3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
3.4.4. Quy trình làm thực nghiệm
3.4.4.1. Công tác chuẩn bị
- Chuẩn bị các dụng cụ đo cần thiết cho thí nghiệm: sắp xếp vào vị trí hợp lý
thuận tiện khi triển khai công việc thu gom dầu sả.
- Chuẩn bị làm sạch sả nguyên liệu, cắt đúng kích thước và cân đủ khối lượng
cho một lượt thí nghiệm.
- Đưa sả vào vị trí chuẩn bị khởi động hệ thống chưng cất.
3.4.4.2. Khởi động hệ thống chưng cất
- Kiểm tra nguồn điện sẵn sàng, các dây dẫn ở điều kiện an toàn không bị trầy xước, rò rỉ điện; mực nước làm mát đầy đủ.
- Bật nguồn điện cung cấp cho hệ thống chưng cất. - Khởi động bơm nước làm mát.
- Khởi động quạt hút hơi.
- Chọn chế độ thí nghiệm, cài đặt thời gian thực hiện và khởi động lò vi sóng. - Xác định khoảng thời gian thu gom dầu.
- Giám sát, theo dõi vận hành hệ thống đảm bảo lò không bị quá nhiệt, sả khô bị
cháy trong quá trình chưng cất.
- Định kỳ thu gom dầu theo mỗi giai đoạn 5 phút cho đến khi kết thúc thí nghiệm.
- Thực hiện thí nghiệm thăm dò chu kỳ phát sóng của lò vi sóng: Dùng thiết bị đo công suất để xác định công suất tiêu thụ và chu trình phát sóng của lò vi sóng.
+ Chếđộ trung bình (Medium mode), 2 đầu phát sóng vi ba công suất 2000W Khi khởi động lò vi sóng, công suất lò vi sóng tăng giảm theo chu kỳ. Qua khảo
sát từ khảo nghiệm thực tế cho thấy thời gian của mỗi chu kỳ phát sóng kéo dài khoảng 40 giây, trong đó thời gian bắt đầu bao gồm cả thời gian nghỉ của bộ phận phát
sóng là khoảng 15 giây đầu. Thời gian 4 giây tiếp theo, công suất tăng nhẹ lên gần 600W và tăng đột ngột lên công suất làm việc khoảng 1800W và duy trì trong vòng 21
Đồ thị 3.1. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ trung bình, 02 đầu phát sóng
+ Chế độ cao (High mode), 2 đầu phát sóng vi ba công suất 2000W
Khi khởi động lò vi sóng, công suất lò vi sóng tăng theo chu kỳ. Qua khảo sát từ khảo nghiệm thực tế cho thấy thời gian phát sóng kéo dài khoảng 40 giây, trong đó
thời gian bắt đầu bao gồm cả thời gian nghỉ của bộ phận phát sóng là khoảng 15 giây
đầu. Thời gian 4 giây tiếp theo, công suất tăng nhẹ lên gần 600W và tăngđột ngột lên công suất làm việc khoảng 1800W duy trì trong cả một chu kỳ.
+ Chếđộ trung bình (Medium mode), 4 đầu phát sóng vi ba công suất 4000W Khi khởi động lò vi sóng, công suất lò vi sóng tăng giảm theo chu kỳ. Qua khảo sát từ khảo nghiệm thực tế cho thấy thời gian của mỗi chu kỳ phát sóng kéo dài khoảng
40 giây, trong đó thời gian bắt đầu bao gồm cả thời gian nghỉ của bộ phận phát sóng là khoảng 15 giây đầu. Thời gian 4 giây tiếp, theo công suất tăng nhẹ lên gần 1100W và
tăng đột ngột lên công suất làm việc khoảng 3800W duy trì trong vòng 21 giây.
Đồ thị 3.3. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ trung bình, 04 đầu phát sóng
+ Chế độ cao (High mode), 4 đầu phát sóng vi ba công suất 4000W
Khi khởi động lò vi sóng, công suất lò vi sóng tăng theo chu kỳ. Qua khảo sát từ khảo nghiệm thực tế cho thấy thời gian phát sóng kéo dài khoảng 40 giây, trong đó
thời gian bắt đầu bao gồm cả thời gian nghỉ của bộ phận phát sóng là khoảng 15 giây
đầu. Thời gian 4 giây tiếp theo, công suất tăng nhẹ lên gần 1100W và tăng đột ngột lên công suất làm việc khoảng 3790W duy trì trong cả một chu kỳ.
Đồ thị 3.4. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ cao, 04 đầu phát sóng
3.4.4.3. Triển khai thí nghiệm
Gọi Yh1, Yh2, Yh3 lần lượt là thể tích dầu sảở các thí nghiệm lần 1, lần 2 và lần 3
Yh1 Thể tích dầu sảđo ở thí nghiệm thứ nhất (ml)
Yh2 Thể tích dầu sảđo ở thí nghiệm thứ hai (ml)
Yh3 Thể tích dầu sảđo ở thí nghiệm thứ ba (ml) a. Thí nghiệm 1: Chếđộ phát sóng trung bình (Medium mode)
- Số đầu phát sóng vi ba: 02 đầu phát công suất 2x1000W.
- Sả: lá sả thẻ tươi, 3 tháng tuổi; độ ẩm khoảng từ 30-35%; Khối lượng 04 kg,
không gia ẩm, được bó chặt.
- Độ ẩm môi trường: 82%, nhiệt độ môi trường: 290C. - Số lần thí nghiệm: lặp lại 3 lần.
- Khoảng cách về thời gian để lấy mẫu thí nghiệm: 5 phút.
Đồ thị 3.5. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN1-CĐTB/2 ĐP
Qua khảo nghiệm chưng cất dầu sả ở chế độ trung bình, sử dụng 02 đầu phát
sóng công suất 2x1000W không có sự hỗ trợ của cuốn hơi nước, nhận thấy:
- Phút 15 hỗn hợp hơi và dầu sả bắt đầu bay hơi ra đường ống để dẫn vào hệ
thống ngưng tụ.
- Phút 50 bắt đầu ngưng tụ và chảy ra ống nghiệm.
- Phút 170 thì phần thân sả và lá sả bị khô. Nếu tiếp tục thí nghiệm có rủi ro sẽ
bị cháy sả trong lò vì khi này, qua kiểm tra thực tế cho thấy lá sả có thể đốt cháy ngay.
- Nhiệt độ trong buồng vi ba dao động từ 30 - 1200C. - Lượng dầu sả thu được nhiều nhất là 96 ml.
b. Thí nghiệm 2: Chếđộ phát sóng cao (High mode)
- Số đầu phát sóng vi ba: 02 đầu phát công suất 2x1000W.
- Sả: lá sả thẻ tươi, 3 tháng tuổi, độ ẩm khoảng từ 30-35%, khối lượng 04 kg,
không gia ẩm, được bó chặt.
- Độ ẩm môi trường: 83%, nhiệt độ môi trường: 280C. - Số lần thí nghiệm: lặp lại 3 lần.
Đồ thị 3.6. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN2-CĐC/2 ĐP
Qua khảo nghiệm chưng cất dầu sả ở chế độ cao, sử dụng 02 đầu phát sóng
công suất 2x1000W không có sự hỗ trợ của cuốn hơi nước, nhận thấy:
- Phút 10 hỗn hợp hơi và dầu sả bắt đầu bay hơi ra đường ống để dẫn vào hệ
thống ngưng tụ.
- Phút 15 bắt đầu ngưng tụ và chảy ra ống nghiệm.
- Phút 120 thì phần thân sả và lá sả bị khô. Nếu tiếp tục thí nghiệm có rủi ro sẽ
bị cháy sả trong lò vì khi này, qua kiểm tra thực tế cho thấy lá sả có thể đốt cháy ngay.
- Nhiệt độ trong buồng vi ba dao động từ 30 - 1300C. - Lượng dầu sả thu được nhiều nhất là 153 ml.
c. Thí nghiệm 3: Chếđộ phát sóng trung bình (Medium mode) - Số đầu phát sóng vi ba: 04 đầu phát, công suất 4x1000W.
- Sả: lá sả thẻ tươi, 3 tháng tuổi, độ ẩm khoảng từ 30-35%, khối lượng 04 kg,
không gia ẩm, được bó chặt.
- Độ ẩm môi trường: 79%, nhiệt độ môi trường: 290C. - Số lần thí nghiệm: lặp lại 3 lần.
- Khoảng cách về thời gian để lấy mẫu thí nghiệm: 5 phút.
Đồ thị 3.7. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN3-CĐTB/4 ĐP
Qua khảo nghiệm chưng cất dầu sả ở chế độ trung bình, sử dụng 04 đầu phát
sóng công suất 4x1000W không có sự hỗ trợ của cuốn hơi nước, nhận thấy:
- Phút 15 hỗn hợp hơi và dầu sả bắt đầu bay hơi ra đường ống để dẫn vào hệ
thống ngưng tụ.
- Phút 20 bắt đầu ngưng tụ và chảy ra ống nghiệm.
- Phút 120 thì phần thân sả và lá sả bị khô. Nếu tiếp tục thí nghiệm có rủi ro sẽ
bị cháy sả trong lò vì khi này, qua kiểm tra thực tế cho thấy lá sả có thể đốt cháy ngay.
- Nhiệt độ trong buồng vi ba dao động từ 30 - 1300C. - Lượng dầu sảthu được nhiều nhất là 253 ml.
d. Thí nghiệm 4: Chếđộ phát sóng cao (High mode)
Đồ thị 3.8. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN4-CĐC/4 ĐP
- Số đầu phát sóng vi ba: 04 đầu phát, công suất 4x1000W.
- Sả: lá sả thẻ tươi, 3 tháng tuổi, độ ẩm khoảng từ 30-35%, khối lượng 04 kg,
không gia ẩm, được bó chặt.
- Độ ẩm môi trường: 84%, nhiệt độ môi trường: 29,30C. - Số lần thí nghiệm: lặp lại 3 lần.
- Khoảng cách về thời gian để lấy mẫu thí nghiệm: 5 phút.
Qua khảo nghiệm chưng cất dầu sả ở chế độ cao, sử dụng 04 đầu phát sóng
công suất 4x1000W không có sự hỗ trợ của cuốn hơi nước, nhận thấy:
- Phút 6 hỗn hợp hơi và dầu sả bắt đầu bay hơi ra đường ống để dẫn vào hệ
thống ngưng tụ.
- Phút 9 bắt đầu ngưng tụ và chảy ra ống nghiệm.
- Phút 70 thì phần thân sả và lá sả bị khô. Nếu tiếp tục thí nghiệm có rủi ro sẽ bị
cháy sả trong lò vì khi này, qua kiểm tra thực tế cho thấy lá sả có thể đốt cháy ngay.
- Lượng dầu sảthu được nhiều nhất là 182 ml. e. Thí nghiệm 5: Chếđộ phát sóng cao (High mode)
- Số đầu phát sóng vi ba: 04 đầu phát, công suất 4x1000W.
- Sả: lá sả thẻ tươi, 3 tháng tuổi, độ ẩm khoảng từ 30-35%, khối lượng 04 kg,
gia ẩm 300mL nước, được bó chặt.
- Độ ẩm môi trường: 84%, nhiệt độ môi trường: 29,30C. - Số lần thí nghiệm: lặp lại 3 lần.
- Khoảng cách về thời gian để lấy mẫu thí nghiệm: 5 phút.
Qua khảo nghiệm chưng cất dầu sả ở chế độ cao, sử dụng 04 đầu phát sóng
công suất 4x1000W có gia ẩm 300mL nước, nhận thấy:
- Phút thứ 5 hỗn hợp hơi và dầu sả bắt đầu bay hơi ra đường ống để dẫn vào hệ
thống ngưng tụ.
- Phút thứ 9 bắt đầu ngưng tụ và chảy ra ống nghiệm.
- Phút thứ 80 thì phần thân sả và lá sả bị khô. Nếu tiếp tục thí nghiệm có rủi ro sẽ
bị cháy sả trong lò vì khi này, qua kiểm tra thực tế cho thấy lá sả có thể đốt cháy ngay.
- Nhiệt độ trong buồng vi ba dao động từ 30 - 1200C. - Lượng dầu sảthu được nhiều nhất là 377 ml.
3.4.4.4. Một số hình ảnh sản phẩm sau thí nghiệm Hình 3.33. Sản phẩm chưng cất ở CĐTB/2 ĐP Hình 3.34. Sản phẩm chưng cất ở CĐC/2 ĐP Hình 3.35. Sản phẩm chưng cất ở CĐTB/4 ĐP Hình 3.36. Sản phẩm chưng cất ở CĐC/4 ĐP
Hình 3.37. Sản phẩm chưng cất ở CĐC/4ĐP-N
Hình 3.38. Lá sả khô sau quá trình
chưng cất
3.4.4.5. So sánh tương quan giữa các chế độ chưng cất
Từ thí nghiệm cho thấy, khi chưng cất dầu sả bằng vi sóng thực hiện các
phương pháp khác nhau thì hiệu suất thu hồi dầu và thời gian thực hiện thí nghiệm cũng khác nhau. Khi quá trình chưng cất có sự hỗ trợ gia ẩm ban đầu (300ml nước bổ
sung), hiệu suất thu hồi dầu sảcao hơn; tuy nhiên trong dầu sảthu được có một tỷ lệ nước cao hơn so với không gia ẩm ban đầu.
Đồ thị 3.10. Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian
Thời gian chưng cất của các phương pháp khác nhau. Quá trình chưng cất có sự
hỗ trợ gia ẩm ban đầu có thời gian chưng cất dài hơn so với phương pháp không gia ẩm (chỉ dùng ẩm độ chứa trong khối thân lá sả).
Biểu đồ 3.1. Biểu đồ so sánh theo thời gian chưng cất giữa các phương pháp
3.4.4.6. Nhận xét và thảo luận
So sánh kết quả nghiên cứu giữa các chế độ chưng cất vi sóng và giữa chưng
cất vi sóng với phương pháp truyền thống, nhận thấy:
a. Khả năng làm việc: chưng cất dầu sả bằng vi sóng áp dụng phương pháp
cuốn hơi nước có khả năng làm việc ổn định, có hệ thống làm mát tuần hoàn nên tiết
kiệm nguồn nước và đảm bảo nhiệt độ nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ tăng hiệu
suất thu hồi tinh dầu.
b. Năng suất, hiệu suất thu hồi tinh dầu:
- Chưng cất sả ở chế độ bức xạ vi ba trung bình cho năng suất thu hồi dầu cao hơn so với chế độ bức xạ vi ba cao. Nguyên nhân là do thí nghiệm ở chế độ cao, khi
dừng thí nghiệm thì sả ở lớp ngoài cùng độ ẩm gần bằng 0, nhưng lớp sả bên trong vẫn
còn ẩm. Điều đó chứng tỏ chưa thu triệt để tinh dầu ở trong sả.
- Đối chiếu chưng cất bằng sóng viba với kết quả chưng cất hơinước truyền thống:
+ Hiệu suất thu hồi dầu sả cao hơn 6 lần (chưa kể nồng độ tinh dầu cao hơn do
không gia ẩm trong quá trình chưng cất..).
* Phương pháp chưng cất vi ba: 4 kg lá sả tươi thu được 250 ml 60-65 ml/1kg.
* Phương pháp chưng cất hơi nước truyền thống: 250 kg lá sả tươi thu được
* Theo Nguyễn Tấn Hợp (2018), Nghiên cứu thử nghiệm khả năng chưng cất
tinh dầu cây tràm gió bằng công nghệ vi ba kết hợp ngưng tụ cưởng bức, Luận văn tốt
nghiệp đại học, Trường Đại học Nông Lâm Huế: khi chưng cất dầu cây tràm gió sử
dụng công nghệ vi sóng cũng có kết quả là hiệu suất thu hồi dầu tràm cao hơn 5 lần so
với kết quả chưng cất hơi nước truyền thống.
Lý do:
+ Chưng cất sử dụng công nghệ sóng vi ba công phá trực tiếp các phân tử nước
chứa trong các túi dịch bào thực vật chứa tinh dầu đến nhiệt độ đủ để giúp làm bay hơi
triệt để các thành phần chứa tinh dầu trong nguyên liệu, để quạt hút thu hồi toàn bộ
phần bay hơi này đưa vào bộ phận ngưng tụ cưỡng bức, không thất thoát ra bên ngoài.
+ Chưng cất sử dụng công nghệ sóng vi ba có thời gian gia nhiệt - bay hơi - ngưng
tụ nhanh, do đó hạn chế rất lớn việc các hợp chất hữu cơ cao phân tử - mạch vòng của
chất thơm biến đổi thành phần (biến chất khi ở nhiệt độ cao); bảo đảm được chất lượng và hiệu suất tinh dầu cao hơn so với phương pháp nấu hơi nước truyền thống.
+ Chưng cất bằng công nghệ vi ba chỉ sử dụng nước tự do và nước liên kết
trong thành phần mô tế bào thân lá nguyên liệu là đối tượng công phá – phá vỡ các
màng bao của các túi dịch bào; do đó tiêu tốn ít năng lượng hơn so với việc đun nóng một khối lượng nước rất lớn để luộc thân lá nguyên liệu như chưng cất truyền thống.
c. Chất lượng: Đánh giá cảm quan và giác quan:
+ Hương liệu dầu sau khi chưng cất ở chế độ sử dụng 2 đầu phát có màu sắc và
mùi đậm hơn so với chế độ sử dụng 4 đầu phát, hiện tượng cháy cục bộ sả ít xảy ra hơn. + Hương liệu dầu sau khi chưng cất ở chế độ sử dụng 4 đầu phát có màu sắc và mùi nhạt hơn so với chế độ sử dụng 2 đầu phát, hiện tượng cháy cục bộ sả, dầu sả thu
được có váng than cháy. Nguyên nhân là do sả đặt trong buồng cố định, bó chặt, lớp
ngoài cùng bị cháy nhưng lớp trong còn ẩm; 4 nguồn phát sóng cố định; tấm chắn sóng
trong buồng phát vi ba không đều.
d. Thời gian chưng cất: chưng cất bằng vi sóng với 4 đầu phát và ở chế độ
cao có thời gian ngắn hơn so với 2 đầu phát và chế độ trung bình. Riêng ở chế độ
gia ẩm có thời gian dài hơn 10 phút so với chế độ không gia ẩm, có thể rút ngắn
thời gian chưng cất bằng cách tăng số đầu phát sóng phù hợp với khối lượng