Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo tiêu chuẩn nhật bản

  • Số trang: 95 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 34 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

Mục lục LỜI NÓI ĐẦU ................................ ................................ ................................ .......8 Chương 1:Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn Nhật Bản ................................ ................................ ................... 10 1.1. Tổng quan về chitin. ................................ ................................ .................. 10 1.1.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhi ên. ................................ ...................... 10 1.1.2. Cấu tạo và tính chất của chitin. ................................ ............................. 11 1.1.3. Một số ứng dụng của chitin. ................................ ................................ ..12 1.2. Quy trình công ngh ệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn Nhật Bản................................. ................................ ................................ .......... 14 1.2.1. Tiêu chuẩn chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật. ....................... 14 1.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ. ................................ ........................ 15 1.2.3. Sơ đồ công nghệ. ................................ ................................ .................. 18 1.2.4. Phân tích quy trình k ỹ thuật. ................................ ................................ .20 Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị ................................ .................... 23 2.1. Yêu cầu kỹ thuật thiết bị. ................................ ................................ .......... 23 2.2. Chọn phương án thiết kế mô hình................................. ........................... 24 2.2.1. Các phương án hiện hành................................. ................................ .....24 2.2.2. Chọn phương án thiết kế................................. ................................ ...... 25 2.3. Thiết kế mô hình. ................................ ................................ ...................... 37 2.3.1. Tính toán bộ khuấy đảo trong thùng làm việc chính. ............................. 37 2.3.2. Tính toán bộ gia nhiệt. ................................ ................................ .......... 41 2.3.3. Tính chọn các thiết bị khác. ................................ ................................ ..61 2.4. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật. ................................ ................................ ........ 64 Chương 3: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị ................................ ....... 65 3.1. Xác định dạng sản xuất. ................................ ................................ ............ 65 3.2. Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ khuấy đảo. ................................ ............. 66 3.3. Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ gia nhiệt. ................................ ................ 67 3.3.1. Gia công thân vỏ chính. ................................ ................................ ........ 70 7 3.3.2. Gia công vỉ ống chùm................................. ................................ .......... 77 3.3.3. Gia công mặt bích chính. ................................ ................................ ...... 81 3.4. Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ xử lý khí. ................................ ............... 84 3.4.1. Phân tích khả năng gia công. ................................ ................................ 84 3.4.2. Phân tích chi tiết gia công. ................................ ................................ ....84 3.4.3. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo phôi. ................................ ......... 85 3.4.4. Các nguyên công công ngh ệ chế tạo bộ xử lý khí. ................................ .88 Chương 4: Quy trình lắp ráp và sử dụng ................................ ............................ 93 4.1. Thử nghiệm và hoàn chỉnh. ................................ ................................ ...... 93 4.1.1. Thử nghiệm. ................................ ................................ ......................... 93 4.1.2. Hoàn chỉnh. ................................ ................................ .......................... 94 4.2. Quy trình lắp ráp. ................................ ................................ ..................... 95 4.3. Quy trình sử dụng. ................................ ................................ .................... 96 4.3.1. Vận hành. ................................ ................................ ............................. 96 4.3.2. Bảo trì và sửa chữa. ................................ ................................ .............. 97 Kết luận và đề xuất ý kiến ................................ ................................ ................... 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ ................... 99 Phụ lục ………………………………… ……………………………………….. 100 8 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành Thuỷ sản của Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc. Nước ta đã trở thành một quốc gia sản xuất và xuất khẩu thủy sản lớn trên thế giới, đặc biệt là xuất khẩu tôm. Tuy nhiên, bên cạnh sản phẩm tôm chế biến được xuất khẩu, một lượng khá lớn phế liệu của quá tr ình này gồm vỏ và đầu đã còn lại hiện chưa được chế biến, sử dụng hợp lý và đang là tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường sản xuất. Theo nghi ên cứu của các nhà khoa học trong thành phần cơ bản của vỏ tôm- cua - ghẹ, Chitin chiếm tỷ trọng khá lớn và có nhiều tính năng rất tốt để chế biến thành các sản phẩm cao cấp phục vụ sản xuất v à đời sống xã hội. Vì vậy nhiều qui trình sản xuất Chitin từ phế liệu chế biến thủy sản đã được xây dựng để nâng cao hiệu quả quá t rình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản.. Tuy nhiên cho đến nay ở Việt Nam, quá trình sản xuất Chitin chỉ thực hiện bằng thủ công năng suất thấ p và gây độc hại khá nghiêm trọng cho người lao động cũng như làm ô nhiễm môi trường. Thiết kế chế tạo thành công thiết bị sản xuất Chitin từ phế liệu thủy sản, đặc biệt là từ vỏ tôm sẽ giúp tăng năng suất lao động, giảm mức độ độc hại hóa chất cho công nh ân và góp phần công nghiệp hóa - hiện đại hóa ngành chế biến thủy sản cũng như góp phần nâng cao đời sống xã hội và bảo vệ môi trường sống. Do nhu cầu cấp thiết của thị trường cũng như đời sống xã hôi, đặc biệt là bảo vệ môi trường sống nên em chọn đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn Nhật Bản”. Đồ án được trình bày với các nội dung chính sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo tiêu chuẩn Nhật Bản. Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị. Chương 3: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị. 9 Chương 4: Quy trình lắp ráp và sử dụng. Kết luận và đề xuất. Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Hùng Thắng, thầy Nguyễn Văn Hân và các thầy trong bộ môn Chế tạo máy đã hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo tận t ình và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Tuy nhiên, do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn chế so với nội dung của đồ án nên trong đồ án còn nhiều hạn chế cũng như thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến nhận xét của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn . Nha Trang, ngày 30 tháng 12 năm 2010. Sinh viên thực hiện: Đỗ Xuân Lộc 10 Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất chiti n từ phế liệu vỏ tôm theo tiêu chuẩn Nhật Bản 1.1. Tổng quan về chitin. 1.1.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhi ên. Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose và chúng đư ợc tạo ra trung bình 20g trong một năm/m 2 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 th ành 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 là polysaccharide có đ ạm không độc hại, có khối l ượng phân tử lớn. Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử li ên kết với nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Hơn nữa chitin rất hiếm tồn tại ở trạng thái tự do, hầu nh ư luôn luôn liên kết bởi các cầu nối đẳng trị (coralente) với protein, CaCO 3 và các hợp chất hữu cơ khác trong vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ. Trong động vật thuỷ sản, đặc biệt trong vỏ tôm hàm lượng chitin khá cao từ 14÷35% so với trọng lượng khô. Vì vậy, vỏ tôm là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin phục vụ cho sản xuất x ã hội. Việc nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào những năm 1978 đến 1980, trường Đại Học Thủy Sản (nay là trường Đại Học Nha Trang) đã công bố quy trình sản xuất chitin-chitosan nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất. Gần đây, trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin -chitosan cũng như tiềm năng của thị 11 trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học Việt Nam bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin-chitosan đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của nó trong lĩnh vực công nghiệp. 1.1.2. Cấu tạo và tính chất của chitin. 1.1.2.1. Cấu tạo 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 polymer tuyến tính được từ các đơn vị Nacetyl--D-Glucosamin nối với nhau nhờ cầu nối -1-4glucozit - Công thức cấu tạo: CH 2 OH CH 2 OH H H H OH H H OH H HN-COOCH 3 H H HN-COOCH 3 n - Công thức phân tử: [C 8H13O5]n n : thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại nguyên liệu Ví dụ: n= 400 ÷500 ở tôm thẻ n= 700 ÷800 ở tôm hùm n= 500 ÷ 600 ở cua - Phân tử lượng M chitin = (203,09) n phân tử luợng 1.1.2.2. Các tính chất của chitin. - 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 12 của muối thioxianatliti (LiSCN) v à thioxianat canxi [Ca(SCN) 2] tạo thành dung dịch keo. - Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hoá khử như thuốc tím KmnO 4; oxy già H 2O2; nước Jave NaClO hay clorua vôi [CaClO]… - Chitin khó hoà tan trong thu ốc thử Schweizei Sapranora. Điều n ày có thể do nhóm axêtamin (-NHCOCH 3) 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 thu ỷ phân bắt đầu xảy ra ở mối nối glucozit, tiếp theo l à là sự loại bỏ nhóm acetyl (-CO-CH3). (C32H54O21)x + 2(H 2O) = (C28H50O19)x + 2(CH 3-COOH)x - Khi đun nóng chitin trong dung d ịch NaOH đậm đặc chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan. Chitin + nNaOH (đậm đặc) = Chitosan + nCH 3COONa - Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có b ước sóng : 884÷890 m. 1.1.3. Một số ứng dụng của chitin. 1.1.3.1. Trong công nghiệp thực phẩm. Chitin và các dẫn xuất của nó được ứng dụng nhiều trong phụ gia thực phẩm, trong tác nhân bao gói và ch ế biến nước uống. Chitin có thể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn. Các nghiên cứu gần đây cho biết: Các lo ài động vật sẽ phát triển bình thường khi tiêu thụ 10% chitin có trong khẩu phần thức ăn hàng ngày. 1.1.3.2. Trong mỹ phẩm. Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt chống khô da, thuốc l àm mềm da, làm tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa kem thuốc v à da. Do bản chất của chitosan cố định dễ d àng trên biểu bì da bởi nhóm NH 4+ liên kết với nhóm axít trong cấu tạo lớp tế bào sừng hoá của da, sau khi cố định chitosan c òn có nhiều 13 nhóm NH 4+ thừa được gắn với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cực tím, vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem v à da. 1.1.3.3. Trong Y học. Chitin có hàng loạt ứng dụng trong vấn đề chăm sóc sức khoẻ cho con ng ười, như thuốc mỡ làm lành vết thương, thuốc chữa bỏng da.... Chitosan có tác dụng làm tăng quá trình tái tạo mô, tăng liền viết th ương, không gây đôc cho tế bào, màng chitin có tác dụng trong việc chuyển hoá của tế b ào ở điều kiện nghèo dinh dưỡng kéo dài, điều này có lợi cho việc điều trị vết th ương. Chitosan dùng làm chất phụ da rất tốt cho kỹ nghệ b ào chế dược phẩm (keo kết dính viên, tá dược chất tạo màng, tạo nang mềm… ). Chitosan l à chất mang polymer sinh học để gắn thuốc bằng liên kết cơ học hay hoá học nhằm tạo ra thuốc polymer có nhiều tác dụng mới. 1.1.3.4. Trong nông nghiệp. Chitosan được dùng một thành phần chính trong thuốc ph òng trừ nấm dùng làm thuốc kích thích sinh trưởng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả v à các lọai cây cảnh. Chitosan có tách dụng khá lâu dài trên lá và cây, làm tăng độ nảy mầm hạt, tăng việc tạo diệp lục tố trong lá, tăng khả năng đâm rễ, thúc đẩy quá tr ình ra hoa kết quả, làm tăng năng suất cây trồng. 1.1.3.5. Xử lý chất thải và nước thải. Chitosan có khả năng tạo phức với kim loại v ào nhóm amin, nó có thể giữ được nhiều kim loại chuyển tiếp v à những kim loại đứng sau kim loại chuyển tiếp do tạo thành phức chất vòng... nên được sử dụng làm chất keo tụ trong xử lý nước thải công nghiệp. 1.1.3.6. Trong công nghiệp nhẹ. 14 Chitosan là chất phụ gia rất tốt trong xử lý bề mặt giấy, đặc biệt giấy cao cấp như giấy ảnh. Do công thức hoá học của chitosan v à cellulose gần giống nhau, chỉ cần thay thế nhóm –NH2 của Chitosan bằng nhóm –OH của cellulose là có thể từ vỏ tôm& cua có thể trở thành cây, giúp các nhà công nghi ệp giấy có thêm một loại nguyên liệu mới để sản xuất bột giấy. Chitin - chitosan là nguồn nguyên liệu rất quí để sản xuất các sản phẩm rất đa dạng phục vụ sản xuất và đời sống xã hội, vì vậy nghiên cứu thiết kế thành công cụm thiết bị kỹ thuật sản xuất chún g ở qui mô công nghiệp là một nhu cầu cấp thiết trong quá trình công nghi ệp hóa - hiện đại hóa nền kinh tế n ước ta nói chung và công nghiệp chế biến thủy sản nói ri êng. 1.2. Quy trình công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo tiêu chuẩn Nhật Bản. 1.2.1. Tiêu chuẩn chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật. (trích “Công văn về chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật” do công ty trách nhiệm hữu hạn và dịch vụ nhựa Nhật Nhựt Tân tại địa chỉ quận 10 thành phố Hồ Chí Minh gửi cho trường Đại Học Nha Trang ngày 16 tháng 3 năm 2010). + Các tiêu chuẩn phân tích. STT Chỉ tiêu Tiêu chuẩn Phương pháp 01 Độ tro ≤ 1,5% AOAC 923.03 02 Độ ẩm ≤ 10% 03 pH 5÷8 AOAC 973.41,2002 04 Total N 6,0 ± 0,5% AOAC 990.03,2002 + Nước sử dụng: Phải đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5502:2003 và 4 l ần/ năm kiểm tra 12 chỉ tiêu Hg, Cd, CN-, Pb, Cr(6+), Mn, Fe, Mg, d ầu khoán, N-NO2, 15 N-NO3. Để đạt được tiêu chuẩn này và đảm bảo chất lượng, chỉ sử dụng nước giếng và nước công nghiệp. + Quản lý pH: Trong quá trình rửa sau xử lý hóa chất, không trung hòa chitin. Rửa sản phẩm đến khi pH n ước trong vỏ tôm (chitin) đ ược pH ≈ 7,0 với nước rửa để đảm bảo hóa chất và chất dơ bẩn được rửa ra ngoài chitin. + Phơi: Chỉ sử dụng ánh nắng mặt trời hay l ò sấy sử dụng hệ thống trao đổi nhiệt. Không sử dụng than đá và các chất đốt khác để hạn chế chất độc hại dính v ào chitin. + Nguồn nguyên liệu: Để xác định nguồn gốc, phải l àm rõ ràng về xuất xứ nguyên liệu và ngày thu gom nguyên liệu. Nhà máy thủy sản xuất xứ vỏ tôm nên có chứng chỉ HACCP hay ISO22 000:2005. Thời gian vận chuyển và bắt đầu xử lý nguyên liệu phải là trong vòng 6 tiếng. + Môi trường làm việc: Để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, xưởng sản xuất chitin phải phù hợp với các tiêu chuẩn cơ bản về thực phẩm như không có động vật, không phát sinh dòi, không ăn uống, hút thuốc trong xưởng, đạt 5S, không tiếp xúc với các chất khác ngo ài vật liệu được phép sử dụng trong chế biến thực phẩm. 1.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ. + Xử lý sơ bộ (ép & ngâm enzyme): làm sạch sơ bộ bằng cách nhặt loại bỏ các tạp chất (giấy, sạn, cát…vv). Sau đó tiến h ành ép để tách nước và một phần protein. Tiến hành ngâm enzyme, nồng độ sử dụng từ 0,1-0,2% trong thời gian 8 giờ để tiếp tục loại bỏ protein. Sau khi đạt thời gian qui định, tiếp tục ép mẫu. Tất cả lượng dịch ép được tập trung vào bể để thu hồi protein. + Khử khoáng: Ngâm trong HCl ở nhiệt độ 70oC, thời gian từ 3-5 giờ. Trong quá trình khử khoáng cần đảo dung dịch HCl li ên tục để nâng cao hiệu quả xử lý. (Có thể áp dụng khử khoáng bằng HCl ở nhiệt độ thường nhưng thời gian dài hơn). Tùy theo từng loại nguyên liệu mà nồng độ HCl sử dụng trong khoảng từ 4 -6%, 16 phế liệu cua, ghẹ phải dùng nồng độ cao hơn vì lượng khoáng trong nguyên liệu cao. + Rửa trung tính: rửa kết hợp với khuấy đảo, y êu cầu pH của nước rửa cuối phải là pH trung tính. + Khử protein: Tiếp tục khử lượng protein còn lại bằng NaOH loãng (nồng độ 3%), ở nhiệt độ 70oC thời gian 5 - 7 giờ, trong quá trình khử protein cần khuấy đảo để phản ứng diễn ra tốt. + Rửa trung tính: rửa mẫu kết hợp với khuấy đảo, yêu cầu pH của nước rửa cuối phải là pH trung tính. Có thể ly tâm tách nước trước khi đưa qua công đoạn phơi sấy để giảm thời gian phơi sấy. + Phơi sấy: Mẫu chitin có thể được phơi khô bằng nắng trong mùa không mưa, có thể phơi trên sân phơi nhưng sân phơi phải đảm bảo điều kiện vệ sinh theo qui định, trong quá trình phơi cần phải đảo mẫu liên tục. Trong mùa mưa thì phải sử dụng hệ thống sấy với nhiệt cung cấp từ l ò hơi, nhiệt độ quá trình sấy khoảng 60-70oC, không nên quá cao vì s ẽ ảnh hưởng đến màu sắc của chitin thu được. Độ ẩm yêu cầu của chitin thành phẩm yêu cầu thấp, từ 5-6%. + Sàng, phân cỡ, đóng gói: Sàng phân cỡ, đồng thời loại bỏ tạp chất trong mẫu chitin thành phẩm. Ngoài ra, có thể nghiền sản phẩm chitin tr ước khi đóng gói nếu khách hàng yêu cầu. Việc đóng gói để đảm bảo chất l ượng thì nên đóng vào bao nylon trước khi đóng vào bao tải. + Đánh giá chất lượng chitin: chitin sẽ được đánh giá các chỉ tiêu: màu sắc, hàm lượng ẩm, hàm lượng protein, tro, tạp chất. + Thu hồi protein: Dịch thủy phân protein ở các b ước xử lý enzym và xút loãng được tập trung vào một bể và tiến hành thu hồi protein bằng phương pháp kết hợp: phương pháp điểm đẳng điện kết hợp keo tụ. Sau đó protein kết tủa đ ược phân riêng dùng thiết bị ly tâm hoặc thiết bị lọ c ép. Thời gian xử lý thu hồi protein khoảng 2 giờ, phụ thuộc nhiều v ào thiết bị phân riêng sử dụng. Protein thu hồi đ ược 17 phân tích các chỉ tiêu chất lượng như: hàm lượng protein, hàm lượng tro, hàm lượng lipid, hàm lượng chitin, hàm lượng astaxanthin…vv. Protein sau khi thu hồi có thể sử dụng bổ sung vào thức ăn thủy sản hoặc làm phân hữu cơ. Phần nước sau khi tách protein được đưa vào bể trung hòa. + Xử lý nước thải: Nước thải được xử lý theo phương pháp truyền thống như lắng gạn, kỵ khí, hiếu khí, tiệt trùng. Để nâng cao hiệu quả xử lý, cần kết hợp xử lý bằng ôzôn. + Xử lý khí: Công nghệ được thực hiện trong hệ thống kín với bộ xử lý hơi bằng than hoạt tính và hệ thống dung dịch hóa chất nên sẽ đảm bảo hệ thống làm việc tốt, không gây ô nhiễm môi trường không khí và nước cho vùng sản xuất. - Đối với khí trong các quá tr ình ngâm axit và rửa axit thì được sục qua dung dịch NaOH loãng để trung hòa sau đó mới thoát ra môi trường qua lớp than hoạt tính. - Ngược lại, đối với khí trong các quá tr ình ngâm kiềm và rửa kiềm thì được sục qua dung dịch HCl lo ãng để trung hòa sau đó mới thoát ra môi trường qua lớp than hoạt tính. Chú ý: - Việc áp dụng khâu ép, xử lý enzym l à rất quan trọng vì sẽ giảm lượng hóa chất sử dụng, hạn chế ô nhiễm môi tr ường. Quá trình xử lý không ảnh hưởng xấu đến chất lượng protein. Việc thu hồi protein sẽ l àm tăng hiệu quả sản xuất và giúp giảm ô nhiễm môi trường, nước thải của quá trình sản xuất. - Trong công nghệ sản xuất cần phải áp dụng máy móc thiết bị v ào sản xuất: thiết bị ép, khuấy đảo, nâng nhiệt (lò hơi và hệ thống truyền nhiệt, nồi nấu), bể phản ứng được khuấy đảo bằng bơm, hệ thống vận chuyển bằng băng tải, thiết bị sấy, hệ thống thiết bị thu hồi protein, thiết bị phân ri êng protein (lọc hoặc ly tâm), trang thiết bị của hệ thống xử lý nước thải. Vì môi trường xử lý tách chiết chitin và có sử dụng axít và kiềm ở nhiệt độ khá cao n ên thiết bị phải được chế tạo từ vật liệu 18 có độ bền axít, kiềm và nhiệt. - Việc khuấy đảo đóng vai tr ò quan trọng trong chất lượng của sản phẩm cuối cùng, cần khuấy đảo sao cho nguy ên liệu tiếp xúc tốt nhất với hoá chất xử lý. Việc nâng nhiệt được yêu cầu sử dụng trong khâu n ày để giảm thời gian xử lý. Tuy nhi ên ở nhiệt độ quá cao sẽ gây ra quá tr ình cắt mạch polysaccharid của chitin. - Quá trình rửa cần được đặc biệt chú ý vì nếu rửa không đạt yêu cầu, một lượng axít và xút còn lại sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả quá tr ình xử lý sau và chất lượng của chitin thành phẩm. Bước ly tâm tách nước sau khi rửa là cần thiết để loại nước, thuận lợi cho quá trình làm khô sản phẩm. 1.2.3. Sơ đồ công nghệ. 19 Phân loại, làm sạch sơ bộ Ép Vỏ tôm Bột Protein Thu hồi Protein Nước thải Khử khoáng (HCl - 700 C) Bể chứa Nước thải Rửa trung tính Bể chứa Nước thải Ngâm Enzyme Trung hòa Ép Bể xử lý khí Xử lý kỵ khí Xử lý hiếu khí Khử Protein (NaOH - 700C) Bể chứa Nước thải Tiệt trùng Thu hồi Protein Rửa trung tính Bể chứa Nước thải Bể chứa Phơi, sấy Sàng, phân cỡ, đóng gói Chitin thành phẩm Thải ra môi trường (Đạt TC loạiB) 20 1.2.4. Phân tích quy trình kỹ thuật. Qua các tiêu chuẩn, cơ sở lý thuyết và sơ đồ quy trình công nghệ đã trình bày ở trên về quá trình sản xuất chitin theo tiêu chuẩn Nhật Bản ta có thể khái quát các công đoạn phải xử lý trong quá tr ình sản xuất như sau: Nguyên liệu Ép khô, cắt Bể chứa A Ngâm đảo trong HCl Xử lý khí HCl Bể nước thải Rửa trung tính Bể chứa B Ngâm đảo trong NaOH Xử lý khí NaOH Bể nước thải Rửa trung tính Sấy khô Sản phẩm Hình 1-1. Sơ đồ sản xuất chitin theo tiêu chuẩn Nhật Bản. a, Quá trình ép cắt và rửa sơ bộ: - Nguyên liệu (vỏ tôm) được làm sạch và rửa sơ bộ trước khi đưa vào hệ thống làm việc, vì lúc đầu nguyên liệu (vỏ tôm) còn nhiều tạp chất. Nếu giai đoạn n ày được làm tốt cùng với nguyên liệu tươi thì chất lượng chitin- chitosan sẽ tốt và tiết kiệm chi phí hóa chất ở các công đoạn sau. 21 - Đây được coi là bước tiền xử lý để loại bỏ tạp chất, protein, v à nước, đồng thời làm giảm kích thước nguyên liệu. Hơn nữa, bước ép uớt sẽ loại bỏ tạp chất v à nước trong nguyên liệu làm cho quá trình xử lý tiếp theo được hiệu quả hơn. - Tuy nhiên, việc cắt nguyên liệu không được quá nhỏ vì sẽ gây khó khăn cho quá trình ngâm, đảo, rửa tiếp theo. Quá trình này được thực hiện ở một thiết bị riêng trước khi đưa trực tiếp vào thùng làm việc chính (thùng ngâm, đảo, rửa) để thực hiện các công đoạn ngâm, đảo, rửa. b, Quá trình ngâm, đảo, rửa: + Ngâm đảo: Trong quy trình sản xuất chitin thì ta có hai công đoạn rất quan trọng, đó là ngâm axít (HCl) và ngâm kiềm (NaOH) . Để rút ngắn thời gian trao đổi chất của nguyên liệu với dung dịch cần phải : - Giữ nhiệt độ dung dịch nguy ên liệu ổn định trong suốt quá trình ngâm: Đối với quá trình ngâm kiềm là 700C và quá trình ngâm axit là 60 0C. - Đảo nguyên liệu theo một tốc độ nào đó. + Rửa trung tính: - Đây là giai đoạn trung gian giữa các công đoạn trong quy tr ình sản xuất, để cho các công đoạn tiếp theo không còn lẫn dung dịch của công đoạn tr ước. - Để rửa trung tính ta chú ý chỉ đ ược sử dụng nước mà không được sử dụng bất cứ thêm hóa chất nào để làm trung tính. (Ví dụ: Trung tính trong quá trình r ửa kiềm bằng axit và ngược lại rửa trung tính quá trình axit bằng kiềm). c, Quá trình phơi sấy: - Đây là công đoạn cuối cùng của quy trình sản xuất chitin để đạt độ khô theo yêu cầu. - Sau khi thực hiện xong các công đoạn ngâm đảo rửa th ì nguyên liệu được lấy ra đem phơi dưới ánh nắng mặt trời để đạt đ ộ ẩm theo yêu cầu. Ưu điểm của 22 phương pháp này là không t ốn kém nhiên liệu và không hại cho người sản xuất cũng như người sử dụng. - Tuy nhiên, vào những ngày mưa và không nắng thì ta không thể sử dụng được phương pháp trên do đó cần trang bị thêm hệ thống sấy dự trữ để rút ngắn thời gian cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm. d, Các quá trình xử lý khác. Trong quá trình sản xuất chitin thì lượng khí và lượng nước thải ra môi trường rất lớn làm ô nhiễm nguồn nước và phá hủy tầng ôzôn do đó ta cần có hai quá trình: - Quá trình xử lý khí. - Quá trình xử lý nước thải. 23 Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị 2.1. Yêu cầu kỹ thuật thiết bị. Trong quá trình làm việc thiết bị phải thực hiện một số chức năng khác nhau trong những điều kiện khác nhau. Do đó, yêu cầu kỹ thuật chung của chúng l à phải thích hợp với mỗi điều kiện nhất định cho năng suất cao v à an toàn khi thực hiện. Khi thiết kế sơ đồ thiết bị cần phải chú ý đến các y êu cầu chung của thiết bị là: - Do máy làm việc ở các môi trường kiềm, axit và nhiệt độ tương đối cao nên vật liệu chế tạo thiết bị phải ph ù hợp như: tính chống gỉ, chịu nhiệt… - Thiết bị cần có khả năng thực hiện qui trình công nghệ sản xuất Chitin theo tiêu chuẩn Nhật Bản với các khả năng điều chỉnh các thông số kỹ thuật cơ bản phù hợp: Nhiệt độ, thời gian thực hiện các công đọan công nghệ, nồng độ các hóa chất sử dụng ( kiềm NaOH hay axit HCl...). - Vật liệu chế tạo thiết bị phải chịu đ ược axít HCl 12% và kiềm 50 % ở các nhiệt độ < 80 0C phù hợp với các qui trình công nghệ hiện hành . - Thiết bị phải có hệ thống đ ưa dung dịch vào và dung dịch đó phải đảm bảo đúng tỷ lệ yêu cầu, đồng thời phải có hệ t hống xả hết và chứa nước thải. - An toàn cho người vận hành sản xuất. - Khi thực hiện quy trình sản xuất chitin có những công đoạn làm việc ở nhiệt độ cao do đó thiết bị phải có hệ thống đảm bảo nhiệt độ đúng y êu cầu. - Việc cung cấp nguyên liệu và thu sản phẩm, dung dịch cần đ ơn giản và phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn lao động hiện hành . - Trong quá trình ngâm đảo, nguyên liệu phải chuyển động theo y êu cầu đồng đều nhau và liên tục để các phản ứng tách và khử sẽ xảy ra nhanh nhất và tốt nhất. 24 - Thiết bị phải thực hiện tốt chức năng sấy khô để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh đạt các yêu cầu chất lượng qui định. - Thiết bị có kết cấu và công nghệ chế tạo phù hợp với khả năng gia công trong nước và sử dụng tối đa các chi tiết v à thiết bị tiêu chuẩn có bán trên thị trường trong nước. 2.2. Chọn phương án thiết kế mô hình. 2.2.1. Các phương án hiện hành. 2.2.1.1. Tổng quan về thiết bị sản xuất trên thế giới. Trong quá trình sản xuất Chitin thì chưa sử dụng đồng nhất trên một loại thiết bị, mà ở mỗi khâu (công đoạn) đ ược thực hiện trên một loại thiết bị khác nhau nh ư: vỏ tôm từ phế liệu phải qua máy ép rồi tới ngâm axit, bazơ đảo,…ví dụ đối với khâu ngâm đảo kiềm thì được thực hiện ở máy ngâm đảo (loại máy n ày chỉ có một chức năng duy nhất là khuấy trộn để thực hiện các phản ứng đ ược nhanh hơn, đồng đều hơn), khi kết thúc công đoạn này thì phải đưa nguyên liệu ra và đưa vào một thiết bị khác để sấy. Các thiết bị này làm việc độc lập nhau, chế độ l àm việc, kết cấu của thiết bị phụ thuộc yêu cầu của mỗi khâu. Mặc d ù quá trình sản xuất Chitin đã được cơ giới hoá, nhưng do trong một quy trình sản xuất còn có sự riêng biệt của các công đoạn (nguyên lý sản xuất dựa trên dây chuyền của các thiết bị), chắc chắn sẽ ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng của sản phẩm. Việc chế tạo các thiết bị sản xuất theo các khâu riêng biệt thì thiết bị sẽ có kết cấu đơn giản, vật liệu chế tạo chỉ cần thoả mãn chống acid hoặc kiềm. 2.2.1.2. Tổng quan về thiết bị sản xuất ở Việt Nam. Quá trình sản xuất Chitin ở Việt Nam còn rất thủ công, các khâu chủ yếu đ ược thực hiện bằng tay là chính. Việc sản xuất chủ yếu thực hiện theo các công đoạn riêng biệt, mỗi công đoạn một thiết bị khác nhau. Ở một số nơi khâu ngâm đảo được thực hiện ở trong bể và dùng cánh dạng mái chèo khuấy bằng tay, sau quá trình ngâm đảo thì sử dụng ánh nắng mặt trời để phơi khô mà không cần ly tâm và sấy. 25 Như vậy, sản xuất phụ thuộc r ất lớn vào điều kiện thời tiết, kinh nghiệm cũng nh ư tay nghề của công nhân. Nếu sử dụng phương pháp này thì thời gian phụ mất nhiều, cần một số công nhân để điều khiển việc vận chuyển nguy ên liệu giữa các công đoạn. Vì vậy, vấn đề đặt ra là rút ngắn thời gian phụ và sản xuất theo một quy tr ình khép kín, cần phải thiết kế ra một thiết bị thực hiện tất cả các công đoạn của quy tr ình sản xuất chitin nêu trên. Áp dụng cơ khí hóa vào sản xuất là hướng quan tâm lớn của các nh à quản lý. Thiết bị chiết xuất Chitin ra đời đã góp phần tạo điều kiện phát triển một ng ành nghề mới không tác động xấu đến môi tr ường, không chịu tác động của môi tr ường, cải thiện điều kiện làm việc của người lao động, mang lại lợi ích to lớn về mặt kinh tế và xã hội. Đặc biệt là thiết bị sản xuất ra phải có tác dụng bảo vệ môi tr ường sản xuất. 2.2.2. Chọn phương án thiết kế. 2.2.2.1. Phân tích mô hình thiết bị sản xuất chitin hiện có tại bộ môn Chế tạo máy trường Đại Học Nha Trang. a, Vẽ mô hình. Hình 2-1. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị
- Xem thêm -