt lương thực và thức ăn gia súc).
Máy nghiền búa có thể nghiền hạt có kích thước nhỏ và lớn đồng thời.
Trang 10


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

II.4.4.1. Nguyên tắc làm việc chung:
Quá trình nghiền hạt trong máy nghiền kiểu búa là do sư va đập của búa vào
hạt, va đập giữa các hạt vào vỏ máy và do sự chà xát của hạt với búa hoặc với
thành trong của vỏ máy. Hạt sẽ bị biến dạng rồi vỡ ra thành các thành phần có
kích thước nhỏ hơn.
Bộ phận gây ra sự va đập vào hạt trong máy là các búa nghiền 5 được treo
trên các chốt (3)của rôto (2) đặt nằm ngang. Khi rôto (2) quay thì lực ly tâm
làm búa nằm ở vị trí hướng tâm và dự trữ một động năng lớn. Hạt qua bộ phận
cung cấp phía trên vào máy liền bị các búa nghiền quay đập vào và va chạm
với các chi tiết nằm trong buồng nghiền. Trong quá trình va đập, búa sẽ truyền
cho hạt phần động năng tạo ra công phá vỡ hạt. Các phần tử tách ra từ hạt có
kích thước bé hơn lỗ lưới sàng phân ly thì lọt ra ngoài buồng nghiền tạo thành
sản phẩm. Những phần tử có kích thước lớn hơn tiếp tục bị va đập.
II.4.4.2. Cấu tạo.
a. Bộ phận nạp liệu:
Bộ phận nạp liệu gồm:
thùng chứa liệu, cửa điều

chỉnh lượng cung cấp theo
nguyên tắc tự chảy, tự hút
hoặc tự cuốn (cấp liệu kiểu
cưỡng bức).
b. Rôto

máy

nghiền

kiểu búa trục ngang.
Rôto là bộ phận làm việc

Hình11: Sơ đồ cấu tạo máy nghiền hạt kiểu
búa trục ngang.
1.Thân máy
2. Rôto
3. Chốt treo búa
4. Má đập phụ
5. Búa nghiền
6. Sàng

chính của máy. Nó nhận
truyền động thông qua bộ truyền động đai hay khớp nối trục.Trục rôto được
chế tạo từ thép tốt.
Gối đỡ của trục rôto thường được bố trí bên ngoài vỏ máy và đạt trên khung
thép hình. Ổ đỡ thường dùng là loại ổ đỡ lòng cầu hoặc loại ổ bi đũa côn 2 dãy
để có khả năng tự lựa khi có dao động nhỏ.

Trang 11

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Các đĩa lắp chốt treo búa có thể sử dụng nhiều hình dạng khác nhau, tùy theo
số lượng búa, số hàng búa.
c. Các búa nghiền là bộ phận làm việc chủ yếu của máy.
Hình dạng, vật liệu chế tạo búa có ảnh hưởng đến năng suất, độ
mịn của sản phẩm. Nó được xác định tùy theo cơ lý tính của vật liệu
nghiền cũng như kích thước của chúng. Búa nghiền thường được chế
tạo từ thép mangan. Khi chế tạo búa, khối lượng búa không được sai
lệch nhiều, bề mặt búa không được có vết nứt hay khuyết tật khác.
Búa chữ nhật có một lỗ treo búa thì có hai góc làm việc, khi góc này
mòn thì lật mặt búa để dùng góc kia. Búa chữ nhật có hai lỗ treo búa
sẽ có bốn góc làm việc. Búa được lắp phải đảm bảo các búa quét đều
khắp trong không gian buồng nghiền và điều kiện cân bằng động của
rôto. Thông thường búa bố trí trên rôto theo đường xoắn ốc với số
bước ren k=1, 2, 3.
d. Các chốt treo búa.
Để hạn chế dịch dọc hai đầu chốt búa có bố trí chốt chặn.Các chốt
treo búa thường được chế tạo từ thép.
e. Lưới sàng.
Lưới sàng dùng để thoát sản phẩm ra khỏi buồng nghiền và làm
nhiệm vụ điều chỉnh mức độ nghiền.
Thường được làm bằng thép tấm dày từ 1,5 – 3 mm được dập
thành lưới dạng lỗ tròn hoặc rãnh. Kích thước lỗ và rãnh phải phù
hợp với mức độ nghiền yêu cầu và loại máy nghiền.
Để nâng cao hiệu quả nghiền nhỏ, người ta đã chế tạo loại lưới
sàng lỗ nửa elip hoặc lỗ chữ nhật nhưng mép lỗ và rãnh phải có gờ
sắt tạo nên mặt sàng nhám. Tuy nhiên loại sàng này chóng bị mòn gờ

nhám.

Trang 12


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

f. Má đập phụ.
Người ta bố trí má đập phụ để tăng hiệu quả va đập, chà xát của vật liệu vào bề
mặt trong buồng nghiền. Má đập phụ thường làm bằng gang đúc hay thép lá có
các lỗ.
II.4.4.3. Ưu, nhược điểm.
a. Ưu điểm.
Là máy nghiền vạn năng, có khả năng điều chỉnh độ nhỏ bột dễ
dàng. Máy có cấu tạo đơn giản, gọn gàng, khối lượng máy không lớn,
giá thành rẻ, dễ thay thế các chi tiết bị mòn hay hư hỏng.
b.Nhược điểm.
Trong quá trình làm việc máy sinh nhiều bụi bột, gây tổn thất và khó khăn
xử lý bụi về sau.
Do máy quay với vận tốc lớn nên gây ra tiếng ồn và chấn động, làm ảnh
hưởng xấu tới môi trường lao động.
Nghiền các hạt dẻo, dính có độ ẩm cao thì kém.
II.4.5. Máy nghiền trục.
Nghiền nát hoặc ép mỏng
các loại nguyên liệu nghiền
khi nó đi qua khe hẹp giữa hai
trục nghiền.

Trang 13

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Máy I, II, III, IV, V: Vật liệu bị nghiền nát một lần.
Máy VII, VIII: Vật liệu bị nghiền ép hai lần
Máy X, XI: Vật liệu bị nghiền ép ba lần
Máy IX: Vật liệu bị nghiền ép bốn lần
Máy XII: Vật liệu bị nghiền ép năm lần

Hình 12: Sơ đồ

nguyên lý các máy nghiền trục.
II.4.5.1. Máy nghiền hai trục.
Máy nghiền hai trục cũng có kết cấu khác nhau, tùy theo tính chất của vật liệu
đem nghiền.

Hình 13: Máy nghiền hai trục
a. Khe hở không đổi

b,c. Khe hở thay đổi được

Hình 13 a. Máy nghiền có hai trục cố định dùng để nghiền ép, cán các loại
vật liệu dẻo, nhão, không xuất hiện hiện tượng quá tải do lực ép tăng đột ngột.
Khi làm việc, chiều rộng khe nghiền không đổi.
Hình 13 b. Máy nghiền có một trục di động được khi làm việc nhờ có lắp
hai lò xo chịu nén giữa ổ đỡ trục và bệ máy cố định. Loại này thích hợp để
nghiền vật liệu dạng hạt, cục nhỏ.Khi quá tải lực ép tăng đột ngột nén hai lò xo
giữ trục di động, lò xo bị nén lại làm tăng khoảng cách giữa hai trục để thoát
lớp liệu đang gây ra quá tải. Khi hết hiện tượng quá tải, lực ép trở lại bình
thường, hai lò xo đẩy trục di động trở về vị trí cũ. Máy nghiền có một trục di

động đề phòng quá tải được dùng rất rộng rãi.
Hình 13 c. Là máy nghiền hai trục nhưng cả hai trục đều lắp lò xo chịu nén
để cùng di động được khi có quá tải.Máy này thích hợp với vật liệu nghiền
cứng có kích thước không đều, dễ gây quá tải do lực ép tăng đột ngột. Do máy
có kết cấu phức tạp hơn nên loại này ít được dùng.
Trang 14


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Các máy nghiền hai trục có thể gồm:
• Hai trục khác đường kính, khác số vòng quay nhưng có cùng vận tốc
tiếp tuyến.
• Hai trục khác đường kính nhưng cùng số vòng quay để có vận tốc tiếp
tuyến khác nhau, tạo vận tốc trượt tăng khả năng nghiền.
• Hai trục cùng đường kính cùng số vòng quay nhưng không tạo ra vận
tốc trượt.
• Hai trục cùng đường kính, khác số vòng quay để có vận tốc tiếp tuyến
khác nhau và có vận tốc trượt.
II.4.5.2. Cấu tạo.
a. Bộ phận cấp liệu.
Để rải vật liệu lên cặp trục nghiền thành lớp mỏng đều, đạt hiệu quả nghiền
cao, người ta thường dùng cặp trục rải liệu và các van điều chỉnh chiều dày lớp
vật liệu trên trục rải liệu. Cặp trục rải liệu và van chắn liệu được lắp ngay dưới
hộp cấp liệu. Van chắn liệu có nhiều kiểu khác nhau và có thể tự động điều
chỉnh hoặc không tự động điều chỉnh trong quá trình cấp liệu.

Hình 14: Cơ cấu điều chỉnh khe hở trục nghiền.
b. Trục nghiền và điều chỉnh khe hở cặp trục nghiền.
Trang 15

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Trục nghiền có yêu cầu độ cứng bề mặt cao, có độ bền uốn cao để đảm bảo
gia công các loại vật liệu cứng.
Để tăng độ cứng vững cho trục nghiền, người ta thường chế tạo một trục
lõi bằng thép xuyên suốt qua trục nghiền bằng gang.
Nếu trong quá trình nghiền phát sinh nhiều nhiệt mà nhất thiết phải làm nguội
trục nghiền thì trục nghiền được chế tạo rỗng để dẫn nước vào làm nguội.
Người ta cũng đúc trục nghiền rỗng nhưng không để dẫn nước vào làm nguội
mà nhằm giảm khối lượng trục với điều kiện là nó đã đủ độ cứng vững.
Để nâng cao hiệu quả nghiền nhỏ , ngoài chế tạo các trục nghiền có bề mặt
nhẵn với độ bóng cao hoặc độ nhấp nhô trong giới hạn 0,025 – 0,05 µm, người
ta còn tạo các trục nghiền xẻ rãnh nghiêng 2 – 10 ◦ so với đường sinh của mặt
trụ trục nghiền.
Một số máy nghiền trục loại hiện đại có cơ cấu điều chỉnh khoảng cách giữa
hai trục để phù hợp với cỡ vật liệu đem nghiền., đáp ứng được mức độ nghiền
cần thiết. Cơ cấu điều chỉnh thường đặt lên một trục. Loại cơ cấu đơn giản
thường gặp là loại cơ cấu điều chỉnh vít- đai ốc. Đai ốc được gắn chặt lên thân
máy còn vít gắn trên ổ đỡ trục. Khi quay vít do đai ốc cố định vít phải dịch
chuyển kéo theo ổ đỡ trục làm thay đổi được khoảng cách hai trục.(hình Cơ cấu
điều chỉnh khe hở các trục nghiền) : Trục cố định có ổ đỡ cố định gắn trên giá
máy.Mỗi ổ đỡ của trục di động có một bên treo vào giá máy tại điểm 1, còn bên
kia được tỳ lên lò xo 2, lò xo này được treo bằng hai thanh kéo 3 cùng lắp với
cơ cấu tăng 4. Qua 2 cơ cấu tăng 4 đỡ hai ổ trục của trục di động, ta điều chỉnh
được độ song song với trục cố định bằng cách xoay một cơ cấu tăng 4 để rút
ngắn hoặc kéo dài thanh kéo 3 nhằm nâng hoặc hạ một ổ đỡ trục so với ổ đỡ
đầu trục kia.
• Điều chỉnh thô và điều chỉnh tinh trên cơ cấu này: Hai hệ thanh treo 3

được gắn lên trục xoay 5. Trên trục 5 có hai cần 6 và 9. Cần 6 dùng
điều chỉnh thô có gài chốt với trục 5 và có móc nối với thân máy. Ngoài
ra, trên cần 6 còn có đai ốc của vít chỉnh tinh 8 gắn cố định với cần 9 và
dược chuyển động từ tay quay 7. Cần 9 cũng được cài then với trục 5.
Khi điều chỉnh thô khoảng cách khe nghiền: nhả móc nối với thân máy
Trang 16


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

và xoay tay gạt 6 sang phải hoặc sang trái, cần 9 cũng xoay theo cùng
trục 5 sang phải hoặc sang trái, kéo hệ thanh 3 lên hoặc xuống để mở
rộng hoặc giảm khe nghiền. Khi đạt yêu cầu điều chỉnh thô thì gài móc
nối với thân máy lại.
• Khi điều chỉnh tinh: rút chốt gài giữa cần gạt 6 với trục 5, lúc này cần 6
cố định cùn thân máy nhờ móc nối. Quay tay quay 7 làm vít chỉnh tinh 8
di động (so với đai ốc lắp trên cần 6 cố định) kéo theo cần 9 quay làm
trục 5 quay và nâng hoặc hạ hệ thanh kéo 3 vì vậy dịch chỉnh tinh được
khoảng cách khe nghiền.
Lò xo 2 dùng để phòng quá tải cho cặp trục nghiền khi có vật liệu nghiền
quá cứng hoặc quá to đi vào khe nghiền. Để tránh quá tải khe nghiền phải tự
nới rộng ra nhờ lực đàn hồi của lò xo 2. Sau khi hết quá tải cũng chính nhờ lò
xo 2 đưa trục nghiền về vị trí cũ.
II.4.5.3. Một só điểm lưu ý khi vận hành máy nghiền trục
Máy nghiền trục làm việc bình thường khi:
• Hộp cấp liệu phân bố vật liệu nghiền một cách liên tục và điều đặn. Cặp
trục rải liệu đảm bảo rải liệu lên trục quay chậm thành một lớp mỏng
theo suốt chiều dài trục.
• Sản phẩm nghiền ra không bị nóng, có mức độ nghiền đồng đều tại mọi
vị trí của cặp trục nghiền.

• Với cặp trục nghiền mặt nhẵn phải không xảy ra hiện tượng hạt nghiền
trượt tròn trong khe nghiền và bị cán dẹt ra.
• Mức độ nghền của bột nghiền ổn định tong suốt thời gian làm việc.
• Sản phẩm liên tục được lấy ra khỏi máy nghiền bằng băng vận chuyển
không để ứ đọng trong máy.
• Không có hiện tượng ngưng ẩm trên bề mặt các chi tiết máy nghiền.
• Các ổ đỡ trục không bị rung động, nhiệt độ của chúng không vượt quá
giới hạn cho phép và các bộ phận cơ khí không gây những tiếng ồn lạ.
• Cần có chế độ kiểm tra định kỳ, tra dầu mỡ và bắt chặt lại các ốc hãm.
II.5. Trích ly.
II.5.1. Mục đích và yếu tố ảnh hưởng hiệu suất trích ly.

Trang 17


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Để làm giàu các chất hòa tan thì người ta cho cà phê đi qua một hệ thống các
tháp nối tiếp nhau bằng ống dẫn. Trích ly để thu các chất hòa tan, nhằm đạt
được hiệu suất thu hồi cao và giữ được hương vị tốt, tối đa của cà phê.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly và chất lượng sản phẩm:
• Độ nghiền của cà phê
• Nhiệt độ của nước vào thiết bị trích ly và sự biến đổi của nhiệt trong quá
trình trích ly.
• Thời gian ngâm trích
• Tỷ lệ cà phê/ nước
• Thiết bị trích ly.
II.5.2. Nguyên tắc hoạt động.

Hình 15: Bộ trích ly cà phê.

1. Ống khuếch tán

2. Dòng chảy của nước chiết

3. Vít để tải canh trường

4. Ống cung cấp nước khuếch tán

5. Ống thu nhận nước chiết

6. Khớp tháo
7. Vít tải

Trích ly thực chất là một hệ thống khuếch tán gồm từ 5 đến 10 ống khuếch
tán được lắp trên cùng một mặt phẳng. tất cả các ống được thống nhất hoá, có
hình dạng xilanh đứng với các cửa đóng kín lật được và có ống đáy hình nón.
Phần dưới của ống có ống nối để nạp nước vào khuếch tán, để tháo nước và rửa
bã.
Các ống khuếch tán được kết hợp một cách liên tục, dịch được trích ly từ
phần trên của ống khuếch tán trứơc đó được cho vào phần dưới của ống tiếp
theo.
Trang 18


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Để thu nhận các dịch chiết có nồng độ cao cần sử dụng phương pháp ngâm
chiết hợp lý. Phần chất trích ly được tuyển ban đầu cho vào phần canh trường
mới,còn canh trường đã được sử dụng bởi phần chiết có nồng độ thấp thì loại
bỏ.

Nên hoà tan cà phê bằng nước nóng ở 90C, nếu nhiệt độ nước quá cao sẽ
trích ly luôn các chất hoà tan không mong muốn ảnh hưởng tới mùi và vị của
cà phê sau này.
II.6. Khuấy trộn.
Là quá trình pha hai hay nhiều thành phần khác nhau vào làm một nhằm
đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng . Phải phối trộn các thành phần với nhau , sau
đó đem đi khuấy trộn để hòa trộn tạo thành một thể thống nhất.
II.6.1. Khuấy trộn bằng cơ khí.
Khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí nghĩa là dùng cánh khuấy, có nhiều loại
cánh khuấy khác nhau|:
• Mái chèo: khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ. Thường để hòa tan chất
rắn, có khối lượng riêng không lớn lắm.
• Chân vịt (chong chóng): dùng để điều chế dung dịch huyền phù nhũ
tương. Không thể dùng cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng có độ
nhớt cao hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khối lượng
riêng lớn.
• Tua bin: Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao đến 5.105 cp, để điều
chế huyền phù mịn, để hòa tan các chất rắn nhanh hoặc để khuấy động
các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60%.
• Cánh khuấy đặc biệt: Thường dùng để khuấy bùn nhão hoặc khuấy chất
lỏng có độ nhớt cao.
II.6.1.1. Cấu tạo cánh khuấy: Để tăng độ xáo trộn.
a. Loại mái chèo.
Gồm hai tấm phẳng gắn chặt vào trục thẳng, trục quay nhờ bộ phận truyền
động từ động cơ. Đường kính của mái chèo thường vào khoảng 0.7 đường kính
thiết bị.

Trang 19

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Hình 16: Cánh khuấy mái chèo
Nếu số vòng quay nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vòng tròn trên mặt
phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và không có sự khuấy
trộn chất lỏng ở các lớp khác.
Khi khuấy trộn mạnh sẽ xuất hiện dòng chuyển động phụ, khi đó chất lỏng
chuyển động xoáy. Dòng chuyển động phụ này xuất hiện do lực li tâm gây nên
làm cho chất lỏng văng từ tâm của thiết bị ra ngoài thành, đồng thời áp suất ở
tâm sẽ giảm xuống và hút chất lỏng nằm ở bên trên và bên dưới cán khuấy. Do
đó trong chất lỏng xuất hiện dòng
tuần hoàn theo mũi tên chỉ của hình
dưới đây:
Dòng chuyển động phụ làm tăng
cường độ của khuấy trộn. Nghĩa là
tăng số vòng quay nhưng đồng thời
năng

lượng

tiêu

hao

tăng.

Hình 17: Chiều chuyển động của chất lỏng
Khi chất lỏng chuyển động vòng thì do tác động của lực li tâm nên trên bề
mặt của chất lỏng có dạng hình phễu ( Hình 18). Chiều sâu của phễu càng tăng
khi số vòng quay tăng. Sự xuất hiện phễu chất lỏng sẽ dẫn tới làm giảm thể tích

sử dụng của thiết bị.
Để tăng sự khuấy trộn chất lỏng thường người ta dùng cánh khuấy mái chéo
hình khung. Loại này có phần đáy cong tương ứng với bán kính cong của đáy
thiết bị. Đôi khi người ta gắn vào thành thiết bị các tấm ngăn để làm xáo trộn
chất lỏng. Cấu tạo đơn giản dễ gia công, thích hợp với chất lỏng có độ nhớt
nhỏ. Nhưng hiệu suất khuấy thấp đối với chất lỏng nhớt, không thích hợp vói
các chất lỏng dễ phân lớp.
b. Loại chân vịt (chong chóng).

Trang 20


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Để tăng sự tuần hoàn chất lỏng người ta thường dùng cánh khuấy loại chân vịt
(chong chóng). Loại này thường gồm ba cánh, mỗi cánh uốn cong một góc ө,
góc này thay đổi dần từ 0◦
đến 90◦ ở cuối cánh.
Hình18: Cánh khuấy chân vịt
Cánh khuấy gắn trên trục, số chong chóng trên trục có thể nhiều ít khác
nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mực chất lỏng khuấy.
Bề mặt cánh khuấy nghiêng bên phải, trục quay theo chiều kim đồng hồ,
chất lỏng chuyển động dọc theo trục theo hướng từ dưới lên, tuần hoàn như
hình vẽ (hình bên phải). Nếu cánh khuấy nghiêng bên trái, thì trục quay theo
chiều ngược kim đồng hồ.
Đường kính cánh khuấy chong chóng vào khoảng 0.25 – 0.3 đường kính
thiết bị, số vòng quay vào khoảng 200 – 1500 vòng/phút.
Để tăng sự khuấy trộn người ta làm thêm bộ phận hướng chất lỏng, bộ phận
này có thể là ống hình trụ hay hình nón cụt, trong đó đặt cánh khuấy.
Ngoài ra nếu thể tích thiết bị khuấy lớn, người ta có thể đặt cánh khuấy lệch

tâm hoặc nghiêng một góc 10 - 20◦ so với trục thẳng đứng.
Ưu điểm: cường độ khuấy lớn, năng lượng tiêu hao nhỏ kể cả khi số vòng
quay lớn, giá thành hạ.
Nhược điểm: khi khuấy chất lỏng độ nhớt cao thì hiệu suất thấp, thể tích
chất lỏng được khuấy mãnh liệt bị hạn chế.
c. Cánh khuấy tuabin.
Cánh khuấy tuabin làm việc giống như bơm ly tâm, nghĩa là cũng có guồng
quay, tùy theo cấu tạo của guồng người ta phân loại ra loại cánh khuấy tuabin
hở hay kín.
• Cánh khuấy tuabin hở guồng động có những cánh thẳng (hình a) hoặc
cánh cong (hình b) làm việc như cánh khuấy mái chèo.

Trang 21


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Hình 19: Cánh khuấy tuabin hở
• Cánh khuấy tuabin kín guồng động gồm hai hình vành khăn, được nối
với nhau bằng những cánh nhỏ, giữa hai cnha tạo thành rãnh. Guồng
động thường đặt trong một bộ phận hướn chất lỏng đứng yên.Khi cánh
khuấy tuabin kín làm việc, chất lỏng đi vào theo lỗ ở tâm của guồng, rồi
ra ngoài theo hướng tiếp tuyến với cánh guồng. Ta thấy chất lỏng
chuyển động từ hướng thẳng đứng đến hướng nằm ngang theo bán kính
và ra khỏi guồng với tốc độ lớn.

Hình 20: Cánh khuấy tua bin kín
Trong một đơn vị thời gian lặp đi lặp lại nhiều lần như thế làm cho chất lỏng bị
khuấy mãnh liệt toàn bộ thể tích trong thùng.
Loại cánh khuấy tuabin, đường kính d của nó phụ thuộc vào đường kính của

thiết bị D.
Ưu điểm: hiệu suất cao, hòa tan nhanh, thuận tiện cho quá trình liên tục. Nhược
điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.
d. Cánh khuấy đặc biệt – thùng khuấy.
Gồm một thùng có cánh khuấy . Loại này dùng để tạo huyền phù nhũ tương,
hoặc để tăng phản ứng hóa học giữa khí và lỏng.
Tỷ lệ đường kính của thùng khuấy và của thiết bị: 1/4 – 1/6
Tỷ số chiều cao mực chất lỏng với đường kính thùng khuấy không nhỏ hơn 10.
II.6.2. Khuấy bằng khí nén.
Trang 22


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp. Khí nén thường là không khí
được nén qua một ống các lỗ nhỏ. Ống này đặt ở tận đáy thiết bị. Không khí
chui qua lỗ tạo thành những bọt nhỏ, rồi qua lớp chất lỏng làm cho chất lỏng bị
khuấy. Để khuấy được đều, người ta làm đường ống khí thành vòng, hoặc xoắn
ốc, đôi khi làm một dãy ống thẳng đặt song song nhau.

Hình 21: Khuấy bằng khí nén
II.7. Lắng – Lọc trong.
Chế tạo các thiết bị lắng là tạo điều kiện thuận lợi để các phần tử pha - phân
tán chuyển động nhanh hơn và tách ra khỏi pha liên tục.
Để giảm thời gian lắng, người ta thường kết hợp các phương pháp sau:
• Cho dòng chảy chuyển động với một vận tốc thích hợp vì nếu để yên
dung dịch huyền phù ở trạng thái tĩnh, dưới tác dụng của trọng lực các
Trang 23

Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

hạt rắn chuyển động xuống dưới với vận tốc lắng w 0 do đó năng suất
thấp, thời gian lâu, thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích.
• Thay đổi hướng cũng như phương của dòng chảy nhằm làm tăng thời
gian lưu của pha phân tán trong thiết bị, tạo ra lực quán tính => tăng
cường quá trình lắng.
Trong quá trình thiết kế thì phải luôn chú trọng đến khâu lấy cặn.
II.7.1.Thiết bị lắng .
II.7.1.1. Thiết bị lắng bán liên tục.
Các khâu nhập liệu và tháo nước trong đều được thực hiện liên tục còn lấy cặn
thì được lấy ra theo chu kỳ.
Người ta đưa huyền phù vào thiết bị, bên trong thiết bị có đặt các tấm ngăn
nằm nghiêng một góc khoảng 45 - 60 0 nhằm tăng thời gian lưu, tạo lực quán
tính, đồng thời tháo cặn được đơn giản hơn.

Hình 22: Tấm nghiêng trong thiết bị lắng bán liên tục
Nhược điểm: thiết bị gián đoạn, năng suất thấp, thời gian vẫn lâu và thiết bị
chiếm nhiều diện tích.
Để khắc phục nhực điểm trên, người ta chế tạo thiết bị lắng huyền phù loại
đứng có tấm nghiêng hình chóp xếp chồng lên nhau:

Trang 24


Báo cáo thiết bị lên men - quá trình sản xuất cà phê hòa tan

Hình 23: Thiết bị lắng huyền phù loại đứng có tấm nghiêng hình nón xếp
chồng lên nhau.
Ưu điểm của thiết bị khi các tấm xếp chồng lên nhau là năng suất lớn, thiết bị

gọn hơn, tiết kiệm diện tích. Huyền phù vào trong thiết bị theo các rãnh giữa
hai chóp, pha phân tán lắng trên bề mặt chóp và trượt xuống dưới. Nước trong
theo ống tâm đi ra ngoài. Để việc tháo cặn dược dễ dàng hơn, người ta chế tạo
thiết bị lắng bán liên tục dùng khí nén để tháo cặn. Tuy nhiên phương pháp này
tốn nhiều chi phí hơn (chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành).
II.7.1.2. Thiết bị lắng liên tục.
Trang 25