Công nghệ chế biến dầu thực vật Đề tài quá trình trích ly thu nhận dầu thực vật

Quá trình hòa toan dầu vào dung môi diễn ra cho đến khi đạt sự cân bằng nồng độ mixen ở lớp bên trong và lớp bề mặt ngoài của nguyên liệu.. Sự khuếch tán sẽ giúp cho quá trình chiết rút

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU THỰC VẬT

Đề tài: QUÁ TRÌNH TRÍCH LY THU NHẬN DẦU THỰC VẬT

GVHD: TRẦN CHÍ HẢI

SVTH:

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2023

LỜI MỞ ĐẦU

Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Công Thương TP Hồ Chí Minh đã đưa môn học “Công nghệ sản xuất dầu thực vật” vào chương trình giảng dạy

Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn giảng viên bộ môn - Thầy Trần Chí Hải

đã giảng dạy tận tình, chi tiết để chúng em có đủ kiến thức và vận dụng chúng vào bài tiểu luận này Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài cũng như những hạn chế về kiến thức, trong bài tiểu luận chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy để bài tiểu luận của chúng em được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng, chúng em xin kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe, thành công và hạnh phúc.

MỤC LỤCY

MỤC

1 BẢN CHẤT HÓA LÝ CỦA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY 3

1.1 Bản chất của quá trình trích ly 3

1.2 Phân loại 3

1.3 Bản chất hóa lý 3

1.4 Các biến đổi của nguyên liệu 3

2 DUNG MÔI TRÍCH LY 5

2.1 Yêu cầu của dung môi 5

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kết dầu trong trích ly 5

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHIỆP 6

3.1 Trích ly gián đoạn ( ngâm chiết ): 6

3.2 Trích ly liên tục 6

4 CÔNG NGHỆ TRÍCH LY DẦU 7

4.1 Công nghệ trích ly dầu 7

4.2 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ trích ly dầu 10

5 CÁC LOẠI THIẾT BỊ TRÍCH LY 10

5.1 Thiết bị loại băng tải 10

5.2 Thiết bị thùng quay kiểu buồng: 10

5.3 Thiết bị trích ly ngâm chiết (Percolation extractor) 11

5.4 Thiết bị trích ly kiểu nhúng (Immersion extractors) 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

BÀI BÁO KHOA HỌC 14

1 BẢN CHẤT HÓA LÝ CỦA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY

1.1 Bản chất của quá trình trích ly

Là quá trình tách cấu tử hòa tan ra khỏi hỗn hợp nhờ dung môi hòa tan Dung môi hòa tan phải chọn lọc sao cho và hòa tan tối đa với chất cần trích ly

1.2 Phân loại

-Trích ly lỏng - lỏng: Là sử dụng dung môi ở thể lỏng trích ly cấu tử hòa tan trong pha lỏng

- Trích ly rắn - lỏng: Sử dụng dung môi lỏng để trích ly cấu tử hào tan trong pha rắn

1.3 Bản chất hóa lý

Chuyển dầu từ trong nguyên liệu vào dung môi được thực hiện bằng cách khuyếch tán phân tử

Dung dịch dung môi hòa tan dầu được gọi là mixen

Quá trình hòa toan dầu vào dung môi diễn ra cho đến khi đạt sự cân bằng nồng độ mixen ở lớp bên trong và lớp bề mặt ngoài của nguyên liệu

Lúc đầu, dung môi chỉ hòa tan được lớp dầu thấm bên ngoài tế bào bị phá vỡ cấu trúc

do cán, chưng sấy Sau đó mới thấm sâu vào các thành tế bào chưa bị phá vỡ và hòa tan dầu trong các lớp đó

Độ hòa tan của các chất phụ thuộc vào lực tương tác giữa các phân tử dung môi và chất tan.Cường độ lực tương tác này do độ thấm điện giữa các dung môi và chất hòa tan

Độ thấm điện môi của các loại dầu thực vật từ 3-3.2 tùy từng loại dung môi

Độ thẩm điện của một số dung môi như sau (ở 20oC): xăng: 2; hexan: 1,8; benzen: 2,2; dicloetan: 10,36 (25oC); acetone: 21,5

1.4 Các biến đổi của nguyên liệu

- Hóa lý: biến đổi hóa lý được xem là nhóm biến đổi quan trọng nhất trong quá trình trích ly Đó là sự hòa tan của các cấu tử từ nguyên liệu ( pha rắn) vào dung môi ( pha lỏng) Cần lưu ý là tùy theo tính chọn lọc dung môi mà thành phần và hàm lượng các cấu

tử hòa tan thu được trong dịch trích sẽ thay đổi Thông thường, cùng với các cấu tử cần thu nhận, dịch trích còn chứa một số cấu sử hòa tan khác Các nhà sản xuất cần phải loại

bỏ các tạp chất hòa tan và không tan ra khỏi dịch trích ở các công đoạn xử lý tiếp theo trong quy trình sản xuất Ví dụ như trong quá trình trích ly để sản xuất dầu béo từ đậu nành , sử dụng dung môi là hexane, cấu tử cần thu nhận là triglyceride Tuy nhiên, trong dịch trích luôn bị lẫn một số tạp chất hòa tan khác như các acid béo tự do, phospholipide…

Trong quá trình trích ly có thể xảy ra những biến đổi về khác như sự bay hơi, sự kết tủa,… Ví dụ như trong sản xuất cà phê hòa tan, quá trình trích ly có thể làm tổn thất một

số cấu tử hương có thể hòa tan, quá trình trích ly có thể làm tổn thất một số cấu tử hương

có trong nguyên liệu Điều này làm ảnh hưởng không tốt đến mùi của bột cà phê hòa tan Hoặc như trong sản xuất đường saccharose, một số hợp chất keo có thể bị kết tủa trong quá trình trích ly Biến đổi này góp phần làm sạch dịch trích và giúp cho quá trình kết tinh saccharose sau đó sẽ diễn ra dễ dàng hơn

- Vật lý: sự khuếch tán là biến đổi vật lý quan trọng trong quá trình trích ly Các phân tử chất tan sẽ dịch chuyển từ tâm của nguyên liệu đến vùng bề mặt và dịch chuyển

từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi Các phân tử dung môi sẽ khuếch tán từ vùng bên ngoài nguyên liệu vào bên trong cấu trúc các mao dẫn của nguyên liệu Sự khuếch tán sẽ giúp cho quá trình chiết rút các cấu tử cần trích lý từ nguyên liệu vào dung môi xảy

ra nhanh và triệt để hơn Động lực của sự khuếch tán là do chênh lệch nồng độ

- Hóa học và sinh học: khi sử dụng dung môi là nước và thực hiện quá trình trích ly

ở nhiệt độ phòng thì một số biến đổi hóa sinh và sinh học có thể xảy ra Các enzyme trong nguyên liệu sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa những cơ chất có nguồn gốc từ nguyên liệu Hệ vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ phát triển Tuy nhiên, nếu chúng ta thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao Ví dụ như trong quá trình trích ly triglyceride từ đậu nành, nếu sử dụng nhiệt độ cao dễ làm cho chất béo bị oxy hóa Hiện tượng này làm cho dịch trích chứa nhiều tạp chất và gây khó khăn cho quá trình tinh sạch tiếp theo

- Hóa sinh và sinh học: Khi sử dụng dung môi là nước và thực hiện quá trình trích

ly ở nhiệt độ phòng thì một số biến đổi hóa sinh và sinh học có thể xảy ra Các enzyme trong nguyên liệu sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa những cơ chất có nguồn gốc từ nguyên liệu Hệ vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ phát triển Tuy nhiên, nếu chúng ta thực hiên quá trình trích ly ở nhiệt độ cao thì các biến đổi hóa sinh và sinh học xảy ra không đáng kể Tóm lại, trong quá trình trích ly có thể xảy ra nhiều biến đổi khác nhau Tùy thuộc vào phương pháp trích ly và các thông số công nghệ mà mức độ biến đối sẽ thay đổi Các nhà sản xuất cần lựa chọn phương pháp thực hiện và những thông số công nghệ phù hợp để tăng cường các biến đổi có lợi và hạn chế các biến đổi có hại xảy ra làm ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của sản phẩm

2 DUNG MÔI TRÍCH LY

2.1 Yêu cầu của dung môi

Độ hòa tan vào nhau của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi, hai chất lỏng có hằng số điện môi càng gần nhau thì khả năng tan lẫn vào nhau càng lớn Dầu

có hằng số điện môi khoảng 3÷3,2 các dung môi hữu cơ có hằng số điện môi khoảng 2÷10, do đó có thể dùng các dung môi hữu cơ để hòa tan dầu chứa trong nguyên liệu Như vậy, trích ly dầu là phương pháp dùng dung môi hữu cơ để hòa tan dầu có trong nguyên liệu rắn ở điều kiện xác định Vì vậy, bản chất của quá trình trích ly là quá

trình khuếch tán, bao gồm khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử Dung môi dùng

để trích ly dầu thực vật phải đạt các yêu cầu sau:

- Có khả năng hòa tan dầu theo bất cứ tỉ lệ nào và không hòa tan các tạp chất khác có trong nguyên liệu chứa dầu

- Có nhiệt độ sôi thấp để dễ dàng tách ra khỏi dầu triệt để

- Không độc, không ăn mòn thiết bị, không gây cháy nổ với không khí, phổ biến

và rẻ tiền

Trong công nghiệp trích ly dầu thực vật, người ta thường dùng các loại dung môi như hidrocacbua mạch thẳng từ các sản phẩm của dầu mỏ (thường lấy phần nhẹ), hidrocacbua thơm, rượu béo, hidrocacbua mạch thẳng dẫn xuất clo; trong số đó phổ biến nhất là hexan, pentan, propan và butan Ngoài ra còn có các loại dung môi khác như sau:

- Rượu etylic: thường dùng nồng độ 96%v để trích ly

- Aceton: chất lỏng có mùi đặc trưng, có khả năng hòa tan dầu tốt Aceton được xem là dung môi chuyên dùng đối với các nguyên liệu có chứa nhiều phosphatite vì

nó chỉ hòa tan dầu mà không hòa tan phosphatite

- Freon 12: là một loại dung môi khá tốt, không độc, bền với các chất oxy hóa, dễ bay hơi, trơ hóa học với nguyên liệu và thiết bị Ngoài ra việc sử dụng Freon 12 cho ta khả năng phòng tránh cháy nổ dễ dàng

Các chỉ tiêu Benzen Xăng Hexan Aceton

Nhiệt độ sôi 60 80.2 40-80 78.2

Khối lượng riêng 876 720-725 661 784

Độ hòa tan dầu 1:5

Bảng 1: Các dung môi hydrocacbon mạch thẳng được thu nhận từ sản phẩm chế biến

dầu hydrocacbon thơm

2.2.Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc và độ kết dầu trong trích ly

 Mức độ phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu: Là yếu tố cơ bản thúc đẩy quá trình trích ly nhanh chóng và hoàn toàn, tạo điều kiện cho nguyên liệu tiếp xúc triệt để với dung môi

 Kích thước và hình dáng: Các hạt ảnh hưởng nhiều đến vận tốc chuyển động của dung môi qua lớp nguyên liệu, từ đó xúc tiến nhanh hoặc làm chậm quá trình trích ly Nếu bột trích ly có kích thước và hình dạng thích hợp, sẽ có được vận tốc chuyển động tốt nhất của dung môi vào trong các khe vách cũng như các hệ mao quản của nguyên liệu; thường thì kích thước các hạt bột trích ly dao động từ 0,5 ÷ 10mm

 Nhiệt độ của bột trích ly: Như ta đã biết, bản chất của quá trình trích ly là quá khuếch tán, vì vậy khi tăng nhiệt độ, quá trình khuếch tán sẽ được tăng cường do độ nhớt của dầu trong nguyên liệu giảm làm tăng vận tốc chuyển động của dầu vào dung

môi Tuy nhiên, sự tăng nhiệt độ cũng phải có giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây tổn thất nhiều dung môi và gây biến tính dầu

 Độ ẩm của bột trích ly: Khi tăng lượng ẩm sẽ làm chậm quá trình khuếch tán và làm tăng sự kết dính các hạt bột trích ly do ẩm trong bột trích ly sẽ tương tác với protein và các chất ưa nước khác ngăn cản sự thấm sâu của dung môi vào bên trong của các hạt bột trích ly làm chậm quá trình khuếch tán

Vận tốc: Chuyển động của dung môi trong lớp bột trích ly gây ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán Tăng vận tốc chuyển động của dung môi sẽ rút ngắn được thời gian trích ly, từ đó tăng năng suất thiết bị

Tỉ lệ giữa dung môi và nguyên liệu: Ảnh hưởng đến vận tốc trích ly, lượng bột trích ly càng nhiều càng cần nhiều dung môi Tuy nhiên, lượng dung môi lại ảnh hưởng khá lớn đến kích thước thiết bị

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHIỆP

Có 2 phương pháp trích ly :

+ Trích ly gián đoạn

+ Trích ly liên tục

3.1 Trích ly gián đoạn ( ngâm chiết ):

Phương pháp này không hoàn chỉnh nên hiện nay ít được sử dụng

Trích ly gián đoạn hay còn gọi là quá trình ngâm chiết Cho nguyên liệu vào thiết

bị ngâm trong dung môi một thời gian nhất định , chết mixen ra , cho dung môi mới vào ngâm lần thứ 2 ,3 ,…cho đến khi dầu được chiết ra hầu hết Nhược điểm của phương pháp này là quá trình ngâm kéo dài và tốn dung môi , nồng độ mixen thấp

3.2 Trích ly liên tục : là phương pháp cơ bản để tách dầu thực vật hiện nay Trong

quá trình trích ly, nguyên liệu và dung môi có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều ( quá trình trích ly cùng chiều, ngược chiều)

Trích ly được tiến hành trong thiết bị có dung môi chảy ngược chiều chuyển động của nguyên liệu Nguyên liệu thường xuyên tiếp xúc với dung môi có nồng độ dung môi thấp Ưu điểm của phương pháp này là nồng độ mixen cao hơn, mixen thu được sạch hơn do được lọc bởi chính lớp nguyên liệu Nhược điểm của phương pháp này là hệ số sử dụng dung tích thiết bị thấp (không quá 45%) và có thể tạo hỗn hợp cháy nổ với không khí ngay trong thiết bị Hệ thống tuần hoàn dung môi phức tạp, phải dùng bơm

Trong công nghiệp đôi khi dùng 2 phương pháp kết hợp Quá trình trích ly đươc chia làm 2 giai đoạn : giai đoạn đầu ngâm nguyên liệu trong dòng dung môi

chuyển động, giai đoạn 2 tưới nguyên liệu bằng mixen loãng và dung môi sạch Phương pháo hỗn hợp cho phép tận dụng các ưu điểm của mỗi loại hình trích ly

Trong quá trình trích ly dầu từ nguyên liệu có dầu không phụ thuộc vào kết cấu thiết bị do sảy ra tương tác giữa dung môi và dầu Dầu tan trong dung môi thành dung dịch mixen Mixen sau khi trích ly xong được cất thu hồi dung môi được dung môi tái sinh và dầu

Nguyên liệu sau khi được chết hết dầu được gọi là bã trích ly Sản xuất theo phương pháp trích ly cần nhiều hơi nước để đun nóng và thu hồi dung môi, nhưng tiêu hao điện ít hơn so với phương pháp ép, hiệu suất thu hồi dầu cao hơn

4 CÔNG NGHỆ TRÍCH LY DẦU

4.1 Công nghệ trích ly dầu

Nguyên liệu được gia nhiệt ẩm, cán thành bột dẹt 0,2-0,3mm

Độ ẩm: 9%, hàm lượng dầu 12-18% Nguyên liệu gia nhiệt đến 55-60oC, lưu lượng 6m3/h tưới lên nguyên liệu dầu

Mixen có nồng độ 30-40% được đem lọc và dựa vào thiết bị cất dung môi ở nhiệt

độ 80oC

Dầu sau khi cất dung môi được bơm qua thiết bị làm nguội đến 40°C rồi được đưa vào téc bảo quản

Bã dầu ra khỏi thiết bị trích ly có hàm lượng dung môi 35 - 40% được gia nhiệt đến 100-110°C Nhiệt được cấp bằng hơi bão hòa áp suất 0,8Kg/cm2 Thiết bị làm việc trong điều kiện chân không Hơi dung môi được ngưng tụ bằng nước sau đó bằng dung dịch nước muối làm lạnh đến 0-1°C qua hệ thống máy nén

Hàm lượng dầu còn lại trong khô bã: 0,5-1,5% tuỳ thuộc loại thiết bị Dung môi tiêu hao cho 1 tấn nguyên liệu là 5kg, lượng hơi nước là 8kg, điện năng 25Kw/h

Sơ đồ quy trình công nghệ của quá trình trích ly dầu

Một số công đoạn chính của quá trình trích ly dầu thực vật:

a Trích ly: Để trích ly nguyên liệu chứa dầu, người ta thường dùng các phương

pháp như: trích ly động, trích ly tĩnh, trong trích ly động có trích ly thuận chiều và trích

ly ngược chiều, trích ly động ngược chiều cho hiệu suất cao và rút ngắn thời gian được thời gian trích ly Trích ly động ngược chiều thường được thực hiện bằng cách cho bột trích ly chuyển động ngược chiều trong dòng dung môi chuyển động, như vậy ở cửa ra của thiết bị trích ly, nguyên liệu còn rất ít dầu sẽ tiếp xúc với dòng dung môi mới, sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình trích ly

Trong quá trình trích ly, dầu từ bột trích ly sẽ tan vào dung môi tạo thành một dung dịch gọi là mixen Mixen sau khi ra khỏi thiết bị trích ly sẽ được làm sạch (lắng, lọc, li tâm) để chuẩn bị đưa vào công đoạn chưng cất, tách dung môi ra khỏi dầu

b Làm sạch mixen: Mixen thu được sau khi trích ly ngoài thành phần dầu hòa

tan, còn kéo theo các chất màu, các photpholipit, các hạt của bã trích ly cùng một số tạp chất cơ học khác

Tạp chất của mixen được chia theo đặc tính hòa tan gồm: dung dịch thực, dung dịch keo và huyền phù

Các lipit thuộc nhóm axit béo tự do, vitamin tan trong dầu, các sắc tố tạo thành dung dịch thực Các phần tử tạp chất có kích thước 1,5 ÷ 1000 μm có trong mixen tạo ram có trong mixen tạo ra dung dịch keo và huyền phù

Các tạp chất có trong mixen dưới tác động của nhiệt khi chưng cất thu hồi dung môi (công đoạn sau) sẽ có phản ứng tương tác với mixen làm giảm phẩm chất dầu, tạo

ra cặn rắn đóng kết bề mặt các thiết bị truyền nhiệt bố trí trong hệ thống chưng cất Do

đó để thu hồi được dầu trích ly có chất lượng tốt và kéo dài tuổi thọ của hệ thống chưng cất cần phải làm sạch các tạp chất hòa tan và không hòa tan trong mixen trước khi đem chưng cất

Mixen được làm sạch bằng cách lắng, lọc và li tâm Mixen được lắng trong các thùng hình trụ đáy côn làm việc liên tục có bộ phận nạo cặn cơ khí Lắng là giai đoạn đầu tiên tách sơ bộ các hạt không tan trong mixen Sau đó tiến hành lọc mixen bằng các máy lọc ép hoặc chân không; có thể dùng các máy li tâm để tách các tạp chất có kích thước nhỏ hơn

c Chưng cất mixen: Nhằm mục đích tách dung môi ra khỏi dầu dựa trên độ bay

hơi rất khác nhau của dầu và dung môi Chưng cất mixen có thể thực hiện theo hai giai đoạn: giai đoạn đầu làm nhiệm vụ cô đặc nâng nồng độ dầu trong mixen đến một giá trị xác định, sau đó chưng cất để tách dung môi ra khỏi mixen

d Sấy bã dầu: Bã dầu ra khỏi thiết bị trích ly mang theo một lượng dung môi từ

24÷40 % so với khối lượng bã Nhiệm vụ chủ yếu của sấy bã dầu là tách dung môi ra khỏi bã dầu đến mức tối đa

Khả năng ngấm dung môi của bã dầu tùy thuộc vào cấu trúc của nguyên liệu đem trích ly và tính chất của dung môi

Để tách dung môi ra khỏi bã dầu, người ta thường dùng hơi quá nhiệt trực tiếp hoặc hơi bảo hòa gián tiếp, nhiệt độ đun nóng thường 150 ÷ 180oC