Tài liệu Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin từ phế liệu chế biến thủy sản

i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ, tên SV: Lê Văn Tư – Phan Văn Sáu Lớp: 47CT Ngành : Chế tạo máy Mã ngành: Tên đề tài: Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin từ phế liệu chế biến thủy sản Số trang: 128 Số chương:6 Số tài liệu tham khảo: 16 Hiện vật: 2 quyển đồ án và 2 đĩa CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Kết luận:................................................................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Nha Trang, tháng 12 năm 2009. Cán bộ hướng dẫn: ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Th.s. Nguyễn Hữu Thật K.s. Nguyễn Minh Quân ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ, tên SV: Lê Văn Tư – Phan Văn Sáu Lớp: 47CT Ngành : Chế tạo máy Mã ngành: Tên đề tài: Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin từ phế liệu chế biến thủy sản Số trang: 128 Số chương:6 Số tài liệu tham khảo: 16 Hiện vật: 2 quyển đồ án và 2 đĩa CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Điểm phản biện ...................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Nha Trang, tháng 12 năm 2009. Cán bộ phản biện ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, tháng 12 năm 2009. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG iii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHI TIN.................................................................................2 TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THUỶ SẢN. ................................................................2 I.1.TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM...............................................................2 I.1.1 Giới thiệu chung về phế liệu tôm..............................................................2 I.1.2. Sản lượng phế liệu vỏ tôm đông lạnh.......................................................3 I.1.3. Cấu tạo của vỏ tôm..................................................................................4 I.1.4. Hướng tận dụng phế liệu vỏ tôm. ............................................................4 I.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN-CHITOZAN ......................................................5 I.2.1. Sự tồn tại của chitin-Chitosan trong tự nhiên...........................................5 I.2.2. Cấu trúc và tính chất của chitin. ..............................................................5 I.2.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan. ..........................................................6 I.2.4. Ứng dụng của chitin và chitosan..............................................................7 I.2.5.Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin và chitosan............................... 10 I.2.6. Giới thiệu về quy trình và thiết bị sản xuất chitin.................................. 12 I.2.6. 1.Giới thiệu về quy trình sản xuất chitin. ........................................... 12 I.2.6.2.Giới thiệu về thiết bị sản xuất chitin................................................. 12 I.3. TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN - CHITOSAN ..................................................... 15 I.3.1. Tổng quan về nước thải trong quá trình sản xuất chitin – chitosan......... 15 I.3.1. 1.Gới thiệu về nước thải..................................................................... 15 I.3.1.2 Quy trình sản xuất chitin và nguồn nước thải. .................................. 15 I.3.1. 3.Thành phần và tính chất nước thải chế biến chitin........................... 16 I.3.1. 4.Những thông số đánh giá chất lượng nước thải. .............................. 17 I.3.2.Công nghệ xử lý nước thải sau quá trình sản xuất chitin. ........................ 20 I.3.2.1.Sơ đồ quy trình xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin. .......... 21 I.3.2.2.Mô tả công nghệ. ............................................................................. 21 iv I.3.2.3.Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước bằng phương pháp sinh học.............................................................................................. 28 I.4. YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG THIẾT BỊ. ............................. 29 I.4. 1. Yêu cầu về kỹ thuật của hệ thống thiết bị. ............................................ 29 I.4. 2.Yêu cầu chất lượng nước thải sau khi được xử lý qua hệ thống ..................... 30 CHƯƠNG II : HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ. ........................................................... 32 II.1.XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ. ................................... 32 II.1.1.Sơ đồ bố trí hệ thống thiết bị:................................................................ 32 II.1.2.Hệ thống xử lý nước thải bao gồm những thiết bị sau : ......................... 32 II.1.3.Nguyên tắc hoạt động của hệ thống thiết bị:......................................... 33 II.2. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI. ................................................. 35 II.2.2. Thiết bị sục khí .................................................................................... 37 II.3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN ............................ 39 II.3.1.Các thông số đầu vào của hệ thống xử lý nước thải. .............................. 39 II.3.2.Các thông số kỹ thuật của thùng trong hệ thống xử lý nước thải............ 42 II.3.2.1.Thể tích các bể trong hệ thống. ....................................................... 42 II.3.2.2. Kiểm tra bền của các bể trong hệ thống. ........................................ 46 II.3.4.Các thông số kỹ thuật của đường ống và bơm trong hệ thống................ 49 II.3.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của ống dẫn và bơm1. ....................... 49 II.3.4.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của ống dẫn và bơm2. ...................... 53 II.3.5.Các thông số kỹ thuật của máy khuấy trong hệ thống xử lý nước thải. ........... 55 II.3.5.1.Công xuất khởi động của động cơ................................................... 56 II.3.5.2.Tính chọn động cơ ......................................................................... 58 II.3.6.Hàm lượng hóa chất trợ lắng. ................................................................ 67 II.3.7.Sục khí cho bể hiếu khí. ........................................................................ 68 CHƯƠNG III: CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG................................. 69 III.1. CHẾ TẠO TRỤC...................................................................................... 69 III.1.1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT. ....................................................... 69 v III.1.2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT...................................................................... 70 III.1.3.CHỌN VẬT LIỆU LÀM PHÔI. .......................................................... 71 III.1.4.CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO PHÔI.............................................. 71 III.1.5.ĐÁNH SỐ GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT. .............................................. 72 III.1.7.THIẾT KẾ CÁC NGUYÊN CÔNG CÔNG NGHỆ. ........................... 74 III.1.7.1.Nguyên công 1: ............................................................................. 74 III.1.7.2.Nguyên công 2. ............................................................................. 77 III.1.7.3.Nguyên công 3. ............................................................................. 78 III.1.7.4.Nguyên công 4. ............................................................................. 79 III.1.7.5.Nguyên công 5. ............................................................................. 80 III.1.7.6.Nguyên công 6. ............................................................................. 81 III.1.7.7.Nguyên công 7. ............................................................................. 83 III.1.7.8.Nguyên công 8. ............................................................................. 84 III.1.7.9.Nguyên công 9. ............................................................................. 84 III.1.7.10.Nguyên công 10. ......................................................................... 85 III.1.8.XÁC ĐỊNH LƯỢNG DƯ VÀ KÍCH THƯỚC TRUNG GIAN............ 86 III.1.8.1.Xác định lượng dư trung gian và kích thước trung gian  40k6..... 86 III.1.8.2.Xác định lượng dư trung gian và kích thước trung gian  50h14 .. 89 III.1.8.3.Xác định lượng dư trung gian và kích thước trung gian  38......... 90 III.1.8.4.Bản vẽ phôi. .................................................................................. 91 III.1.8.5.Xác định lượng dư trung gianvà kích thước trung gian  35h14 ... 91 III.1.8.6.Xác định lượng trung gian và kích thước trung gian  30h14 ...... 91 III.1.8.7.Xác định lượng dư cho phay rãnh then 25,6 . ................................ 92 III.1.9.Chế độ cắt cho  50............................................................................ 92 III.1.9.1.Chế độ cắt cho  50. .................................................................... 92 III.1.9.2.Tốc độ cắt khi tiện mặt đầu. .......................................................... 95 III.1.9.3.Tốc độ cắt khi tiện thô................................................................... 95 III.2. CHẾ TẠO CÁNH KHUẤY .................................................................... 106 III.4. Ổ BI ........................................................................................................ 109 vi III.5. DÂY ĐAI................................................................................................ 109 III.6.CHẾ TẠO BÁNH ĐAI ............................................................................ 110 III.7. CHẾ TẠO THEN.................................................................................... 110 III.8. CHẾ TẠO PHỄU LẮNG. ....................................................................... 111 III.9. CHẾ TẠO CÁC KHUNG CHÂN ĐỠ BỂ............................................... 111 III.9.1. Khung chân bể lắng và 2 bể chứa...................................................... 111 III.9.2. Khung chân bể trung hoà. ................................................................. 112 III.9.3. Khung chân bể hiếu khí. ................................................................... 112 III.9.4. Chân chân bể protein ........................................................................ 113 III.10. ĐỘNG CƠ SỤC KHÍ. ........................................................................... 113 III.11. CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN NƯỚC. .................................................. 114 III.11.1. Bơm................................................................................................ 114 III.11.2. Ống nhựa. ....................................................................................... 114 III.12. CHẾ TẠO HOÀN CHỈNH HỆ THỐNG. .............................................. 115 III.13. XÂY DỰNG CÁC BẢN VẼ KỸ THUẬT. ........................................... 116 CHƯƠNG IV: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI. .......... 117 IV.1. THỬ NGHIỆM VÀ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TÁCH CAROTENO PROTEIN. ................................................................................. 117 IV.1.1. Thử nghiệm tách caroteno protein. ................................................... 117 IV.1.2. Thử nghiệm lần 1. ............................................................................ 117 IV.1.3 Thử nghiệm lần 2 .............................................................................. 118 IV.1.4.Thử nghiệm lần 3. ............................................................................. 118 IV.1.5.Thử nghiệm lần 4. ............................................................................. 119 IV.1.6.Thử nghiệm lần 5. ............................................................................. 119 IV.1.7.Thử nghiệm lần 6. ............................................................................. 120 IV.1.8.Nhận xét. ........................................................................................... 120 IV.1.9.Quy trình công nghệ tách caroteno protein. ....................................... 120 IV.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI. .............................. 121 IV.2.1. Quy trình công nghệ. ........................................................................ 121 vii IV.2.2. Nhận xét. .......................................................................................... 122 IV.2.3. Kết luận............................................................................................ 122 CHƯƠNG V: HẠCH TOÁN GIÁ THÀNH SẢN PHẨM.................................... 123 V.1. HẠCH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ SẢN PHẨM. ............................. 123 V.1. 1. Giá thành thiết bị. ............................................................................. 123 V.1. 2. Giá thành xủ lý nước thải ( 3m 3 ). ..................................................... 124 CHƯƠNG VI: KẾT KUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 127 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nghành nuôi trồng, khai thác và chế biến thủy sản xuất khẩu Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ, trong đó tôm đông lạnh xuất khẩu đã đem lại thu nhập nguồn ngoại tệ rất đáng kể cho đất nước. Tuy nhiên cùng với sự phát triển đó thì một lượng phế liệu thải ra cũng rất lớn. Do vậy một vấn đề đặt ra là nghiên cứu tận dụng nguồn phế liệu để xản xuất ra các mặt hàng có giá trị kinh tế cao, nhằm đảm bảo yêu cầu sản xuất sạch hơn không gây ô nhiễm môi trường đồng thời cũng đem lại nguồn hồi hỗn hợp này ta có thể sử dụng để bổ xung vào thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy sản vừa góp phần làm tăng giá trị kinh tế cho quy trình sản xuất chitin và điều đặc biệt quan trọng đối với việc giải quyết vấn đề ôi nhiễm môi trường của chúng ta mà trong thời gian gần đây vấn đề này đang và sẽ là vấn đề nóng bỏng được các nước cũng như toàn thể người dân ở trên thế gới quan tâm. Nhận thấy việc cấp thiết của vấn đề xử lý nước thải công nghiệp nói chung và xử lý nước thải sau quá trình sản xuất chitin nói riêng của các nhà máy thải ra hàng năm là rất lớn, vì vậy KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY – TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG đã giao cho chúng tôi thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin từ phế liệu chế biến thuỷ sản”. Nội dung thực hiện: 1. Tổng quan về thiết bị xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin từ phế liệu chế biến thuỷ sản. 2. Hoàn chỉnh thiết kế, chế tạo thiết bị. 3. Lập quy trình công nghệ xử lý nước thải. 4. Kết luận và đề xuất ý kiến. Mặc dù trong quá trình làm đề tài chúng em đã cố gắng rất nhiều song đây là lần đầu tiên làm quen với công tác nghiên cứu khoa học và kiến thức, điều kiện thực hiện, thời gian có hạn nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn. Chúng tôi xin chân thành cám ơn. Nha Trang, ngày 15 tháng 11 năm 2009 Sinh viên thực hiện: 1. Lê Văn Tư 2. Phan Văn Sáu 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHI TIN TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THUỶ SẢN. I.1.TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM I.1.1 Giới thiệu chung về phế liệu tôm. Tôm là đối tượng quan trọng của ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản Việt Nam. Thịt tôm có giá trị kimh tế cao và có mùi vụ thơm ngon đặc trưng, rất hấp dẫn. Hiện nay sản phẩm tôm đông lạnh xuất khẩu đã góp70-80% tổng kim ngạch xuất khẩu của toàn ngành. Hiện nay ở nước ta, kỹ thuật khai thác và nuôi tôm mới phát triển và ngày càng cung cấp nhiều nguyên liệu cho các vhà máy chế biến thủy sản trong nước và xuất khẩu nhiều mặt hàng như: - Tôm tươi nguyên con cấp đông IQF hoặc Block - Tôm bỏ vỏ đầu ấp đông IQF hoặc Block - Tôm là Surimi - Tôm bỏ vỏ đóng hộp - Tôm bỏ vỏ , bỏ chỉ lưng hấp cấp đông Điều này chứng tỏ tôm là một mặt hàng đem lại nguồn kinh tế lớn cho đất nước nhưng đồng thời cũng thải ra một lượng đáng kể phế liệu, chủ yếu là vỏ và đầu tôm. Ngoài ra, có một lượng đáng kể thịt vụn do bóc nõn không cẩn thận hoặc một số tôm bị loại do biến màu, chất lượng không đảm bảo. Tùy theo giống, loài và phương pháp gia công chế biến mà lượng phế liêu này thay đổi từ 40% (đối với tôm sú ) đến 60% ( đối với tôm càng xanh ) lượng nguyên liệu thu mua. Đối với sản phẩm tôm bóc nõn và rút ruột thì mất mát theo vỏ tôm và đuôi tôm khoảng 25 %. Nhìn chung, trong phế liệu tôm thì trọng lượng phần đầu thường gấp 3-4 lần so với phần vỏ và đuôi. Trong phế liệu tôm đông lạnh, thành phần chiếm tỉ lệ đáng kể và có giá trị nhất là chitin, tiếp đó là protein ngoài ra còn có sắc tố ( chủ yếu là Astaxanthin ), khoáng và Vitamin. 3 - Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu cơ chủ yếu là cacbonat calci là thành phần chỉ yếu tạo nên vỏ tôm. - Protein: trong phế liệu tôm thường là loại protein không hòa tan do đó khó tách ra khỏi vỏ, nó tồn tại dưới hai dạng: Dạng tự do: tồn tại trong các cơ quan nội tạng và các cơ gắn ở phần vỏ. Dạng phức tạp: liên kết với chitin, cacbonat valci như một phần thống nhất của vỏ tôm Enzyme: theo tạp chí khoa học và công nghệ thủy sản số 05/1993 hoạt độ của Enzyme của đầu tôm khoảng 6.5 đơn vị hoạt độ /g tươi. + Astaxanthin: thường ở dạng liên kết với Acid béo, hay protein tạo nên một phức hợp có màu xanh đặc trưng của tôm. Phế liệu Protein Chitin Lipid Tro Canci Phopho Đầu tôm 53,10 11,10 8,90 22,60 7,20 1,68 Vỏ tôm 2,80 27,20 0,40 31,70 11,10 3,16 Như vậy, phế liệu tôm là nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú không chỉ để sản xuất ra chitin-chitozan còn chứa một lượng đáng kể protein, Astaxanthin và Acid béo không no quý giá cần được thu hồi. I.1.2. Sản lượng phế liệu vỏ tôm đông lạnh. Theo ước tính phế liệu tôm đông lạnh trên toàn thế giới khoảng 1.9 triệu tấn trong một năm. Phần lớn là các nước đang phát triển như Thái lan, Chile, Philippin, Ấn độ, Pakistan và Indonesia. Ở Việt Nam ngu ồn nguyên liệu tôm rất dồi dào, được thu từ các nguồn chính là đánh bắt và nuôi trồng. Ở nước ta mặt hàng thủy sản đông lạnh từ giáp xác chiếm 70-80% công xuất chế biến. Vì vậy lượng từ vỏ giáp xác thải ra từ các nhà máy là khá lớn khỏng 70.000 tấn / năm. Đây là nguồn phế liệu dồi dào để sản xuất chitin-chitozan và các sản phẩm có giá trị kinh tế khác, đồng thời cũng đe dọa làm ô nhiễm môi trường do nước thải của quá trình sản xuất chitin-chitozan. Theo chiến lược xuất khẩu của bộ thủy sản đến năm 2007 sản lượng tôm xuất khẩu đạt 150.000 tấn / năm. Riêng địa bàn Khánh Hòa trong những năm gần đây mặt hàng tôm đông lạnh được đẩy mạnh. Theo tổng cục thống kê Việt Nam sản lượng xuất khẩu tôm đông lạnh Khánh Hòa trong năm 2000 đến 2005 là: 4 Năm 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Sản lượng tôm (Tấn ) 6928 8200 6609 8072 5968 5408 I.1.3. Cấu tạo của vỏ tôm. Vỏ tôm có vấu tạo từ chitin liên kết với protein và với các hợp chất hữu cơ khác (Lipid, Sắc tố, calci … ) rất phức tạp. Lớp vỏ này thường bị hóa cứng bởi sự đông kết của calci cacbonat và các chất không tan khác. Lớp biểu bì không chứa chitin, được bao bọc bởi màng sáp mỏng bên ngoài cản trở sự hòa tan của lớp này ngay cả khi ở trong môi trường acid đặc ở nhiệt độ thường. Một số nghiên cứu cho thấy màng này nhanh chóng bị hóa đỏ bởi Fucxin, có điểm đẳng điện pH= 5,1. Lớp này thường có màu vàng nhạt. Lớp màu: tạo nên bởi sự hiện diện của những hình hạt của các phần tử chất mang màu giống hạt melamin. Chúng gồm những túi khí hoặc không bào. Lớp calci hóa: lớp này chiếm phần lớn lớp vỏ thường có màu xanh trải đều khắp. Lớp không bị calci hóa: là lớp trong cùng, có bề dày tương đối nhỏ so với tổng chiều dài của cả vỏ, bao gồm các phức chitin-protein bền vững không có calci I.1.4. Hướng tận dụng phế liệu vỏ tôm. Trong những năm gần đây việc tận dụng phế liệu vỏ tôm dông lạnh để sản xuất các mặt hàng có giá trị kinh tế cao đang được nhiều người quan tâm như sản xuất chitinchitozan. Chitin là polysaccaharide có đạm, có thành phần cần thiết của vỏ giáp xác.Trong vỏ tôm cua hàm lượng chitin rất cao ( 10-20 % trọng lượng vỏ khô ). Việc sản xuất chitin, chitozan nhìn chung qua các bước sau: - Tách khoáng - Khử protein - Deacetyl bằng sút đặc . 5 I.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN-CHITOZAN I.2.1. Sự tồn tại của chitin-Chitosan trong tự nhiên. Chitin-chitosan là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau celulose và chúng được tạo ra trung bình 20g trong một năm/m2 bề mặt trái đất. Trong tự nhiên chitin tồn tại ở trong cả thực vật và động vật. Trong giới động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số động vật không xương sống. Ở thực vật chitin có ở thành tế bào của nấm và một số tảo chlorophiceoe. Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin khi xử lý chitin với kiềm đặc nóng. Chitin-chitosan là polysaccharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Trong động vật thuỷ sản, đặc biệt trong vỏ tôm, cua, ghẹ hàm lượng chitin-chitosan khá cao từ 14÷35% so với trọng lượng khô. Vì vậy, vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin-chitosan phục vụ cho sản xuất xã hội. I.2.2. Cấu trúc và tính chất của chitin. Từ những nghiên cứu về sự thuỷ phân chitin bằng enzim hay HCl đậm đặc, người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị N- Acetyl--DGlucosamin liên kết với nhau bởi liên kết -1-4glucozit Công thức cấu tạo: CH 2 OH CH 2 OH H H H OH H H OH H HN-COOCH 3 H Công thức phân tử: [C8H13O5]n n : thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại nguyên liệu H HN-COOCH 3 n 6 Ví dụ: n= 400 ÷500 ở tôm thẻ n= 700 ÷800 ở tôm hùm n= 500 ÷ 600 ở cua - Các tính chất của chitin: Mchitin = (203,09)n phân tử luợng Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, axít loãng và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch đặc nóng của muối thioxianatliti(LiSCN) và thioxianat can xi [Ca(SCN)2] tạo thành dung dịch keo. Chitin ổn định với các chất oxy hoá khử như thuốc tím KMnO4; oxy già H2O2; nước Jave NaClO hay clorua vôi [CaClO]…Chitin khó hoà tan trong thuốc thử Schweizei Sapranora. Điều này có thể do nhóm axêtamin (-NHCOCH3) ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết. Khi đun nóng trong axít HCl đậm đặc thì chitin bị thuỷ phân hoàn toàn thành 85,5% D-Glucosamin và 12,5% axít axetic. Quá trình thuỷ phân bắt đầu xảy ra ở mối nối glucozit, tiếp theo là là sự loại bỏ nhóm acetyl. Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan. Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng 884÷890 (m. I.2.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan. Chitosan có cấu trúc tuyến tính như đơn vị -D-Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết -1-4Glucozit. CH 2 OH CH 2 OH H H H OH H H OH H NH 2 Công thức phân tử: [C6H11O4N]n Phân tử lượng MChitosan = (161,07)n H H NH 2 n 7 Các tính chất của chitosan: Chitosan ở dạng bột có màu trắng ngà, còn ở dạng vẩy có màu trắng hay hơi vàng. Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà tan trong axít acetic loãng tạo thành một một dung dịch keo dương nhờ đó mà keo nó không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như Pb, Hg… Chitosan kết hợp với anđehyde trong điều kiện thích hợp tạo thành gel. Chitosan phản ứng với axít đậm đặc tạo muối khó tan, Chitosan tác dụng với iốt trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. I.2.4. Ứng dụng của chitin và chitosan. - Chitin và chitozan có những ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, do khả năng hòa tan được trong acid acetic loãng tạo ra keo dương, chitozan được ứng dụng nhiều hơn chitin. a, Ứng dụng trong nông nghiệp: - Chitozan vi lượng: theo Lê Thị Thu Hiền và Lê Thị Lan Oanh khi sử dụng chitozan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục tổng số, hàm lượng Nitơ tăng, amylase catalase, preoxydase tăng đáng kể trên lúa giống CR-205, CR-230. Cây mạ được xử lý chitozan vi lượng sinh trưởng tốt khả năng chịu rét và năng suất tăng từ 21-24 % so với giống lúa không được không được sử lý. - Bọc nang hạt giống: Năm 1987 Bectech đã được cấp bằng sáng chế nghiên cứu ứng dụng của chitozan trong việc bọc nang hạt giống để ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất. Trong những vùng bị nấm mốc tấn công vào hệ rễ, nếu hạt giống được bọc bằng chitozan sẽ nâng cao hiệu suất thu hoạch lên 80% so với dùng chitozan. Ngoài ra chitozan còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu và kích thích sự nảy mần của hạt . - Chất bảo quản cho rau quả: chitozan làm hạn chế cho quá trình bị thâm của hoa quả, rau sau khi thu hoạch sẽ giảm. Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo thành sản phẩm polyme hóa của oquinon. Nhờ bao gói bằng màng chitozan mà ức chế hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của athocyamin, flavonoid và tổng hợp các chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả được tươi hơn. - Việc sử dụng chitozan làm kích thích tăng trưởng trong thức ăn gia cầm đã được chứng minh là không độc hại và không gây tác dụng phụ . 8 -Olygoglucozamin ảnh hưởng đến rau cải, đậu cô ve và một số rau khác làm tăng năng suất và khả năng kháng bệnh, hạn chế việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật góp phần bảo vệ môi trường và thực hiện chương trình rau sạch và an toàn. b, Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. - Vì tinh thể chitin là chất tạo gel hay làm chất đặc để liên kết ổn định và tăng cường kết cấu thực phẩm, dung làm màng mỏng để thay thế polyetylen để sản xuất giấy bọc thực phẩm cao cấp. Là chất màng đối với các thành phần trong thực phẩm được cô đặc cao như chất tạo màu, priin chitin liên kết với mùi vị khi quay nướng. Làm chất bọc để khử acid trong cà phê loại bỏ tannin, làm trong đồ uống. Dung dịch keo chitozan dùng làm chất bảo quản thành phẩn để chống mất nước trong quá trình đông lạnh thực phẩm. c, Ứng dụng trong y học và công nghệ thực phẩm. Làm chỉ khâu tư liệu: Học viện nghiên cứu thục trường đại học Dalaware đã nghiên cứu thành công việc sử dụng chitin làm chỉ khâu phẫu thuật nhờ phát hiện ra một số dung môi đặc biệt, chất này có thể hòa tan ra một tỷ lệ phần trăm lớn chitin ở điều kiện nhiệt độ thường mà không phá hủy chất polyme. Công ty sản xuất sợi của nhật đã sử dụng kết quả nghiên cứu này đã sản xuất ra các loại chỉ khâu tự nhiên dùng trong phẫu thuật. + Dùng làm màng mỏng polyme sinh học trong chữa bỏng: các loại thuốc bỏng hiện nay hầu hết chỉ có tác dụng tốt đối với các vết bỏng hiện dẹp, còn đối với các vết thương và vết bỏng sâu, rộng thì phải che phủ và điều trị còn gặp nhiều khó khăn. Phòng polyme dược phẩn viện hóa đã nghiên cứu ra một loại polyme sinh học để chữa lành vết thương vết bỏng, ngoài ra còn dùng trong phẫu thuật vá da. + Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dầy: Khoa dược –Trường đại học y dược thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu như sau: từ chitin – chitozan để điều chế ra các loại gel: gel chitozan + Al(OH)3, gel chitozan. Qua các nghiên cứu đối với các bệnh viêm loét dạ dầy, tá tràng của các loại gel trên chỉ thấy loại chitozan + Al(OH)3 Có tác dụng tốt nhất, nó cũng có tác dụng bảo vệ tế bào. Tuy nhiên đối với gel chitozan cũng có tác dụng tốt và khuyến cáo sử dụng gel chitozan tự nhiên vì không có Al(OH)3 Nên tránh được tác dụng phụ + Dùng bào chế dược phẩm: trong công nghệ tế bào dược phẩm, chitozan có thể làm các chất phụ gia như làm tá dược đột, tá dược dính, chế tạo màng viên nang, chất 9 mang sinh học dẫn thuốc … Viện hóa thực phẩm TW2 đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng chitozan làm tá dược dính trong một số công thức thuốc viên có dược chất dễ bị tác động bởi các ion kim loại nặng. Chitozan có khả năng tạo màng phim, nó thích hợp để tạo các viên có thành phần trung tính và acid nhẹ. Với các loại viên hơi kiềm, chitozan làm giảm tốc độ hòa tan của dược chất. Chitozan taọ kết tủa với phần lớn chất màu tổng hợp, chitozan có khả năng tạo màng mền. + Đặc tính làm giảm cholesterol: Năm 1980, Sugano cùng cộng sự đã chứng minh đặc tính làm giảm cholesterol của chitozan trên chuột bạch và nó không gây tác dụng phụ . Khoa dược đại học y thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu sử dụng chitozan và olygomer chitin để sản xuất một số sản phẩm hạ cholesterol trong máu ,có thể dùng riêng biệt hoặc kết hợp với một số chất khác dưới dạng chế phẩm như thuốc, thực phẩm, nước giả khát … d, Ứng dụng trong một số nghành công nghiệp khác : *> Trong sử lý nước thải ; Chitozan dùng để tẩy sạch nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy hóa chất, thực phẩm. Nhờ đặc tính keo tụ các thể rắn lơ lửng giàu protein trong nước thải của keo dương chitozan *> Trong công nghiệp dệt Chitozan dùng để hồ vải , cố định hình in hoa , có thể thay thế hồ tinh bột Bằng chitozan làm cho vải sợi mền, chịu được cọ sát, bề mặt đẹp bền tron kiềm. Làm vải chịu nước không bắt lưả: hòa tan chitozan trong dug dịch acid acetic loãng cùng với acetate nhôm và steric thu hỗn hợp, đem sơn lên vải, khi vải khô tạo thành màng mỏng, chắc chịu được nước và không bắt lửa. Vải này dùng để sản xuất đồ bảo hộ lao động. *> trong công nghiệp giấy. Chitozan làm tăng độ bền của giấy, chỉ cần tăng trọng lượng thêm 1% trọng lượng giấy thì sẽ làm tăng gấp đôi độ bền của giấy, và độ nét khi in *> Trong nghành phim ảnh . Phim có sử dụng chế phẩm chitozan có độ nét cao , không tan trong nước và acid. Độ cứng được cải thiện bằng cách tổng hợp đúc chitozan rồi sử phim bằng dung dịch acid. 10 *> Trong lĩnh vực mỹ phẩm . Chitozan được dùng trong sản xuất kem chống khô gia, do bản chất chitozan để cố định trên biểu bì da bởi nhóm NH4+ thường được các nhà khoa học gắn với những chất có khả năng giữ nước hoặc những chất chống tia UV. Vì vậy chitozan là cầu nối giữa hoạt chất của kem và da . *> Trong công nghệ sinh học. Chitozan được ứng dụng rộng rãi làm vật liệu cố định tế bào thông qua cầu nối hoặc được nhốt trong gel. Tuy nhiên vật liệu chitozan còn biểu hiện nhiều nhược điểm về tính chất cơ lý, độ bền hóa học và hoạt tính enzim cố định còn thấp. Để khắc phục nhược điểm này còn nhiều công trình đã nghiên cứu cho phép bức xạ styrene tạo nên những vật liệu có độ bề cao. I.2.5.Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin và chitosan. a.Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin và chitozan trên thế giới Chitin lần đầu tiên được tìm thấy trong nấm và nó cũng được tách ra từ biểu bì sâu bọ và được đặt tên là chitin, có nghĩa là bao bọc, bởi nhà khoa học người pháp Odier vào năm 1823, và chất khử acetyl từ chitin được khám phá bởi Rounget vào năm 1859, và nó được đặt tên là chitozan bởi nhà khoa học người đức HoppeSteler vào năm 1894. Sản lượng chitin- chitozan năm 1990 trên thế giới là 1200 tấn, nước sản xuất nhiều nhất là Nhật ( 600 tấn / năm ) và thứ hai là Mỹ ( 400 tấn / năm ). Ngoài ra Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp cũng đang triển khai thêm một số cơ sở sản xuất với quy mô nhỏ với giá bán ra là 200-300 Fr/ Kg.  Ở Mỹ, tổng giá trị chế biến và chế phẩm chitin- chitozan sử dụng là 335 triệu USD trong đó 190 triệu USD thuộc nghành y tế, 54 triệu USD là nghành nông nghiệp và 50 triệu USD là nghành mỹ phẩm.  Ở Nhật Bản, viện nghiên cứu vật lý và hóa học cùng công ty Shin-Etsu đã thành công trong việc tìm kiếm phương pháp mới để xảnt xuất đại trà chitozan bằng việc nuôi trồng nấm có nhiều chitozan có tên khoa học là Absidisi cobrulea. thành công của phương pháp đại trà chitozan từ nấm hy vọng sẽ thỏa mãn nhu cầu chitozan trên thế giới trong những năm tới. 11  Theo đánh giá của FAO, nhu cầu chitin-chitozan của thế giới có thể lên tới 36700 tấn / năm trong thập niên tới. Người ta dự báo lượng chitin sản xuất trên toàn thế giới có thể đạt tới 118000 tấn / năm từ phế liệu các loài như: thủy sản có vỏ, hầu và mực. b.Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin và chitozan trong nước. Ở nước ta các sản phẩm tôm đông lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong các sản phẩm đông lạnh. Chính vì vậy, vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào và dẻ tiền có sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc sản xuất chitin –chitozan. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất chitin- chitozan ở nước ta hiện nay còn tương đối mới mẻ, các công trình nghiên cứu về sản xuất và ứng dụng chitin-chitozan chỉ mới tiến hành trong những năm gần đây.  Trường Đại Học Nha Trang là một trong những trường đi tiên phong trong nghiên cứu và ứng dụng chitin và chitozan ở nước ta. Tháng 6 năm 2002, dự án sản xuất thử chitozan được bắt đầu thực hiện tại trường. Quy trình sản xuất khá đơn giản. Từ vỏ tôm,cua, ghẹ được đưa vào bể để xử lý chúng – chúng là nguyên liệu để sản xuất chitin Từ chitin qua sử lý thu được chitozan rất có giá trị. Sau gần 3 năm nghiên cứu và thử nghiệm, trung tâm chế biến thủy sản trường đại học Nha Trang đã sản xuất gần 25 tấn chitin và trên 100 kg chitozan để tiêu thụ trong nước. Trung tâm còn chuyển giao công nghệ sản xuất cho công ty cổ phần chitozan Cà Mau, Cơ sở thủy sản Phước Long ( Nha Trang ), công ty TNHH Kim Anh và chitozan ( Bà Rịa – Vũng Tàu ), để mở rộng thị trường sang Thái Lan và Pháp. Trước yêu cầu cấp bách về việc tận dụng phế liệu và khả năng ứng dụng lớn của chitin và chitozan trong đời sống nên cùng trường đại học Nha Trang và một số trường ĐH lớn trong nước cũng đang tiếp xúc và nghiên cứu rất mạnh mẽ như: Đại Học Tổng Hợp, Đại Học Dược Phân viện khoa học Việt Nam, Viện khoa học nông nghiệp Việt Nam …cùng nhiều cơ sở nghiên cứu ở Sài Gòn, Cà mau. 12 I.2.6. Giới thiệu về quy trình và thiết bị sản xuất chitin. Các vấn đề chủ yếu cần xử lý khi sản xuất chitin từ vỏ tôm là: 1 Xử lý acid Khử khoáng ( chủ yếu là CaCO3) và ít Ca3(PO4) . 2 Xử lý kiềm Khử protein và lipid 3 Tẩy màu Khử sắc tố ( chủ yếu là astaxanthin). I.2.6. 1.Giới thiệu về quy trình sản xuất chitin. Vỏ tôm tươi HCl 4 % ,2h,tỷ lệ 1/1.5 (W/v) Tách khoáng Rửa sạch NaOH 4 % ,2 h tỷ lệ 1/1.5 ( W/v) Khử protein Rửa sạch Phơi sấy Chitin * Nhận xét : Quy trình thử nghiệm của máy sản xuất chitin – chitozan cho chất lượng sản phẩm chitin tốt, thời gian cho một mẻ sản xuất là khá ngắn có thể giảm thời gian so với phương pháp làm bằng thủ công rất nhiều và có thể tiết kiệm được hóa chất sử dụng vì vậy mà protein sau khi thu hồi cho chất lượng tốt. Tuy nhiên, thiết bị máy móc phức tạp tiêu tốn năng lượng có thể dẫn đến giá thành sản xuất cao. I.2.6.2.Giới thiệu về thiết bị sản xuất chitin. a, Giới thiệu về thiết bị. Để đáp ứng yêu cầu cấp thiết và giải quyết những nhược điểm của phương pháp sản xuất chitin bằng thủ công. Khoa cơ khí trường Đại Học Nha Trang đã chế tạo thành công thiết bị sản xuất chitin. Thiết bị này được thiết kế bởi PGS-TS Phạm Hùng Thắng. 13 Thiết bị sản xuất chitin đã cho chạy thử thành công thời gian sản xuất có thể giảm đi từ 10 đến 12 lần so với sản xuất bằng thủ công * Ưu điểm: - Hóa chất sử dụng ít. - Thời gian sản xuất được rút gắn. - Chất lượng sản phẩm chitin được ổn định, đồng thời sản phẩm thu hồi protein có giá gia tăng. - Hạn chế công nhân tiếp xúc với hóa chất. -Phù hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. * Nhược điển: - Tốn nhiều năng lượng điện. b, Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị: Hình 2.6. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị 1- Bộ truyền động 2- Bộ cấp hóa chất 3- Bộ gia nhiêt và sấy 4- Bộ điều chỉnh nhiệt độ 5- Thùng quay đảo rửa 6- Thùng đựng dung dịch gia công 7- Bộ xả sản phẩm 8- Giá máy 9- Hệ thống xả dung dịch sau gia công