Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo tiêu chuẩn nhật bản

Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU 8
Chương 1:Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu
chuẩn Nhật Bản 10
1.1. Tổng quan về chitin. 10
1.1.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhi ên. 10
1.1.2. Cấu tạo và tính chất của chitin. 11
1.1.3. Một số ứng dụng của chitin. 12
1.2. Quy trình công ngh ệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn
Nhật Bản 14
1.2.1. Tiêu chuẩn chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật. 14
1.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ. 15
1.2.3. Sơ đồ công nghệ. 18
1.2.4. Phân tích quy trình k ỹ thuật. .20
Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị 23
2.1. Yêu cầu kỹ thuật thiết bị. 23
2.2. Chọn phương án thiết kế mô hình 24
2.2.1. Các phương án hi ện hành 24
2.2.2. Chọn phương án thiết kế 25
2.3. Thiết kế mô hình. 37
2.3.1. Tính toán bộ khuấy đảo trong th ùng làm việc chính 37
2.3.2. Tính toán bộ gia nhiệt. 41
2.3.3. Tính chọn các thiết bị khác. 61
2.4. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật. 64
Chương 3: Thiết kế chế tạo mô h ình hệ thống thiết bị 65
3.1. Xác định dạng sản xuất. 65
3.2. Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ khuấy đảo. 66
3.3. Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ gia nhiệt. 67
3.3.1. Gia công thân v ỏ chính. 70
7
3.3.2. Gia công vỉ ống chùm 77

3.3.3. Gia công mặt bích chính. 81
3.4. Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ xử lý khí. 84
3.4.1. Phân tích khả năng gia công. 84
3.4.2. Phân tích chi ti ết gia công. 84
3.4.3. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo phôi. 85
3.4.4. Các nguyên công công ngh ệ chế tạo bộ xử lý khí. .88
Chương 4: Quy trình lắp ráp và sử dụng 93
4.1. Thử nghiệm và hoàn chỉnh. 93
4.1.1. Thử nghiệm. 93
4.1.2. Hoàn chỉnh. 94
4.2. Quy trình lắp ráp. 95
4.3. Quy trình sử dụng. 96
4.3.1. Vận hành. 96
4.3.2. Bảo trì và sửa chữa. 97
Kết luận và đề xuất ý kiến 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
Phụ lục ………………………………… ……………………………………… 100
8
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, ng ành Thuỷ sản của Việt Nam đ ã có những bước
phát triển vượt bậc. Nước ta đã trở thành một quốc gia sản xuất v à xuất khẩu thủy
sản lớn trên thế giới, đặc biệt là xuất khẩu tôm. Tuy nhi ên, bên cạnh sản phẩm tôm
chế biến được xuất khẩu, một l ượng khá lớn phế liệu của quá tr ình này gồm vỏ và
đầu đã còn lại hiện chưa được chế biến, sử dụng hợp lý và đang là tác nhân chính
gây ô nhiễm môi trường sản xuất. Theo nghi ên cứu của các nhà khoa học trong
thành phần cơ bản của vỏ tôm- cua - ghẹ, Chitin chiếm tỷ trọng khá lớn v à có nhiều
tính năng rất tốt để chế biến thành các sản phẩm cao cấp phục vụ sản xuất v à đời
sống xã hội. Vì vậy nhiều qui trình sản xuất Chitin từ phế liệu chế biến thủy sản đã
được xây dựng để nâng cao hiệu quả quá t rình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự ô
nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản

Tuy nhiên cho đến nay ở Việt Nam, quá trình sản xuất Chitin chỉ thực hiện
bằng thủ công năng suất thấ p và gây độc hại khá nghiêm trọng cho người lao động
cũng như làm ô nhiễm môi trường. Thiết kế chế tạo thành công thiết bị sản xuất
Chitin từ phế liệu thủy sản , đặc biệt là từ vỏ tôm sẽ giúp tăng năng suất lao động,
giảm mức độ độc hại hóa chất cho công nh ân và góp phần công nghiệp hóa - hiện
đại hóa ngành chế biến thủy sản cũng như góp phần nâng cao đời sống x ã hội và
bảo vệ môi trường sống. Do nhu cầu cấp thiết của thị tr ường cũng như đời sống xã
hôi, đặc biệt là bảo vệ môi trường sống nên em chọn đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế
chế tạo mô hình hệ thống thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu
chuẩn Nhật Bản”.
Đồ án được trình bày với các nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo
tiêu chuẩn Nhật Bản.
Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị.
Chương 3: Thiết kế chế tạo mô h ình hệ thống thiết bị.
9
Chương 4: Quy trình lắp ráp và sử dụng.
Kết luận và đề xuất.
Em xin chân thành c ảm ơn thầy PGS.TS Phạm H ùng Thắng, thầy Nguyễn Văn
Hân và các thầy trong bộ môn Chế tạo máy đã hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo tận t ình
và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Tuy nhiên, do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn chế so với nội dung
của đồ án nên trong đồ án còn nhiều hạn chế cũng nh ư thiếu sót. Em rất mong nhận
được những ý kiến nhận xét của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn .
Nha Trang, ngày 30 tháng 12 năm 2010.
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Xuân Lộc
10
Chương 1:
Tổng quan về công nghệ sản xuất chiti n từ phế liệu

vỏ tôm theo tiêu chuẩn Nhật Bản
1.1. Tổng quan về chitin.
1.1.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhi ên.
Chitin là polymer h ữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose và chúng đư ợc
tạo ra trung bình 20g trong một năm/m
2
bề mặt trái đất. Trong tự nhiên chitin tồn tại
ở trong cả thực vật v à động vật.
Trong giới động vật, chitin l à một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ
một số động vật không x ương sống. Ở thực vật chitin có ở th ành tế bào của nấm và
một số tảo chlorophiceoe. Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin khi xử lý
chitin với kiềm đặc nóng.
Chitin là polysaccharide có đ ạm không độc hại, có khối l ượng phân tử lớn.
Cấu trúc của chitin l à một tập hợp các phân tử li ên kết với nhau bởi các cầu nối
glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Hơn nữa chitin rất hiếm tồn tại
ở trạng thái tự do, hầu nh ư luôn luôn liên kết bởi các cầu nối đẳng trị (coralente) với
protein, CaCO
3
và các hợp chất hữu cơ khác trong vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ.
Trong động vật thuỷ sản, đặc biệt trong vỏ tôm hàm lượng chitin khá cao từ
14÷35% so với trọng lượng khô. Vì vậy, vỏ tôm là nguồn nguyên liệu chính để sản
xuất chitin phục vụ cho sản xuất x ã hội.
Việc nghiên cứu sản xuất chitin -chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản
xuất phục vụ đời sống l à vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào những năm 1978
đến 1980, trường Đại Học Thủy Sản (nay là trường Đại Học Nha Trang) đã công bố
quy trình sản xuất chitin-chitosan nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất.
Gần đây, trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ng ày càng cấp bách,
trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin -chitosan cũng như tiềm năng của thị
11
trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học Việt Nam bắt tay vào nghiên cứu

hoàn thiện quy trình sản xuất chitin-chitosan đồng thời nghiên cứu các ứng dụng
của nó trong lĩnh vực công nghiệp.
1.1.2. Cấu tạo và tính chất của chitin.
1.1.2.1. Cấu tạo của chitin.
- Từ những nghiên cứu về sự thuỷ phân chitin bằng enzim hay HCl đậm đặc,
người ta thấy rằng chitin có cấu trúc polymer tuyến tính được từ các đơn vị N-
acetyl--D-Glucosamin nối với nhau nhờ cầu nối -1-4glucozit
- Công thức cấu tạo:
- Công thức phân tử:
[C
8
H
13
O
5
]
n
n : thay đổi 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
- Phân tử lượng M
chitin
= (203,09)
n
phân tử luợng
1.1.2.2. Các tính chất của chitin.
- Chitin có màu trắng, không tan trong nư ớc, trong môi trường kiềm, axít loãng
và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch đặc nóng
n

H
H
H
HN-COOCH
3
H
OH
H
CH
2
OH
H
H
OH
HN-COOCH
3
H
CH
2
OH
12
của muối thioxianatliti (LiSCN) v à thioxianat canxi [Ca(SCN)
2
] tạo thành dung dịch
keo.
- Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hoá khử nh ư thuốc tím KmnO
4
;
oxy già H
2

O
2
; nước Jave NaClO hay clorua vôi [CaClO]…
- Chitin khó hoà tan trong thu ốc thử Schweizei Sapranora. Điều n ày có thể do
nhóm axêtamin (-NHCOCH
3
) ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết.
- Khi đun nóng trong axít HCl đ ậm đặc thì chitin bị thuỷ phân hoàn toàn thành
85,5% D-Glucosamin và 12,5% axít axetic. Quá trình thu ỷ phân bắt đầu xảy ra ở
mối nối glucozit, tiếp theo l à là sự loại bỏ nhóm acetyl ( -CO-CH
3
).
(C
32
H
54
O
21
)
x
+ 2(H
2
O) = (C
28
H
50
O
19
)
x

+ 2(CH
3
-COOH)
x
- Khi đun nóng chitin trong dung d ịch NaOH đậm đặc chitin sẽ bị mất gốc
acetyl tạo thành chitosan.
Chitin + nNaOH (đ ậm đặc) = Chitosan + nCH
3
COONa
- Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có b ước sóng : 884÷890 m.
1.1.3. Một số ứng dụng của chitin.
1.1.3.1. Trong công nghiệp thực phẩm.
Chitin và các dẫn xuất của nó được ứng dụng nhiều trong phụ gia thực phẩm,
trong tác nhân bao gói và ch ế biến nước uống.
Chitin có thể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn. Các nghiên cứu
gần đây cho biết: Các lo ài động vật sẽ phát triển b ình thường khi tiêu thụ 10%
chitin có trong khẩu phần thức ăn hàng ngày.
1.1.3.2. Trong mỹ phẩm.
Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt chống khô da, thuốc l àm
mềm da, làm tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa kem thuốc v à da. Do bản chất
của chitosan cố định dễ d àng trên biểu bì da bởi nhóm NH
4
+
liên kết với nhóm axít
trong cấu tạo lớp tế bào sừng hoá của da, sau khi cố định chitosan c òn có nhiều
13
nhóm NH
4
+
thừa được gắn với những chất giữ n ước hoặc những chất lọc tia cực

tím, vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem v à da.
1.1.3.3. Trong Y học.
Chitin có hàng loạt ứng dụng trong vấn đề chăm sóc sức khoẻ cho con ng ười,
như thuốc mỡ làm lành vết thương, thuốc chữa bỏng da
Chitosan có tác dụng làm tăng quá trình tái tạo mô, tăng liền viết th ương,
không gây đôc cho tế bào, màng chitin có tác d ụng trong việc chuyển hoá của tế b ào
ở điều kiện nghèo dinh dưỡng kéo dài, điều này có lợi cho việc điều trị vết th ương.
Chitosan dùng làm ch ất phụ da rất tốt cho kỹ nghệ b ào chế dược phẩm (keo
kết dính viên, tá dược chất tạo màng, tạo nang mềm… ). Chitosan l à chất mang
polymer sinh học để gắn thuốc bằng li ên kết cơ học hay hoá học nhằm tạo ra thuốc
polymer có nhiều tác dụng mới.
1.1.3.4. Trong nông nghiệp.
Chitosan được dùng một thành phần chính trong thuốc ph òng trừ nấm dùng
làm thuốc kích thích sinh tr ưởng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả v à các lọai
cây cảnh.
Chitosan có tách d ụng khá lâu dài trên lá và cây, làm tăng độ nảy mầm hạt,
tăng việc tạo diệp lục tố trong lá, tăng khả năng đâm rễ, thúc đẩy quá tr ình ra hoa
kết quả, làm tăng năng suất cây trồng.
1.1.3.5. Xử lý chất thải và nước thải.
Chitosan có khả năng tạo phức với kim loại v ào nhóm amin, nó có th ể giữ
được nhiều kim loại chuyển tiếp v à những kim loại đứng sau kim loại chuyển tiếp
do tạo thành phức chất vòng nên được sử dụng làm chất keo tụ trong xử lý n ước
thải công nghiệp.
1.1.3.6. Trong công nghiệp nhẹ.
14
Chitosan là chất phụ gia rất tốt trong xử lý bề mặt giấy, đặc biệt giấy cao cấp
như giấy ảnh. Do công thức hoá học của chitosan v à cellulose gần giống nhau, chỉ
cần thay thế nhóm –NH
2
của Chitosan bằng nhóm –OH của cellulose là có thể từ vỏ

tôm& cua có thể trở thành cây, giúp các nhà công nghi ệp giấy có thêm một loại
nguyên liệu mới để sản xuất bột giấy.
Chitin - chitosan là nguồn nguyên liệu rất quí để sản xuất các sản phẩm rất đa
dạng phục vụ sản xuất v à đời sống xã hội, vì vậy nghiên cứu thiết kế thành công
cụm thiết bị kỹ thuật sản xuất chún g ở qui mô công nghiệp l à một nhu cầu cấp thiết
trong quá trình công nghi ệp hóa - hiện đại hóa nền kinh tế n ước ta nói chung và
công nghiệp chế biến thủy sản nói ri êng.
1.2. Quy trình công ngh ệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo
tiêu chuẩn Nhật Bản.
1.2.1. Tiêu chuẩn chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật. (trích “Công
văn về chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật” do công ty trách nhi ệm hữu
hạn và dịch vụ nhựa Nhật Nhựt Tân tại địa chỉ quận 10 thành phố Hồ Chí Minh gửi
cho trường Đại Học Nha Trang ngày 16 tháng 3 năm 2010).
+ Các tiêu chuẩn phân tích.
STT
Chỉ tiêu
Tiêu chuẩn
Phương pháp
01
Độ tro
≤ 1,5%
AOAC 923.03
02
Độ ẩm
≤ 10%
03
pH
5 ÷ 8
AOAC 973.41,2002
04

Total N
6,0 ± 0,5%
AOAC 990.03,2002
+ Nước sử dụng: Phải đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5502:2003 và 4 l ần/
năm kiểm tra 12 chỉ tiêu Hg, Cd, CN-, Pb, Cr(6+), Mn, Fe, Mg, d ầu khoán, N-NO2,
15
N-NO3. Để đạt được tiêu chuẩn này và đảm bảo chất lượng, chỉ sử dụng nước giếng
và nước công nghiệp.
+ Quản lý pH: Trong quá trình rửa sau xử lý hóa chất, không trung hòa chitin.
Rửa sản phẩm đến khi pH n ước trong vỏ tôm (chitin) đ ược pH ≈ 7,0 với nước rửa
để đảm bảo hóa chất v à chất dơ bẩn được rửa ra ngoài chitin.
+ Phơi: Chỉ sử dụng ánh nắng mặt trời hay l ò sấy sử dụng hệ thống trao đổi
nhiệt. Không sử dụng than đá và các chất đốt khác để hạn chế chất độc hại dính v ào
chitin.
+ Nguồn nguyên liệu: Để xác định nguồn gốc, phải l àm rõ ràng về xuất xứ
nguyên liệu và ngày thu gom nguyên li ệu. Nhà máy thủy sản xuất xứ vỏ tôm n ên có
chứng chỉ HACCP hay ISO22 000:2005. Thời gian vận chuyển v à bắt đầu xử lý
nguyên liệu phải là trong vòng 6 tiếng.
+ Môi trường làm việc: Để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, x ưởng sản
xuất chitin phải phù hợp với các tiêu chuẩn cơ bản về thực phẩm nh ư không có
động vật, không phát sinh dòi, không ăn uống, hút thuốc trong x ưởng, đạt 5S, không
tiếp xúc với các chất khác ngo ài vật liệu được phép sử dụng trong chế biến thực
phẩm.
1.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ.
+ Xử lý sơ bộ (ép & ngâm enzyme): làm sạch sơ bộ bằng cách nhặt loạ i bỏ
các tạp chất (giấy, sạn, cát…vv). Sau đó tiến h ành ép để tách nước và một phần
protein. Tiến hành ngâm enzyme, n ồng độ sử dụng từ 0,1 -0,2% trong thời gian 8
giờ để tiếp tục loại bỏ protein. Sau khi đạt thời gian qui định, tiếp tục ép mẫu. Tất
cả lượng dịch ép được tập trung vào bể để thu hồi protein.
+ Khử khoáng: Ngâm trong HCl ở nhiệt độ 70

o
C, thời gian từ 3-5 giờ. Trong
quá trình khử khoáng cần đảo dung dịch HCl li ên tục để nâng cao hiệu quả xử lý.
(Có thể áp dụng khử khoáng bằng HCl ở nhiệt độ thường nhưng thời gian dài hơn).
Tùy theo từng loại nguyên liệu mà nồng độ HCl sử dụng trong khoảng từ 4 -6%,
16
phế liệu cua, ghẹ phải d ùng nồng độ cao hơn vì lượng khoáng trong nguy ên liệu
cao.
+ Rửa trung tính: rửa kết hợp với khuấy đảo, y êu cầu pH của nước rửa cuối
phải là pH trung tính.
+ Khử protein: Tiếp tục khử lượng protein còn lại bằng NaOH loãng (nồng
độ 3%), ở nhiệt độ 70
o
C thời gian 5 - 7 giờ, trong quá trình khử protein cần khuấy
đảo để phản ứng diễn ra tốt.
+ Rửa trung tính: rửa mẫu kết hợp với khuấy đảo, yêu cầu pH của nước rửa
cuối phải là pH trung tính. Có thể ly tâm tách nước trước khi đưa qua công đoạn
phơi sấy để giảm thời gian ph ơi sấy.
+ Phơi sấy: Mẫu chitin có thể đ ược phơi khô bằng nắng trong mùa không
mưa, có thể phơi trên sân phơi nhưng sân phơi phải đảm bảo điều kiện vệ sinh theo
qui định, trong quá trình phơi cần phải đảo mẫu li ên tục. Trong mùa mưa thì phải
sử dụng hệ thống sấy với nhiệt cung cấp từ l ò hơi, nhiệt độ quá trình sấy khoảng
60-70
o
C, không nên quá cao vì s ẽ ảnh hưởng đến màu sắc của chitin thu được. Độ
ẩm yêu cầu của chitin thành phẩm yêu cầu thấp, từ 5-6%.
+ Sàng, phân cỡ, đóng gói: Sàng phân cỡ, đồng thời loại bỏ tạp chất trong
mẫu chitin thành phẩm. Ngoài ra, có thể nghiền sản phẩm chitin tr ước khi đóng gói
nếu khách hàng yêu cầu. Việc đóng gói để đảm bảo chất l ượng thì nên đóng vào
bao nylon trước khi đóng vào bao tải.

+ Đánh giá chất lượng chitin: chitin sẽ được đánh giá các chỉ ti êu: màu sắc,
hàm lượng ẩm, hàm lượng protein, tro, tạp chất.
+ Thu hồi protein: Dịch thủy phân protein ở các b ước xử lý enzym và xút
loãng được tập trung vào một bể và tiến hành thu hồi protein bằng phương pháp kết
hợp: phương pháp điểm đẳng điện kết hợp keo tụ. Sau đó protein kết tủa đ ược phân
riêng dùng thiết bị ly tâm hoặc thiết bị lọ c ép. Thời gian xử lý thu hồi protein
khoảng 2 giờ, phụ thuộc nhiều v ào thiết bị phân riêng sử dụng. Protein thu hồi đ ược
17
phân tích các chỉ tiêu chất lượng như: hàm lượng protein, hàm lượng tro, hàm
lượng lipid, hàm lượng chitin, hàm lượng astaxanthin…vv. Protein sau khi thu h ồi
có thể sử dụng bổ sung v ào thức ăn thủy sản hoặc l àm phân hữu cơ. Phần nước sau
khi tách protein được đưa vào bể trung hòa.
+ Xử lý nước thải: Nước thải được xử lý theo phương pháp truyền thống như
lắng gạn, kỵ khí, hiếu khí, tiệt trùng. Để nâng cao hiệu quả xử lý, cần kết hợp xử lý
bằng ôzôn.
+ Xử lý khí: Công nghệ được thực hiện trong hệ thống kín với bộ xử lý hơi
bằng than hoạt tính và hệ thống dung dịch hóa chất nên sẽ đảm bảo hệ thống làm
việc tốt, không gây ô nhiễm môi trường không khí và nước cho vùng sản xuất.
- Đối với khí trong các quá tr ình ngâm axit và rửa axit thì được sục qua dung
dịch NaOH loãng để trung hòa sau đó mới thoát ra môi trường qua lớp than hoạt
tính.
- Ngược lại, đối với khí trong các quá tr ình ngâm kiềm và rửa kiềm thì được
sục qua dung dịch HCl lo ãng để trung hòa sau đó mới thoát ra môi trường qua lớp
than hoạt tính.
Chú ý:
- Việc áp dụng khâu ép, xử lý enzym l à rất quan trọng vì sẽ giảm lượng hóa
chất sử dụng, hạn chế ô nhiễm môi tr ường. Quá trình xử lý không ảnh hưởng xấu
đến chất lượng protein. Việc thu hồi protein sẽ l àm tăng hiệu quả sản xuất và giúp
giảm ô nhiễm môi trường, nước thải của quá trình sản xuất.
- Trong công nghệ sản xuất cần phải áp dụng máy móc thiết bị v ào sản xuất:

thiết bị ép, khuấy đảo, nâng nhiệt (l ò hơi và hệ thống truyền nhiệt, nồi nấu), bể
phản ứng được khuấy đảo bằng b ơm, hệ thống vận chuyển bằng băng tải, thiết bị
sấy, hệ thống thiết bị thu hồi protein, thiết bị phân ri êng protein (lọc hoặc ly tâm),
trang thiết bị của hệ thống xử lý nước thải. Vì môi trường xử lý tách chiết chitin và
có sử dụng axít và kiềm ở nhiệt độ khá cao n ên thiết bị phải được chế tạo từ vật liệu
18
có độ bền axít, kiềm và nhiệt.
- Việc khuấy đảo đóng vai tr ò quan trọng trong chất lượng của sản phẩm cuối
cùng, cần khuấy đảo sao cho nguy ên liệu tiếp xúc tốt nhất với hoá chất xử lý. Việc
nâng nhiệt được yêu cầu sử dụng trong khâu n ày để giảm thời gian xử lý. Tuy nhi ên
ở nhiệt độ quá cao sẽ gây ra quá tr ình cắt mạch polysaccharid của chitin.
- Quá trình rửa cần được đặc biệt chú ý v ì nếu rửa không đạt y êu cầu, một
lượng axít và xút còn lại sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả quá tr ình xử lý sau và chất
lượng của chitin thành phẩm. Bước ly tâm tách nước sau khi rửa là cần thiết để loại
nước, thuận lợi cho quá tr ình làm khô sản phẩm.
1.2.3. Sơ đồ công nghệ.
19
Nước thải
Vỏ tôm
Nước thải
Nước thải
Nước thải
Nước thải
Phân loại,
làm sạch sơ bộ
Ép
Ngâm Enzyme
Ép
Khử khoáng
(HCl - 70

0
C)
Rửa trung tính
Bột Protein
Thu hồi
Protein
Bể chứa
Bể chứa
Tiệt trùng
Bể chứa
Thải ra
môi trường
(Đạt TC loạiB)
Phơi, sấy
Sàng, phân cỡ,
đóng gói
Chitin thành phẩm
Trung hòa
Bể chứa
Khử Protein
(NaOH - 70
0
C)
Xử lý kỵ khí
Xử lý hiếu khí
Rửa trung tính
Bể chứa
Thu hồi
Protein
Bể

xử
lý
khí
20
1.2.4. Phân tích quy trình k ỹ thuật.
Qua các tiêu chuẩn, cơ sở lý thuyết và sơ đồ quy trình công nghệ đã trình bày
ở trên về quá trình sản xuất chitin theo ti êu chuẩn Nhật Bản ta có thể khái quát các
công đoạn phải xử lý trong quá tr ình sản xuất như sau:
a, Quá trình ép cắt và rửa sơ bộ:
- Nguyên liệu (vỏ tôm) được làm sạch và rửa sơ bộ trước khi đưa vào hệ thống
làm việc, vì lúc đầu nguyên liệu (vỏ tôm) còn nhiều tạp chất. Nếu giai đoạn n ày
được làm tốt cùng với nguyên liệu tươi thì chất lượng chitin- chitosan sẽ tốt và tiết
kiệm chi phí hóa chất ở các công đoạn sau.
Nguyên liệu
Ép khô, cắt
Ngâm đảo trong HCl
Rửa trung tính
Ngâm đảo trong NaOH
Rửa trung tính
Sấy khô
Sản phẩm
Bể chứa A
Bể nước thải
Bể chứa B
Bể nước thải
Xử lý khí HCl
Xử lý khí NaOH
Hình 1-1. Sơ đồ sản xuất chitin theo ti êu chuẩn Nhật Bản.
21
- Đây được coi là bước tiền xử lý để loại bỏ tạp chất, protein, v à nước, đồng

thời làm giảm kích thước nguyên liệu. Hơn nữa, bước ép uớt sẽ loại bỏ tạp chất v à
nước trong nguyên liệu làm cho quá trình xử lý tiếp theo được hiệu quả hơn.
- Tuy nhiên, việc cắt nguyên liệu không được quá nhỏ vì sẽ gây khó khăn cho
quá trình ngâm, đảo, rửa tiếp theo . Quá trình này được thực hiện ở một thiết bị
riêng trước khi đưa trực tiếp vào thùng làm việc chính (thùng ngâm, đảo, rửa) để
thực hiện các công đoạn ngâm, đảo, rửa.
b, Quá trình ngâm, đảo, rửa:
+ Ngâm đảo: Trong quy trình sản xuất chitin thì ta có hai công đoạn rất quan
trọng, đó là ngâm axít (HCl) và ngâm kiềm (NaOH) . Để rút ngắn thời gian trao đổi
chất của nguyên liệu với dung dịch cần phải :
- Giữ nhiệt độ dung dịch nguy ên liệu ổn định trong suốt quá trình ngâm: Đối
với quá trình ngâm kiềm là 70
0
C và quá trình ngâm axit là 60
0
C.
- Đảo nguyên liệu theo một tốc độ n ào đó.
+ Rửa trung tính:
- Đây là giai đoạn trung gian giữa các công đoạn trong quy tr ình sản xuất, để
cho các công đoạn tiếp theo không còn lẫn dung dịch của công đoạn tr ước.
- Để rửa trung tính ta chú ý chỉ đ ược sử dụng nước mà không được sử dụng bất
cứ thêm hóa chất nào để làm trung tính. (Ví dụ: Trung tính trong quá trình r ửa
kiềm bằng axit và ngược lại rửa trung tính quá trình axit bằng kiềm).
c, Quá trình phơi sấy:
- Đây là công đoạn cuối cùng của quy trình sản xuất chitin để đạt độ khô theo
yêu cầu.
- Sau khi thực hiện xong các công đoạn ngâm đảo rửa th ì nguyên liệu được lấy
ra đem phơi dưới ánh nắng mặt trời để đạt đ ộ ẩm theo yêu cầu. Ưu điểm của
22
phương pháp này là không t ốn kém nhiên liệu và không hại cho người sản xuất

cũng như người sử dụng.
- Tuy nhiên, vào những ngày mưa và không n ắng thì ta không thể sử dụng
được phương pháp trên do đó c ần trang bị thêm hệ thống sấy dự trữ để rút ngắn thời
gian cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm.
d, Các quá trình xử lý khác.
Trong quá trình s ản xuất chitin thì lượng khí và lượng nước thải ra môi trường
rất lớn làm ô nhiễm nguồn nước và phá hủy tầng ôzôn do đó ta cần có hai quá trình:
- Quá trình xử lý khí.
- Quá trình xử lý nước thải.
23
Chương 2:
Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị
2.1. Yêu cầu kỹ thuật thiết bị.
Trong quá trình làm việc thiết bị phải thực hiện một số chức năng khác nhau
trong những điều kiện khác nhau. Do đó, yêu c ầu kỹ thuật chung của chúng l à phải
thích hợp với mỗi điều kiện nhất định cho năng suất cao v à an toàn khi thực hiện.
Khi thiết kế sơ đồ thiết bị cần phải chú ý đến các y êu cầu chung của thiết bị l à:
- Do máy làm việc ở các môi trường kiềm, axit và nhiệt độ tương đối cao nên
vật liệu chế tạo thiết bị phải ph ù hợp như: tính chống gỉ, chịu nhiệt…
- Thiết bị cần có khả năng thực hiện qui trình công nghệ sản xuất Chitin theo
tiêu chuẩn Nhật Bản với các khả năng điều chỉnh các thông số kỹ thuật cơ bản phù
hợp: Nhiệt độ, thời gian thực hiện các công đọan công nghệ, nồng độ các hóa chất
sử dụng ( kiềm NaOH hay axit HCl ).
- Vật liệu chế tạo thiết bị phải chịu đ ược axít HCl 12% và kiềm 50 % ở các
nhiệt độ < 80
0
C phù hợp với các qui trình công nghệ hiện hành .
- Thiết bị phải có hệ thống đ ưa dung dịch vào và dung dịch đó phải đảm bảo
đúng tỷ lệ yêu cầu, đồng thời phải có hệ t hống xả hết và chứa nước thải.
- An toàn cho người vận hành sản xuất.

- Khi thực hiện quy trình sản xuất chitin có những công đoạn làm việc ở nhiệt
độ cao do đó thiết bị phải có hệ thống đảm bảo nhiệt độ đúng y êu cầu.
- Việc cung cấp nguyên liệu và thu sản phẩm, dung dịch cần đ ơn giản và phù
hợp với các tiêu chuẩn an toàn lao động hiện hành .
- Trong quá trình ng âm đảo, nguyên liệu phải chuyển động theo y êu cầu đồng
đều nhau và liên tục để các phản ứng tách và khử sẽ xảy ra nhanh nhất và tốt nhất.
24
- Thiết bị phải thực hiện tốt chức năng sấy khô để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh
đạt các yêu cầu chất lượng qui định.
- Thiết bị có kết cấu và công nghệ chế tạo phù hợp với khả năng gia công trong
nước và sử dụng tối đa các chi tiết v à thiết bị tiêu chuẩn có bán trên thị trường trong
nước.
2.2. Chọn phương án thiết kế mô hình.
2.2.1. Các phương án hi ện hành.
2.2.1.1. Tổng quan về thiết bị sản xuất trên thế giới.
Trong quá trình sản xuất Chitin thì chưa sử dụng đồng nhất tr ên một loại thiết
bị, mà ở mỗi khâu (công đoạn) đ ược thực hiện trên một loại thiết bị khác nhau nh ư:
vỏ tôm từ phế liệu phải qua máy ép rồi tới ngâm axit, bazơ đảo,…ví dụ đối với khâu
ngâm đảo kiềm thì được thực hiện ở máy ngâm đảo (loại máy n ày chỉ có một chức
năng duy nhất là khuấy trộn để thực hiện các phản ứng đ ược nhanh hơn, đồng đều
hơn), khi kết thúc công đoạn n ày thì phải đưa nguyên liệu ra và đưa vào một thiết bị
khác để sấy. Các thiết bị n ày làm việc độc lập nhau, chế độ l àm việc, kết cấu của
thiết bị phụ thuộc yêu cầu của mỗi khâu. Mặc d ù quá trình sản xuất Chitin đã được
cơ giới hoá, nhưng do trong một quy trình sản xuất còn có sự riêng biệt của các
công đoạn (nguyên lý sản xuất dựa trên dây chuyền của các thiết bị), chắc chắn sẽ
ảnh hưởng tới năng suất v à chất lượng của sản phẩm. Việc chế tạo các thiết bị sản
xuất theo các khâu ri êng biệt thì thiết bị sẽ có kết cấu đ ơn giản, vật liệu chế tạo chỉ
cần thoả mãn chống acid hoặc kiềm.
2.2.1.2. Tổng quan về thiết bị sản xuất ở Việt Nam.
Quá trình sản xuất Chitin ở Việt Nam còn rất thủ công, các khâu chủ yếu đ ược

thực hiện bằng tay là chính. Việc sản xuất chủ yếu thực hiện theo các công đoạn
riêng biệt, mỗi công đoạn một thiết bị khác nhau. Ở một số nơi khâu ngâm đảo được
thực hiện ở trong bể v à dùng cánh dạng mái chèo khuấy bằng tay, sau quá tr ình
ngâm đảo thì sử dụng ánh nắng mặt trời để phơi khô mà không c ần ly tâm và sấy.
25
Hình 2-1. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị
Như vậy, sản xuất phụ thuộc r ất lớn vào điều kiện thời tiết, kinh nghiệm cũng nh ư
tay nghề của công nhân.
Nếu sử dụng phương pháp này thì thời gian phụ mất nhiều, cần một số công
nhân để điều khiển việc vận chuyển nguy ên liệu giữa các công đoạn . Vì vậy, vấn đề
đặt ra là rút ngắn thời gian phụ và sản xuất theo một quy tr ình khép kín, cần phải
thiết kế ra một thiết bị thực hiện tất cả các công đoạn của quy tr ình sản xuất chitin
nêu trên.
Áp dụng cơ khí hóa vào sản xuất là hướng quan tâm lớn của các nh à quản lý.
Thiết bị chiết xuất Chit in ra đời đã góp phần tạo điều kiện phát triển một ng ành
nghề mới không tác động xấu đến môi tr ường, không chịu tác động của môi tr ường,
cải thiện điều kiện làm việc của người lao động, mang lại lợi ích to lớn về mặt kinh
tế và xã hội. Đặc biệt là thiết bị sản xuất ra phải có tác dụng bảo vệ môi tr ường
sản xuất.
2.2.2. Chọn phương án thiết kế.
2.2.2.1. Phân tích mô hình thi ết bị sản xuất chitin hiện có tại bộ môn Chế tạo
máy trường Đại Học Nha Trang.
a, Vẽ mô hình.
26
Hình 2-2. Thiết bị sản xuất Chitin tại tr ường đại học Nha Trang
b, Nguyên lý làm việc.
1- Bộ truyền động 2- Bộ cấp hóa chất
3- Bộ gia nhiêt và sấy 4- Bộ điều chỉnh nhiệt độ
5- Thùng quay đảo rửa 6- Thùng đựng dung dịch gia công
7- Bộ xả sản phẩm 8 - Giá máy

9- Hệ thống xả dung dịch sau gia công
27
+ Các bình chứa (axít, nước, kiềm) cần cung cấp đủ l ượng dung dịch cần thiết
cho thiết bị, trước khi vận hành phải được kiểm tra lượng hóa chất cần thiết trong
các bình.
+ Bước tiếp theo là công việc cấp nguyên liệu (với một khối l ượng đã được
định trước từ máy ép - 500kg vỏ tươi) vào thùng quay.
+ Tiếp tục đưa hỗn hợp nước và axít vào thùng quay, h ỗn hợp này được điều
chỉnh theo một tỷ lệ nhất định, nhờ việc điều khiển các van. Khi nguy ên liệu và
dung dịch được cấp đầy đủ vào thùng quay thì hệ thống cửa và van được đóng lại để
bắt đầu cho quá trình ngâm đảo. Lúc này rôto sẽ quay với một tốc độ xác định đ ược
truyền từ động cơ thông qua hệ thống truyền động.
+ Tuỳ theo từng yêu cầu của quy trình sản xuất chitin- Chitosan mà điều chỉnh
nhiệt độ dung dịch ở nhiệt độ nào đó. Quá trình ngâm đảo được thực hiện trong một
thời gian nhất định, khi kết thúc công đoạn n ày, hệ thống van sẽ đ ược mở ra đưa
dung dịch từ thiết bị ra một bể b ên ngoài để tái tạo lại và sau đó máy sẽ thực hiện
chức năng ly tâm với tốc độ quay xác định của rôto đ ược tính toán trước, trong một
khoảng thời gian nhất định.
+ Khi kết thúc quá trình, tiếp tục đưa nước từ bình chứa vào thực hiện quá
trình rửa, trong lúc này rôto vẫn quay. Sau một thời gian rửa kết thúc máy sẽ chuyển
sang công đoạn ngâm đảo kiềm, việc điều khiển hỗn hợp dung dịch đ ưa vào thùng
cũng thông qua hệ thống các van v à cũng quay với một tốc độ nhất định.
+ Khi các công đoạn ngâm đảo, rửa kết thúc máy chuyển sang công đoạn ly
tâm ( lúc này dung d ịch ở trong thùng đã được tháo hết ra). Máy sẽ quay với tốc độ
giống như tốc độ của quá trình ngâm đảo để tách nước từ nguyên liệu ra, công việc
ly tâm được thực hiện trong một thời gian th ì sẽ đưa dòng không khí nóng vào
thùng quay để thực hiện quá tr ình sấy rồi đưa ra sản phẩm cuối cùng.
+ Việc tháo liệu nhờ vào hệ thống cánh bên trong thùng quay. Các cánh này b ố
trí sao cho khi động cơ quay ngược chiều với các công đoạn tr ước thì sản phẩm tự
động tháo ra ngoài và quá trình sản xuất kết thúc.

28
Đây là thiết bị đã sản xuất tại trường Đại Học Nha Trang, b ước đầu đã mang
lại hiệu quả nhất định. Tuy nhi ên, khắc phục một số nhược điểm đã nêu trên. Trên
cơ sở đó ta đi tìm hiểu và phân tích về cấu trúc và nguyên lý hoạt động để đưa ra
phương án thiết kế phù hợp với nhu cầu sản xuấ t thực tế các nhà máy yêu cầu và
phải bảo vệ môi trường sản xuất.
c, Phân tích ưu như ợc điểm theo quan điểm bảo vệ môi tr ường.
* Ưu điểm.
- Thiết bị chiết xuất Chitin - Chitosan có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng.
Các chế độ cùng với thời gian làm việc của mỗi chế độ đều được thực hiện theo
chương trình. Do đó, người công nhân làm việc nhiệm vụ chủ yếu l à giám sát quá
trình làm việc của thiết bị và can thiệp xử lý sự cố (dừng máy, kiểm tra v à sửa chữa)
khi có sự cố xảy ra.
- Có khả năng làm việc ổn định trong khoảng thời gian dài.
- Năng suất cao. Máy có thể tích nhỏ gọn (khoảng 1m
3
) nhưng với kết cấu máy
hợp lý nên khối lượng nguyên liệu đầu vào của mỗi mẻ là tương đối nhiều (khoảng
50 ÷ 100 Kg). Thời gian để chiết xuất của mỗi mẻ th ì rất ngắn khoảng 20 giờ để sản
xuất ra Chitosan - ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp sản xuất bằng phương
pháp thủ công.
- Chi phí sản xuất thấp. Đối với mỗi thiết bị chỉ cần một công nhân đảm nhận
công việc giám sát quá trình chiết xuất Chitin- Chitosan. Thời gian chiết xuất Chitin
- Chitosan của mỗi mẻ ngắn. Chi phí khấu hao máy móc ít, giá th ành năng lượng
(điện năng) phục vụ cho việc sản xuất Chitin - Chitosan tương đối rẻ.
- Thời gian sản xuất ra Chitin - Chitosan ngắn. Theo thực nghiệm cho thấy thời
gian sản xuất ra Chitin đã giảm đi rất nhiều từ 48
h
xuống còn hơn 3
h

. Còn thời gian
sản xuất ra Chitosan đ ã giảm đi từ 48 ÷ 72 giờ xuống c òn hơn 16 giờ 30 phút.
29
- Tiết kiệm sức lao động của công nhân l àm việc. Tạo môi trường làm việc an
toàn cho công nhân. Do không ph ải tiếp xúc trực tiếp với hóa chất công nghiệp
trong quá trình chiết xuất Chitin - Chitosan.
* Nhược điểm.
Tuy nhiên, để hệ thống hoạt động hiệu quả h ơn ta cần khắc phục những điểm
sau:
- Hệ thống đảo rửa chưa đạt hiệu quả cao, l àm cho nguyên liệu vỏ tôm chưa
được tiếp xúc đều với hóa chất trong quá tr ình chiết xuất Chitin-Chitosan. Điều này
làm cho sản phẩm sản xuất ra không đồng nhất về chất l ượng, làm giảm giá trị của
sản phẩm.
- Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị l à phải sấy khô sản phẩm đến độ ẩm d ưới 10%.
Nhưng thực tế với kết cấu máy hiện tại ch ưa thể sấy khô được sản phẩm theo đúng
yêu cầu đề ra.
- Do thiết bị chiết xuất Chitin - Chitosan có dạng lồng ngang Rôto quay. Y êu
cầu của thiết bị là các loại dung dịch hóa chất ở trong l òng Stato của thiết bị không
được tuôn ra ngoài gây lãng phí hóa ch ất và nguy hiểm cho công nhân vận h ành
máy. Nhưng bộ phận làm kín nước không đảm nhận tốt chức năng của m ình cần
phải có hướng khắc phục và hoàn thiện.
- Kết cấu máy chưa vững chắc gây rung động khi hoạt động. Nhất l à khi làm
việc với tốc độ cao.
- Các cánh đảo hơi ngắn không đảm nhận tốt chức năng khuấy đảo của m ình.
Các cánh đảo không vuông góc với tiết diện ngang của Rôto n ên sản phẩm bị dính
vào trong các kẻ giữa cánh đảo và Rôto.
2.2.2.2. Thiết kế mô hình hệ thống thiết bị.
a, Đề xuất mô hình mới.
30
Bộ sinh hàn

Máy bơm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

31
HCl
Rửa
HCl
NaOH
Rửa
NaOH
Thùng làm
việc chính
Hệ thống xử lý khí thải
H
2
O
Nóng
(80
0
)
Hệ thống
tách
Protein và
xử lý
nước thải
Hình 2-3. Sơ đồ tổng quan hệ thống.