THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 20 kgh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
–––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THANH PHONG

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU
NĂNG SUẤT 20 kg/h

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 03/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
–––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THANH PHONG

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU
NĂNG SUẤT 20 kg/h

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 60 52 01 03
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ ANH ĐỨC

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 03/2012


THIẾT KẾ - CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA MÁY BÓC VỎ LỤA NHÂN HẠT ĐIỀU
NĂNG SUẤT 20 kg/h
NGUYỄN THANH PHONG

Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:

PGS. TS. TRẦN THỊ THANH
Đại học Nông Lâm TP. HCM

2. Thư ký:

TS. BÙI NGỌC HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM

3. Phản biện 1:

PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Đại học SPKT TP. HCM

4. Phản biện 2:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM
Đại học Nông Lâm TP. HCM

5. Ủy viên:

TS. LÊ HIẾU GIANG
Đại học SPKT TP. HCM

i


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên là Nguyễn Thanh Phong sinh ngày 17 tháng 02 năm 1984 tại huyện
Cần đước, tỉnh Long An. Con Ông Nguyễn Văn Bảnh và Bà Nguyễn Thị Thia.
Tốt nghiệp phổ thông trung học tại Trường Trung học phổ thông Cần Đước,
tỉnh Long An năm 2002.
Tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí chế biến bảo quản nông sản thực phẩm hệ
chính qui tại Đại học Nông Lâm, Thành Phố Hồ Chí Minh năm 2007.
Năm 2007 làm giảng viên tại trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM cho đến
nay.
Tháng 09 năm 2009 theo học Cao học ngành Cơ Khí nông nghiệp tại đại học
Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.
Tình trạng gia đình: có vợ và 1 con gái, năm kết hôn 2009
Địa chỉ liên lạc: 248 Ấp Đông, Xã Long Hựu Đông, Huyện Cần Đước, Tỉnh
Long An.
Điện thoại: 0938.095.340
Email:

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan những công bố trong luận văn này là trung thực và là một phần
trong đề tài cấp bộ mã số B2009-12-84 do T.S Lê Anh Đức làm chủ nhiệm. Những
số liệu trong luận văn được phép công bố với sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài hoặc
cơ quan giao nhiệm vụ (duyệt đề tài và cấp kinh phí).

Nguyễn Thanh Phong

iii


LỜI CẢM TẠ
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến:
Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, Trưởng khoa Cơ Khí Công Nghệ, TS. Lê Anh
Đức, Giám Đốc trung tâm công nghệ thiết bị nhiệt lạnh trường Đại Học Nông Lâm
Thành phố Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá
trình thực hiện luận văn.
Ban giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại học, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công
Nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn.
Tập thể giảng viên khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành
Phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho
tôi trong suốt quá trình tôi học Cao Học.
Tập thể học viên lớp cao học Cơ Khí Khóa 2009 đã giúp đỡ tôi trong quá trình
học tập và thực hiện đề tài.

iv


TÓM TẮT
Đề tài “Thiết kế chế tạo và xác định chế độ làm việc của máy bóc vỏ lụa

nhân hạt điều năng suất 20 kg/h” đã được tiến hành thiết kế chế tạo tại trung tâm
công nghệ và thiết bị nhiệt lạnh trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh
và được thực nghiệm tại công ty TNHH Sản Xuất và Thương Mại Thành Được, xã
Phước Tân, huyện Bù Gia Mập, tỉnh Bình Phước, thời gian từ tháng 1 năm 2011
đến tháng 12 năm 2011.
Mục tiêu đề tài là tính toán thiết kế mô hình máy bóc vỏ lụa nhân hạt điều
năng suất 20 kg/h và khảo nghiệm xác định các thông số hoạt động tối ưu của máy.
Nội dung nghiên cứu của đề tài là xác định các chỉ tiêu tối ưu cùng với các
thông số tối ưu hoá của mô hình máy bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm cực
trị.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là ứng dụng và kế thừa lý thuyết bóc vỏ,
nguyên lý làm việc của các máy bóc vỏ lụa nhân điều đang tồn tại trong nước, cũng
như trên thế giới, để xây dựng mô hình máy bóc vỏ lụa nhân điều có năng suất 20
kg/h. Nghiên cứu mô hình máy bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm cực trị tối
ưu. Thí nghiệm được bố trí dạng bậc II kiểu Box –Hunter. Bài toán tối ưu hóa được
giải theo thuật toán ngẫu nhiên kết hợp dò tìm trực tiếp.
Kết quả chế độ tối ưu của máy như sau: vận tốc của bộ phận xát vtư = 0,79
m/s, khe hở giữa trống và bộ phận xát etư = 5,72mm, thời gian lưu vật liệu trong
buồng bóc vỏ khí nén ttư = 8,9 s, và áp suất khí nén ptư = 5,4 kG/cm2. Các chỉ tiêu
tối ưu đạt được là tỷ lệ bóc vỏ lụa Y3max = 82,4%, và tỷ lệ nhân vỡ Y4min = là 8%.

v


SUMMARY
Thesis “Design – manufaction and determation of the working mode of
cashew peeling machine for productivity 20 kg/h” was engineered, manufactured at
the center for technology and equipment of cold heat, Nong lam university and
conducted exprerimental worth at limited liability company production and trade
Thanh Duoc, Phuoc Tan quarter, Bu Gia Map district, Binh Phuoc province. From

January 2011 to December 2011.
The target of the thesis is to calculate – design the model of the cashew
peeling machine with productivily 20 kg/h and of the topic to determine optimal
operation parameters of the model.
Research contents include: determine the optimal targets along with the
parameters optimization of the model of cashew peeling machine by experimental
planning method.
The research method of the thesis is application and inherit about theory of
peeled, the principle of work of cashew peeling machines in the country and the
world to build model of cashew peeling machine with productivily 20 kg/h. Model
is Researched by optimum extreme experimental planning method. The experiment
was arranged as a level II type of Box-Hunter. Optimization problems are solved
according to the algorithm randomly combine direct search.
The results of the optimal mode are follows: optimal speed of part chafing v
= 0,79, m/s, distance between the chafing drum and part of chafing e = 5,72mm,
materials pass the work part of pneumatic equipment with optimum time is t = 8,9s,
and pneumatic pressure optimization is p = 5,4 kG/cm2. The target is to achieve
optimal: the rate of the peeled silk is Y3max = 82,4% and the rate of the fracture is
Y4min = 8%.

vi


MỤC LỤC
TRANG
LÝ LỊCH CÁ NHÂN ................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii
LỜI CẢM TẠ .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT ..................................................................................................................v
SUMMARY ............................................................................................................. vi

MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH...................................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG................................................................................... xiii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chương 1.TỔNG QUAN ..........................................................................................3
1.1.Giới thiệu chung về cây điều .................................................................3
1.2.Giới thiệu về hạt điều thô.......................................................................3
1.2.1. Cấu tạo hạt điều thô ...........................................................................3
1.2.2. Giá trị dinh dưỡng của nhân hạt điều.................................................5
1.2.2.1. Các chất béo ....................................................................................6
1.2.2.2. Chất đạm (prôtein) ..........................................................................7
1.2.2.3. Chất bột – đường và các thành phần khác ......................................7
1.2.2.4. Muối khoáng ...................................................................................8
1.2.2.5. Sinh tố (Vitamin) ............................................................................8
1.3. Cơ lý tính của nhân hạt điều .................................................................9
1.4. Quy trình công nghệ sản xuất hạt điều .................................................9
1.4.1. Phân cỡ...............................................................................................9
1.4.2. Hấp .....................................................................................................9
1.4.3. Tách vỏ cứng....................................................................................10
1.4.4. Sấy khô nhân điều ............................................................................11
1.4.5. Bóc vỏ lụa ........................................................................................11

vii


1.4.6. Phân cấp ...........................................................................................12
1.4.7. Đóng gói ..........................................................................................12
1.4.8. Bảo quản ..........................................................................................12
1.5. Tiêu chuẩn Việt Nam về nhân hạt điều (Cashew Kernel) TCVN
4850:1998 ..................................................................................................13

1.5.1. Yêu cầu chung của nhân điều sau khi bóc vỏ lụa ............................13
1.5.2. Phân hạng .........................................................................................14
1.6. Lý thuyết bóc vỏ hạt ...........................................................................16
1.6.1. Cơ sở lý thuyết .................................................................................16
1.6.2. Nguyên lý làm việc ..........................................................................17
1.6.2.1. Va đập nhiều lần ...........................................................................17
1.6.2.2. Nén và ma sát ................................................................................17
1.6.2.3. Dịch trượt ......................................................................................17
1.6.2.4. Ma sát ............................................................................................18
1.6.2.5. Khí nén ..........................................................................................18
1.6.2.6. Ma sát kết hợp khí nén ..................................................................19
1.7. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bóc vỏ lụa nhân hạt điều ......20
1.8. Kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................21
1.8.1. Tình hình chung ...............................................................................21
1.8.2. Các thiết bị bóc vỏ lụa nhân điều hiện nay ......................................22
1.8.2.1. Dây chuyền máy bóc vỏ lụa nhân điều do Italia sản xuất. ...........22
1.8.2.2. Máy bóc vỏ lụa nhân điều do ông Phạm Văn Chổi chế tạo..........23
1.8.2.3. Máy bóc vỏ lụa hạt điều do kỹ sư Nguyễn Mạnh Thản chế tạo. ......
.....................................................................................................24
1.8.2.4. Dây chuyền máy bóc vỏ lụa nhân điều do Công ty TNHH Sản
Xuất - Thương Mại – Dịch Vụ Khuôn Máy Việt. .....................................25
1.9. Đề xuất công nghệ bóc vỏ lụa nhân điều ............................................26
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................27
2.1. Nội dung nghiên cứu...........................................................................27

viii


2.2. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................27
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ..................................................27

2.2.1.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống .....................................................28
2.2.1.2. Phương pháp tính toán thiết kế mô hình .......................................28
2.2.1.3. Phương pháp giải tích toán học ....................................................29
2.2.1.4. Phương pháp chế tạo .....................................................................30
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................30
2.2.2.1. Phương pháp khảo nghiệm ...........................................................30
2.2.2.2. Phương án qui hoạch thực nghiệm ...............................................32
2.2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm .......................................34
2.2.2.4. Phương pháp tối ưu hóa ................................................................34
2.2.2.5. Phương pháp khảo sát và nhận dạng bề mặt đáp ứng ...................36
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................38
3.1. Thiết kế mô hình máy bóc vỏ lụa nhân hạt điều .................................38
3.1.1. Cơ sở lựa chọn mô hình máy bóc vỏ lụa nhân hạt điều. ..................38
3.1.1.1. Tính chất cơ lý của đối tượng gia công ........................................38
3.1.1.2. Yêu cầu sản phẩm nhân hạt điều sau khi bóc vỏ lụa ....................38
3.1.2. Xác định nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc của mô hình máy
bóc vỏ lụa nhân hạt điều ............................................................................39
3.1.2.1. Thiết bị bóc vỏ lụa sơ bộ...............................................................40
3.1.2.2. Thiết bị bóc vỏ lụa khí nén ...........................................................42
3.1.3. Thiết kế chế tạo mô hình máy bóc vỏ lụa nhân hạt điều .................43
3.1.3.1. Mục đích thiết kế ..........................................................................43
3.1.3.2. Các số liệu thiết kế ban đầu ..........................................................43
3.1.3.3. Kết quả tính toán thiết kế ..............................................................43
3.2. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bóc vỏ lụa trong mô hình máy bóc
vỏ lụa sơ bộ ................................................................................................45
3.2.1. Kết quả khảo nghiệm thiết bị bóc vỏ lụa sơ bộ. ..............................45
3.2.1.1. Khảo nghiệm đánh giá khả năng làm việc. ...................................45

ix

3.2.1.2. Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm ...........................46
3.2.1.3. Thực nghiệm đơn yếu tố ...............................................................47
3.2.2. Khảo nghiệm xác định các thông số làm việc .................................48
3.2.2.1. Phát biểu bài toán hộp đen ............................................................48
3.2.2.2. Lập mô hình thống kê thực nghiệm bậc I .....................................49
3.2.2.3. Lập mô hình thống kê thực nghiệm bậc II ....................................52
3.2.2.4. Xác định các thông số và chỉ tiêu tối ưu .......................................61
3.3. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bóc vỏ lụa trong mô hình máy bóc
vỏ lụa khí nén .............................................................................................63
3.3.1. Kết quả khảo nghiệm thiết bị bóc vỏ lụa khí nén ............................63
3.3.1.1. Khảo nghiệm đánh giá khả năng làm việc ....................................63
3.3.1.2. Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm ...........................64
3.3.1.3. Thực nghiệm đơn yếu tố ...............................................................64
3.3.2. Khảo nghiệm xác định các thông số làm việc .................................65
3.3.2.1. Phát biểu bài toán hộp đen ............................................................65
3.3.2.2. Lập mô hình thống kê thực nghiệm bậc I .....................................66
3.3.2.3. Lập mô hình thống kê thực nghiệm bậc II ....................................69
3.3.2.4. Xác định các thông số và chỉ tiêu tối ưu .......................................78
3.4. Thông số làm việc tối ưu của mô hình hệ thống thiết bị ....................80
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................83
PHỤ LỤC .................................................................................................................85

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1. 1. Trái điều. ....................................................................................................4
Hình 1. 2. Cấu tạo hạt điều thô. ..................................................................................4
Hình 1. 3. Nhân hạt điều. ............................................................................................5
Hình 1. 4. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất hạt điều...........................................10
Hình 1. 5. Bóc vỏ lụa nhân hạt điều bằng tay ..........................................................11
Hình 1. 6. Một số sản phẩm nhân điều .....................................................................14
Hình 1. 7. Nguyên lý bóc vỏ hạt dùng khí nén kết hợp ma sát. ...............................19
Hình 1. 8. Hệ thống bóc vỏ lụa nhân điều do Italia sản xuất với năng suất từ 150 –
300kg/h ....................................................................................................22
Hình 1. 9. Nguyên lý hoạt động Máy bóc vỏ lụa nhân điều do Italia sản xuất năng
suất từ 150 – 300kg/h ..............................................................................23
Hình 1. 10. Máy bóc vỏ lụa nhân điều của người nông dân Phạm Văn Chổi ..........23
Hình 1. 11. Nguyên lý hoạt động Máy bóc vỏ lụa nhân điều của người nông dân
Phạm Văn Chổi. ....................................................................................24
Hình 1. 12. Dây chuyền máy bóc vỏ lụa nhân điều Công ty TNHH SX - TM – DV
Khuôn Máy Việt năng suất 120 – 180 kg/h ..........................................25
Hình 2. 1. Bài toán hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu ở thiết bị bóc vỏ lụa nhân
hạt điều. ...................................................................................................33
Hình 3. 1. Sơ đồ nguyên lý của mô hình hệ thống máy bóc vỏ lụa .........................39
Hình 3. 2. Nguyên lý cấu tạo thiết bị bóc vỏ lụa sơ bộ ............................................41
Hình 3. 3. Nguyên lý‎ bóc vỏ lụa bằng dòng khí nén ................................................42
Hình 3. 4. Nguyên lý cấu tạo thiết bị bóc vỏ lụa khí nén .........................................43
Hình 3. 5. Bài toán hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu..........................................49
Hình 3. 6. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chỉ tiêu Y1 ở dạng thực và
dạng mã hóa ............................................................................................57
Hình 3. 7. Đồ thị quan hệ Y1 – v – e ở dạng không gian 3 chiều . ...........................57

xi

Hình 3. 8. Đồ thị quan hệ Y1 – v – e ở dạng phẳng. .................................................57
Hình 3. 9. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chỉ tiêu Y2 ở dạng thực và
dạng mã hóa ............................................................................................60
Hình 3. 10. Đồ thị quan hệ Y2 – v – e ở dạng không gian 3 chiều. ..........................60
Hình 3. 11. Đồ thị quan hệ Y2 – v – e ở dạng phẳng. ...............................................60
Hình 3. 12. Bài toán hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu........................................66
Hình 3. 13. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chỉ tiêu Y3 ở dạng thực và
dạng mã hóa. .........................................................................................74
Hình 3. 14. Đồ thị quan hệ Y3 – t – p ở dạng không gian 3 chiều ...........................74
Hình 3. 15. Đồ thị quan hệ Y3 – t – p ở dạng phẳng ................................................74
Hình 3. 16. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến chỉ tiêu Y4 ở dạng thực và
dạng mã hóa ..........................................................................................77
Hình 3. 17. Đồ thị quan hệ Y4 – t – p ở dạng không gian 3 chiều ...........................77
Hình 3. 18. Đồ thị quan hệ Y4 – t – p ở dạng phẳng. ...............................................77

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1. 1. Kích thước và trọng lượng hạt điều thô. ...................................................4
Bảng 1. 2. Tỷ lệ thành phần của hạt điều ...................................................................5
Bảng 1. 3. Giá trị dinh dưỡng của nhân hạt điều. .......................................................6
Bảng 1. 4. Phân hạng nhân điều theo chất lượng .....................................................14
Bảng 3. 1. Kết quả khảo nghiệm thiết bị bóc vỏ lụa sơ bộ .......................................45

Bảng 3. 2. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I ...........................49
Bảng 3. 3. Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm ...........................................50
Bảng 3. 4. Miền thực nghiệm theo phương án quay bậc II Box –Hunter ................54
Bảng 3. 5. Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm. ..........................................55
Bảng 3. 6. Nhận dạng đồ thị. ....................................................................................58
Bảng 3. 7. Nhận dạng đồ thị. ....................................................................................61
Bảng 3. 8. Kết quả khảo nghiệm thiết bị bóc vỏ lụa khí nén....................................63
Bảng 3. 9. Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I ...........................66
Bảng 3. 10. Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm. ........................................67
Bảng 3. 11. Miền thực nghiệm theo phương án quay bậc II Box – Hunter. ............71
Bảng 3. 12. Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm. ........................................72
Bảng 3. 13. Nhận dạng đồ thị ...................................................................................75
Bảng 3. 14. Nhận dạng đồ thị ...................................................................................78

xiii


MỞ ĐẦU
Nước ta là nước nằm trong khu vực nhiệt đới, chủ yếu sản xuất nông nghiệp,
quanh năm luôn có sản phẩm thu hoạch. Tuy nhiên, so với các nước khác vấn đề
chế biến sau thu hoạch còn nhiều hạn chế do trình độ chưa cao, vốn đầu tư còn thấp,
công nghệ còn lạc hậu, chính vì vậy gây tổn thất sau thu hoạch rất lớn. Cho nên ta
phải có chính sách tận dụng tối đa những nguồn nguyên liệu phong phú, đặc biệt đối
với cây điều.
Nhân hạt điều là mặt hàng cao cấp ngày càng được ưa chuộng và tiêu thụ
mạnh trên thị trường thế giới. Hiện tại, Việt Nam là nước xuất khẩu nhân hạt điều
số 1 thế giới. Hạt điều Việt Nam hiện đã có mặt tại 40 quốc gia và vùng lãnh thổ.
Cây điều đã thực sự trở thành cây công nghiệp có giá trị, ngành chế biến hạt điều
xuất khẩu đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn và mang lại nguồn thu ngoại tệ cao
trong nhóm các mặt hàng chủ lực nói chung và nông sản Việt Nam nói riêng. Hiện

cả nước có hơn 200 nhà máy chế biến hạt điều với tổng công suất chế biến nhân
điều khoảng 150.000 tấn/năm (tương đương 600.000 tấn điều thô /năm), kim ngạch
xuất khẩu năm 2009 đạt khoảng 850 triệu USD.
Do hiệu quả kinh tế cao , cây điều ngày càng được nhiều sự quan tâm của
Chính phủ , các ngành , các cấp và các địa phương . Ngày 02/02/2007, Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn đã phê duyệt “Chiến lược phát triển ngành Điều đến
năm 2010 và định hướng đến năm 2020”. Theo đó, hai mục tiêu quan trọng trong
chiến lược là tăng diện tích, sản lượng điều và nâng cao năng lực chế biến xuất khẩu
theo hướng công nghệ hiện đại. Cũng trong chiến lược này, Bộ đã định hướng phát
triển diện tích cây điều trên những địa bàn có điều kiện, nhằm đưa diện tích trồng
điều cả nước năm 2008 là 433.000 ha lên 500.000 ha vào năm 2010 với sản lượng
dự kiến 700.000 tấn điều thô/năm.

1


Tuy nhiên, tình trạng thiếu hụt lao động phổ thông tại các nhà máy chế biến
hạt điều ngày càng trở nên trầm trọng. Trong bối cảnh công nghiệp hóa, đô thị hóa
phát triển, ngành chế biến điều gặp rất nhiều khó khăn trong việc thu hút lao động,
trong khi lực lượng lao động ngành điều bị thu hút sang những ngành nghề khác là
điều nằm trong dự báo. Tình hình thiếu hụt nhân công ngày càng trở nên trầm trọng,
đỉnh điểm là vụ chế biến 2008 dẫn đến việc các nhà máy hoạt động cầm chừng vì
thiếu lao động. Trong năm 2008, lượng công nhân các nhà máy chế biến hạt điều bị
giảm đi 150.000 lao động chủ yếu ở khâu tách vỏ cứng và bóc vỏ lụa, so với tổng số
350.000 lao động trong năm 2007. Thiếu hụt nguồn lao động trong ngành chế biến
điều là một nguy cơ ngày càng lớn, đe dọa việc sản xuất của các nhà máy. Trong
tình hình đó, chỉ có giải pháp cơ giới hóa mới có thể giải quyết vấn đề này một cách
hiệu quả.
Từ nhu cầu thực tế của sản xuất, được sự chấp thuận của Hội đồng khoa học
Khoa Cơ Khí - Công Nghệ, Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ Khí - Công Nghệ, Phòng Đào

tạo sau đại học và Ban Giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí
Minh, dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Anh Đức, chúng tôi thực hiện đề tài:
“Thiết kế chế tạo và xác định chế độ làm việc của máy bóc vỏ lụa nhân hạt
điều năng suất 20 kg/h”
Mục tiêu đề tài: tính toán thiết kế chế tạo mô hình máy bóc vỏ lụa nhân hạt
điều năng suất từ 20 – 25kg/h và khảo nghiệm xác định các thông số hoạt động tối
ưu của mô hình máy.

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về cây điều
Cây điều giữ một vị trí quan trọng trên thị trường nông sản của một số nước
nhiệt đới và cận nhiệt đới, cây điều đã trở thành cây trồng chính thức được quan tâm
phát triển.
Điều là cây ăn quả lâu năm, tên khoa học là Anacardium occidentale, thuộc
họ Anacardiceae, tên tiếng Anh là cashew-nut, ngoài ra còn có tên là “đào lộn hột”
vì quả điều có hạt lộn ra ngoài. Thật ra về phương diện thực vật học, hạt điều chính
là quả điều, còn phần có hình dạng giống như quả lê mà ta thường gọi là quả, chỉ là
quả giả do cuốn quả phình to mà thành. Cây điều có nguồn gốc từ Braxil, Nam Mỹ
được đưa vào vùng bờ tây của Ấn Độ bởi các nhà thương gia Bồ Đào Nha và được
trồng ở nước ta từ sau khi thế kỷ 16 ÷ 17.
Từ trước năm 1959 cây điều đã được trồng ở Bình Phước và tới năm 1970 –
1974 ở Bình Phước đã có vài cơ sở công nghiệp chế biến hạt điều. Từ năm 1990 cây
điều đã thật sự phát triển và được trồng rộng rãi trên khắp cả nước. Hiện nay, Việt
Nam có trên 450.000 ha điều và có trên 200 nhà máy chế biến và xuất khẩu nhân
điều với hơn 200.000 công nhân và 800.000 người dân tham gia trồng điều. Trong
đó, tỉnh Bình Phước được mệnh danh là “thủ phủ của điều“ với diện tích khoảng

200.000 ha, chiếm 45% diện tích cả nước và hàng trăm nhà máy chế biến điều.
(theo Lễ hội Quả điều vàng Bình Phước, 2010. Hội thảo “Xây dựng thương hiệu
điều Việt Nam”).
1.2. Giới thiệu về hạt điều thô
1.2.1. Cấu tạo hạt điều thô
Hạt điều có màu nâu xám, hình dáng giống quả cật, lủng lẳng ở cuống “trái
điều”.

3


Thông thường hạt điều có kích thước: dài 2,5 – 3,5 cm; rộng 1,8 – 2,0 cm;
dày 1 – 1,5 cm; nặng 5 – 6 g, khi tươi có màu xanh nhạt, khi khô có màu nâu xám.

Hình 1. 1. Trái điều

Hình 1. 2. Cấu tạo hạt điều thô

- Trọng lượng thể tích trung bình của hạt điều thô từ 590 – 650 kg/ m 3 .
- Góc ma sát với thép trung bình 35o (với độ ẩm trung bình của hạt 20%).
- Độ cầu của hạt từ 68 – 70%.
- Độ rỗng trung bình của khối hạt điều là 0,42.

Tùy theo từng vùng trên thế giới mà kích thước cũng như trọng lượng của hạt
điều khác nhau rất nhiều. Braxil là nước tập trung nghiên cứu cải tạo giống điều rất
tốt nên hạt điều tại đây có kích thước lớn hơn các vùng khác. Hạt điều trồng ở châu
Á thường có kích thước trung bình (150 – 200 hạt/kg).
Bảng 1. 1. Kích thước và trọng lượng hạt điều thô
Quốc gia

Braxil

Đông Phi

Srilanka

Philippin

Dài (cm)

3,7 – 4,3

1,5 – 2,8

2,8 – 3,5

3,0 – 3,3

Rộng (cm)

2,3 – 3,2

1,6 – 1,8

2,3 – 2,6

2,1 – 2,2

Dày (cm)

1,7 – 2,5

1,5 – 1,6

1,6 – 2,0

1,7 – 2,0

Trọng lượng (g)

5,8 – 15,3

3,9 – 4,1

5,3 – 8,0

6,0 – 7,2

Đặc tính

(theo Phạm Văn Nguyên, 1990)
Một tấn hạt điều thô thường chế biến được 220 kg nhân và 80 – 200 kg dầu
vỏ điều, trung bình là 120 kg.
Thành phần của hạt điều gồm:
+ Vỏ hạt điều (cashew shell): chứa một chất lỏng nhớt có tên là dầu vỏ hạt

4


điều (oil of cashew shell) là một chất độc có hại không ăn được, làm phồng rộp da

tay, gây dị ứng cho người khi tiếp xúc nhưng lại là nguyên liệu đa năng cho ngành
nông nghiệp hóa chất.
+ Vỏ lụa (silk skin): bao bọc nhân điều có chứa nhiều tannin thực vật có thể
dùng để sản xuất tannin trong công nghệ da.
+ Nhân điều (cashew kernel): đây là phần ăn được và cũng là phần có giá trị
kinh tế cao nhất của hạt điều. Nhân điều là một loại thực phẩm cao cấp và bổ dưỡng
của nhiều nước trên thế giới vì có chứa hàm lượng đạm cao với hầu hết các loại axit
amin thiết yếu, nhiều axit béo không bão hòa, giàu muối khoáng và các sinh tố.
nhân điều được chế biến thành các món ăn như hạt điều chiên muối, chiên mật ong,
snack, làm bánh kẹo (kẹo hạt điều, sô cô la,…) hoặc chế biến thức ăn.
Bảng 1. 2. Tỷ lệ thành phần của hạt điều
Thành phần
Tỷ lệ % so với toàn hạt
Nhân điều
20 – 25%
Vỏ lụa
2 – 5%
Dầu vỏ
18 – 23%
Vỏ hạt điều
45 – 50%
1.2.2. Giá trị dinh dưỡng của nhân hạt điều

Hình 1. 3. Nhân hạt điều
Hiện nay Mỹ tiêu thụ khoảng 40% lượng nhân điều trên thế giới, trong đó
nhập 3 nước: Ấn độ, Việt Nam và Brazil tới 95,5% (Ấn độ: 35,2%, Việt Nam 35%,
Brazil: 25,3%), các nước Châu Âu (Hà Lan, Đức, Anh, Tây Ban Nha, Ý…) cũng
nhập khẩu của Việt Nam từ 22 – 25%, Trung Quốc nhập khẩu của Việt Nam từ 18 –
20%; một số nước khác (Úc, Nhật Bản, Singapore, Thái Lan, Tiểu Vương Quốc Ả
Rập thống nhất, Ả Rập Xê Út, Nga, Ucraina…) nhập từ Việt Nam từ 24 – 25% hạt

5


điều nhân.
Hạt điều là một thực phẩm dạng khô, giàu năng lượng hơn hẳn các thực
phẩm khác như ngũ cốc, thịt cá…nhờ vào hàm lượng chất béo khá cao (>40% khối
lượng). Tính trên 100g thực phẩm ăn được, nhân điều cung cấp hơn 500 – 600 kcal,
trong khi ngũ cốc cung cấp 300 – 350 kcal, nhóm thịt cung cấp khoảng 150 – 200
kcal. Ngoài ra nhân điều còn là nguồn thực phẩm giàu đạm. Hàm lượng chất đạm
trong nhân điều tương đương với lượng đạm trong thịt, cá (khoảng 18 – 20% khối
lượng). Nhân hạt điều có mùi vị dễ chịu, có thể ăn ở dạng khô, chưa chế biến hoặc
chiên (chiên chuối, chiên đường,…). Hạt điều được xem như là nguồn thực phẩm
cung cấp “chất béo ẩn” do việc sử dụng rộng rãi với nhiều cách thức khác nhau (bữa
ăn nhẹ (snack), nguyên liệu trong nấu nướng, bánh kẹo, sôcôla….)
Bảng 1. 3. Giá trị dinh dưỡng của nhân hạt điều
Thành phần dinh dưỡng

Giá trị dinh dưỡng trong 100g

Năng lượng

553 kcal

Chất đạm

18,22 g

Chất béo

43,85 g

Bột đường

30,19 g

Chất xơ

3,3 g

Nước

5,20 g

Tro

2,54 g

(theo lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.2.2.1.

Các chất béo

Nhân điều có lượng chất béo (dầu nhân) khá cao (khoảng 47%). Thành phần
chất béo trong nhân điều:
- Axít béo oxi hóa: không có
- Axít béo bão hòa: 18,2%
- Axít béo không bão hòa: 81,8%. Trong đó axit oleic chiếm tới 73,7%.
Theo báo cáo của Công ty phát triển điều, Bang Kerala của Ấn Độ (KSCDC)
thì chất béo của nhân điều không có cholesterol, không có chất độc hại, lại có nhiều

6


axit béo đơn – không bão hòa, có lợi ích bảo vệ trái tim, bảo vệ sức khỏe và giải tỏa
sự ưu phiền. Với thành phần axit béo không bão hòa trên, nhân điều có giá trị dinh
dưỡng cao đối với hệ tim mạch, hạn chế sơ vữa động mạch và có tác dụng chống
lão hóa như một số dầu thực vật khác: dầu Ôliu, dầu đỗ tương, dầu lúa mì…
Khoảng 85% chất béo trong nhân điều là axit béo thiết yếu, cần cho cấu trúc tế bào
của cơ thể chúng ta.
(theo lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.2.2.2.

Chất đạm (prôtein)

Chất đạm trong nhân điều khá cao (21,2%). Prôtein của nhân điều gồm tới 18
loại amino axit, trong đó có nhiều loại rất cần cho sự sống và sức khỏe của chúng ta.
Các loại amino axit này có cả trong lá mầm (2 mảnh của nhân điều) và trong phôi
mầm.
Prôtêin của nhân điều hoàn hảo hơn so với prôtêin của lúa gạo và đậu đỗ.
Prôtêin của nhân điều tương tự như prôtêin của thịt, trứng…nhưng lại tốt hơn thịt vì
không sản sinh ra axit Uric trong cơ thể như ăn thịt. Prôtêin của nhân điều dễ tiêu
hóa và hấp thu tốt.
Người ta đã tính được lượng prôtêin cần cho 1kg cơ thể từ 0,8 – 1g. Như vậy,
một người nặng 65kg cần khoảng 52 – 65g protein từ nhiều nguồn thực phẩm khác
nhau.
(theo hiệp hội điều Việt Nam, 2009; lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.2.2.3.

Chất bột – đường và các thành phần khác

Bột đường chứa trong nhân điều cũng khá cao (22%). Trong đó: bột (4,6 –
11,2%), đường tổng số (2,4 – 8,7%), đường khử (1 – 3%), đường không khử (1,3 –
5,8%). Theo nhiều tác giả, nhân điều chứa các loại đường phổ biến sau: maltose,
lactose, glucose, fructose, cellobiose, raffinose,…do đó nhân điều có vị ngọt thơm
ngon. Có đến 60 – 70% tổng số năng lượng (calori) cần thiết cho cơ thể tạo ra từ bột
– đường. Trong đó quan trọng nhất: bột – đường phức hợp. Loại bột – đường phức
hợp này được phân hủy nhanh và giải phóng năng lượng ngay cho mạch máu.
Một chỉ tiêu quan trọng của chất bột – đường trong thức ăn là chỉ số đường,

7


liên quan đến lượng glucose trong máu. Người ta phân ra hai loại: chỉ số đường cao
(lượng glucose tăng cao và tăng nhanh trong máu), và đường thấp (lượng glucose
thấp và tạo ra sự cân bằng, có lợi trong cơ thể). Carbohydrat của nhân hạt điều có
chỉ số đường thấp. Chúng vẫn bảo đảm tăng glucose trong máu đủ cho cơ thể khi
lao động chân tay và trí óc, đông thời điều tiết giảm thiểu nhu cầu Insulin trong các
tế bào beta tuyến tụy. Với lượng thức ăn 28g nhân điều/ngày (ăn trong 5 ngày/tuần)
cho kết quả giảm sự rủi ro phát triển của bệnh đái tháo đường dưới 27%. Chỉ số
đường thấp của thực phẩm giúp người ta giảm cân và kiểm soát được trọng lượng;
điều tiết nội tiết tố Insulin, giảm bệnh đái tháo đường, giảm những chất độc hại đối
với tim, giảm cholesterol máu, giảm đói, kéo dài sự chịu đựng của cơ thể; tái tạo
kho năng lượng (calori) sau khi vận động.
(theo hiệp hội điều Việt Nam, 2009; lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.2.2.4.

Muối khoáng

Nhân điều có lượng muối khoáng khá phong phú (2,49%). Đặc biệt là giàu

K, P, Ca, Na, Fe, Zn… Cụ thể: kali – K (660mg), photpho – P (593mg), canxi – Ca
(37mg), magie – Mg (29,2mg), natri – Na (12mg), sắt – Fe (6,68mg), kẽm – Zn
(5,78mg), đồng – Cu (2,2mg), mangan – Mn (1,8mg)… Kali có vai trò điều chỉnh
pH máu, giữ cân bằng nước, bảo đảm tính axit hóa của nước tiểu, giúp sự dẫn
truyền hệ thần kinh và sự co cơ. Những vai trò này của kali rất có giá trị vì nguồn
kali trong nhân điều rất phong phú. Natri cũng là chất dinh dưỡng quan trọng, bảo
đảm dẫn truyền hệ thần kinh. Viện hàn lâm khoa học quốc gia Ấn độ đã đề xuất sử
dụng 1.500mg/ngày là thích hợp. Sắt trong nhân điều cũng rất quan trọng trong việc
bảo đảm lượng hồng cầu trong máu.
(theo hiệp hội điều Việt Nam, 2009; lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.2.2.5.

Sinh tố (Vitamin)

Nhân điều còn chứa nhiều loại sinh tố quan trọng: caroten (tiền sinh tố A)
tính theo sinh tố A: 100 I.U; thiamine (B1): 630mcg; riboflavine (B2): 190mcg;
niacine: 2,1mcg; B6: 417mcg; vitamin E: 1.458mcg; ngoài ra còn có các loại sinh tố
khác: D, PP…

8


Nhóm sinh tố B này kích thích sự ngon miệng, tăng cường tính linh hoạt của
hệ thần kinh, tăng sự hưng phấn và nghị lực.
Với sự phong phú của các loại sinh tố kể trên người ta có thể coi mỗi nhân
điều là một viên thuốc bổ đa sinh tố.
(theo hiệp hội điều Việt Nam, 2009; lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.3. Cơ lý tính của nhân hạt điều
Thực tế cho thấy kích thước nhân hạt điều không đồng nhất, vì thế chúng tôi
chọn giống điều ở Bình phước để tiến hành nghiên cứu. Kích thước ba chiều trung

bình của nhân hạt điều còn vỏ lụa ở mấu W320 như sau:
+ Chiều dài hạt: 20 - 25 mm
+ Chiều rộng hạt: 8 - 12 mm
+ Chiều dày hạt: 9 - 13 mm
- Khối lượng một hạt: 1,3 - 2,0 g
- Góc ma sát với kim loại: 35o
- Trọng lượng riêng: 560 kg/m3
- Độ cầu của nhân điều ~ 0,6
- Ẩm độ nhân điều khi đưa vào bóc vỏ lụa: 4 - 5%
(theo hiệp hội điều Việt Nam, 2009; lễ hội quả điều vàng Bình Phước, 2010).
1.4. Quy trình công nghệ sản xuất hạt điều
1.4.1. Phân cỡ
Trước khi chế biến, hạt điều thô được phân thành 6 cỡ, để thuận lợi trong quá
trình hấp đặc biệt là quá trình tách vỏ cứng. Hiện nay, máy phân cỡ hạt điều được
dùng phổ biến là trống phân loại dạng lục giác, dạng lỗ tròn, với kích thước lỗ phân
ly là 19, 20, 21, 22 và 23 mm.
1.4.2. Hấp
Hấp là công đoạn hết sức quan trọng. Hạt điều sau khi phân cỡ tiếp tục được
chuyển đến khâu hấp hạt. Mục đích khâu hấp là làm cho lớp vỏ cứng của hạt điều
nóng lên, mềm ra, lượng dầu trong vỏ nóng lên, giãn nở làm căng phồng lớp vỏ
cứng, tạo khoảng trống giữa lớp vỏ này với nhân bên trong. Sau khi làm nguội, vỏ

9


cứng này lại trở nên cứng, giòn, thuận lợi cho khâu tách vỏ. Hiện nay, tại các công
ty lớn, thiết bị hấp hạt điều là dạng máy hấp liên tục bao gồm 4 trục vít lắp chồng
lên nhau.
Hạt điều thô đi vào vít trên cùng, di chuyển dọc theo trục vít và đến vít thứ
hai, cứ thế tiếp tục cho đến khi hạt điều đến cuối vít thứ tư thì đi ra ngoài. Trong

quá trình hạt điều di chuyển trong 4 vít thì nồi hơi sẽ cung cấp hơi nước thông qua
hệ thống ống phân bố đều trên cả 4 vít làm cho hạt điều nóng lên. Thời gian hạt điều
lưu trong máy phụ thuộc vào sự điều chỉnh số vòng quay của vít, thông thường là 30
phút. Hạt điều được trải lên các khay và đặt lên xe goòng. Xe goòng được đẩy vào
buồng hấp với thời gian khoảng 50 – 60 phút tùy vào kích thước và độ ẩm hạt. Sau
khi hấp xong, công nhân mở cửa, kéo xe goòng ra, tiếp tục đẩy xe khác vào.
Hạt điều thô
Làm sạch
Chao dầu

Phân cỡ

Ly tâm

Hấp

Vỏ cứng

Tách vỏ cứng
Sấy nhân

Vỏ lụa

Bóc vỏ lụa
Phân cấp
Đóng gói

Hình 1. 4. sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất hạt điều
(theo Phạm Hữu Phước và Nguyễn Văn Bằng, 2010).
1.4.3. Tách vỏ cứng

Sau khi hấp, hạt điều được tách lớp vỏ cứng bằng “bàn tách” cơ khí thực
hiện bằng lao động thủ công. Đây là công đoạn tốn rất nhiều công lao động, mà lao

10