Đề tài Thiết kế phân xưởng trích ly dầu cám gạo

Thuộc nhóm này còn gồm phụ phẩm của các sản phẩm nông nghiệp: như cám gạo, phôi ngô, hoặc cây công nghiệp như: hạt bông, hạt cao su, hạt đay, hạt gai, hạt thuốc phiện, cải dầu… + Nhóm c

MỤC LỤC

Chương I : Giới Thiệu chung 2

I Sơ lược về nguyên liệu hạt có dầu 2

II Định hướng và các giải phát triển nghành dầu thực vật Việt Nam 3

III Tổng quan về cám gạo 5

Chương II :Tổng quan về trích ly 10

I.Nguyên lý trích ly dầu 10

II Các loại dung môi thường sử dụng 12

III Các thiết bị trích ly 15

Chương III: Thiết lập quy trình công nghệ 19

I Quy trình công nghệ 19

II Thuyết minh quy trình 21

II Tính toán cân bằng vật chất 24

III Tính toán máy móc thiết bị 30

Chương IV: Cung cấp năng lượng – cấp thoát nước 39

Chương V : Thiết kế phân xưởng 41

Chương VI: An toàn lao động 42

I Chống ồn và chống rung 42

II An toàn về sử dụng điện 42

III An toàn lao động 42

IV Phòng cháy chữa cháy 44

Phụ lục 45

Tài liệu tham khảo 50

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

I SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT CÓ DẦU

Hạt chứa dầu là loại sản phẩm nông nghiệp phổ biến và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Xu hướng chung trên thế giới ngày nay là diện tích trồng cây dầu thực phẩm đang không ngừng được mở rộng nhanh chóng, còn diện tích cây dầu công nghiệp ngày càng bị thu hẹp lại Điều ấy một phần do sự thay thế dầu công nghiệp bằng các hoá chất, nhưng chủ yếu do vai trò cực kỳ quan trọng của dầu ăn đối với cơ thể và ngày càng được khoa học khẳng định

Ở nước ta, do điều kiện có nhiều vùng khí hậu và đất đai khác nhau, nên những hạt chứa dầu rất phong phú Nhiều cây cho quả, hạt để lấy dầu rất qúi đã được trồng phổ biến như: đậu phộng, đậu nành, mè, dừa, hướng dương, thầu dầu, cải dầu, cám, oliu,

Trong công nghiệp ép dầu chỉ có những loại hạt có hàm lượng dầu từ 15- 20% trở lên mới có giá trị thực tế để tổ chức sản xuất và đảm bảo được các hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong khi sản xuất Vì vậy người ta chia nguyên liệu sản xuất dầu làm 3 loại:

+ Loại có hàm lượng dầu cao: từ 40% trở lên

+ Loại có hàm lượng dầu trung bình: từ 30- 40%

+ Loại có hàm lượng dầu thấp: từ 15- 30%

Theo thời vụ thu hoạch và kỹ thuật cây trồng có thể chia nguồn thực vật cho hạt dầu làm hai nhóm chính:

+ Nhóm cây hàng năm: như lạc, vừng, hướng dương, đậu tương… Loại này mỗi năm thu hoạch một vụ, năm sau phải trồng lại Đây là nhóm thực vật chủ yếu, dễ trồng quy hoạch, tiện lợi luân canh, dễ dàng cơ giới hóa kỹ thuật chăm bón và thu hoạch Loại này thường được gieo trồng ở vùng đồng bằng, đất màu mỡ, các vùng thuộc lưu vực sông Hồng, Mã, Gianh cónăng suất khá cao Thuộc nhóm này còn gồm phụ phẩm của các sản phẩm nông nghiệp: như cám gạo, phôi ngô, hoặc cây công nghiệp như: hạt bông, hạt cao su, hạt đay, hạt gai, hạt thuốc phiện, cải dầu…

+ Nhóm cây lâu năm như dừa, cọ dầu, trấu, sở, lai, bời lời, dọc, cây đen, mùu… Các cây này thường cho nguyên liệu sản xuất dầu đặc sản vùng nhiệt đới Đặc điểm thuận lợi của thực vật loại này là có thể phát triển mạnh ở các vùng đất đai không thuộc phạm vi sản xuất cây lương thực, như các miền rừng núi, miền trung

du, ven sông, kênh lạch, ven đường, ven đê và dọc bờ biển Tuy nhiên việc thu hoạch hạt của chúng gặp nhiều khó khăn, hiện tại chỉ bằng thu nhặt hạt rụng hoặc hái bằng tay Trừ dừa ra, đại bộ phận hạt thu hoạch do rơi rụng nên có phẩm chất không đồng đều, thậm chí rất xấu, sâu mọt nhiều Vì vậy dầu sản xuất ra màu xẫm, có chỉ số acid cao (30- 40) Cần lưu ý là loại này hầu hết có vỏ cứng, độ ẩm lớn nên phương thức sản xuất ít nhiều có gặp khó khăn

Theo phạm vi sử dụng sản phẩm, có thể chia nguyên liệu sản xuất dầu làm hainhóm:

+ Nhóm thực phẩm: như lạc, dừa, đậu tương, cám gạo, phôi ngô, hạt cải, đạibái… Khô dầu và dầu thành phẩm chủ yếu sử dụng cho thực phẩm Khô dầu kém phẩm chất dùng làm thức ăn gia súc

+ Nhóm công nghiệp: như trẩu, lai, dọc, bời lời, thầu dầu… Dầu và khô dầu chủ yếu dùng vào công nghiệp sản xuất sơn dầu, xà phòng, y tế…

Ngoài ra cũng có thể chia nguồn nguyên liệu sản xuất dầu theo giá trị công nghiệp:

+ Nhóm cho dầu thô (chỉ số iod >130) như trẩu, gai dầu, lanh… Công dụng chủ yếu là sản phẩm màng khô như sơn dầu, vecni, vật liệu tổng hợp của các hợp chất cao phân tử…

+ Nhóm cho dầu nữa khô(chỉ số iod =100- 130): như lạc, vừng, đậu tương, sở, hướng dương, bông, ô liu… là loại dầu lỏng, nguồn dầu thực phẩm chủ yếu trên thế giới

+ Nhóm cho dầu không khô (chỉ số iod < 100) Lớp màng dầu của chúng

không tạo thành màng khô ngoài không khí Thuộc nhóm này là dầu dừa, dầu thịt cọ, dầu ca cao… Trước đây loại dầu này chủ yếu dùng sản xuất xà phòng rắn, ngàynay trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất bơ nhân tạo, mỡ sào rán, và dùng trong sản xuất bánh kẹo ở nhiều nước Châu Aâu

Dự báo nhu cầu về dầu thực vật của toàn thế giới khoảng hơn 100 triệu

tấn/năm, của thị trường Việt Nam năm 2005 khoảng trên 300 nghìn tấn (hiện nay nhu cầu của Việt Nam khoảng trên dưới 200 nghìn tấn/năm, gần 3 kg/người)

Hàng năm các nhà máy chế biến dầu thực vật phải nhập khoảng 90% nguyên liệu dầu thô để chế biến Vì vậy phát triển các cây có dầu để hạn chế nhập khẩu là rấtcần thiết

II Định hướng và các giải pháp phát triển ngành dầu thực vật Việt Nam

1 Định hướng chiến lược phát triển ngành: [27]

Phát triển ngành theo hướng đa dạng hoá sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu, nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành, chủ động hội nhập thông qua áp dụng công nghệ và kỹ thuật tiên tiến Đẩy mạnh phát triển các loại cây có dầu có hiệu quả kinh tế cao, có khả năng cạnh tranh thành các vùng nguyên liệu lớn Nghiên cứu tuyển chọn các cây có dầu chủ lực cho ngành Thực hiện việc xây dựng một số cơ sở ép, trích ly dầu thô quy mô lớn, hiện đại tại các cảng, ban đầu sử dụng nguyên liệu nhập khẩu sau đó thay dần bằng nguyên liệu trong nước

Bảng 1.1: Các mục tiêu chủ yếu phát triển nghành thời kỳ 2001-2010: [27]

3 Sản lượng dầu tiêu thụ- Trong đó: để xuất khẩu 1000 tấn 420-46080-100

66080-120

6 Công suất trích ly dầu thô 1000 tấn nguyên liệu 628,6 933-1.306

7 Sản lượng hạt , trích ly dầu 1000 tấn nguyên liệu 253,1-261,9 526-675

Bảng1.2 :Quy hoạch phát triển nguồn nguyên liệu: [27]

I- Diện tích gieo trồng (1.000 ha); II- Khối lượng để chế biến dầu (1.000 tấn)

Loại cây có

Năm Công suất trích ly(tấn nguyên liệu/năm) Công suất(tấn nguyên liệu/năm) Tổng công suất(tấn nguyên liệu/năm)

Thực tế , hiện nay ở nước ta đã có một số nhà máy sản xuất dầu cám gạo để tiêu thụ trong nước và xuất khẩu Tiêu biểu là nhà máy trích ly dầu từ cám gạo có quy mô lớn ở đồng bằng sông Cửu Long, thuộc liên doanh giữa VOCARIMEX ( Việt Nam) và Siteki Investments (Singapore), đầu tư xây dựng với tổng vốn 7 triệu USD Nhà máy có công suất 100.000 tấn cám gạo/năm để cho ra 15.000 tấn dầu cám gạo chất lượng cao, được xây dựng ở khu công nghiệp Hưng Phú, TP Cần Thơ

Dựa vào thực tế sản xuất, tình hình trong nước, các điều kiện khách quan nên

em chọn nguyên liệu để trích ly là cám gạo

III TỔNG QUAN VỀ CÁM GẠO[17]

1 Cám gạo

Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường chiếm

khoảng 10% trọng lượng lúa Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm Cám gạo có màu sáng và mùi thơm đặc trưng Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của cám gạo biến động rất lớn, phụ thuộc nhiều vào kĩ thuật xay xát gạo

Tỷ lệ vỏ trấu sau khi xay xát ảnh hưởng nhiều tới hàm lượng protein, béo và

xơ của cám gạo thành phẩm Tỷ lệ Protein trong cám gạo mịn có thể đạt đến 12 – 14% Lượng protein thô ở cám gạo cao hơn so với bắp hạt Hàm lượng chất béo trong khoảng 13 – 20 % và xơ 7- 8 % Tuy nhiên, theo kết quả phân tích thì sự biến động này rất lớn Cụ thể, hàm lượng béo thô khoảng 110 -180 g/kg vật chất khô (VCK) và lượng xơ biến động trong khoảng 90 – 120 g/kg VCK Theo báo cáocủa Gene và ctv (2002) và Creswell ( 1987) qua phân tích nhiều mẫu cám gạo thu thập được từ các nước Đông Nam Á cho thấy thành phần dinh dưỡng của chúng rất biến động Hàm lượng chất béo trong các mẫu cám gạo nói trên biến động từ

12 -22 %

Cám có thành phần xơ chủ yếu như arabinixylan, cellulose và ligin

Bảng1.4: Thành phần xơ và giá trị dinh dưỡng của các nguyên liệu [29]

nguyên dầu

Cám gạo Trích dầu

(nguồn: Gene và ctv, 2002)

Arabinoxylan là những thành phần chủ yếu có trong cấu thành của xơ ở cám gạo Đâây là một loại đường đa do những đường đơn arabinose và xylose tạo nên nhờ các liên kết 1- 3, 1 - 4 glucoside, động vật có dạ dầy đơn không thể tiêu hóa được chúng

Cám gạo cũng như các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật khác thường chứa hàm lượng phốt pho khá cao ở dạng phytate Mặc khác, gốc phốt phát từ phytate thường tạo liên kết với các chất như axít amin và chất khoáng làm giảm sự tiêu hoá các dưỡng chất này khi bổ sung vô khẩu phần Thường thường có khoảng 2/3 hàm lượng phốt pho có trong những loại nguyên liệu thô được sử dụng làm thức ăn gia súc, hiện diện dưới dạng phytate Cám gạo có lượng phốt pho khá cao nhưng trên 50% là ở dạng phytate

Nghiên cứu dược lí thực nghiệm cho thấy cám gạo có tác dụng bảo vệ chống viêm dây thần kinh và trị các bệnh về da Cám tinh thu được sau khi chàxát gạo có tác dụng làm tăng huyết sắc tố trong máu, chống thiếu máu Thử nghiệm lâm sàng trên

người cho thấy hoạt chất trong dầu cám gạo có tác dụng làm hạ nồng độ cholesteroltrong máu Dầu cám gạo và một hoạt chất chiết từ cám gạo có tác dụng chống ung

thư, có thể do khả năng kích thích hoạt tính miễn dịch của cơ thể bệnh nhân ung thư

Bảng1 5: So sánh các chất chống oxi hoá của các loại dầu [17]

Loại

dầu

VITAMIN E TOCOPHEROL(ppm*)

VITAMIN E TOCOTRIENOL(ppm*)

ORYZANOL(ppm*)

TOTAL NATURAL ANTIOXIDANTS (ppm*)

Bảng 1.6: Hàm lượng các loại chất béo trong một số loại dầu [15]

Loại dầu Smoke point mono-unsaturated fat poly-unsaturated fat saturated fat

Bảng 1.7: Hàm lượng các acid béo trong một số loại nguyên liệu cĩ dầu [17]

acid béo(%) Cám gạo Đậu phộng Đậu nành Hạt cotton

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ TRÍCH LY

Lipid được gắn kết với các thành phần khác thông qua các lực : Van de wall, lực tĩnh điện, liên kết hydro Vì thế để tách và thu được lipids từ tế bào, ta cần tiến hành xử lý hoá học và vật lý khác nhau Khả năng không tan trong nước là tính chất quan trọng được chú ý khi tiến hành phân tách lipid từ tế bào Các quy trình trích ly dầu béo từ mô tế bào động vật và thực vật hiện nay bao gồm rất nhiều các bước :

a) Xử lý nguyên liệu : bao gồm các quá trình sấy, làm giảm kích thước, hay là thuỷ phân

b) Cho nguyên liệu đã được xử lý tiếp xúc đều với dung môi

c) Sự phân tách của pha lỏng ( bao gồm lipid và các chất tan trong nước ) và phần rắn

d) Loại bỏ các tạp chất không phải là lipid

e) Loại dung môi

I Nguyên lý của trích ly dầu :

1 Nguyên lý :

- Trích ly dầu từ các nguyên liệu hạt chứa dầu là một quá trình trích ly lỏng rắn Sự di chuyển của dầu từ hạt chứa dầu ra dung môi có thể chia làm ba bước :

o Sự khuếch tán dung môi vào chất rắn

o Sự hoà tan các giọt dầu vào dung môi

o Sự khuếch tán của dầu từ các mảnh nguyên liệu rắn vào dung môi xungquanh

- Dùng dung môi hoà tan dầu trong nguyên liệu, sau đó tách dung môi ra khỏi dầu Đây là phương pháp thường dùng để tách dầu có hàm lượng dầu thấp hơn 20% Đối với những nguyên liệu chứa nhiều dầu, người ta thườngép sơ bộ trước, sau mới trích ly

- So sánh giữa trích ly và ép :

 Ưu điểm : tách dầu triệt để hơn , sử dung nhiệt độ thấp nên dầu không bị oxy hoá, protein không bị oxy hoá, chất lượng sản phẩm cao hơn Hiệu suất cao hơn so với ép

 Nhược điểm : Trích ly nhiều tạp chất không phải là dầu, nên khó tinh luyện hơn, tổn thất khi tinh luyện cao hơn

- Sự chênh lệch về nồng độ dầu trong miscella và dầu trong nguyên liệu càng lớn , tốc độ trích ly càng cao

- Tỷ lệ dầu : dung môi ảnh hưởng đến độ nhớt và sức căng bề mặt của miscella

- Thời gian trích ly được quy định bằng thời gian tốc độ đạt được trạng thái cân bằng Tốc độ đạt trạng thái cân bằng gọi là tốc độ trích ly

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trích ly :[6]

- Bản chất của nguyên liệu và dung môi

- Kích thước, hình dáng, cấu trúc nguyên liệu Tốc độ trích ly tỷ lệ nghịch với kích thước hạt nguyên liệu

- Khả năng hoà tan của dầu xót trong dung môi Khi hàm lượng dầu xót lại thấp (0.5-5% dầu so với hạt khô ) dung môi trở nên ít hoà tan dầu hơn, và hoà tan nhiều tạp chất hơn

3 Các biện pháp làm tăng tốc độ trích ly:

• Xử lý nguyên liệu trước trích ly:[5, 6, 7, 8, 9, 10 ,11]

- Độ cứng : quá cứng sẽ làm dung môi dễ chảy tràn, quá mềm sẽ làm tắt dòng chảy của dung môi, nguyên liệu bị vỡ nát

- Hàm ẩm: nếu hàm ẩm quá cao se khó khăn khi trích ly vì các protein háo nước sẽ tạo hệ keo Nếu hàm ẩm quá thấp sẽ khiến nguyên liệu dễ bị vỡ vụnkhi vào trích ly Đối với cám gạo thì ẩm vào trích ly thích hợp là 8%

- Kích thước ngyên liệu : càng nhỏ càng tốt, nhưng nếu quá nhỏ sẽ dễ vỡ vụn và dung môi bị chảy tràn

• Ngâm hạt trong dung môi một thời gian nhất định

• Bề dày của nguyên liệu vào trích ly phải thích hợp Bề dày càng mỏng, thời gian trích ly càng nhanh

Nếu tăng nhiệt độ trích ly, độ nhớt miscella giảm, tăng khả năng hoà tan dầu, tăngkhả năng khuếch tán của dầu vào dung môi Nhưng nếu nhiệt độ tăng quá cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dầu và phụ phẩm, đồng thời dễ gây cháy nổ Aùp suất cao đòi hỏi máy móc phù hợp, và dễ tổn thất dung môi.

• Vì chênh lệch gradient nồng độ quyết định khả di chuyển của dầu từ nguyên liệu vào dung môi, nên cần giữ sự chênh lệch gradient này cao ở mọi điểm trongthiết bị trích ly Điều này có thể đạt được nhờ sử dụng nguyên tắc cho dung môi

di chuyển ngược chiều chuyển động của nguyên liệu Dung môi và nguyên liệu

di chuyển ngược chiều nhau, nhờ đó mà nguyên liệu có nồng độ dầu thấp nhất sẽ được tiếp xúc với dung môi tinh sạch nhất, nên đạt được hiệu quả trích ly cao

Hình 2.2 :Nguyên tắc trích ly ngược dòng ứng dụng cho thiết bị "Carrousel Extractor" (Courtesy of Extractionstechnik G.A.m.b.H.) [11]

II CÁC LOẠI DUNG MÔI THƯỜNG SỬ DỤNG [6, 7, 8 ,11, 18, 22 ]

Dung môi: Dùng các loại dung môi hữu cơ có độ thẩm điện môi gần bằng độ thẩm điện môi của dầu

Độ thẩm điện môi của các loại dầu thực vật trong khoảng 3,0-3,2

Yêu cầu của dung môi:

- Thành phần đồng nhất, có độ tinh sạch cao

- Nhanh chóng hòa tan dầu và hỗn hợp với dầu theo bất cứ tỉ lệ nào.

- Dễ bay hơi, có thể loại dung môi khỏi miscella và bã khô dầu được dễ dàng bằng cách cho bay hơi

- Độ nhớt thấp

- Aån nhiệt hoá hơi thấp, để ít tốn năng lượng khi bay hơi dung môi

- Không hòa tan các chất lạ trong nguyên liệu ngoài dầu, trung tính với nguyên liệu

- Không ăn mòn thiết bị, không gây độc cho người, không gây mùi vị lạ cho sản phẩm

- Giá thành thấp

Trong công nghiệp trích ly dầu thực vật ta thường dùng các loại dung môi sau: hydrocacbua mạch thẳng từ các sản phẩm dầu mỏ (thường là phần dầu nhẹ), hydrocacbua thơm, rượu béo, hydrocacbua mạch thẳng dẫn xuất clo nhưng phổ biến nhất là xăng và hexan

Thường dùng các hydrocacbon:

1 Hecxane :

Nhiệt độ sôi khoảng 69oC

Ưu điểm :

- Trích ly dầu triệt để

- Nhiệt độ sôi thấp, dễ bay hơi dung môi

- Dễ thu hồi và tái sử dụng dung môi

- Không gây độc hại đối với sức khoẻ con người

- Giá thành tương đối rẻ

Nhược điểm : tốn nhiều năng lượng để chưng cất dung môi ra khỏi dầu hơn

3 Propane : nhiệt độ sôi tại áp suất khí quyển là thấp (khoảng -42oC ) Do đó dùng ở dạng khí nén

o Giá thành khá rẻ

o Không tạo ra chất độc

o Aùp suất bay hơi của propane thấp nên không cần phải chưng cất dung môi

4 Pentane :

Nhiệt độ sôi khoảng 55-60oC, thường là metyl pentane để trích ly tốt hơn.Dễ tách dung môi ra khỏi dầu, không gây ô nhiễm môi trường

5 Dung môi chứa halogen:

Thường dùng là tricloroethylene, hiện nay không dùng trong công nghệip nữa

Ít gây cháy nổ hơn so với các hydrocacbon

Có thể tác dụng với các hợp chất chứa S trong nguyên liệu tạo thành những hợp chất mà gia súc ăn vào không tiêu hoá được

6 Nước :

Là dung môi rẽ tiền

Nhược điểm là dầu sót nhiều, tốn nhiều năng lượng để làm khô dầu

Thường được dùng để trích ly sữa dừa

7 Enzyme:

Bổ sung vào nước Thường dùng các enzyme phá huỷ thành tế bào thực vật như cellulase, hemicellulase, glucanase… Dầu tách ra nổi lên bề mặt ( nước ở giữa, bã

ở đáy) Có thể dùng bể lắng hay ly tâm để tách dầu thô

Dầu thu được là tinh sạch, có thể không cần qua khâu tinh sạch

Hiện nay chưa áp dung cho quy mô công ghiệp vì giá thành enzyme đắt

8 Acetone :

Rẻ tiền, phù hợp với trích ly dầu

Có thể hoà tan được gossypol ( độc tố trong hạt bông), afla toxin (độc tố hạt mốc) để sử dụng bã khô dầu

Không hoà tan phospholipid ( tạp chất)

Có thể dùng acetone để định tính phospholipid

Nhược điểm: tạo màu tối cho dầu ( rất khó loại đi khi tinh luyện), còn lại mùi trên bã

Hiện nay, acetone không được dùng trong công nghiệp

9 Alcohols:

Thường dùng etanol, isopropanol

Ưu điểm :

o Không gây ô nhiễm

o Có khả năng hoà tan gossypol, afla toxin

o Giá thành tương đối rẻ

Nhược điểm:

o Ơû nhiệt độ thường không hoà tan dầu, phải thực hiện ở nhiệt độ cao

o Rượu tạo hỗn hơp đẳng phí với nước nên khó khăn khi tách nước ra khỏi rượu, nên khó thu hồi và tái sử dụng

Hiện nay, alcohols cũng không được sử dụng trong công nghiêp

10 Chất lỏng siêu tới hạn:

Đây là một phương pháp mới, đang được nghiên cứu, chưa ứng dụng vào quy mô công nghiệp.

Thường dùng là CO2 (20-103 kPa, 50 – 80 0-C)

Ưu điểm:

o Không độc hại

o Không gây cháy nổ

o Trơ về mặt hoá học

o Giá thành rẻ

o Ơû điều kiện siêu tới hạn, hoà tan dầu rất tốt

o Thu hồi dầu hoàn toàn tinh sạch

Nhược điểm:

o Trang thiết bị đòi hỏi phải chịu được áp suất cao, nên chi phí trang thiết

bị đắt tiền

11 Kết hợp với enzyme [5] :

Trong những nghiên cứu hiện nay, dầu cám có thể được trích bằng cách dùng kết hợp với enzyme tan trong nước Theo nghiên cứu này, người ta đã dùng

ProtizymeTM( protease, α- amylase,cellulase)

III CÁC THIẾT BỊ TRÍCH LY

Phân loại : Thiết bị làm việc liên tục, bán liên tục, hay gián đoạn Cũng có thể phân loại theo nguyên lý làm việc của thiết bị

1.Theo nguyên lý làm việc: [6, 11]

Có hai loại thiết bị trích ly cơ bản : thiết bị trích ly dạng ngâm ( immerson extractor) và thiết bị trích ly dạng xối tưới ( percolation extractor)

Thiết bị trích ly dạng ngâm: Thiết bị này đòi hỏi nhiều dung môi hơn Trong loại thiết

bị này, nguyên liệu được ngâm hoàn toàn trong một dòng dung môi chuyển động chậm và liên tục Thiết bị dạng ngâm thích hợp với loại nguyên liệu mà sự cản trở việc truyền khối của dầu lớn

Thiết bị trích ly dạng xối tưới : Thiết bị dạng xối tưới có năng suất trích ly cao hơn, ít tốn diện tích hơn, vận hành tốt hơn so với thiết bị trích ly dạng ngâm Trong loại thiết

bị này, dung môi được phun lên 1 lớp nguyên liệu dày nhưng không làm ngập hoàn toàn Một lớp mỏng dung môi chảy rất nhanh qua bề mặt của các hạt rắn và lấy đi một cách hiệu quả lượng dầu đã được khuếch tán từ trong ra ngoài

2 Theo nguyên lý làm việc :

2.1 Thiết bị làm việc gián đoan:

Một lượng xác định nguyên liệu được tương tác với một lượng xác định dung môi Miscella được tháo ra, chưng cất, và dung môi được hoàn lưu lại thiết bị trích ly cho

đến khi hàm lượng dầu sót trong nguyên liệu đạt được yêu cầu Phương pháp này hiệnnay đã lỗi thời, chỉ được xử dụng với mục đích thí nghiệm.

2.2 Thiết bị làm việc bán liên tục :

Hệ thống bán liên tục này gồm nhiều thiết bị trích ly gián đoạn nối tiếp nhau Dung môi hoặc miscella được di chuyển từ thiết bị trích ly này đến thiết bị tiếp theo

Nguyên lý này được áp dụng đối với thiết bị trích ly dạng giỏ đứng (Stationary BasketExtractor)

Hình 2.3 : Thiết bị trích ly dạng giỏ đứng (The FRENCH Stationary Basket Extractor ,courtesy of The FRENCH Oilmill Machinery Co.) [11]

Thiết bị có dạng bình hình trụ đứng, được phân thành nhiều ngăn nhỏ theo phương bán kính Các ngăn này đứng yên Dung môi hay miscella được dẫn vào từ phía trên và chảy tràn qua lớp nguyên liệu rắn Nguyên liệu được tương tác với dung môi theo nguyên tắc ngược chiều

2.3 Thiết bị trích ly liên tục:

Cả nguyên liệu và dung môi đều được đưa vào thiết bị một cách liên tục Các dạng thiết bị liên tục này khác nhau bởi cấu trúc hình học của thiết bị và cách di chuyển dung môi và nguyên liệu, vẫn theo nguyên tắc ngược dòng

2.3.1 Thiết bị trích ly dạng băng tải :

Hình 2.4 : Thiết bị trích ly dạng băng tải và thiết bị chưng sấy dung môi của hãng

De Smet [22]

2.3.2 Thiết bị trích ly dạng giỏ chuyển động ( moving basket extractor)

Trong loại thiết bị này, nguyên liệu không được tạo thành một khối mà được chia ra và đổ đầy vào các khoang ( giỏ) Các khoang này được đục thủng ở đáy Các giỏ này có thể di chuyển thẳng đứng (bucket elevator extractors), theo chiều ngang ( frame belt and sliding cell extractors), hay quay quanh 1 trục (carrousel extractors)

Hình 2.5: Thiết bị trích ly của hãng Lurgi [11]

Hình 2.6 Thieát bò trích ly HSL basket cuûa HSL ltd [11]

Hình 2.7 : The "CARROUSEL" Extractor (Extractionstechnik G.A.m.b.H.) [11]

Chương 3: THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

I Quy trình công nghệ

Nước lạnh

Dung môi + hơi

Dung môiHơi

Tách nước

Dung môi

NướcDung môi

NướcTạp chất

II.Thuyết minh quy trình :

1 Thu nhận

• Mục đích : chuẩn bị

• Tiếp nhận nguyên liệu để ổn định sản xuất

• Các biến đổi chính : Cám gạo có hàm ẩm khoảng 10% được tiếp nhận vào nhà máy từ các nhà máy xay xát lúa Cần được kiểm tra chỉ số AV của dầu, hàm ẩm, và tạp chất trước khi nhập vào

Cám gạo mà có chỉ số AV dưới 30 sẽ được đưa vào quy trình sản xuất Biến đổi chủ yếu trong quá trình tồn trữ là sự tăng chỉ số AV của cám gạo

do tác động của enzyme lipase Ngoài ra còn có các biến đổi vật lý khác như sự thay đổi hàm ẩm Biến đổi sinh học do côn trùng, vi sinh vật gây nên khi tồn trữ

• Thiết bị : kho chứa

2 Làm sạch :

• Mục đích: chuẩn bị

• Tách khỏi hạt những tạp chất có hại lẫn bên trong khối cám gạo ,

• Các biến đổi chính : chủ yếu là biến đổi vật lý Tỷ trọng khối cám gạo thay đổ, tách loại được các tạp chất như gạo vỡ, bụi, kim loại, đá, cát …

• Thiết bị: Máy sàng kết hợp với khí động.

3.Chưng sấy:

• Mục đích: chuẩn bị, khai thác

• Là quá trình gia nhiệt cho khối bột nghiền ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhấtđịnh Gồm có hai giai đoạn: Đầu tiên bột nghiền sẽ được làm ẩm ở nhiệt độtương đối thấp bằng cách xông hoặc phun trực tiếp hơi bão hòa (8 – 12% ẩm).Sau đó bột nghiền sẽ được tăng nhiệt độ lên và sấy khô đến độ ẩm nhất định

• Các biến đổi chủ yếu:

Phá vỡ tiếp tế bào chứa dầu

Làm liên kết giữa các phân tử dầu và phân tử phi dầu yếu đi, dầu đễ được giảiphóng ra ngoài

Ở nhiệt độ cao và độ ẩm cao làm biến tính protein và vô hoạt enzyme trong hạt

Ở nhiệt độ cao, độ nhớt của dầu giảm

Tiêu diệt một phần vi sinh vật trong hạt

Làm yếu liên kết giữa dầu và các phần tử ưa nước (protein, …), dầu dễ tách ra hơn

- Giai đoạn đầu:

Khối lượng nước trong hạt tăng, hạt trương nở và trở nên dẻo hơn Một số hạttrong khối bột nghiền sẽ bị vón cục Thể tích khối bột nghiền tăng

Dầu thoát ra trên bề mặt

Một số biến đổi không có lợi: lipid bị oxy hóa.

- Giai đoạn sau:

Thay đổi cấu trúc hạt, hạt trở nên ít dẻo hơn (dễ ép hơn)

• Yêu cầu chất lượng sau chưng sấy:

Aåm của cám gạo: 7 – 12 %

Nhiệt độ cám gạo: 95 – 115oC

• Thực hiện: Thực hiện trong nồi chưng sấy ở nhiệt độ 90 – 115oC

4 Trích ly:

• Mục đích : khai thác

• Dùng dung môi hoà tan dầu trong nguyên liệu

o Các biến đổi chính : biến đổi hoá lý Hòa tan dầu, các chất màu, mùi,hợp chất chứa nitơ vào dung môi

o Biến tính một phần protein

• Các thông số công nghệ

- Dung môi : hexane

- Tỷ lệ hexane : cám là 2,2 : 1

- Nhiệt độ :50oC

- Thời gian : khoảng 40 phút

• Thiết bị : thiết bị trích ly dạng ngâm

5 Quá trình sử lý miscella :

• Mục đích : hoàn thiện, bảo quản Nhằm mục đích tách dung môi, dầu sạch, vàbã khô dầu

• Bao gồm bốn quá trình:

- Loại tạp chất

- Chưng cất miscella

- Ngưng tụ dung môi và nước

- Tách dung môi và nước

5.1 Lọc :

• Mục đích: chuẩn bị

• Mixen thu được sau khi trích ly ngoài thành phần dầu hoà tan còn có các chất

màu, các phức photpholipid và các hạt bã dầu cùng một số tạp chất cơ họckhác Các chất hòa tan trong mixen ở dạng keo và không tan trong mixen, dướitác động của nhiệt khi chưng cất sẽ có phản ứng tương tác với mixen làm giảmphẩm chất dầu (bị tăng chỉ số axid, sẫm màu), tạo ra cao đóng kết bề mặt cácthiết bị truyền nhiệt trong hệ thống chưng cất và khi chưng cất dầu sẽ gây rahiện tượng trào nổi do sủi bọt

Do đó để thu được dầu trích ly có chất lượng tốt ta phải làm sạch các tạp chấthòa tan và không hòa tan trong mixen trước khi đem chung cất

• Các biến đổi của nguyên liệu:

- Biến đổi vật lý: kết lắng các cặn mùn

• Thông số kỹ thuật:

- Tỷ lệ cặn mùn trong mixen: <0,1%

- Hàm lượng dầu của cặn mùn: 1,25 – 1,6%

- Độ ẩm của cặn mùn: 8 – 8,5%

• Thiết bị: máy

5.2 Chưng cất miscela :

• Mục đích : khai thác, hoàn thiện

• Dùng nhiệt độ làm bay hơi dung môi khỏi hỗn hợp ( kéo theo cả ẩm) để táchriêng dung môi và thu lấy dầu

• Các biến đổi chính:

- Vật lý: tăng nhiệt độ của mixen

- Hóa lý: dung môi từ pha lỏng chuyển sang pha hơi

• Thiết bị :

Miscella được chưng cất theo nhiều cấp Đối với chưng cất 2 cấp:

- Thiết bị chưng cất sơ bộ: tháp màng dạng ống chùm Dầu thu được có nồng độtừ 60 -70 %

Nguyên tắc: Mixen sôi trong bộ ống chùm và dâng theo thành ống ở dạng màngvà bốc hơi dung môi

- Thiết bị chưng cất kiệt dung môi: tháp màng dạng tấm (máng) xếp song song.Nguyên tắc: Mixen đặc quá nhiệt với áp suất dư qua mỏ phun vào buồng thiết bịtrong điều kiện hút chân không sẽ bốc hơi dung môi rất mạnh Các giọt mixenđặc rơi xuống hệ thống máng thành các lớp màng mỏng Dưới ttác động của hơiquá nhiệt tiếp xúc trực tiếp lên màng mixen dung môi lại tiếp tục bốc hơi Dầutrích ly chảy dồn xuống bồn khử mùi đang được đun nóng nhằm đảm bảo cất kiệtdung môi trong dầu Dầu được cô đến nồng độ 93-95 %

5.3 Ngưng tụ dung môi:

• Mục đích : tách nước khỏi dung môi

• Các biến đổi chính: biến đổi hoá lý: có sự thay đổi pha

• Thiết bị : hệ thống ống sinh hàn

5.4 Tách nước khỏi dung môi

• Mục đích: thu được dung môi tinh sạch

• Các biến đổi chính: hoá lý Có sự tách pha,

• Thiết bị : bể lắng, có đáy côn Dung môi phía trên, nước phía dưới Nước cóthể lẫn một ít dung môi, còn dung môi thì tinh sạch

6 Xử lý bã khô dầu

• Mục đích : chế biến, hoàn thiện, bảo quản

• Bã sau trích ly có chứa 25-30% dung môi, cần tách dung môi ra khỏi bã Dungmôi bay hơi được đưa về thiết bị ngưng tụ để thu hồi dung môi

• Các biến đổi chính:

- Vật lý: thay đổi về tỷ trọng, hàm ẩm

- Hoá lý : có sự tách pha, bay hơi dung môi

• Thiết bị : nồi chưng sấy

III Tính toán cân bằng vật chất :

Tính cân bằng vật chất cho sản phẩm chính là : dầu thô và bã khô dầu

Nguyên liệu ban đầu là cám gạo

1 Các thông số để tính toán : [6, 8, 9 ,10, 11, 22]

• Cám gạo :

- Hàm ẩm ban đầu : 12%

- Hàm ẩm trước khi vào trích ly : 8%

- Tổn thất dung môi trong chưng cất là 0.1%

- Hexane với tỷ lệ hexane : cám gạo = 2.2 : 1

- Hàm ẩm của dung môi khi vào ngưng tụ là 10%

• Dầu :

- Hàm ẩm : 1%

- Cặn : 0,1 %

• Cặn (bã khô dầu sót trong miscell, sau khi lọc) :

- Hàm ẩm trong cặn : 0,1%

- Dầu sót trong cặn : 1%

• Bã khô dầu :

- Hàm ẩm cuối cùng :12%

- Hàm ẩm trước chưng sấy là : 10%

- Dầu trong bã cuối : 0.4%

- Dung môi trong bã ngay sau trích ly : 28%

• Hao hụt cho mỗi quá trình là 0,1 %

2 Tính toán cân bằng vật chất :

Lấy 100kg cám gạo nguyên liệu

Khối lượng nước có trong cám gạo ban đầu :

Khối lượng dầu trong 100kg nguyên liệu :

mdầu = 0,2 * 100 = 20 (kg)

2.1 Cho quá trình sàn :

- Khối lượng cám gạo sau khi sàn :

Hàm ẩm trước khi vào chưng sấy là 12% Hàm lượng sau chưng sấy là 8%

- Lượng nước đã thoát ra :

mnước = 3,87612 (kg)

- Khối lượng sau khi tính đến hao hụt :

2.3 Quá trình trích ly :

- Khối lượng cám gạo vào trích ly : mcám gạo = 92,9339 (kg)

- Tỷ lệ dung môi : cám gạo = 2,2 : 1

- Khối lượng dung môi sử dụng :

- Hàm ẩm trước khi vào trích ly là 8%

- Khối lượng nước :

2.4 Quá trình chưng sấy bã khô dầu :

- Khối lượng bã sau trích ly vào chưng sấy khi đã xét hao hụt trên đường vậnchuyển :