Đồ án - Chưng cất tinh dầu bạc hà

Đồ án chuyên ngành
1. Thông tin học viên.
Họ và tên học viên:
Trần Thanh Mai
Hệ đào tạo: Chính quy
Lớp: Q trình thiết bị - K58
Thời gian làm : Từ ngày 17/01/2016 đến 28/09/2017.
2. Mục đích nội dung của đồ án.
Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu bạc hà năng suất 200 kg/h.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đồ án.
-

Tìm hiểu chung về nguyên liệu bạc hà.

-

Tìm hiểu các phương pháp sản xuất tinh dầu.

-

Lựa chọn phương pháp phù hợp với ngun liệu và u cầu bài tốn.

-

Tính tốn các thơng số của q trình cơng nghệ.

-

Tính tốn cơ khí cho thiết bị chính và các thiết bị phụ trợ.

-

Đưa ra sơ đồ chức năng cho hệ thống.

4. Lời cam đoan của sinh viên.
Tôi – Trần Thanh Mai – cam kết đồ án này là cơng trình nghiên cứu của bản thân
tôi dưới sự hướng dẫn của Ts. Le Ngoc Hoang
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, khơng phải sao chép tồn văn của bất
kì cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2027
Tác giả đồ án

Trần Thanh Mai

1


LỜI MỞ ĐẦU

6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.........................................................................................7
1.1. Tổng quan về tinh dầu......................................................................................7
1.1.1.

Khái niệm tinh dầu.................................................................................7

1.1.2.

Tính chất lý hóa......................................................................................7

1.1.3.

Trạng thái thiên nhiên.............................................................................8

1.1.4.

Tác dụng sinh học và ứng dụng của tinh dầu..........................................8

Tổng quan về bạc hà.................................................................................................9
1.1.5.

Các vùng ở Việt Nam trồng....................................................................9

1.1.6.

Tinh dầu bạc hà.....................................................................................11

Các phương pháp sản xuất tinh dầu.........................................................................14
1.1.7.

Các phương pháp sản xuất tinh dầu......................................................14

1.1.7.1. Phương pháp cơ học (phương pháp ép lạnh).....................................14
1.1.7.2. Phương pháp trích ly.........................................................................14
1.1.7.3. Phương pháp hấp phụ.......................................................................15
1.1.7.4. Phương pháp lên men.......................................................................15
1.1.8.

Phương pháp chưng cất tinh dầu..........................................................15

1.1.8.1. Phương pháp chưng cất bằng nước...................................................17
1.1.8.2. Phương pháp chưng cất khơng có nồi hơi riêng................................18
1.1.8.3. Phương pháp chưng cất có nồi hơi riêng...........................................19
1.1.8.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến chưng cất tinh dầu..................................20
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH DẦU BẠC HÀ.................................22
2.1. Lựa chọn phương pháp.....................................................................................22
2.2. Sơ đồ sản xuất...................................................................................................22
2.3. Thuyết minh quy trình.......................................................................................23
2


2.3.1 Quá trình xử lý nguyên liệu.........................................................................24
2.3.2. Chưng Cất..................................................................................................24
2.3.3. Ngưng tụ....................................................................................................25
2.3.4

Phân ly.....................................................................................................25

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH.........................................26
3.1. Cân bằng vật chất..............................................................................................26
3.1.1. Tính cân bằng vật liệu................................................................................26
3.1.2. Lượng nước có trong hỗn hợp bay ra.........................................................26
3.1.3. Tính nhiệt độ chưng cất.............................................................................28
3.2. Tính tốn thiết bị chính.....................................................................................29
3.2.1. Thân nồi.....................................................................................................29
3.2.1.1. Xác định các kích thước chính............................................................29
3.2.1.2. Xác định bề dày thân nồi.....................................................................30
3.2.2. Đáy nồi, nắp nồi.........................................................................................31
3.2.2.1. Đáy nồi................................................................................................31
3.2.2.2. Nắp nồi................................................................................................34

3.2.3. Vỉ và giỏ.....................................................................................................35
3.2.3.1. Vỉ nồi..................................................................................................35
3.2.3.2. Giỏ......................................................................................................36
3.2.4. Ống dẫn hơi và ống xả nước ngưng...........................................................37
3.3. Tính tốn cân bằng nhiệt lượng.........................................................................39
3.3.1 Lượng nhiệt chi phí để đun nóng ngun liệu.............................................39
3.3.2. Lượng nhiệt đun nóng tinh dầu có trong nguyên liệu.................................39
3.3.3. Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi tinh dầu................................................40
3.3.4. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che.............................................................41
3.3.5. Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng thiết bị.................................................43
3.3.6. Lượng nhiệt của hơi để cung cấp cho quá trình chưng cất.........................44
3


3.3.7. Tổng lượng nhiệt cần thiết cho nồi chưng cất............................................44
CHƯƠNG4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ.................................................................46
4.1. Tính tốn thiết bị ngưng tụ................................................................................46
4.1.1. Thơng số đầu vào.......................................................................................46
4.1.2. Tính tốn cân bằng nhiệt............................................................................47
4.1.3. Lượng nước làm mát cho quá trình............................................................48
4.1.4. Hiệu số nhiệt độ trung bình........................................................................48
4.1.4.1. Xác định nhiệt độ t’d............................................................................48
4.1.4.2. Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình từng giai đoạn...........................48
4.1.4.3. Xác định các thông số trong từng giai đoạn........................................49
4.1.5. Xác định hệ số cấp nhiệt giai đoạn ngưng tụ..............................................50
4.1.5.1. Hệ số cấp nhiệt hơi giai đoạn I............................................................50
4.1.5.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước làm mát..................................52
4.1.5.3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn I............................................52
4.1.6. Xác định hệ số cấp nhiệt giai đoạn làm lạnh..............................................53
4.1.6.1. Hệ số cấp nhiệt từ nước ngưng đến thành ngoài của ống....................53

4.1.6.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ống trong đến nước làm mát........................54
4.1.6.3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn II là:......................................54
4.1.7. Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt q trình..............................................55
4.1.8. Tổng số ống truyền nhiệt............................................................................55
4.1.9. Quy chuẩn thiết bị......................................................................................55
4.1.9.1 Vận tốc chảy thực tế của nước trong ống.............................................55
4.1.9.2. Kích thước...........................................................................................55
4.1.9.3. Xác định độ dày thiết bị......................................................................56
4.9.1.4. Xác định kích thước đường ống nước vào, ra......................................56
4.1.9.5. Xác định kích thước ống dẫn hơi vào..................................................57
4.1.9.6. Xác định đường kính nước ngưng ra...................................................57
4


4.1.9.7. Chọn tai treo.....................................................................................58
4.2. Tính tốn, thiết kế thiết bị phân ly tinh dầu bạc hà.........................................60
4.2.1. Kích thước cơ bản......................................................................................60
4.2.2. Xác định các kích thước đường ống...........................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................63

Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Tinh dầu bạc hà............................................................................................11
Hình 1.2: Phương pháp chưng cất................................................................................17
Hình 1. 3: Phương pháp chưng cất khơng có nồi hơi riêng..........................................18
Hình 1. 4 : Phương pháp chưng cất có nồi...................................................................19
Hình 4.1: Tai treo.........................................................................................................59

Danh mục bảng biểu
Bảng 3. 1: áp suất hơi riêng phần theo nhiệt độ...........................................................29
Bảng 3. 2: Bảng tra kích thước chân đỡ.......................................................................38

Bảng 4. 1: Bảng tra kích thước tai treo........................................................................59

5


LỜI MỞ ĐẦU
Tinh dầu thiên nhiên hiện nay là một sản phẩm khá thơng dụng trên thị trường. Nó
được ứng dụng tương đối phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, y
học, mỹ phẩm và một số lĩnh vực khác…
Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc phát triển các loại thực vật mà
trong đó nhiều loại có chứa các túi tinh dầu rất giá trị. Trong đó, bạc hà là một loại
thực vật có tiềm năng, nhưng vẫn chưa được khai thác và tận dụng đúng mức. Đồng
thời xét về mặt y học, tinh dầu bạc hà có mùi thơm dễ chịu, thoải mái, có tác dụng trị
cảm giảm stress và hỗ trợ chữa một số bệnh liên quan đến đường hô hấp…Tuy vậy sản
xuất ở nước ta mang tính nhỏ lẻ, dưới dạng thủ cơng, trình độ kỹ thuật cịn thấp, đầu tư
chưa cao. Và câu hỏi đặt ra làm sao để tách tinh dầu bạc hà tạo ra sản phẩm có giá trị
đó là vấn đề đang được đang được quan tâm.
Hiện nay có nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu từ thực vật, trong đó có
phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu suất thu
hồi tinh dầu cao. Vì vậy, dưới sự hướng dẫn của Ts. Lê Ngọc Hoàng em chọn đề tài
“Tính tốn, thiết kế thiết bị chưng cất tinh dầu bạc hà năng suất 200 kg/ mẻ”. Nhằm
tìm hiểu cơng nghệ chế biến tinh dầu bạc hà và tính tốn thiết kế thiết bị với quy mơ
nhỏ.
Tuy đã cố gắng nhiều trong việc thực hiện đồ án nhưng với kiến thức cịn hạn chế,
trong q trình tính tốn khơng tránh khỏi những thiếu sót khơng mong muốn. Em
mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thầy cơ để em hoàn thiện đồ án này
Em xin chân thành cảm ơn!

6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về tinh dầu

1.1.1. Khái niệm tinh dầu
Tinh dầu là những hỗn hợp khác nhau của những chất bốc hơi nguồn thực vật (rất
ít khi có nguồn gốc động vật), các chất này thường có mùi thơm và có cấu tạo, tính
chất, điểm chảy, điểm sơi, độ tan trong nước hay trong các dung môi rất khác nhau,
phần lớn chúng khơng tan, chính xác là ít hay rất ít tan trong nước. Các hợp phần của
tinh dầu hòa tan lẫnvào nhau. Nếu một lượng tinh dầu nào đó là một khối đồng nhất
(một pha), nó sẽ bắt đầu sôi ở một nhiệt độ phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ các hợp
chất trong nó.
1.1.2.

Tính chất lý hóa

Đa số lỏng ở nhiệt dộ thường, một số thành phần ở thể rắn: menthol, bomeol,
campho, vanillin, heliotrophin.
Màu sắc: Không màu hoặc màu vàng nhạt. Do hiện tượng oxy hóa màu có thể bị
sẫm lại. Một số có màu đặc biệt: các hợp chất azulen có màu xanh mực.
Mùi: Đặc biệt, đa số có mùi thơm dễ chịu, một số có mùi hắc, khó chịu.
Vị: Cay, một số có vị ngọt.
Tỷ trọng: Đa số nhỏ hơn 1. Một số lớn hơn 1 (Quế, Đinh hương, Hương nhu). Tỷ lệ
thành phần chính (aldehyde cinnamic, cugenol) quyết định tỷ trọng dầu. Nếu hàm
lượng các thành phần chính thấp, những tinh dầu này có thể trở thành nhẹ hơn nước.
Độ tan: Khơng tan trong nước hoặc tan rất ít, nhưng lại hịa tan tốt trong dung môi
hữu cơ như ancol, ete, chất béo…
Chỉ số khúc xạ: 1,45-1,56.

Rất dễ bị oxy hóa
Một số thành phần chính trong tinh dầu cho các phản ứng đặc hiệu của nhóm chức,
tạo thành các sản phẩm kết tinh hay cho màu.
1.1.3. Trạng thái thiên nhiên.
Tinh dầu được phân bố rất rộng trong hệ thực vật, đặc biệt tập trung nhiều ở một số
họ: Họ hoa tán, họ cúc, họ cam, họ bạc hà, …
7


Tinh dầu có trong tất cả các bộ phận của cây
-

Lá: Bạc hà, Tràm, Bạch đàn

-

Hoa: Hoa hồng, Hoa nhài, Hoa bưởi

-

Nụ hoa: Đinh hương

-

Quả: Sa nhân, Thảo quả, Hồi

-

Vỏ quả: Cam, Chanh

-

Vỏ thân: Quế

-

Gỗ: Long não, Vù hương

-

Rễ: Thạch xương bồ

-

Thân rễ: Bạc hà, Nghệ

Hàm lượng tinh dầu thường dao động từ 0,1-2%. Một số trên 5% như quả hồi (515%) và Đinh hương (15-25%).
1.1.4. Tác dụng sinh học và ứng dụng của tinh dầu.
Tinh dầu và các dược liệu chứa tinh dầu có phạm vi ứng dụng rộng lớn trong đời
sống hàng ngày của con người, trong nhiều ngành khác nhau.



Trong y dược học.

Một số tinh dầu được dung làm thuốc. tác dụng của tinh dầu được thể hiện:
-

Tác dụng trên đường tiêu hóa: kích thích tiêu hóa, lợi mật, thông mật.

- Tác dụng kháng khuẩn và diệt khuẩn: tác dụng trên đường hô hấp như tinh dầu
Bạch đàn, Bạc hà.
- Một số có tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương: dược liệu chứa tinh dầu
giàu anethol: Đại hồi…
-

Một số có tác dụng diệt kí sinh trùng: Trị sán (Thymol), …

-

Rất nhiều tinh dầu có tác dụng chống viêm, làm lành vết thương, sinh cơ ... khi

sử dụng ngoài da.
-

Một số dược liệu vừa sử dụng dạng tinh dầu, vừa sử dụng dạng dược liệu như:

Quế, Hồi, Đinh hương, Bạc hà, Bạch đàn…để dung làm thuốc.



Trong thực phẩm.

Một lượng lớn dược liệu chứa tinh dầu được tiêu thụ trên thị trường thế giới dưới
dạng gia vị: Quế, Hồi, Đinh hương, Mùi, Thì là, Hạt tiêu…Tác dụng của những dược
liệu này là bảo quản thực phẩm, làm cho thực phẩm có mùi thơm, kích thích vị giác
8


giúp ăn ngon miệng. Ngồi ra cịn kích thích tiết dịch vị giúp cho sự tiêu hóa thức ăn

được dễ dàng.
Một số tinh dầu và thành phần tinh dầu được dung làm thơm bánh kẹo, các loại
mứt, đồ đóng hộp…: Vanilin, menthol, eucalyptol…
Một số đưuọc dung để pha chế rượu mùi: Tinh dầu Hồi, tinh dầu Đinh hương.
Một số được dung trong kỹ nghệ pha chế đồ uông: tinh dầu vỏ cam, chanh …
Một số được dùng trong sản xuất chè, thuốc lá ...



Kỹ nghệ pha chế nước hoa, xà phòng, mỹ phẩm, các loại hương liệu khác.

Đây làm một ngành công nghiệp rất lớn, sử dụng chủ yếu là nguồn tinh dầu thiên
nhiên, ngồi ra cịn có những chất thơm tổng hợp hoặc bán tổng hợp. Xu hướng ngày
càng sử dụng các hương liệu tự nhiên, đòi hỏi phải đi sâu ngiên cứu phát hiện nguồn
tài nguyên tinh dầu nhằm thõa mãn yêu cầu của lĩnh vực này.

1.2.

Tổng quan về bạc hà

Bạc hà có tên khoa học là: Mentha arvensis L, thuộc họ: Hoa môi - Lamiaceae.
Bạc hà là một vị thuốc rất phổ thơng ở nước ta. Nó được dùng trong cả đông y và tây.
1.2.1. Các vùng ở Việt Nam trồng
Cây bạc hà mọc hoang và được trồng tại nhiều vùng ở nước ta, mọc hoang cả ở
miền đồng bằng và ở miền núi, nhiều ở Sapa (Lào Cai), Tam Đảo (Vĩnh Phúc), Ba Vì
(Hà Tây), Bắc Cạn, Sơn La.
Thành phần hoá học
Hoạt chất chủ yếu trong bạc hà là tinh dầu bạc hà. Tỷ lệ tinh dầu trong bạc hà
thường từ 0,5 đến 1%, có khi có thể lên tới 1,3-2%. Bằng phương pháp lựa chọn
giống, Liên Xơ cũ đã có những loại bạc hà đạt tới 5,2 đến 5,6% tinh dầu (tính trên cây,

đã trừ độ ẩm). Ngồi tinh dầu, trong cây bạc hà cịn có các flavonozit.
Cơng dụng
Các lồi Bạc hà được xem là thảo dược xưa nhất thế giới, với những bằng chứng
khảo cổ cho thấy nó đã được sử dụng làm thuốc khoảng 10.000 năm về trước. Bạc hà
kích thích giúp tiêu hóa làm cho ăn dễ tiêu, chữa đau bụng đi ngoài, sát trùng mạnh,
chữa cảm sốt, nhức đầu, ngạt mũi. Dưới đây là một số bài thuốc tiêu biểu:

9


 Chữa cảm sốt: dùng lá hay cả cây tươi (10-20 g) cho vào 100 ml nước
sơi, đậy kín, hãm 10 phút, lấy hơi để xơng, lấy nước uống nóng, sau đó
đắp chăn kín cho ra mồ hơi rồi lau sạch.
 Chữa chảy máu cam: 10 g bạc hà tươi giã nhỏ, vắt lấy nước thấm bơng
gịn rồi cho vào hai lỗ mũi.
 Chữa tưa lưỡi trẻ em: rửa sạch lá bạc hà, cuộn vào đầu ngón tay, rà lên
lưỡi vài lần trước khi cho bú.
 Chữa ong, kiến đốt: 10 g bạc hà tươi, giã dập với vài hạt muối ăn, đắp
lên chỗ bị đốt.
 Chữa đầy bụng, đau bụng: lá bạc hà khô (50 g), tinh dầu bạc hà (50 g),
rượu nặng 90 độ (1000 ml). Mỗi ngày uống nhiều lần, mỗi lẫn 5-10 giọt
cho vào nước nóng để uống.
1.2.2 Tinh dầu bạc hà

Hình 1.1 Tinh dầu bạc hà

10


Thành phần hóa học:

Thành phần

Hàm lượng

Menthol
Pulegone
Piperiton Oxyd
Piperitenon Oxyd
Menthyl Acetate
a – Pinen 1,1%
b – Pinen
Limonene
P.Cymol
Myrcene
Octanol
Piperiton

415
10%
0,70%
0,50%
9,20%
1,10%
1,30%
6,20%
0,09%
0,47%
0,40%
4%

Bảng 1: 1 Thành phần hóa học
Ứng dụng tinh dầu bạc hà
Giảm đau cơ và khớp
Đây thực sự là một loại thuốc giảm đau tự nhiên an tồn và hiệu quả. Đặc biệt nó rất
hiệu quả với tình trạng đau cơ do hoạt động quá mức, căng cơ, co rút.
Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra khả năng giảm đau tại chỗ của tinh dầu bạc hà. Bạn
có thể tìm hiểu kỹ hơn về một nghiên cứu bằng cách.
Để sử dụng tinh dầu bạc hà vào mục đích giảm đau bạn có thể thoa 2-3 giọt tinh dầu
vào khu vực cơ, khớp bị đau 3 lần mỗi ngày. Hoặc cho khoảng 5 giọt tinh dầu vào bồn
tắm cũng giúp giảm đau cơ và thư giãn. Bạn cũng có thể kết hợp nó với tinh dầu oải
hương nếu muốn có kết quả tốt hơn
Hỗ trợ điều trị các bệnh đường hô hấp trên
Tinh dầu bạc hà là một trong số những loại tinh dầu tốt nhất cho các bệnh đường hơ
hấp trên. Cụ thể nó có thể giúp bạn điều trị một số bệnh sau:



Giảm đau họng
Giảm tắc nghẽn mũi, họng do đờm, nhày
11


Giảm ho
 Hỗ trợ chữa trị và làm giảm triệu chứng của các bệnh như hen, viêm
xoang, cúm, cảm lạnh, viêm phế quản
Giảm dị ứng theo mùa


Tinh dầu bạc hà rất tốt cho tình trạng dị ứng đường hơ hấp. Có được tác dụng này là
nhờ khả năng làm giãn các cơ đường hô hấp, chống viêm, long đờm, làm thơng đường

mũi họng của nó. Có thể nói đây là loại tinh dầu tốt nhất cho dị ứng theo mùa, dị ứng
phấn hoa.
Một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Y khoa Châu Âu cho thấy tinh dầu bạc
hà có hiệu quả trong việc điều trị các bệnh viêm mãn tính như: Viêm mũi dị ứng, hen
phế quản và cả viêm đại tràng. Xem nghiên cứu đó
Bên cạnh đó nhiều nghiên cứu khác cũng chứng minh rằng tinh dầu bạc hà giúp
giảm triệu chứng ngứa một cách rõ rệ
Tăng cường năng lượng và hiệu suất làm việc
Nếu bạn cảm thấy mệt mỏi, uể oải, thiếu năng lượng, thiếu sự tập trung hãy thử sử
dụng tinh dầu bạc hà. Nó sẽ giúp bạn lấy lại năng lượng, cải thiện sự tập trung cũng
như hiệu suất làm việc. Đây thực sự là một sự thay thế an toàn và hiệu quả cho những
loại đồ uống tăng lực đang bán tràn lan trên thị trường
Cải thiện các triệu chứng của hội chứng ruột kích thích
Khi sử dụng tinh dầu ở dạng viên nang uống bạn có thể làm giảm các triệu chứng:
Đầy bụng, khó tiêu, đau đại tràng, tiêu chảy hoặc táo bón.
Nhờ khả năng làm giảm co thắt đại tràng, giảm co bóp quá mức các cơ ở ruột mà
tinh dầu bạc hà có những tác dụng này.
Làm hơi thở thơm mát, tăng cường sức khỏe răng miệng
Tác dụng này có lẽ khơng cần phải bàn nhiều nữa rồi! Nó đã được sử dụng hàng
nghìn năm nay và chắc hẳn chính bạn cũng đã được trải nghiệm những chiếc kẹo cao
su có chứa bạc hà.
Có được tác dụng này chính là nhờ khả năng tiêu diệt nấm, vi khuẩn có trong răng
miệng của chúng ta cùng mùi thơm the mát đặc trưng của loại tinh dầu này
Giảm gàu, kích thích tóc phát triển
Có thể bạn sẽ thắc mắc khi nghe đến tác dụng này của tinh dầu bạc hà? Tinh dầu
bạc hà được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc tóc cao cấp nhờ khả năng phục hồi
12


tóc hư tổn, kích thích mọc tóc, làm sạch da đầu và khả năng kháng khuẩn kháng nấm

của nó. Menthol một thành phần chính của loại tinh dầu này cịn được sử dụng trong
các loại dầu gội trị gàu
Làm đẹp da
Tinh dầu bạc hà có tác dụng làm dịu da, săn chắc và chống viêm da khi được sử
dụng tại chỗ. Bên cạnh đó nó cũng giúp chăm sóc làn da của bạn khi bị cháy nắng.
Một nghiên cứu cho thấy rằng, loại tinh dầu này có giá trị (SPF – Yếu tố chống nắng)
cao hơn so với hầu hết các loại tinh dầu khác như: Bạch đàn, hoa hồng, oải hương.
Thuốc xua đuổi côn trùng tự nhiên
Không giống như con người chúng ta, một số loại côn trùng hay sinh vật nhỏ khơng
ưa thích hay thậm chí là ghét mùi hương của tinh dầu bạc hà.
Bạn có thể sử dụng loại tinh dầu này để xua đuổi: Gián, kiến, nhện, muỗi hay cả
chuột nữa

1.3.

Các phương pháp sản xuất tinh dầu

1.3.1. Các phương pháp sản xuất tinh dầu.
- Tùy thuộc vào dạng liên kết của chất thơm trong nguyên liệu (dạng tự do, dạng
kết hợp hoặc dạng kết hợp glucozit) mà người ta sử dụng các phương pháp tách tinh
dầu khác nhau.
-

Tuy nhiên, nhìn chung các phương pháp cần phải đạt các yêu cầu chính
 Chất thơm thu được phải có mùi vị ban đầu của ngun liệu.
 Quy trình kĩ thuật phải thuận lợi và nhanh chóng.
 Tinh dầu phải tách được triệt để, đảm bảo lấy được hết chất thơm trong
nguyên liệu.

1.3.1.1.

Phương pháp cơ học (phương pháp ép lạnh).

- Cách tiến hành:
 Tác dụng một lực lên bề mặt nguyên liệu để phá vỡ cấu trúc tế bào của
chúng, giải phóng chất tinh dầu và nước ra bên ngoài.
 Hỗn hợp tinh dầu và nước sau khi được ép sẽ qua thiết bị ly tâm để phân
riêng.
- Đây là phương pháp đơn giản nhất để thu tinh dầu.

13


- Tuy nhiên phương pháp này chỉ dùng cho các nguyên liệu có chất thơm ở dạng
tự do (vỏ cam, vỏ qt,…) và có thể làm thất thốt tinh dầu trong q trình ép (ví dụ
do tinh dầu bám vào bề mặt ép) nên hiệu suất của phương pháp này là khá thấp.
1.3.1.2.
-

Phương pháp trích ly.

Cách tiến hành:
 Nguyên liệu được ngâm trong dung mơi (có thể là nước hoặc các dung mơi
hữu cơ: ethanol, methanol, acetone,… hoặc các khí hóa lỏng ở áp suất lớn,
ví dụ như CO2).
 Tinh dầu và các chất hòa tan trong nguyên liệu sẽ được khuếch tán vào
dùng môi dựa vào sự chênh lệch áp suất thẩm thấu trong và ngoài nguyên
liệu.

- Phương pháp này khá phổ biến trong đời sống (ví dụ như khi ngâm rượu thuốc),

tuy nhiên thời gian tiến hành lâu hơn các phương pháp khác.
- Đối với phương pháp này, nguyên liệu sử dụng hoặc là chứa các thành phần
không bền nhiệt, hoặc là hàm lượng tinh dầu chứa trong nó rất thấp mà khơng thể
dùng chưng cất thơng thường.
1.3.1.3.
-

Phương pháp hấp phụ.

Cách tiến hành:

Cho một luồng khơng khí ẩm đi qua ngun liệu, luồng khơng khí này sẽ
cuốn theo các chất thơm nay hơi và vào buồng hấp phụ.

Tại buồn hấp phụ, người ta sử dụng các chất có khả năng hấp phụ tốt (đa
số dùng than hoạt tính) để hấp phụ các chất thơm này.

Phần nguyên liệu còn lại (sau khi hấp phụ hết chất thơm dễ bay hơi)
được đem đi chưng cất hoặc trích ly để tận thu phần chất thơm còn lại.

- Phương pháp này thương áp dụng cho những loại nguyên liệu có nhiều chất
thơm dễ bay hơi (ví dụ: các loại hoa); tuy nhiên chúng cho năng suất thấp và không thể
tận thu triệt để.
1.3.1.4.

Phương pháp lên men.

- Phương pháp này giống như giai đoạn tiền sử lý để tận thu tinh dầu.
- Đối với các loại cây hoặc quả có mùi thơm mà các chất thơm của chúng không
phải là chất thơm dễ bay hơi (không ở dạng tự do mà tồn tại ở dạng liên kết) thì

người ta có thể lên men sơ bộ nhằm cắt đứt liên kết của chúng để quá trình tách tinh
dầu được dễ dàng hơn.

14


1.3.2. Phương pháp chưng cất tinh dầu.
- Chưng cất: là phương pháp dùng nhiệt để phân tách hỗn hợp các cấu tử (lỏng)
có tính chất hịa tan hồn tồn hoặc khơng hịa tan hồn tồn; đối với các cấu tử hịa
tan hồn tồn thì sự phân riêng xảy ra do sự khác nhau về nhiệt độ sôi (ở cùng điều
kiện áp suất), cịn đối với các cấu tử khơng hào tan hồn từ thì sự phân riêng xảy ra
do sự khác nhau về khối lượng riêng (ở cùng điều kiện nhiệt độ).
- Đây là phương pháp phổ biến nhất và cũng là phương pháp mang lại năng suất
cao nhất để thu tinh dầu.

- Nguyên tắc của phương pháp:
 Dựa vào sự thay đổi nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử khơng hịa tan hồn
tồn theo sơ đồ hình sau:

 Trong đó: A là cấu tử dễ bay hơi hơn; B là cấu tử khó bay hơi hơn; h là hỗn
hợp hai cấu tử A và B (hỗn hợp khơng tan hồn tồn).
 Dựa vào đồ thị, ta thấy rằng ở cùng điều kiện áp suất thì nhiệt độ sôi của
hỗn hợp 2 cấu tử nhỏ hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tử riêng biệt.
 Đây cũng là nguyên tắc của phương pháp chưng cất tinh dầu: sử dụng một
chất thứ 2 (có nhiệt độ sơi thấp hơn tinh dầu) để tạo ra hỗn hợp 2 chất có
nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của tinh dầu rất nhiều.
-

Trên thực tế, các phương pháp chưng cất tinh dầu phổ biến được sử dụng là:
 Chưng cất tinh dầu bằng nước.

 Chưng cất tinh dầu khơng có nồi hơi riêng.
 Chưng cất tinh dầu có nồi hơi riêng.

15


1.3.2.1.

Phương pháp chưng cất bằng nước.

Hình 1.2: Phương pháp chưng cất
- Trong nồi chưng, hỗn hợp nguyên liệu được ngâm ngập trong nước nhưng
khoảng khơng phía trên hỗn hợp này (xét ở không gian bên trong nồi) phải tương đối
lớn (để khi hỗn hợp ở đáy sơi mạnh thì các tạo chất khơng bị văng lên phía trên, ảnh
hưởng đến hỗn hợp hơi đi lên).
- Nhiệt lượng cung cấp cho hỗn hợp đáy bằng đun nóng trực tiếp và dẫn nhiệt
qua đáy nồi.
 Ưu điểm của phương pháp này:


Phù hợp với những nguyên liệu dễ bị xốp và rời rạc.



Thiết bị tương đối đơn giản, rẻ tiền.

 Nhược điểm:
 Chất lượng tinh dầu khơng cao bằng 2 phương pháp cịn lại.
 Không phù hợp cho những loại nguyên liệu dễ bị thủy giải (do quá trình
ngâm trong nước của nguyên liệu sẽ dẫn đến sự khuếch tán chất tan trong

nguyên liệu vào nước làm thất thoát một lượng lớn tinh dầu).
 Không lấy được các loại nhựa, sáp trong nguyên liệu (đây đều là các chất
định hương rất có giá trị).
 Nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với đáy trong thời gian đun lâu có thể dẫn
đến hiện tượng cháy khét làm giảm chất lượng tinh dầu về cả hương và
màu.
 Tốn nhiều nhiệt lượng để đun nóng cả khối hỗn hợp.
16


 Khó điều chỉnh các thơng số kĩ thuật (nhiệt độ, áp suất).
 Không phù hợp sản xuất quy mô lớn.
1.3.2.2.

Phương pháp chưng cất khơng có nồi hơi riêng.

Hình 1. 3: Phương pháp chưng cất khơng có nồi hơi riêng
- Nguyên liệu trong nồi chưng không ngâm trong nước mà được đặt lên một vỉ
(có lỗ) hoặc một lưới phía trên để tạo một khoảng cách nhất định với đáy nồi.
- Đáy nồi chứa nước và được đun nóng tương tự như phương pháp chưng cất
bằng nước.
-

Nước khi sôi bố hơi lên phía trên, đi qua lớp nguyên liệu và cuốn theo tinh dầu.

- Đây là phương pháp điển hình của trường hợp chưng cất ở áp thường. Tuy
nhiên việc chuẩn bị nguyên liệu đối với phương pháp quan trọng hơn nhiều so với
phương pháp 1). Do nguyên liệu tiếp xúc với hơi chứ không phải nước nên cần xem
xét đến diện tích tiếp xúc giữa hơi và nguyên liệu sao cho sự tiếp xúc này là lớn nhất.
- Đồng thời cũng phải xét đến kích thước nguyên liệu, bởi nếu kích thước này

q nhỏ thì ngun liệu có thể bị lọt lỗ, vón cục, làm giảm chất lượng tinh dầu.
- Tốc độc chưng cất trong trường hợp này không quan trọng như đối với phương
pháp 1). Tuy nhiên, nếu tốc độ nhanh sẽ ít xảy ra hiện tượng quá ướt của chất nạp (nói
cách khác là sự đọng nước ở nguyên liệu khi hơi đi chậm, khi đó ẩm quá bão hòa sẽ
dẫn đến sự đọng sương).
 Ưu điểm của phương pháp này:
 Nguyên liệu không bị khê khét do không tiếp xúc trực tiếp với đáy nồi.
 Do khơng ngâm trong nước nên giảm được thất thốt tinh dầu do sự khuếch
tan vào lỏng.
 Tốn ít nhiệt lượng hơn phương pháp 1) do chỉ cần cung cấp nhiệt đun sôi
nước.
17


 Chưng cất bằng phương pháp này chỉ ở áp suất thường nên tạo ra ít sản
phẩm phân hủy.
 Nhược điểm:
 Nguyên liệu cản trở dòng hơi, xuất hiện hiện tượng đọng nước; các giọt
nước này có thể mang theo tinh dầu rơi xuống dưới làm thất thốt tinh dầu.
Vì thế, trong thực nghiệm phải tính tốn đến cách bố trí nguyên liệu cho hơp lý để
diện tích tiếp xúc của hơi với nguyên liệu là lớn nhất.
 Do nguyên liệu được đặt trên các vỉ lỗ (hoặc lưới) nên đối với các nguyên
liệu được sơ chế đến kích thước nhỏ có thể lọt vụn xuống dưới dẫn đến
hiện tượng bám cặn và cháy két ở đáy nồi.
Vì vậy, sau mỗi lần chưng sẽ phải thay nước ở đáy nồi để tránh ảnh hưởng đến chất
lượng tinh dầu.
 Khó điều chỉnh vận tốc hơi chưng cất.
1.3.2.3.

Phương pháp chưng cất có nồi hơi riêng.

Hình 1. 4 : Phương pháp chưng cất có nồi
 Nguyên liệu được đặt vào giỏ trước khi cho vào nồi chưng.
 Đặt giỏ chứa nguyên liệu sao cho cách đáy một khoảng để chừa không gian
cho hơi cấp từ dưới đi lên.
 Sử dụng một nồi hơi riêng để tạo hơi cấp vào nồi chưng.
 Hơi đi từ dưới lên, đi qua lớp vật liệu và cuốn theo tinh dầu đi lên (hơi nước
tạo ra từ nồi hơi thường có áp suất cao hơn khơng khí).
 Ưu điểm của phương pháp này:
 Giống như phương pháp 2), do nguyên liệu không tiếp xúc với đáy nồi nên
giảm được tình trạng khê khét của nguyên liệu.
 Việc dùng nồi hơi riêng giúp điều chỉnh được nhiệt độ và áp suất mong
muốn để tận thu tinh dầu.

18


 Có thể chưng ở áp suất cao hơn để q trình giải phóng tinh dầu trong
ngun liệu diễn ra nhanh rút ngắn được thời gian chưng cất.
 Do thời gian chưng nhanh và năng suất sản phẩm lớn nên phương pháp này
có thể áp dụng ở những quy mơ sản xuất lớn.
 Nhược điểm:
 Phương pháp này không áp dụng cho các nguyên liệu kém chịu nhiệt hoặc
hàm lượng thấp (do hàm lượng thấp thì thời gian chưng kéo dài vừa ảnh
hưởng đến nguyên liệu, vừa tốn nhiều hơi để chưng và tốn nhiều nước để
ngưng tụ).
 Nhiệt độ và áp suất cao sẽ tạo ra nhiều sản phẩm phân hủy.
 Giống như phương pháp 2), ở phương pháp này cũng cần lưu ý đến cách bố
trí nguyên liệu và việc xử lý nguyên liệu đầu vào (xét về kích thước) để tận
thu được lượng tinh dầu tốt nhất.

 Chi phí đầu tư ban đầu khá cao.
1.3.2.4.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chưng cất tinh dầu.

 Sự khuếch tán:
- Đối với những ngun liệu có kích thước lớn, trước khi chưng cất cần trải qua
một công đoạn làm nhỏ nguyên liệu. Quá trình này sẽ làm phá vỡ một số mơ chứa tinh
dầu và giải phóng một phần tinh dầu ra bề mặt nguyên liệu.
- Còn lại phần lớn tinh dầu nằm trong các mô của nguyên liệu. Khi đó, để tách
được chúng thì phải có tác động nhằm làm cho tinh dầu thốt ra khỏi mơ và từ từ tiến
từ bên trong nguyên liệu ra bề mặt. Quá tình này gọi này sự khuếch tán.
- Khi hơi nước tiếp xúc với nguyên liệu, nguyên liệu được làm nóng dần lên tới
nhiệt độ sôi. Tại nhiệt độ sôi, một phần tinh dầu được giải phóng khỏi mơ và hịa vào
nước có sẵn trong nguyên liệu, từ đó khuếch tán dần ra bên ngoài bề mặt. Đồng thời,
nước sẽ thẩm thấu dần vào nguyên liệu (ngược chiều với chiều đi của tinh dầu) để tiếp
tục hòa tan lượng tinh dầu trong nguyên liệu.
Quá trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong mơ được giải phóng triệt để.
- Có thể thấy rằng, nước đóng một vai trị rất quan trọng đối với sự khuếch tán
trong nguyên liệu. Vì vậy, trong chưng cất người ta thường sử dụng hơi q nhiệt; điều
này vừa giúp q trình giải phóng tinh dầu diễn ra nhanh, đồng thời còn tránh cho
nguyên liêu bị khô làm ảnh hưởng đến sự khuếch tán diễn ra trong nguyên liệu.
 Nhiệt độ:
- Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến nguyên liệu, do trong thành phần nguyên
liệu chứa nhiều hợp chất thơm kém bền nhiệt.

19


- Ở nhiệt độ cao, sản phẩm tinh dầu tạo ra có thể chứa nhiều sản phẩm phân hủy.

Vì thế, trong chưng cất phải lưu ý đến nhiệt độ chưng và thời gian chịu nhiệt của
nguyên liệu để tránh làm giảm chất lượng tinh dầu thành phẩm.
- Tuy nhiên, các yếu tố đều có sự liên hệ với nhau. Ví dụ, khi tăng nhiệt độ thì sự
khuệc tán và thẩm thấu diễn ra nhanh, đồng thời sự hòa tan của tinh dầu vào nước
cũng tăng; tuy nhiên khi nhiệt độ cao thì các chất kém bền nhiệt sẽ bị phân hủy, làm
cho tinh dầu bị giảm chất lượng.
Do đó, cần điều chỉnh sao cho phù hợp và hài hòa các yếu tố để thu được chất lượng
tinh dàu tốt nhất.

20


CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH DẦU BẠC HÀ
2.1. Lựa chọn phương pháp
Qua tìm hiểu tổng quan về bạc hà và các phương pháp tận thu tinh dầu bạc hà,
em quyết định lựa chọn phương pháp chưng cất tinh dầu sử dụng nồi hơi riêng.
Phương pháp này mặc dù tốn nhiều chi phí đầu tư ban đầu hơn các phương pháp
cịn lại, tuy nhiên nó có các ưu điểm sau:
 Chưng cất giúp đảm bảo tận thu được hàm lượng tinh dầu cao hơn các
phương pháp còn lại.
 Sử dụng được ở quy mơ cơng nghiệp nên tính ứng dụng thực tế cao.
 Năng suất làm việc lớn, phù hợp với yêu cầu đề bài là 300 kg/h.
 Đối với nguyên liệu bạc hà, nguồn thu tinh dầu chủ yếu từ thân và rễ nên để
tách nhanh tinh dầu ta có thể sử dụng áp cao để việc phá vỡ cấu trúc tế bào,
giải phóng dịch diễn ra nhanh hơn.

2.2. Sơ đồ sản xuất

21

Nguyên liệu

Xử lý nguyên liệu

Chưng cất

Hỗn hợp hơi chứa tinh dầu

Nguyên liệu

Phân ly

Tinh dầu thô

Nước chưng

Bã

Tinh chế

Tinh dầu loại 2

Phơi khô

Tinh dầu loại 1

Chất đốt

22

2.3. Thuyết minh quy trình
2.3.1 Quá trình xử lý nguyên liệu
Nguyên liệu được sử dụng là lá và thân bạc hà tươi Việt Nam
Bạc hà được thu hoạch vào khoảng tháng 7 dương lịch, khi đã ra hoa. Khi này cây
đạt hàm lượng tinh dầu nhiều sấy
Sau khi thu hái về bạc hà sẽ được loại bỏ những cây hư hay loại bỏ những cây
không phải bạc hà và sẽ đưuọc phơi trong bóng râm từ 1-3 ngày, đến độ ẩm khoảng
50%.
Việc phơi nguyên liệu như vậy có thể bảo quản ngun liệu, mà cịn có thể giảm
thười gian chưng và năng lượng để chưng cất
Sau đó bạc hà sẽ được sấy
2.3.2. Chưng Cất
Nguyên liệu sau khi trải qua các cơng đoạn của q trình xử lý ngun liệu sẽ bắt
đầu quá trình chưng.
Các thao tác tiến hành như sau:
- Nguyên liệu sau sấy được cho vào giỏ để đưa vào nồi chưng. Việc sắp xếp
phải đảm bảo diện tích tiếp xúc giữa hơi và nguyên liệu là lớn nhất.
- Sau khi xếp xong, giỏ đựng nguyên liệu được đưa vào nồi chưng.
- Đậy nắp nồi lại, kiểm tra các đường cấp hơi, đường hơi ra thiết bị ngưng tụ,
đường tháo nước ngưng.
- Sau khi đã kiểm tra và đảm bảo yêu cầu vận hành, tiến hành cấp hơi vào nồi
để bắt đầu chưng cất.
- Hơi sẽ được đi vào từ dưới đáy nồi, đi lên trên, tiếp xúc với ngun liệu và
bắt đầu q trình lơi cuốn tinh dầu.

23

2.3.3. Ngưng tụ.
Hơi nước qua xuyên qua lớp nguyên liệu, cuốn theo tinh dầu lên trên, đi ra khỏi nồi
chưng và vào thiết bị ngưng tụ.
Tại thiết bị ngưng tụ, hơi được đi bên ngoài ống dẫn lỏng (nước lạnh), mất nhiệt và
bị ngưng tụ.
Hỗn hợp lỏng ngưng tụ đi vào đường ống dẫn vào thiết bị phân ly. Hỗn hợp này có
thành phần cấu tử dễ bay hơi (ở đây là nước) tăng dần (do cấu tử này có nhiệt độ sơi
thấp hơn), vì thế nhiệt độ sơi của hỗn hợp giảm dần.
2.3.4 Phân ly.
Hỗn hợp lỏng bao gồm: tinh dầu và nước.
Đối với tinh dầu bạc hà, do trọng lượng riêng nhẹ hơn nước nên khi phân lớp chúng
sẽ nổi lên trên.
Có nhiều cách để phân ly hỗn hợp tinh dầu và nước. Có thể kể đến một vài phương
pháp như:
- Phương pháp lắng: dựa vào sự khác nhau về tỷ trọng của tinh dầu và nước.
Người ta để hỗn hợp một thời gian đến khi chúng phân lớp, khi đó chất có
trọng lượng riêng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên và ngược lại. Hỗn hợp sau phân
lớp được tháo ra ngoài theo các đường dẫn khác nhau của thiết bị phân ly.
- Phương pháp lọc: dựa vào tính thấm ướt chọn lọc của các chất lọc khác
nhau. Khi cho hỗn hợp qua một màng lọc dễ thấm nước thì nước bị giữ lại
(tinh dầu khơng bị thấm bởi màng lọc này) và nước được tách ra dễ dàng
khỏi hỗn hợp. Tuy nhiên phương pháp này khá tốn kém và không đạt hiệu
quả cao do liên tục phải thay màng lọc.
Ở đồ án này, em sử dụng phương pháp lắng cho quá trình phân ly để thu tinh dầu
thô và nước chưng.

24


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

3.1. Cân bằng vật chất
3.1.1. Tính cân bằng vật liệu
-

Thơng số đầu vào:

-

Năng suất theo nguyên liệu: 200kg/mẻ;

-

Hàm lượng tinh dầu chiếm 1,8 (%w/w) khối lượng bạc hà;

-

Độ ẩm nguyên liệu là 50%;

-

Giả sử hiệu suất quá trình chưng cất là 96%

- Lượng tinh dầu theo giả thiết có thể thu được khi chưng cất bạc hà với năng
suất theo nguyên liệu là 200 kg/mẻ là:

3.1.2. Lượng nước có trong hỗn hợp bay ra
Hỗn hợp nước và tinh dầu sôi khi áp suất tổng cộng bằng áp suất bên ngoài. Như
thế khi cất tinh dầu ở áp suất thường quá trình sẽ tiến hành ở nhiệt độ luôn luôn dưới
100C.
Nhiệt độ và thành phần nước ngưng tụ luôn luôn không đổi trong suốt thời gian

chưng cất, cho đến khi tinh dầu là cấu tử có độ sơi cao bốc đi gần hết.
Khi chưng cất tinh dầu bằng hơi nước nếu áp suất tăng, thành phần tinh dầu là cấu
tử có độ sơi cao trong nước sẽ càng tăng và ngược lại.
Tỷ lệ giữa tinh dầu và nước trong hỗn hợp hơi hay trong nước ngưng tụ tính bằng
cơng thức:

25