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

- Trong công nghệ sản xuất cần phải áp dụng máy móc thiết bị v ào sản xuất:thiết bị ép, khuấy đảo, nâng nhiệt l ò hơi và hệ thống truyền nhiệt, nồi nấu, bểphản ứng được khuấy đảo bằng b

LỜI NÓI ĐẦU 8

Chương 1:Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn Nhật Bản 10

1.1 Tổng quan về chitin 10

1.1.1 Sự tồn tại của chitin trong tự nhi ên 10

1.1.2 Cấu tạo và tính chất của chitin 11

1.1.3 Một số ứng dụng của chitin 12

1.2 Quy trình công ngh ệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn Nhật Bản 14

1.2.1 Tiêu chuẩn chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật 14

1.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 15

1.2.3 Sơ đồ công nghệ 18

1.2.4 Phân tích quy trình k ỹ thuật .20

Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị 23

2.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị 23

2.2 Chọn phương án thiết kế mô hình 24

2.2.1 Các phương án hi ện hành 24

2.2.2 Chọn phương án thiết kế 25

2.3 Thiết kế mô hình 37

2.3.1 Tính toán bộ khuấy đảo trong thùng làm việc chính 37

2.3.2 Tính toán bộ gia nhiệt 41

2.3.3 Tính chọn các thiết bị khác 61

2.4 Xây dựng bản vẽ kỹ thuật 64

Chương 3: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị 65

3.1 Xác định dạng sản xuất 65

3.2 Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ khuấy đảo 66

3.3 Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ gia nhiệt 67

3.3.1 Gia công thân vỏ chính 70

3.3.2 Gia công vỉ ống chùm 77

3.3.3 Gia công mặt bích chính 81

3.4 Quy trình công ngh ệ chế tạo bộ xử lý khí 84

3.4.1 Phân tích khả năng gia công 84

3.4.2 Phân tích chi tiết gia công 84

3.4.3 Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo phôi 85

3.4.4 Các nguyên công công ngh ệ chế tạo bộ xử lý khí .88

Chương 4: Quy trình lắp ráp và sử dụng 93

4.1 Thử nghiệm và hoàn chỉnh 93

4.1.1 Thử nghiệm 93

4.1.2 Hoàn chỉnh 94

4.2 Quy trình lắp ráp 95

4.3 Quy trình sử dụng 96

4.3.1 Vận hành 96

4.3.2 Bảo trì và sửa chữa 97

Kết luận và đề xuất ý kiến 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

Phụ lục ……… ……… 100

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành Thuỷ sản của Việt Nam đ ã có những bướcphát triển vượt bậc Nước ta đã trở thành một quốc gia sản xuất v à xuất khẩu thủysản lớn trên thế giới, đặc biệt là xuất khẩu tôm Tuy nhiên, bên cạnh sản phẩm tômchế biến được xuất khẩu, một lượng khá lớn phế liệu của quá tr ình này gồm vỏ vàđầu đã còn lại hiện chưa được chế biến, sử dụng hợp lý và đang là tác nhân chínhgây ô nhiễm môi trường sản xuất Theo nghi ên cứu của các nhà khoa học trongthành phần cơ bản của vỏ tôm- cua - ghẹ, Chitin chiếm tỷ trọng khá lớn và có nhiềutính năng rất tốt để chế biến thành các sản phẩm cao cấp phục vụ sản xuất v à đờisống xã hội Vì vậy nhiều qui trình sản xuất Chitin từ phế liệu chế biến thủy sản đãđược xây dựng để nâng cao hiệu quả quá t rình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự ônhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản

Tuy nhiên cho đến nay ở Việt Nam, quá trình sản xuất Chitin chỉ thực hiệnbằng thủ công năng suất thấ p và gây độc hại khá nghiêm trọng cho người lao độngcũng như làm ô nhiễm môi trường Thiết kế chế tạo thành công thiết bị sản xuấtChitin từ phế liệu thủy sản, đặc biệt là từ vỏ tôm sẽ giúp tăng năng suất lao động,giảm mức độ độc hại hóa chất cho công nh ân và góp phần công nghiệp hóa - hiệnđại hóa ngành chế biến thủy sản cũng như góp phần nâng cao đời sống x ã hội vàbảo vệ môi trường sống Do nhu cầu cấp thiết của thị tr ường cũng như đời sống xã

hôi, đặc biệt là bảo vệ môi trường sống nên em chọn đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo ti êu chuẩn Nhật Bản”.

Đồ án được trình bày với các nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo

tiêu chuẩn Nhật Bản.

Chương 2: Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị.

Chương 3: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thiết bị.

Chương 4: Quy trình lắp ráp và sử dụng.

Kết luận và đề xuất.

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Hùng Thắng, thầy Nguyễn VănHân và các thầy trong bộ môn Chế tạo máy đã hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo tận t ình

và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Tuy nhiên, do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn chế so với nội dungcủa đồ án nên trong đồ án còn nhiều hạn chế cũng như thiếu sót Em rất mong nhậnđược những ý kiến nhận xét của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Nha Trang, ngày 30 tháng 12 năm 2010.

Sinh viên thực hiện:

Đỗ Xuân Lộc

Chương 1:

Tổng quan về công nghệ sản xuất chiti n từ phế liệu

vỏ tôm theo tiêu chuẩn Nhật Bản

1.1 Tổng quan về chitin.

1.1.1 Sự tồn tại của chitin trong tự nhi ên.

Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose và chúng đư ợctạo ra trung bình 20g trong một năm/m2 bề mặt trái đất Trong tự nhiên chitin tồn tại

ở trong cả thực vật và động vật

Trong giới động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏmột số động vật không x ương sống Ở thực vật chitin có ở th ành tế bào của nấm và

một số tảo chlorophiceoe Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin khi xử lý

chitin với kiềm đặc nóng

Chitin là polysaccharide có đ ạm không độc hại, có khối l ượng phân tử lớn.Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử li ên kết với nhau bởi các cầu nốiglucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức Hơn nữa chitin rất hiếm tồn tại

ở trạng thái tự do, hầu nh ư luôn luôn liên kết bởi các cầu nối đẳng trị (coralente) vớiprotein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ khác trong vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ

Trong động vật thuỷ sản, đặc biệt trong vỏ tôm hàm lượng chitin khá cao từ14÷35% so với trọng lượng khô Vì vậy, vỏ tôm là nguồn nguyên liệu chính để sảnxuất chitin phục vụ cho sản xuất x ã hội

Việc nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan và các ứng dụng của chúng trong sảnxuất phục vụ đời sống là vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta Vào những năm 1978đến 1980, trường Đại Học Thủy Sản (nay là trường Đại Học Nha Trang) đã công bốquy trình sản xuất chitin-chitosan nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất.Gần đây, trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách,trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin -chitosan cũng như tiềm năng của thị

trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học Việt Nam bắt tay vào nghiên cứuhoàn thiện quy trình sản xuất chitin-chitosan đồng thời nghiên cứu các ứng dụngcủa nó trong lĩnh vực công nghiệp.

1.1.2 Cấu tạo và tính chất của chitin.

1.1.2.1 Cấu tạo của chitin.

- Từ những nghiên cứu về sự thuỷ phân chitin bằng enzim hay HCl đậm đặc,người ta thấy rằng chitin có cấu trúc polymer tuyến tính được từ các đơn vị N-acetyl--D-Glucosamin nối với nhau nhờ cầu nối -1-4glucozit

- Công thức cấu tạo:

- Phân tử lượng Mchitin= (203,09)nphân tử luợng

1.1.2.2 Các tính chất của chitin.

- Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, axít loãng

và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch đặc nóng

n

HH

H

CH 2OH

của muối thioxianatliti (LiSCN) v à thioxianat canxi [Ca(SCN)2] tạo thành dung dịchkeo.

- Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hoá khử như thuốc tím KmnO4;oxy già H2O2; nước Jave NaClO hay clorua vôi [CaClO]…

- Chitin khó hoà tan trong thu ốc thử Schweizei Sapranora Điều n ày có thể donhóm axêtamin (-NHCOCH3) ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết

- Khi đun nóng trong axít HCl đậm đặc thì chitin bị thuỷ phân hoàn toàn thành85,5% D-Glucosamin và 12,5% axít axetic Quá trình thu ỷ phân bắt đầu xảy ra ởmối nối glucozit, tiếp theo l à là sự loại bỏ nhóm acetyl ( -CO-CH3)

(C32H54O21)x + 2(H2O) = (C28H50O19)x + 2(CH3-COOH)x

- Khi đun nóng chitin trong dung d ịch NaOH đậm đặc chitin sẽ bị mất gốcacetyl tạo thành chitosan

Chitin + nNaOH (đậm đặc) = Chitosan + nCH3COONa

- Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có b ước sóng :884÷890m

1.1.3 Một số ứng dụng của chitin.

1.1.3.1 Trong công nghiệp thực phẩm.

Chitin và các dẫn xuất của nó được ứng dụng nhiều trong phụ gia thực phẩm,trong tác nhân bao gói và ch ế biến nước uống

Chitin có thể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn Các nghiên cứugần đây cho biết: Các lo ài động vật sẽ phát triển b ình thường khi tiêu thụ 10%chitin có trong khẩu phần thức ăn hàng ngày

1.1.3.2 Trong mỹ phẩm.

Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt chống khô da, thuốc l àm

mềm da, làm tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa kem thuốc v à da Do bản chấtcủa chitosan cố định dễ d àng trên biểu bì da bởi nhóm NH4+ liên kết với nhóm axíttrong cấu tạo lớp tế bào sừng hoá của da, sau khi cố định chitosan c òn có nhiều

nhóm NH4+ thừa được gắn với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cựctím, vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem v à da.

1.1.3.4 Trong nông nghiệp.

Chitosan được dùng một thành phần chính trong thuốc ph òng trừ nấm dùnglàm thuốc kích thích sinh trưởng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả v à các lọaicây cảnh

Chitosan có tách dụng khá lâu dài trên lá và cây, làm tăng độ nảy mầm hạt,tăng việc tạo diệp lục tố trong lá, tăng khả năng đâm rễ, thúc đẩy quá tr ình ra hoakết quả, làm tăng năng suất cây trồng

1.1.3.5 Xử lý chất thải và nước thải.

Chitosan có khả năng tạo phức với kim loại v ào nhóm amin, nó có th ể giữđược nhiều kim loại chuyển tiếp v à những kim loại đứng sau kim loại chuyển tiếp

do tạo thành phức chất vòng nên được sử dụng làm chất keo tụ trong xử lý n ướcthải công nghiệp

1.1.3.6 Trong công nghiệp nhẹ.

Chitosan là chất phụ gia rất tốt trong xử lý bề mặt giấy, đặc biệt giấy cao cấpnhư giấy ảnh Do công thức hoá học của chitosan v à cellulose gần giống nhau, chỉcần thay thế nhóm –NH2 của Chitosan bằng nhóm –OH của cellulose là có thể từ vỏtôm& cua có thể trở thành cây, giúp các nhà công nghi ệp giấy có thêm một loạinguyên liệu mới để sản xuất bột giấy.

Chitin - chitosan là nguồn nguyên liệu rất quí để sản xuất các sản phẩm rất đadạng phục vụ sản xuất v à đời sống xã hội, vì vậy nghiên cứu thiết kế thành côngcụm thiết bị kỹ thuật sản xuất chún g ở qui mô công nghiệp l à một nhu cầu cấp thiếttrong quá trình công nghi ệp hóa - hiện đại hóa nền kinh tế n ước ta nói chung vàcông nghiệp chế biến thủy sản nói ri êng

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm theo tiêu chuẩn Nhật Bản.

1.2.1 Tiêu chuẩn chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật.(trích “Công văn về chất lượng chitin dành cho thị trường Nhật” do công ty trách nhi ệm hữu

hạn và dịch vụ nhựa Nhật Nhựt Tân tại địa chỉ quận 10 thành phố Hồ Chí Minh gửi cho trường Đại Học Nha Trang ngày 16 tháng 3 năm 2010).

+ Các tiêu chuẩn phân tích.

+ Nước sử dụng: Phải đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5502:2003 và 4 l ần/

năm kiểm tra 12 chỉ tiêu Hg, Cd, CN-, Pb, Cr(6+), Mn, Fe, Mg, d ầu khoán, N-NO2,

N-NO3 Để đạt được tiêu chuẩn này và đảm bảo chất lượng, chỉ sử dụng nước giếng

và nước công nghiệp

+ Quản lý pH: Trong quá trình rửa sau xử lý hóa chất, không trung hòa chitin.

Rửa sản phẩm đến khi pH n ước trong vỏ tôm (chitin) đ ược pH ≈ 7,0 với nước rửa

để đảm bảo hóa chất và chất dơ bẩn được rửa ra ngoài chitin

+ Phơi: Chỉ sử dụng ánh nắng mặt trời hay l ò sấy sử dụng hệ thống trao đổi

nhiệt Không sử dụng than đá và các chất đốt khác để hạn chế chất độc hại dính v àochitin

+ Nguồn nguyên liệu: Để xác định nguồn gốc, phải l àm rõ ràng về xuất xứ

nguyên liệu và ngày thu gom nguyên li ệu Nhà máy thủy sản xuất xứ vỏ tôm n ên cóchứng chỉ HACCP hay ISO22 000:2005 Thời gian vận chuyển và bắt đầu xử lýnguyên liệu phải là trong vòng 6 tiếng

+ Môi trường làm việc: Để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, xưởng sản

xuất chitin phải phù hợp với các tiêu chuẩn cơ bản về thực phẩm như không cóđộng vật, không phát sinh dòi, không ăn uống, hút thuốc trong x ưởng, đạt 5S, khôngtiếp xúc với các chất khác ngo ài vật liệu được phép sử dụng trong chế biến thựcphẩm

1.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ.

+ Xử lý sơ bộ (ép & ngâm enzyme): làm sạch sơ bộ bằng cách nhặt loại bỏ

các tạp chất (giấy, sạn, cát…vv) Sau đó tiến h ành ép để tách nước và một phầnprotein Tiến hành ngâm enzyme, nồng độ sử dụng từ 0,1 -0,2% trong thời gian 8giờ để tiếp tục loại bỏ protein Sau khi đạt thời gian qui định, tiếp tục ép mẫu Tất

cả lượng dịch ép được tập trung vào bể để thu hồi protein

+ Khử khoáng: Ngâm trong HCl ở nhiệt độ 70oC, thời gian từ 3-5 giờ Trongquá trình khử khoáng cần đảo dung dịch HCl li ên tục để nâng cao hiệu quả xử lý.(Có thể áp dụng khử khoáng bằng HCl ở nhiệt độ thường nhưng thời gian dài hơn).Tùy theo từng loại nguyên liệu mà nồng độ HCl sử dụng trong khoảng từ 4 -6%,

phế liệu cua, ghẹ phải d ùng nồng độ cao hơn vì lượng khoáng trong nguy ên liệucao.

+ Rửa trung tính: rửa kết hợp với khuấy đảo, y êu cầu pH của nước rửa cuối

phải là pH trung tính

+ Khử protein: Tiếp tục khử lượng protein còn lại bằng NaOH loãng (nồng

độ 3%), ở nhiệt độ 70oC thời gian 5 - 7 giờ, trong quá trình khử protein cần khuấyđảo để phản ứng diễn ra tốt

+ Rửa trung tính: rửa mẫu kết hợp với khuấy đảo, yêu cầu pH của nước rửa

cuối phải là pH trung tính Có thể ly tâm tách nước trước khi đưa qua công đoạnphơi sấy để giảm thời gian ph ơi sấy

+ Phơi sấy: Mẫu chitin có thể được phơi khô bằng nắng trong mùa không

mưa, có thể phơi trên sân phơi nhưng sân phơi phải đảm bảo điều kiện vệ sinh theoqui định, trong quá trình phơi cần phải đảo mẫu liên tục Trong mùa mưa thì phải

sử dụng hệ thống sấy với nhiệt cung cấp từ l ò hơi, nhiệt độ quá trình sấy khoảng60-70oC, không nên quá cao vì s ẽ ảnh hưởng đến màu sắc của chitin thu được Độ

ẩm yêu cầu của chitin thành phẩm yêu cầu thấp, từ 5-6%

+ Sàng, phân cỡ, đóng gói: Sàng phân cỡ, đồng thời loại bỏ tạp chất trong

mẫu chitin thành phẩm Ngoài ra, có thể nghiền sản phẩm chitin tr ước khi đóng góinếu khách hàng yêu cầu Việc đóng gói để đảm bảo chất l ượng thì nên đóng vàobao nylon trước khi đóng vào bao tải

+ Đánh giá chất lượng chitin: chitin sẽ được đánh giá các chỉ ti êu: màu sắc,

hàm lượng ẩm, hàm lượng protein, tro, tạp chất

+ Thu hồi protein: Dịch thủy phân protein ở các b ước xử lý enzym và xút

loãng được tập trung vào một bể và tiến hành thu hồi protein bằng phương pháp kếthợp: phương pháp điểm đẳng điện kết hợp keo tụ Sau đó protein kết tủa đ ược phânriêng dùng thiết bị ly tâm hoặc thiết bị lọ c ép Thời gian xử lý thu hồi proteinkhoảng 2 giờ, phụ thuộc nhiều v ào thiết bị phân riêng sử dụng Protein thu hồi đ ược

phân tích các chỉ tiêu chất lượng như: hàm lượng protein, hàm lượng tro, hàmlượng lipid, hàm lượng chitin, hàm lượng astaxanthin…vv Protein sau khi thu hồi

có thể sử dụng bổ sung vào thức ăn thủy sản hoặc l àm phân hữu cơ Phần nước saukhi tách protein được đưa vào bể trung hòa

+ Xử lý nước thải: Nước thải được xử lý theo phương pháp truyền thống như

lắng gạn, kỵ khí, hiếu khí, tiệt trùng Để nâng cao hiệu quả xử lý, cần kết hợp xử lýbằng ôzôn

+ Xử lý khí: Công nghệ được thực hiện trong hệ thống kín với bộ xử lý hơi

bằng than hoạt tính và hệ thống dung dịch hóa chất nên sẽ đảm bảo hệ thống làmviệc tốt, không gây ô nhiễm môi trường không khí và nước cho vùng sản xuất

- Đối với khí trong các quá tr ình ngâm axit và rửa axit thì được sục qua dungdịch NaOH loãng để trung hòa sau đó mới thoát ra môi trường qua lớp than hoạttính

- Ngược lại, đối với khí trong các quá tr ình ngâm kiềm và rửa kiềm thì đượcsục qua dung dịch HCl lo ãng để trung hòa sau đó mới thoát ra môi trường qua lớpthan hoạt tính

Chú ý:

- Việc áp dụng khâu ép, xử lý enzym l à rất quan trọng vì sẽ giảm lượng hóachất sử dụng, hạn chế ô nhiễm môi tr ường Quá trình xử lý không ảnh hưởng xấuđến chất lượng protein Việc thu hồi protein sẽ l àm tăng hiệu quả sản xuất và giúpgiảm ô nhiễm môi trường, nước thải của quá trình sản xuất

- Trong công nghệ sản xuất cần phải áp dụng máy móc thiết bị v ào sản xuất:thiết bị ép, khuấy đảo, nâng nhiệt (l ò hơi và hệ thống truyền nhiệt, nồi nấu), bểphản ứng được khuấy đảo bằng b ơm, hệ thống vận chuyển bằng băng tải, thiết bịsấy, hệ thống thiết bị thu hồi protein, thiết bị phân ri êng protein (lọc hoặc ly tâm),trang thiết bị của hệ thống xử lý nước thải Vì môi trường xử lý tách chiết chitin và

có sử dụng axít và kiềm ở nhiệt độ khá cao n ên thiết bị phải được chế tạo từ vật liệu

có độ bền axít, kiềm và nhiệt.

- Việc khuấy đảo đóng vai tr ò quan trọng trong chất lượng của sản phẩm cuốicùng, cần khuấy đảo sao cho nguy ên liệu tiếp xúc tốt nhất với hoá chất xử lý Việcnâng nhiệt được yêu cầu sử dụng trong khâu n ày để giảm thời gian xử lý Tuy nhi ên

ở nhiệt độ quá cao sẽ gây ra quá tr ình cắt mạch polysaccharid của chitin

- Quá trình rửa cần được đặc biệt chú ý vì nếu rửa không đạt yêu cầu, mộtlượng axít và xút còn lại sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả quá tr ình xử lý sau và chấtlượng của chitin thành phẩm Bước ly tâm tách nước sau khi rửa là cần thiết để loạinước, thuận lợi cho quá tr ình làm khô sản phẩm

1.2.3 Sơ đồ công nghệ.

Nước thải

Vỏ tôm

Nước thải

Nước thảiNước thảiNước thải

Phân loại,làm sạch sơ bộ

Bể

xử

lý

khí

1.2.4 Phân tích quy trình kỹ thuật.

Qua các tiêu chuẩn, cơ sở lý thuyết và sơ đồ quy trình công nghệ đã trình bày

ở trên về quá trình sản xuất chitin theo ti êu chuẩn Nhật Bản ta có thể khái quát cáccông đoạn phải xử lý trong quá tr ình sản xuất như sau:

a, Quá trình ép cắt và rửa sơ bộ:

- Nguyên liệu (vỏ tôm) được làm sạch và rửa sơ bộ trước khi đưa vào hệ thốnglàm việc, vì lúc đầu nguyên liệu (vỏ tôm) còn nhiều tạp chất Nếu giai đoạn n àyđược làm tốt cùng với nguyên liệu tươi thì chất lượng chitin- chitosan sẽ tốt và tiếtkiệm chi phí hóa chất ở các công đoạn sau

- Đây được coi là bước tiền xử lý để loại bỏ tạp chất, protein, v à nước, đồngthời làm giảm kích thước nguyên liệu Hơn nữa, bước ép uớt sẽ loại bỏ tạp chất v ànước trong nguyên liệu làm cho quá trình xử lý tiếp theo được hiệu quả hơn.

- Tuy nhiên, việc cắt nguyên liệu không được quá nhỏ vì sẽ gây khó khăn cho

quá trình ngâm, đảo, rửa tiếp theo Quá trình này được thực hiện ở một thiết bị

riêng trước khi đưa trực tiếp vào thùng làm việc chính (thùng ngâm, đảo, rửa) để

thực hiện các công đoạn ngâm, đảo, rửa

b, Quá trình ngâm, đảo, rửa:

+ Ngâm đảo: Trong quy trình sản xuất chitin thì ta có hai công đoạn rất quan

trọng, đó là ngâm axít (HCl) và ngâm kiềm (NaOH) Để rút ngắn thời gian trao đổichất của nguyên liệu với dung dịch cần phải :

- Giữ nhiệt độ dung dịch nguy ên liệu ổn định trong suốt quá trình ngâm: Đốivới quá trình ngâm kiềm là 700C và quá trình ngâm axit là 600C

- Đảo nguyên liệu theo một tốc độ nào đó

+ Rửa trung tính:

- Đây là giai đoạn trung gian giữa các công đoạn trong quy tr ình sản xuất, đểcho các công đoạn tiếp theo không còn lẫn dung dịch của công đoạn tr ước

- Để rửa trung tính ta chú ý chỉ đ ược sử dụng nước mà không được sử dụng bất

cứ thêm hóa chất nào để làm trung tính (Ví dụ: Trung tính trong quá trình r ửa

kiềm bằng axit và ngược lại rửa trung tính quá trình axit bằng kiềm)

c, Quá trình phơi sấy:

- Đây là công đoạn cuối cùng của quy trình sản xuất chitin để đạt độ khô theoyêu cầu

- Sau khi thực hiện xong các công đoạn ngâm đảo rửa th ì nguyên liệu được lấy

ra đem phơi dưới ánh nắng mặt trời để đạt đ ộ ẩm theo yêu cầu Ưu điểm của

phương pháp này là không t ốn kém nhiên liệu và không hại cho người sản xuấtcũng như người sử dụng.

- Tuy nhiên, vào những ngày mưa và không nắng thì ta không thể sử dụngđược phương pháp trên do đó c ần trang bị thêm hệ thống sấy dự trữ để rút ngắn thờigian cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm

Chương 2:

Thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị

2.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị.

Trong quá trình làm việc thiết bị phải thực hiện một số chức năng khác nhautrong những điều kiện khác nhau Do đó, yêu c ầu kỹ thuật chung của chúng l à phảithích hợp với mỗi điều kiện nhất định cho năng suất cao v à an toàn khi thực hiện.Khi thiết kế sơ đồ thiết bị cần phải chú ý đến các y êu cầu chung của thiết bị l à:

- Do máy làm việc ở các môi trường kiềm, axit và nhiệt độ tương đối cao nênvật liệu chế tạo thiết bị phải ph ù hợp như: tính chống gỉ, chịu nhiệt…

- Thiết bị cần có khả năng thực hiện qui trình công nghệ sản xuất Chitin theo

tiêu chuẩn Nhật Bản với các khả năng điều chỉnh các thông số kỹ thuật cơ bản phù

hợp: Nhiệt độ, thời gian thực hiện các công đọan công nghệ, nồng độ các hóa chất

sử dụng ( kiềm NaOH hay axit HCl )

- Vật liệu chế tạo thiết bị phải chịu đ ược axít HCl 12% và kiềm 50 % ở cácnhiệt độ < 800C phù hợp với các qui trình công nghệ hiện hành

- Thiết bị phải có hệ thống đ ưa dung dịch vào và dung dịch đó phải đảm bảođúng tỷ lệ yêu cầu, đồng thời phải có hệ t hống xả hết và chứa nước thải

- An toàn cho người vận hành sản xuất

- Khi thực hiện quy trình sản xuất chitin có những công đoạn làm việc ở nhiệt

độ cao do đó thiết bị phải có hệ thống đảm bảo nhiệt độ đúng y êu cầu

- Việc cung cấp nguyên liệu và thu sản phẩm, dung dịch cần đ ơn giản và phùhợp với các tiêu chuẩn an toàn lao động hiện hành

- Trong quá trình ngâm đảo, nguyên liệu phải chuyển động theo y êu cầu đồngđều nhau và liên tục để các phản ứng tách và khử sẽ xảy ra nhanh nhất và tốt nhất

- Thiết bị phải thực hiện tốt chức năng sấy khô để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnhđạt các yêu cầu chất lượng qui định.

- Thiết bị có kết cấu và công nghệ chế tạo phù hợp với khả năng gia công trongnước và sử dụng tối đa các chi tiết v à thiết bị tiêu chuẩn có bán trên thị trường trongnước

2.2 Chọn phương án thiết kế mô hình.

2.2.1 Các phương án hi ện hành.

2.2.1.1 Tổng quan về thiết bị sản xuất trên thế giới.

Trong quá trình sản xuất Chitin thì chưa sử dụng đồng nhất trên một loại thiết

bị, mà ở mỗi khâu (công đoạn) đ ược thực hiện trên một loại thiết bị khác nhau nh ư:

vỏ tôm từ phế liệu phải qua máy ép rồi tới ngâm axit, bazơ đảo,…ví dụ đối với khâungâm đảo kiềm thì được thực hiện ở máy ngâm đảo (loại máy n ày chỉ có một chứcnăng duy nhất là khuấy trộn để thực hiện các phản ứng đ ược nhanh hơn, đồng đềuhơn), khi kết thúc công đoạn này thì phải đưa nguyên liệu ra và đưa vào một thiết bịkhác để sấy Các thiết bị n ày làm việc độc lập nhau, chế độ l àm việc, kết cấu củathiết bị phụ thuộc yêu cầu của mỗi khâu Mặc d ù quá trình sản xuất Chitin đã được

cơ giới hoá, nhưng do trong một quy trình sản xuất còn có sự riêng biệt của cáccông đoạn (nguyên lý sản xuất dựa trên dây chuyền của các thiết bị), chắc chắn sẽảnh hưởng tới năng suất và chất lượng của sản phẩm Việc chế tạo các thiết bị sảnxuất theo các khâu riêng biệt thì thiết bị sẽ có kết cấu đ ơn giản, vật liệu chế tạo chỉcần thoả mãn chống acid hoặc kiềm

2.2.1.2 Tổng quan về thiết bị sản xuất ở Việt Nam.

Quá trình sản xuất Chitin ở Việt Nam còn rất thủ công, các khâu chủ yếu đ ượcthực hiện bằng tay là chính Việc sản xuất chủ yếu thực hiện theo các công đoạnriêng biệt, mỗi công đoạn một thiết bị khác nhau Ở một số nơi khâu ngâm đảo đượcthực hiện ở trong bể và dùng cánh dạng mái chèo khuấy bằng tay, sau quá tr ìnhngâm đảo thì sử dụng ánh nắng mặt trời để phơi khô mà không cần ly tâm và sấy

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị

Như vậy, sản xuất phụ thuộc r ất lớn vào điều kiện thời tiết, kinh nghiệm cũng nh ưtay nghề của công nhân

Nếu sử dụng phương pháp này thì thời gian phụ mất nhiều, cần một số côngnhân để điều khiển việc vận chuyển nguy ên liệu giữa các công đoạn Vì vậy, vấn đềđặt ra là rút ngắn thời gian phụ và sản xuất theo một quy tr ình khép kín, cần phảithiết kế ra một thiết bị thực hiện tất cả các công đoạn của quy tr ình sản xuất chitinnêu trên

Áp dụng cơ khí hóa vào sản xuất là hướng quan tâm lớn của các nh à quản lý.Thiết bị chiết xuất Chit in ra đời đã góp phần tạo điều kiện phát triển một ng ànhnghề mới không tác động xấu đến môi tr ường, không chịu tác động của môi tr ường,cải thiện điều kiện làm việc của người lao động, mang lại lợi ích to lớn về mặt kinh

tế và xã hội Đặc biệt là thiết bị sản xuất ra phải có tác dụng bảo vệ môi tr ường

sản xuất.

2.2.2 Chọn phương án thiết kế.

2.2.2.1 Phân tích mô hình thiết bị sản xuất chitin hiện có tại bộ môn Chế tạo

máy trường Đại Học Nha Trang.

a, Vẽ mô hình.

Hình 2-2 Thiết bị sản xuất Chitin tại tr ường đại học Nha Trang

b, Nguyên lý làm việc.

1- Bộ truyền động 2- Bộ cấp hóa chất

3- Bộ gia nhiêt và sấy 4- Bộ điều chỉnh nhiệt độ

5- Thùng quay đảo rửa 6- Thùng đựng dung dịch gia công 7- Bộ xả sản phẩm 8 - Giá máy

9- Hệ thống xả dung dịch sau gia công

+ Các bình chứa (axít, nước, kiềm) cần cung cấp đủ l ượng dung dịch cần thiếtcho thiết bị, trước khi vận hành phải được kiểm tra lượng hóa chất cần thiết trongcác bình.

+ Bước tiếp theo là công việc cấp nguyên liệu (với một khối lượng đã đượcđịnh trước từ máy ép - 500kg vỏ tươi) vào thùng quay

+ Tiếp tục đưa hỗn hợp nước và axít vào thùng quay, h ỗn hợp này được điềuchỉnh theo một tỷ lệ nhất định, nhờ việc điều khiển các van Khi nguy ên liệu vàdung dịch được cấp đầy đủ vào thùng quay thì hệ thống cửa và van được đóng lại đểbắt đầu cho quá trình ngâm đảo Lúc này rôto sẽ quay với một tốc độ xác định đ ượctruyền từ động cơ thông qua hệ thống truyền động

+ Tuỳ theo từng yêu cầu của quy trình sản xuất chitin- Chitosan mà điều chỉnhnhiệt độ dung dịch ở nhiệt độ nào đó Quá trình ngâm đảo được thực hiện trong mộtthời gian nhất định, khi kết thúc công đoạn n ày, hệ thống van sẽ được mở ra đưadung dịch từ thiết bị ra một bể b ên ngoài để tái tạo lại và sau đó máy sẽ thực hiệnchức năng ly tâm với tốc độ quay xác định của rôto đ ược tính toán trước, trong mộtkhoảng thời gian nhất định

+ Khi kết thúc quá trình, tiếp tục đưa nước từ bình chứa vào thực hiện quátrình rửa, trong lúc này rôto vẫn quay Sau một thời gian rửa kết thúc máy sẽ chuyểnsang công đoạn ngâm đảo kiềm, việc điều khiển hỗn hợp dung dịch đ ưa vào thùngcũng thông qua hệ thống các van v à cũng quay với một tốc độ nhất định

+ Khi các công đoạn ngâm đảo, rửa kết thúc máy chuyển sang công đoạn lytâm ( lúc này dung dịch ở trong thùng đã được tháo hết ra) Máy sẽ quay với tốc độgiống như tốc độ của quá trình ngâm đảo để tách nước từ nguyên liệu ra, công việc

ly tâm được thực hiện trong một thời gian th ì sẽ đưa dòng không khí nóng vàothùng quay để thực hiện quá trình sấy rồi đưa ra sản phẩm cuối cùng

+ Việc tháo liệu nhờ vào hệ thống cánh bên trong thùng quay Các cánh này b ốtrí sao cho khi động cơ quay ngược chiều với các công đoạn tr ước thì sản phẩm tựđộng tháo ra ngoài và quá trình sản xuất kết thúc

Đây là thiết bị đã sản xuất tại trường Đại Học Nha Trang, b ước đầu đã manglại hiệu quả nhất định Tuy nhi ên, khắc phục một số nhược điểm đã nêu trên Trên

cơ sở đó ta đi tìm hiểu và phân tích về cấu trúc và nguyên lý hoạt động để đưa raphương án thiết kế phù hợp với nhu cầu sản xuấ t thực tế các nhà máy yêu cầu vàphải bảo vệ môi trường sản xuất

c, Phân tích ưu nhược điểm theo quan điểm bảo vệ môi tr ường.

* Ưu điểm.

- Thiết bị chiết xuất Chitin - Chitosan có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng.Các chế độ cùng với thời gian làm việc của mỗi chế độ đều được thực hiện theochương trình Do đó, người công nhân làm việc nhiệm vụ chủ yếu l à giám sát quátrình làm việc của thiết bị và can thiệp xử lý sự cố (dừng máy, kiểm tra v à sửa chữa)khi có sự cố xảy ra

- Có khả năng làm việc ổn định trong khoảng thời gian dài

- Năng suất cao Máy có thể tích nhỏ gọn (khoảng 1m3) nhưng với kết cấu máyhợp lý nên khối lượng nguyên liệu đầu vào của mỗi mẻ là tương đối nhiều (khoảng

50 ÷ 100 Kg) Thời gian để chiết xuất của mỗi mẻ th ì rất ngắn khoảng 20 giờ để sảnxuất ra Chitosan - ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp sản xuất bằng phươngpháp thủ công

- Chi phí sản xuất thấp Đối với mỗi thiết bị chỉ cần một công nhân đảm nhậncông việc giám sát quá trình chiết xuất Chitin- Chitosan Thời gian chiết xuất Chitin

- Chitosan của mỗi mẻ ngắn Chi phí khấu hao máy móc ít, giá th ành năng lượng(điện năng) phục vụ cho việc sản xuất Chitin - Chitosan tương đối rẻ

- Thời gian sản xuất ra Chitin - Chitosan ngắn Theo thực nghiệm cho thấy thờigian sản xuất ra Chitin đã giảm đi rất nhiều từ 48hxuống còn hơn 3h Còn thời giansản xuất ra Chitosan đã giảm đi từ 48 ÷ 72 giờ xuống c òn hơn 16 giờ 30 phút

- Tiết kiệm sức lao động của công nhân l àm việc Tạo môi trường làm việc antoàn cho công nhân Do không ph ải tiếp xúc trực tiếp với hóa chất công nghiệptrong quá trình chiết xuất Chitin - Chitosan.

- Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị l à phải sấy khô sản phẩm đến độ ẩm d ưới 10%.Nhưng thực tế với kết cấu máy hiện tại ch ưa thể sấy khô được sản phẩm theo đúngyêu cầu đề ra

- Do thiết bị chiết xuất Chitin - Chitosan có dạng lồng ngang Rôto quay Y êucầu của thiết bị là các loại dung dịch hóa chất ở trong l òng Stato của thiết bị khôngđược tuôn ra ngoài gây lãng phí hóa ch ất và nguy hiểm cho công nhân vận h ànhmáy Nhưng bộ phận làm kín nước không đảm nhận tốt chức năng của m ình cầnphải có hướng khắc phục và hoàn thiện

- Kết cấu máy chưa vững chắc gây rung động khi hoạt động Nhất l à khi làmviệc với tốc độ cao

- Các cánh đảo hơi ngắn không đảm nhận tốt chức năng khuấy đảo của m ình.Các cánh đảo không vuông góc với tiết diện ngang của Rôto n ên sản phẩm bị dínhvào trong các kẻ giữa cánh đảo và Rôto

2.2.2.2 Thiết kế mô hình hệ thống thiết bị.

a, Đề xuất mô hình mới.

Hệ thốngtáchProtein và

xử lýnước thải

Hình 2-3 Sơ đồ tổng quan hệ thống.

b, Nguyên lý làm việc:

+ Các thùng chứa (nước, axít HCl, kiềm NaOH) cần cung cấp đủ lượng dungdịch cần thiết cho thiết bị, tr ước khi vận hành phải được kiểm tra lượng hóa chấtcần thiết trong các thùng

+ Bước tiếp theo là công việc cấp nguyên liệu (với một khối lượng đã đượcđịnh trước từ máy ép - 50kg vỏ tươi) vào thùng làm việc chính

+ Hệ thống đảo nhờ vào 2 đầu 21 được thiết kế tạo dòng chảy xoáy trongthùng dưới áp lực và lưu lượng của bơm

Trong thùng làm việc chính việc đảo rửa được thực hiện chủ yếu nhờ sựchuyển động xoáy ốc, chuyển động này

được tạo ra nhờ vào hai đầu phun từ máy

bơm chuyển động xoáy và va chạm vào

thành của thùng, ngoài ra còn nhờ vào

đầu hút của máy bơm được bố trí lắp ở

đáy thùng Do đó, nhờ vào sự kết hợp

hoàn hảo của 3 yếu tố: Đầu phun của

máy bơm được thiết kế đặc biệt nh ư hình

A, đầu hút của máy bơm ở đáy thùng và

hình dạng trụ trơn của thùng nên trong

Trong đó:

1,2,….,15:- Các van đóng mở;

16 – Đồng hồ kiểm tra nhiệt độ;

17 – Đồng hồ đo lưu lượng;

18 – Rắc co nhông;

19 – Tấm chắn;

20 – Sàng chắn;

21 – Đầu tạo dòng chảy xoáy;

22- Bể chứa dung dịch NaOH lo ãng;23- Bể chứa dung dịch HCl lo ãng;

24,25 – Đường ống dẫn khí thải;

26 – Thùng làm việc chính;

27 – Thùng chứa nước;

28 – Thùng chứa dung dịch hóa chất;

Hình 2-4 Chuyển động xoáy trong

thùng làm việc chính

thùng xảy ra sự chuyển động xoáy ốc mạnh xung quanh v à từ trên xuống đáy thùng.

Vì vậy nguyên liệu trong thùng được đảo rửa

+ Trước khi làm việc phải kiểm tra và đóng tất cả các van lại

Chú ý: Riêng van 5 luôn mở và chỉ đóng khi hệ thống thiết bị đang hoạt động

đồng thời chúng ta lại mở các van 6; 7; 8; 9; 10; 12 ở các th ùng làm việc bên dưới.

+ Trong thùng làm vi ệc chính có sàng chắn 20, tác dụng giữ nguyên liệu ởtrong thùng không xuống được phía bên dưới do đó không làm ảnh hưởng đến hoạtđộng của đường ống bên dưới đáy thùng cũng như quá trình bơm tuần hoàn làmviệc của hệ thống

+ Nguồn nước được cung cấp cho hệ thống phải luôn đảm bảo sẵn s àng để khi

ta mở van 15 là có nước cung cấp cho hệ thống thiết bị T ùy từng quy trình mà nướcqua van 15 là nước nóng được cung cấp bởi hệ thống năng l ượng mặt trời hay nước

ở nhiệt độ thường

+ Các thùng chứa (axít HCl và kiềm NaOH) cần cung cấp đủ lượng dung dịchcần thiết cho thiết bị, tr ước khi vận hành phải được kiểm tra lượng hóa chất cầnthiết trong các thùng

+ Bước tiếp theo là công việc cấp nguyên liệu (với một khối lượng đã đượcđịnh trước từ máy ép - 100kg vỏ tươi) vào thùng làm việc chính

+ Trước khi bắt đầu các quá tr ình ta cần kiểm tra đóng tất cả các van lại (chú ývan 5) để tránh nhầm lẫn

+ Quá trình ngâm đảo HCl:

- Ta mở van 13 (van 14 vẫn đóng) để khí thải trong quá tr ình ngâm đảo HClnày được sục qua dung dịch NaOH lo ãng trước khi qua hệ thống xử lý khí rồi thải

ra môi trường

- Ta mở van 8 đồng thời mở máy bơm để đưa dung dịch axít nóng có nồng độthích hợp đã được pha trộn ngay trước đó bằng cách sử dụng n ước nóng pha với

axit HCl theo tỷ lệ nhất định vào thùng làm việc chính, hỗn hợp này được điềuchỉnh theo một tỷ lệ nhất định Sau đó đóng van 8 lại và tắt máy bơm kết thúc quátrình cung cấp nhiên liệu.

- Khi nguyên liệu và dung dịch được cấp đầy đủ vào thùng làm việc chính thì

hệ thống van ở các thùng chứa hóa chất bên dưới, van nước và van nước thải đượcđóng lại để bắt đầu cho quá tr ình ngâm đảo bằng cách mở van 3, 4 (van 2 đóng) vàmáy bơm hoạt động bơm tuần hoàn hút dung dịch từ thùng làm việc chính qua bộsinh hàn và bơm lên thùng làm việc chính, quá trình cứ tiếp tục tuần hoàn như vậytrong một khoảng thời gian vừa đủ để cho quá tr ình ngâm, đảo rửa được diễn ranhanh và sạch các tạp chất trong vỏ tôm

- Nhiệt độ trong thùng làm việc chính luôn được giữ ổn định ở nhiệt độ 70oCnhờ bộ sinh hàn Ta có thể kiểm tra và theo dõi nhiệt độ trong thùng nhờ đồng hồnhiệt 16

- Khi giai đoạn ngâm, đảo rửa trong HCl kết thúc ta tắt máy b ơm và mở van 9

để đưa dung dịch từ thùng làm việc chính vào thùng rửa HCl để tái sử dụng lại

- Kết thúc quá trình ngâm đảo trong HCl

- Trước khi thực hiện quá tr ình tiếp theo ta mở van 7 để rửa sạch hóa chất củaquá trình vừa thực hiện, nước rửa qua van 6 đến th ùng chứa nước thải bên ngoài đểchờ xử lý trước khi thải ra môi trường

+ Rửa trung tính khi kết thúc quá trình ngâm đảo HCl (có thể rửa 1 lần

hoặc nhiều hơn 1 lần tùy theo nồng độ dung dịch):

- Trong quá trình này van 13 vẫn mở để khí được sục qua dung dịch NaOHloãng trước khi qua hệ thống xử lý khí rồi thải ra môi tr ường

- Kiểm tra và đóng tất cả các van lại, sau đó ta mở van 1 5 lấy nước vào thùng

và thực hiện quá trình rửa trung tính

- Khi lượng nước vào đủ ta đóng van 15 lại ngừng cung cấp nước đồng thời

mở van 2 và mở máy bơm để bơm tuần hoàn thực hiện quá trình rửa Vì quá trình

rửa chỉ cần ở nhiệt độ thường do đó van 3 và 4 đóng lại Sau khoảng 10 phút ta tắtmáy bơm và mở van 6 để thoát nước thải đưa vào hệ thống xử lý nước thải sau quátrình sản xuất chitin.

- Quá trình này chỉ kết thúc khi nồng độ pH trong n ước rửa đạt 6,5÷7,5

- Kết thúc quá trình rửa trung tính ta đóng tất cả các van lại

+ Quá trình ngâm đảo NaOH:

- Ta mở van 14 (van 13 đóng) để khí thải trong quá tr ình ngâm đảo NaOH nàyđược sục qua dung dịch HCl loãng trước khi qua hệ thống xử lý khí rồi thải ra môitrường

- Ta mở van 10 đồng thời mở máy bơm để đưa dung dịch kiềm nóng có nồng

độ thích hợp đã được pha trộn ngay trước đó bằng cách sử dụng n ước nóng pha vớiaxit NaOH theo tỷ lệ nhất định vào thùng làm việc chính, hỗn hợp này được điềuchỉnh theo một tỷ lệ nhất định Sau đó đóng van 10 lại và tắt máy bơm kết thúc quátrình cung cấp nhiên liệu

- Khi dung dịch được cấp đầy đủ vào thùng làm việc chính thì hệ thống van ởcác thùng chứa hóa chất bên dưới, van nước và van nước thải được đóng lại để bắtđầu cho quá trình ngâm đảo bằng cách mở van 3, 4 và máy bơm hoạt động bơmtuần hoàn hút dung dịch từ thùng làm việc chính qua bộ sinh hàn (van 2 đóng) vàbơm lên thùng làm việc chính, quá trình cứ tiếp tục tuần hoàn như vậy trong mộtkhoảng thời gian vừa đủ để cho quá tr ình ngâm, đảo rửa được diễn ra nhanh và sạchcác tạp chất trong vỏ tôm

- Nhiệt độ trong thùng làm việc chính luôn được giữ ổn định ở nhiệt độ 70oCnhờ bộ sinh hàn Ta có thể kiểm tra và theo dõi nhiệt độ trong thùng nhờ đồng hồnhiệt 16

- Khi giai đoạn ngâm, đảo rửa trong NaOH kết thúc ta tắt máy bơm và mở van

12 để đưa dung dịch từ thùng làm việc chính vào thùng rửa NaOH để tái sử dụnglại

- Kết thúc quá trình ngâm đảo trong NaOH

- Trước khi thực hiện quá tr ình tiếp theo ta mở van 7 để rửa sạch hóa chất củaquá trình vừa thực hiện, nước rửa qua van 6 đến th ùng chứa nước thải bên ngoài đểchờ xử lý trước khi thải ra môi trường

- Kết thúc quá trình ngâm đảo trong NaOH ta đóng tất cả các van lại

+ Rửa trung tính khi kết thúc quá tr ình ngâm đảo NaOH (có thể rửa 1 lần

hoặc nhiều hơn 1 lần tùy theo nồng độ pH nước rửa):

- Trong quá trình này van 14 vẫn mở (van 13 đóng) để khí được sục qua dungdịch HCl loãng trước khi qua hệ thống xử lý khí rồi thải ra môi tr ường

- Kiểm tra và đóng tất cả các van lại, sau đó ta mở van 15 lấy n ước vào thùng

và thực hiện quá trình rửa trung tính

- Khi lượng nước vào đủ ta đóng van 15 lại ngừng cung cấp n ước đồng thời

mở van 2 và mở máy bơm để bơm tuần hoàn thực hiện quá trình rửa Vì quá trìnhrửa chỉ cần ở nhiệt độ th ường do đó van 3 và 4 đóng lại Sau khoảng 10 phút ta tắtmáy bơm và mở van 6 để thoát nước thải đưa vào hệ thống xử lý nước thải sau quátrình sản xuất chitin

- Quá trình này chỉ kết thúc khi nồng độ pH trong n ước rửa đạt 6,5÷7,5

- Kết thúc quá trình rửa trung tính ta đóng tất cả các van l ại

+ Kết thúc các quá trình ta lấy sản phẩm đi sấy ở hệ thống sấy ri êng biệt (cóthể phơi khi trời nắng và độ ẩm thấp)

+ Do đây là mô hình thử nghiệm nên việc tháo liệu phải thực hiện thủ côngphía trên bằng cách tháo nắp thùng

+ Ta có thể kiểm tra nồng độ pH dung dịch và nước rửa ở thùng làm việcchính nhờ van 1, van này ngoài chức năng dùng để kiểm tra còn có thể sử dụng đểđưa nước rửa ở các quá trình vào hệ thống nước thải

+ Ta còn có thể kiểm tra độ sạch của nguy ên liệu nhờ vào hệ thống nắp thùngđược thiết kế chế tạo đặc biệt: có lớp kính trong suốt nh ìn xuyên qua vào trong h ệthống thùng làm việc.

c, Phân tích ưu nhược điểm của mô hình hệ thống.

* Ưu điểm.

- Thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, hầu hết đều có sẵn tr ên thị trườngnên ta chỉ mua về gia công thêm trong quá trình lắp ráp, dễ sử dụng

- Có khả năng làm việc ổn định trong khoảng thời gian d ài

- Thời gian sản xuất ngắn do sử dụng bộ gia nhiệt để giữ nhiệt ổn định trongsuốt quá trình ngâm axit và kiềm

- Sử dụng nguồn năng lượng sạch vô tận sẵn có trong tự nhi ên (năng lượngmặt trời)

- Chi phí khấu hao máy móc ít, điện năng sử dụng ít, giá thành năng lượng(điện năng) phục vụ cho việc sản xuất Chitin t ương đối rẻ

- Tất cả các nguồn năng l ượng và hóa chất đều được tận dụng tái sử dụng triệtđể

- Thân thiện với môi trường:

+ Khí thải và nước thải trước khi thải ra môi trường đều được xử lý đạt theotiêu chuẩn

+ Nước thải được xử lý qua hệ thống xử lý n ước thải lọc sinh học (có t ài liệuviết riêng về hệ thống)

+ Khí thải sinh ra từ các quá trình được đưa đến hệ thống xử lý khí thải quađường ống dẫn khí được lắp trực tiếp vào nắp thùng làm việc chính nên không cóhiện tượng khí thải thoát ra môi tr ường khi chưa được xử lý

+ Khí thải trong môi trường làm việc axit được đưa vào dung dịch NaOH rồiqua lớp than hoạt tính trước khi thải ra môi tr ường nên khí thải không có tác dụngxấu đối với môi trường.

+ Tương tự khí thải trong môi tr ường làm việc bazơ được đưa vào dung dịchHCl rồi qua lớp than hoạt tính tr ước khi thải ra môi trường nên khí thải cũng không

có tác dụng xấu đối với môi tr ường

+ Các dung dịch được tận dụng để tái chế sử dụng lại

- Khả năng đảo rửa mạnh ha y yếu phụ thuộc chính v ào việc thiết kế chế tạo,phân bố các đầu bơm trong thùng làm vi ệc chính nên quá trình đảo rửa chưa đượcsạch và đồng đều

- Kết cấu thiết bị hơi cồng kềnh so với hệ thống đang có tại bộ môn Chế TạoMáy

- Việc cấp liệu và tháo liệu thủ công và khó khăn do ph ải tháo phần nắp trên

- Khó quan sát, kiểm tra

- Phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người vận hành thiết bị

2.3 Thiết kế mô hình.

2.3.1 Tính toán bộ khuấy đảo trong thùng làm việc chính.

Thùng làm việc chính làm việc khuấy đảo rửa nguyên liệu được nhờ có:

- Máy bơm bơm tuần hoàn có công suất lớn để tạo áp lực đẩy mạnh thông quađầu phun áp lực.

- Đầu phun tạo áp lực và dòng xoáy để đảo rửa nguyên liệu được sạch và đồngđều

- Sàng chắn được lắp cố định bên dưới để ngăn không cho vỏ tôm lọt xuốngphía dưới

- Ngoài ra, còn có tấm chắn phía trên để nguyên liệu không bị nổi lên trongquá trình làm việc, nhất là trong quy trình làm vi ệc trong môi trường HCl

2.3.1.1 Tính toán chọn bơm.

+ Yêu cầu kỹ thuật:

- Bơm phải chịu được nhiệt độ cao, tối thiểu là 80oC vì làm việc với dung dịchhóa chất ở 70oC

- Làm việc trong môi trường hóa chất (axit v à kiềm) Do đó bơm phải có tínhchống oxi hóa và ăn mòn cao ( chống axit HCl và kiềm NaOH)

- Phải ổn định và làm việc liên tục được trong thời gian dài vì thời gian quátrình sản xuất chitin là rất lớn

- Lưu lượng và lực đẩy lớn để tạo dòng xoáy mạnh

- Cột áp tối thiểu 2m

+ Thông số kỹ thuật:

Căn cứ vào các yêu cầu kỹ thuật trên ta chọn được bơm nhựa chịu nhiệt có

các thông số kỹ thuật sau:

- Công suất: 1,5 KW

- Lưu lượng: 5 m3/h

- Cột áp: 24 m

- Hút / xả: 50 / 40

2.3.1.2 Hoàn thiện tính toán và thiết kế kỹ thuật đầu phun áp lực

Theo thông số của bơm đã chọn ở trên ta có: Hút / xả = 50 / 40

→ Ta chọn đường xả của bơm là ống PP-R Ø50 loại PN10 có chiều dày4,6mm (vì d1= 50 – 4,6 2 = 40,8 (mm) là đư ờng kính trong của ống)

→ Vận tốc chảy của dòng là:

1

1

Q v

S



Trong đó:

Q = 5 (m3/h) ≈ 1,4.10-3 (m3/s) là lưu lượng của bơm

S1 là tiết diện của ống

Gọi đường kính của đầu phun áp lực l à d2

→ Tiết diện của đầu phun l à:

2

2

Để đảm bảo lưu lượng và vận tốc của dòng khi ra khỏi đầu phun lớn ta chọn :

(Các đường ống chọn theo tiêu chuẩn nhựa chịu nhiệt PP-R của công ty nhựa

Thiếu niên Tiền Phong phía Nam).

2.3.2 Tính toán bộ gia nhiệt.

2.3.2.1 Hoàn thiện tính toán và thiết kế kỹ thuật thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.

- Tính nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt l à căn cứ vào các điều kiện cụ thể củaquá trình trao đổi nhiệt như: lưu lượng và các thông số nhiệt vật lý của các l ưu thể;điều kiện nhiệt độ để xác định bề mặt trao đổi nhiệt tr ên cơ sở giải các phương trìnhcân bằng nhiệt

- Căn cứ vào cấu tạo và đặc tính sử dụng ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt ốngchùm lắp cứng như hình 2-6 vì:

+ Với đặc tính kết cấu của nó, thiết bị trao đổi nhiệt ống ch ùm có diện tích traođổi nhiệt rất lớn, có thể đến h àng nghìn mét vuông, h ệ số trao đổi nhiệt cao Bởi vậyloại thiết bị này được ứng dụng rất rộng r ãi trong công nghiệp hóa chất và thựcphẩm

Hình 2-7 Không gian trong ống

+ Có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp đặt v à sửa chữa mà vẫn có cường độtrao đổi nhiệt cao giữa hai l ưu thể Các kích thước chính như đường kính, chiều dàicủa vỏ thiết bị nên dựa vào các tiêu chuẩn cho trước

- Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

nói chung đều tuân theo một nguy ên

tắc cấu tạo là: gồm chùm ống lắp vào

vỉ ống được bọc ngoài bằng vỏ hình

trụ, hai đầu có nắp đậy Trong thiết bị

có hai không gian đặc biệt: một không

gian gồm khoảng trống bên trong vỏ

không bị chiếm chỗ (gọi là khoảng

không gian giữa các ống), và không

gian gồm phần rỗng ở trong các ống v à

hai không gian giới hạn giữa vỉ ống với

nắp (gọi là không gian trong ống)

Trong mỗi không gian như vậy có một

lưu thể chuyển động, chúng trao đổi

nhiệt cho nhau qua các thành của các ống truyền nhiệt

- Nguyên tắc cấu tạo của loại này ống truyền nhiệt 3 được lắp cứng vào vỉ 2,

vỉ ồng lại được lắp cứng với vỏ 6 bằng cách h àn Với kết cấu như vậy, khi làm việcthì các chi tiết như ống truyền nhiệt, vỉ ống v à thân đều chịu ứng suất nhiệt Ứngsuất nhiệt được sinh ra do sự giãn nở dài không đều vì nhiệt của vỏ 6 và ống chùm 3gây nên Vì vậy, thiết bị loại này chỉ nên dùng trong trường hợp chênh lệch nhiệt độgiữa thành ống truyền nhiệt và vỏ thiết bị không quá 500C, và vật liệu chế tạo vỏ vàống chùm là như nhau

- Thiết bị loại này có nhược điểm là không làm sạch bên ngoài các ống truyềnnhiệt bằng cơ học Vì vậy ta cho lưu thể không gây bám bẩn ở đây l à nước nóng điqua không gian giữa các ống, còn lưu thể có thể gây bám bẩn là dung dịch hóa chất

(dung dịch NaOH và dung dịch HCl) đi ở trong các ống truyền nhiệt Khi cần l àm

sạch bề mặt trong của các ống ta tháo hai nắp 1 v à 7 (hình 2-7) ra rồi dùng chổi sắt

thông nhiều lần trong các ống

- Nếu đệm 9 bị hở thì lưu thể đi trong các ống sẽ bị r ò ra ngoài Khi mối ghépgữa ống và vỉ bị hở, hoặc ống truyền nhiệt bị thủng th ì sẽ xảy ra hiện tượng hai lưuthể hòa trộn vào nhau Nếu số ống bị thủng ít ta có thể bịt kín hai đầu của từng ốnglại bằng hàn hoặc dùng nút có kết cấu đặc biệt Nhưng số ống hỏng nhiều thì phảithay các ống mới nếu các bộ phận khác c òn tốt, hoặc thay cả thiết bị mới

- Muốn lắp ống vào vỉ ta có thể sử dụng một trong những ph ương pháp thể

hiện ở hình 2-8 Hình 2-8a,b,c là phương pháp non g ống vào vỉ ống Trước khi nong

phải làm bóng thành lỗ ở vỉ và làm sạch thành ngoài của ống ở đoạn nong Khi

nong có thể dùng phương pháp thủ công hoặc bằng máy Cách nong có loe miệngống như ở hình 2-8b đảm bảo kín và vững chắc hơn Nong như ở hình 2-8c đảm bảokín, chắc chắn nhưng đắt tiền hơn vì phải làm các rãnh vành khuyên ở lỗ lắp ống.Nong ống nhanh hơn phương pháp hàn, thay ống cũng dễ hơn, song không kín vàchắc chắn bằng hàn Khi hàn ta có thể làm như hình 2-8d hoặc 2-8e Phương pháphàn có nhược điểm là làm cho vỉ ống bị cong vênh Ta có thể vừa áp dụng phươngpháp nong và hàn xen k ẽ nhau trên cùng một vỉ ống Ta cũng có thể d ùng phươngpháp hàn thiếc như hình 2-8f.

→ Chọn phương pháp hàn ống truyền nhiệt vào vỉ ống.

Hình 2-9 Sắp xếp ống trên vỉ ống

Trong đó:

S- số ống trên cạnh của lục giác lớn nhất;

t - bước ống;

dt- đường kính trong của ống truyền nhiệt (mm);

dn- đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (mm);

Dt- đường kính trong của vỏ thiết bị (mm);

Dn- đường kính ngoài của vỏ thiết bị (mm);

S

tt

Dt

dn

dt

Dn

- Cách sắp xếp ống trên vỉ có thể theo các đường tròn đồng tâm, theo đỉnh cáctam giác đều hoặc đỉnh các hình vuông Tuy nhiên, ph ương pháp phổ biến nhất vẫn

là sắp ống theo đỉnh các tam giác đều v ì quá trình trao đổi nhiệt tốt hơn, tốn ít diệntích trên vỉ ống nên thiết bị gọn gàng Sắp xếp theo đỉnh hình vuông chỉ áp dụngtrong trường hợp có rửa được mặt ngoài của các ống truyền nhiệt

→ Chọn phương pháp sắp xếp ống theo đỉnh các tam giác đều

- Bước ống trên vỉ ống được chọn sao cho: đảm bảo bền cho vỉ ống, tốn ít diệntích vỉ và có vận tốc lưu thể đi trong không gian giữa các ống đủ lớn để có hệ sốtruyền nhiệt tốt

Số ống trên đường chéo của lục giác lớn nhất l à n:

312.21