Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu của hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu hồi bằng hơi nước quá nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------

NGUYỄN THÀNH LUÂN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA
HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT TINH DẦU HỒI BẰNG
HƠI NƯỚC QUÁ NHIỆT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------

NGUYỄN THÀNH LUÂN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA
HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT TINH DẦU HỒI BẰNG
HƠI NƯỚC QUÁ NHIỆT

Chuyên ngành kỹ thuật cơ khí
Mã số: 90520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN THỊ QUỲNH CHI
2. PGS.TS. DƯƠNG VĂN TÀI

Hà Nội, 2018


i

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tơi được bày tỏ lịng biết
ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS. Dương
Văn Tài, TS Nguyễn Thị Quỳnh Chi đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận
tình và giúp đỡ tơi hoàn thành luận văn này.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phịng sau Đại học, khoa Cơ
điện và Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp
nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình làm và hồn chỉnh luận văn.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2018
Tác giả luận văn

Nguyễn Thành Luân


ii

MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... i
MỤC LỤC ........................................................................................................ ii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu ........................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài: ....................................................................................... 2
3. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu .................................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 3
4.1. Nghiên cứu lý thuyết................................................................................... 3
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ............................................................................ 3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 4
1.1. Khái quát về cây hồi ở Việt Nam ............................................................... 4
1.1.1. Phân bố, diện tích cây hồi và sản lượng hoa hồi .................................... 4
1.1.2. Khái quát về tình hình sản xuất hoa hồi ở Việt Nam .............................. 6
1.2. Tổng quan về các thiết bị sản xuất tinh dầu hồi ở Việt Nam ..................... 9
1.3. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ và hệ thống thiết bị chưng cất tinh
dầu Hồi ở Việt Nam ........................................................................................ 16
1.3.1. Nghiên cứu hệ thống chưng cất tinh dầu hồi trên thế giới: .................. 16
1.3.2. Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu Hồi ở
Việt Nam .......................................................................................................... 22
1.4. Những vấn đề tồn tại và giải pháp khắc phục .......................................... 25

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 26
2.1. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu; ............................................................ 26


iii

2.1.1. Cấu tạo và thành phần hóa học của hoa Hồi ....................................... 26
2.1.2. Thiết bị nghiên cứu................................................................................ 28
2.1.3. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 31
2.2. Phương pháp nghiên cứu: ........................................................................ 32
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: ...................................................... 32
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................................. 32
Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA
HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT TINH DẦU HỒI BẰNG HƠI
NƯỚC QUÁ NHIỆT ..................................................................................... 34
3.1. Cơ sở khoa học chưng cất tinh dầu .......................................................... 34
3.1.1. Nguyên lý chưng cất tinh dầu ............................................................... 34
3.1.2. Qui luật biến đổi của nguyên liệu trong quá trình chưng cất............... 36
3.1.3. Sơ đồ công nghệ chưng cất liên tục ...................................................... 40
3.1.4. Chưng cất thăng hoa ............................................................................. 42
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất ........................................ 42
3.2.1. Nhiệt độ chưng cất ................................................................................ 42
3.2.2. Xác định lượng hơi nước tiêu tốn ......................................................... 44
3.2.3. Quan hệ giữa năng suất và nhiệt độ chưng .......................................... 45
3.2.4. Ảnh hưởng của khích thước ngun liệu đến q trình chưng cất ....... 46
3.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ hệ thống làm lạnh đến hiệu suất chưng cất ... 46
3.2.6. Ảnh hưởng của nguyên liệu đầu vào: ................................................... 47
3.3. Cơ sở lý thuyết q trình chưng cất tinh dầu Hồi .................................... 47
3.3.1.Sự sơi của dung dịch .............................................................................. 47
3.3.2. Nguyên lý bay hơi tinh dầu ................................................................... 48

3.4. Quy trình cơng nghệ chưng cất tinh dầu hồi. ........................................... 48
3.4.1. Quy trình cơng nghệ chưng cất tinh dầu hồi. ....................................... 48
3.4.2. Các bước tiến hành ............................................................................... 48


iv

Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆN XÁC ĐỊNH MỘT SỐ
THÔNG SỐ TỐI ƯU KHI CHƯNG CẤT TINH DẦU HỒI BẰNG HƠI
NƯỚC QUÁ NHIỆT....................................................................................... 51
4.1 Mục tiêu, nội dung cứu thực nghiệm ........................................................ 51
4.1.1. Mục tiêu ................................................................................................. 51
4.1.2. Nội dung nghiên cứu thực nhiệm .......................................................... 51
4.2. Chọn Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 51
4.2.1. Chọn phương pháp thực nghiệm ........................................................... 51
4.2.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu ............................................................. 52
4.2.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu ......................................... 52
4.2.4. Phương pháp lấy mẫu thí nghiệm ......................................................... 53
4.2.5. Phương pháp xác định các đại lượng nghiên cứu ................................ 54
4.2.5. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 54
4.2.6. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm...................................................... 54
4.3. Tổ chức tiến hành thí nghiệm................................................................... 58
4.4. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố ................................................................. 58
4.4.1. Ảnh hưởng của kích thước quả hồi đến thời gian và hàm lượng tinh dầu
và thời gian chưng cất ..................................................................................... 59
4.4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ chưng cất đến hàm lượng tinh dầu và thời gian
chưng cất ......................................................................................................... 63
4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ................................................................... 66
4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào 66
4.5.2. Xây dựng ma trận thí nghiệm ................................................................ 67

4.5.3. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ................................................................ 67
4.6. Xác định các thơng số tối ưu của q trình chưng cất tinh dầu Hồi ........ 70
4.6.1. Phương pháp tìm giá trị tối ưu của thông số đầu vào .......................... 70
4.6.2. Kết quả giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ .......... 71


v

4.7. Xác định hiệu suất chưng cất ................................................................... 72
4.8. Đánh giá chất lượng tinh dầu sau khi chưng cất ...................................... 73
4.9. Đề xuất giải pháp hoàn thiện thiết bị chưng cất dầu hồi bằng hơi nước
quá nhiệt .......................................................................................................... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 76
1. Kết luận ....................................................................................................... 76
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO


vi

DANH MỤC BẢNG
Tên bảng

TT
2.1
2.2
4.1

4.2
4.3

4.4

4.5
4.6

Thành phần hóa học của tinh dầu hồi thu từ các nhóm hình
thái
Các thơng số kỹ thuật của hệ thống chưng cất tinh dầu Hồi
Ảnh hưởng của kích thước mẫu quả tươi đến hàm lượng
tinh dầu và thời gian chưng cất
Ảnh hưởng của nhiệt độ chưng cất đến hàm lượng tinh dầu
và thời gian chưng cất
Mức thí nghiệm của thơng số đầu vào
Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu
và nhiệt độ đến hàm lương tinh dầu
Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu
và nhiệt độ đến thời gian chưng cất
Hiệu suất chưng cất

Trang
27
30
59

64
66
67

67
73

vii

DANH MỤC HÌNH
TT
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

Tên hình
Cây hồi đang ra quả
Quả hồi khơ là nguyên liệu sản xuất tinh dầu hồi
Hướng dẫn nông dân chăm sóc rừng Hồi theo kỹ thuật
Lị chưng cất tinh dầu hồi thủ cơng
Hệ thống làm lạnh lị chưng cất tinh dầu hồi
Các dụng cụ dùng để hứng hỗn hợp dịch ngưng
Nồi chưng cất ở Quảng Tây
Hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu hồi của viện lâm đặc
sản lắp đặt tại Lạng Sơn
Hình ảnh hoa hồi sau khi phơi khơ
Mơ hình hệ thống chưng cất tinh dầu hồi bằng hơi quá nhiệt
Thiết bị thí nghiệm xác định các thông số công nghệ chưng
cất tinh dầu hồi
Sơ đồ chưng cất
Sơ đồ chưng luyện
Đồ thị quan hệ t-y-x
Sơ đồ chưng cất liên tục
Sơ đồ chưng cất thăng hoa
Ảnh hưởng của thiệt độ chưng cất đến quá trình chưng
Quan hệ giữa nhiệt độ và năng suất chưng cất
Q trình thí nghiệm chưng cất tinh dầu hồi
Đồ thị tương quan giữa kích thước nguyên liệu với hàm
lượng tinh dầu và thời gian chưng cất
Đồ thị tương quan giữa nhiệt độ chưng cất với hàm lượng
tinh dầu và thời gian chưng cất
Chất lượng tinh dầu sau khi chưng cất
Thiết bị đánh giá chất lượng tinh dầu

Trang

4
6
7
10
13
14
20
24
26
29
31
34
35
38
40
42
43
46
58
63
65
75
76


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Cây Hồi (Hay còn gọi là Đại Hồi, Hồi 8 cánh, Mắc chác), có tên khoa

học là Liciumverum Hook, được phân bố ở một số địa phương trên tuyến biên
giới Việt Trung, như một số huyện Lạng Sơn và Quảng Ninh, Hồi là cây dược
liệu quí, hoa hồi là nguyên liệu để chưng cất ra tinh dầu hồi. Tinh dầu hồi là
dược liệu quí, sử dụng trong trong y học và trong chế biến thực phẩm.
Hàng năm ở Việt Nam đã sản xuất ra hàng trăm tấn tinh dầu hồi phục
vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu, đã mang lại hiệu quả kinh tế lớn cho
địa phương, góp phần nâng cao đời sống cho đồng bào các dân tộc ở một số
tỉnh. Ngày nay diện tích trồng hồi càng càng phát triển, sản lượng tinh dầu
ngày càng tăng, đáp ứng nhu cầu trong nước và suất khẩu.
Hiện nay việc chưng cất tinh dầu ở Việt Nam chủ yếu là các lị chưng
cất bằng thủ cơng do các hộ gia đình tự xây dựng, chưng cất theo phương
pháp truyền thống nên năng suất và chất lượng tinh dầu thấp, hiệu suất thu hồi
tinh dầu khơng cao, từ đó dẫn đến hiệu quả kinh tế khơng cao.
Đã có một số cơng trình nghiên cứu về cơng nghệ chưng cất tinh dầu
hồi, kết quả nghiên cứu đã thiết kế chế tạo ra hệ thống thiết bị chưng cất tinh
dầu hồi và được áp dụng tại một số địa phương ở tỉnh Lạng Sơn, các thiết bị
này bước đầu cho hiệu quả cao hơn lò chưng cất truyền thống của địa phương.
Nhung trong q trình sản xuất các thiết bị này cịn có nhiều tồn tại cần phải
tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đó là: năng suất, hiệu suất thu hồi, chất lượng
tinh dầu chưa cao.
Để nâng cao năng suất, chất lượng tinh dầu đáp ứng yêu cầu xuất khẩu
hiện nay, năm 2018 Bộ khoa học và Công nghệ đã giao cho Công ty cổ phần
thiết bị chuyên dùng Việt Nam và các nhà khoa học thuộc Trường Đại học


2

Lâm nghiệp thực hiện đề tài cấp nhà nước: " Nghiên cứu công nghệ, thiết kế
và chế tạo thiết bị chế biến các sản phẩm từ quản hồi đạt chất lượng xuất
khẩu", sản phẩm của đề tài là thiết kế chế tạo được hệ thống thiết bị chưng cất

tinh dầu hồi bằng hơi quá nhiệt. Để có cơ sở khoa học cho việc thiết kế chế
tạo và vận hành hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu hồi bằng hơi nước q
nhiệt thì cần thiết phải có nghiên cứu xác định chế độ chưng cất tối ưu, có như
vậy thì hệ thống thiết bị được chế tạo mới đạt năng suất, chất lượng và hiệu
suất thu hồi tinh dầu cao
Với những lý do đã trình bày ở trên, chúng tơi chọn và thực hiện đề tài:
"Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu của hệ thống thiết bị chưng
cất tinh dầu hồi bằng hơi nước quá nhiệt" .
2. Mục tiêu của đề tài:
Với những lý do đã trình bầy ở trên đề tài đưa ra mục tiêu nghiên cứu
như sau: Xác định được một số thông số tối ưu của hệ thống chưng cất tinh
dầu hồi bằng hơi nước quá nhiệt, để làm cơ sở khoa học cho thiết kế chế tạo
và vận hành hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu hồi bằng hơi quá nhiệt.
3. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Nghiên cứu tối ưu công nghệ cho thiết bị để chưng cất tinh dầu hồi
bằng hơi nước quá nhiệt là vấn đề lớn cần nhiều thời gian và thiết bị hiện đại,
cần phải được tiến hành trong các phịng thí nghiệm chun dùng, do thời
gian nghiên cứu có hạn, trong phạm vi của đề tài thạc sỹ này chúng tôi giới
hạn phạm vị nghiên cứu như sau:
- Thông số nghiên cứu tối ưu: chúng tôi chỉ lựa chọn một số thông số
ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất và chất lượng tinh dầu để nghiên cứu, cịn
các yếu tố khác chúng tơi lấy ở một giá trị nhất định để nghiên cứu


3

- Thiết bị nghiên cứu là hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu hồi bằng
hơi nước quá nhiệt tại Trường đại học Bách khoa Hà Nội
- Nguyên liệu đầu vào cho quá trình chưng cất là loại hoa hồi được sử
dụng phổ biến hiện nay đó là loại hoa hồi 8 cánh đã phơi khô

4. Nội dung nghiên cứu
Với phạm vị nghiên cứu đã được trình bày ở trên, để đạt được mục tiêu
nghiên cứu đã đặt ra, chúng tôi tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu hoa hồi để làm sơ cở cho việc lựa chọn
các thông số công nghệ chưng cất tinh dầu hồi
- Nghiên cứu thành phần hóa học của hoa hồi để có giải pháp nâng cao
chất lượng tinh dầu sau chưng cất
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình chưng cất tinh dầu, làm cơ sở
cho việc lựa chọn các thông số ảnh hưởng đến năng suất chất lượng tinh dầu
- Nghiên cứu lựa chọn phương pháp để xác định các thông số tối ưu của
hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu hồi.
- Giải bài toán để xác định các thông số tối ưu
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Thực nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng của nhiệt độ hơi nước quá
nhiệt của thiết bị chưng đến năng suất và chất lượng tinh dầu hồi
- Thực nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng của nhiệt độ thiết bị ngưng
tụ đến năng suất và chất lượng tinh dầu hồi
- Thực nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu
đến năng suất và chất lượng tinh dầu hồi


4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về cây hồi ở Việt Nam
1.1.1. Phân bố, diện tích cây hồi và sản lượng hoa hồi
Chi Hồi (llicium) có trên 40 lồi, phân bố chủ yếu ở Đơng Nam Á,
Đông Á và Bắc Mỹ. Riêng ở Việt Nam đã phát hiện được 16 loài, chiếm 40%

số loài của cả chi. Quả và lá của hầu hết các loài thuộc chi Hồi đều có chứa
tinh dầu. Nhưng lồi có giá trị kinh tế cao nhất là Hồi (llicium verum Hook),
đây là loài cây nguyên sản của miền Bắc Việt Nam và miền Nam Trung
Quốc.

Hình 1.1. Cây hồi đang ra quả


5

Ngồi Việt Nam, cây Hồi cịn có phân bố tự nhiên ở 6 vùng núi lớn trên
địa phận của tỉnh Quảng Tây, Trung Quốc: Thập vạn đại sơn, Lục vạn đại
sơn, Cửu vạn đại sơn, Đại dao sơn, Dại minh sơn và Kim chung sơn, trước
khi nước cộng hòa nhân dân Trung Hoa ra đời (1949) diện tích rừng Hồi chỉ
có 3.300 ha, chủ yếu là rừng Hồi tự nhiên và rừng bán hoang dã, với tổng sản
lượng chỉ đạt 2.300 tấn quả, Nhưng đến nay, ngoài địa phận Quảng Tây, cây
Hồi đã được trồng nhiều ở 3 tỉnh khác là Vân Nam, Quảng Đơng và Q
Châu. Diện tích rừng Hồi ở Trung Quốc hiện nay của Trung Quốc là hơn
45.000 ha, riêng tỉnh Quảng Tây đã chiếm hơn 90% về diện tích và hơn 85%
về sản lượng của cả Trung Quốc. Năm 2003, tỉnh Quảng Tây Trung Quốc đã
thu hoạch hơn 87.000 tấn quả khô. Trong nhiều sách báo, Quảng Tây được
mang danh “Quê hương của hoa Hồi trên thế giới”. Người Trung Quốc gọi
cây Hồi là Hồi hương, Đại Hồi hương hay Đại liệu [14].
Cây hồi là loài cây thân gỗ nhỡ lá rộng, thường xanh, cây trưởng thành
cao khoảng 10 – 20 m (cá biệt có cây tới 25m), với đường kính ngang ngực từ
25 – 40 cm. Thân cây thẳng tròn, vỏ mầu xám sáng, tán lá hình trụ hơi trịn,
hình thân đẹp, cành non có mầu xanh lá cây, tất cả các bộ phận của cây đều có
mùi thơm dễ chịu của tinh dầu hồi (TDH). Hoa lưỡng tính, mọc đơn ở nách
lá, có từ 7 -9 cánh, mầu phấn hồng, quả phức có hình ngơi sao 5 – 8 cánh (đơi
khi có tới 11 – 13 cánh). Gỗ hồi có tính chịu uốn kém (dễ gãy và rất dễ nứt).

Sản phẩm chủ yếu của cây hồi là quả Hồi. Từ quả hồi người ta chế biến thành
2 loại sản phẩm phổ biến lưu thông trên thị trường hiện nay là Hồi khô và
Tinh dầu Hồi.
Mỗi năm cây Hồi cho 2 vụ quả: Vụ Hồi chiêm hay còn gọi là Hồi Tứ
quý thu hoạch vào tháng 2 – 3 hàng năm và vụ Hồi mùa ( thu hoạch vào tháng
8 – 9 hàng năm). Năng suất trung bình 45 – 50 kg quả tươi cây/ năm. Sản
lượng vụ Hồi chiêm bằng khoảng 30% sản lượng vụ Hồi mùa. Vụ Hồi mùa


6

thường được người dân đem phơi (hoặc sấy) thành sản phẩm Hồi khơ, đem bán,
cịn Hồi chiêm thường được sử dụng để làm nguyên liệu chưng cất tinh dầu.
Tinh dầu Hồi lúc mới cất ra là một chất lỏng sánh, có mầu sáng trắng,
sau đó chuyển sang mầu vàng nhạt hay váng rơm, nhẹ hơn nước. Tỷ trọng ở
25oc dao động từ 0,978 – 0,988g/ml. Chỉ số quan trọng nhất để đánh giá chất
lượng của tinh dầu Hồi là điểm đơng. Điểm đơng càng cao thì chất lượng của
tinh dầu càng tốt. Điểm đông của tất cả các loại tinh dầu lưu thông trên thị
trường hiện nay thông thường từ 14,1 – 18,5oc. Điểm đông của loại tinh dầu
Hồi chưng cất từ lá ít khi vượt quá 14oc, [1].
Tinh dầu Hồi chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp thực
phẩm, để pha chế một loại rượu mạnh dùng cho xứ lạnh (rượu nise). Sau phát
minh của hãng dược phẩm Roth ( Thụy sỹ), tinh dầu Hồi nói riêng và quả Hồi
nói chung đã trở thành nguồn nguyên liệu có giá trị để điều chế axit Shikimic,
hoạt chất chính của thuốc Tamiflu, hiện được coi là loại biệt dược để phòng
chống và điều trị bệnh cúm gia cầm H5N1. Bởi vậy, những năm gần đây, giá
bán các loại sản phẩm của cây Hồi ngày một tăng cao [33], [34].

Hình 1.2. Quả hồi khô là nguyên liệu sản xuất tinh dầu hồi
1.1.2. Khái quát về tình hình sản xuất hoa hồi ở Việt Nam

7

Cây Hồi (lliciumverumHook) có phân bố tự nhiên trên địa bàn 9 huyện
của tỉnh Lạng Sơn và huyện Bình Liêu, tỉnh Quảng Ninh và một số huyện ở
tỉnh Cao Bằng. Trong vòng 20 năm trở lại đây, do giá trị kinh tế mà cây Hồi
mang lại ngày một lớn, nên loài cây này đã được di thực sang các vùng lân
cận của Lạng Sơn như huyện Thạch An, Hòa An, Trà Lĩnh của tỉnh Cao Bằng
và huyện Na Rì của tỉnh Bắc Kạn. Cịn ở Quảng ninh, ngồi Bình Liêu cây
Hồi đã được trồng trên những địa phương vùng cao khác ở 2 huyện Đầm Hà
và Hải Hà. Diện tích rừng Hồi của cả nước tính đến thời điểm năm 2010 đạt
45.653 ha, sản lượng đạt 7.000 tấn quả khô/ năm.
Cây Hồi mỗi năm cho 2 vụ quả: Vụ Hồi chiêm( Còn gọi là Hồi tứ quý)
và vụ Hồi mùa. Vụ Hồi chiêm cho thu hoạch vào tháng 2 tháng 3 và vụ Hồi
mùa cho thu hoạch vào tháng 8 tháng 9. Sản lượng vụ hồi mùa thường cao
gấp 2 lần sản lượng vụ Hồi chiêm. Vụ Hồi mùa thu hoạch vào cuối hè đầu
thu, nên thường được phơi hoặc sấy thành sản phẩm Hồi Khơ, cịn Hồi chiêm,
thu hoạch vào thời kỳ cuối đơng đầu xn, ít nắng nhiều mưa nên thường
được bán tươi hoặc sử dụng làm nguyên liệu chưng cất tinh dầu [18].

Hình 1.3. Hướng dẫn nơng dân chăm sóc rừng Hồi theo kỹ thuật


8

Từ trước đến nay, các nghiên cứu về cây Hồi ở nước ta chủ yếu tập
chung về lĩnh vực phân loại và Lâm sinh. Có một vài nghiên cứu của một số
tác giả trong nước đề cập đến vấn đề chưng cất và xác định thành phần hóa
học của tinh dầu Hồi.

Khi tiến hành nghiên cứu về thành phần hóa học của quả Hồi và tinh dầu
Hồi, PGS.TS. Lã Đình Mỡi và cộng sự đã cho biết: Hàm lượng tinh dầu chứa
trong quả Hồi tươi Việt Nam đạt 3,0 – 3,5%. Tinh dầu Hồi Việt Nam là chất
lỏng, sánh không mầu hoặc có mầu vàng nhạt, tỷ trọng ở 25 0c là 0.978 –
0,988g/ml, điểm đông từ 14,0 – 18,40c, hịa tan trong 1,0 – 2,5 thể tích
ancohol 90%. Thành phần hóa học chủ yếu của tinh dầu Hồi là Trans –
anethol (80 – 93%), ngồi ra cịn có khoảng 20 hợp chất khác, trong đó đáng
chú ý là Limonen, ỏ – Pinen, õ – Phellandren, Linalool, Ä-3- Caren,
Methylchavicol, ỏ- Phellandren, Myrcen... Rieeng hợp chất Cis- anethol chỉ
có hàm lượng rất nhỏ, từ dạng vết đến 0,1%. Hạt Hồi chưa khoảng 50 -58%
dầu béo, với thành phần chính là axit Oleic, Stearic và Myristic [18].
Khi nghiên cứu đánh giá chất lượng Hồi của các vùng khác nhau, nhóm
các nhà nghiên cứu của trường Đại học Dược Hà Nội cho rằng, chất lượng
Hồi tốt nhất là ở xã Vân Mộng và xã Tân Đoàn của huyện Văn Quan, địa
phương được coi là “rốn” Hồi của tỉnh Lạng Sơn.
Theo số liệu của Sở Khoa học và Cơng nghệ tỉnh lạng Sơn, thì quả Hồi
có hàm lượng tinh dầu cao nhất là Hồi lấy ở thôn Bản Lề, xã Xuất Lễ, huyện
Cao Lộc (Hàm lượng tinh dầu đạt tới 17,49%) còn Hồi cho hàm lượng tinh
dầu thấp nhất là ở các địa phương thuộc huyện Bắc Sơn, có mẫu hàm lượng
tinh dầu chỉ đạt 6,84%.
Các kết quả nghiên cứu trường Đại học tổng hợp Hà Nội(1975) cho
rằng, Các cây Hồi trồng ở sườn phía đơng cho quả có hàm lượng tinh dầu cao
hơn so với những cây Hịi trồng ở phía Tây. Hàm lượng tinh dầu từ quả của


9

cây Hồi trồng ở phía Bắc thường thấp hơn cây trồng ở sườn phía Nam, cịn
chất lượng tinh dầu Hồi thì ngược lại (Sườn phía Bắc độ đơng của tinh dầu
1806, cịn sườn phía Nam 1804).

Quả Hồi thuộc nhóm 13 cánh có hàm lượng tinh dầu trong quả và hàm
lượng anethol trong tinh dầu cao nhất, sau đến Hồi thuộc nhóm trung gian,
cuối cùng là quả Hồi thuộc nhóm 8 cánh. Hàm lượng anethol trong tinh dầu
quả Hồi nhóm 13 cánh là 84,5-93,4%, nhóm trung gian là 82,0- 89,0%, nhóm
Hồi 8 cánh là 80,9- 87,7%.
1.2. Tổng quan về các thiết bị sản xuất tinh dầu hồi ở Việt Nam
Trước năm 1975, khi xí nghiệp chế biến tinh dầu chưa bị phá hủy, mỗi
năm tỉnh Lạng Sơn sản xuất được 150 tấn TDH loại tốt, được nhiều thị trường
trên thế giới ưa chuộng. Nhưng kể từ khi xí nghiệp này bị phá hủy, đến nay
thiết bị chưng cất TDH ở Lạng Sơn lại quay về sử dụng các loại thiết bị chưng
cất thủ công.
Thiết bị chưng cất TDH đã và đang được sử dụng ở Lạng Sơn là mn
hình mn vẻ. Cho tới tận những năm cuối của thế kỷ XX, nơi đây cũng tồn
tại một loại hình chưng cất TDH cổ truyền. Đáy nồi là một chảo gang, thân
nồi làm bằng những tấm gỗ nghiến ghộp lại với nhau, kiểu như tang trống, cứ
3 hoặc 5 đai giằng xung quanh bằng cây song rừng, chúp nồi là một nồi đồng
( hoặc 1 chảo gang) dùng để chứa nước làm mát. Một miếng gỗ lừm, mỏng,
gọi là “ Mai rựa” được đặt phía trong thân nồi, ngay sát dưới đáy bộ phận
đựng nước làm mát dùng để hứng dịch ngưng. Những chỗ nối ghộp được bịt
kín bằng đất sét. Các lũ đốt cấp nhiệt cho nồi chưng cất thường là lũ đất, lũ
xây bằng gạch, có ghi hoặc khơng có ghi. Nhiên liệu dùng là than hoặc củi.
Bộ phận làm lạnh thường được làm bằng ống hợp kim nhôm ( ống dẫn
xăng dầu thời trống Mỹ) hoặc được gị bằng nhơm hay tôn rồi để ngập trong


10

một bể nước, diện tích làm lạnh khơng đảm bảo, nên nhiệt độ cuối của dịch
ngưng thường cao, nhiều nơi nước đã sủi bọt, sắp đạt đến điểm sôi.
Việc làm kín các chỗ ghép nối là một vấn đề nan giải đối với tất cả các

cơ sở sản xuất TDH hiện nay ở Lạng Sơn. Họ thường dùng đất sét, rẻ ướt,
Xăm xe máy hoặc vữa vôi chộn với xi măng để bịt kín phần nối giữa đáy nồi
với thân nồi, giữa thân nồi với chóp nồi, giữah cóp nồi với vịi voi, giữa đầu
vịi voi với ống làm lạnh.

Hình 1.4. Lị chưng cất tinh dầu hồi thủ cơng
Khơng có một cơ sở chưng cất TDH nào có thiết bị phân ly tinh dầu.
Dịch ngưng được chảy thẳng ra một bình hứng (thường là chum sành nhỏ
hoặc can nhựa), sau một khoảng thời gian nhất định, lớp tinh dầu phía trên
được múc ra bằng gáo cho vào can nhựa và đem bán ra thị trường
TDH sản xuất thủ cơng cịn nhiều tạp chất, mầu sắc khác nhau, không
đảm bảo các tiêu chuẩn dùng cho xuất khẩu sang những thị trường khó tính,


11

mà chủ yếu bán qua bên kia biên giới, theo con đường tiểu ngạch. Giá bán chỉ
bằng khoảng 50-60% giá TDH trên thị trường thế giới.
Tinh dầu Hồi ở Việt Nam hiện nay được sản xuất bằng các lò chưng cất
thủ cơng, kiểu như nấu rượu. Các loại hình thiết bị chưng cất tinh dầu Hồi
được áp dụng là muôn hình mn vẻ, khác nhau khơng những về kết cấu mà
còn về vật liệu làm nồi ( bằng gỗ, bằng gạch, bằng tơn...). Nồi chưng cất TDH
khơng có bảo ơn, khơng có các thiết bị kiểm tra về nhiệt độ và áp xuất, khơng
có kính quan sát mực nước, khơng hồi lưu dịch ngưng và khơng có thiết bị
phân ly tinh dầu. Dung tích các nồi chưng cất cũng khác nhau, từ 50 – 2.700
lít. Nếu tính các nồi chưng cất có dung tích từ 350 lít trở lên, thì hiện tại ở
Lạng Sơn có khoảng 30 cái, nhiều nhất là ở khu vực chợ bãi (dọc con suối
mơ), trên địa bàn 2 xã yên Phúc và Bình Phúc, huyện Văn Quan. Sau đây là
một vài mô tả về công nghệ và thiết bị chưng cất TDH đang sử dụng để chưng
cất TDH ở Việt Nam, [14].

Tất cả các lò chưng cất TDH ở việt Nam đều có lị đốt nằm ngay dưới
đáy nồi chưng cất. Các cửa lò đốt được xây theo hình chữ nhật hoặc hình
vịm. Để chống sập, một số cửa lò đốt của một số cơ sở chưng cất TDH ở
Lạng Sơn được gia cố thêm một khung đỡ bằng sắt ệ 20mm
Trước năm 2000, một loại hình thiết bị chưng cất tinh dầu Hồi cổ truyền
được sử dụng tương đối phổ biến ở Lạng Sơn. Theo mô tả của một số người
trước đây đã từng sử dụng thì loại nồi chưng cất tinh dầu Hồi cổ truyền gồm
các bộ phận sau.
1. Đáy nồi: Là một chảo gang có đường kình từ 1,0 -1,2m;
2. Thân Nồi: Hình trụ cao khoảng 0,8 – 1,2m , đường kính từ 0,8 -1,0m,
được làm bằng các tấm gỗ nghiến ghép khít với nhau( kiểu tang trống), ở phía
trên có một lỗ thốt hỗn hợp hơi khí và ở khoảng giữa có một lỗ tiếp nước


12

trong khi chưng cất. Xung quanh phía trong phần trên thân nồi có gờ để đặt
một chảo khác (hoặc nồi đồng) Chứa nước làm mát;
3. Chóp Nồi: Là một chảo gang ( về sau, có một số nơi được thay bằng
nồi đồng) đựng nước làm mát, có đường kính nhỏ hơn đường kính trong của
thân nồi;
4. Phần hứng dịch ngưng là một tấm gỗ lõm, mỏng, dân địa phương gọi
là “mai rùa”, đặt nghiêng trong thân nồi, ngay phía dưới đáy của chảo đựng
nước làm mát. Các phần nối giữa đáy nồi với thân nồi và chóp nồi được đắp
kín bằng đất sét. Do khơng có đường hồi lưu, nên cứ sau 2-3 giờ chưng cất lại
phải bổ sung thêm nước vào nồi một lần.
5. Mỗi mẻ chưng cất từ 200 – 350 kg quả tươi. Quả Hồi được đổ đầy
lên tận chóp nồi. Lượng nước cho vào nồi chỉ bằng 1/3 khối lượng quả Hồi.
Thời gian chưng cất thường kéo dài từ 48 – 60h. Theo kinh nghiệm, thời gian
chưng cất được cho là kết thúc khi thấy dịch ngưng chỉ nổi bọt nhỏ như hạt

vừng, khi chưng cất xong, phải chờ nguội mới tháo chóp nồi xuống để lấy bã
Hồi ra ngồi
Chóp nồi có 2 loại. Một loại có kết cấu hình nón, gị hàn bằng tơn,
được lắp chụp lên thân nồi kiểu zoăng nước. Loại khác được làm bằng một
chảo gang úp sấp, ở giữa có đục lỗ thốt hỗn hợp hơi khí. Phần nối giữ thân
nồi và chóp nồi là nơi rễ thất thốt tinh dầu nhất trong quá trình trưng cất, và
đã được người dân trát kín bằng đất sét hoặc xi măng.
Cửa thốt hỗn hợp hơi khí kiểu vịi voi, nằm ở phía trên nóc và ở giữa
chóp nồi. Bộ phận này thường được làm bằng tơn, ống nhơm hoặc ống gang.
Đầu của vịi voi hơi chúc xuống và được nối với bộ phận làm lạnh. Điểm nối
này được làm kín bằng đất sét và quấn vải xung quanh.
+ Bộ phận làm lạnh


13

Phần lớn các lò chưng cất tinh dầu Hồi ở Lạng Sơn được xây dọc theo
các con suối để thuận tiện cho việc lấy nước làm lạnh. Ở những lò chưng cất
nhỏ, phần làm lạnh chỉ là một hộp nhôm hoặc một ống kim loại bằng hợp kim
nhôm (ống dẫn xăng dầu trong thời kỳ chống Mỹ) dựng đứng hay đặt nghiêng
trong một bể nước, ở những lò chưng cất cơng suất lớn thì có tới 2 hoặc 3 ống
đặt song song nhau. Bể nước làm lạnh thường được xây bằng gạch, ở một vài
nơi được làm bằng tôn. Thiết diện bề mặt trao đổi nhiệt bé, công suất làm lạnh
thấp, nhiệt độ cuối của hỗn hợp dịch ngưng còn cao, nhiều nơi nước dùng để
làm mát ở trạng thái sủi bọt, sắp đạt đến nhiệt độ sơi.

Hình 1.5. Hệ thống làm lạnh lò chưng cất tinh dầu hồi
+ Bộ phận thu gom tinh dầu
Các lò chưng cất tinh dầu ở Lạng Sơn khơng có bộ phận phân ly tinh
dầu. Người ta cho hỗn hợp nước và tinh dầu sau khi đã qua bộ phận làm lạnh

chảy thẳng vào các dụng cụ hứng. Các dụng cụ dùng để hứng thường là các
chum sành, các thùng sắt hoặc các can nhựa. Sau một thời gian, sau khi lớp


14

tinh dầu Hồi đã nổi lên phía trên, người ta dùng gáo múc ra, cho vào các can
nhựa và coi đây là sản phẩm cuối cùng bán ra thị trường.

Hình 1.6. Các dụng cụ dùng để hứng hỗn hợp dịch ngưng
+ Thiết bị chưng cất tinh dầu Hồi ở Lâm trường Văn Quan
Cuối năm 2007, sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lạng Sơn, đã bàn giao
cho Lâm trường Văn Quan một hệ thống thiết bị chưng cất TDH công suất ≈
200kg quả tươi/ mẻ. Nồi chưng cất có dạng hình trụ, đường kính khoảng
70cm, cao 1,2m, làm bằng tơn 4mm, phía ngồi được sơn bằng một lớp sơn
chống rỉ.
Nắp nồi có cấu tạo dạng mặt bích, bắt kín bằng bu lơng. Nồi khơng có
cửa xả nhiên liệu riêng, nên khi chưng cất xong phải tháo nắp nồi để lấy bã ra
ngoài. Lượng nước trong nồi được kiểm tra qua một ống thủy, Nối song song
với bình theo nguyên lý bình thơng nhau kiểu chữ U. chiều cao ống thủy tinh
này bằng 2/5 chiều cao của nồi chưng cất. Cửa thốt hỗn hợp hơi khí nằm
ngang phía trên thành nồi, ống thốt làm bằng ống dẫn nước thơng thường,
đường kính 27mm. Bộ phận làm lạnh cũng có dạng hình trụ, đường kính
khoảng 400mm, dựng đứng. Vật liệu cũng làm bằng tôn và được sơn phủ
bằng sơn chống rỉ. Nước làm lạnh được cấp qua một máy bơm.


15

Hệ thống thiết bị chưng cất này cho đến nay chỉ mới được vận hành chạy

thử đúng một lần vào dịp trước khi bàn giao ( tháng 12 năm 2007).
Phần lò đốt được xây bằng gạch, trát xi măng, đường kính trong 0,7m.
Cửa lị đốt hình vng 20 x 20cm. Ghi lị là các thanh sắt vng 15 x 15 mm.
ống khói được gị bằng tơn mỏng, dài khoảng 3m, đường kính 120cm, đặt
chếch 450 so với mặt đất, đầu trên lại bẻ cụp xuống 450.
Năm 1975, với sự giúp đỡ kỹ thuật và thiết bị của cộng hòa Pháp, một
xí nghiệp sản xuất tinh dầu Hồi đã được xây dựng ở Phai Vệ, Lạng Sơn. Công
suất 150 tấn/năm. Chất lượng tinh dầu hồi của xí nghiệp này đáp ứng đầy đủ
các tiêu chuẩn xuất khẩu, kể cả những thị trường khó tính như Băc Âu, Bắc
Mỹ, Nhật Bản. Trong thời gian này nước láng giềng của chúng ta vẫn chưa có
một cơ sở sản xuất tinh dầu Hồi nào có trang bị tương tự.
Năm 1979, trong chiến tranh biên giới, ngay sau khi tràn xuống thị xã
Lạng Sơn, Trung quốc đã cho đặt mìn phá hủy tồn bộ xí ngiệp này. Và từ đó
đến nay, đã hơn 30 năm, người dân Lạng Sơn lại phải quay về sử dụng các
loại hình thiết bị thủ cơng, kiểu như nấu rượu để sản xuất tinh dầu Hồi. Chất
lượng dầu trưng cất thủ công là rất khác nhau, phần lớn không đảm bảo tiêu
chuẩn dùng cho xuất khẩu, và còn lẫn nhiều tạp chất và nước. Trong thời gian
này, thì phía bên kia biên giới, Trung Quốc lại có những bước tiến nhảy vọt
trong lĩnh vực chưng cất và chế biến tinh dầu Hồi dùng cho xuất khẩu.
Tất cả các loại hình thiết bị trưng cất tinh dầu Hồi ở Lạng Sơn là thiết bị
thủ công và bán thủ công, với thiết kế sơ sài và đơn giản, được làm từ những
loại vật liệu rẻ tiền, rễ kiếm, tuổi thọ thấp. Thiếu dụng cụ theo dõi chế độ
chưng cất, kiểm tra mực nước, dịch ngưng khơng được hồi lưu, khơng có cửa
nạp nhiên liệu và xả liệu riêng, nên gây khơng ít vất vả khó khăn cho người
lao động. Khơng có bộ phận phân ly khơng có biện pháp xử lý sản phẩm nên


16

sản phẩm tinh dầu làm ra với chất lượng thấp không đủ tiêu chuẩn dùng cho

xuất khẩu.
Thiết bị làm lạnh không đảm bảo, thiết diện trao đổi nhiệt bé, lại
không có các loại vật liệu làm zoăng phù hợp, vừa đảm bảo độ kín, vừa chịu
nhiệt lại chịu dầu nên đã làm thất thoát một lượng lớn sản phẩm ra mơi trường
xung quanh, hiệu suất chưng cất thấp.
Nói tóm lại, tất cả các loại hình thiết bị đang được sử dụng để sản xuất
TDH hiện nay ở Lạng Sơn là thiết bị thủ cơng, có cấu tạo hết sức sơ sài và
đơn giản. Không bảo ôn, không hồi lưu dịch ngưng, khơng hề có bất kỳ một
thiết bị đo và kiểm tra nào. Bộ phận làm lạnh không đảm bảo, nhiệt độ cuối
của hỗn hợp dịch ngưng cịn cao. Khơng có thiết bị phân ly tinh dầu.
1.3. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ và hệ thống thiết bị chưng cất
tinh dầu Hồi ở Việt Nam
1.3.1. Nghiên cứu hệ thống chưng cất tinh dầu hồi trên thế giới:
Chính quyền Trung Quốc và chính phủ khu tự trị dân tộc Choang
(Quảng Tây) đã có những ưu tiên đặc biệt và đầu tư thích đáng cho phát triển
cây Hồi. Chính sách này mang đậm mầu sắc của Trung Quốc “ Người khơng
có ta có, người có ít ta có nhiều, người có nhiều ta chiếm ưu thế, Người chiếm
ưu thế ta có đặc sản riêng”. Ngồi Trung Quốc trong vịng 20 năm chở lại
đây, cây Hồi còn được quan tâm và phát triển mạnh ở Nhật Bản, Philippin và
Jamaica.
Người Trung Quốc có một lịch sử hàng ngàn năm về gây trồng và chế
biến các sản phẩm Hồi. Trong nhiều tài liệu cổ của Trung Quốc, như tác
phẩm nổi tiếng của Tôn Tư Mạo, đời Đường, trong “ Quế hải Du hằng chí”
của Phạm Thành Đại đời Nam Tống(1172) “Bản thảo cương mục” của Lý
Thời Trân đời nhà Minh “ Thượng lâm huyện chí”năm Quảng Tự thứ 10, đời
nhà Thanh (1884), hay“Thiên đẳng huyện chí” năm Quang Tự thứ 24(1898)...