Bên cạnh việc lựa chọn quy trình công nghệ sản xuất cho phân xưởng. Để phân
xưởng hoạt động tốt và đạt hiệu quả kinh tế cao cần phải lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng phù hợp với các điều kiện sau:
- Căn cứ vào phương hướng, kế hoạch phát triển kinh tế của ngành và của địa phương, phân xưởng phải đặt trong vùng quy hoạch của địa phương.
- Địa điểm xây dựng phân xưởng phải gần nguồn nguyên liệu và nguồn nguyên liệu đó phải ổn định để có thể cung cấp nguyên liệu lâu dài cho phân xưởng. Sản lượng
và chất lượng nguyên liệu được coi là trung tâm hoạt động của phân xưởng.
- Diện tích đất đặt phân xưởng phải đảm bảo có thể mở rộng khi muốn tăng năng suất của phân xưởng.
- Địa điểm xây dựng phải gần vùng cung cấp điện, nhiên liệu đảm bảo cho hoạt động của phân xưởng không bị gián đoạn.
- Có nguồn nước đảm bảo cho hoạt động của phân xưởng.
- Là nơi có nguồn nhân công dồi dào để thu hút lao động cho phân xưởng.
- Thuận lợi về giao thông vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm, thuận tiện cho khách hàng đến giao dịch.
- Không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: mùi hôi, khói bụi, các tác nhân gây ô
nhiễm từ môi trường xung quanh; địa hình nơi xây dựng phải đảm bảo vững chắc và bằng phẳng, đảm bảo cho vấn đề cấp thoát nước, không bị ngập nước, đọng nước khi
trời mưa.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, tôi chọn thiết kế phân xưởng đặt tại khu công
nghiệp Suối Dầu, huyện Cam Lâm, tỉnh Khánh Hòa, cách thành phố Nha Trang khoảng
25 km về phía Nam. Khu công nghiệp Suối Dầu nằm cạnh quốc lộ 1A, đây là con
đường huyết mạch nối từ Nam ra Bắc, là đầu nối quan trọng cho việc phát triển kinh tế
Đây là khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng, rất thuận lợi cho việc xây
dựng phân xưởng. Nơi này cũng có lực lượng lao động tại chỗ dồi dào, có thể cung đủ
nguồn nhân lực cho phân xưởng.
Khí hậu
Bảng 1.1. Thống kê yếu tố khí tượng tỉnh Khánh Hòa năm 2012
Tháng Yếu tố 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Độ ẩm (%) 78 82 79 82 78 77 75 74 78 79 82 78 Lượng mưa (mm) 99 28 119 149 92 24 151 30 445 140 370 35 Nhiệt độ trung bình (oC) 24,4 25,0 26,5 27,7 28,8 29,8 29,3 29,6 27,8 27,2 27,1 26,4 Số giờ nắng (giờ) 115 216 228 280 294 236 249 272 184 213 223 178 (Nguồn: Cục Thống kê tỉnh Khánh Hòa)
Khu công nghiệp Suối Dầu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, một năm chỉ
có hai mùa: mùa nắng và mùa mưa. Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1 000÷2 000
mm, tập trung vào tháng 9÷12, chiếm khoảng 75% lượng mưa cả năm.
Nhiệt độ trung bình trong năm là 26,7oC Nhiệt độ thấp nhất từ 14÷15 oC
Nhiệt độ cao nhất không vượt quá 37oC
Độ ẩm trung bình khoảng 80%
Vùng nguyên liệu
Khánh Hòa là một tỉnh thuộc Nam Trung Bộ, có nhiều tiềm năng để phát triển nghề khai thác hải sản, là một trong những vựa cá lớn của Việt Nam với bờ biển dài 385 km, hơn 200 hòn đảo và diện tích toàn tỉnh là hơn 5 197 km2, là địa phương có
diện tích nuôi tôm thẻ chân trắng tăng nhanh với tốc độ chóng mặt, từ 83 ha (2006) lên 4 103 ha (2010).
Bên cạnh đó, ngành chế biến thủy sản ở Khánh hòa cũng rất phát triển. Ở đây có
nhiều nhà máy chế biến tôm có thể cung cấp nguồn phế liệu tôm cho phân xưởng. Ngoài ra phân xưởng có thể thu mua nguyên liệu từ các tỉnh lân cận như Phú Yên,
Ninh Thuận, Bình Thuận.
Hợp tác hóa
Sự hợp tác hóa trong vùng có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế và sản xuất. Phân xưởng có thể liên kết với công ty sản xuất bao bì, công ty điện lực, cấp thoát nước
trong khu công nghiệp để giảm được chi phí đầu tư xây dựng và mua sắm trang thiết
bị, máy móc, hạ giá thành sản phẩm. Trong vùng, có nhiều nhà máy chế biến tôm và chế biến thức ăn gia súc. Vì vậy, phân xưởng có thể hợp đồng mua nguyên liệu (phế
liệu tôm) và bán phế liệu (dịch ép từ công đoạn ép tách dịch có chứa hàm lượng protein
cao).
Nguồn nhân lực
Nguồn nhân công sử dụng cho phân xưởng chủ yếu được tuyển dụng tại địa phương nhằm giảm chi phí cho việc xây dựng nhà ở cho công nhân. Đối với nguồn
đồng với trường Đại học Nha Trang, và có thể tuyển dụng từ các trường đại học và cao
đẳng khác trong cả nước.
Nguồn cung cấp điện
Nguồn điện cung cấp là rất quan trọng cho hoạt động của phân xưởng. Khả năng
cung cấp điện cho xí nghiệp là tương đối dễ dàng vì đây là khu công nghiệp được quy
hoạch, nên có mạng điện quốc gia, sử dụng mạng điện 3 pha, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện cho sản xuất và sinh hoạt.
Nguồn cung cấp nước và thoát nước
Khu công nghiệp Suối Dầu có hệ thống cung cấp nước nội bộ công suất trên 3 000 m3/ngày đêm. Ngoài ra, khu công nghiệp còn là nơi có hệ thống nước ngầm tốt
nên xí nghiệp có thể xây dựng hệ thống nước cấp để phục vụ cho quá trình chế biến và sinh hoạt.
Mặt khác, khu công nghiệp Suối Dầu đã có sẵn hệ thống xử lý nước thải chung
hiện đại và hoàn thiện, tất cả lượng nước thải của phân xưởng sẽ được xử lý đạt tiêu chuẩn loại B trước khi dẫn vào hệ thống xử lý chung của khu công nghiệp.
Nguồn cung cấp nhiên liệu
Trong phân xưởng sản xuất chitosan, cần một lượng hơi nước rất lớn cho quá
trình gia nhiệt cho thùng ngâm và sấy sản phẩm. Vì vậy, phân xưởng sẽ lắp đặt nồi hơi để chủ động cung cấp hơi cho quá trình sản xuất.
Nhiên liệu được sử dụng cho nồi hơi là dầu FO, mua từ các trạm xăng dầu xung
quanh khu công nghiệp.
Hệ thống giao thông vận tải
Phân xưởng nằm trong khu công nghiệp sát với quốc lộ 1A nên thuận tiện cho
việc thu mua nguyên liệu và vận chuyển thành phẩm bằng đường ô tô, xe lửa.
Ngoài ra, xí nghiệp nằm gần cảng Nha Trang và Cam Ranh nên thuận lợi cho vận chuyển hàng hóa bằng đường biển.
Phân xưởng đặt ở nơi có hệ thống giao thông thuận lợi nên sản phẩm có thể dễ dàng được đưa tới các tỉnh thành trong nước cũng như xuất khẩu ra nước ngoài.
Chương 2.
XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ, TÍNH CÂN BẰNG NGUYÊN, VẬT
LIỆU, TÍNH CHỌN MÁY, THIẾT BỊ VÀ LAO ĐỘNG 2.1. Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu
2.1.1. Nguyên liệu
2.1.1.1. Nguyên liệu chính
Thành phần phế liệu tôm
Bảng 2.1. Thành phần trọng lượng của tôm (%) [13]
Loại tôm Tôm vỏ bỏđầu Tôm thịt Đầu tôm Vỏ tôm
He 61,19 52,05 29,80 10,00 Thẻ 62,95 53,62 28,00 9,00 Sú 61,96 52,84 31,40 8,90 Rằn 58,23 48,60 33,90 10,40 Gân 59,30 41,45 33,14 11,27 Chì 57,71 47,43 31,85 11.07 Bộp 60,32 49,02 31,55 12,15 Rảo 58,68 46,49 33,20 12,20 Vàng 60,25 48,04 31,75 13,07 Sắt 50,47 39,15 42,38 11,62 Càng 40,22 31,61 51,95 8,56 Hùm 28,07 22,20 63,40 5,50 Mũ ni 41,52 30,74 52,02 12,57
Tôm là đối tượng quan trọng trong ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản Việt
cung cấp nhiều nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thủy sản trong nước và xuất
khẩu nhiều mặt hàng như:
- Tôm tươi còn vỏ, đầu (nguyên con) cấp đông IQF hoặc Block.
- Tôm vỏ bỏ đầu cấp đông IQF hoặc Block.
- Tôm bóc vỏ, bỏ chỉ lưng cấp đông IQF.
- Tôm bóc vỏ, còn đốt đuôi cấp đông IQF.
- Tôm dạng sản phẩm định hình, làm chín. - Tôm bóc vỏ, đóng hộp.
Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng đã được bóc vỏ, bỏ đầu. Phần đầu thường chiếm 34÷45%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10÷15% trọng lượng của tôm
nguyên liệu. Tuy nhiên, tỉ lệ này phụ thuộc vào giống loài, giai đoạn sinh trưởng của
chúng. Thành phần trọng lượng của các loại tôm được trình bày ở Bảng 2.1.
Cấu tạo vỏ tôm:
Vỏ tôm chia làm 4 lớp chính:
- Lớp biểu bì (epicucle). - Lớp màu.
- Lớp canxi hóa.
- Lớp không bị canxi hóa.
Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi. Lớp màu, lớp canxi hóa, lớp không bị canxi hóa chứ nhiều chitin nhưng lớp biểu bì thì không. Ta gọi các lớp có chứa chitin là endocuicle.
Lớp biểu bì: Những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng bị biến đỏ bởi Fucxin, có điểm pH = 5,1; không chứa chitin. Nó khác với các lớp còn lại, bắt màu với
anilin xanh. Lớp epicuticle có lipit vì thế nó cản trở tác động của axit ở nhiệt độ thường trong công đoạn khử khoáng bằng axit hơn là các lớp bên trong. Màu của lớp này
Lớp epicuticle liên kết với một số màng mỏng bên ngoài cản trở hòa tan ngay cả trong môi trường axit đậm đặc do nó có chứa các mắt xích paratin mạch thẳng.
Lớp màu: Tính chất của lớp này do sự có mặt của những thể hình hạt của những
vật chất mang màu giống dạng melanin tạo nên. Chúng gồm những túi khứ hoặc những
dạng không bào. Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng đứng có phân nhánh, là con đường cho canxi thẩm thấu vào.
Lớp canxi hóa: Lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp,
chitin ở trạng thái tạo phức với canxi.
Lớp không bị canxi hóa: Vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một
phần tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin - protein bền vững
không có canxi và quinine.
Thành phần hóa học của vỏ tôm:
Thành phần chiếm tỉ lệ đáng kể trong phế liệu vỏ, đầu tôm là protein, chitin, canxi, sắc tố, enzym.
- Protein: Thành phần protein trong phế liệu tôm thường tồn tại ở 2 dạng: dạng
tự do và dạng liên kết.
+ Dạng tự do: Dạng này tồn tại ở phần thịt tôm từ một số tôm bị biến đổi và vứt đi lẫn vào phế liệu hoặc phần thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của tôm. Nếu công
nhân vặt đầu không đúng kỹ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu nhiều làm
tăng tiêu hao nguyên vật liệu, mặt khác phế liệu này khó xử lý hơn.
+ Dạng liên kết: Ở dạng này, protein không hòa tan và thường liên kết với
chitin, canxi carbonat, với lipit tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo proteincarotenoit,… như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.
- Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các protein dưới dạng phức chitin - protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp
- Canxi: Trong vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là muối
CaCO3, hàm lượng Ca3(PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng
dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl gây khó khăn cho quá trình khử
khoáng.
- Sắc tố: Trong vỏ tôm thường có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin.
- Enzym: Theo Tạp chí Thủy sản số 5/1993, hoạt độ protease của đầu tôm
khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/gam tươi. Các enzymer chủ yếu là enzymer trong nội tạng
của đầu tôm và của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu.
Ngoài thành phần chủ yếu kể trên, trong phế liệu vỏ, đầu tôm còn có các thành phần khác như: nước, carbonat, lipit, phospho.
Tỉ lệ giữa các thành phần này là không ổn định, chúng thay đổi theo giống, loài,
đặc điểm sinh thái, sinh lý, mùa vụ,…
Bảng 2.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm (%) [13]
Phế liệu Protein Chitin Lipit Tro Canxi Photpho
Đầu tôm 53,10 11,10 8,90 22,60 7,20 1,68
Vỏ tôm 22,80 27,20 0,40 31,70 11,10 3,16
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của vỏ tôm sú [13]
STT Thành phần Hàm lượng % trong vỏ tôm tươi
Hàm lượng % trong vỏ tôm khô
1 Muối canxi-photpho 12,25 45,16
2 Protein 8,05 23,25
3 Chitin 4,50 27,05
Như vậy, trong phế liệu tôm hàm lượng chitin chiếm khá cao (11,10÷27,20%)
và đây là nguồn nguyên liệu lý tưởng để sản xuất chitin - chitosan.
2.1.1.2. Hóa chất
Các hóa chất được sử dụng trong quy trình sản xuất chitosan là NaOH khan và dung dịch HCl 32% dùng trong công nghiệp.
Bảng 2.4. Tính chất lý hóa của HCl, NaOH [2], [3]
Đặc điểm lý hóa Dung dịch HCl 32% NaOH khan
Trạng thái vật lý Dạng lỏng Dạng rắn
Màu sắc Không màu Màu trắng
Mùi đặc trưng Mùi hăng Không mùi
Độ hòa tan trong nước Hoàn toàn Dễ tan trong nước lạnh
Độ pH < 1 (dung dịch 1%) 13.5
Khối lượng riêng (kg/l) 1.16 2.13
Điểm nóng chảy (oC) Không phù hợp 323
Điểm sôi (oC) 83 1 388
2.1.2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan
Nấu Chitin trong NaOH
Rửa trung tính 3
Ly tâm
Sấy Chitosan
Dò kim loại
Bao gói, in date
Đóng thùng, in date
Chitosan
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan
NaOH 50% to = 100oC τ = 6h w/v = 1/2,5 Vỏ, đầu tôm Rửa, ép tách dịch
Ngâm trong NaOH
Rửa trung tính 1 Ngâm trong HCl Rửa trung tính 2 HCl 4% to phòng τ = 2h w/v = 1/4 NaOH 4% to = 65oC τ = 2h w/v = 1/5 to = 60oC τ = 10h
2.1.2.2. Thuyết minh quy trình sản xuất chitosan
a. Nguyên liệu
Phế liệu vỏ, đầu tôm dùng để sản xuất chitosan phải tươi, thực nghiệm chứng
minh rằng nguyên liệu đã bị thối rửa thì sản lượng và chất lượng của chitosan sẽ kém.
Nguyên liệu được vận chuyển về phân xưởng bởi xe tải trong các thùng cách nhiệt có
ướp đá và bảo quản trong kho nguyên liệu.
b. Rửa ép tách dịch
Đây được coi là bước tiền xử lý để loại bỏ tạp chất, protein và nước, đồng thời
làm giảm kích thước nguyên liệu. Lúc đầu, nguyên liệu (vỏ, đầu tôm) còn nhiều tạp
chất, vì vậy cần phải rửa để loại bỏ tạp chất. Sau đó, thực hiện công đoạn ép để loại bỏ
tạp chất, nước và một phần protein trong nguyên liệu, giảm kích thước nguyên liệu cho
quá trình xử lý tiếp theo được hiệu quả hơn. Nếu giai đoạn này được làm tốt cùng với
nguyên liệu tươi thì chất lượng chitosan thu được sẽ tốt và tiết kiệm chi phí hóa chất ở công đoạn sau. Dịch ép có hàm lượng protein cao, có thể được tận dụng để chế biến
thức ăn gia súc, làm phân bón vi sinh.
c. Ngâm trong NaOH
Do chitin tồn tại trong nguyên liệu dưới dạng liên kết với khoáng, protein nên cần phải khử các hợp chất phi chitin này ra khỏi chitin. Các hợp chất phi chitin là chất
khoáng, chất màu, protein, lipid và các hợp chất khác.
Để loại bỏ protein và chất béo, tiến hành ngâm trong dung dịch NaOH 4%, ở
nhiệt độ 65oC trong 2 giờ, tỷ lệ nguyên liệu trên dung dịch acid (w/v) là 1/5. Để rút
ngắn thời gian trao đổi chất của nguyên liệu với dung dịch cần thực hiện ly tâm với tốc độ 25 vòng/phút.
Trong quá trình ngâm, protein bị phân giải, chất béo bị xà phòng hóa và hòa tan trong dung dịch xút, ngoài ra một phần sắc tố cũng bị phá hoại.
Sau khi kết thúc quá trình khử protein, hệ thống van sẽ được mở ra, dung dịch
d. Rửa trung tính 1
Đây là giai đoạn trung gian giữa các công đoạn trong quy trình sản xuất để cho