Hoàng văn nguyên chưng cất tinh dầu sả năng suất 288kg nguyên liệu 1 mẻ

Nguyễn Văn Huế, đồ án này em sẽ trình bày về “Tính toán và thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả chanh bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước năng suất 288 kg nguyên liệu/mẻ ”... Nguyên tắ

LỜI CẢM ƠN

ể hoàn thành tốt được bài đồ án thiết bị này em xin chân thành cảm ơntrường đại học Nông Lâm Huế cùng quý thầy cô thuộc khoa cơ khí côngnghệ đã tạo điều kiện cho chúng em vừa học những kiến thức trong trường vừathực hành tiếp cận với ngành nghề của mình

Đ

Em xin cảm ơn các thầy cô khoa cơ khí công nghệ đã truyền đạt cho em nhữngkiến thức về chuyên ngành cũng như xã hội và hết lòng chỉ bảo chúng em nắmvững lý thuyết trong suốt quá trình học tập, cung cấp những tài liệu cần thiếttrong quá trình làm đồ án

Và đặc biệt em xin cảm ơn thầy phó trưởng khoa cơ khí công nghệ TS Nguyễn

Văn Huế người đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành tốt trong thời gian làm

đồ án thiết bị này

Mặt dù đã cố gắng rất nhiều nhưng vẫn còn những sai sót Vì vậy em rất mongquý thầy cô đóng góp ý kiến để bài đồ án sau của em có thể hoàn thành được tốthơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Huế, tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Nguyên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

I Tổng quan về tinh dầu và phương pháp sản xuất tinh dầu 6

1 Khái niệm về tinh dầu 6

2 Tính chất vật lý và các thành phần hóa học của tinh dầu 6

2.1 Tính chất vật lý của tinh dầu 6

2.2 Thành phần hóa học của tinh dầu 6

3 Phương pháp sản xuất tinh dầu 8

3.1 Phương pháp chưng cất 8

3.1.1 Nguyên tắc phương pháp 8

3.1.2 Cơ sở lí thuyết 8

3.1.2.1 Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan 8

3.1.2.2 Chưng cất – Sự lôi cuốn theo hơi nước 8

3.1.3 Phân loại 9

3.1.3.1 Chưng cất bằng nước 9

3.1.3.2 Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng 10

3.1.3.3 Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng 11

3.1.4 Ưu nhược điểm 11

3.1.4.1 Ưu điểm 11

3.1.4.2 Nhược điểm 12

3.2 Phương pháp cơ học 12

3.3 Phương pháp trích ly 12

3.4 Phương pháp hấp thụ 12

3.5 Phương pháp lên men 13

II Giới thiệu về cây sả, tinh dầu sả 13

1 Giới thiệu về cây sả 13

2 Công dụng 14

2.1 Làm rau gia vị 14

2.2 Tinh dầu sả dùng như hóa chất công nghiệp 14

2.2.1 Tinh dầu sả dùng như thuốc bảo vệ thực vật 14

2.2.2 Tinh dầu sả dùng trong công nghiệp 15

2.3 Các bộ phận cây sả dùng làm thuốc 15

2.3.1 Theo Đông y 15

2.3.2 Theo Tây y 15

PHẦN 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT 17

I Quy trình chưng cất tinh dầu sả 17

II Thuyết minh quy trình 18

1 Nguyên liệu 18

2 Xử lý nguyên liệu 18

3 Chưng cất 18

4 Ngưng tụ 18

5 Phân ly 18

PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ 20

I Cân bằng vật chất và năng lượng 20

1 Các thông số giả định 20

2 Nguyên liệu sả chanh 20

3 Nước 20

4 Cân bằng vật liệu 20

5 Nhiệt độ chưng cất 22

6 Nhiệt lượng cung cấp cho nồi chưng 23

II Tính toán thiết bị 25

1 Thiết bị chưng cất 25

1.1 Kích thước thiết bị chưng cất 25

1.2 Nắp thiết bị 26

1.3 Cổ nồi 27

1.4 Vòi voi 28

1.5 Đáy thiết bị 28

1.6 Vỉ đựng nguyên liệu 28

1.7 Vật liệu làm thiết bị chưng cất 29

1.8 Độ bền nồi chưng cất 30

2 Thiết bị ngưng tụ 31

2.1 Các thông số đã biết 31

2.2 Nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu – nước hoàn toàn thành lỏng 32

2.3 Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước 32

2.4 Xác định bề mặt truyền nhiệt 32

2.4.1 Xác định Δtt 33

2.4.2 Xác định hệ số truyền nhiệt K 33

2.4.2.1 Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống  N 34

2.4.2.2 Nhiệt tải qua thành ống và các lớp cặn bẩn 35

2.4.2.3 Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ 36

2.4.2.4 Xác định t ’ , t 37

2.4.3 Bề mặt truyền nhiệt F 38

3 Thiết bị phân ly 38

4 Thiết bị phụ 39

4.1 Que điện trở nhiệt 39

4.2 Ống tiếp nước 39

PHẦN 4: KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Các dạng nắp thiết bị 27

Hình 3.2 Các dạng cổ nồi 27

Hình 3.3 Các dạng đáy thiết bị 28

LỜI NÓI ĐẦU

inh dầu được ví như nhựa sống, tinh hoa của cây, mang đầy đủ nhữngphẩm chất quý giá mà thiên nhiên ban tặng cho mỗi loại cây như: mùihương, vị, màu sắc, tình chất hóa học, lý học …

T

Từ lâu con người đã biết sử dụng tinh dầu để phục vụ đời sống như dùng trongchế biến các món ăn, dùng để đuổi côn trùng, chữa bệnh, làm đẹp … nhưng dochưa biết cách thu hồi và sử dụng tinh dầu nên chưa sủ dụng được hết tiềm năngcủa các loại tinh dầu Ngày nay, với sự phát triền của khoa học kỹ thuật, conngười đã biết các thu nhận tinh dầu phục vụ cho nhiều lĩnh vực trong đời sốnghơn Tinh dầu được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực trong đời sống như: thựcphẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, y tế, văn hóa , mang lại hiểu quả cao cho kinh tế,nâng cao chất lượng sống cho xã hội

Tinh dầu sả là một trong những loại tinh dầu phổ biến, có giá trị kinh tế cao vàđược sử dụng nhiều trong mỹ phẩm, y dược, làm gia vị …

Với mục đích tìm hiểu về một quy trình sản xuất tinh dầu, được sự hướng dẫn

tận tình của Giảng viên – TS Nguyễn Văn Huế, đồ án này em sẽ trình bày về

“Tính toán và thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả chanh bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước năng suất 288 kg nguyên liệu/mẻ ”.

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I Tổng quan về tinh dầu và phương pháp sản xuất tinh dầu

1 Khái niệm về tinh dầu

Tinh dầu là những hỗn hợp khác nhau của những chất bốc hơi nguồn thực vật(rất ít khi có nguồn gốc động vật), các chất này thường có mùi thơm và có cấutạo, tính chất, điểm chảy, điểm sôi, độ tan trong nước hay trong các dung môi rấtkhác nhau, phần lớn chúng không tan, chính xác là ít hay rất ít tan trong nước.Các hợp phần của tinh dầu hòa tan lẫnvào nhau Nếu một lượng tinh dầu nào đó

là một khối đồng nhất (một pha), nó sẽ bắt đầu sôi ở một nhiệt độ phụ thuộc vàothành phần và tỷ lệ các hợp chất trong nó

2 Tính chất vật lý và các thành phần hóa học của tinh dầu

2.1 Tính chất vật lý của tinh dầu

Tinh dầu thường tồn tại dạng thể lỏng ở nhiệt độ thường, mùi thơm, ít khi cómàu trừ tinh dầu chứa aluzen có màu xanh Tinh dầu có tỉ trọng thấp so vớinước, chỉ số khúc xạ cao Tinh dầu bay hơi được, ít tan trong nước nhưng làmcho nước có mùi thơm, tinh dầu là hỗn hợp nên không có nhiệt độ sôi nhất định,nhiệt độ sôi thường cao trên 200°C Tinh dầu tan trong cồn, ete, dung môi hữu

cơ và các chất béo

2.2 Thành phần hóa học của tinh dầu

Tinh dầu là một loại chất lỏng được tinh chế (thông thường nhất là bằng cáchchưng cất bằng hơi hoặc nước) từ lá cây, thân cây, hoa, vỏ cây, rễ cây, hoặcnhững thành phần khác của thực vật Tinh dầu được ví như là nhựa sống củacây, vì vậy đã mang sức sống, năng lượng và mạnh hơn 100 lần các loại thảodược sấy khô Hầu hết các loại tinh dầu đều trong, ngoại trừ vài loại tinh dầunhư dầu cây hoắc hương, dầu cam, "lemongrass" thì đều có màu vàng hoặc hổphách

Bất kỳ một loại tinh dầu nào cũng đều có những thành phần sau:

Monoterpenes: Tìm thấy trong hầu hết các loại tinh dầu Monoterpenes có công

thức phân tử là C10H16 là chất khử trùng và thuốc bổ trong tự nhiên Chúng đượclọc không khí tốt mà có khoảng 10 nguyên tử cacbon trong đó Mặc dùMonoterpenes có mặt trong hầu hết các tinh dầu khác, một tỷ lệ lớn trong số họđược tìm thấy trong các loại dầu Citrus Họ là không màu, rất dễ bay hơi và xấu

đi nhanh chóng Do đó, họ cần phải được xử lý với việc chăm sóc và giữ ở nhiệt

độ mát mẻ Limonene hàng tại Lemon dầu, pinen hàng tại Pine và camphenehàng tại Long não là những ví dụ của các loại tinh dầu.

Sesquiterpene: Mặc dù không phải là dễ bay hơi như Monoterpenes,

sesquiterpene có hiệu quả và có khoảng 15 nguyên tử cacbon trong đó Họ cómột tác dụng làm dịu, là chống viêm và chống nhiễm trùng Zingiberene trongdầu gừng, cedrene tại Cedarwood và caryophellene trong dầu đinh hương là mộttrong những sesquiterpene tìm thấy trong các loại tinh dầu

Phenol: Các chất khử trùng hầu hết hóa chất có trong thực vật, kích thích cơ thể

phenol chức năng với liều lượng nhỏ Tuy nhiên, liều lớn có thể là một chất độccho hệ thần kinh và có thể gây kích ứng da cũng như các tiện nghi tiêu hóa chonhững người nhạy cảm Thymol hàng tại Thyme dầu và eugenol hàng tại Đinhhương là những ví dụ của phenol

Rượu: Rất nhiều rượu cũng có mặt trong các loại tinh dầu Cao chất sát trùng,

kháng khuẩn, chống nấm rượu và thuốc kháng sinh, thuốc bổ rất tốt cho hệ thầnkinh và kích thích phản ứng miễn dịch trong cơ thể Lavendulol trong Lavender,nerol trong Neroli và geraniol hàng tại Géranium dầu là những ví dụ của rượutrong các loại dầu

Xeton: Thuốc chống đông máu, Xeton có thể thư giãn, nghiêm trang và chữa

lành các mô sẹo, hệ thống miễn dịch hoặc hệ thống hô hấp trong cơ thể Tuynhiên, Xeton có thể có hại cho hệ thần kinh và có thể dẫn đến sẩy thai, co giật vàbệnh động kinh

Ete/ Este: Ête và este có tính chất tương tự nhưng ete là mạnh mẽ hơn của cả

hai Chống co thắt, kháng khuẩn và chống viêm, ete là nhẹ nhàng trên da và giúp

đỡ trong việc tái cân bằng của hệ thần kinh có hiệu quả Cinnamyl acetate trongQuế và myrtinly acetate trong Myrtle

Aldehyt: chống viêm, Aldehyt có tính chất tương tự như Xeton và cồn Tuy

nhiên, vượt Aldehyt có thể gây ra kích thích lớn cho da và các màng nhầy.Furfurol trong Lavender, Đàn hương, quế và Cypress là aldehyt

Coumarin: Anti-convulsant và chống đông, coumarin và thuốc an thần có tác

dụng thư giãn Khi các hóa chất này có thể được cảm quang, các loại tinh dầuvới các thành phần càn được sử dụng cẩn thận và không được tiếp xúc với ánhnắng mặt trời Bergaptene ừong Bergamot, angelicine trong Angelica vàCitroptene trong các loại dầu Citrns là những ví dụ của coumarin

3 Phương pháp sản xuất tinh dầu

3.1 Phương pháp chưng cất

3.1.1 Nguyên tắc phương pháp

Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan và lôi cuốn theohơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô thực vật(hoa, lá, vỏ quả, hạt, thân, cành, rễ, ) khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao Điều quan trọng là tính chất giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp các cấu tử khônghòa tan vào nhau Chính điều này làm cho phương pháp chưng cất trở nên có ýnghĩa

3.1.2 Cơ sở lí thuyết

3.1.2.1 Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan

Ngay khi nguyên liệu được làm vỡ vụn rồi đưa vào chưng cất thì chỉ có một số

mô chứa tinh dầu là bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôicuốn đi

Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặtnguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu Ta có thể mô tả quá trình này nhưsau: “Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵntrong tế bào thực vật Dung dịch chứa tinh dầu này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặtnguyên liệu và bị hơi nước lôi cuốn đi Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiềungược lại và tinh dầu lại tiếp tục hòa tan vào lượng nước này Quy trình này lặp

đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết.”

Sự khuếch tán, hòa tan, thẩm thấu sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trươngphồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa Như vậy, sự hiện diện củanước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quánhiệt, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Nhưng nếu lượng nước sử dụngthừa quá cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa nhữngcấu phần tan dễ trong nước

Ngoài ra, nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớpnguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp nàyđồng đều và dễ dàng

3.1.2.2 Chưng cất – Sự lôi cuốn theo hơi nước

Chưng cất có thể hiểu đơn giản là một quá trình biển đổi một cấu tử hay một hỗnhợp nhiều cấu tử ở thể lỏng thành thể hơi rồi sau đó ngưng tụ trở lại thành thểlỏng Sau quá trình đó, thành phần, hàm lượng cấu tử thu được sẽ biến đổi so vớihỗn hợp đầu Đồng thời ta đã tách được cấu tử cần thiết ra khỏi hỗn hợp đầu Nước có nhiệt độ sôi 100°C, tinh dầu có nhiệt độ sôi thường khoảng trên 200°C

Vậy tại sao ta có thể lôi cuốn tinh dầu theo hơi nước được?

Đó là nhờ đặc tính giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp các chất lỏng không hòa tanvào nhau Nhiệt độ sôi của hỗn hợp các cấu tử không hòa tan vào nhau dù ở bất

kì tỉ lệ nào cũng đều như nhau và luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tửriêng biệt Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà đã từ rất lâu phươngpháp chưng cất hơi nước được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thựcvật

Lúc này ta coi như có hỗn hợp 3 cấu tử là nước, Citral, Geraniol không hòa tanvào nhau Nhiệt độ sôi của hỗn hợp này khi đó sẽ luôn là dưới 100°C Nhờ vậyCitral, Geraniol sẽ bay hơi cùng với nước thoát ra, ta thu được hỗn hợp gồm 3cấu tử trên Kết quả là đã tách được Citral, Geraniol từ trong tể bào củ xả rathành hỗn hợp nước, Citral, Geraniol

3.1.3 Phân loại

Trong công nghiệp, dựa trên thực hành người ta chia các phương pháp chưng cấthơi nước ra ba loại chính :

- Chưng cất bằng nước

- Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng

- Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng

Cả ba phương pháp này đều có lý thuyết giống nhau nhưng khác nhau ở cáchthực hiện Trong khuôn khổ đồ án này em sẽ tập trung đi vào phương phápchưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng, sử dụng nguồn nhiệt từ điệnnăng

3.1.3.1 Chưng cất bằng nước

Trong trường hợp này, nước phủ kín nguyên liệu, nhưng phải chừa một khoảngkhông gian tương đối lớn phía trên lớp nước, để tránh khi nước sôi mạnh làmvăng chất nạp qua hệ thống hoàn lưu Nhiệt cung cấp có thể đun trực tiếp bằngcủi lửa hoặc đun bằng hơi nước dẫn từ nồi hơi vào (sử dụng bình có hai lớpđáy) Trong trường hợp chất nạp quá mịn lắng chặt xuống đáy nồi gây hiệntượng cháy khét nguyên liệu ở mặt tiếp xúc với đáy nồi, lúc đó nồi phải trang bịnhững cánh khuấy trộn đều bên trong trong suốt thời gian chưng cất

Sự chưng cất này thường không thích hợp với những tinh dầu dễ bị thủy giải.Những nguyên liệu xốp và rời rạc rất thích hợp cho phương pháp này Nhữngcấu phần có nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong nước sẽ khó hóa hơi trong khối lượnglớn nước phủ đầy khiến cho tinh dầu sản phẩm sẽ thiếu những hợp chất này Thí

dụ điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu được từ phương pháp chưng cất hơi

nước kém hơn phương pháp trích ly, vì phenyl etilic (phenyl etilic tạo mùi tinhdầu hoa hồng) nằm lại trong nước khá nhiều, vì thế người ta chỉ dùng phươngpháp này khi không thể sử dụng các phương pháp khác.

3.1.3.2 Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng

Trong phương pháp này, nguyên liệu được xếp trên một vỉ đục lỗ và nồi cấtđược đổ nước sao cho nước không chạm đến vỉ

Nhiệt cung cấp có thể là ngọn lửa đốt trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồi hơidẫn vào lớp bao chung quanh phần đáy nồi Có thể coi phương pháp này là mộttrường hợp điển hình của phương pháp chưng cất bằng hơi nước với hơi nước ở

áp suất thường Như vậy chất ngưng tụ sẽ chứa ít sản phẩm phân hủy hơn làtrường hợp chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, nhất là ở áp suất cao hay hơinước quá nhiệt

Việc chuẩn bị nguyên liệu trong trường trường hợp này quan trọng hơn nhiều sovới phương pháp trước, vì hơi nước tiếp xúc với chất nạp chỉ bằng cách xuyênqua nó nên phải sắp xếp thế nào để chất nạp tiếp xúc tối đa với hơi nước thì mới

có kết quả tốt Muốn vậy, chất nạp nên có kích thước đồng đều không sai biệtnhau quá

Nếu chất nạp được nghiền quá mịn, nó dễ tụ lại vón cục và chỉ cho hơi nước điqua một vài khe nhỏ do hơi nước tự phá xuyên lên Như vậy phần lớn chất nạp

sẽ không được tiếp xúc với hơi nước Ngoài ra, luồng hơi nước đầu tiên mangtinh dầu có thể bị ngưng tụ và tinh dầu rơi ngược lại vào lớp nước nóng bêndưới gây hư hỏng thất thoát Do đó việc chuẩn bị chất nạp cần được quan tâmnghiêm túc và đòi hỏi kinh nghiệm tạo kích thước chất nạp cho từng loại nguyênliệu

Tốc độ chưng cất trong trường hợp này không quan trọng như trong trường hợpchưng cất bằng nước Tuy nhiên, tốc độ nhanh sẽ có lợi vì ngăn được tình trạngquá ướt của chất nạp và gia tăng vận tốc chưng cất Về sản lượng tinh dầu mỗigiờ, người ta thấy nó khá hơn phương pháp chưng cất bằng nước nhưng vẩn cònkém hơn phương pháp chưng cất bằng hơi nước sẽ đề cập sau

So với phương pháp chưng cất bằng nước, ưu điểm của nó là ít tạo ra sản phẩmphân hủy Tuy nhiên dù với thiết bị loại nào đi nữa, ta phải đảm bảo là chỉ cóphần đáy nồi là được phép đốt nóng và giữ cho phần vỉ chứa chất nạp không tiếpxúc với nước sôi Phương pháp này cũng tốn ít nhiên liệu, tuy nhiên nó khôngthể áp dụng cho những nguyên liệu dễ bị vón cục

Khuyết điểm chính của phương pháp là do thực hiện ở áp suất thường, nên cấuphần có nhiệt độ sôi cao sẽ đòi hỏi một lượng rất lớn hơi nước để hóa hơi hoàn

toàn và như thế sẽ tốn rất nhiều thời gian Về kỹ thuật, khi xong một lần chưngcất, nước ở bên dưới vỉ phải được thay thế để tránh cho mẻ sản phẩm sau có mùilạ.

3.1.3.3 Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng

Hơi nước tạo ra từ nồi hơi, thường có áp suất cao hơn không khí, được đưathẳng vào bình chưng cất Ngày nay, phương pháp này thường dùng để chưngcất tinh dầu từ các nguyên liệu thực vật

Điểm ưu việt của phương pháp này là người ta có thể điều chỉnh áp suất, nhiệt

độ như mong muốn để tận thu sản phẩm, nhưng phải giữ nhiệt độ ở mức giớihạn để tinh dầu không bị phân hủy

Việc sử dụng phương pháp này cũng lệ thuộc vào những điều kiện hạn chế như

đã trình bày đối với hai phương pháp chưng cất nói trên cộng thêm hai yếu tốnữa là yêu cầu hơi nước không quá nóng và quá ẩm Nếu quá nóng nó có thểphân hủy những cấu phần có độ sôi thấp, hoặc làm chất nạp khô quăn khiến hiệntượng thẩm thấu không xảy ra Do đó trong thực hành, nếu dòng chảy của tinhdầu ngưng lại sớm quá, người ta phải chưng cất tiếp bằng hơi nước bão hòatrong một thời gian cho đến khi sự khuyếch tán hơi nước được tái lập lại , khi đómới tiếp tục dùng lại hơi nước quá nhiệt Còn trong trường hợp, hơi nước quá

ẩm sẽ đưa đến hiện tượng ngưng tụ, phần chất nạp phía dưới sẽ bị ướt, trongtrường hợp này người ta phải tháo nước ra bằng một van xả dưới đáy nồi trongcông nghiệp, hơi nước trước khi vào bình chưng cất phải đi ngang một bộ phậntách nước

Với hơi nước có áp suất cao thường gây ra sự phân hủy quan trọng, nên tốt nhất

là bắt đầu chưng cất với hơi nước ở áp suất thấp và cao dần cho đến khi kết thúc.Không có một quy tắc chung nào cho mọi loại nguyên liệu vì mỗi chất nạp đòihỏi một kinh nghiệm và yêu cầu khác nhau

3.1.4 Ưu nhược điểm

3.1.4.1 Ưu điểm

- Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, qui trình sản xuất đơn giản

- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp trích ly, hấp phụ,

- Thời gian chưng cất tương đối nhanh, nếu thực hiện gián đoạn chỉ cần 5-10giờ, nếu liên tục thì 30 phút đến 1 giờ

- Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao

3.1.4.2 Nhược điểm

- Không áp dụng phương pháp chưng cất vào những nguyên liệu có hàm lượngtinh dầu thấp vì thời gian chưng cất sẽ kéo dài, tốn rất nhiều hơi và nước đểngưng tụ

- Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủyphân, phân hủy bởi nhiệt độ cao

- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chấtđịnh hương thiên nhiên rất có giá trị)

- Hàm lương tinh dầu còn lại trong nước chưng (nước sau phân ly) tương đốilớn

3.2 Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học tương đối đơn giản, dùng để tách chất thơm ở dạng tự dobằng cách ép, dùng phổ biến cho các loại quả như: cam, chanh, quýt, bưởi, vìđối với những nguyên liệu này chất thơm thường phân bố ở lớp tế bào mỏngphía bên ngoài với một lượng tương đối lớn Khi ta tác dụng một lực lên vỏ quảthì các tế bào có chứa chất thơm sẽ bị vỡ và chất thơm sẽ bị chảy ra ngoài rất dễdàng

3.3 Phương pháp trích ly

Phương pháp này được sử dụng trong các trường hợp các thành phần hợp chấtthiên nhiên không bền ở nhiệt độc cao hoặc hàm lượng trong nguyên liệu rấtthấp, không thể dùng phương pháp chưng cất Phương pháp trích ly thường dùngdung môi dễ bay hơi như ethylic ether, petroleum ether, alcool, acetone hoặc cácloại khí hóa lỏng như CO2 lỏng tại áp suất lớn 60-70 atm

3.4 Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp thụ dựa trên cơ sở tính chất của một số loại hoa, quả có thểkéo dài thời gian tạo ra hương thơm sau khi đã rời khỏi cây và khả năng hòa tanchúng của các loại mỡ động vật trên bề mặt ( hấp phụ ) Bằng cách này thao táctiến hành rất thủ công, khó cơ giới hóa, các loại mỡ động vật đắt tiền, khó bảoquản, quá trình tiến hành kéo dài, năng suất thấp Gần đây người ta chuyển sanghấp phụ bằng than hoạt tính gọi là hấp phụ động học Bằng phương pháp nàyngười ta tạo điều kiện cho các luồng khí ẩm đi qua các lớp hoa, nhằm giữ chohoa được tươi lâu Luồng không khí sau khi qua lớp hoa sẽ cuốn theo nhữngchất thơm bay hơi đi vào buồng hấp phụ, ở đó than hoạt tính sẽ giữ lại các chấtthơm tại buồng hấp phụ, không khí thải ra ngoài Lớp hoa còn lại sau khi hấpphụ hết các chất thơm bay hơi sẽ đem đi chưng cất hoặc trích ly lấy hết nhữngchất thơm không bay hơi còn lại

3.5 Phương pháp lên men

Phương pháp này được áp dụng đối với các loại cây và quả có chất thơm ở trạngthái kết hợp từng phần, hoặc kết hợp hoàn toàn, không ở trạng thái tự do màthường ở trạng thái liên kết glucozit Vì vậy, muốn tách chất thơm từ những loạinguyên liệu này, đầu tiên cần phải tiến hành sơ bộ tách bằng phương pháp lênmen, sau đó dùng phương pháp chưng cất để tách hoàn toàn

II Giới thiệu về cây sả, tinh dầu sả

1 Giới thiệu về cây sả

Tên tiếng Anh: Lemon grass, lemongrass, oil grass, silky heads, citronella grass.Tên khoa học: Cymbopogon citratus (DC.) Stapf, 1906

Tên đồng nghĩa: Andropogon citratus

Phân loại khoa học:

Giới (Kingdom) Thực vật (Plantae)

Ngành (Division) Thực vật có hoa (Angiosperms)

Phân lớp (Subclass) Cây hạt kín (Commelinids)

Phân họ (Subfamily) Panicoideae

Phân tộc (Subtribe) Andropogoninae

Chi (Genus) Cymbopogon Spreng.(khoảng 55 loài)

Loài (Species) Cymbopogon citratus

Sả là một loại cây thân thảo, thuộc họ Hòa thảo Thường mọc thành từng bụi caokhoảng 1-1,5m (tùy theo dinh dưỡng trong đất nhiều hay ít hoặc cách chăm sóctốt hay xấu) Thân có mầu trắng hoặc hơi tím, có nhiều đốt

Sả có kiểu rể chùm, mọc sâu vào đất, rể phát triển mạnh khi đất tơi, xốp

Lá hẹp dài, mép lá hơi nhám Bẹ lá ôm chặt với nhau rất chắc, tạo thành mộtthân giả (mà ta thường gọi là củ) Sả đẻ chồi ở nách lá tạo thành nhánh nhưnhánh lúa Với cách sinh sản này từ một nhánh trồng ban đầu về sau chúng sẽsinh sôi ra nhiều nhánh tạo thành một bụi sả (giống như bụi lúa) Trong lá cónhiều tinh dầu, dược dùng làm nguyên liệu cất tinh dầu cùng với thân (bó bẹ lá)

Các loài Sả chanh thuộc chi Cymbopogon thích ứng rộng với điều kiện sinh thái Cây thường có mặt ở khắp vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Riêng giống sả C.

tortilis và C flexuosus được trồng ở ấn Độ, Guatemala, Honduras, Haiti và một

số nước khác Sả chanh được trồng hầu hết ở khắp các tỉnh phía Bắc nước ta,tập trung ở một số nông trường như Việt Trung (Quảng Bình), Thạch Ngọc

(Nghệ Tĩnh cũ ), Cửu Long (Hà Sơn Bình cũ), Bắc Sơn (Bắc Thái cũ ), v.v…Sau năm 1975, cây Sả còn được nghiên cứu và trồng trọt ở các tỉnh phía Namnhư miền Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, v.v…

Sả là cây chịu hạn nhưng chịu ngập úng kém Nhiệt độ thích hợp đối với cây

Sả là 24-28oC Cây Sả phát triển kém khi nhiệt độ dưới 10oC Trên 35oC Sả cũngsinh trưởng kém Lượng mưa thích hợp là 1500 – 2000 mm/năm

Việt Nam có 15 loài sả, trong đó có 11 loài có mùi thơm Về mặt hóa học có 3nhóm chính:

- Sả cho xitronelal: Sả Java còn gọi là sả xòe (Cymbopogonwinterianus Jawitt), sả Xrilanca còn gọi là sả bẹ (Cymbopogonnardus (L.) Rendle) Hai loài này được trồng nhiều ở Việt Nam

- Sả cho geraniol: Sả hoa hồng (Cymbopogon martiniivar motia Burk)đang được nghiên cứu trồng lớn để khai thác Sả hoa hồng cho tinhdầu rất thơm và có giá trị kinh tế cao do thành phần chính là geraniollên tới 80%

- Sả cho xitral: Sả chanh sồm 2 loài: Cymbopogon tortilis A.Camus vàCymbopogon flexnosus Stapf Các chủng loại này cũng đang đượcnghiên cứu để đưa vào trồng trọt

2 Công dụng

2.1 Làm rau gia vị

Sả được dùng làm rau gia vị lâu đời ở các nước Châu Á Sả được sử dụng rộngrãi như là một loại thảo dược trong món ăn châu Á Nó có hương vị chanh tinh

tế và có thể được dùng tươi (rất phổ biến) hoặc sấy khô và làm bột

Ở Việt nam sả không thể thiếu trong các món mắm, món nấu với thịt, cả món ănchay như tương, chao

Ở Ấn Độ cây sả được sử dụng trong các loại trà , súp , và món cà ri Nó cũngthích hợp cho gia cầm, cá, thịt bò, hải sản…

Sả thường được dùng như trà ở các nước Châu Phi như Togo và Cộng hòa Dânchủ Congo và các nước Mỹ Latinh như Mexico

2.2 Tinh dầu sả dùng như hóa chất công nghiệp

2.2.1 Tinh dầu sả dùng như thuốc bảo vệ thực vật

Ở các nước Đông Nam Á, dầu sả (Lemongrass oil) được sử dụng như là một loạithuốc trừ sâu và một chất bảo quản.Nghiên cứu cho thấy rằng sả dầu có đặctính xua đuổi côn trùng và chống nấm

Các thành phần hóa học chính của tinh dầu sả là geraniol và citronellol có tácdụng sát trùng, do đó tinh dầu sả được sử dụng trong xà phòng, nến và nhangmuỗi để xua đuổi côn trùng như dán, kiến, ruồi, muỗi, rận, rệp…

Mặc dù dầu sả có khả năng xua đuổi côn trùng, tuy nhiên dầu sả có tác dụng hấpdẫn và được sử dụng như "mồi nhử" để thu hút ong mật Vì một trong nhữngchất pheromone từ ong chúa tiết ra giống như một chất có mùi của tinh dầu sả

Do đó trong kỹ thuật nuôi ong mật người ta dùng dầu sả như chất gọi đàn khiđàn ong mới được chuyển vùng

Ở Việt nam cây sả được trồng khắp, nhân dân trồng cây sả quanh nhà, ngoàivườn, xung quanh nhà vệ sinh để xua đuổi ruồi, muỗi, dĩn, bọ chét vừa làm sạchmôi trường, vừa có tác dụng phòng bệnh Ngoài ra, tinh dầu sả còn khử mùi hôitrong công tác vệ sinh

Kinh nghiệm dân gian Nam Bộ cho biết khi trồng sả rắn độc không dám đến gần

để trú ẩn hay làm hang

Ở Ấn Độ, theo kinh nghiệm dân gian, người ta dùng thân là sả đặt trên ngọn câydầu cọ để xua đuổi các loài bọ cánh cứng hại cây cọ

2.2.2 Tinh dầu sả dùng trong công nghiệp

Tinh dầu sả được khai thác trong công nghiệp ngày càng phổ biến, chúng đượcdùng trong các sản phẩm dầu thơm y học, dầu thơm mỹ phẩm, sà phòng y tế,hương liệu thực phẩm…

2.3 Các bộ phận cây sả dùng làm thuốc

2.3.1 Theo Đông y

Sả có tên là Hương mao, có vị the, cay, mùi thơm, tính ấm, có tác dụng làm ra

mồ hôi, sát khuẩn, chống viêm, hạ khí, thông tiểu, tiêu đờm để chữa đầy bụng,đái rắt, chân phù nề, chữa ho do cảm cúm Toàn cây có mùi thơm đặc biệt.Ngoài được dùng làm rau ăn, gia vị (nhân dân thường dùng ăn sống hoặc tẩmướp cho thơm các món ăn) cây sả còn là vị thuốc chữa bệnh rất hữu hiệu Bộphận dùng làm thuốc là lá, rễ sả dùng tươi, phơi hay sấy khô

2.3.2 Theo Tây y

Cây sả mới được nhập vào Châu Âu và Châu Mỹ trong thời gian gần đây vàdược tính của nó nhanh chóng được nghiên cứu và khai thác

Trong y học dân gian của Brazil cho là tinh dầu sả đã giải được lo âu, trầm cảm

và là thuốc chống co giật, nhưng không ảnh hưởng đến sức khỏe con người cácnghiên cứu ở Brazil trong phòng thí nghiệm đã cho thấy tinh dầu sả có tác dụngchống oxy hóa, chống viêm Citronellol là một thành phần tinh dầu từ các loài

sả Cymbopogon citratus, C winterianus và loài cây giống như sả (Lippia

alba) được cho là có đặc tính chống huyết áp cao Citronellol đã làm giảm huyết

áp ở chuột nhờ vào tác động của tinh dầu sả vào cơ trơn làm giãn mạch

Trong một thử nghiệm khác kết luận tinh dầu sả (C citratus) đã được sử dụng

như một phương thuốc rẻ tiền để điều trị nấm miệng ở bệnh nhân HIV/AIDS

PHẦN 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT

I Quy trình chưng cất tinh dầu sả

Hỗn hợp hơi

Ngưng tụ Chưng cất

Tinh dầu thành phẩm Nước thải

II Thuyết minh quy trình

1 Nguyên liệu

Nguyên liệu dùng cho quá trình chưng cất ở đây là lá sả chanh Thành phầnchính chúng ta cần chưng cất của tinh dầu sả là geraniol (chiếm khoảng 20 -40%) Trước khi chưng cất cần phải xử lý nguyên liệu

2 Xử lý nguyên liệu

Nguyên liệu là củ, lá sả tươi đạt độ chín kỹ thuật, tức là lúc đầu lá (tính từ ngoàivào) đã khô từ 5 – 10cm thì cắt, sau khi cắt xong lá sả được phơi héo đến độ ẩmcòn 50 % so với ban đầu Ở độ ẩm này, lá sả bảo quản được một số ngày ở nơicất, hơn nữa, cất lá sả héo sẽ giảm được 35 % nhiên liệu và 27 % thời gianchưng cất Trước khi đưa lá sả vào nồi cất, có thể cắt nhỏ lá sả thành từng đoạnnhỏ từ 2 - 3cm để tăng độ tiếp xúc của lá sả với hơi, cũng cần chú ý loại các tạpchất như cỏ rác lẫn vào trong quá trình thu hái, khâu cắt nhỏ nguyên liệu cũngcần chú ý đến việc lớp nguyên liệu xốp có thể làm tắt nghẽn hơi Giả sử độ ẩmsau khi xử lý là 45%

Tại nồi chưng, hỗn hợp được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi

Ở trong nồi, hơi bốc từ dưới lên vào ống dẫn hơi

Sau quá trình chưng cất ta thu được bã, bã này sẽ được phơi hoặc sấy để tậndụng làm chất đốt cho nồi hơi

4 Ngưng tụ

Hơi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Tại đây, bên ngoài ống dẫn hơi được lắp đặtđường ống làm lạnh đi ngược chiều với hơi nóng Khi hơi tiếp xúc với đườngống dẫn nước lạnh sẽ bị ngưng tụ, do vậy nồng độ cấu tử dễ bay hơi tăng dầntheo chiều dài ống dẫn hơi Hơi sau khi được ngưng tụ thành chất lỏng sẽ chảyvào phễu thủy tinh và đi vào thiết bị phân ly

5 Phân ly

Dung dịch lỏng thu được gồm có tinh dầu và nước Tinh dầu sả có trọng lượngriêng nhẹ hơn nước nên phân lớp nổi lên trên, tách ra sẽ thu được tinh dầu Tại

đây đồng thời thu được nước chưng và tinh dầu thô, nước chưng sau khi qua xử

lí sẽ thu được nước thải và sản phẩm tinh dầu loại II có hàm lượng tinh dầu rấtthấp Tinh dầu thô thu được ta đem đi tinh chế sẽ thu được tinh dầu thành phẩm,đây là sản phẩm chúng ta mong muốn thu được, chứa hàm lượng tinh dầu cao vàmang lại giá trị kinh tế lớn

Dung dịch lỏng sau ngưng tụ được tách tinh dầu bằng cách sau:

- Phương pháp lắng: Bản chất của phương pháp này là dựa vào sự khácnhau về tỷ trọng của tinh dầu và nước Tinh dầu khi để lắng 1 thời gian,nhờ trọng lượng riêng khác nước sẽ lắng xuống tạo thành hai lớp và cóthể tách ra dễ dàng

- Phương pháp lọc: Phương pháp này dựa trên tính thấm ướt chọn lọc củacác chất lọc khác nhau Khi đó người ta cho hỗn hợp thu được một chất dễthấm nước, dễ giữ nước và tách chúng ra khỏi tinh dầu Phương pháp nàyđơn giản, đạt hiệu quả cao đồng thời có khả năng tách cả nước lẫn muốinhưng vấn đề khó là phải liên tục thay màng lọc

Sau khi lọc ta thu được tinh dầu thương phẩm

Tinh dầu thu được cho vào lọ thủy tinh có nắp kín và được bảo quản ở nhiệt độ

và độ ẩm thích hợp

Tinh dầu sả sau khi khử hết nước có màu sáng, được đóng chai bảo quản

PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ

I Cân bằng vật chất và năng lượng

1 Các thông số giả định

Qua tìm hiểu và tổng hợp ta có các thông số giả định như sau:

- Chưng cất 288kg lá sả chanh đã được cắt nhỏ Hàm lượng tinh dầu sả

(thành phần chính là giraniol) chiếm khoảng 1.5% khối lượng lá sả

- Nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu đầu vào, của nước đều đạt 200C

- Hiệu suất quá trình chưng cất đạt 95%

- Thời gian chưng cất (làm cho lá héo) khoảng 2.5 ÷ 3 giờ

2 Nguyên liệu sả chanh

Thành phần chính là giraniol:

Công thức phân tử là C10H18O

Phân tử lượng: Mdầu = 154.250 g/mol

Khối lượng riêng của sả là D = 889 kg/m3

.Nhiệt độ nóng chảy là -150C (50F hay 2580K)

Nhiệt độ điểm sôi là 2300C (4060F hay 5030K)

Độ hòa tan trong nước là 686 mg/l (200C)

Khối lượng phân tử là 18 g/mol

Khối lượng riêng là 1000 kg/m3

Nhiệt độ nóng chảy là 00C

Nhiệt độ sôi là 1000C

Khi hóa rắn có thể tôn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau

Nước là là dung môi phân cực mạnh có khả năng hòa tan nhiều chất và là dungmôi rất quan trọng trong kỹ thuật khoa học

4 Cân bằng vật liệu

Lượng dầu sả thu được sau quá trình chưng là:

Gdầu = 288 x 1.5% x 95% = 4.104 (kg)