Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị cung cấp nước cho hệ thống sản xuất chitin

i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ, tên SV: Phạm An Trực Lớp : 47CT
Ngành : Chế tạo máy Mã ngành :
Tên đề tài : Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị cung cấp nước cho hệ
thống sản xuất chitin
Số trang : 76 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 7
Hiện vật : 2 quyển đồ án và 1 đĩa CD
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN










Kết luận:


Nha Trang, tháng 12 năm 2009.
Cán bộ hướng dẫn:


K.s. Lê Ngọc Sơn


ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ


ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN
Họ, tên SV: Phạm An Trực Lớp : 47CT
Ngành : Chế tạo máy Mã ngành :
Tên đề tài : Hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo thiết bị cung cấp nước cho hệ
thống sản xuất chitin
Số trang : 76 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 7
Hiện vật : 2 quyển đồ án và 1 đĩa CD
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN








Điểm phản biện


Nha Trang, tháng 12 năm 2009.
Cán bộ phản biện


Nha Trang, tháng 12 năm 2009.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ


iii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài với sự cố vấn giúp đỡ. Tôi xin chân thành
cảm ơn Th.s. Trần An Xuân, K.s. Lê Ngọc Sơn, K.s. Nguyễn Minh Quân, người đã
trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành đề tài này. Thầy đã truyền đạt cho tôi những kiến
thức từ lý thuyết cũng như thực tế, những kinh nghiệm từ những người đi trước.
Giúp tôi cũng cố những kiến thức còn thiếu sót để có thể giải quyết khó khăn trong
quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong nhà trường và đặc biệt là các
thầy trong Bộ Môn Chế Tạo Máy đã giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian học tập và
trong quá trình thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó tôi xin chân thành cảm ơn Bố, mẹ, anh chị em và những người thân
trong gia đình đã nuôi dạy, tạo mọi điều kiện tốt cho tôi và động viên tôi trong suốt
thời gian học tập.
Và cuối cùng, Tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các bạn bè, những người đã luôn
hỗ trợ tôi trong quá trình học và thực hiện đề tài này.
Nha Trang, tháng 12 năm 2009
Sinh viên

Phạm An Trực
iv

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUI TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT CHITIN
TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THỦY SẢN 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ
LIỆU CHẾ BIẾN THUỶ SẢN. 3
1.1.1. Sự tồn tại của chitin-Chitosan trong tự nhiên 3
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của chitin. 3
1.1.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan. 4
1.1.4. Cơ sở kỹ thuật sản xuất chitosan. 5
1.1.5. Một số quy trình sản xuất chitin-chitosan hiện nay. 10
1.1.5.1. Quy trình sản xuất chitin- chitosan trên thế giới. 10
1.1.5.2. Tổng quan về quy trình sản xuất chitin- chitosan ở Việt Nam 14
1.1.6. Một số ứng dụng của chitin và chitosan. 18
1.1.7. Khả năng nguồn nguyên liệu sản xuất chitin – chitosan ở Việt
Nam. 19
1.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ SẢN XUẤT CHITIN – CHITOSAN TỪ PHẾ
LIỆU CHẾ BIẾN THUỶ SẢN. 24
1.2.1. Tổng quan về thiết bị sản xuất trên thế giới. 24
1.2.2. Tổng quan về thiết bị sản xuất ở Việt Nam 24
1.3. NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC NÓNG TRONG QUI TRÌNH SẢN XUẤT.25
CHƯƠNG II HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP THIẾT BỊ 26
2.1. XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ 26
2.2.HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ. 27
2.2.1. Phân tích các phương án hiện hành 27
2.2.2. Xây dựng phương án thiết kế. 31
2.3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN 32
v

2.3.1.Tính toán chọn thiết bị cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt
trời 32

2.3.1.1. Khi ngâm nguyên liệu (vỏ tôm) vào dung dịch axít HCl35% 32
2.3.1.2. Khi ngâm nguyên liệu (vỏ tôm) vào bazơ NaOH96% 34
2.3.2.Xác định lưu lượng dòng chảy 38
2.3.2.1 Khi ngâm nguyên liệu (vỏ tôm) vào dung dịch axit HCl35% và
nước nóng ở nhiệt độ 71
0
C 38
2.3.2.2. Khi ngâm nguyên liệu (vỏ tôm) vào tinh thể NaOH 96% và nước
nóng ở nhiệt độ 50
0
C. 44
2.3.3.Xác định tiết diện của thùng chứa nước, axít và kiềm 50
2.3.4. Đối với hệ thống ống dẫn 51
2.3.5. Đối với van 52
2.3.6. Đối với bộ hòa trộn. 56
2.3.7.Đối với đồng hồ đo nhiệt độ của nước 58
3.QUI TRÌNH LẮP RÁP, SỬ DỤNG VÀ SỬA CHỮA THIẾT BỊ. 61
3.1. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ LẮP RÁP. 61
3.2. XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ LẮP RÁP 62
3.3. QUI TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ. 67
3.3.1. Khi ngâm nguyên liệu ( vỏ tôm ) vào bazơ NaOH96%. 67
3.3.2. Khi ngâm nguyên liệu ( vỏ tôm ) vào dung dịch axit HCl35% 68
3.4. SỬA CHỮA THIẾT BỊ. 69
CHƯƠNG III KHẢO NGHIỆM VÀ HOÀN CHỈNH 70
I. KHẢO NGHIỆM. 70
II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CUNG CẤP NƯỚC CHO QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT CHITIN VỚI KHỐI LƯỢNG 75Kg NGUYÊN LIỆU( VỎ TÔM) 72
1. Nấu bazo 72
2. Rửa bazo 72
3. Nấu Axit 73

4. Rửa axit. 73
vi

III. HOÀN THIỆN 73
CHƯƠNG IV HẠCH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 74
4.1. Giá thành thiết bị. 74
4.2 GIÁ THÀNH SẢN PHẨM. 74
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 75
5.1. Kết luận. 75
5.2. Đề xuất ý kiến 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sản lượng hàng hoá xuất khẩu của nước ta không
ngừng tăng lên. Trong đó mặt hàng thuỷ sản chiếm một vị trí quan trọng trong kim
ngạch xuất khẩu và thu được nhiều ngoại tệ cho đất nước. Các mặt hàng thuỷ sản
xuất khẩu chủ yếu là tôm và cá, vì vậy lượng phế liệu của các mặt hàng này là khá
lớn, nhưng hiện nay nó chưa được sử dụng hoặc sử dụng với hiệu quả kinh tế thấp.
Trong thực trạng đó phế liệu của tôm, cua, ghẹ… nếu được sử dụng để sản xuất ra
chitin - chitozan thì hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn.
Xuất phát từ những điều kiện thực tế ở nước ta trong việc sản xuất chitin
chitozan còn chưa nhiều và chưa hoàn thiện. Được sự hướng dẫn của thầy Lê Ngọc
Sơn và ks Nguyễn Minh Quân, em dã thực hiện đề tài: “Hoàn chỉnh thiết kế và
chế tạo thiết bị cung cấp nước cho hệ thống sản xuất chitin”.
Hiện nay nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ
thuật phát triển ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than
đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện đều có hạn, khiến cho nhân loại
đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn

năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và
năng lượng mặt trời… là hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng.
Việc nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm, nhất
là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay.
Năng lượng mặt trời được xem như là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó
là nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí. Do vậy năng lượng mặt trời
ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới.
Trong Đồ án tốt nghiệp này em xin giới thiệu một ứng dụng của năng lượng
mặt trời trong việc cung cấp nước cho hệ thống sản xuất chitin.
Nội dung của đồ án bao gồm:
Chương I: Tổng quan về qui trình và thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu
chế biến thủy sản.
2

Chương II: Hoàn chỉnh thiết kế, chế tạo và lắp ráp thiết bị .
Chương III: Khảo nghiệm và hoàn chỉnh.
Chương IV: Hoạch toán giá thành.
Chương V: Kết luận và đề xuất.
Do trình độ của bản thân và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên đồ án
không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô
giáo và các bạn đọc để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện:

Phạm An Trực

3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ QUI TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẢN
XUẤT CHITIN TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THỦY SẢN

1.1. TỔNG QUAN VỀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ
LIỆU CHẾ BIẾN THUỶ SẢN.
1.1.1. Sự tồn tại của chitin-Chitosan trong tự nhiên.
Chitin-chitosan là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose và
chúng được 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 và động vật.
Trong giới động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ
một số động vật không xương sống. Ở thực vật chitin có ở thành 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-chitosan là polysaccharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân
tử lớn. Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi các cầu

nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức.
Trong động vật thuỷ sản, đặc biệt trong vỏ tôm, cua, ghẹ hàm lượng chitin-
chitosan khá cao từ 14÷35% so với trọng lượng khô. Vì vậy, vỏ tôm, cua, ghẹ là
nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin-chitosan phục vụ cho sản xuất xã hội.
1.1.2. Cấu trúc và tính chất 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 là một polymer được tạo thành từ các đơn vị
N- Acetyl--D-Glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết -1-4glucozit
Công thức cấu tạo:



n

H
H
H
HN-COOCH
3

H
OH
H
CH
2

OH
H
H
OH

HN-COOCH
3

H
CH
2

OH
4

Công thức phân tử:
[C
8
H
13
O
5
]
n

n : thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại nguyên liệu
n = 400 ÷500 ở tôm thẻ n= 700 ÷800 ở tôm hùm
N = 500 ÷ 600 ở cua M
chitin
= (203,09)
n
phân tử luợng
Các tính chất của chitin.
Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, axít loãng
và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch đặc nóng

của muối thioxianatliti(LiSCN) và thioxianat can xi [Ca(SCN)
2
] tạo thành dung dịch
keo.
Chitin ổn định với các chất oxy hoá khử như thuốc tím KMnO
4
; oxy già H
2
O
2
;
nước Javen NaClO hay clorua vôi [CaClO]…Chitin khó hoà tan trong thuốc thử
Schweizei Sapranora. Điều này có thể do nhóm axetamin (-NHCOCH
3
) ngăn cản sự
tạo thành các phức hợp cần thiết.
Khi đun nóng trong axít HCl đậm đặc thì chitin bị thuỷ phân hoàn toàn thành
85,5% D-Glucosamin và 12,5% axít axetic. Quá trình thuỷ phân bắt đầu xảy ra ở
mối nối glucozit, tiếp theo là là sự loại bỏ nhóm acetyl.
Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc chitin sẽ bị mất gốc
acetyl tạo thành chitosan.
Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng 884÷890 m.
1.1.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan.
Chitosan có cấu trúc tuyến tính như đơn vị -D-Glucosamin liên kết với nhau
bằng liên kết -1-4Glucozit.
Công thức cấu tạo của chitosan:

NH

2

NH

2

n

H

H

H

H

OH

H

CH

2
OH

H

H

OH

H

CH

2

OH

5

Công thức phân tử:
[C
6
H
11
O
4
N]
n

Phân tử lượng M
Chitosan
= (161,07)
n
Các tính chất của chitosan
Chitosan ở dạng bột có màu trắng ngà, còn ở dạng vẩy có màu trắng hay hơi vàng.

Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà
tan trong axít acetic loãng tạo thành một một dung dịch keo dương nhờ đó mà keo
nó không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như Pb, Hg…
Chitosan kết hợp với anđehyde trong điều kiện thích hợp tạo thành gel.
Chitosan phản ứng với axít đậm đặc tạo muối khó tan, Chitosan tác dụng với
iốt trong môi trường H
2
SO
4
cho phản ứng lên màu tím.
1.1.4. Cơ sở kỹ thuật sản xuất chitosan.
Vỏ tôm cua dùng làm nguyên liệu sản xuất Chitosan, ngoài thành phần Chitin
ra còn có protid, chất béo, carbonat calci, sắc tố…
Bảng 1.1: Thành phần hoá học trong vỏ cua biển kết quả như sau:

Thành phần Hàm lượng (%)
Nước
Tro
H
3
PO
4

NH
4
OH
Protid
Chitin
Chất béo
Cao

Muối
11,0
35,5
6,1
0,03
25,2
22,1
1,8
21,3
0,5


Quá trình sản xuất Chitin- chitosan chủ yếu là căn cứ vào tính chất thành phần phi
Chitin trong nguyên liệu, dùng phương pháp hoá học phá huỷ những thành phần đó để
thu được Chitin thuần thiết. Cuối cùng dùng kiềm đậm đặc xử lý ta thu được Chitosan.

6

Quy trình công nghệ chung sản xuất Chitin - chitosan như sau:

Vỏ tôm ( cua)

Ngâm axít HCl

Nấu xút NaOH

Oxy hoá tẩy màu KMnO
4

Khử Na
2
S
2
O
3


Chitin

Xút đặc Khử gốc axetyl

Làm khô

Chitosan

Xử lý nguyên liệu:
Vỏ tôm cua dùng để sản xuất chitin phải tươi, thực nghiệm chứng minh rằng
nguyên liệu đã thối rữa thì sản lương và chất lượng của chitin sẽ kém. Đối với
nguyên liệu tươi trước lúc ngâm axít cần thiết phải loại bỏ tạp chất, dùng nước rửa
sạch. Nếu nguyên liệu không thể tiến hành chế biến ngay thì cần phải rửa sạch phơi
để bảo quản.
Ngâm axít:
Ngâm axít là để khử bỏ carbonat canxi, photphat canxi trong nguyên liệu, vì
những thành phần đó có tương đối nhiều trong vỏ tôm cua. Ngâm axít có thể dùng
HCl công nghiệp, nồng độ tuỳ theo loại nguyên liệu. Thông thường với vỏ tôm
dùng 5%, vỏ cua đồng dùng 10%, vỏ cua biển dùng 10-15%. Trong quá trình ngâm
nên thường xuyên khuấy, phát hiện thấy nguyên liệu chưa mềm mà không thấy bọt
7

nổi lên thì chứng tỏ lượng axít không đủ, cần bổ sung thêm. Lúc nguyên liệu đã
mềm bọt không nổi lên nữa thì quá trình ngâm axít có thể kết thúc, thời gian thường
tuỳ nguyên liệu mà quyết định.
Nấu xút:
Sau khi ngâm axít, vỏ tôm có màu đỏ, thành phần chủ yếu là protid và chitin
và một ít chất béo. Để loại bỏ protid và chất béo thì phải nấu nóng với xút nồng độ
8-10%. Trong quá trình nấu protid bị xút phân giải, chất béo bị xà phòng hoá và hoà
tan trong dung dịch xút, ngoài ra một phần sắc tố cũng bị phá hoại. Thời gian dài
ngắn tuỳ theo nguyên liệu, thường trong khoảng 1-2 giờ.
Nguyên liệu sau nấu nóng với xút thì mềm lại và màu sắc nhạt hơn, vớt ra
dùng nước rửa sạch xút, để rút ngắn thời gian rửa và tiết kiệm nước nên cho vào
một ít axít loãng để trung hoà bớt xút.
Oxy hoá tẩy màu:
Sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm & cua là astacin. Loại sắc tố này sau khi tôm cua
chết và nấu nóng thì biến thành màu đỏ, màu đỏ này trong quá trình ngâm axít và
nấu xút không mất đi nên cần thiết phải oxy hoá tẩy màu. Trong sản xuất phổ biến
dùng KMnO
4
để tẩy màu, khuyết điểm lớn nhất của nó là thành phần vẫn có màu
vàng nhạt, ứng dụng trong ngành dệt có ảnh hưởng không tốt. Nguyên nhân có thể
là Mn
4+
tồn dư trong quá trình oxy hoá khử, KMnO
4
khử không hết đuợc hoặc Mn
2+

bị không khí oxy hoá, đặc biệt là trong điều kiện axít không đủ. Do đó sự tồn tại của
aicd và bước rửa sau lúc oxy hoá có một ý nghĩa quan trọng trong vấn đề đảm bảo
chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình ngâm aicd và nấu xút, một số tạp chất vẫn chưa bị khử đi thì ở
bước này do tác dụng của KMnO
4
một số tạp chất đó cũng sẽ bị khử đi. Quá trình
làm: vỏ tôm & cua sau khi nấu xút đem rửa sạch, ép khô, rồi cho vào dung dịch axít
3-5%, có nồng độ 1% KMnO
4
, ngâm từ 1-2 giờ. Sau đó vớt ra dùng nước rửa sạch
KMnO
4
. Nếu yêu cầu về màu sắc không cao thì có thể giảm bước này. Thực nghiệm
chứng minh rằng: sản phẩm như thế thì màu sắc tương đối đậm, nhưng những tính
năng khác thì không có thay đổi gì.

8

Khử:
Nguyên liệu sau khi xử lý bằng KMnO
4
thì phải tiến hành khử mới có thể loại
bỏ được hết màu tím của KMnO
4
. Chất khử có thể dùng aicd oxalic,
Na
2
SO
3
,Na
2
S

2
O
3
, thường dùng Na
2
S
2
O
3
nồng độ 1-1,5%. Trong quá trình khử phải
luôn luôn khuấy để màu bay đều. Khử cho đến lúc màu tím của KMnO
4
mất hết thì
thôi, thời gian 5-10 phút, vớt ra làm khô ta được bán thành phẩm chitin.
Tẩy gốc axetyl:
Như trên đã nói, chitin qua bước xử lý bằng xút đậm đặc (40%), tẩy gốc axetyl
ta được chitosan. Nhiệt độ lúc xử lý với xút có ảnh hưởng rất lớn đến màu sắc của
thành phẩm. Kết quả thí nghiệm ở bảng dưới cho thấy rõ điều đó:

Bảng 1. 2. Mối quan hệ nhiệt độ và màu sắc thành phẩm.

Nhiệt độ
Nấu (
0
C)
Thời gian
(giờ)
Màu của
thành Phẩm
Hoà tan trong axít.

axetic nồng độ 8%
20
30
40
60
80
100
140
120
22
22
22
3
Trắng
Trắng
Vàng nhạt
Vàng nhạt
Màu vàng
Vàng nâu
Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan

Từ kết quả của bảng trên cho thấy rằng nhiệt độ nấu dưới 30
0
C màu sắc đẹp,
nhưng thời gian gia công quá dài, nhiệt độ nấu tăng lên 100

0
C chỉ cần 3 giờ, nhưng
cho màu sắc kém. Do đó, trong sản xuất, nếu muốn có màu sắc đẹp nên nấu ở nhiệt
độ thấp, nếu yêu cầu về màu sắc không cao có thể nấu ở nhiệt độ cao hơn. Nói
chung trong sản xuất nấu ở nhiệt độ 60-80
0
C thời gian 20-24 giờ.





9

Bảng1.3. Thành phần hoá học của các nguyên liệu chính sản xuất
chitin- chitosan( Muzzarelli, 1997)

Nguyên liệu Thành phần (%)
Độ

ẩm
Protit Tro Lipit chitin
Cua

1.Callinectes sapidus 4.5 24 56 2 12,9
2. Chinonectes opilio 29,2 40,6

13,5

26,65

3.Portunus trituberculatus 12,9

10,3 57,9

0,3 17,1
Tôm Thành phần
1. Penaeus monodom
* Phần vỏ giáp đầu ngực 9,1 26,8 29,3

0,5 34,9
* Phần vỏ 9,7 42,8 20,8

1,2 36,5
2. Pandalus borealis 23,5 33,9

14,7

30,0
Tôm càng 9,24

61,6 26,7

1,4 30
Tôm sông nước ngọt 5,7 28,1 44 4,4 12,5
Con moi lân 44,6 24,7

1,8 19,9

10

1.1.5. Một số quy trình sản xuất chitin-chitosan hiện nay.
1.1.5.1. Quy trình sản xuất chitin- chitosan trên thế giới.
a) Quy trình sản xuất chitin từ tôm sông nước ngọt của Mayer và Lee, Đại học
Louisiana, Hoa Kỳ (1989).
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu

Nghiền nhỏ ( < 2mm)

Ngâm trong NaOH 3,5%( 2h, 65
0
C, 1/10 m/v)

Lọc

Rửa trung tính

Nấu trong HCl 1N ( 0,5h, t
0
phòng)

Rửa trung tính

Ngâm trong HCl (24h, nhiệt độ phòng)

Rửa trung tính

Tẩy màu bằng NaOCl 5 phút, nhiệt độ phòng

Rửa

Chitin

11

b) Quy trình sản xuất của nhóm nghiên cứu ở TháiLan và NhậtBản (1996).
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu

Rửa, sấy khô( 60
0
C, 10h)

Nghiền nhỏ đến 2mm

Ngâm trong NaOH 1N(95-100
0
C, 1-3 h)

Rửa trung tính

Sấy khô ở 60
0
C, 10h

Ngâm trong HCl 1N ( 1-2h, t
0
phòng)

Rửa trung tính

Sấy khô ở 60
0
C, 10h

Nấu trong NaOH 50%, 120
0
, 1-2h

Rửa trung tính

Sấy khô ở 60
0
C, 10h

Chitosan


Nhận xét:
Sản phẩm chitosan sản xuất theo quy trình này có màu sắc đẹp, hàm lượng

protein và khoáng chất còn lại trong chitin thấp, chitosan thu được có tính đa dạng
cao. Tuy nhiên, do quá trình tách protitd và khử acetyl đều thực hiện ở nhiệt độ cao
nên phân tử lượng và độ nhớt của chitosan thu được thấp.
12

c) Quy trình sản xuất của Robert, Đại học Nottingham Trent, Vương Quốc
Anh(1998).
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu

Ngâm trong Na
2
CO
3
0,1M hoặc NaOH 5%(4h, 100
0
C)

Rửa trung tính

Ngâm trong HCl
Thời gian xử lý phụ thuộc vào nồng độ axít dùng(0.275 M, 1.6h, nhiệt độ phòng;
11M, 4h, -20
0
C)

Rửa trung tính

Ngâm trong HCl( 24h, nhiệt độ phòng)

Rửa

Tẩy màu bằng NaOCl hoặc H
2
O
2


Rửa

Chitin

Nấu trong NaOH, nồng độ(35-50%), nhiệt độ (80-140
0
C),
và thời gian(0,5-10h)

Rửa trung tính

Sấy khô

Chitosan
13

Nhận xét:
Đây là quy trình tổng hợp từ các quy trình sản xuất trước đó. Sản phẩm
chitosan sản xuất theo quy trình này có màu trắng đẹp, các chất màu được loại bỏ
sạch trong quá trình tẩy màu. Hàm lượng protitd và khoáng chất còn lại trong chitin
thấp, chitosan thu được có tính đa dạng cao, tuỳ theo từng ứng dụng mà sử dụng
cho phù hợp.

Quá trình tách protitd được thực hiện bằng ngâm trong Na
2
CO
3
hoặc NaOH.
Sử dụng Na
2
CO
3
cho ta chế độ xử lý nhẹ hơn nên dẫn tới chitosan có phân tử lượng
lớn hơn.
Chế độ của quá trình tách khoáng khác nhau, chỉ ra sự liên quan giữa nồng độ
và nhiệt độ của quá trình xử lý, đồng thời nó ảnh hưởng mạnh đến chuỗi chitin và
chitosan thu được.
Trong quy trình sản xuất này có dùng chất tẩy màu nên màu sắc của chitin và
chitosan thu được trắng đều đẹp, tuy nhiên phải xét tới ảnh hưởng của quá trình tẩy
màu đến chất lượng chitosan như phân tử lượng và độ nhớt.
Quá trình khử acetyl đựơc tiến hành với các điều kiện xử lý khác nhau nên cho
ra các sản phẩm chitosan cuối cùng với tính chất rất đa dạng, khác nhau về độ khử
axetyl, phân tử lượng và độ nhớt.
14

1.1.5.2. Tổng quan về quy trình sản xuất chitin- chitosan ở Việt Nam.
a) Quy trình sản xuất của PGS.TS Trần Thị Luyến ( Đại học Nha Trang)
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu( vỏ tôm)

Khử khoáng bằng HCl 10%, nhiệt độ Phòng, 12h

Rửa trung tính

Khử protein bằng ngâm trong NaOH 8%, nhiệt độ phòng, 12h

Rửa trung tính


Chitin


Deacetyl trong NaOH đặc 35-40%, nhiệt độ 80-100
0
C, thời gian 5-6,5h

Rửa trung tính

Phơi hoặc sấy khô

Chitosan với nhiều mức deacetyl và độ nhớt

Nguyên liệu sử dụng là vỏ tôm, vỏ cua và phế liệu của các nhà máy chế biến
thuỷ sản. Quá trình deacetyl được thực hiện ở nhiều mức nồng độ NaOH, thời gian
và nhiệt độ. Nếu dùng nồng độ NaOH thấp thì phải tăng thời gian xử lý thì chitosan
thành phẩm mới đạt độ dêactyl cao, ngoài ra vai trò của nhiệt độ cũng được thể hiện
rõ trong việc tách nhóm acetyl khi sản xuất chitosan.
15

Nhận xét:
Đây là một quy trình được nghiên cứu đầy đủ về ảnh hưởng của chế độ xử lý
deacetyl (nồng độ, nhiệt độ, thời gian) đến chất lượng chitosan (độ nhớt, độ
deacetyl). Quy trình này có ý nghĩa cao vì nó đáp ứng được yêu cầu thực tế sử dụng

chitosan rất đa dạng, tuỳ vào mục đích ứng dụng mà cần có độ nhớt và độ deacetyl
khác nhau.
b) Quy trình của KS Đỗ Minh Phụng ( Đại học Thủy Sản )
Quy trình sản xuất:
Vỏ tôm khô

Ngâm HCl 6N ( 1w/2,5v; 48h, t
0
phòng)

Rửa trung tính

Ngâm NaOH 8% (1w/2,5v; 2h, 100
0
C )

Rửa trung tính

Tẩy màu
( KMnO
4
1%; Na
2
S
2
O
3
1,5% trong môi trường H
2
SO

4
10%)

Chitin

Ngâm NaOH 40% (1w/1v; 24h, 80
0
C)

Rửa trung tính

Chitosan

16

Nhận xét:
Sản phẩm có chất lượng khá tốt, Chitin có màu trắng đẹp. xong thời gian chế
biến còn khá dài, sử dụng nhiều chất oxy hoá dễ làm ảnh hưởng đến độ nhớt của sản
phẩm.
c) Quy trình sản xuất chitosan theo phương pháp bán thuỷ nhiệt (ĐH Dược
TPHCM).
Nguyên liệu (vỏ tôm)

Rửa sạch, sấy khô, xay nhỏ

Ngâm HCl 12% (nhiệt độ phòng, 6h)

Rửa sạch & sấy khô

Loại protein và deacetyl hoá bằng dung dịch NaOH 15%(t

0
=150
0
C;1h)

Rửa trung tính bằng nước thường

Rửa lại bằng nước cất

Sấy khô ở 100
0
C

Chitosan
Nhận xét:
Thời gian sản xuất được rút ngắn, sử lý protein và deacetyl ở nhiệt độ cao nên
chất lượng chitosan giảm đi, hiệu xuất thu hồi cao.
Những quy trình sản xuất chitin-chitosan hiện nay ở nước ta đều được sản xuất
thủ công theo những công đoạn riêng biệt. Do đó thời gian sản xuất dài, năng suất
không cao. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải rút ngắn thời gian sản xuất bằng việc nâng
17

cao nhiệt độ, gộp chung các công đoạn vào một máy…nhưng chất lượng chitin-
chitosan phải đạt yêu cầu chung.
Thiết kế thiết bị sản xuất chitin - chitosan cần phải đưa ra các quy trình hợp lý.
Từ các quy trình trên, Tác giả chọn quy trình sản xuất chung sau để làm cở sở cho
việc thiết kế thiết bị.
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu (vỏ tôm)

Rửa sạch, cắt và ép

Ngâm HCl 12% (nhiệt độ phòng, 6h)
hoặc HCl 4% (tỷ lệ 1w/3v; 3h; 60-85
0
C)

Rửa sạch sấy khô

Loại protein và deacetyl hoá bằng dung dịch NaOH15%(t
0
=95
0
C;1h)
hoặc NaOH 3,5% (tỷ lệ 1w/10v; 2h; 85
0
C)

Rửa trung tính bằng nước thường

Rửa lại bằng nước cất

Sấy khô ở 80
0
C

Chitosan

Trong quá trình thực nghiệm sẽ điều chỉnh cấu trúc và qui trình vận hành thiết bị
để có thể thực hiện tốt nhiều qui trình công nghệ hiện có nhằm sản xuất được Chitin -

chitosan có chất lượng cao đáp ứng tốt nhu cầu đa dạng của thực tế sản xuất.
18

1.1.6. Một số ứng dụng của chitin và chitosan.
a) Trong công nghiệp thực phẩm.
Chitin, chitosan và các dẫn xuất của nó được ứng dụng nhiều trong phụ gia
thực phẩm, trong tác nhân bao gói và chế biến nước uống.
Chitin và chitosan có thể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn. Các
nghiên cứu gần đây cho biết: Các loài động vật sẽ phát triển bình thường khi tiêu
thụ 10% chitin có trong khẩu phần thức ăn hàng ngày.
b) Trong mỹ phẩm.
Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt chống khô da, thuốc làm
mềm da, làm tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa kem thuốc và da. Do bản chất
của chitosan cố định dễ dàng 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 còn có nhiều
nhóm NH
4
+
thừa được gắn với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cực
tím, vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem và da.
c) Trong y học.
Chitin và chitosan có hàng loạt ứng dụng trong vấn đề chăm sóc sức khoẻ cho
con người, 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 thương,
không gây đôc cho tế bào, màng chitin có tác dụng trong việc chuyển hoá của tế bào
ở điều kiện nghèo dinh dưỡng kéo dài, điều này có lợi cho việc điều trị vết thương.
Chitosan dùng làm chất phụ da rất tốt cho kỹ nghệ bào chế dược phẩm (keo

kết dính viên, tá dược chất tạo màng, tạo nang mềm… ). Chitosan là chất mang
polymer sinh học để gắn thuốc bằng liên kết cơ học hay hoá học nhằm tạo ra thuốc
polymer có nhiều tác dụng mới.
d) Trong nông nghiệp.
Chitosan được dùng một thành phần chính trong thuốc phòng trừ nấm dùng
làm thuốc kích thích sinh trưởng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả và các lọai
cây cảnh.
19

Chitosan có tách dụng 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 trình ra hoa
kết quả, làm tăng năng suất cây trồng.
e) Xử lý chất thải và nước thải.
Chitosan có khả năng tạo phức với kim loại vào nhóm amin, nó có thể giữ
được nhiều kim loại chuyển tiếp và 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 nước
thải công nghiệp.
f) Trong công nghiệp nhẹ.
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 và 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 nghiệp 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 và đời sống xã hội, vì vậy nghiên cứu thiết kế thành công
cụm thiết bị kỹ thuật sản xuất chúng ở qui mô công nghiệp là một nhu cầu cấp thiết
trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa nền kinh tế nước ta nói chung và
công nghiệp chế biến thủy sản nói riêng. Đó cũng chính là luận cứ để Tác giả đề

xuất và đảm nhiệm nhiệm vụ nghiên cứu khó khăn này.
1.1.7. Khả năng nguồn nguyên liệu sản xuất chitin – chitosan ở Việt Nam.
Việt Nam hiện là những quốc gia hàng đầu ở châu Á về chế biến và xuất khẩu
thủy sản, đặc biệt là về tôm – cua – ghẹ, do vậy lượng phế liệu từ quá trình chế biến
trên là nguồn nguyên liệu to lớn và cơ bản để sản xuất Chitin – Chitosan phục vụ
nhu cầu sản xuất trong nước và xuất khẩu. Số liệu điều tra 2003, 2004 và 2005 về
nguồn phế liệu từ vỏ tôm – cua – ghẹ của các nhà máy chế biến lớn trên toàn quốc
thể hiện trên bảng 1.4 sau: