Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Công nghệ Sinh học Cơng nghệ Thực phẩm Bộ mơn Q trình thiết bị CNSH – CNTP ĐỒ ÁN I – Q trình thiết bị CNTP Tìm hiểu cơng nghệ tính tốn thiết bị chưng cất tinh dầu sả với suất 2,5 lít/h Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Ngọc Cương Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Kiều Trang MSSV: 20201245 Lớp: Kỹ thuật thực phẩm 01 – K65 Hà Nội, tháng năm 2023 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Khái niệm tinh dầu - Tính chất vật lý thành phần hoá học tinh dầu 2.1 Tính chất vật lý tinh dầu 2.2 Thành phần hoá học tinh dầu - Phương pháp sản xuất tinh dầu 3.1 Phương pháp chưng cất 3.1.1 Nguyên tắc phương pháp 3.1.2 Cơ sở lý thuyết 3.1.3 Phân loại 10 3.1.4 Ưu – nhược điểm 12 3.2 Phương pháp học 13 3.3 Phương pháp trích ly 13 - Giới thiệu sả, tinh dầu sả 13 4.1 Giới thiệu Sả 13 4.2 Phân bố thu hái 13 4.3 Tác dụng sinh học công dụng 14 - Tổng quan phương pháp chưng cất tinh dầu sả 15 5.1 Nguyên tắc phương pháp 15 5.2 Cơ sở lý thuyết 15 5.3 Phân loại 16 PHẦN 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT 17 - Quy trình chưng cất tinh dầu sả 17 - Thuyết minh quy trình 17 2.1 Nguyên liệu 17 2.2 Xử lý nguyên liệu 17 2.2.1 Chưng cất 18 2.2.2 Ngưng tụ 18 SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương 2.2.3 Phân ly 18 PHẦN 3: TÍNH TỐN VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT 20 - Cân vật chất lượng 20 - Lượng nước cần thiết để bay 20 - Nhiệt độ chưng cất 22 - Nhiệt lượng cung cấp cho nồi chưng 22 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 28 - Thiết bị chưng cất 28 1.1 Thể tích thân thiết bị chưng cất 28 1.2 Giỏ chứa nguyên liệu 28 1.3 Độ bền nồi chưng cất 29 - Nồi 30 - Thiết bị ngưng tụ 31 3.1 Các thông số biết 31 3.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt 32 3.2.1 Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn ngưng tụ 33 3.2.2 Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn làm lạnh 34 3.2.3 Bề mặt truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ 34 - Thiết bị phân ly 35 LỜI KẾT 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương LỜI MỞ ĐẦU Từ lâu người biết đến tinh dầu ví nhựa sống, tinh hoa cây, mang đầy đủ phẩm chất quý thiên nhiên ban tặng cho loại Chính người sử dụng tinh dầu để phục vụ đời sống, dùng chế biến ăn, dùng để đuổi trùng, chữa bệnh, làm đẹp Tuy nhiên, chưa biết cách thu hồi sử dụng tinh dầu nên chưa khai thác hết tiềm loại tinh dầu Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, người biết cách thu nhận tinh dầu phục vụ cho nhiều lĩnh vực đời sống Tinh dầu sả - loại tinh dầu phổ biến, có giá trị kinh tế cao nhiều người ưa chuộng Với tác dụng thiết thực dưỡng tóc khỏe, xua đuổi muỗi gián trùng, xoa bóp, kháng khuẩn làm lành vết thường da, điều trị cảm cúm, giúp giảm cân hay làm gia vị Ngoài ra, tinh dầu sả cịn có tác dụng đặc biệt như: ngăn ngừa ung thư, giúp ích hệ tiêu hóa, điều trị rối loạn kinh nguyệt, chống trầm cảm có lợi cho hệ thần kinh Bằng phương pháp truyền thống tinh dầu sả trở thành người bạn thân thiết đồ thường dùng nhiều gia đình Với nhu cầu sử dụng tinh dầu lớn cộng thêm lợi diện tích trồng sả nước ta lớn với hy vọng tìm hiểu quy trình sản xuất tinh dầu sả hiệu quả, đưa quy trình áp dụng vào thực tế mang lại lợi nhuận chất lượng tinh dầu cao, em TS Lê Ngọc Cương giao cho đề tài: “Tính tốn thiết kế thiết bị chưng cất tinh dầu sả suất 2,5 lít/h” để trình bày đồ án Nội dung bao gồm phần sau: Phần 1: Cơ sở lý thuyết Phần 2: Quy trình sản xuất Phần 3: Tính tốn cân vật chất Phần 4: Tính tốn thiết kế thiết bị hệ thống Em xin gửi lời cảm ơn TS Lê Ngọc Cương tận tình hướng dẫn giải đáp thắc mắc cho em trình làm việc Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình tính tốn, thiết kế Em mong nhận góp ý thầy để em bổ sung, hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Khái niệm tinh dầu Tinh dầu hỗn hợp phức tạp bao gồm hầu hết loại hợp chất hữu thuộc loại mạch thẳng, mạch vòng Những mạch lại chia thành hợp chất có chứa hydro tecpen, dẫn xuất tecpen, hợp chất thơm dẫn xuất benzene… Những cấu tử tinh dầu ta thường gặp hydrocacbon, alcol, keton, aldehyde, ether ester… Khái niệm tinh dầu để chất lỏng không tan nước chứa hợp chất hữu tan lẫn vào nhau, dễ bay có mùi thơm đặc trưng Ngồi cịn hiểu tinh dầu hỗn hợp khác chất bốc nguồn gốc thực vật (rất có nguồn gốc động vật), chất thường có mùi thơm có cấu tạo, tính chất, điểm chảy, điểm sơi, độ tan nước hay dung môi khác - Tính chất vật lý thành phần hố học tinh dầu 2.1 Tính chất vật lý tinh dầu - Tinh dầu thường tồn dạng thể lỏng nhiệt độ thường, trừ số thành phần thể rắn Menthol, borneol, camphor, vanilin, heliotropin - Màu sắc: thường không màu vàng nhạt Trong q trình bảo quản tượng oxy hóa, màu sẫm lại Một số có màu đặc biệt: Các hợp chất azulen có màu xanh lục - Mùi: đặc biệt, đa số có mùi thơm, số có mùi hắc, khó chịu tinh dầu giun (cịn gọi kinh giới đất, rau muối dại, ) - Vị: cay (một số có vị ngọt: Tinh dầu quế, hồi,…) - Bay nhiệt độ thường - Tỉ trọng: đa số thấp so với nước, số lớn như: quế, đinh hương, hương nhu Tỷ lệ thành phần (aldehyd cinnamic, eugenol) định tỷ trọng tinh dầu Nếu hàm lượng thành phần thấp, tinh dầu nhẹ nước - Độ tan: Không tan, hay tan nước, làm nước có mùi thơm Tan alcol dung môi hữu khác - Độ sôi: Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, dùng phương pháp cắt phân đoạn để tách riêng thành phần tinh dầu Nhiệt độ sôi thường 200℃ SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị - GVHD: TS Lê Ngọc Cương Chỉ số khúc xạ tinh dầu cao, từ 1.4500 – 1.5600 - Rất dễ oxy hóa, oxy hóa thường xảy với trùng hiệp hóa, tinh dầu chuyển thành chất nhựa Một số thành phần tinh dầu cho phản ứng đặc hiệu nhóm chức, tạo thành sản phẩm kết tinh hay cho màu, dựa vào đặc tính để định tính định lượng thành phần tinh dầu 2.2 Thành phần hoá học tinh dầu Tinh dầu loại chất lỏng tinh chế (thông thường cách chưng cất nước) từ cây, thân cây, hoa, vỏ cây, rễ cây, thành phần khác thực vật Hidro cacbon có chứa tinh dầu chủ yếu dạng tecpen, thành phần tinh dầu số loại (cam, chanh,…) số loại (sả, bạc hà…) Tecpen hợp chất mạch thẳng mạch vòng, có cơng thức tổng qt (C10H16)n hợp chất có chứa oxy tecpen rượu, xeton, andehyt Với n = ta có hợp chất monotecpen Với n = 1,5 ta có hợp chất secquytecpen Với n = ta có hợp chất ditecpen Với n = ta có hợp chất tritecpen a Monotecpen Monotecpen thẳng: Mirxen, Linalol, Xitral hợp chất có chứa tinh dầu Monotecpen mạch vịng: Limonene, nhóm menton, pinen camphen chất có chứa loại chứa nhiều tinh dầu b Secquytecpen - Secquytecpen mạch thẳng: facnezol - Neronidol coi chất cố định mùi thơm quý - Xantonin dùng Cơng nghệ Thực phẩm c Ditecpen SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương Có nhiều nhựa axit nhựa, ditecpen có nhiệt độ bay cao, khơng bị bay với nước d Tritecpen Hợp chất phổ biến có nhiều tinh dầu loại thực vật, tự nhiên tồn dạng este, gluxit trạng thái tự e Phenol Các chất khử trùng hầu hết hóa chất có thực vật Tuy nhiên, liều lượng lớn chất độc cho hệ thần kinh gây kích ứng da tiện nghi tiêu hóa cho người nhạy cảm f Một số chất khác Rượu: nhiều rượu có mặt loại tinh dầu Cao chất sát trùng, kháng khuẩn, chống nấm rượu thuốc kháng sinh, thuốc bổ tốt cho hệ thần kinh kích thích phản ứng miễn dịch thể Xeton: thuốc chống đông máu Xeton thư giãn chữa làng mơ sẹo, hệ thống miễn dịch hệ thống hô hấp thể Tuy nhiên có hại cho hệ thần kinh dẫn đến sẩy thai, co giật bệnh động kinh Ete/este: Chống co thắt, kháng khuẩn chống viêm, ete nhẹ nhàng da giúp đỡ việc tái cân hệ thần kinh có hiệu Aldehyt: chống viêm Coumarin: chống đơng, coumarin thuốc an thần có tác dụng thư giãn * Các tiêu đánh giá chất lượng tinh dầu Muốn đánh giá phẩm chất tinh dầu dựa vào số lý hóa sau Chỉ số lý học: a Màu sắc, trạng thái - Màu sắc: không màu, vàng nhạt, vàng thẫm, đỏ sẫm, đen - Trạng thái: suốt, đục, đục, đục b Tỷ trọng - Đối với loại tinh dầu tỷ trọng tiêu đặc trưng - Tinh dầu có tỷ trọng nhỏ 1: sả, bạc hà, thảo - Tinh dầu có tỷ trọng lớn 1: quế, hương SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương - Tinh dầu vừa nặng vừa nhẹ nước: hương nhu c Năng suất quay cực Phần lớn tinh dầu có tính quay cực, nhờ vào tiêu người ta phát pha trộn tinh dầu d Độ hòa tan Độ hòa tan etanol: phần lớn tinh dầu tan nước dễ tan etanol dung môi khác Thường thường tinh dầu có nhiều hợp chất chứa oxy dễ tan etanol tinh dầu có nhiều tecpen, Sesquiterpen có oxy lại khó tan Tinh dầu để lâu bị nhựa hóa khó hịa tan hơn, trừ số loại đặc biệt tinh dầu hồi bị nhựa hóa lại dễ hịa tan Độ hịa tan dung mơi khác: ngồi etanol tinh dầu cịn tan dung môi hữu khác ete, etylic, chloroform, benzene,… e Độ đông đặc Khi xác định độ đông đặc, tinh dầu bị lạnh đông kết lại, phát nhiệt kết tinh, lúc nhiệt độ lên cao nhanh chóng, đến trị số định dừng lại bắt đầu hạ xuống giữ ngun suốt q trình đơng đặc gọi nhiệt độ đông đặc Khi hàm lượng chất kết tinh tinh dầu tăng lên độ đơng đặc lên đến giới hạn lớn số vật lý để phán đoán hàm lượng thành phần kết tinh tinh dầu f Độ sơi Tinh dầu có thành phần phức tạp nên khơng thể coi chất có độ sơi định mà người ta thường nói đến độ sơi phần tinh dầu - Phương pháp sản xuất tinh dầu 3.1 Phương pháp chưng cất 3.1.1 Nguyên tắc phương pháp Phương pháp dựa khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan lôi theo nước hợp chất hữu tinh dầu chứa mô thực vật (hoa, lá, vỏ quả, hạt, thân, cành, rễ, ) tiếp xúc với nước nhiệt độ cao SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245 Đồ án I – Quá trình thiết bị GVHD: TS Lê Ngọc Cương Đặc biệt nhiệt độ sôi hỗn hợp cấu tử khơng hịa tan với giảm so với nhiệt độ sôi cấu tử giúp phương pháp chưng cất dễ 3.1.2 Cơ sở lý thuyết a Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan Ngay nguyên liệu làm vỡ vụn đưa vào chưng cất có số mơ chứa tinh dầu bị vỡ cho tinh dầu thoát tự ngồi theo nước lơi Phần lớn tinh dầu cịn lại mơ thực vật tiến dần bề mặt nguyên liệu hịa tan thẩm thấu Ta mơ tả q trình sau: “Ở nhiệt độ nước sơi, phần tinh dầu hịa tan vào nước có sẵn tế bào thực vật Dung dịch chứa tinh dầu thẩm thấu dần bề mặt nguyên liệu bị nước lôi Còn nước vào nguyên liệu theo chiều ngược lại tinh dầu lại tiếp tục hòa tan vào lượng nước Quy trình lặp lặp lại tinh dầu mơ ngồi hết” Sự khuếch tán, hòa tan, thẩm thấu dễ dàng tế bào chứa tinh dầu trương phồng nguyên liệu tiếp xúc với nước bão hòa Như vậy, diện nước cần thiết, trường hợp chưng cất sử dụng nước nhiệt, ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Nhưng lượng nước sử dụng thừa khơng có lợi, trường hợp tinh dầu có chứa cấu phần tan dễ nước Ngồi ra, nguyên liệu làm vỡ vụn nhiều tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có độ xốp định để nước xuyên ngang lớp đồng dễ dàng b Chưng cất – Sự lôi theo nước Chưng cất hiểu đơn giản q trình biển đổi cấu tử hay hỗn hợp nhiều cấu tử thể lỏng thành thể sau ngưng tụ trở lại thành thể lỏng Sau trình đó, thành phần, hàm lượng cấu tử thu biến đổi so với hỗn hợp đầu Đồng thời ta tách cấu tử cần thiết khỏi hỗn hợp đầu Nước có nhiệt độ sơi 100°C, tinh dầu có nhiệt độ sơi thường khoảng 200°C Nhưng ta lơi tinh dầu theo nước Đó nhờ đặc tính giảm nhiệt độ sơi hỗn hợp chất lỏng khơng hịa tan vào Nhiệt độ sôi hỗn hợp cấu tử khơng hịa tan vào dù tỉ lệ thấp nhiệt độ sôi SVTH: Phạm Thị Kiều Trang - 20201245
Ngày đăng: 20/09/2023, 15:17
Xem thêm:
