Header Page 1 of 128.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRẦN ĐÌNH HƯNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ
VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA LIÊN HỢP MÁY BĂM ÉP NƯỚC DỨA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành đào tạo : Kỹ thuật cơ khí
Mã số

: 62 52 01 03

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN
2. GS.TS. PHẠM XUÂN VƯỢNG

HÀ NỘI - 2012

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 1 of 128.


Header Page 2 of 128.

i


giúp đỡ và đóng góp các ý kiến để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo khoa Cơ
khí, khoa Công nghệ thực phẩm và các phòng ban trong Trường Cao đẳng
nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã quan tâm và tạo điều kiện
thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài.
Xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Đặng Thế Huy - Trường Đại
học Lương Thế Vinh, PGS.TS Nông Văn Vìn và TS Nguyễn Thanh Hải - Khoa
Cơ điện - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã có các ý kiến nhận xét
chuyên môn hết sức sâu sắc để tôi hoàn thiện chương trình nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Công nghiệp thực phẩm Thanh Xuân Hà Nội, các thầy cô Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch,
Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao, Phòng thí nghiệm Địa kỹ
thuật công trình - LAS Xây dựng 386 - TT Viện Khoa học Công nghệ Giao
thông vận tải đã giúp tôi trong việc làm thực nghiệm và đánh giá kết quả
nghiên cứu của đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp, gia
đình đã luôn quan tâm, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá
trình học tập và hoàn thành bản luận án này.
Hà Nội, ngày 06 tháng 6 năm 2012
Tác giả luận án

Trần Đình Hưng

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 3 of 128.


Header Page 4 of 128.

iii

MỤC LỤC

1

1

Tính cấp thiết của đề tài

1

2

Mục tiêu nghiên cứu

2

3

Nhiệm vụ nghiên cứu

2

4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3

5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài



1.1.2

Phân loại dứa

6

1.1.3

Thành phần hóa học của quả dứa

8

1.1.4

Công dụng của quả dứa

1.2

Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa

10
12

1.2.1

Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới

12


1.4

20
29
33

Chương 2 NGUYÊN LIỆU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

35

2.1

Nguyên liệu nghiên cứu

35

2.2

Đối tượng nghiên cứu

35

2.3

Phương pháp nghiên cứu

36

2.3.1


52
52
52

3.1.2

Quy luật chuyển động của vật liệu trong bộ phận ép

53

3.1.3

Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép

59

Mô phỏng quá trình biến đổi vận tốc và áp suất trong bộ phận ép

64

3.2.1

Khảo sát sự biến đổi vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục

64

3.2.2

Khảo sát quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong quá trình ép

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 5 of 128.

69
69


Header Page 6 of 128.

v

4.1.1

Xác định vận tốc góc của vật liệu trong bộ phận ép

69

4.1.2

Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép

71

4.1.3

Mối quan hệ giữa nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả
với áp suất ép

74

4.1.4


Ảnh hưởng của tốc độ vít xoắn n

83

4.2.3

Ảnh hưởng của khe hở cửa thoát bã s

84

4.2.4

Ảnh hưởng của chiều rộng lỗ sàng a

86

4.3

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

88

4.4

Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát

93

4.5

99
100

Kết luận

100

Kiến nghị

101

Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án

102

Tài liệu tham khảo

103

Phụ lục

110

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 6 of 128.


Header Page 7 of 128.

vi


FAO

Tổ chức Nông lương, Liên hợp quốc

J.S.C.

Công ty cổ phần

Co.Ltd

Công ty trách nhiệm hữu hạn

NXB

Nhà xuất bản

KHCN

Khoa học công nghệ

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TPHCM

Thành phố Hồ Chí Minh

TTXTTM


mm

A

%

Nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả

tb

độ

Góc nâng cánh vít tại đường kính trung bình của vít xoắn



độ

Góc nghiêng của trục vít xoắn so với đường tâm vít xoắn



%

Độ sót dịch quả theo bã

D

-


Đường kính trong của ống dẫn

i

-

Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i

Fb

-

Tiêu chuẩn Fisher

Fc

m2

Fe

m

2



độ




Hệ số giảm thể tích nạp liệu vùng ép

nc

-

Hệ số thể tích nạp liệu vùng cấp liệu

lb

mm

Chiều rộng lỗ sàng

Diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trong vùng cấp liệu
Diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trong vùng ép
Góc ma sát giữa nguyên liệu và bề mặt cánh vít
Khối lượng thể tích của vật liệu

Chiều dài đường bao của máng vít tại tiết diện thẳng
góc với đường trung bình của cánh vít

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 8 of 128.


Header Page 9 of 128.

viii

Ký hiệu


Ns/m 2

Độ nhớt động của hỗn hợp

d

Ns/m 2

Độ nhớt động của dịch quả

r

Ns/m 2

Độ nhớt động của pha rắn

n

vg/ph

Tốc độ quay của vít xoắn

N

kWh

Điện năng tiêu thụ

Nr


Q

kg/h

Năng suất của liên hợp máy

Qb

kg/h

Năng suất của bộ phận băm

Qc

kg/h

Năng suất của bộ phận cấp liệu

Q lt

kg/h

Năng suất lý thuyết

Q

N




-

s

mm

Lực cắt mẫu

Chuẩn số Rây nôn
Khe hở cửa thoát bã

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 9 of 128.


Header Page 10 of 128.

ix

Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích

S

mm

t


liệu
vqe

m/s

Vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít trong vùng ép

vvl

m/s

Vận tốc vòng của vật liệu so với trục vít

W

%
-1

Độ ẩm của vật liệu



s

Vận tốc góc của vít xoắn

qc

s-1

-

Số bước của vít xoắn

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 10 of 128.


Header Page 11 of 128.

x

DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

1.1

Đặc điểm một số giống dứa trồng ở Việt Nam

7

1.2

Đặc điểm phân loại quả dứa theo độ chín

8


1.8

Một số sản phẩm nước dứa xuất khẩu của Việt Nam

19

2.1

Độ cứng của dứa theo độ chín

41

3.1

Mối quan hệ giữa áp suất ép ứng với góc nghiêng  khác nhau

67

3.2

Số lượng vòng vít và bước của vít xoắn

67

4.1

Vận tốc góc ωq của vật liệu trong bộ phận ép

70


80

4.7

Áp suất tại các vòng vít trong vùng ép

80

4.8

Áp suất ép theo chiều dài vít xoắn trong vùng ép

80

4.9

Phương sai yếu tố, phương sai thực nghiệm, tính thích ứng và
thuần nhất của thông số tốc độ quay của dao băm nd

82

4.10 Phương sai yếu tố, phương sai thực nghiệm, tính thích ứng và
thuần nhất của thông số tốc độ quay của vít xoắn n

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 11 of 128.

83


Header Page 12 of 128.


91

4.18 Kết quả thí nghiệm với các thông số tối ưu của các yếu tố vào

95

4.19 Một số chỉ tiêu hóa lý của nước dứa ép ở chế độ tối ưu

95

4.20 Đặc tính kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A

96

4.21 Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị ép nước dứa

98

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 12 of 128.


Header Page 13 of 128.

xii

DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình


1.6

Nước dứa cô đặc

18

1.7

Quy trình công nghệ sản xuất nước dứa

24

1.8

Dây chuyền sản xuất nước dứa cô đặc (Thụy Điển)

28

1.9

Dây chuyền sản xuất nước dứa cô đặc (Italy)

28

1.10

Quy trình sản xuất nước dứa cô đặc

29


2.4

Thiết bị đo ứng suất cắt của vật liệu EDJ-1 (Trung quốc)

42

2.5

Sơ đồ nguyên lý đo ứng suất cắt của nguyên liệu

42

2.6

Thiết bị đo độ nhớt động lực SYD-265E (Changi, TQ)

44

2.7

Brix kế ATAGO-3T

45

2.8

Thiết bị đo số vòng quay LT-1236L

46

Sự biến đổi vận tốc dọc trục của vật liệu vn theo chiều dài vít
xoắn x

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 13 of 128.

64


Header Page 14 of 128.

xiii

3.4

Sự thay đổi áp suất p của vật liệu theo chiều dọc trục x

3.5

Áp suất của vật liệu p theo chiều dọc trục khi thay đổi góc

65

nghiêng của trục vít xoắn 

66

4.1

Cảm biến siêu âm đo vận tốc, gia tốc


72

4.7

Dụng cụ đo thể tích

72

4.8

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích ηge vật
liệu trong buồng ép với áp suất ép p

74

4.9

Ảnh hưởng của áp suất ép đến nồng độ pha rắn trong hỗn hợp

76

4.10

Ảnh hưởng của áp suất ép p đến độ sót dịch quả  theo bã khi
dùng máy ép thủy lực

4.11

77



Đồ thị ảnh hưởng của chiều rộng lỗ sàng a

87

4.17

Ảnh hưởng của cặp yếu tố khe hở cửa thoát bã s và tốc độ vít
xoắn n đến độ sót dịch quả δ

4.18

Ảnh hưởng của cặp yếu tố chiều rộng lỗ sàng a và tốc độ vít xoắn
n đến năng suất máy Q

4.19

92
92

Ảnh hưởng của cặp yếu tố chiều rộng lỗ sàng a và khe hở cửa
thoát bã s đến chi phí điện năng riêng Nr

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 14 of 128.

93


Header Page 15 of 128.


nghìn ha trở lên. Đặc điểm của thịt quả dứa là có nhiều xơ và dễ gẫy vụn

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 15 of 128.


Header Page 16 of 128.

2

trong quá trình băm ép nên rất khó ép kiệt, khi ép lượng xơ gẫy vụn lẫn nhiều
trong dịch quả gây khó khăn cho quá trình lọc sau này. Vì vậy việc lựa chọn
thiết bị chế biến nước dứa cho phù hợp với đặc điểm nguyên liệu, điều kiện
sản xuất của các doanh nghiệp cũng cần được quan tâm nghiên cứu.
Tại nhiều địa phương trong nước hiện nay đang rất thiếu những thiết bị
ép nước dứa phù hợp với quy mô vùng nguyên liệu và khả năng đầu tư của
các doanh nghiệp chế biến.
Ở Việt Nam chưa có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị băm ép
nước dứa, thiết bị chế tạo trong nước rất ít và còn nhiều hạn chế. Vì vậy, việc
nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị băm ép nước dứa phù hợp với điều kiện
sản xuất trong nước nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, hạ giá thành sản
phẩm, có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất là vấn đề rất cấp thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên đây, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu
một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép
nước dứa”.
2

Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Tạo ra thiết bị băm ép nước dứa phục vụ dây chuyền sản

xuất nước dứa và nước dứa cô đặc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số thông số cơ bản về cấu tạo và

chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn: tốc độ dao
băm, tốc độ trục vít xoắn, khe hở cửa thoát bã, chiều rộng lỗ sàng.
4.2

Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu mô hình liên hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn BE-

500 có năng suất 500 kg/h.
5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đã ứng dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để biểu diễn mối

quan hệ của một số thông số trong quá trình ép nước dứa và ứng dụng để xác
định một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy
băm ép nước dứa, nhằm định hướng cho việc thiết kế, chế tạo liên hợp máy.
- Đã thiết kế, chế tạo thành công liên hợp máy băm ép nước dứa có bộ
phận băm và bộ phận ép lắp trên cùng một khung bệ máy, do đó đã nâng cao
năng suất, chất lượng sản phẩm, hiệu suất thu hồi sản phẩm, giảm chi phí lao
động và tiết kiệm điện năng phù hợp với quy mô của các cơ sở chế biến ở nước
ta hiện nay.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 17 of 128.


Header Page 18 of 128.

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị các phụ lục, luận án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về công nghệ và thiết bị băm ép dứa.
Chương 2: Nguyên liệu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng quá trình ép nước dứa.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 18 of 128.


Header Page 19 of 128.

5

Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
VÀ THIẾT BỊ BĂM ÉP NƯỚC DỨA
1.1

Đặc điểm cấu tạo, phân loại, thành phần hoá học và công dụng của
quả dứa

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo của quả dứa
Dứa, một số địa phương gọi là thơm hay khóm, tên khoa học Ananas
comosus, là một loại quả nhiệt đới, có xuất xứ từ Paraguay và miền nam Braxin,
được du nhập vào châu Âu khoảng thế kỷ 16 sau đó được trồng ở Hawai, và
nhiều nước châu Á khác (Dole Plantation, 2010) [50], (Phil Barnes, 1999) [61].
Quả dứa thực ra là trục của bông hoa và các lá bắc mọng nước tụ hợp lại. Còn
quả thật là các "mắt dứa" (Trần Thế Tục, Vũ Thiện Chính, 1997) [35]. Quả dứa
được ăn tươi hoặc đóng hộp dưới dạng khoanh, miếng hoặc đồ hộp nước dứa
hoặc nước quả hỗn hợp (Trần Minh Tâm, 1997) [30].

nhiều yếu tố như giống, đất đai, khí hậu, kỹ thuật chăm bón, độ chín và
mùa vụ thu hoạch dứa (Đường Hồng Dật, 2005) [7]. Có nhiều cách phân
loại dứa tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng hoặc công nghệ chế biến dứa.
Trong công nghiệp chế biến dứa, ngoài yêu cầu về kích thước, trọng
lượng quả dứa, thông thường có cách phân loại: theo giống và theo độ
chín của dứa (Bộ NN và PTNT, 2005) [3].
a) Phân loại theo giống
Có nhiều loại dứa nhưng dứa trồng ở nước ta có thể chia thành ba nhóm
chính: Nhóm dứa Queen, nhóm dứa Cayen và nhóm dứa Tây Ban Nha
(William Collins S., 1979) [69].
Nhóm Queen (Hoàng hậu): Quả nhỏ, mắt lồi, vỏ cứng ít bị dập khi vận
chuyển, thịt quả màu vàng đậm, giòn, hương thơm, vị ngọt đậm. Các sản
phẩm chế biến từ dứa Queen thơm ngon nhưng do quả nhỏ, vỏ dày, tỷ lệ thịt
quả thấp nên thường dùng để ăn tươi, không phù hợp cho chế biến công
nghiệp. Nhóm dứa Queen gồm các giống dứa: Dứa hoa, dứa tây, dứa Victoria,
các loại dứa này được trồng nhiều ở nước ta.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 20 of 128.


Header Page 21 of 128.

7

Nhóm Cayen (Cayenne): Lá dài cong lòng máng, chỉ có gai ở đầu lá. Quả
to, khi chưa chín màu xanh đen, khi chín chuyển màu da đồng, mắt to và nông,
vỏ mỏng và mềm, nhiều nước, thịt vàng ngà, ít vàng, ít ngọt hơn dứa Queen,
năng suất cao, phù hợp để chế biến công nghiệp. Nhóm này trồng nhiều trên thế
giới, những năm gần đây mới được trồng nhiều ở Việt Nam.
Nhóm Tây Ban Nha (Spanish): Chịu bóng rợp, có thể trồng xen trong


Đường
kính
lõi, cm
2,0

Dứa hoa Tuyên Quang

490

10,5

8,7

1,0

1,0

2,35

Dứa khóm Long An

900

15

10,5

1,0


2,5

750

13

10

1,0

1,5

2,0

1.300

15

11

1,5

1,5

2,6

Dứa ta Hà Tĩnh
Dứa Mật Vĩnh Phú

Khối lượng, kích thước quả, chiều dày vỏ, độ sâu mắt và đường kính

hàng mắt nào màu vàng.

Độ cứng > 4kG/cm2, thịt quả màu trắng,
rất ít nước, vị nhạt, chưa có mùi thơm.

Độ 1

Vỏ còn xanh, nhưng đã
có 12 hàng mắt gần
cuống ngả màu vàng.

Độ cứng từ 3 4kG/cm2, thịt quả hơi
vàng, ít nước, hàm lượng đường thấp, ít
mùi thơm.

Độ 2
(dứa chín)

Vỏ màu xanh - vàng, có
từ 34 hàng mắt màu
vàng.

Độ cứng từ 23kG/cm2, thịt quả màu
vàng nhạt, nhiều nước, hàm lượng
đường cao, có mùi thơm mạnh.

Độ 3
(dứa quá
chín)


%mg (Oxford English Dictionnary, 1971) [74], (Thai Food Composition
Tables, 1999) [76]. Trong quả dứa còn chứa enzyme promelin có tác dụng
thủy phân protit, làm mềm thịt và kích thích tiêu hóa.
Thành phần hóa học của dứa biến động theo giống, thời vụ, điều kiện
canh tác, địa bàn phát triển. Thành phần hóa học của một số giống dứa trồng
ở Việt nam (bảng 1.3) (Quách Đĩnh, Nguyễn Vân Tiếp, 2008) [11].
Bảng 1.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa trồng ở Việt Nam
Chất khô
%

Đường khử
%

Saccaroza
%

Độ axit
%

Dứa hoa Phú Thọ

18

4,19

11,59

0,51

Dứa hoa Tuyên Quang


2,87
2,94
3,2

6,27
6,44
7,6

0,63
0,56
0,49

3,6
3,9
4

Dứa Cayen Cầu Hai

13,5

3,65

6,5

0,49

4

Dứa (khóm) Đồng Nai

thành phần hữu ích đều tăng, hàm lượng chất xơ giảm. Dứa chín tới (độ 2)
thích hợp cho sản xuất công nghiệp nhất vì hàm lượng các chất hữu ích đạt
khá cao, ít bị dập nát khi vận chuyển và bảo quản.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 23 of 128.


Header Page 24 of 128.

10

Bảng 1.4 Thành phần hoá học của dứa Victoria nhập nội theo độ chín
Chỉ tiêu

Độ chín
Ương (độ 1)

Chín tới (độ 2)

Chín (độ 3)

Chất khô tổng số, %
Đường tổng số, %
Đường khử, %
Đường saccaroza, %
Chất xơ (xenluloza), %
Pectin hoà tan, %

13
10

45
26

0,1
0,52
0,39
240
50
20

0,1
0,5
0,37
230
48
18

1.1.4 Công dụng của quả dứa
a) Trong lĩnh vực thực phẩm và công nghiệp
Quả dứa có mùi vị thơm ngon và chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết
cho cơ thể người như đường, axít hữu cơ, viatamin và khoáng chất nên được
dùng làm thực phẩm. Dứa thường dùng để ăn tươi hoặc chế biến các món ăn
ngon được nhiều người ưa thích.
Trong quả dứa có chứa enzyme bromelin, có thể phân huỷ protein và làm
mềm thịt. Do vậy, quả dứa được sử dụng trong chế biến một số món ăn như thịt
bò xào, thịt vịt xào để giúp thịt nhanh mềm và tạo hương vị đặc trưng. Enzyme
bromelin còn có tác dụng kích thích tiêu hoá, vì thế dứa được dùng làm thực
phẩm và chế ra nhiều loại thực phẩm chức năng có giá trị (Trung tâm KHCN
TPHCM, 2009) [33], (Medina L.C., Garcias H.S., 2005) [58].
Trong công nghiệp thực phẩm, dứa được chế biến thành nhiều loại thực

mịn màng và trắng hơn (Vincent Corporation, 2002) [67], (Ranjit Rael,
2002) [75].
Một số thực phẩm chức năng và mỹ phẩm chiết xuất từ dứa (hình 1.2).

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 25 of 128.