Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế cải tiến máy sấy cà phê HT 405

Tài liệu luận văn thạc sĩ nghiên cứu cải tiến máy sấy cà phê HT 405. Phân tích, tính toán và đề xuất giải pháp thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả sấy.

• Tác giả: Phan Hồng Trường
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Tiến Long
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Huế
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu Thiết kế Cải tiến Máy sấy Cà phê HT405
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Huế

Tóm tắt

I. Luận Văn Cải Tiến Máy Sấy Cà Phê HT 405 Toàn Cảnh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật "Nghiên cứu thiết kế cải tiến máy sấy cà phê HT 405" là một công trình khoa học có giá trị, tập trung vào việc giải quyết những vấn đề thực tiễn trong ngành chế biến nông sản tại Việt Nam. Tài liệu này không chỉ là một đồ án tốt nghiệp máy sấy cà phê thông thường, mà còn là một báo cáo khoa học công nghệ sấy chi tiết, cung cấp cơ sở lý luận và thực nghiệm vững chắc. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ thực trạng máy sấy tĩnh vỉ ngang HT 405, một thiết bị phổ biến tại các cơ sở chế biến quy mô nhỏ ở Gia Lai, bộc lộ nhiều nhược điểm như tiêu hao năng lượng lớn, chất lượng sấy không đồng đều và phụ thuộc nhiều vào lao động thủ công. Mục tiêu chính của luận văn là phân tích, tính toán và đưa ra các giải pháp cải tiến cụ thể cho buồng sấy và lò đốt. Việc này nhằm nâng cao hiệu suất máy sấy nông sản, giảm chi phí vận hành và cải thiện chất lượng cà phê nhân sau sấy. Nghiên cứu được thực hiện tại Công ty TNHH TM Việt Long (Gia Lai), mang lại những số liệu thực tế và giải pháp có tính ứng dụng cao, góp phần giải quyết bài toán tối ưu hóa sau thu hoạch cho ngành cà phê, một trong những mặt hàng nông sản xuất khẩu chủ lực của quốc gia. Tài liệu này là nguồn tham khảo quý giá cho sinh viên, kỹ sư và các nhà quản lý trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp.

1.1. Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp máy sấy cà phê HT 405

Mục tiêu chung của luận văn là nghiên cứu, thiết kế và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm cải tiến máy sấy cà phê HT 405, từ đó nâng cao hiệu quả làm việc tổng thể của máy. Để đạt được điều đó, các mục tiêu cụ thể được xác định rõ ràng: (1) Nghiên cứu sâu về kỹ thuật sấy cà phê nguyên quả bằng máy sấy tĩnh vỉ ngang, tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình. (2) Kiểm tra, đo đạc và đánh giá chính xác các thông số kỹ thuật máy sấy HT 405 đang vận hành trong điều kiện thực tế, bao gồm công suất, mức tiêu thụ năng lượng và hiệu suất nhiệt. (3) Dựa trên các số liệu thu thập được, tiến hành thiết kế cải tiến các bộ phận trọng yếu của máy, đặc biệt là buồng sấy và lò đốt, hai thành phần ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả năng lượng và chất lượng sản phẩm. Các giải pháp cải tiến phải đảm bảo tính khả thi, phù hợp với điều kiện sản xuất tại địa phương và có chi phí hợp lý.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của khóa luận chế biến nông sản

Về mặt khoa học, luận văn cung cấp một phương pháp luận hệ thống để phân tích và tối ưu hóa quy trình sấy cà phê. Kết quả tính toán và mô phỏng quá trình sấy tạo ra một cơ sở dữ liệu quan trọng, làm tiền đề cho các nghiên cứu tương tự hoặc phát triển các hệ thống sấy tiên tiến hơn. Về mặt thực tiễn, đây là một khóa luận máy chế biến nông sản có tính ứng dụng cao. Các giải pháp cải tiến khi được áp dụng sẽ trực tiếp nâng cao hiệu quả kinh tế cho các cơ sở sơ chế cà phê. Việc giảm tổn thất nhiệt không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng cho lò sấy mà còn giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm. Đồng thời, một hệ thống sấy hoạt động hiệu quả hơn sẽ đảm bảo chất lượng cà phê nhân sau sấy đồng đều, đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu khắt khe, từ đó nâng cao năng lực cạnh tranh cho nông sản Việt Nam trên thị trường quốc tế.

II. Phân Tích Các Hạn Chế Của Máy Sấy Cà Phê HT 405 Hiện Hữu

Máy sấy cà phê HT 405 là loại máy sấy tĩnh vỉ ngang, hoạt động dựa trên nguyên lý đối lưu cưỡng bức. Không khí nóng từ lò đốt được quạt đẩy vào buồng phân phối gió bên dưới vỉ sấy, sau đó xuyên qua lớp cà phê dày khoảng 30-40 cm để mang hơi ẩm ra ngoài. Mặc dù có ưu điểm là kết cấu đơn giản, chi phí đầu tư thấp và dễ vận hành, mô hình này tồn tại nhiều nhược điểm cố hữu. Nhược điểm lớn nhất được chỉ ra trong luận văn là hiệu suất năng lượng thấp do tổn thất nhiệt ra môi trường rất lớn. Buồng sấy được lắp ghép từ các tấm thép mỏng và không có lớp cách nhiệt, dẫn đến một lượng nhiệt đáng kể bị thất thoát qua vách và nền. Thêm vào đó, do không có cơ cấu đảo chiều gió hay đảo trộn tự động, người vận hành phải cào đảo cà phê thủ công. Quá trình này không chỉ tốn nhiều nhân công mà còn khiến độ ẩm sau sấy không đồng đều, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cà phê nhân sau sấy. Việc lắp đặt cố định cũng làm giảm tính cơ động của thiết bị. Những hạn chế này làm giảm hiệu suất máy sấy nông sản và tăng chi phí sản xuất, là động lực chính cho việc thực hiện đề tài cải tiến máy sấy cà phê HT 405.

2.1. Kiểm tra thông số kỹ thuật máy sấy HT 405 trong thực tế

Để có cơ sở đánh giá chính xác, nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra và xác định các thông số vận hành cơ bản của máy sấy HT 405. Các điều kiện ban đầu được thiết lập như sau: khối lượng sấy G1 = 8 tấn cà phê tươi/mẻ, độ ẩm ban đầu w1 = 70%, độ ẩm mục tiêu sau sấy w2 = 15%. Môi trường không khí có nhiệt độ t0 = 22°C và độ ẩm φ0 = 80%. Nhiệt độ tác nhân sấy trong buồng được duy trì ở t1 = 75°C, và nhiệt độ khí thải đo được là t2 = 40°C. Với các thông số kỹ thuật máy sấy HT 405 này, lượng ẩm cần bốc hơi trong một mẻ sấy 12 giờ được tính toán là 5176,47 kg. Những con số này là dữ liệu đầu vào quan trọng cho việc phân tích cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất, từ đó tính toán được hiệu suất thực tế của hệ thống.

2.2. Tính toán tổn thất nhiệt và hiệu suất máy sấy nông sản HT 405

Luận văn đã thực hiện tính toán chi tiết quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế để lượng hóa tổn thất. Kết quả cho thấy có sự chênh lệch nhiệt lượng đáng kể giữa hai quá trình, lên tới 299 kW. Phân tích sâu hơn chỉ ra hai nguồn tổn thất nhiệt chính: tổn thất do vật liệu sấy mang đi (Qv = 141 kW) và tổn thất qua kết cấu bao che của buồng sấy (Qbc = 136,43 kW). Tổn thất qua kết cấu bao che, gây ra bởi việc buồng sấy không được cách nhiệt, chiếm một tỷ trọng rất lớn. Chính vì sự thất thoát này, hiệu suất máy sấy nông sản HT 405 chỉ đạt η = 60,43%. Đây là một con số tương đối thấp, cho thấy tiềm năng lớn cho việc tiết kiệm năng lượng cho lò sấy nếu có biện pháp can thiệp phù hợp. Việc xác định rõ nguồn gốc và định lượng tổn thất là bước đi then chốt để đề xuất giải pháp cải tiến hiệu quả.

III. Giải Pháp Cải Tiến Buồng Sấy HT 405 Giảm Tổn Thất Năng Lượng

Từ những phân tích về tổn thất nhiệt, luận văn tập trung vào giải pháp cốt lõi là cải tiến buồng sấy để giảm thiểu lượng nhiệt thất thoát ra môi trường. Đây được xem là hạng mục quan trọng nhất trong toàn bộ đề tài cải tiến máy sấy cà phê HT 405. Nguyên nhân là vì tổn thất qua kết cấu bao che (Qbc) chiếm gần một nửa tổng tổn thất nhiệt của hệ thống. Việc giảm được tổn thất này không chỉ trực tiếp nâng cao hiệu suất nhiệt mà còn giúp ổn định nhiệt độ bên trong buồng sấy, góp phần tối ưu hóa quy trình sấy cà phê. Một buồng sấy được cách nhiệt tốt sẽ giữ nhiệt lâu hơn, giảm tần suất và cường độ hoạt động của lò đốt, từ đó dẫn đến việc tiết kiệm năng lượng cho lò sấy một cách đáng kể. Giải pháp được đề xuất phải vừa hiệu quả về mặt kỹ thuật, vừa khả thi về mặt kinh tế để các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ có thể áp dụng. Luận văn đã tiến hành tính toán và mô phỏng quá trình sấy sau khi áp dụng giải pháp để chứng minh hiệu quả một cách khoa học, cung cấp bằng chứng thuyết phục về lợi ích của việc đầu tư cải tiến.

3.1. Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng cho lò sấy hiệu quả

Giải pháp cụ thể được đề xuất là bọc một lớp vật liệu cách nhiệt quanh toàn bộ bề mặt ngoài của buồng sấy. Vật liệu được lựa chọn là tấm cách nhiệt amiăng có độ dày 2 mm. Đây là một vật liệu phổ biến, dễ tìm, chi phí hợp lý và có hệ số dẫn nhiệt thấp (λ = 0,13 W/m.K). Việc bổ sung lớp cách nhiệt này tạo ra một vách phẳng 2 lớp (thép và amiăng), làm tăng đáng kể nhiệt trở của kết cấu bao che. Theo tính toán trong luận văn, giải pháp này giúp giảm mật độ dòng nhiệt thất thoát ra môi trường một cách rõ rệt. Đây là một phương pháp can thiệp trực tiếp vào việc cải tiến hệ thống gia nhiệt bằng cách bảo toàn lượng nhiệt đã được tạo ra, thay vì để nó thất thoát một cách lãng phí.

3.2. Mô phỏng quá trình sấy sau khi áp dụng vật liệu cách nhiệt

Sau khi đề xuất giải pháp, luận văn tiến hành tính toán lại toàn bộ quá trình sấy thực tế với điều kiện buồng sấy đã được cách nhiệt. Kết quả mô phỏng quá trình sấy cho thấy một sự cải thiện vượt trội. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (Qbc) giảm mạnh từ 136,43 kW xuống chỉ còn 64,8 kW, tức là giảm hơn 2 lần. Nhờ đó, tổng nhiệt lượng tiêu hao cho một mẻ sấy giảm từ 5905 kW xuống còn 5795 kW, tiết kiệm được hơn 100 kW. Luận văn diễn giải con số này một cách trực quan: "tương đương khoảng 40 kg củi khô". Sự cải thiện này không chỉ là lý thuyết mà đã được chứng minh bằng các phương trình cân bằng nhiệt chi tiết, khẳng định tính đúng đắn và hiệu quả của giải pháp đề xuất.

IV. Hướng Dẫn Tối Ưu Hóa Quy Trình Sấy Cà Phê Với Thiết Kế Mới

Việc cải tiến máy sấy cà phê HT 405 không chỉ dừng lại ở việc thay đổi kết cấu vật lý mà còn mở ra cơ hội để tối ưu hóa quy trình sấy cà phê một cách toàn diện. Một khi hệ thống được cách nhiệt tốt, nhiệt độ bên trong buồng sấy sẽ trở nên ổn định và đồng đều hơn. Điều này tạo tiền đề cho việc kiểm soát quá trình sấy một cách chính xác hơn, giảm thiểu rủi ro cà phê bị quá nhiệt hoặc sấy không đủ khô. Quy trình vận hành mới sẽ ít phụ thuộc vào kinh nghiệm cảm tính của người lao động và có thể được chuẩn hóa. Hơn nữa, một hệ thống ổn định là điều kiện tiên quyết để tiến tới các bước tự động hóa cao hơn. Luận văn gợi mở tiềm năng tích hợp các công nghệ hiện đại như cảm biến và bộ điều khiển tự động để nâng cấp máy sấy HT 405 lên một tầm cao mới, biến nó thành một thiết bị hiệu quả và thông minh hơn, phù hợp với xu hướng nông nghiệp 4.0. Đây là bước phát triển logic từ một khóa luận máy chế biến nông sản tập trung vào cơ nhiệt sang ứng dụng điều khiển tự động.

4.1. Nguyên lý hoạt động máy sấy sau khi cải tiến hệ thống gia nhiệt

Nguyên lý hoạt động máy sấy về cơ bản không thay đổi, vẫn là sấy đối lưu tĩnh vỉ ngang. Tuy nhiên, sau khi cải tiến hệ thống gia nhiệt gián tiếp thông qua việc bọc cách nhiệt, sự phân bố nhiệt độ trong buồng sấy trở nên đồng đều hơn. Lớp cách nhiệt hoạt động như một bộ đệm, giảm thiểu tác động của nhiệt độ môi trường bên ngoài, giúp duy trì nhiệt độ sấy ổn định trong suốt chu trình. Điều này đặc biệt quan trọng vào ban đêm hoặc khi thời tiết thay đổi đột ngột. Sự ổn định này cho phép không khí nóng đi xuyên qua lớp hạt một cách đồng nhất hơn, giúp quá trình thoát ẩm diễn ra hiệu quả trên toàn bộ khối vật liệu, từ đó cải thiện đáng kể độ đồng đều của sản phẩm cuối cùng.

4.2. Tiềm năng tự động hóa hệ thống sấy với bộ điều khiển PLC

Với một môi trường nhiệt ổn định, việc áp dụng công nghệ tự động hóa trở nên khả thi và hiệu quả hơn. Hệ thống có thể được nâng cấp bằng cách lắp đặt các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm tại các vị trí chiến lược trong buồng sấy và trên đường khí thải. Dữ liệu từ các cảm biến này sẽ được truyền về một bộ điều khiển PLC máy sấy. Bộ điều khiển có thể được lập trình để tự động điều chỉnh tốc độ quạt hoặc cửa gió của lò đốt, duy trì nhiệt độ sấy trong khoảng tối ưu một cách chính xác. Việc tự động hóa hệ thống sấy sẽ loại bỏ hoàn toàn sự can thiệp thủ công, giảm chi phí nhân công, tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng và đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định từ mẻ này sang mẻ khác. Đây là hướng phát triển tất yếu để hiện đại hóa các thiết bị chế biến nông sản.

V. Đánh Giá Kết Quả Luận Văn Cải Tiến Máy Sấy Cà Phê HT 405

Kết quả của luận văn cải tiến máy sấy cà phê HT 405 mang lại những giá trị cụ thể và có thể đo lường được, khẳng định tính đúng đắn của các giải pháp kỹ thuật đã đề xuất. Thành công lớn nhất của nghiên cứu là đã lượng hóa được hiệu quả của việc bọc cách nhiệt cho buồng sấy, một giải pháp có chi phí đầu tư không quá cao nhưng mang lại lợi ích kinh tế và kỹ thuật rõ rệt. Sự cải thiện về mặt năng lượng không chỉ là một con số trong báo cáo khoa học công nghệ sấy, mà nó trực tiếp chuyển thành chi phí vận hành thấp hơn cho người nông dân và các cơ sở chế biến. Bên cạnh lợi ích kinh tế, chất lượng sản phẩm cũng được nâng cao. Việc duy trì nhiệt độ sấy ổn định và đồng đều giúp hạt cà phê giữ được hương vị đặc trưng, không bị cháy xém hay ám khói, từ đó nâng cao giá trị thương phẩm. Nghiên cứu này là một minh chứng điển hình cho việc ứng dụng khoa học kỹ thuật để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành cà phê Việt Nam.

5.1. So sánh hiệu quả kinh tế và mức độ tiết kiệm năng lượng thực tế

Về mặt kinh tế, hiệu quả được thể hiện rõ qua việc tiết kiệm năng lượng cho lò sấy. Luận văn chỉ ra rằng hệ thống sau cải tiến tiết kiệm được hơn 100 kW cho mỗi mẻ sấy 8 tấn. Con số này tương đương với việc giảm được khoảng 40 kg củi khô, một loại nhiên liệu phổ biến tại các địa phương. Nếu tính toán chi phí nhiên liệu trong một vụ thu hoạch, số tiền tiết kiệm được là rất đáng kể. Việc nâng cao hiệu suất máy sấy nông sản từ 60,43% lên một mức cao hơn (dù luận văn không tính toán con số hiệu suất mới nhưng có thể suy ra là cao hơn đáng kể) chứng tỏ rằng vốn đầu tư cho lớp vật liệu cách nhiệt có thể được hoàn lại trong thời gian ngắn thông qua việc giảm chi phí vận hành.

5.2. Tác động đến chất lượng cà phê nhân sau sấy cuối cùng

Chất lượng là yếu tố quyết định giá trị của hạt cà phê. Hệ thống sấy HT 405 nguyên bản với sự phân bố nhiệt không đều và phụ thuộc vào việc cào đảo thủ công thường tạo ra sản phẩm không đồng nhất: có hạt quá khô, giòn, dễ vỡ; có hạt còn ẩm, dễ bị nấm mốc khi bảo quản. Hệ thống sau cải tiến với nhiệt độ ổn định hơn giúp khắc phục nhược điểm này. Quá trình sấy diễn ra từ từ và đồng đều, giúp đảm bảo chất lượng cà phê nhân sau sấy đạt tiêu chuẩn cao hơn. Hạt cà phê có độ ẩm đồng đều, màu sắc đẹp, giữ được hương vị tự nhiên. Điều này không chỉ giúp bán được giá cao hơn mà còn tăng uy tín cho thương hiệu cà phê của cơ sở chế biến.

VI. Tải Full Báo Cáo Khoa Học Và Hướng Nghiên cứu Máy Sấy Cà Phê

Công trình "Nghiên cứu thiết kế cải tiến máy sấy cà phê HT 405" là một tài liệu tham khảo toàn diện và chi tiết, mang lại giá trị lớn cho cộng đồng học thuật và những người làm thực tiễn trong ngành. Toàn bộ luận văn cung cấp đầy đủ các bước từ khảo sát hiện trạng, đặt vấn đề, xây dựng cơ sở lý thuyết, tính toán thiết kế, mô phỏng quá trình sấy, đến đánh giá kết quả. Đây là một ví dụ mẫu mực cho một đồ án tốt nghiệp máy sấy cà phê hay một báo cáo khoa học công nghệ sấy chuyên sâu. Ngoài các giải pháp đã trình bày, luận văn còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu phát triển trong tương lai. Các nguyên tắc và phương pháp tính toán trong tài liệu này hoàn toàn có thể được áp dụng để cải tiến các loại máy chế biến nông sản khác như máy sấy lúa, ngô, tiêu. Việc tiếp tục nghiên cứu để tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời, biomass) hoặc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh hơn sẽ là những bước đi tiếp theo để hoàn thiện công nghệ sấy tại Việt Nam, hướng tới một nền nông nghiệp hiệu quả và bền vững.

6.1. Tóm tắt luận văn và bản vẽ kỹ thuật máy sấy HT 405

Luận văn đã thành công trong việc phân tích nhược điểm của máy sấy HT 405 và đề xuất giải pháp cải tiến buồng sấy bằng vật liệu cách nhiệt, giúp giảm tổn thất năng lượng hơn 2 lần. Tài liệu đầy đủ bao gồm các chương mục chi tiết về cơ sở lý thuyết truyền nhiệt, các công thức tính toán cân bằng năng lượng, và bảng số liệu phân tích cụ thể. Đặc biệt, phần phụ lục của luận văn thường đính kèm các bản vẽ kỹ thuật máy sấy HT 405 chi tiết, bao gồm bản vẽ cấu tạo buồng sấy, lò đốt và các chi tiết cải tiến. Đây là nguồn tài nguyên vô giá cho các kỹ sư, xưởng cơ khí muốn chế tạo hoặc nâng cấp các hệ thống sấy tương tự.

6.2. Triển vọng phát triển công nghệ sấy cho máy chế biến nông sản

Từ nền tảng của nghiên cứu này, nhiều hướng phát triển mới có thể được khai thác. Triển vọng trước mắt là áp dụng các giải pháp tự động hóa hệ thống sấy bằng PLC và cảm biến để giảm sự phụ thuộc vào con người. Xa hơn, có thể nghiên cứu các mô hình cải tiến hệ thống gia nhiệt bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt từ khói lò, hoặc kết hợp với hệ thống thu năng lượng mặt trời để gia nhiệt sơ bộ cho không khí. Việc phát triển các mô hình máy chế biến nông sản đa năng, có thể sấy nhiều loại nông sản khác nhau chỉ với vài điều chỉnh nhỏ, cũng là một hướng đi đầy tiềm năng, giúp nông dân tối ưu hóa việc sử dụng thiết bị và nâng cao hiệu quả đầu tư.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam giữ vị thế là quốc gia xuất khẩu cà phê lớn thứ hai trên thế giới, với sản lượng mùa vụ đạt xấp xỉ 1,7 triệu tấn (tương đương gần 30 triệu bao loại 60 kg) và kim ngạch xuất khẩu chạm mốc hơn 2,2 tỷ USD. Dù vậy, khâu sơ chế và sấy sau thu hoạch vẫn là điểm nghẽn nghiêm trọng khi phần lớn nông dân vẫn phụ thuộc vào phương pháp phơi nắng truyền thống, đối mặt với rủi ro thời tiết thất thường, tỷ lệ thất thoát cao và phẩm chất hạt suy giảm. Tại các vùng trọng điểm như tỉnh Gia Lai, nhu cầu cơ giới hóa công đoạn làm khô cà phê quả tươi là vô cùng cấp thiết nhằm chủ động sản xuất trong mùa mưa thu hoạch rộ.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ thực trạng vận hành của máy sấy tĩnh vỉ ngang HT405 tại Công ty Trách nhiệm hữu hạn Thương mại Việt Long (xã Chư H Dông, thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai). Khảo sát thực tế cho thấy máy sấy HT405 bộc lộ các hạn chế kỹ thuật rõ rệt: tổn thất nhiệt lượng qua kết cấu bao che rất lớn, nhiệt năng tiêu hao cao và bắt buộc phải cào đảo thủ công làm tăng chi phí nhân công cũng như gây chênh lệch độ ẩm giữa các lớp hạt. Mục tiêu cụ thể của luận văn là kiểm tra, đánh giá toàn diện các thông số nhiệt động của máy sấy HT405 có công suất 8 tấn cà phê tươi mỗi mẻ trong 12 giờ, từ đó tính toán thiết kế cải tiến buồng sấy có lớp bọc cách nhiệt amiăng và hệ thống đảo chiều gió sấy.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại thành phố Pleiku trong khoảng thời gian từ tháng 10 năm 2015 đến tháng 4 năm 2016. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che từ 136,43 kW xuống 64,8 kW (giảm hơn 52,5%), tiết kiệm hơn 110 kW nhiệt năng mỗi mẻ sấy (tương đương 40 kg củi khô), đồng thời đảm bảo đưa độ ẩm hạt từ 70% ban đầu về mức 15% an toàn theo đúng tiêu chuẩn bảo quản xuất khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của hai lý thuyết nhiệt động học cốt lõi: Lý thuyết truyền nhiệt - truyền chất (Heat and Mass Transfer) và Lý thuyết nhiệt động không khí ẩm ứng dụng trong kỹ thuật sấy nông sản. Lý thuyết truyền nhiệt giải thích quá trình truyền năng lượng từ tác nhân sấy đến bề mặt hạt cà phê thông qua đối lưu cưỡng bức và dẫn nhiệt qua vách buồng sấy theo định luật Fourier và định luật trao đổi nhiệt Newton. Lý thuyết truyền chất mô tả sự dịch chuyển ẩm từ tâm hạt ra bề mặt và bốc hơi vào dòng không khí nóng.

Mô hình nghiên cứu thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm thông qua đồ thị entanpy - lượng chứa ẩm I-d của không khí ẩm. Hệ thống khái niệm chuyên ngành chính được áp dụng xuyên suốt bao gồm:

• Lượng chứa ẩm ($d$) và Entanpy ($I$): Đặc trưng cho trạng thái năng lượng và độ ẩm của không khí sấy trước và sau khi qua lớp hạt với nhiệt ẩn hóa hơi của nước là 2.500 kJ/kg.
• Hệ số dẫn nhiệt ($\lambda$): Phản ánh khả năng truyền nhiệt của vật liệu làm buồng sấy, cụ thể là thép carbon có $\lambda = 54,4\text{ W/m.K}$ và vật liệu cách nhiệt amiăng có $\lambda = 0,13\text{ W/m.K}$.
• Mật độ dòng nhiệt ($q$) và Hiệu suất buồng sấy ($\eta$): Phản ánh mức độ tổn thất năng lượng qua vách buồng sấy và hiệu quả sử dụng nhiệt thực tế đạt 60,43%.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được thu thập từ quy trình đo đạc thực nghiệm trên hệ thống máy sấy HT405 và dữ liệu khảo sát từ 9 hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang đang vận hành tại thành phố Pleiku và các vùng phụ cận. Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào 1 hệ thống máy sấy quy mô công nghiệp 8 tấn/mẻ làm mẫu thử nghiệm đo đạc chuyên sâu về nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng gió và tiêu hao nhiên liệu.

Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu điển hình có chủ đích trong các cơ sở sơ chế cà phê quy mô vừa và nhỏ tại Tây Nguyên, nơi hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang chiếm ưu thế tuyệt đối do chi phí đầu tư thấp. Phương pháp phân tích dữ liệu kết hợp giải tích nhiệt kỹ thuật và giải thuật tính lặp số học. Lý do lựa chọn phương pháp giải tích thay vì tra đồ thị I-d truyền thống là nhằm triệt tiêu hoàn toàn sai số do phép nội suy thủ công, giúp xác định chính xác nhiệt độ vách tiếp xúc, mật độ dòng nhiệt và lưu lượng không khí khô cần thiết theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD. Toàn bộ timeline nghiên cứu được tiến hành chặt chẽ trong 7 tháng, bám sát mùa vụ thu hoạch cà phê thực tế tại địa phương.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tính toán cân bằng vật chất xác định được rằng đối với một mẻ sấy 8.000 kg cà phê tươi có độ ẩm ban đầu 70% đưa về độ ẩm tiêu chuẩn 15%, tổng lượng ẩm cần bốc hơi là 5.176,47 kg ẩm (tương đương cường độ bốc hơi 431,37 kg ẩm/giờ), khối lượng cà phê khô thành phẩm thu được sau 12 giờ đạt 2.823,53 kg.

Thứ hai, kết quả phân tích cân bằng nhiệt lượng thực tế chỉ ra tổng nhiệt lượng tiêu hao cho một mẻ sấy là 21.257.381 kJ (công suất nhiệt 5.905 kW), cao hơn so với mức sấy lý thuyết 5.604 kW một lượng chênh lệch là 299 kW. Trong các nguồn tiêu hao, tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi chiếm 141 kW ($507.129\text{ kJ}$) và tổn thất qua kết cấu bao che buồng sấy chiếm tới 136,43 kW ($40.929\text{ kJ/h}$).

Thứ ba, nghiên cứu thiết kế cải tiến bọc lớp cách nhiệt amiăng dày 2 mm quanh buồng sấy thể tích 24 m3 ($8\text{ m} \times 5\text{ m} \times 0,6\text{ m}$) đã tạo ra sự thay đổi vượt trội: mật độ dòng nhiệt tổn thất giảm từ 159,68 W/m2 xuống còn 75,84 W/m2. Nhờ đó, tổng tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che giảm từ 136,43 kW xuống 64,8 kW (giảm 52,5%), tổng nhiệt lượng tiêu hao toàn mẻ giảm xuống 5.795 kW, giúp tiết kiệm hơn 110 kW năng lượng nhiệt, tương đương giảm khoảng 40 kg củi khô cho mỗi mẻ sấy.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến máy sấy HT405 nguyên bản tiêu tốn năng lượng là do thành buồng sấy làm bằng thép carbon dày 5 mm không có lớp bảo ôn, dẫn đến nhiệt độ bề mặt vách ngoài lên tới 52 độ C khi nhiệt độ tác nhân sấy bên trong là 75 độ C. So sánh với các nghiên cứu sấy tĩnh truyền thống trong ngành cơ khí nông nghiệp, mức tổn thất bao che ở máy chưa bọc cách nhiệt chiếm tỷ trọng quá lớn trong tổng cân bằng nhiệt. Việc áp dụng lớp bọc amiăng có hệ số dẫn nhiệt thấp 0,13 W/m.K đã ngăn chặn hiệu quả dòng nhiệt truyền qua vách phẳng hai lớp.

Các dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị I-d của quá trình sấy thực tế, cho thấy đường quá trình sấy thực lệch dưới đường đẳng entanpy với sai số tính toán tương đối chỉ 0,9% (thấp hơn nhiều so với ngưỡng sai số cho phép 10%). Đồng thời, dữ liệu so sánh thông số nhiệt động trước và sau cải tiến được hệ thống hóa qua bảng mật độ dòng nhiệt và sơ đồ luân chuyển khí sấy hai chiều (thổi từ dưới lên và từ trên xuống). Cải tiến này chứng minh rõ tính khả thi của việc loại bỏ công đoạn cào đảo thủ công, giúp phân bố trường nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ khối hạt dày 30-40 cm.

Đề xuất và khuyến nghị

• Bọc cách nhiệt hoàn thiện buồng sấy: Thi công lớp vật liệu cách nhiệt amiăng hoặc bông sợi gốm chịu nhiệt dày 2 mm bọc ngoài bởi tôn kẽm bảo vệ quanh buồng sấy 24 m3, nhằm giảm mật độ tổn thất nhiệt xuống dưới 76 W/m2 và tiết kiệm tối thiểu 40 kg củi đốt mỗi mẻ, hoàn thành trong 30 ngày do xưởng cơ khí chế tạo thực hiện.
• Nâng cấp cụm van đảo chiều gió sấy tự động: Chế tạo và lắp đặt hệ thống cánh hướng dòng cùng nắp buồng gió trên để chuyển đổi linh hoạt chiều tác nhân sấy luân phiên từ dưới lên và từ trên xuống, mục tiêu cắt giảm 100% nhân công cào đảo thủ công và rút ngắn thời gian sấy xuống dưới 11 giờ, hoàn thành trong quý 3 bởi nhóm kỹ sư cơ điện.
• Cải tiến buồng đốt gián tiếp hai ngăn: Xây dựng buồng đốt bằng gạch chịu lửa chuyên dụng tích hợp ngăn lắng bụi thô và ghi lò thép hợp kim chịu nhiệt, nhằm nâng hiệu suất nhiệt buồng đốt lên trên 75% và loại bỏ hoàn toàn muội than bám vào nông sản, triển khai trong 45 ngày do tổ kỹ thuật nhà máy phụ trách.
• Chuẩn hóa quy trình vận hành công nghệ nhiệt: Thiết lập quy trình kiểm soát nhiệt độ sấy ổn định ở 75 độ C trong 4 giờ đầu và hạ dần về 50-55 độ C ở giai đoạn kết thúc mẻ sấy, trang bị ẩm kế điện tử để giám sát độ ẩm hạt đạt chuẩn 15%, áp dụng ngay vào đầu vụ thu hoạch bởi đội ngũ vận hành cơ sở sơ chế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Chủ cơ sở chế biến và hợp tác xã nông nghiệp: Nắm bắt giải pháp kỹ thuật cụ thể để cải tạo hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang sẵn có, giúp tiết kiệm 50 đến 100 đồng trên mỗi kilôgam sản phẩm và giảm đáng kể chi phí nhân công cào đảo trong mùa vụ.
• Kỹ sư cơ khí chế tạo máy nông nghiệp: Khai thác phương pháp tính toán giải tích nhiệt động, cân bằng ẩm và bản vẽ kết cấu chi tiết của vỉ sấy, nắp buồng gió và van đảo chiều phục vụ công tác thiết kế các dòng máy sấy nông sản hạt công suất 5 đến 10 tấn.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Cơ khí: Sử dụng hệ thống công thức truyền nhiệt qua vách đa lớp và đồ thị I-d thực tế làm tài liệu tham khảo chất lượng cao cho các công trình nghiên cứu về công nghệ sấy và tiết kiệm năng lượng nhiệt.
• Cán bộ khuyến nông và cơ quan quản lý công nghệ địa phương: Ứng dụng kết quả đề tài để xây dựng các mô hình chuyển giao kỹ thuật cơ giới hóa sau thu hoạch, hỗ trợ nông dân tại các tỉnh Tây Nguyên nâng cao giá trị thương phẩm hạt cà phê xuất khẩu.

Câu hỏi thường gặp

• Thông số công suất và thời gian sấy định mức của máy HT405 là bao nhiêu? Máy sấy tĩnh vỉ ngang HT405 đạt công suất sấy định mức 8 tấn cà phê quả tươi mỗi mẻ trong thời gian 12 giờ. Quá trình sấy giúp bốc hơi 5.176,47 kg nước để hạ độ ẩm từ 70% xuống 15%, thu được 2.823,53 kg cà phê khô thành phẩm phục vụ chế biến tiếp theo.

• Tại sao máy sấy HT405 trước khi cải tiến lại gây thất thoát nhiều nhiệt lượng? Do thành buồng sấy làm bằng thép tấm 5 mm đơn lớp có hệ số dẫn nhiệt lớn tới 54,4 W/m.K mà không có vật liệu bọc bảo ôn. Điều này làm nhiệt độ mặt ngoài thành buồng tăng cao tới 52 độ C, gây tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che lên đến 136,43 kW.

• Giải pháp bọc lớp cách nhiệt amiăng 2 mm mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật gì? Lớp bọc amiăng giúp giảm mật độ dòng nhiệt tổn thất từ 159,68 W/m2 xuống 75,84 W/m2, cắt giảm hơn 52,5% tổn thất nhiệt bao che (từ 136,43 kW xuống 64,8 kW). Toàn bộ hệ thống tiết kiệm được 110 kW nhiệt năng mỗi mẻ, tương đương giảm tiêu thụ khoảng 40 kg củi khô đốt lò.

• Việc cải tiến cơ cấu đảo chiều tác nhân sấy giải quyết được vấn đề gì? Cơ cấu đảo chiều gió cho phép khí nóng đi xuyên qua lớp hạt luân phiên từ dưới lên và từ trên xuống dưới. Thiết kế này giúp triệt tiêu hiện tượng khô không đều giữa các tầng hạt, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu cào đảo thủ công tốn nhân lực và rút ngắn thời gian sấy của mẻ.

• Chi phí sấy cà phê bằng máy sấy tĩnh vỉ ngang HT405 cải tiến là bao nhiêu? Chi phí vận hành của máy sấy tĩnh vỉ ngang cải tiến rất tiết kiệm, dao động trong khoảng 50 đến 100 đồng cho mỗi kilôgam cà phê sản phẩm. Mức chi phí này thấp hơn nhiều so với máy sấy tháp hoặc sấy thùng quay, đặc biệt thích hợp cho các nông hộ và cơ sở sơ chế nhỏ.

Kết luận

• Tính toán chuẩn xác các thông số nhiệt động của máy sấy tĩnh vỉ ngang HT405 với cường độ bốc ẩm 431,37 kg/giờ và hiệu suất buồng sấy đạt 60,43%.
• Xác định rõ nguyên nhân thất thoát nhiệt chính nằm ở kết cấu bao che với tổn thất 136,43 kW do vách thép đơn lớp truyền nhiệt lớn ra môi trường.
• Ứng dụng thành công giải pháp bọc cách nhiệt amiăng 2 mm giúp giảm hơn 52,5% tổn thất nhiệt bao che và tiết kiệm 110 kW nhiệt năng mỗi mẻ sấy.
• Hoàn thiện phương án thiết kế cải tiến hệ thống nắp buồng gió và van đảo chiều khí sấy, giúp cơ giới hóa hoàn toàn quá trình sấy không cần cào đảo.
• Đảm bảo tính khả thi kinh tế vượt trội với chi phí sấy chỉ 50-100 đồng/kg, đáp ứng hoàn hảo điều kiện sản xuất tại Gia Lai và khu vực Tây Nguyên.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã hoàn thiện cơ sở lý thuyết tính toán nhiệt kỹ thuật kết hợp giải pháp thiết kế thực tế để hiện đại hóa máy sấy tĩnh vỉ ngang sấy cà phê quả tươi. Trong kế hoạch 6 đến 12 tháng tới, công nghệ sẽ tiếp tục được gia công thử nghiệm và nhân rộng trên 9 hệ thống máy sấy tại tỉnh Gia Lai. Các tổ chức, doanh nghiệp và nhà khoa học quan tâm có thể kết nối với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Huế để tiếp nhận chuyển giao quy trình công nghệ và hồ sơ thiết kế tối ưu hóa máy sấy nông sản.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Cà phê là một mặt hàng thương mại quan trọng ở trên thị trường quốc tế. Nếu so sánh với những mặt hàng được buôn bán nhiều nhất thì mặt hàng cà phê chỉ đứng sau sản phẩm dầu mỏ. Trên thế giới hiện nay có khoảng 80 nước trồng cà phê với tổng diện tích trên 10 triệu ha và giá trị hàng hoá xuất khẩu hàng năm là trên 10 tỷ USD.

Cây cà phê lần đầu tiên được đưa vào Việt Nam năm 1857 và được nhập vào để trồng là từ năm 1888. Mãi tới năm 1920 trở đi cây cà phê mới thực sự có diện tích đáng kể đặc biệt là ở Buôn Ma Thuột, Đăk Lăk. Việc phân vùng cà phê là một điều rất quan trọng để có định hướng đúng đắn trong việc phát triển cũng như tận dụng tốt những ưu thế của vùng. Nghiên cứu phân bố địa lý cây cà phê là một vấn đề được nhiều nhà nghiên cứu phân vùng quy hoạch, cơ cấu trồng trọt của nhiều ngành, nhiều nước quan tâm.

Việc phân bố địa lý cây cà phê với các loài khác nhau trên các vùng lãnh thổ là căn cứ vào các mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên của mỗi vùng với yêu cầu sinh thái của các loài cà phê khác nhau, xác định mức độ thích hợp của điều kiện ngoại cảnh đối với mỗi thời kỳ sinh trưởng của cây cà phê. Vì mục tiêu của việc trồng cà phê là để thu hoạch nhân cà phê, do đó việc phân bố địa lý này nói chính xác hơn là phải căn cứ vào các mối quan hệ giữa điều kiện ngoại cảnh đối với các giai đoạn của quá trình ra hoa kết quả, phát triển của quả cà phê. Lịch sử phát triển cà phê của thế giới cũng như của Việt Nam đã cho thấy rõ tác hại của việc phân vùng quy hoạch không đúng với yêu cầu sinh thái của từng loại cà phê. Ngay như Brasil là một nước có lịch sử trồng cà phê gần 300 năm, nhưng mãi tới những năm gần đây sau khi trải qua nhiều trận sương muối, đặc biệt là trận sương muối năm 1975 đã phá hoại gần 60% diện tích cà phê, mới quyết định chuyển các diện tích cà phê ở những vùng rìa của vành đai nhiệt đới sang trồng các loại hoa màu cho hiệu quả kinh tế cao hơn.

Những điều trên đã chứng minh cho một điều rõ ràng là việc quy hoạch vùng trồng cà phê có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong việc phát triển cây trồng có giá trị thương phẩm này. Đặc điểm cấu tạo và thành phần vật chất của quả cà phê Quả cà phê thông thường có hai hạt. Chúng được bao bọc bởi lớp thịt quả bên ngoài. Hai hạt cà phê nằm ép sát vào nhau.

Mặt tiếp xúc giữa chúng là mặt phẳng, mặt hướng ra bên ngoài có hình vòng cung. Mỗi hạt còn được bảo vệ bởi hai lớp màng mỏng: một lớp màu trắng, bám chặt lấy vỏ hạt; một lớp màu vàng rời rạc hơn bọc ở bên ngoài. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 4 Hạt có thể có hình tròn hoặc dài, lúc còn tươi có màu xám vàng, xám xanh hoặc xanh. Thỉnh thoảng cũng gặp những quả chỉ có một hạt (do chỉ có một nhân hoặc do hai hạt bị dính lại thành một).

Quả cà phê 1. Cấu tạo và giải phẫu quả cà phê a) Cấu tạo giải phẫu: Quả cà phê gồm có những thành phần sau: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân. - Vỏ quả: là lớp màng mỏng, mềm, dai. Thành phần chủ yếu là xenlulo, chiếm khoảng 20 - 23% khối lượng quả.

Bên trong là lớp mang màu, khi quả xanh lớp mang màu là clorofit, khi quả chín lớp mang màu là antoxian. Phía ngoài vỏ quả được phủ một lớp sáp mỏng có tác dụng chống thoát ẩm cho quả, lớp này mất dần khi quả chín. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 5 Hình 1. Cấu tạo quả cà phê - Thịt quả: thịt quả xếp tiếp theo lớp vỏ quả, là lớp khá dày (1,5 - 2mm) gồm những tế bào mềm, không có cafein, tanin, nhiều đường và pectin, chiếm khoảng 6 - 7,5% khối lượng quả.

- Khi quả xanh, lớp thịt quả có tác dụng dự trữ chất dinh dưỡng và cung cấp chất dinh dưỡng cho hạt phát triển. Khi quả chín, lớp thịt quả chuyển sang giai đoạn phân giải. - Vỏ trấu: là lớp tiếp theo của lớp thịt quả, vỏ trấu hay còn gọi là vỏ thóc, vỏ cứng, chiếm khoảng 6 - 7% khối lượng quả. Thành phần chủ yếu là xenlulo, muối khoáng và một lượng chất béo.

Lớp vỏ cứng thực chất là một màng bán thấm thô giữ nhiệm vụ bảo vệ cho nhân. - Nhân: nhân của một quả thường có hai hạt, bao bọc bên ngoài mỗi hạt là lớp vỏ lụa, bên trong là phôi và nhũ. Nhân chiếm khoảng 30% khối lượng quả. Vỏ lụa là màng rất mỏng, thực chất là màng bán thấm tinh.

Nhũ chứa toàn bộ chất dinh dưỡng của hạt, còn phôi chứa rễ và mầm. Cấu tạo hóa học: - Vỏ quả: Có màu đỏ do chất antoxian và các vết alkaloid, trong vỏ chứa 21,5 – 30% chất khô (tanin, caffein, các enzyme, …) - Vỏ thịt: Là những tế bào mềm chứa nhiều đường và pectine, ngoài ra còn có enzyme pectinase phân giải pectine trong quá trình lên men và lên men đường làm pH dao động trong khoảng 5,6 – 6,4. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 6 - Vỏ trấu: Chứa chủ yếu là cellulose, một ít caffein (0,4%) do khuếch tán từ vỏ trong lúc phơi khô hoặc lên men. - Nhân: Nước chiếm 10 – 12%, protein chiếm 9 – 11%, lipid chiếm 10 – 13%, các loại đường chiếm 5 – 10%, tinh bột chiếm 3 – 5%.

Ngoài ra còn có một số chất thơm, khoáng và alkaloid. Thành phần hóa học của nhân quyết định chất lượng cà phê, nó phụ thuộc vào chủng loài, điều kiện đất đai, kỹ thuật canh tác, phương pháp chế biến bảo quản, …Và trong chế biến cà phê thì thành phần hóa học của nhân là nhân tố quan tâm hàng đầu. - Vai trò của một số chất hóa học trong việc tạo ra màu – mùi – vị đặc trưng của cà phê Hydratcarbon: Hàm lượng hydratcarbon trong cà phê khô khoảng 60%. Phần lớn là các polysaccharide hòa tan hoặc không hòa tan trong nước và một phần nhỏ là các đường saccharose, glucose, … Trong quá trình rang các hydratcarbon biến đổi nhiều, chúng có thể phân hủy thành các hợp chất khác nhau hoặc biến mất hầu như hoàn toàn như các chất đường đã nói trên.

Các đường khử tham gia một số phản ứng tạo màu và mùi cho cà phê rang. Các polysaccharide không hòa tan trong nước, chúng tạo nên những thành tế bào của hạt cà phê và sau khi pha trở thành bã cà phê. - Các chất béo: Trong cà phê nhân tổng hàm lượng chất béo chiếm khoảng 13%. Trong quá trình rang các hợp chất béo mất đi 1 – 2%.

Các chất béo chủ yếu tạo thành dầu cà phê là trigliceride và diterpene, là dạng este của acid bão hòa, nhất là panmitic, behenic, arachidic. Các diterpene này rất nhạy với acid, nhiệt và ánh sáng. Hàm lượng diterpene giảm đi trong quá trình bảo quản cũng như quá trình rang có thể là do tạo thành các terpnene bay hơi, naphtalene và quinoline. Các acid: Đại diện quan trọng nhất của nhóm acid là các loại acid chlorogenic.

Đây là những loại acid đặc trưng đối với cà phê. Trong quá trình rang chúng bị phân hủy 30 – 70%, sau khi rang có sự hình thành một số acid dễ bay hơi. Tất cả các acid này đều góp phần tạo vị chua của cà phê. - Các loại protein: Hầu như không có mặt trong cà phê rang, do rang ở nhiệt độ cao nên một phần bị phân hủy, phần còn lại kết hợp với hydratcarbon và các acid chlorogenic tạo thành những chất màu nâu.

Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy trong thành phần protein của cà phê có những acid amin sau: cysteine, alanine, phenylalanine, histidine, leucine, lysine, …. Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết. Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 7 Bảng1.

Thành phần hóa học của cà phê Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g - Nước 8 – 12 - Chất dầu 4 – 18 - Protein 9 – 16 - Đạm 1,8 - 2,5 - Cafein 1 (Arabica), 2 (Robusta) - Clorogenic axit 2 - Trigonelline 1 - Tanin 2 - Cafetanic axit 8–9 - Cafeic axit 1 - Pentozan 5 - Tinh bột 5 – 23 - Saccaro 5 – 10 - Xenlulo 10 – 20 - Hemixenlulo 20 - Linhin 4 - Canxi 85 - 100 - Photphat 130 - 165 - Sắt 3 - 10 - Natri 4 - Mangan 1 - 45 (Nguồn: Theo Ngô Mậu Năm (2008), đồ án Thiết kế hệ thống sấy thùng quay dùng để sấy cà phê nhân với năng suất 2000 kg/h) Trong số các acid amin kể trên đáng chú ý nhất là những acid amin có chứa lưu huỳnh như cystein, methionine và proline, chúng góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 8 oxi hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản. Trong quá trình chế biến chỉ có một phần protein bị phân giải thành acid amin, còn phần lớn bị biến thành hợp chất không tan. - Các loại alkaloid: Trong quá trình rang, hàm lượng caffein hầu như không thay đổi.

Trigoneline giảm khoảng 75%, tạo thành các sản phẩm gồm acid nicotinic (niacin), nicitinamide và các chất thơm bay hơi như pyrine và pyrol. Trong đó đáng chú ý nhất là niacin, trong cơ thể con người có tác dụng như một loại vitamine. - Các chất thơm: Trong thành phần của các hợp chất thơm có khoảng 50% aldehyde, 20% ketone, 8% ester, 7% heterocylic, 2% dimethylsulfide, một lượng ít hơn là các sulfide hữu cơ khác, còn có một lượng nhỏ nitrile, alcohol hoặc các hydrocarbon đã bão hòa và chưa bão hòa có trọng lượng phân tử thấp như isoprene. - Các chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3 – 5%, chủ yếu là kali, nitơ magie, photpho, clo.

Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh, …những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi vị cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại [8].