Thiết kế kỹ thuật thiết bị sản xuất Chitin năng suất 0,5 tấn 1mẻ

Thiết kế chế tạo thành công thiết bị sản xuất Chitin - chitosan từphế liệu thủy sản sẽ giúp tăng năng suất lao động, giảm mức độ độc hại do hóachất cho công nhân và góp phần công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ -

BÙI ĐỨC TÀI

THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ SẢN XUẤT CHITIN NĂNG SUẤT 0,5 TẤN/MẺ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

Nha Trang, tháng 11 năm 2008

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành Thuỷ sản của Việt Nam đã có nhữngbước phát triển vượt bậc Nước ta đã trở thành một quốc gia sản xuất và xuấtkhẩu thủy sản lớn trên thế giới, đặc biệt là xuất khẩu tôm Tuy nhiên, bên cạnhsản phẩm tôm chế biến được xuất khẩu, một lượng khá lớn phế liệu của quá trìnhnày gồm vỏ và đầu đã còn lại hiện chưa được chế biến và đang là tác nhân chínhgây ô nhiễm môi trường sản xuất Theo nghiên cứu của các nhà khoa học trong

thành phần cơ bản của vỏ tôm- cua - ghẹ, Chitin chiếm tỷ trọng khá lớn và có

nhiều tính năng rất tốt để chế biến th ành các sản phẩm cao cấp phục vụ sản xuất

và đời sống xã hội Vì vậy nhiều qui trình sản xuất Chitin - chitosan từ phế liệuchế biến thủy sản đã được xây dựng để nâng cao hiệu quả quá trình chế biến vàgiảm thiểu từ gốc sự ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản

Tuy nhiên cho đến nay ở Việt Nam, quá trình sản xuất Chitin - chitosan chỉthực hiện bằng thủ công năng suất thấp v à gây độc hại khá nghiêm trọng chongười lao động Thiết kế chế tạo thành công thiết bị sản xuất Chitin - chitosan từphế liệu thủy sản sẽ giúp tăng năng suất lao động, giảm mức độ độc hại do hóachất cho công nhân và góp phần công nghiệp hóa - hiện đại hóa ngành chế biến

thủy sản Do nhu cầu cấp thiết của để tài nên em được giao nhiêm vụ : “Thiết kế

kỹ thuật thiết bị sản xuất Chitin năng suất 0,5 tấn/mẻ ”.

Đề tài được trình bày với các nội dung chính sau:

Chương I: Tổng quan về qui trình và thiết bị sản xuất chitin từ phế liệu chế biến thủy sản.

Chương II: Thiết kế kỹ thuật thiết bị.

Chương III: Thiết kế chế tạo các chi tiết cơ bản.

Chương IV: Xây dựng quy trình lắp ráp, sử dụng thiết bị.

Chương V: Hạch toán giá thành thiết bị.

Chương VI : Kết luận và đề xuất

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ, sự chỉ bảo tận t ình của thầyPGS.TS Phạm Hùng Thắng, các thầy trong bộ môn Chế tạo máy để em có thểhoàn thành tốt đề tài

Do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏithiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý tận tình của các thầy để đề tài đượchoàn thiện hơn

Nha Trang, ngày 3 tháng 11 năm 2008

Bùi Đức Tài

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THỦY SẢN

I 1 TỔNG QUAN VỀ CHITIN- CHITOSAN I.1.1 Sự tồn tại của chitin trong tự nhiên.

- Chitin-chitosan là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose vàchúng được tạo ra trung bình 20g trong một năm/m2 bề mặt trái đất Trong tựnhiên 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 xương sống Ở thực vật chitin có ở thành tế bào của nấm

và một số tảo chlorophiceoe Chitosan chính l à sản phẩm biến tính của chitin khi

xử lý chitin với kiềm đặc nóng

- Chitin-chitosan là polysaccharide có đ ạm không độc hại, có khối lượng phân

tử lớn Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi cáccầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức

- Trong động vật thuỷ sản, đặc biệt trong vỏ tôm, cua, ghẹ h àm lượng chitosan khá cao từ 14÷35% so với trọng lượng khô Vì vậy, vỏ tôm, cua, ghẹ lànguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin-chitosan phục vụ cho sản xuất xã hội

chitin Việc nghiên cứu sản xuất chitinchitin chitosan và các ứng dụng của chúng trongsản xuất phục vụ đời sống là vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta Vào những năm

1978 đến 1980, trường đại học Thủy Sản đã công bố quy trình sản xuất chitosan nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất Gần đây, tr ước yêu cầu

chitin-xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ng ày càng cấp bách, trước những thôngtin 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 cứu hoàn thiện quytrình sản xuất chitin-chitosan đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của nó tronglĩnh vực công nghiệp

I.1.2Cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan.

- Chitin-chitosan là polysaccharide ch ứa đạm không độc hại, có khối l ượngphân tử lượng lớn Cấu trúc của chitin l à một tập hợp các phân tử, liên kết vớinhau bởi các cầu nối glucoside và hình thành một mạng lưới sợi có tổ chức Hơnnữa chitin rất hiếm tồn tại ở trạng thái tự do, hầu như luôn luôn liên kết bởi cáccầu nối đẳng trị (coralente) với protein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ kháctrong vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ

I.1.2.1 Cấu tạo và tính chất của chitin.

a) Cấu tạo của chi tin

- 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 luợngb) Các tính chất của chitin

- Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, axítloãng và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch

n

HH

H

đặc nóng của muối thioxianatliti (LiSCN) và thioxianat canxi [Ca(SCN)2] tạothành dung dịch keo.

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

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

- Khi đun nóng trong axít HCl đ ậm đặc thì chitin bị thuỷ phân hoàn toànthành 85,5% D-Glucosamin và 12,5% axít axetic Quá trình thu ỷ phân bắt đầuxảy ra ở mối nối glucozit, tiếp theo là 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

I.1.2.2 Cấu trúc và tính chất của chitosan.

a) Cấu trúc của chitosan

- Chitosan có cấu trúc tuyến tính như đơn vị -D-Glucosamin liên kết với nhaubằng liên kết -1-4Glucozit

- Công thức cấu tạo của chitosan:

2

n

HH

H

H

CH

b) Các tính chất của chitosan.

- Chitosan ở dạng bột có màu trắng ngà, còn ở dạng vẩy có màu trắng hay hơi vàng

- Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoàtan trong axít acetic loãng tạo thành một một dung dịch keo dương nhờ đó mà keo nókhông bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như Pb, Hg…

- Chitosan kết hợp với anđehyde trong điều kiện thích hợp tạo th ành gel

- Chitosan phản ứng với axít đậm đặc tạo muối khó tan, Chitosan tác dụng vớiiốt trong môi trường H2SO4cho phản ứng lên màu tím

I.1.3 Cơ sở kỹ thuật sản xuất chitosan.

I.1.3.1 Nguyên liệu sản xuất chitosan

Phế liệu vỏ-đầu tôm

- Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng đã được bóc vỏ, bỏ đầu

Phần đầu thường chiếm 34-35%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10-15% trọnglượng của tôm nguyên liệu Tuy nhiên tỷ lệ này phụ thuộc vào giống loài, giaiđoạn sinh trưởng của chúng

- Vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ dùng làm nguyên liệu sản xuất Chitosan, ngoàithành phần Chitin ra còn có protein, chất béo, carbonat canxi, sắc tố… Tỷ lệ giữacác thành phần này không ổn định, chúng thay đổi theo giống loài, đặc điểm sinhthái, sinh lý, mùa vụ…

Bảng 1.1: Thành phần hoá học trong vỏ cua biển kết quả nh ư sau:

Thành phần Hàm lượng (%)

NướcTro

H3PO4

NH4OHProtidChitinChất béoCaoMuối

11,035,56,10,0325,222,11,821,30,5

(Nguồn :Sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản- Trần Thị Luyến)

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

lý ta thu được Chitosan

I.1.3.2 Quy trình công nghệ chung sản xuất Chitin - chitosan như sau:

Vỏ tôm ( cua)

NaOH Nấu xútKMnO4 Oxy hoá tẩy màu

b) Ngâm axít (khử khoáng):

- Do chitin tồn tại trong nguyên liệu dưới dạng liên kết với khoáng, protein nêntrước hết cần phải khử các hợp chất phi chitin này ra khỏi chitin Các hợp chất phichitin là : chất khoáng, chất màu, protein, lipid và các hợp chất khác Trong đóhàm lượng khoáng đáng kể hơn cả và tồn tại dưới dạng CaCO3 là chủ yếu

- Ngâm axít là để khử bỏ carbonat canxi, phosphat canxi trong nguyên liệu

Axit dùng khử khoáng thường dùng là axit HCl, nồng độ tuỳ theo loại nguyênliệu Thông thường với vỏ tôm dùng 5%, vỏ cua đồng dùng 10%, vỏ cua biểndùng 10-15%

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2CO3

(tan) CO2 H2O

- Trong quá trình ngâm nên thường xuyên khuấy, phát hiện thấy nguyên liệuchưa mềm mà không thấy bọt nổi lên thì chứng tỏ lượng axít không đủ, cần bổsung thêm Lúc nguyên liệu đã mềm bọt không nổi lên nữa thì quá trình ngâmaxít có thể kết thúc, thời gian thường tuỳ nguyên liệu mà quyết định Sau khi kếtthúc quá trình ngâm axit

c) Nấu xút:

- Sau khi ngâm axít, vỏ tôm có màu đỏ, thành phần chủ yếu là protid và chitin

và một ít chất béo Để loại bỏ proti t và chất béo thì phải nấu nóng với xút nồng

độ 8-10% Trong quá trình nấu protit bị xút phân giải, chất béo bị xà phòng hoá

và hoà tan trong dung dịch xút, ngoài ra một phần sắc tố cũng bị phá hoại Thờigian dài ngắn tuỳ theo nguyên liệu, thường trong khoảng 1-2 giờ

- Nguyên liệu sau nấu nóng với xút thì mềm lại và màu sắc nhạt hơn, vớt radùng nước rửa sạch xút, để rút ngắn thời gian rửa v à tiết kiệm nước nên cho vàomột ít axít loãng để trung hoà bớt xút

d) Oxy hoá tẩy màu:

- Sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm & cua l à astacin Loại sắc tố này sau khi tômcua chết và nấu nóng thì biến thành màu đỏ, màu đỏ này trong quá trình ngâmaxít và nấu xút không mất đi nên cần thiết phải oxy hoá tẩy màu Trong sản xuấtphổ biến dùng KMnO4 để tẩy màu, khuyết điểm lớn nhất của nó là thành phầnvẫn có màu vàng nhạt, ứng dụng trong ngành dệt có ảnh hưởng không tốt

Nguyên nhân có thể là Mn4+ tồn dư trong quá trình oxy hoá khử, KMnO4 khửkhông hết đuợc hoặc Mn2+ bị không khí oxy hoá, đặc biệt l à trong điều kiện axítkhông đủ Do đó sự tồn tại của aicd và bước rửa sau lúc oxy hoá có một ý nghĩaquan trọng trong vấn đề đảm bảo chất l ượng sản phẩm.

- Trong quá trình ngâm aicd và n ấu xút, một số tạp chất vẫn chưa bị khử đi thì

ở bước này do tác dụng của KMnO4 một số tạp chất đó cũng sẽ bị kh ử đi Quátrình làm: vỏ tôm & cua sau khi nấu xút đem rửa sạch, ép khô, rồi cho v ào dungdịch axít 3-5%, có nồng độ 1% KMnO4, ngâm từ 1-2 giờ Sau đó vớt ra dùngnước rửa sạch KMnO4 Nếu yêu cầu về màu sắc không cao thì có thể giảm bướcnày Thực nghiệm chứng minh rằng: sản phẩm như thế thì màu sắc tương đốiđậm, nhưng những tính năng khác thì không có thay đổi gì

f) Tẩy gốc axetyl:

- Như trên đã nói, chitin qua bước xử lý bằng xút đậm đặc (40%), tẩy gốcaxetyl ta được chitosan Nhiệt độ lúc xử lý với xút có ảnh h ưởng rất lớn đến màusắc của thành phẩm Kết quả thí nghiệm ở bảng d ưới cho thấy rõ điều đó:

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

Nhiệt độnấu (0C)

Thời gian(giờ)

Màu củathành Phẩm

Hoà tan trong axít

axetic nồng độ 8%

2030406080100

1401202222223

TrắngTrắngVàng nhạtVàng nhạtMàu vàngVàng nâu

Hoà tanHoà tanHoà tanHoà tanHoà tanHoà tan

(Nguồn: Sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản- Trần Thị Luyến)

- Từ kết quả của bảng trên cho thấy rằng nhiệt độ nấu dưới 300C màu sắc đẹp,nhưng thời gian gia công quá dài, nhiệt độ nấu tăng lên 1000C chỉ cần 3 giờ,nhưng cho màu sắc kém Do đó, trong sản xuất, nếu muốn có màu sắc đẹp nênnấu ở nhiệt độ thấp, nếu yêu cầu về màu sắc không cao có thể nấu ở nhiệt độ caohơn Nói chung trong sản xuất nấu ở nhiệt độ 60-800C thời gian 20-24 giờ.

Bảng 1.3 Thành phần hoá học của các nguyên liệu chính sản xuất

I.2 MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN HIỆN NAY I.2.1 Quy trình sản xuất chitin- chitosan trên thế giới.

a) Quy trình sản xuất chitin từ tôm sông nước ngọt của Mayer và Lee, Đại học Louisiana, Hoa Kỳ (1989)

b) Quy trình sản xuất của nhóm nghiên cứu ở Thái Lan và Nhật Bản (1996)

độ cao nên phân tử lượng và độ nhớt của chitosan thu được thấp

t 0 phòng

 (1-2h)

Nguyên liệu Rửa, sấy khô Nghiền nhỏ đến 2mm Ngâm trong NaOH Rửa trung tính Sấy khô Ngâm trong HCl Rửa trung tính Sấy khô Nấu trong NaOH Rửa trung tính Sấy khô Chitosan

c) Quy trình sản xuất của Robert, Đại học Nottingham Trent, V ương Quốc Anh(1998)

- Nhận xét:

- Đây là quy trình tổng hợp từ các quy tr ình sản xuất trước đó Sản phẩmchitosan sản xuất theo quy trình này có màu trắng đẹp, các chất màu được loại bỏsạch trong quá trình tẩy màu Hàm lượng protitd và khoáng chất còn lại trongchitin thấp, chitosan thu được có tính đa dạng cao, tuỳ theo từng ứng dụng m à sửdụng cho phù hợp

- Quá trình tách protitd được thực hiện bằng ngâm trong Na2CO3 hoặc NaOH

Sử dụng Na2CO3 cho ta chế độ xử lý nhẹ hơn nên dẫn tới chitosan có phân tửlượng lớn hơn

- Chế độ của quá trình tách khoáng khác nhau, ch ỉ ra sự liên quan giữa nồng

độ và nhiệt độ của quá trình xử lý, đồng thời nó ảnh h ưởng mạnh đến chuỗichitin và chitosan thu đư ợc

- Trong quy trình sản xuất này có dùng chất tẩy màu nên màu sắc của chitin

và chitosan thu được trắng đều đẹp, tuy nhi ên phải xét tới ảnh hưởng của quátrình tẩy màu đến chất lượng chitosan như phân tử lượng và độ nhớt

- Quá trình khử acetyl đựơc tiến hành với các điều kiện xử lý khác nhau n êncho ra các sản phẩm chitosan cuối c ùng với tính chất rất đa dạng, khác nhau về

độ khử axetyl, phân tử l ượng và độ nhớt

d) Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman.

- Vỏ tôm hùm được rửa sạch và sấy khô ở 100 C, được khử khoáng bằng cáchngâm trong HCl 2N v ới tỷ lệ w/v = 1/10 ở nhiệt độ phòng trong thời gian t=5h,sau đó đem rửa trung tính rồi sấy khô ở 1000C, và nghiền thành bột mịn rồi tiếptục ngâm trong dung dịch HCl 2N với tỷ lệ w/v = 1/2,5 cũng ở nhiệt độ ph òngtrong thời gian 48h sau đó li tâm thu phần b ã và đem rửa trung tính Ngâm bã bột

đã rửa trong dung dịch NaOH 1N với tỷ lệ w/v 1/2,5 ở nhiệt độ t=1000C trongthời gian t=42h rồi đem ly tâm thu phần b ã và tiến hành rửa trung tính Sau đó lạitiếp tục ngâm trong dung dịch NaOH 1N với tỷ lệ v à nhiệt độ như trên, trong thờigian t=12h rồi đem ly tâm thu bã Tiếp theo rửa trung tính v à đem làm sạch bằngcách ly tâm với các chất theo thứ tự : n ước, ethanol, ether và làm khô ta thu đượcsản phẩm chitin dạng bột kem

Sơ đồ 4

HCl 2M

t0 phòng

5h w/v=1/10

HCl 2M

t0 phòng

48h w/v=1/2,5

NaOH1M

t0=1000C

42h w/v=1/2,5

e) Quy trình sản xuất của Pháp.

- Nguyên liệu (vỏ tôm) sạch được đem đi hấp chín, ph ơi khô, sau đó xay nhỏ

Tiến hành khử protein bằng dung dịch NaOH 3,5% với tỷ lệ w/v = 1/10 ở nhiệt

độ t=65C trong thời gian t=2h rồi vớt ra rửa trung tính, sau đó ngâm trong HCl1N với tỷ lệ w/v = 1/10 ở nhiệt độ phòng trong thời gian t=2h rồi vớt ra rôi tiếnhành tẩy màu các chất màu hữu cơ bằng aceton với tỷ lệ w/v = 1/5, ở nhiệt độphòng trong thời gian 30 phút, vớt ra v à rửa sạch sau đó tẩy màu lại bằng NaOCl0,135% với tỷ lệ w/v = 1/10 ở nhiệt độ phòng trong thời gian t= 6 phút rồi vớt rarửa trung tính ta thu đ ược chitin Sau đó tiến h ành deacetyl chitin b ằng NaOH40% tỷ lệ w/v = ¼ ở nhiệt độ t= 85C trong thời gian t=4h rồi đem rửa trung tínhthu được chitosan

- Ưu điểm :+ Thời gian sản xuất ngắn, sản phẩm có m àu sắc đẹp, sạch do có 2 b ước khửsắc tố

- Nhược điểm :+ Do NaOCl là một chất oxy hóa mạnh, ảnh h ưởng đến mạch polymer, do đó

độ nhớt của sản phẩm giảm r õ rệt Mặt khác aceton rất đắt tiền, tổn thất nhiều,giá thành sản phẩm cao Chưa kể đến các yếu tố an to àn sản xuất, công nghệ nàykhó áp dụng trong điều kiện sản xuất của n ước ta hiện nay

Sơ đ ồ 5

NaOH 3,5%

t0 = 650C

 2h w/v = 1/10

NaOCl 0.135%

t0 phòng

 6 phút w/v = 1/10

w/v = 1/5

I.2.2 Tổng quan về quy trình sản xuất chitin- chitosan ở Việt Nam a) Quy trình sản xuất của PGS.TS Trần Thị Luyến ( Đại học Nha Trang)

- Quy trình sản xuất:

Sơ đồ 6

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

- Nhận xét:

+ Đây là một quy trình được nghiên cứu đầy đủ về ảnh hưởng của chế độ xử

lý deacetyl (nồng độ, nhiệt độ, thời gian) đến chất l ượng chitosan (độ nhớt, độdeacetyl) Quy trình này có ý nghĩa cao vì nó đáp ứng được yêu cầu thực tế sử

dụng chitosan rất đa dạng, tuỳ v ào mục đích ứng dụng mà cần có độ nhớt và độdeacetyl khác nhau.

b) Quy trình của KS Đỗ Minh Phụng ( Đại học Thủy sản ) [2]

c) Quy trình sản xuất chitosan theo phương pháp bán thuỷ nhiệt (ĐH Dược TPHCM) [2].

- Thiết kế thiết bị sản xuất chitin - chitosan cần phải đưa ra các quy trình hợp

lý Từ các quy trình trên, em chọn quy trình sản xuất chung sau để làm cở sở choviệc thiết kế thiết bị

- Quy trình sản xuất:

Sơ đồ 9 I.2 Một số ứng dụng của chitin và chitosan.

a Trong công nghiệp thực phẩm.

- Chitin, chitosan và các d ẫn xuất của nó được ứng dụng nhiều trong phụ giathực phẩm, trong tác nhân bao gói v à chế biến nước uống

- Chitin và chitosan có th ể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn

Các nghiên cứu gần đây cho biết: Các lo ài động vật sẽ phát triển b ình thường khitiêu thụ 10% chitin có trong khẩu phần th ức ăn hàng ngày

NaOH 3,5%

t0 = 850C

 = 2h w/v = 1/10

của chitosan cố định dễ d àng trên biểu bì da bởi nhóm NH4+ liên kết với nhómaxít trong cấu tạo lớp tế bào sừng hoá của da, sau khi cố định chitosan c òn cónhiều nhóm NH4+ thừa được gắn với những chất giữ n ước hoặc những chất lọctia cực tím, vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem v à da.

- Chitosan dùng làm ch ất phụ da rất tốt cho kỹ nghệ b ào chế dược phẩm (keokết dính viên, tá dược chất tạo màng, tạo nang mềm… ) Chitosan là chất mangpolymer sinh học để gắn thuốc bằng li ên kết cơ học hay hoá học nhằm tạo rathuốc polymer có nhiều tác dụng mới

d 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 đ ộ 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

e 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 chuyểntiếp do tạo thành phức chất vòng nên được sử dụng làm chất keo tụ trong xử lýnước thải công nghiệp

f Trong công nghiệp nhẹ.

- Chitosan là chất phụ gia rất tốt trong xử lý bề mặt giấy, đặc biệt giấy cao cấpnhư giấy ảnh Do công thức hoá học của chitosan v à cellulose gần giống nhau,chỉ cần thay thế nhóm –NH2 của Chitosan bằng nhóm –OH của cellulose là có

thể từ vỏ tôm& cua có thể trở th ành cây, giúp các nhà công nghi ệp giấy có thêmmột loại nguyên liệu mới để sản xuất bột giấy.

- Chitin - chitosan là nguồn nguyên liệu rất quí để sản xuất các sản phẩm r ất

đa dạng phục vụ sản xuất v à đời sống xã hội, vì vậy nghiên cứu thiết kế thànhcông cụm thiết bị kỹ thuật sản xuất chúng ở qui mô công nghiệp l à một nhu cầucấp thiết trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa nền kinh tế n ước ta nóichung và công nghiệp chế biến thủy sản nói ri êng

CHƯƠNG II THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ

II.1 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN HI ỆN HÀNH.

- Một số thiết bị sản xuất chitin -chitosan hiện có trên thề giới và sản xuấttrong nước

a) Hệ thống máy, thiết bị của Na uy.

- Đây là một quy trình sản xuất Chitin – Chitosan khép kín c ủa một nhà máysản xuất chitin-chitosan của NaUy Thiết bị đồng bộ v à hiện đại

- Sản phẩm đạt năng suất v à chất lượng cao Tuy có những ưu điểm rõ rệtnhưng khi áp dụng vào điều kiện sản xuất của nước ta thiết bị có một số hạn chế :

+ Thiêt bị đồng bộ nên giá thành cao

+ Nhu cầu sản xuất lớn, chưa phù hợp với nước ta

Vắt nước

Chuyển Chitin qua ống

Nhần NL qua ống

DC

Rửa và vắt nước NL

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị sản xuất Chitin – Chitosan của NaUy.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị

b) Thiết bị sản xuất Chitin - Chitosan tại trường Đại Học Nha Trang.[

- Đây là thiết bị đã sản xuất và hiện đang vận hành tại trường Đại Học Nha

Trang, bước đầu đã mang lại hiệu quả nhất định Tuy nhi ên, khắc phục một sốnhược điểm đã nêu trên Trên cơ sở đó ta đi tìm hiểu và phân tích về cấu trúc vànguyên lý hoạt động để đưa ra phương án thi ết kế phù hợp với nhu cầu sản xuấtthực tế các nhà máy yêu cầu :

Ưu điểm.

- Thiết bị chiết xuất Chitin - Chitosan có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ sửdụng Các chế độ cùng với thời gian làm việc của mỗi chế độ điều đ ược thực hiệntheo chương trình Do đó, người công nhân làm việc nhiệm vụ chủ yếu l à giámsát quá trình làm việc của thiết bị và can thiệp xử lý sự cố (dừng máy, kiểm tra v àsửa chữa) khi có sự cố xảy ra

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

- Năng suất cao Máy có thể tích nhỏ gọn (k hoảng 1m3) nhưng với kết cấumáy hợp 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 sản xuất ra Chitosan - ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp sản xuấtbằng phương pháp thủ công

- Chi phí sản xuất thấp Đối với mỗi thiết bị chỉ cần một công nhân đảmnhận công việc giám xát quá tr ình chiết xuất Chitin- Chitosan Thời gian chiếtxuất Chitin - Chitosan của mỗi mẻ ngắn Chi phí khấu hao máy móc ít, giá thànhnăng 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 thấythời gian sản xuất ra Chitin đ ã giảm đi rất nhiều từ 48hxuống còn hơn 3h Cònthời gian sản xuất ra Chitosan đã giảm đi từ 48 ÷ 72 giờ xuống c òn hơn 16 giờ 30phút

- Tiết kiệm sức lao động của công nhân l àm việc Tạo môi trường làm việc

an toàn cho công nhân Do không ph ải tiếp xúc trực tiếp với hóa chất côngnghiệp trong quá trình chiết xuất Chitin - Chitosan

- Do thiết bị chiết xuất Chitin - Chitosan có dạng lồng ngang Rôto quay

Yêu cầu của thiết bị là các loại dung dịch hóa chất ở trong l òng Stato của thiết bịkhông được tuôn ra ngoài gây lãng phí hóa ch ất và nguy hiểm cho công nhân vậnhành máy Nhưng bộ phận làm kín nước không đảm nhận tốt chức năng của m ìnhcần phải có hướng khắc phục và hoàn thiện

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

- Các cánh đảo hơi ngắn không đảm nhận tốt chức n ăng khuấy đảo củamình Các cánh đảo không vuông góc với tiết diện ngang của Rôto n ên sản phẩm

bị dính vào trong các kẻ giữa cánh đảo và Rôto

c) Lựa chọn phương án thiết kế.

- Dựa trên các ưu nhược điểm của các thiết bị tr ên, em xin đưa ra phương ánthiết kế như sau :

+ Thiết bị được thiết kế sẽ có nguy ên ly hoạt động giống như nguyên lýcủa thiết bị sản xuất tại tr ường đại học Nha Trang

+ Kết cấu của thiết bị sẽ đ ược hoàn thiện hơn

+ Năng suất của thiết bị cao hơn phù hợp với lượng phế liệu của các nhàmáy chế biến thủy sản

II.1 XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ II.1.1 Phân tích các công đoạn chung của quy trình sản xuất chitin - chitosan

Qua cơ sở lý thuyết và các quy trình đã được thực hiện để sản xuất chitin chitosan hiện hành, có thể khái quát các công đo ạn phải xử lý trong quá tr ình sảnxuất như sau:

Sơ đồ 10

a) Quá trình ép khô & cắt:

- 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

và nước 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 chobước xử lý tiếp theo như : đảo, rửa, ly tâm Quá trình này được thực hiện ở mộtthiết bị riêng trước khi đưa trực tiếp vào thiết bị thùng quay để thực hiện cáccông đoạn rửa, đảo, ly tâm, sấy

b) Quá trình rửa:

- Đây là giai đoạn làm sạch nguyên liệu (vỏ tôm) trước khi cho vào máy, vìlúc đầu nguyên liệu (vỏ tôm) còn nhiều tạp chất Nếu giai đoạn n ày được làm tốtcùng với nguyên liệu tươi thì chất lượng chitin- chitosan sẽ tốt và tiết kiệm chiphí hóa chất ở các công đoạn sau

+ Ngâm đảo: Trong quy trình sản xuất chitin- chitosan thì ta có hai công

đoạn rất quan trọng, đó là ngâm axít và ngâm ki ềm Để rút ngắn thời gian traođổi chất của nguyên liệu với dung dịch cần phải đảo nguy ên liệu theo một tốc độnào đó

+ Rửa trung tính: Đây là giai đoạn trung gian giữa các công đoạn trong quy

trình sản xuất, để cho các công đoạn tiếp theo không còn lẫn dung dịch của côngđoạn trước

+ Ly tâm: Ly tâm đó là tách hàm lượng nước trong nguyên liệu (vỏ tôm) để

chuẩn bị cho quá trình sấy tiếp theo

- Vì vậy, vấn đề đặt ra là rút ngắn thời gian phụ và sản xuất theo một quytrình khép kín, cần phải thiết kế ra một thiết bị thực hiện tất cả các công đoạn củaquy trình sản xuất chitin – chitosan nêu trên

II.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống 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, y êu cầu kỹ thuật chung của chúng l àphải thích hợp với mỗi điều kiện nhất địn h cho năng suất cao và an toàn khi thựchiện Khi thiết kế sơ đồ thiết bị cần phải chú ý đến các y êu cầu chung của thiết bịlà:

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

các khả năng điều chỉnh các thông số kỹ thuật c ơ bản phù hợp: Nhiệt độ, thờigian thực hiện các công đọan công nghệ, nồng độ các hóa chất sử dụng ( kiềmNaOH hay axit HCl )

- Năng suất thiết bị cần đạt 500kg nguyên liệu /mẻ để phù hợp với nguồn phếliệu của các nhà máy chế biến thủy sản hiện nay v à 15 năm sau

- 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 và an tòan cho người sử dụng

- Khi thực hiện quy trình sản xuất chitin- Chitosan có những công đoạn làmviệc ở nhiệt độ cao do đó thiết bị phải có hệ thống đảm bảo nhiệt độ đúng y êucầu

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

- Trong quá trình ngâm đảo, Thiết bị phải quay ở một tốc độ ph ù hợp để cácphản ứng tách & khử sẽ xảy ra nhanh nhất v à tốt nhất

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

- Thiết bị có kết cấu và công nghệ chế tạo phù hợp với khả năng gia côngtrong nước và sử dụng tối đa các chi tiết & thiết bị ti êu chuẩn có bán trên thịtrường trong nước

II.2 THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGÂM - ĐẢO - LY TÂM 1I.2.1 Xây dựng sơ đồ động.

a) Phân tích các thiết bị cùng công dụng hiện có

- Thao tác công nghệ ngâm - đảo - ly tâm của thiết bị đều tiến h ành theonguyên tắc quay đảo, vì vậy có thể thiết kế sơ đồ động của thiết bị tr ên cơ sở máy

ly tâm Hiện nay có một số kết cấu máy ly tâm ly tâm nh ư sau:

- Máy ly tâm treo [1]

+ Ly tâm treo được chế tạo với nhiều kiểu c ơ cấu tháo khác nhau, trong đó có

cả tháo bằng tay Trong nhiều loại máy ly tâm th ì phổ biến nhất là ly tâm treo và

treo trên cột Những máy ly tâm này ít nhạy với đối với sự phân bố không đồngđều của vật liệu trong roto máy ly tâm treo thuận tiện khi tháo ở phía d ưới, máy

ly tâm treo trên cột sử dụng khi tháo ở phía tr ên cũng như khi tháo ở phía dưới

+ Nguyên lý cấu tạo của máy ly tâm treo là treo trục trong gối đỡ đặt cao h ơnđối với tâm quay quán tính của hệ Nhờ cách treo nh ư thế mà hệ có được tính ổnđịnh cao và tự định tâm được Bố trí gối đỡ và dẫn động bên trên roto cũng loạitrừ không cho chất lỏng gia công r ơi vào các bộ phận và làm nhẹ bộ phận tháosản phẩm phía dưới Ở trong những máy mới, kết cấu của máy ly tâm đ ã hoànchỉnh việc tháo bằng c ơ khí, nâng cao tốc độ làm việc của roto, cải tiến kết cấugối đỡ, phanh hãm dẫn chủ động

+ Cấu tạo: động cơ được đặt trên xà đỡ, thông qua hệ thống trục dẫn độngxuống roto Tốc độ của máy ly tâm đ ược điều khiển bằng bộ tăng tốc

Hình 2.3 Máy ly tâm treo tự động APN-1250

- Máy ly tâm ba cột tháo bằng tay

- Máy ly tâm liên tục :

+ Được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp sản xuất đ ường là máy ly tâmliên tục hình côn

Hình 2.4 Máy ly tâm 3 cột tháo vật liệu bằng tay

1 Roto, 2 Trục, 3 Động cơ điện, 4 Vỏ máy, 5 Chân chống

Hình 2.4 Máy ly tâm hình côn tháo v ật liệu bằng sức ly tâm

1 Rô to lọc, 2 Bình chứa hình côn, 3 Ổ đỡ, 4-5 Bộ giảm chân,

6 Vỏ dạng vành khăn, 7 Thùng chứa mật rỉ, 8 Thùng chứa đường

-Máy ly tâm tháo nguyên liệu bằng vít tải[1]

+ Trong những máy ly tâm này có hai thùng đồng tâm quay khác nhau; thùngngoài dùng để ly tâm, còn thùng trong để gắn băng xoắn hay cánh theo đ ườngống xoắn ốc

+ Với tốc độ quay giữa các thùng chênh nhau ít thì nguyên liệu tạo nên ởthành thùng ngoài được vận chuyển nhờ băng xoắn ốc hay các cánh về phía cửatháo qua đó nó được đưa về bộ phận thu hồi

+ Ngoài ra còn có một số loại máy ly tâm khác nh ư: máy ly tâm lắng- lọc,máy ly tâm lọc thẳng đứng, máy ly tâm hình côn tháo nguyên li ệu bằng sức lytâm, máy ly tâm có cánh, máy ly tâm có roto l ọc, máy ly tâm tháo nguyên liệubằng chất lỏng xung động

- Nhận xét:

+ Đối với máy ly tâm treo tự động APN -1250, mọi khâu đều được tự độnghoá và cho năng suất cao, thích hợp cho công việc sản xuất hàng loạt lớn, đem lạihiệu quả kinh tế cao Tuy nhiên, nhược điểm của máy ly tâm treo APN -1250 chiphí thiết kế cao, giá thành đắt, đòi hỏi người vận hành có trình độ nhất định

+ Với máy ly tâm liên tục thì năng suất cao hơn, làm việc liên tục, tốn ít thờigian do đó đem lại hiệu quả kinh tế lớn, thích hợp cho việc sản xuất h àng loạt

Nó cũng có nhược điểm là chi phí cao, giá thành đắt

+ Đối với máy ly tâm ba cột tháo nguy ên liệu có ưu điểm là chi phí cho thiết

bị thấp, giá thành rẻ, thích hợp cho sản xuất đơn chiếc Tuy nhiên nhược điểm

Hình 2.5 Máy ly tâm tháo vật lắng bằng vít tải

của máy là năng suất khơng cao, tốn thời gian cho cơng việc cấp liệu v à lấy sảnphẩm ra.

+ Máy ly tâm tháo nguyên liêu bằng vít tải cĩ thùng quay dạng hình cơn hayhình trụ Trong thời gian huyền phù chảy trong thùng từ đầu hẹp đến đầu rộngcủa nĩ thì nguyên liệu vận chuyển theo hướng ngược lại; khi đĩ nguyên liệuđược tách ra khỏi huyền phù bằng vít tải và theo đường tháo ra ngồi đi qua vùngsấy khơ, ở đây chúng mất đi một phần pha chất lỏng

b) Xây dựng sơ đồ động.

- Từ sơ đồ động các loại máy hiện cĩ và trên cơ sở yêu cầu của nhiệm vụ thiết

kế ta thiết lập sơ đồ kết cấu của máy như sau:

Hình 2.6 Sơ đồ động của hệ thống thiết bị

3- Bộ gia nhiêt và sấy 4- Bộ điều chỉnh nhiệt độ5- Thùng quay đảo rửa 6- Thùng đựng dung dịch gia cơng7- Bộ xả sản phẩm 8- Giá máy

9- Hệ thống xả dung dịch sau gia cơng

Động cơ

3 4

5 6

7 8 1

2

Van điều chỉnh lưu lượng

Bộ hòa trộn

Bình nước nóng Bình axit Bình kiềm

Axit thải Kiềm thải Nước thải

- Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị:

+ Các bình chứa (axít, nước, kiềm) cần cung cấp đủ lượng 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, hỗn 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

để bắt đầu cho quá trình ngâm đảo Lúc này rôto sẽ quay với một tốc độ xác địnhđược truyền từ động cơ thông qua hệ thống truyền động

+ Tuỳ theo từng yêu cầu của quy trình sản xuất chitin- Chitosan mà điềuchỉnh nhiệt độ dung dịch ở nhiệt độ nào đó Quá trình ngâm đảo được thực hiệntrong một thời gian nhất định, khi kết thúc công đoạn n ày, hệ thống van sẽ được

mở ra đưa dung dịch từ thiết bị ra một bể bên ngoài để tái tạo lại và sau đó máy

sẽ thực hiện chức năng ly tâm với tốc độ q uay xác định của rôto được tính toántrước, trong một khoảng 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 sẽchuyển sang công đoạn ngâm đảo kiềm, việc điều khiển hỗn hợp dung dịch đ ưavào thùng cũng thông qua hệ thống các van v à cũng quay với một tốc độ nhấtđịnh

+ 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

độ giống như tốc độ của quá trình ngâm đảo để tách nước từ nguyên liệu ra, côngviệc ly tâm được thực hiện trong một thời gian th ì sẽ đưa dòng không khí nóngvào thùng 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

bố trí sao cho khi động cơ quay ngược chiều với các công đoạn tr ước thì sảnphẩm tự động tháo ra ngoài và quá trình sản xuất kết thúc

II.2.2 Tính toán thiết bị ngâm đảo.

- Giới hạn chảy: ch=1100N/mm2 - Giới hạn bền: b=1300N/mm2

- Có khả năng chịu được dung dịch 50% NaOH và 25% HCl ở 80oC

II.2.2.2 Kích thước lồng quay (rôto) và thùng bao bên ngoài (stato).

- Vì mỗi mẻ nguyên liệu vỏ tôm có khối lượng là 500 kg, do đó kết cấu rôtophải được tính toán cho phù hợp cả khi ngâm - đảo, khi ly tâm và sấy Còn kếtcấu stato phải chứa đủ lượng dung dịch theo tỷ lệ quy trình đã cho

- Thể tích của nguyên liệu chứa trong thùng:

1 kg nguyên liệu vỏ tôm có thể tích là 0,0036 m3

Vậy 500 kg thể tích nguyên liệu là 1,8 m3

+ Mặc dù qua máy ép nhưng trong thành ph ần vỏ tôm vẫn còn lượng nước

+ Khi chưa ép thì %mH2O = 67%

+ Khi đó %mvỏ tôm=33%

+ Khối lượng riêng của H2O: 1000 kg/m3

+ Khối lượng riêng của vỏ tôm : 500 kg/m3

100

100 10

1

dm

kg lit

x

kg lit

- Thiết bị có dạng rôto lồng quay, vậy h ình dáng của stato theo dạng trụ:

- Thể tích stato phải đạt được ít nhất là 5000dm3 = 5m3.+ Gọi D1là đường kính stato,

+ Gọi L1là chiều dài stato.

+ Vậy ta chọn Vrôto= 2Vnguyên liệu

+ Vrôto= 2 x 1,8= 3,6 m3+ Gọi D2 là đường kính rôto

L2 là chiều dài rôto

6 , 3

2 2

2   D  L 

+ Từ (2.3), ta chọn L2 = 2,4 m = 2400 mm, D2 = 1,4 m= 1400 mm

+ Tương tự, ta chọn bề dày của rôto: δ = 10 mm

- Rôto có các lỗ để tách nước Tuỳ từng loại sản phẩm mà ta có các kíchthước lỗ khác nhau Ở đây, ta lấy kích th ước nguyên liệu lớn hơn 5 mm Để chonguyên liệu khỏi văng ra ta chọn lỗ ở thành rôto là r =4 mm Lỗ được bố trí tâm

lỗ cách nhau 30 mm (khoảng cách hai lỗ tâm các lỗ bố trí so le nhau)

II.2.3 Tính toán các bộ phận của thiết bị.

II.2.3.1 Tính toán công suất động cơ.

a) Xác định tốc độ quay của rôto (n r ):

- Khi thùng quay, vật liệu nằm trong thùng quay theo và nó chịu tác dụng củahai lực:

+ Trọng lực: G = m x g

2 2

2

30 R

m R m

phải lấy bé hơn tốc độ tới hạn (tốc độ tới hạn khi G = C)

- Vậy số vòng quay thực tế của thùng như sau:

vong phut

7 0



+ Chọn n r = 25 (vòng/phút) b) Tính tóan cánh khuấy.

- Các loại cánh khuấy thường được sử dụng dạng chính tâm, mái ch èo bản,mái chèo hai thanh thẳng hoặc chéo, mỏ neo, mỏ neo ghép loại n ày thường được

sử dụng khi vận tốc quay chậm.Loại chân vịt, tua bin kín … sử dụng khi vận tốcquay nhanh

- Từ yêu cầu đặt ra, thiết bị làm việc phải giảm tối đa sức lao động của côngnhân Do đó, khâu lấy sản phẩm ra ta thiết kế bộ cánh để khi quay ng ược chiềunguyên liệu sẽ tự động được đưa ra ngoài Vậy cánh trong rôto sẽ thực hiện cácchức năng đưa nguyên liệu ra ngoài đồng thời trong quá trình ngâm đảo cánhcũng được thực hiện chức năng khuấy, l àm phản ứng xảy ra nhanh hơn

- Hệ thống cánh phải có diện tích, bố trí hợp lý trong rôto Khi đ ưa sản phẩm

ra ngoài ta lấy tốc độ quay của rôto bằng tốc độ khi ngâm đảo

) / ( 21

R

- Tính toán chiều cao cánh dựa vào mức nguyên liệu phân bố trong thànhrôto, chiều cao cánh tối thiểu phải bằng n ửa chiều dày của lớp nguyên liệu phân

bố đều vòng quanh thùng rôto

Vnguyên liệu = (R2– r2) L2 = 3,14 (0,72– r2)  2,4 = 1,8

 r = 0,5m = 500 mm

- Vậy bề dày của nguyên liệu: b = R - r = 0,7 – 0,5 = 0,2 m = 200 mm

- Vậy chọn chiều cao cánh trong rôto l à: h = 150 mm

- Số cánh chọn z = 12 cánh

c) Công suất cần thiết để ngâm đảo

- Công suất cần thiết là: N = K (N1+ N2) (2.4)+ N1– Công suất khắc phục ma sát trong ổ lăn

+ N2– Công suất cần thiết đối với cánh đảo sản phẩm

+ K – Hệ số ảnh hưởng, lực cản của chất lỏng lên thùng (cánh) Vì tải nhỏnên việc ma sát trong ổ lăn không đáng kể coi N1 = 0

+ Suy ra: N = KN2 (2.5)

- Theo hệ SI, ta có:

) (