HOÀN CHỈNH THIẾT kế và CHẾ tạo THIẾT bị sơ CHẾ PHẾ LIỆU THỦY sản để sản XUẤT CHITIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ oOo BÙI MINH NGỌC LÊ BÁ TRƯNG HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ SƠ CHẾ PHẾ LIỆU THỦY SẢN ĐỂ SẢN XUẤT CHITIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY GVHD: KS. LÊ NGỌC SƠN Nha Trang, tháng 01 năm 2010. 1 Lời nói ñầu Trong quá trình học tập tại trường Đại học Nha Trang, em ñã ñược học tập những ñiều hay từ các Thầy cô bạn bè, ñặc biệt từ các Thầy cô em ñã tiếp nhận ñược một lượng kiến thức lớn lao về các môn học và về chuyên ngành Chế tạo máy mà em ñang theo học. Để kết thúc những tháng năm gắn bó với mái trường thân yêu này, giờ ñã ñến lúc chúng em phải thể hiện nổ lực cuối cùng, ñó là làm tốt Đồ án tốt nghiệp. Với những chỉ bảo tận tình của,Thầy Lê Ngọc Sơn,Thầy Trần An Xuân cộng thêm sự nổ lực tìm tòi học hỏi của bản thân em ñã hoàn thành ñược Đồ án tốt nghiệp. Em rất chân thành cảm ơn Thầy Lê Ngọc Sơn,Thầy Trần An Xuân .Vì ñã bổ sung cho em nhiều kiến thức quý báu, và ñã trang bị cho em thêm nhiều suy nghĩ mới về công việc sau này. Do thời gian hạn chế và ñặc biệt do trình ñộ của bản thân chưa ñáp ứng ñược yêu cầu nên em không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm Đồ án tốt nghiệp. Vì vậy em mong ñược các Thầy cho em những ý kiến ñóng góp, và mong các bạn ñọc cho tôi những góp ý chân thành ñể hoàn thiện hơn ñề tài này của tôi. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Nha Trang 25/12/2009 Sinh viên thực hiện Bùi Minh Ngọc Lê Bá Trưng 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH THIẾT BỊ SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THỦY SẢN. I. Tổng quan về Chitin - Chitosan 1.1. Sự tồn tại của Chitin- chitosan trong tự nhiên. Chitin- Chitosan là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose và chúng ñược tạo ra trung bình 20g trong một năm /m 2 bề mặt trái ñất. Trong tự nhiên Chitin tồn tại ở cả thực vật và ñộng vật. Trong giới ñộng vật, Chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số ñộng 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 ñặc nóng. Chitin- Chitosan là polysaccharide có ñạm không ñộc 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 ñộng vật thuỷ sản, ñặc 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 ñể sản xuất Chitin-Chitosan và các sản phẩm từ chúng 1.2. Cấu trúc và tính chất của Chitin. 3 Từ những nghiên cứu về sự thuỷ phân Chitin bằng enzim hay HCl ñậm ñặc, người ta thấy rằng Chitin có cấu trúc là một polymer ñược tạo thành từ các ñơn vị N- Acetyl-β-D-Glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β-1-4glucozit Công thức cấu tạo: Công thức phân tử: [C 8 H 13 O 5 ] n n : thay ñổi 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 M Chitin = (203,09) n phân tử luợng Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, acid loãng và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch ñặc nóng của muối thioxianatliti(LiSCN) và thioxianat can xi [Ca(SCN) 2 ] tạo thành dung dịch keo. Chitin ổn ñịnh với các chất oxy hoá khử như thuốc tím KMnO 4 ; oxy già H 2 O 2 ; nước Jave NaClO hay clorua vôi [CaClO]…Do ñó, dùng các hoá chất trên ñể khử màu. Chitin khó hoà tan trong thuốc thử Schweizei Sapranora. Điều này có thể do nhóm axêtamin (-NHCOCH 3 ) ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết. Khi ñun nóng trong acid HCl ñậm ñặc thì Chitin bị thuỷ phân hoàn toàn thành 85,5% D-Glucosamin và 12,5% acid axetic quá trình thuỷ phân bắt ñầu xảy ra ở mối nối glucozit, tiếp theo là là sự loại bỏ nhóm acetyl. n H H H HN-COOCH 3 H OH H CH 2 OH H H OH HN-COOCH 3 H CH 2 OH 4 Khi ñun nóng Chitin trong dung dịch NaOH ñậm ñặc Chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành Chitosan. Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng 884÷890 µm. 1.3. Cấu trúc và tính chất của Chitosan. Chitosan có cấu trúc tuyến tính như ñơn vị -D-Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết -1-4Glucozit. Công thức cấu tạo của Chitosan: Công thức phân tử: [C 6 H 11 O 4 N] n Phân tử lượng M Chitosan = (161,07) n 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 acid acetic loãng tạo thành một một dung dịch keo dương nhờ ñó mà keo nó không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như Pb, Hg… Chitosan kết hợp với anñehyde trong ñiều kiện thích hợp tạo thành gel. Chitosan phản ứng với acid ñậm ñặc tạo muối khó tan, Chitosan tác dụng với iốt trong môi trường H 2 SO 4 cho phản ứng lên màu tím. 1.4. Cơ sở kỹ thuật sản xuất Chitosan [2] Vỏ tôm cua dùng làm nguyên liệu sản xuất Chitosan, ngoài thành phần Chitin ra còn có protid, chất béo, carbonat calci, sắc tố… Bảng 1.1: Thành phần hoá học trong vỏ cua biển kết quả như sau: NH 2 NH 2 n H H H H O H CH 2 OH H H OH H CH 2 OH 5 Thành phần Hàm lượng (%) Nước Tro H 3 PO 4 NH 4 OH Protid Chitin Chất béo Cao Muối 11,0 35,5 6,1 0,03 25,2 22,1 1,8 21,3 0,5 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của vỏ tôm sú:[10/trang 29] STT Thành phần Hàm lượng % trong vỏ tôm tươi Hàm lượng % trong vỏ tôm khô 1 2 3 4 Muối canxi-phospho Protein Chitin Astaxanthin 12,25 8,05 4,50 Chưa xác ñịnh 45,16 23,25 27,50 Chưa xác ñịnh Quá trình sản xuất Chitin chủ yếu là căn cứ vào tính chất thành phần phi Chitin trong nguyên liệu, dùng phương pháp hoá học phá huỷ những thành phần ñó ñể thu ñược Chitin thuần thiết. Cuối cùng dùng kiềm ñậm ñặc xử lý ta ñược Chitin. 6 Quy trình công nghệ của nó như sau: Vở tôm( cua) HCl Ngâm acid Nấu sút KMnO 4 Oxy hoá tẩy màu Na 2 S 2 O 3 Khử Chitin Xút ñặc Khử gốc axetyl Làm khô Chitosan - Xử lý nguyên liệu Vỏ tôm cua dùng ñể sản xuất Chitin phải tươi, thực nghiệm chứng minh rằng nguyên liệu ñã thối rữa thì sản lương và chất lượng của Chitin sẽ kém. Đối với nguyên liệu tươi trước lúc ngâm acid cần thiết phải loại bỏ tạp chất, dùng nước rửa sạch. Nếu nguyên liệu không thể tiến hành chế biến ngay thì cần phải rửa sạch phơi ñể bảo quản. - Ngâm acid: Ngâm acid là ñể khử bỏ carbonat calci, phosphat calci trong nguyên liệu, vì những thành phần ñó có tương ñối nhiều trong vỏ tôm cua. Ngâm acid có thể dùng HCl công nghiệp, nồng ñộ tuỳ theo nguyên liệu thường vỏ tôm dùng 5% vỏ cua ñồng dùng 10%, vỏ cua biển dùng 10-15%. Trong quá trình ngâm nên thường 7 xuyên khuấy, phát hiện thấy nguyên liệu chưa mềm mà không thấy bọt nổi lên thì chứng tỏ lượng acid không ñủ, nên cho thêm vào. Lúc nguyên liệu ñã mềm bọt không nổi lên nữa thì quá trình ngâm acid có thể kết thúc, thời gian thường tuỳ nguyên liệu mà quyết ñịnh. - Nấu xút Sau khi ngâm acid, vỏ tôm của nó màu ñỏ, thành phần chủ yếu là protid và Chitin và một ít chất béo. Để loại bỏ protid và chất béo thì phải nấu sôi với xút nồng ñộ 8-10%. Trong quá trình nấu protid bị xút phân giải, chất béo bị xà phòng hoá và hoà tan trong dung dịch xút, ngoài ra một phần sắc tố cũng bị phá hoại. Thời gian nếu dài ngắn tuỳ theo nguyên liệu, thường thì 1-2 giờ. Nguyên liệu sau nấu sôi với xút thì mềm lại và màu sắc nhạc hơn, vớt ra dùng nước rửa sạch xút, ñể rút ngắn thời gian rửa và tiết kiệm nước nên cho vào một ít acid loãng ñể trung hoà bớt xút. - Oxy hoá tẩy màu Sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm cua là astacin. Loại sắc tố này sau khi tôm cua chết và nấu sôi thì biến thành màu ñỏ, màu ñỏ này trong quá trình ngâm acid và nấu xút không mất ñi nên cần thiết phải oxy hoá tẩy màu. Trong sản xuất phổ biến dùng KMnO 4 ñể tẩy màu, khuyết ñiểm lớn nhất của nó là thành phần vẫn có màu vàng nhạt, ứng dụng trong ngành dệt có ảnh hưởng không tốt. Nguyên nhân có thể là do MnO 2 tồn tại, mà Mn 4+ tồn tại là do trong quá trình oxy hoá khử, KMnO 4 khử không hết ñuợc hoặc Mn 2+ bị không khí oxy hoá, ñặc biệt là trong ñiều kiện acid không ñủ. Do ñó sự tồn tại của aicd và bước rửa sau lúc oxy hoá có một ý nghĩa quan trọng trong vấn ñề ñảm bảo chất lượng. Trong quá trình ngâm aicd và nấu xút, một số tạp chất vẫn chưa bị khử ñi thì ở bước này do tác dụng của KMnO 4 một số tạp chất ñó cũng bị khử ñi. Quá trình làm: vỏ tôm cua sau khi nấu xút ñem rửa sạch, ép khô, rồi cho vào dung dịch acid 3- 5%, có nồng ñộ 1% KMnO 4 , ngâm từ 1-2 giờ. Sau ñó vớt ra dùng nước rửa sạch KMnO 4 . Nếu yêu cầu về màu sắc không cao thì có thể giảm bước này. Thực 8 nghiệm chứng minh rằng: sản phẩm như thế thì màu sắc tương ñối ñậm, nhưng những tính năng khác thì không có thay ñổi gì. - Khử Nguyên liệu sau khi sử ký bằng KMnO 4 thì phải tiến hành khử mới có thể loại bỏ ñược hết màu tím của KMnO 4 . Chất khử có thể dùng aicd oxalic, Na 2 SO 3 ,Na 2 S 2 O 3 , thường dùng Na 2 S 2 O 3 nồng ñộ 1-1,5%. Trong quá trình khử phải luôn luôn khuấy ñể màu bay ñược ñều ñặn. Khử cho ñến lúc màu tím của KMnO 4 mất hết thì thôi, thời gian 5-10 phút, vớt ra làm khô ta ñược bán thành phẩm Chitin. - Tẩy gốc axetyl: Như trên ñã nói, Chitin qua bước sử lý bằng xút ñậm ñặc (40%), tẩy gốc axetyl ta ñược Chitosan. Nhiệt ñộ lúc xử lý với xút có ảnh hưởng rất lớn ñến màu sắc của thành phẩm. Kết quả thí nghiệm ở bảng dưới cho thấy rõ ñiều ñó: Bảng 1.3. Mối quan hệ nhiệt ñộ và màu sắc thành phẩm. Nhiệt ñộ nấu ( 0 C) Thời gian (giờ) Màu của thành phẩm Hoà tan trong a.axetic nồng ñộ 8% 20 30 40 60 80 100 140 120 22 22 22 3 Trắng Trắng Vàng nhạt Vàng nhạt Màu vàng Vàng nâu Hoà tan Hoà tan Hoà tan Hoà tan Hoà tan Hoà tan Từ kết quả của bảng trên cho thấy rằng nhiệt ñộ nấu dưới 30 0 C màu sắc ñẹp, nhưng thời gian quá dài, nhiệt ñộ nấu tăng lên 100 0 C chỉ cần 3 giờ, nhưng nhiệt ñộ cao màu sắc kém. Do ñó, trong sản xuất, nếu muốn có màu sắc ñẹp nên nấu ở nhiệt ñộ thấp, nếu yêu cầu về màu sắc không cao có thể nấu ở nhiệt ñộ cao hơn. Nói chung trong sản xuất nấu ở nhiệt ñộ 60-80 0 C thời gian 20-24 giờ. 9 Bảng 1.4 Thành phần hoá học của các nguyên liệu chính sản xuất Chitin chitozanMuzzarelli, 1997) Nguyên liệu Thành phần Độ ẩm Protit Tro Lipit Chitin Cua 1.Callinectes sapidus 4.5 24 56 2 12,9 2. Chinonêctes opilio 29,2 40,6 13,5 26,65 3.Portunus trituberculatus 12,9 10,3 57,9 0,3 17,1 Tôm Thành phần 1. Penaeus monodom Phần vỏ giáp ñầu ngực 9,1 26,8 29,3 0,5 34,9 Phần vỏ 9,7 42,8 20,8 1,2 36,5 2. Pandalus borealis 23,5 33,9 14,7 30,0 Tôm càng 9,24 61,6 26,7 1,4 30 Tôm sông nước ngọt 5,7 28,1 44 4,4 12,5 Con moi lân 44,6 24,7 1,8 19,9 1.5. Một số ứng dụng của Chitin và Chitosan. a. Trong công nghiệp thực phẩm. Chitin Chitosan và các dẫn xuất của nó ñược ứng dụng nhiều trong phụ gia thực phẩm, trong tác nhân bao gói và chế biến nước uống. Chitin và Chitosan có thể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn, nghiên cứu cho biết ñộng vật phát triển bình thường khi tiêu thụ 10% Chitin có trong khẩu phần thức ăn. b. Trong mỹ phẩm. Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt chống khô da, thuốc làm mềm da, làm tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa kem thuốc và da. Do bản chất của Chitosan cố ñịnh dễ dàng trên biểu bì da bởi nhóm NH 4 + liên kết với nhóm acid trong cấu tạo lớp tế bào sừng hoá của da, sau khi cố ñịnh Chitosan còn có nhiều [...]... thoát ra, và vi c thu nguyên li u và v n chuy n ñ n các máy khác g p nhi u khó khăn K t lu n: Căn c vào ưu như c ñi m c a m i máy và ñi u ki n nơi s n xu t, ta ch n phương án máy ép là máy có ti t di n xylanh không thay ñ i ñ ch t o Và nó phù h p v i ñi u ki n ch t o c a xư ng cơ khí III.Tính toán máy ép 1 Kích th ơc máy ép Vi c l a ch n các thông s c a vít ép c n d a vào cách t o ra s n ph m và t ng... các th th t còn bám ch t vào các b m t v , vì v y chúng ta ph i ti n hành tách th t ra các b m t v trư c khi s n xu t chitin – chitosan Giai ño n sơ ch nguyên li u trư c khi ñưa vào s n xu t có các tác d ng sau: - Thu n l i hơn trong quá trình s n xu t chitin - chitosan - Đ ñ t ñư c năng su t cao hơn - Cho ch t lư ng s n ph m t t hơn, ñ m b o yêu c u M t s yêu c u khi ti n hành sơ ch b ng thùng ngâm,... t Quá trình s n xu t Chitin- Chitosan y u ñư c th c hi n b ng tay là chính Vi t Nam Vi t Nam còn r t th công, các khâu ch m t s nơi khâu ngâm ñ o ñư c th c hi n trong b và dùng cánh d ng mái chèo khu y b ng tay, sau quá trình ngâm ñ o thì s d ng ánh n ng m t tr i ñ phơi khô mà không c n li tâm và s y Như v y, s n xu t ph thu c r t l n vào ñi u ki n th i ti t Thi t b chi t xu t Chitin- Chitosan ra ñ... nh t ñ nh cho năng su t, an toàn khi th c hi n Khi thi t k sơ ñ thi t b c n ph i chú ý ñ n các yêu c u chung c a máy là: 21 Do máy làm vi c các môi trư ng khác nhau (acid và ki m…) nên v t li u ch t o thi t b ph i phù h p Thi t b ph i có h th ng ñưa dung d ch vào và dung d ch ñó ph i ñ m b o ñúng t l yêu c u Khi th c hi n quy trình s n xu t Chitin- Chitosan có nh ng công ño n làm vi c nhi t ñ cao do... quan gi a n ng ñ và nhi t ñ c a quá trình x lý, ñ ng th i nó nh hư ng m nh ñ n chu i Chitin và Chitosan thu ñư c Trong quy trình s n xu t này có dùng ch t t y màu nên màu s c c a Chitin và Chitosan thu ñư c tr ng ñ u ñ p, tuy nhiên ph i xét t i nh hư ng c a quá trình t y màu ñ n ch t lư ng Chitosan như phân t lư ng và ñ nh t Quá trình kh acetyl ñ ơc ti n hành v i các ñi u ki n x lý khác nhau nên cho... yêu c u khi ti n hành sơ ch b ng máy ép 23 - Nguyên li u ph i ñư c làm s ch các t p ch t, các thành ph n không có l i cho quá trình s n xu t - Sau khi sơ ch , nguyên li u không b d p, v quá nh - Các l p th t ph i ñư c tác ra kh i các b m t v m t cách s ch s - Nguyên li u ph i ñư c r a s ch và ñ m b o ñư c v t khô trư c khi ñư c ñưa vào s n xu t công ño n ti p theo II Xây d ng sơ ñ nguyên t c làm vi... vào m t máy… nhưng ch t lư ng Chitin- Chitosan ph i ñ t yêu c u chung 18 Thi t k thi t b s n xu t Chitin- Chitosan c n ph i ñưa ra các quy trình h p lý T các quy trình trên, tôi ñưa ra quy trình s n xu t, ñ làm c s cho vi c thi t k thi t b Quy trình s n xu t: Nguyên li u (v tôm) R a s ch, c t và ép Ngâm HCl 12% (nhi t ñ phòng, 6h) ho c HCl 4% (t l 1w/3v; 3h; 90-950C) R a s ch s y khô Lo i protein và. .. nguyên li u ra và ñưa vào m t thi t b khác ñ li tâm, s y Các thi t b này làm vi c ñ c l p nhau, ch ñ làm vi c, k t c u c a thi t b ph thu c yêu c u c a m i khâu M c dù quá trình s n xu t Chitin- Chitosan ñã ñư c cơ gi i hoá, nhưng do trong m t quy trình s n xu t còn có s riêng bi t c a các công ño n (nguyên lý s n xu t d a trên dây chuy n c a các thi t b ), ch c ch n s nh hư ng t i năng su t và ch t lư... c c a Chitosan và cellulose g n gi ng nhau, ch c n thay th nhóm –NH2 c a Chitosan b ng nhóm –OH c a cellulose là có th t v 11 con cua, con tôm có th tr thành cây, các nhà công ngh p gi y có thêm m t lo i nguyên li u ñ làm b t gi y II T ng quan v công ngh s n xu t Chitin – Chitosan t ph li u ch bi n t thu s n 2.1 Quy trình s n xu t Chitin- Chitosan trên th gi i a) Quy trình s n xu t Chitin t tôm sông... u ñ n môi trư ng, c i thi n ñi u ki n làm vi c c a ngư i lao ñ ng Mang l i l i ích to l n v m t kinh t và xã h i 3.3 Sơ ñ c u trúc thi t b a Các công ño n chung c a quy trình s n xu t Chitin- Chitosan D a trên cơ s c a ñ tài B2004-33-44TĐ ta th y r ng: các quy trình ñã ñư c th c hi n ñ s n xu t Chitin- Chitosan ph i x lý các công ño n sau: 20 Nguyên li u v/ph) Ép khô, c t litâm (n=600v/ph) Ngâm ñ . GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ oOo BÙI MINH NGỌC LÊ BÁ TRƯNG HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ SƠ CHẾ PHẾ LIỆU THỦY SẢN ĐỂ SẢN XUẤT CHITIN. 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 ñơn giản, vật liệu chế tạo chỉ cần thoả mãn chống. nguyên liệu ñể làm bột giấy. II. Tổng quan về công nghệ sản xuất Chitin – Chitosan từ phế liệu chế biến từ thuỷ sản 2.1. Quy trình sản xuất Chitin- Chitosan trên thế giới. a) Quy trình sản xuất