Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
o0o




NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG






THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ
ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT
500KG SẢN PHẨM/NGÀY



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang, tháng 6 năm 2014



BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
o0o




NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG







THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ
ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT
500KG SẢN PHẨM/NGÀY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM





GVHD : TS. VŨ DUY ĐÔ







Nha Trang, tháng 6 năm 2014
i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án khóa luận tốt nghiệp tại trường
Đại học Nha Trang, mặc dù gặp nhiều khó khăn, nhưng với sự dìu dắt quý báu của thầy
cô, sự ủng hộ của gia đình và bạn bè, cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn
thành xong đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng
suất 500 kg sản phẩm/ngày”.
Trước hết, tôi vô cùng biết ơn ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang, các
thầy cô trong khoa Công nghệ thực phẩm đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu
trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường để tôi có thể làm cơ sở thực hiện đề
tài và vững bước vào đời.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy TS. Vũ Duy
Đô đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực

hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia dình, người thân và bạn bè đã tạo điều kiện, động
viên, khích lệ để tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 08 tháng 06 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Tuyết Sương
ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH ix
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 3
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin - chitosan 3
1.1.1. Quy trình công nghệ chung sản xuất chitin - chitosan 3
1.1.2. Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam 6
1.1.3. Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan hiện nay 8
1.2. Ý nghĩa, nhiệm vụ, yêu cầu và các điều kiện thiết kế 11
1.2.1. Ý nghĩa của việc thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan 11
1.2.2. Nhiệm vụ thiết kế 12
1.2.3. Yêu cầu đối với thiết kế: Đáp ứng tiêu chuẩn HACCP 13
1.2.4. Các điều kiện thiết kế 17
Chương 2. XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ, TÍNH CÂN BẰNG NGUYÊN, VẬT LIỆU,
TÍNH CHỌN MÁY, THIẾT BỊ VÀ LAO ĐỘNG 22

2.1. Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu 22
2.1.1. Nguyên liệu 22
2.1.2. Quy trình công nghệ sản xuất chitosan 26
2.1.3. Cân bằng nguyên, vật liệu 31
2.2. Tính chọn máy, thiết bị 42
2.2.1. Nguyên tắc chọn máy, thiết bị 42
2.2.2. Tính chọn máy, thiết bị ở phân xưởng 44
iii

2.2.3. Tính chọn máy, thiết bị phụ 55
2.3. Bố trí nhân lực phân xưởng 57
2.3.1. Lao động trưc tiếp sản xuất 57
2.3.2. Lao động gián tiếp 61
Chương 3. QUI HOẠCH MẶT BẰNG XƯỞNG SẢN XUẤT 63
3.1. Nguyên tắc bố trí mặt bằng phân xưởng 63
3.2. Các công trình cụ thể 64
3.2.1. Phân xưởng sản xuất chính 64
3.2.2. Kho thành phẩm 70
3.2.3. Kho bảo quản nguyên liệu 72
3.2.4. Kho hóa chất 73
3.2.5. Kho bao bì 76
3.2.6. Phòng quản đốc 76
3.2.7. Phòng KCS 76
3.2.8. Phân xưởng cơ điện 77
3.2.9. Phân xưởng nồi hơi 77
3.2.10. Kho chứa dầu FO 77
3.2.11. Bể dự trữ nước 78
3.2.12. Khu xử lý dịch thải thu hồi hóa chất 78
3.2.13. Trạm xử lý nước thải 78
Chương 4. TÍNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG, NƯỚC, XỬ LÝ NƯỚC THẢI 81

4.1. Tính điện năng 81
4.1.1. Tính điện chiếu sáng 81
4.1.2. Tính điện động lực 85
4.2. Tính nhiệt và hơi 86
4.2.1. Tính nhiệt và hơi dùng cho thùng ngâm công đoạn ngâm trong NaOH 86
4.2.2. Tính nhiệt và hơi dùng cho thùng ngâm công đoạn deacetyl 89
iv

4.2.3. Tính nhiệt và hơi cho công đoạn sấy 92
4.2.4. Tính hơi dùng cho nhu cầu khác 92
4.2.5. Tính hơi dùng cho toàn phân xưởng 93
4.2.6. Chọn nồi hơi và tính nhiên liệu 93
4.3. Tính nước 94
4.3.1. Lượng nước tiêu thụ trong phân xưởng sản xuất chính 94
4.3.2. Lượng nước dùng cho nồi hơi 95
4.3.3. Lượng nước dùng cho sinh hoạt 96
4.4. Xử lý nước thải 96
Chương 5. TÍNH KINH TẾ 99
5.1. Tính vốn đầu tư cố định 99
5.1.1. Vốn đầu tư xây dựng 99
5.1.2. Vốn đầu tư máy, thiết bị 100
5.2. Tính chi phí sản xuất 100
5.2.1. Chi phí nguyên, vật liệu 100
5.2.2. Chi phí nhân công 101
5.2.3. Chi phí điện 103
5.2.4. Chi phí nước 103
5.2.5. Chi phí nhiên liệu 104
5.2.6. Chi phí khấu hao 104
5.2.7. Chi phí phát sinh 104
5.3. Tính giá thành sản phẩm 104

5.3.1. Chi phí quản lý doanh nghiệp 104
5.3.2. Chi phí bán hàng 105
5.3.3. Giá thành sản phẩm 105
5.3.4. Định giá sản phẩm 105
5.4. Tính hiệu quả kinh tế 105
v

5.4.1. Tổng doanh thu 105
5.4.2. Lãi gộp 105
5.4.3. Lãi thuần 105
5.4.4. Lợi nhuận thuần 106
5.4.5. Lợi nhuận sau thuế 106
5.4.5. Thời gian thu hồi vốn 106
5.4.6. Tỷ suất lợi nhuận trên doanh thu 106
KẾT LUẬN 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 108


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Giải thích
CDA Enzyemer chitin deadetylase
D Chiều rộng
H Chiều cao
h Giờ
L Chiều dài
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
t
o

Nhiệt độ
τ Thời gian
w/v Tỷ lệ nguyên liệu trên dung dịch

vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thống kê yếu tố khí tượng tỉnh Khánh Hòa năm 2012 18
Bảng 2.1. Thành phần trọng lượng của tôm (%) 22
Bảng 2.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm (%) 25
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của vỏ tôm sú 25
Bảng 2.4. Tính chất lý hóa của HCl, NaOH 26
Bảng 2.5. Sơ đồ nhập nguyên, vật liệu 31
Bảng 2.6. Biểu đồ sản xuất theo ca 32
Bảng 2.7. Biểu đồ sản xuất cụ thể 32
Bảng 2.8. Tỷ lệ hao phí nguyên liệu trong quy trình sản xuất chitosan 34
Bảng 2.9. Bảng tổng hợp định mức và năng suất các công đoạn 35
Bảng 2.10. Bảng tổng hợp nhu cầu hóa chất cho dây chuyền sản xuất 39
Bảng 2.11. Bảng tổng hợp nguyên liệu sản phẩm 40
Bảng 2.12. Biểu đồ quá trình kỹ thuật 41
Bảng 2.13. Thống kê các máy, thiết bị trong phân xưởng 55
Bảng 2.14. Bảng bố trí công nhân tổ đóng gói 57
Bảng 2.15. Bảng bố trí công nhân trực tiếp sản xuất 58
Bảng 2.16. Bảng bố trí công nhân phụ 59
Bảng 2.17. Bảng bố trí lao động gián tiếp 61
Bảng 2.18. Bảng tổng hợp lao động trong phân xưởng 62
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp các công trình xây dựng phân xưởng 79
Bảng 4.1. Bảng tổng hợp điện chiếu sáng 84
Bảng 4.2. Bảng tổng hợp điện động lực 85
Bảng 4.3. Lượng hơi dùng cho toàn phân xưởng 93

Bảng 4.4. Bảng tiêu hao nước cho công đoạn rửa trung tính 95
Bảng 5.1. Bảng tổng hợp giá thành các công trình xây dựng phân xưởng 99
viii

Bảng 5.2. Bảng tổng hợp giá thành các máy, thiết bị chính 100
Bảng 5.3. Chi phí nguyên, vật liệu cho phân xưởng 101
Bảng 5.4. Tiền lương của lao động gián tiếp 102


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của nhóm nghiên cứu của Nhật 7
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan Yamashaki và Nakamichi 8
Hình 1.3. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Trần Thị Luyến 9
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất 25
Hình 2.2. Sơ đồ hồi lưu dịch thải và nước thải trong quá trình sản xuất chitosan 34
Hình 2.3. Cấu tạo máy rửa băng chuyền 42
Hình 2.4. Máy rửa băng chuyền 43
Hình 2.5. Cấu tạo máy ép tách dịch 44
Hình 2.6. Máy đóng gói đứng TTM-1300KB 50
Hình 2.7. Máy dò kim loại băng tải tự động D-300 51
Hình 3.1. Sơ đồ mặt bằng khu ngâm 62
Hình 3.2. Sơ đồ mặt bằng khu xử lý nguyên liệu 63
Hình 3.3. Sơ đồ mặt bằng khu bao gói 65
Hình 3.4. Sơ đồ mặt bằng khu thay đồ, vệ sinh 66
Hình 3.5. Sơ đồ mặt bằng xưởng cơ điện 72
Hình 3.6. Sơ đồ mặt bằng phân xưởng 75
Hình 4.1. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải 92
1

LỜI MỞ ĐẦU
Chế biến phế liệu thành các sản phẩm giá trị gia tăng là một lĩnh vực đang được
quan tâm phát triển theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, sản xuất sản
phẩm mới, ứng dụng sản xuất sạch hơn, hạn chế ô nhiễm môi trường nhằm góp phần
phát triển bền vững sản xuất công nghiệp. Ở Việt Nam, vài thập kỷ qua đánh dấu một
bước phát triển ngoạn ngục của ngành thủy sản. Chỉ riêng các mặt hàng từ tôm đã đạt
kim ngạch xuất khẩu trung bình 1,5 tỷ USD. Phế liệu tôm theo đó ước tính trên
100.000 tấn/năm với lượng chitin (tinh khiết) tương ứng trên 4 000 tấn. Vì vậy, cần
phải nghiên cứu và sử dụng nguồn phế liệu này để sản xuất các sản phẩm có giá trị,
nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, giải quyết vấn đề chất thải trong quá trình chế
biến. Trong phế liệu thủy sản chứa rất nhiều thành phần có giá trị, đặc biệt là chitin -
chitosan, là các polymer sinh học đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công
nghiệp từ thực thực phẩm, nông nghiệp, đến y học.
Hiện nay, ở Việt Nam đã có nhiều nhà máy sản xuất chitin - chitosan từ phế liệu
chế biến thủy sản để nâng cao hiệu quả của quá trình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự
ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản. Mặc dù tình hình sản xuất chitin
- chitosan khá lạc quan, công nghệ sản xuất chitin - chitosan ở Việt Nam đang còn ở
trình độ hạn chế, chưa tạo được sản phẩm thỏa mãn yêu cầu để có thể xuất qua các thị
trường như Nhật, Hàn Quốc, Mỹ. Công nghệ hiện nay còn gây ô nhiễm môi trường rất
lớn và chi phí sản xuất cao vì chưa tận thu các thành phần có giá trị khác bên cạnh
chitin như protein, chất màu từ phế liệu thủy sản. Điều này do nhiều nguyên nhân. Một
trong các nguyên nhân căn bản là nhà sản xuất mong muốn đầu tư ít, luật pháp về môi
trường chưa nghiêm và sản phẩm thô vẫn đang có thị trường chấp nhận. Tuy vậy, để có
thể khai thác nguồn phế liệu này có hiệu quả hơn, mang lại lợi nhuận lớn hơn và giảm
ô nhiễm môi trường, cần có đầu tư thích đáng hơn và cải tiến căn bản công nghệ sản
xuất đang áp dụng hiện nay.
2

Để đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ đặt ra trong điều kiện thực tế ở nước ta, tôi

được giao nhiêm vụ : “Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm,
năng suất 500 kg sản phẩm /ngày”.
Nội dung đề tài:
1) Lập luận kinh tế kỹ thuật cho thiết kế;
2) Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu, tính chọn máy, thiết bị
và lao động cho xưởng sản xuất;
3) Qui hoạch mặt bằng xưởng sản xuất;
4) Tính nhu cầu năng lượng, nước, xử lý nước thải cho xưởng sản xuất;
5) Tính kinh tế cho xưởng sản xuất.
Trong thời gian thực hiện đề tài, dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên do lần đầu
tiên tiếp xúc với công việc thiết kế cùng với việc thiếu kinh nghiệm và kiến thức còn
nhiều hạn chế nên đề tài của tôi vẫn có nhiều thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp
ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cám ơn!


3

Chương 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin - chitosan
1.1.1. Quy trình công nghệ chung sản xuất chitin - chitosan [12], [13], [21]
Khác với các polymer khác, trong quá trình nấu chiết, người ta thường hòa tan
polymer ra dung dịch rồi sau đó lọc, và tách dung môi để thu hồi dưới dạng rắn. Chitin
ngược lại, khi tách chiết, người ta lại làm ngược với các polymer thực vật là lấy tất cả
các tạp chất ra khỏi vỏ giáp xác, phần còn lại sẽ là chitin. Trên thực tế có rất nhiều quy
trình sản xuất chitin - chitosan khác nhau. Tùy theo mục đích của sản phẩm mà người
ta chọn quy trình sản xuất chitosan phù hợp. Các quy trình có phương pháp sản xuất, số
công đoạn, thứ tự công đoạn, loại hóa chất và thông số xử lý khác nhau. Thế nhưng
dựa vào tính chất tồn tại của chitin - chitosan trong tự nhiên mà để tách triết chúng
thường qua các quá trình chính là khử khoáng, khử protein, tẩy màu và deacetyl hóa.

 Khử khoáng
Trong nguyên liệu để sản xuất chitin - chitosan có rất nhiều khoáng chất ở dạng
muối khoáng tồn tại chủ yếu ở dạng CaCO
3
và số ít ở dạng Ca
3
(PO
4
)
2
. Vậy nên người
ta thường dùng axit HCl, H
2
SO
4
… để khử khoáng. Trong thực tế người ta thường dùng
axit HCl để khử khoáng vì có hiệu suất cao hơn so với dùng H
2
SO
4
và các axit khác.
Phương trình phản ứng của quá trình khử khoáng:
CaCO
3
+ 2 HCl = CaCl
2
+ CO
2
↑ + H
2

O
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6 HCl = 3 CaCl
2
+ 2 H
3
PO
4

Khí CO
2
sinh ra được giải phóng ra ngoài môi trường, trong quá trình thoát ra
nó làm cho nguyên liệu nổi lên. Do vậy trong quá trình ngâm phải khuấy đảo liên tục
để khí thoát ra đều và để axit tác động đều đến nguyên liệu.
Muối sinh ra hòa tan trong nước rửa nên dễ dàng được rửa trôi ở công đoạn rửa
trung tính.
4

Trong môi trường axit một phần protein bị biến tính nên nó bị tách ra khỏi liên
kết protein-astasanthin, astasanthin được tách ra ở dạng tự do dễ bị oxy hóa trong
không khí chuyển thành astacin có màu đỏ đặc trưng.
Trong quá trình khử khoáng thì nồng độ axit HCl, thời gian xử lý và tỷ lệ
nguyên liệu/dung dịch HCl có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khử khoáng và chất lượng
của
chitin - chitosan thành phẩm.

Ngoài ra, có thể khử khoáng bằng acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic, acid
citric. Khi sử dụng acid hữu cơ để tách khoáng thì chitin - chitosan thu được có độ tinh
sạch cao, có thể đáp ứng về yêu cầu độ tinh sạch của chitin trong y dược, thực phẩm.
Ngoài ra, chitin - chitosan thu được có phân tử lượng lớn và độ nhớt cao.
 Khử protein, lipit
Dùng kiềm để thủy phân các protein ở dạng liên kết trong nguyên liệu thành axit
amin, peptit, protein tự do và thủy phân lipit tạo thành glycerin và muối của axit béo
hòa tan vào trong môi trường. Để khử protein, lipit thường dùng NaOH ở nồng độ vừa
phải.
Trong quá trình khử protein, lipit thì nồng độ, nhiệt độ, thời gian xử lý và tỷ lệ
nguyên liệu/dung dịch NaOH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử protein, lipit và chất
lượng chitin - chitosan thành phẩm.
Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và triển khai thí nghiệm sử dụng protease để thủy
phân protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản. Tuy nhiên, các nghiên
cứu này chỉ mới triển khai ở quy mô phòng thí nghiệm và kết quả nghiên cứu cho thấy
sử dụng enzyme không khử triệt để được protein từ phế liệu thủy sản và hàm lượng
protein còn lại ở mẫu chitin khá cao (6-9%). Vì vậy, để triển khai ở quy mô sản xuất
lớn cần nghiên cứu thêm để nâng cao hiệu quả quy trình có sử dụng enzyme để khử
protein.
 Tẩy màu
5

Trong phế liệu tôm và cua có chứa một lượng lớn chất màu, chủ yếu thuộc
nhóm carotenoid: astacene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein và β-carotene. Trong quá
trình sản xuất chitin, để chitin có màu trắng đẹp thì cần có công đoạn tẩy màu. Việc tẩy
màu này có thể thực hiện bằng cách phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc xử lý bằng các
chất tẩy màu thông dụng như KMnO
4
, H
2

O
2
, NaOCl, NaHSO
3
. Thông thường H
2
O
2
và
NaOCl được sử dụng nhiều nhất.
Tuy nhiên, quá trình tẩy màu thường đi kèm với quá trình cắt mạch chitin, nên
dẫn đến chitosan có phân tử lượng thấp. Vì vậy, chế độ tẩy màu cần phải được nghiên
cứu lựa chọn phù hợp để hạn chế cắt mạch chitin. Quá trình tẩy màu cần tiến hành
nhanh, sử dụng nồng độ thích hợp cho từng loại nguyên liệu. Thông thường quá trình
tẩy màu chỉ sử dụng đối với phế liệu tôm vì hàm lượng sắc tố cao, còn đối với xương
mực thì không cần thiết phải có bước tẩy màu.
 Deacetyl hóa
Deacetyl là quá trình khử nhóm acetyl (-COCH
3
) có trong cấu trúc phân tử của
chitin để chuyển chitin thành chitosan. Thông thường quá trình deacetyl được thực hiện
bằng cách ngâm chitin trong dung dịch NaOH hoặc KOH đậm đặc. Nồng độ thường sử
dụng là 40 - 50%, ở nhiệt độ 100
o
C hoặc cao hơn. Công đoạn deacetyl được thực ở
những chế độ rất đa dạng, phong phú, tùy thuộc vào nguồn chitin và yêu cầu về tính
chất của chitosan.
Người ta có thể sử dụng acid đặc để thực hiện quá trình deacetyl. Tuy nhiên,
việc xử lý bằng acid đặc thường kèm theo quá trình cắt mạch của polymer, do đó thực
hiện deacetyl trong kiềm đặc vẫn là phương pháp thường được sử dụng.

Ngoài ra, có thể dùng tác nhân sinh học là enzym chitin deacetylase (CDA) thu
nhận từ nấm Absidia coerulia cho quá trình deacetyl. Áp dụng enzymer để deacetyl có
nhiều ý nghĩa như nâng cao chất lượng sản phẩm chitosan, tránh sử dụng hóa chất đậm
đặc, hạn chế ô nhiễm môi trường. Các kết quả cho thấy quá trình deacetyl bằng CDA
chủ yếu thực hiện đối với chitin đã deacetyl một phần, còn đối với chitin tự nhiên thì
6

quá trình deacetyl bằng CDA không hiệu quả. Hiệu quả deacetyl bằng CDA sẽ được
tăng lên nếu chitin được xử lý giảm độ rắn trước khi deacetyl bằng CDA (Stevens,
2005).
1.1.2. Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới
Từ những năm 30 của thể kỷ XX việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính
chất hóa lý và ứng dụng của chitin - chitosan đã được công bố, chitin - chitosan đã
được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, kể cả lĩnh vực sinh học và đạt
được hiệu quả cao.
Năm 1972, hãng Kyowa Oid Ansd Fat của Nhật Bản lần đầu tiên đưa vào sản
xuất công nghiệp chitin.
Năm 1990, sản lượng chitosan trên thế giới vào khoảng 1 200 tấn. Hiện nay đi
đầu trong lĩnh vực sản xuất và ứng dụng chitin - chitosan là Nhật Bản với 600 tấn/năm,
Mỹ 400 tấn/ năm. Ngoài ra còn có các nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp…
Hiện nay có rất nhiều công ty lớn trên thế giới tham gia vào lĩnh vực sản xuất
chitin - chitosan và họ đã nghiên cứu ra nhiều sản phẩm có nguồn gốc chitosan sử dụng
thích hợp để xử lý nước, khử các ion kim loại độc, bọc hạt và nhiều ứng dụng khác
trong nông nghiệp.
1.1.2.2. Tình nghiên cứu chitin - chitosan ở Việt Nam
Là nước có nền khoa học kỹ thuật còn kém phát triển, việc nghiên cứu và sản
xuất chitin - chitosan và ứng dụng của nó còng tương đối mới mẻ đối với nước ta.
Công trình vào năm 1978 – 1982 của cô Đỗ Minh Phụng tại trường Đại Học Thủy Sản
(nay là trường Đại học Nha Trang) là bước khởi đầu của nước ta về lĩnh vực này, tuy

nhiên bước đầu vẫn còn gặp nhiều khó khăn.
Những năm gần đây, trước yêu cầu cấp bách về xử lý tận thu nguồn phế liệu và
những thông tin về kỹ thuật, các nhà khoa học của nước ta bắt đầu nghiên cứu hoàn
thiện quy trình sản xuất chitin - chitosan cũng như các ứng dụng của nó. Đã có nhiều
7

trường đại học, nhiều cơ quan nghiên cứu như: Trường Đại Học Tổng Hợp, Đại Học Y
Dược TP HCM, Phân Viện Khoa học Việt Nam… cùng nhiều nghiên cứu ở các cơ sở
sản xuất khác như: TP HCM, Cà Mau…
8

1.1.3. Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan hiện nay
1.1.3.1. Quy trình sản xuất của nhóm nghiên cứu ở Nhật Bản (1996)

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
Chitosan

Hình 1.1
.

Sơ đ
ồ quy tr
ình s
ản xuất chitosan của nhóm nghi
ên c
ứu của Nhật
iêng

Nguyên liệu

Nghi
ền nhỏ đến 2 mm

Sấy khô
t
o
= 60
o
C
τ = 10h
Ngâm trong NaOH
R
ửa trung tính


NaOH 1N
t
o
= (95 - 100
o
C)
τ = (1 - 2h)
Rửa, sấy khô
t
o

= 60
o
C

τ = 10h
S
ấy khô

t
o
= 60
o
C
τ = 10h
Ngâm trong HCl
R
ửa trung tính


HCl 1N

t
o
= phòng
τ = (1 - 2h)
Sấy khô
t
o

= 60
o
C

τ = 10h

Nấu trong NaOH
R
ửa
trung tính


NaOH 50%
t
o
= 120
o
C
τ = (1 - 2h)
9

dạng cao. Tuy nhiên, do quá trình tách protein và khử khoáng đều thực hiện ở nhiệt độ
cao nên phân tử lượng và độ nhớt của chitosan thu được thấp.
1.1.3.2. Quy trình sản xuất của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản)


Nhận xét: Thời gian được rút ngắn triệt để. Giá thành sẽ rẻ do hạn chế hóa chất.
Chitosan có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, phải có thiết bị nồi cao áp do gia nhiệt lớn.
Màu sắc của chitosan sẽ không đẹp, màu vàng do tiến hành ở nhiệt độ cao cộng với chế
độ tẩy màu. Độ nhớt thấp vì tiến hành ở nhiệt độ cao gây đứt mạch nhiều.
1.1.3.3. Quy trình sản xuất của PGS.TS Trần Thị Luyến (Đại học Nha Trang)
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
Chitosan

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Yamashaki và Nakamichi
Nguyên liệu (vỏ tôm)
Ngâm trong HCl
R
ửa trung tính


S
ấy

HCl 2M

t
o
= 100
o
C
τ = 2h

Nấu trong NaOH
R
ửa trung tính


Sấy
NaOH 15M
t
o
= 150
o

C
τ = 1
h

10

phẩm mới đạt độ deacetyl cao, ngoài ra vai trò của nhiệt độ cũng được thể hiện rõ trong
việc tách nhóm acetyl khi sản xuất chitosan.

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.
Hình 1.3. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Trần Thị Luyến
Nấu trong NaOH
R
ửa trung tính


Sấy
Chitosan

NaOH (35-40)%
t
o
= (80-100
o
C)
τ = (5-6,5h)

Nguyên liệu
Ngâm trong HCl
R
ửa trung tính


Ngâm trong NaOH

Rửa trung tính
NaOH 8%
t
o
phòng
τ =
1
2h

HCl 10%
t
o
phòng
τ = 12h
11

1.2. Ý nghĩa, nhiệm vụ, yêu cầu và các điều kiện thiết kế
1.2.1. Ý nghĩa của việc thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan
Là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, ngành
Thủy sản đã đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển của nền kinh tế. Cùng với
nhịp độ phát triển của nền kinh tế trong và ngoài nước, ngành Thủy sản trong những

năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến thủy sản
cũng như xuất nhập khẩu. Nhưng đi cùng với sự phát triển của ngành, vấn đề phế liệu
trong chế biến thủy sản là một điểm hạn chế do lượng phế liệu thải ra từ công nghiệp
chế biến thủy sản hàng năm là rất lớn khoảng 100.000 tấn phế liệu tôm/năm. Theo
nghiên cứu của các nhà khoa học, trong thành phần cơ bản của vỏ tôm - cua - ghẹ,
chitin chiếm tỷ trọng khá lớn và có nhiều tính năng rất tốt để chế biến thành các sản
phẩm cao cấp phục vụ sản xuất và đời sống xã hội. Vì vậy nhiều quy trình sản xuất
chitin - chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản đã được xây dựng để nâng cao hiệu quả
quá trình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến
thủy sản.
Chitin - chitosan được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau. Các ứng
dụng quan trọng bao gồm: công nghệ xử lý nước, công nghiệp dệt nhuộm, giấy; cố
định enzymer, vector chuyển gen, tạo viên bọc tế bào trong công nghệ sinh học; tái tạo
xương, điều trị thấp khớp, kiểm soát quá trình giải phóng của thuốc, giảm mỡ trong
huyết thanh, làm da nhân tạo trong y học; làm chất giữ ẩm cho da, chất ổn định trong
mỹ phẩm; dùng làm chất điều hòa sinh trưởng cho cây, phân bón, kháng mấm trong
nông nghiệp; dùng trong thực phẩm chức năng, chất xơ, chất tạo bọt, chất bảo quản,
chất làm trong bia, làm bao bì trong công nghệ thực phẩm. Điều đó đã làm cho chitin -
chitosan ngày càng quan trọng và được sự quan tâm của cộng đồng các nhà khoa học.
Danh sách các ứng dụng của chitin, chitosan do đó ngày càng dài hơn. [13], [21]
Trên thị trường nước ta hiện nay, có rất nhiều mặt hàng chitosan được sản xuất
trong nước và nhập khẩu từ nước ngoài. Trong khi đó, nước ta có nhiều ưu thế về
12

nguồn lợi thủy sản, có nguồn nhân lực dồi dào, giá nhân công rẻ. Do đó, việc thiết kế
phân xưởng sản xuất chitosan có ý nghĩa rất lớn bởi lẽ:
- Góp phần đáng kể trong việc tạo nên chitosan - sản phẩm đặc thù từ phế liệu
thủy sản, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp từ thực phẩm, nông
nhiệp đến y học.
- Đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước, cạnh tranh với hàng ngoại nhập. Hàng

sản xuất trong nước có giá thành rẻ và chất lượng không kém hàng ngoại nhập.
- Góp phần nâng cao giá trị của mặt hàng, đẩy mạnh kim ngạch xuất khẩu, thúc
đẩy phát triển, tạo cơ sở vững chắc cho ngành công nghiệp sản xuất chitosan trong nền
kinh tế quốc dân.
- Giải quyết vấn đề phế liệu cho ngành chế biến thủy sản, nâng cao hiệu quả
kinh tế, hạn chế ô nhiễm môi trường.
- Sử dụng nguồn nhân lực tại chỗ, giải quyết nạn thất nghiệp và tăng thu nhập
cho người dân trong khu vực.
- Sự phát triển của ngành chế biến thủy cùng với công nghiệp sản xuất chitosan
tạo sự phối hợp giữa ngư nghiệp, công nghiệp khai thác, nuôi trồng và chế biến góp
phần thúc đẩy sự phát triển của toàn ngành thủy sản.
1.2.2. Nhiệm vụ thiết kế
Nhiệm vụ của bản thiết kế này là thiết kế mới phân xưởng sản xuất chitosan từ
đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm/ngày. Sản phẩm được sản xuất tại phân
xưởng đạt chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của thị trường trong và ngoài nước.
Sản phẩm chitosan thu được từ quy trình sản xuất của phân xưởng đạt các chỉ
tiêu sau:
- Màu sắc, trạng thái : Trắng ngà, dẻo dai
- Độ ẩm : 8,5%
- Hàm lượng tro : 0,05%
- Độ nhớt : 13,95
o
E
13

- Độ tan : 98,97%
- Độ deacetyl : 92,75%
- Nitơ tổng số : 7,8%
Bản thiết kế cần cố gắng áp dụng những cải tiến mới, những biện pháp kỹ thuật,
tự động hóa sản xuất nhằm giảm bớt lãng phí trong sản xuất mang lại hiệu quả cao,

giảm sức lao động chân tay ở những nơi vất vả nặng nhọc, độc hại. Bên cạnh đó, cần
lưu ý một số vấn đề trong thiết kế như:
- Tiết kiệm trong xây dựng: Cần tránh những xây dựng thừa làm tốn vật liệu xây
dựng, đồng thời gây lãng phí, tốn kém trong việc sử dụng và bảo quản về sau. Giảm
diện tích xây dựng đến mức tối thiểu, sử dụng triệt để diện tích và thể tích phân xưởng.
Chú ý áp dụng những kiến trúc rẻ tiền nhưng chất lượng đảm bảo, có tính thẩm mĩ, xây
dựng nhanh chóng, không cần thiết có những công trình kiến trúc với nghệ thuật cầu
kỳ, đồng thời tránh những vật liệu đắt tiền nếu không cần thiết.
- Khả năng mở rộng của phân xưởng sau này: Phải để những khoảng thừa và
những khu đất dự trữ phù hợp với hướng hoặc vị trí của phân xưởng sau này có thể
phát triển ra mà không gây những điều bất hợp lý cho hoạt động sản xuất. Diện tích dự
trữ khoảng 25 - 30%.
- Phải đảm bảo an toàn lao động cho công nhân.
1.2.3. Yêu cầu đối với thiết kế: Đáp ứng tiêu chuẩn HACCP
Chitosan là sản phẩm có ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp,
nông nghiệp, y dược và môi trường như: sản xuất glucosamin, chỉ khâu phẩu thuật,
chất bảo vệ môi trường, bảo quản thực phẩm,… Vì vậy, sản phẩm chitosan phải đạt
được những yêu cầu khắt khe về vệ sinh, cần phải áp dụng một hệ thống quản lý chất
lượng cho phân xưởng sản xuất chitosan. Căn cứ vào yêu cầu đảm bảo vệ sinh cho sản
phẩm chitosan và tình hình thực tế hiện nay, phân xưởng sẽ được áp dụng chương trình
quản lý chất lượng theo HACCP.
14

Bản thiết kế phân xưởng tuân thủ theo Thông tư số 15/2012/TT-BYT (Quy định
về điều kiện chung đảm bảo an toàn thực phẩm đối với cơ sở sản xuất, kinh doanh thực
phẩm):
 Địa điểm, môi trường:
- Có đủ diện tích để bố trí các khu vực của dây chuyền sản xuất thực phẩm và
thuận tiện cho việc vận chuyển thực phẩm;
- Khu vực sản xuất không bị ngập nước, đọng nước;

- Không bị ảnh hưởng bởi động vật, côn trùng, vi sinh vật gây hại;
- Không bị ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm từ các khu vực ô nhiễm bụi, hoá
chất độc hại và các nguồn gây ô nhiễm khác.
 Thiết kế, bố trí nhà xưởng:
- Diện tích nhà xưởng, các khu vực phải phù hợp với năng suất sản xuất thiết kế
của cơ sở;
- Bố trí quy trình sản xuất thực phẩm theo nguyên tắc một chiều từ nguyên liệu
đầu vào cho đến sản phẩm cuối cùng;
- Các khu vực kho nguyên liệu, kho thành phẩm; khu vực sản xuất, sơ chế, chế
biến; khu vực đóng gói sản phẩm; khu vực vệ sinh; khu thay đồ bảo hộ và các khu vực
phụ trợ liên quan phải được thiết kế tách biệt. Nguyên liệu, thành phẩm thực phẩm, vật
liệu bao gói thực phẩm, phế thải phải được phân luồng riêng;
- Đườg nội bộ phải được xây dựng bảo đảm tiêu chuẩn vệ sinh; cống rãnh thoát
nước thải phải được che kín và vệ sinh khai thông thường xuyên;
- Nơi tập kết, xử lý chất thải phải ở ngoài khu vực sản xuất thực phẩm.
 Kết cấu nhà xưởng:
- Nhà xưởng phải có kết cấu vững chắc, phù hợp với tính chất, quy mô và quy
trình công nghệ sản xuất thực phẩm;