Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân

- 1 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN I:........................................................................................................................... 2 LỜI MỞ ĐẦU. ................................................................................................................ 2 PHẦN II: ......................................................................................................................... 4 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT............................................................................... 7 PHẦN III:...................................................................... Error! Bookmark not defined. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU............................. Error! Bookmark not defined. PHẦN IV:......................................................................................................................15 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ. .......................................15 A. Chọn phương pháp chế biến.....................................................................................15 B. Qui trình công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp khô..........................16 C. Qui trình công nghệ sản xuất cà phê rang xay .........................................................24 PHẦN V:.......................................................................................................................29 TÍNH CÂN BẰNG NGUYÊN LIỆU ...........................................................................29 5.1.Tình hình sản xuất của nhà máy..............................................................................29 5.2. Cân bằng vật chất cho sản xuất cà phê nhân..........................................................29 5.3. Tính cân bằng vật chất cho sản xuất cà phê rang...................................................36 PHẦN VI:......................................................................................................................39 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG. ..........................................................................39 6.1. Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sản xuất cà phê nhân.....................................39 6.2. Cân bằng nhiệt lượng cho cà phê rang xay ............................................................44 PHẦN VII: ....................................................................................................................49 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ.........................................................................................49 A. Tính và chọn thiết bị cho dây chuyền cà phê nhân. .................................................49 B. Tính chọn thiết bị dây chuyền sản xuất cà phê rang ................................................66 PHẦN VIII: ...................................................................................................................74 TÍNH TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG...................................................................74 I. Tính tổ chức ...............................................................................................................74 II. Tính xây dựng...........................................................................................................78 PHẦN IX:......................................................................................................................87 TÍNH HƠI - NƯỚC - ĐIỆN. ........................................................................................87 A. Tính hơi ....................................................................................................................87 B. Tính nước..................................................................................................................88 C. Tính điện...................................................................................................................91 PHẦN X:.......................................................................................................................99 TÍNH KINH TẾ. ...........................................................................................................99 A. Tính cho xây dựng....................................................................................................99 B. Tính cho trang thiết bị nhà máy..............................................................................101 PHẦN XI:....................................................................................................................106 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP. ........................................106 PHẦN XII:. .................................................................................................................109 KẾT LUẬN.................................................................................................................109 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................110 - 2 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN I: LỜI NÓI ĐẦU Cà phê là một đặc sản của các nước vùng nhiệt đới, là sản phẩm được buôn bán nhiều trên thế giới, đối với nước ta cà phê cũng chiếm một phần quan trọng trong các mặt hàng xuất khẩu có giá trị. Hơn nữa, do mặt hàng cà phê đã, đang và sẽ tăng cường phát triển nhiều là một đặc sản quý giá của vùng nhiệt đới. Việc tiêu thụ cà phê trên thế giới cũng ngày càng tăng, nhất là ở Châu Âu, tập quán uống cà phê đã gắn liền với phong tục xã hội và mức sinh hoạt vật chất. Mặt hàng cà phê trong những năm qua đã mang lại lợi ích to lớn đóng góp một tầm quan trọng trong sự nghiệp xây dựng đất nước. Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này, nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê như các cao nguyên: Gia Lai, Kon Tum, Daklak, Di Linh…. Do tập quán uống cà phê có từ lâu đời nên đối với nhiều người cà phê trở thành thức uống thường nhật, điều này có lẽ do hương vị đặc biệt của cà phê và tác dụng chủ yếu của nó. Cà phê là một loại thức uống kích thích thần kinh, gây hoạt động minh mẫn cho trí óc và thông qua sự kích động hệ thần kinh, tăng cường sự hoạt động của các bộ máy khác trong cơ thể như trợ tim, xúc tiến sự tuần hoàn của máu, nâng cao sinh lực chống mệt mỏi cho cơ thể người. Trong cà phê hoạt chất chủ yếu là cafein, hàm lượng của nó trong cà phê từ 1-3%, cafein là một chất độc vì vậy uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, uống quá nhiều làm thần kinh quá kích thích bị gây rối loạn sau đó có thể dẫn tới suy nhược. Tuy nhiên, cà phê vẫn là thức uống hấp dẫn đối với nhiều người và nhiều lứa tuổi trên thế giới bởi lẽ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt khiến người ta thích thú một cách khó tả. Với những phương tiện và điều kiện trang thiết bị hiện nay người ta có thể tách được nhiều chất thơm có trong cà phê rang. Vì thế, cà phê là đồ uống ưa chuộng và được đánh giá cao. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nước trồng cà phê, trong đó 4 nước có diện tích trồng cà phê lớn nhất là Brazil có khoảng 3 triệu ha sản lượng đạt 1056000 tấn, - 3 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B chiếm khoảng 25% sản lượng cà phê trên thế giới (trên thế giới 5244000 tấn), Colombia hiện có trên 1 triệu ha, sản lượng hàng năm khoảng 750000 tấn, Inđônêxia và Mêxicô có diện tích trên dưới 1 triệu ha. Ở Việt Nam trong những năm gần đây đã tăng nhanh diện tích canh tác và sản lượng thu hoạch cà phê. Diện tích năm 1989-1990 đạt 123000 ha và sản lượng đạt 90000 tấn. Đến năm 1998 đạt 350000 ha và sản lượng đạt 400000 tấn. Mặc dù giá cả cà phê trên thị trường gần đây đã có nhiều biến động nhưng thu nhập cao và nhanh chóng nên đã thu hút nhiều cơ quan tư nhân và hộ nông dân đầu tư vào ngành sản xuất cà phê. Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong nước và xuất khẩu, vùng Tây Nguyên rộng lớn đất đai khí hậu thích hợp cho việc phát triển cà phê. Trong những năm gần nhất nước ta sẽ có hàng vạn tấn cà phê xuất khẩu hàng năm vì đó là một mặt hàng mà cả thế giới đều ưa thích. Cùng với việc phát triển trồng cà phê thì kỹ thuật chế biến đòi hỏi ngày càng cao. Khâu chế biến có ảnh hưởng lớn đến phẩm chất cà phê và tác động mạnh đến sản xuất cà phê. Hiện nay, chúng ta có nhiều cơ sở chế biến cà phê nhân sống xuất khẩu và chế biến cà phê bột, cà phê hòa tan, song qui mô còn nhỏ chưa tập trung. Nhưng với kế hoạch phát triển cà phê trong những năm tới, công tác chế biến nhất định sẽ đạt được những đỉnh cao của kỹ thuật chế biến hiện đại trên thế giới. Nhưng thực tế nước ta có rất ít nhà máy chế biến cà phê đạt chất lượng cao mà chủ yếu là các phân xưởng sản xuất nhỏ của tư nhân với thiết bị lạc hậu, thô sơ, năng suất thấp, chất lượng không cao. Mặt hàng xuất khẩu là cà phê nhân của chúng ta còn kém chất lượng, bị ép giá làm giảm một phần thu nhập. Hơn nữa, do cà phê nhân kém chất lượng nên các sản phẩm của những quá trình chế biến tiếp theo từ cà phê nhân của chúng ta chất lượng cũng không cao. Cho nên yêu cầu cần thiết là phải xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê có tính quy mô lớn là cần thiết. - 4 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN II: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT. 2.1.Tính khả thi. Đất nước ta đang trên đường công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển vượt bậc của nhiều ngành kinh tế, đời sống tinh thần và vật chất của người Việt Nam và thế giới nói chung ngày càng nâng cao và nhu cầu thưởng thức các sản phẩm được chế biến từ cà phê tăng lên. Bên cạnh đó, sản và diện tích trồng cà phê không ngừng tăng lên, thị trường xuất khẩu rộng lớn. Vì vậy, cần phải “Thiết kế xây dựng một nhà máy chế biến cà phê nhân có phân xưởng phụ sản xuất cà phê rang xay”nhằm để đáp ứng nhu cầu trong và ngoài nước. 2.2. Địa điểm. Việc chọn địa điểm để xây dựng phân xưởng đóng vai trò quan trọng. Vị trí của nhà máy phải đảm bảo cho nhà máy hoạt động tốt trong thời gian sản xuất cũng như đáp ứng các yêu cầu công nghệ trang thiết bị của phương pháp mà ta lựa chọn để chế biến. Nhà máy được xây dựng thoả các điều kiện: gần nguồn nguyên liệu, gần sông hồ để tận dụng nguồn nước, gần mạng lưới điện quốc gia, các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió thích hợp… Daklak là một Tỉnh có diện tích trồng cà phê lớn nhất nước ta lại có vị trí địa lí tương đối thuận lợi cho việc xây dựng một nhà máy vì phía Đông giáp Khánh Hòa phía Bắc giáp với Gia Lai, phía Nam giáp với Lâm Đồng, nên rất thuận lợi cho giao thông đi lại với các Tỉnh lân cận do đó rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. Căn cứ vào những điều kiện trên, tôi quyết định đặt nhà máy ”sản xuất cà phê nhân có phân xưởng phụ sản xuất cà phê rang xay” tại Tỉnh Daklak. Nhà máy nằm sát quốc lộ 14 cách Thành Phố Ban Mê Thuột và quốc lộ 13 khoảng 10 km về phía Đông. nhiệt độ và độ ẩm trung bình hằng năm 23,30C và 82%. Hướng gió chính là hướng Đông Bắc. 2.3. Nguồn nguyên liệu. - 5 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Daklak là một Tỉnh có nhiều huyện trồng cà phê như: MaD’rak, Krôngbông, Krông Nô, CưJut, Dakmin, ChưM’nga, Ea Sup, Krông Eana, KrôngPach….Đó là những huyện có thể cung cấp nguồn cà phê cho nhà máy. Ngoài ra, ta có thể vận chuyển nguồn nguyên liệu cà phê từ các Tỉnh khác như: Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum… Do vậy, việc chọn địa điểm đặt nhà tại Tỉnh Đaklak sẽ làm giảm được chi phí vận chuyển, đảm bảo chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. 2.4. Đường giao thông. Nhà máy ở địa điểm này rất thuận tiện cho việc giao thông. + Đường bộ: Nhà máy nằm sát quốc lộ 14, gần quốc lộ 13, 19 cho nên thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu và phân phối sản phẩm. + Đường thủy: Nhà máy cách cảng Nha Trang khoảng 150 Km cho nên có thể sử dụng cảng này để phân phối sản phẩm trong và ngoài nước. + Đường sắt: Nhà máy có thể dùng ô tô vận chuyển sản phẩm về ga Nha Trang, ở đó có thể đóng Container để đưa sản phẩm đi khắp mọi nơi. 2.5. Năng suất. Nhu cầu cà phê của người dân ngày càng tăng để đáp ứng lượng cà phê tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê có năng suất cao đảm bảo chất lượng đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương. Hơn nữa, Mỹ -Việt Nam ký hiệp định thương mại mở ra con đường mua bán và trao đổi hàng hóa và đồng thời cũng là một thị trường lớn mà ta cần khai thác để trao đổi các mặt hàng trong đó cà phê chiếm ưu thế. Do đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp khô với năng suất 60 tấn cà phê quả/ca và phân xưởng sản xuất phụ: cà phê rang xay năng suất 1600 kg sản phẩm/ca là một yêu cầu cần thiết phải xây dựng. 2.6. Nguồn cung cấp năng lượng. + Điện: Nhà máy sử dụng nguồn điện trên mạng lưới quốc gia đường dây 500 KV đã được hạ thế xuống 220/380 V. Để đảm bảo sự hoạt động của nhà máy được liên tục, nhà máy đã chuẩn bị một máy phát điện dự phòng. - 6 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Nước: Nguồn nước của nhà máy được bơm từ giếng khoan sau đó được qua hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất. + Nhiên liệu: Nhiên liệu dùng cho nhà máy bao gồm: Dầu FO dùng để đốt lò rang cà phê và xăng dùng cho xe ô tô của nhà máy. 2.7. Nguồn nhân lực. Trong quá trình sản xuất, nguồn nhân lực có ý nghĩa rất quan trọng bao gồm: lực lượng công nhân, cán bộ kỹ thuật và kỹ sư. Đội ngũ lãnh đạo và cán bộ kĩ thuật có thể tiếp nhận từ các trường Đại học hoặc Trung học chuyên nghiệp tại Miền Trung và Tây Nguyên. Công nhân có thể tuyển chọn trực tiếp từ lực lượng lao động trong Tỉnh. 2.8. Thị trường tiêu thụ. Mặc dù nhà máy chế biến cà phê nằm ở Tây Nguyên không thuận lợi như các vùng khác nhưng do nằm gần nhiều tuyến đường quốc lộ nên việc phân phối sản phẩm tương đối thuận lợi. Hơn nữa, chất lượng các sản phẩm cà phê ở Tây Nguyên cao nên được thị trường trong và ngoài nước ưa thích. 2.9. Hợp tác hóa, liên hợp hóa. Việc hợp tác hóa giữa các nhà máy sản xuất cà phê tại Daklak với các nhà máy ở các Tỉnh khác sẽ thuận lợi cho việc đầu tư trang thiết bị, máy móc, phát triển nâng cấp, cải tiến kỹ thuật của nhà máy đồng thời qua sự hợp tác này sẽ tạo điều kiện cho việc sử dụng chung những công trình giao thông vận tải, cung cấp điện, nước… Ngoài ra, liên hợp hóa còn có tác dụng nâng cao hiệu quả kinh tế, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm. 2.10. Xử lý chất thải. Nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu để thải trực tiếp ra môi trường do vậy cần được xử lý, nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý nước trước khi thải ra ngoài môi trường. Các chất thải rắn nên xử lý bằng cách đào hố để chôn tránh gây ô nhiễm cho người dân, còn chất thải ở dạng vỏ trấu thì sử dụng làm nhiên liệu. - 7 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN III: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Đặc tính thực vật của cà phê. Các loại cà phê đều thuộc giống coffea, gồm gần 70 loại khác nhau, chỉ có 10 loại đáng chú ý về giá trị trồng trọt. Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng các loại sau: +Giống Arabica. +Giống Robusta. +Giống Chari. Các giống này đều có thời gian thu hoạch khác nhau nên có thể bổ sung thời vụ cho việc trồng và thu hoạch các giống chính. 3.1. Cà phê Arabica: thường gọi là cà phê chè. Đây là loại trồng nhiều nhất trên thế giới. Nguồn gốc của giống này là ở cao nguyên Etiôpia vùng nhiệt đới Đông Châu Phi. Đặc tính: Cây cà phê Arabica cao từ 3-5 m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể cao đến 7 m, độc thân hoặc nhiều thân, lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, quả thường hình trứng có khi hình cầu, khi quả chín có màu đỏ tươi, một số giống khi chín có - 8 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B màu vàng đường kính quả 10-15 mm. Số lượng quả 800-1200 quả/kg, thời gian nuôi quả từ 6-7 tháng. Trong điều kiện thời tiết khí hậu ở miền Bắc, cà phê Arabica chín rộ vào tháng 12 và tháng 1. Ở Tây Nguyên cà phê chín sớm hơn 2-3 tháng so với miền Bắc, khi quả chín nếu bị mưa dễ nứt và rụng. Trong 1 quả có 2 nhân, một số ít quả có 3 nhân. Nhân có vỏ lụa màu bạc bám cứng vào nhân. Ngoài vỏ lụa là vỏ trấu cứng, ngoài cùng là vỏ thịt. Từ 5-7 kg quả sẽ thu được 1kg nhân cà phê sống. Màu hạt xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, tùy theo cách chế biến. Lượng cafein có trong nhân khoảng 1-3% tùy theo giống. Năng suất 400-500 kg/1hecta. Tỷ lệ thành phẩm/nguyên liệu khoảng 14-20%. 3.2. Cà phê Robusta: thường gọi là cà phê vối. Nguồn gốc khu vực sông Cônggô miền núi vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi. Đặc tính: Robusta cao từ 5-7 m quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏ thẩm. Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Arabica. Từ 5-6 kg quả sẽ thu được 1kg cà phê nhân. Quả chín từ tháng 2 đến tháng 4 ở miền Bắc, ở Tây nguyên chín sớm hơn từ - 9 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B tháng 12 đến tháng 2. Đặc biệt loại cà phê Robusta không ra hoa kết quả tại các mắt cũ của cành. Nhân hình hơi tròn, to ngang vỏ lụa màu ánh nâu bạc. Màu sắc của nhân xám xanh, xanh bạc vàng mỡ gà ….tùy thuộc chủng và phương pháp chế biến lượng cafein có khoảng 1,5- 3%. Năng suất lớn hơn cà phê Arabica, 500-600 kg/1ha. Tuy loại cà phê này hương thơm ít nhưng khả năng kháng sâu bệnh loại này rất tốt. 3.3. Cà phê Chari: thường gọi là cà phê mít. Nguồn gốc ở xứ Ubangui Chari thuộc biển hồ gần sa mạc Xahara, loại này được đưa vào Việt Nam 1905. Đặc tính: Chari cây lớn cao 6- 15 m lá hình trứng hoặc lưỡi mác, gân lá nổi nhiều ở mặt dưới, quả hình trứng nuốm hơi lồi và to. Quả chín cùng 1 lúc với đợt hoa mới, cho nên trên cùng một đốt cành có thể có đồng thời quả chín, quả xanh, nụ hoa, hoa nở và nụ quả, đó là điều bất lợi trong thu hoạch. Quả thường chín vào tháng 5 đến tháng 7. Hoa của cả 3 loại cà phê trên đều nở cả chùm, màu trắng và hưong thơm ngát. Năng suất: thường 500-600 kg/1ha. Tốt 1200-1400 kg/1ha. Tỷ lệ thành phẩm/nguyên liệu: 10-15%. Đây là một loại cà phê chịu được hạn, ít kén đất, ít chịu sâu bệnh. 3.4. Thành phần hóa học của cà phê. 3.4.1. Cấu tạo thành phần của cà phê. Quả cà phê gồm có những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân. 5 1.Vỏ quả 4 2.Lớp thịt vỏ thịt. 3 3.Vỏ trấu. 2 4.Vỏ lụa. 1 5.Nhân. - 10 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít. Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, vỏ thịt cà phê chè mềm chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn. Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc. Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít. Sát nhân cà phê còn một vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ lụa cà phê vối màu nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê. Trong cùng là nhân cà phê, lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thư