Nghiên cứu công nghệ và thiết bị để trích ly dầu từ quả bơ

TÓM T T Đề tài: ắNghiên cứu công ngh và thi t b để trích ly d u từ qu b ” nghiên cứu đề xuất công nghệ sản xuất dầu từ quả bơ bằng phương pháp ly tâm và thiết kế máy ly tâm với năng su

TÓM T T

Đề tài: ắNghiên cứu công ngh và thi t b để trích ly d u từ qu b ” nghiên

cứu đề xuất công nghệ sản xuất dầu từ quả bơ bằng phương pháp ly tâm và thiết kế máy ly tâm với năng suất đầu ra là 1000 lít dầu/8h Đề tài đã triển khai, nghiên cứu và

khảo sát các loại bơ ở Tây Nguyên, tìm hiểu về nguồn gốc, vùng phân bố cũng như các

sản phẩm chế biến từ quả bơ Trên cơ sở đó nghiên cứu hàm lượng dầu có trong các

loại bơ phổ biến ở Tây Nguyên để xác định loại bơ có hàm lượng dầu cao Tác giả đã xây dựng mô hình máy ly tâm để thực hiện các thí nghiệm ly tâm trích ly dầu từ quả

bơ Dựa vào kết quả thí nghiệm này, tác giả đã đề xuất công nghệ sản xuất dầu từ quả

bơ bằng phương pháp ly tâm Từ đó tính toán, thiết kế máy ly tâm dầu bơ hoàn chỉnh

phục vụ cho sản xuất công nghiệp

SUMMARY

Subject: "Research on the technology and equipment to extract avocado oil ": research on the avocado oil technology with the centrifugation method and design the centrifuge machine with output capacity is 1000 liters / 8h Threads deployed by the research, a survey of the avocado in Tay Nguyen, research about the origins,

iv

distribution areas, as well as products made from avocados In addition, the subjects

research oil content of the avocado in Tay Nguyen to determine the type of butter with

a high oil content The author has built centrifuge model experiments and performed

experiments centrifugal oil from the avocados Based on the results of this experiment,

the authors research on the avocado oil technology with the centrifugation method

From that calculation, design the centrifuge machine service for industrial production

Trang t ựa

Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan iii

Lời cảm ơn iv

Tóm tắt v

Mục lục vi

Danh sách các bảng x

Danh sách các hình xi

Ch ng 1 M Ở Đ U 1

Đặt vấn đề 1

v

1.3 Ý nghĩa của đề tài về khoa học và thực tiễn 3

1.3.1 Ý nghĩa về khoa học 3

1.3.2 Ý nghĩa về thực tiễn 3

Ch ng 2 T ỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 4

2.1.1 Giới thiệu về cây bơ 4

2.1.2 Thành phần dinh dưỡng và tính chất hóa học của quả bơ 7

2.1.3 Hàm lượng dầu của các giống bơ ở Việt Nam 9

2.1.4 Lợi ích của quả bơ 11

2.1.5 Các sản phẩm từ quả bơ 11

2.2 Tình hình nghiên cứu 12

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 12

2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài 17

2.3 Mục đích của đề tài 19

2.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 19

2.4.1 Nhiệm vụ của đề tài 19

2.4.2 Giới hạn của đề tài 19

2.5 Phương pháp nghiên cứu 19

Ch ng 3 C SỞ LÝ THUY T 3.1 Quá trình lắng ly tâm và lọc ly tâm 20

3.1.1 Lắng ly tâm 20

vi

3.1.2 Lọc ly tâm 21

3.2 Phân loại máy ly tâm 22

3.2.1 Máy ly tâm lọc 23

3.2.2 Máy ly tâm lắng 26

3.3 Tính toán thiết kế máy ly tâm thường 29

3.3.1 Xác định các thông số công nghệ của máy 29

3.3.2 Xác định năng suất máy ly tâm 31

3.3.3 Công suất máy ly tâm 32

3.4 Đánh giá phân tích các loại máy ly tâm 34

3.5.1 Chọn máy ly tâm 34

3.5.2 Chọn kiểu ly tâm 35

Ch ng 4 Đ XU T CÔNG NGH S N XU T D U T QU B 4.1 Công nghệ sản xuất dầu từ quả bơ bằng phương pháp ép 36

4.2 Đề xuất công nghệ sản xuất dầu từ quả bơ bằng phương pháp ly tâm 37

4.2.1 Chuẩn bị hổn hợp bơ trấu 37

4.2.2 Thí nghiệm 41

4.2.3 Đề xuất công nghệ sản xuất dầu từ quả bơ bằng phương pháp ly tâm 47

4.2.3.1 Phân loại 48

4.2.3.2 Rửa 48

vii

4.2.3.4 Xay 49

4.2.3.5 Sấy 49

4.2.3.6 Trộn trấu 49

4.2.3.7 Gia nhiệt 50

4.2.3.8 Ly tâm 50

4.2.3.9 Lọc thô, tinh 50

4.2.3.10 Lọc ly tâm 50

Ch ng 5 TÍNH TOÁN THI T K MÁY LY TÂM D U T QU B 51

5.1 Các yêu cầu thiết kế 51

5.2 Chọn phương án thiết kế 51

5.3 Sơ đồ máy thiết kế 51

5.4 Nguyên lý hoạt động của máy thiết kế 52

5.5 Các công việc tính toán thiết kế 52

5.6 Tính toán thiết kế các bộ phận của máy 52

5.6.1 Tính toán xác định các thông số công nghệ của máy 53

5.6.2 Tính công suất động cơ 54

5.6.3 Tính toán bộ truyền đai từ động cơ đến trục rô-to 57

5.6.4 Tính trục 60

5.6.5 Tính gối đỡ trục 65

5.6.6 Tính then 67

5.6.4 Thiết kế bộ phận nạp liệu 69

Ch ng 6 K T LUẬN Đ NGH 72

viii

6.1 Kết luận 72

6.2 Đề nghị 73

TÀI LI U THAM KH O 74

PH Ụ LỤC 77

DANH SÁCH CÁC B NG

TRANG

ix

Bảng 2.4 Đặc điểm và hàm lượng dầu của các giống bơ 10

Bảng 3.1 Đánh giá, phân tích các loại máy ly tâm 34

Bảng 3.2 Đánh giá, phân tích các loại máy ly tâm thường 35

Hình 1.1 Quả bơ 1

Hình 2.8 Máy ly tâm tách dầu Thompson 900E 15

Hình 2.10 Máy ly tâm dầu bơ Pieralisi SPI 444 ở California – Mỹ 17 Hình 2.11 Sản phẩm dầu bơ của công ty Avoro Avocado oil 17 Hình 2.12 Máy ly tâm Alpha Laval của công ty Olivad - New Zealand 18 Hình 2.13 Sản phẩm dầu bơ của công ty Olivado – NewzeaLand 18 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy ly tâm 20

Hình 3.3 Quá trình lọc ly tâm bằng lưới lọc (vách ngăn lọc) 22

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý máy ly tâm lọc làm việc liên tục có piston đẩy pha rắn

25

Hình 3.6 Máy ly tâm liên tục rô to hình nón tự tháo bã 25 Hình 3.7 Máy ly tâm lắng liên tục tháo bã bằng vít 26 Hình 3.8 Máy ly tâm lắng phân ly nhũ tương kiểu dĩa 27

Hình 4.2 Quả bơ sáp sử dụng cho thí nghiệm

37

38

Hình 4.14 Công nghệ sản xuất dầu từ quả bơ bằng phương pháp ly tâm 47

Hình 5.2 Bộ truyền đai từ động cơ đến trục của rô-to 57

Hình 5.5 Sơ đồ phân bố lực, biểu đồ mômen và kết cấu trục 62

xii

Ch ng 1

1.1 Đặt v n đ

Cây bơ – tên khoa học Persea americana và tên tiếng Anh là Avocado – là một

loại cây ăn quả nhiệt đới và cận nhiệt đới, đ c tr ng nhiều quốc gia Mêxicô, Mỹ, Colombia, Brazin, ζew Zealand, … n ớc ta, cây bơ đ c tr ng rộng rãi tại các

tỉnh Đ ng ζai, δâm Đ ng, Đăk δăk, Gia Lai, Chỉ riêng Đăk δăk, hiện nay đư

có diện tích bơ 4200ha, sản l ng đạt trên 300.000 tấn bơ quả trong năm [3]

Quả bơ thuộc nhóm quả mọng, quả có chiều dài khoảng 7-20cm, khối l ng

200-400g, cá biệt có quả chỉ nặng 100g, có quả nặng tới 1kg Trên thế giới, tại các

n ớc nh εỹ, Mexico, Úc, quả bơ đ c đánh giá cao và đ c sử d ng vào nhiều

m c đích khác nhau nh ăn quả t ơi, chế biến nhiều món ăn ngon, tinh chiết dầu ăn

và đ c sử d ng rất nhiều trong công nghiệp Những công d ng này mang lại tiềm năng phát triển lớn cho sản xuất và tiêu dùng

Hình 1.1: Quả bơ [11]

n ớc ta quả bơ chỉ đ c dùng để ăn t ơi và việc xuất khẩu quả bơ mang hiệu

quả kinh tế thấp Bên cạnh đó việc thu hoạch, vận chuyển và bảo quản bơ ch a

đ c quan tâm nhiều ζg i ta th ng dùng l ng để hái quả, có khi rung mạnh cây làm cho quả rơi xuống đất và bị trầy x ớc, gây h hỏng đến phần thịt quả Tây Nguyên việc thu hoạch quả th ng vào mùa m a nên việc thu hoạch và vận chuyển

gặp nhiều khó khăn ζhững giống bơ có phần đầu quả dài rất dễ bị gãy nếu vật ch a không thích h p Bơ khi về đến các ch bán lẻ thì nhanh chín và cũng nhanh chóng

h hỏng do nhiệt độ dự trữ t ơng đối cao (31-320

C) Nhìn chung, tỉ lệ hao h t sau thu hoạch c a quả bơ khá cao và việc bán quả t ơi mang lại hiệu quả kinh tế thấp [3] Trong khi đó, bơ là loại quả có hàm l ng dầu khá cao và dầu bơ đ c xác định là tốt cho s c khỏe vì ch a nhiều acid béo không bão hòa và thành phần phytosterol HDL [2]

- Dầu quả bơ có rất nhiều giá trị trong việc tái tạo và giữ ẩm cho làn da, bảo vệ

làn da không bị khô và tăng khả năng đàn h i c a da Đặc biệt là dầu bơ dùng cho ngành công nghiệp mỹ phẩm và còn đ c sử d ng làm dầu ăn cũng giống nh dầu

ô liu và tốt hơn dầu ôliu

- Dầu quả bơ có nhiệt độ sôi cao hơn 250o C vì thế rất phù h p cho nấu ăn Dầu bơ còn đ c dùng cho việc giữ độ ẩm và làm lành vết th ơng (tái tạo tế bào), một l ng dầu nguyên chất b sung có thể dùng làm n ớc r ới salát [2]

- Dầu quả bơ cung cấp các vitamin A, E, K, cùng với các khoáng chất kali, phốtpho, l u huỳnh và clo, đặc biệt nó rất giàu vitamin E Hơn nữa, vitamin E trong dầu bơ t n tại ch yếu dạng α-tocopherol là dạng có hoạt tính mạnh nhất Vitamin

E là chất chống oxi hóa, làm chậm tiến trình lưo hóa và bảo vệ cơ thể chống lại bệnh tim cũng nh các dạng ung th ph biến

- Dầu bơ đ c đánh giá là một trong những loại dầu có giá trị dinh d ỡng cao

nhất, tốt cho s c khoẻ hơn dầu h ớng d ơng và dầu ô liu Hơn thế nữa, dầu bơ đ c

xếp hạng th 5 trong danh sách những loại dầu tuyệt hảo vì là tác nhân chống cholesterol Dầu bơ đư đ c T ch c Tim mạch Nam Phi cấp Nhãn hiệu Trái tim vì ảnh h ng tích cực c a nó đến tim [2]

Hình 1.2: D ầu bơ [20]

Mặt khác, các kết quả nghiên c u còn cho thấy dầu bơ có tác d ng tốt đến da

và tóc, do đó các công ty sản xuất mỹ phẩm đư sử d ng dầu bơ làm thành phần trong nhiều loại kem d ỡng da và d ỡng tóc Đư có nhiều quốc gia trên thế giới thành công trong việc chiết xuất dầu từ quả bơ nh ng n ớc ta hiện nay vẫn ch a

có những nghiên c u về công nghệ này

Nhằm đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ quả bơ, chiết xuất ngu n dầu có

khả năng sử d ng trong công nghiệp, đ c sự h ớng dẫn c a thầy TS Đặng Thiện ζgôn, khoa Cơ Khí Chế Tạo εáy, tr ng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật TPHCM, tôi

tiến hành đề tài:“ ζghiên c u công nghệ và thiết bị để trích ly dầu từ quả bơ” với mong muốn đóng góp một phần công s c c a mình vào việc làm tăng giá trị c a

quả bơ giúp việc tr ng và chế biến quả bơ các tỉnh Tây Nguyên phát triển mạnh

và bền vững

1.2 Ph m vi nghiên cứu

Đề tài dừng lại việc nghiên c u t ng quan về cây bơ, đề xuất công nghệ sản

xuất dầu bơ bằng ph ơng pháp ly tâm và tính toán, thiết kế máy ly tâm dầu bơ

1.3 ụ nghĩa khoa học và thực ti n

1.3.1 V mặt khoa học:

- Đư đề xuất đ c công nghệ sản xuất dầu bơ bằng ph ơng pháp ly tâm

- Đư đề xuất đ c giải pháp kỹ thuật thay thế việc ép dầu bơ một cách th

bằng thiết bị cơ khí bán tự động

1.3.2 V mặt thực ti n

- Đư góp phần tạo ra một sản phẩm mới từ quả bơ là dầu bơ, có hàm l ng dinh d ỡng cao dùng trong công nghiệp (ngành thực phẩm và mỹ phẩm) Góp phần làm tăng giá trị c a quả bơ và tạo công ăn việc làm cho nhiều ng i

Đề tài g m có các ch ơng:

- Ch ơng 1: ε đầu

- Ch ơng 2: T ng quan

- Ch ơng 3: Cơ s lý thuyết

- Ch ơng 4: Đề xuất công nghệ sản xuất dầu bơ

- Ch ơng 5: Tính toán, thiết kế máy ly tâm dầu bơ

- Ch ơng 6: Kết luận và kiến nghị

với lá mầm nạc ζhiệt độ thích h p cho cây là 250

C bình quân các tháng nóng và

150C bình quân cho các tháng lạnh Cây bơ cần l ng m a bình quân là 1200mm/năm [11]

Đất tr ng bơ cần có tầng sâu ít nhất là 1 mét Bơ yêu cầu đất cát nhẹ và dễ thoát

n ớc, mực n ớc ngầm phải sâu trên 2 mét, độ pH thích h p là 5- 6,5, cây bơ phát triển tốt trên đất đỏ bazan

xếp vào loài Persea drymyfolia Đặc tính c a 3 ch ng loại bơ quan trọng:

- Ch ng εexico: có lá thay đ i nhiều về kích th ớc, lá có màu xanh l c, mặt

nhạt hơn mặt trên, đặc biệt khi vò lá ngửi có mùi hôi anique Trái th ng dài dạng quả lê, dạng đu đ Chất l ng rất tốt do hàm l ng chất béo rất cao: 15-30% (trên thị tr ng gọi là bơ sáp) Vỏ trái mỏng, th ng trơn tru, khi chín có màu xanh, vàng xanh, hay đỏ tím, đỏ sẫm tùy giống Hạt hơi lớn, vỏ hạt mỏng, mặt ngoài hạt trơn

láng, khi chín hạt nằm lỏng trong lòng quả nh ng lắc không kêu Th i gian từ khi ra hoa đến lúc trái chín th ng từ 8-9 tháng Đây là ch ng bơ có chất l ng cao nhất

th ng sần sùi nh da cá sấu Hạt nhỏ và nằm sát trong lòng quả Thịt quả dày cơm,

có hàm l ng dầu béo 10-15% εặt ngoài hạt láng hoặc trơn láng Ch ng này có

và chịu mặn (3% trong n ớc t ới)

Mexico Mùi hôi ζhỏ εỏng

0.8mm Cao To

δỏng không dính thịt

có

Dày từ 1.5-1.8mm

Trung bình ζhỏ

Dính chặt vào thịt

Khá tốt

Chịu rét khá tốt

Antilles Không

hôi

Rất lớn hoặc rất nhỏ

Trung bình 0.8-1.5mm

Thấp To

δỏng, khi chín lắc kêu

Yếu

Chịu nóng, chịu mặn

B ng 2.2: B ng so sánh giữa 3 lo i b [11]

Đặc điểm Giống εexico Giống Guatemala Giống Antilles

Cây

Thích nghi khí hậu Bán nhiệt đới Cận nhiệt đới Nhiệt đới

Hiện tại n ớc ta tr ng 3 ch ng bơ chính: εexico, Antilles, Guatemala εỗi

ch ng có nhiều giống, mỗi giống có những đặc tính về hình thái và hàm l ng dầu khác nhau Trong n ớc hiện có trên 30 giống bơ đ c tr ng ph biến Viện khoa

học kỹ thuật lâm nghiệp Tây ζguyên đư l u đ c 57 giống

Tuy nhiên, ng i dân địa ph ơng và t nhân phân quả bơ thành ba nhóm bơ chính: bơ sáp (bơ dẻo), bơ mỡ và bơ n ớc Bơ sáp có hàm l ng dầu cao nhất và hàm l ng dầu càng cao thì vị càng ngon Bơ n ớc có hàm l ng dầu thấp nhất, bơ

mỡ có hàm l ng dầu gần bằng bơ sáp nh ng thêm vào đó nó có vỏ sáng và bóng láng hơn Quả bơ không bao gi chín trên cây Do đó nó sẽ đ c hái trong trạng thái xanh và c ng ζg i ta th ng hái khi nó đạt một độ già nhất định Khi ch a

cần thu hoạch, ng i làm v n có thể để quả bơ nằm yên trên cây trong suốt 6 tháng kể cả khi trái đư phát triển đầy đ , trừ khi có gió lớn

Căn c vào các đặc điểm trên, vùng phân bố c a các ch ng bơ Việt Nam c

- Vùng Di δinh: đ c xem là vùng phân bố ch ng Guatemala

- Vùng chuyên canh bơ Tây ζguyên: ch yếu tại tỉnh Đăkδăk

2.1.2 Thành ph n dinh d ỡng và tính ch t hóa học của qu b

Quả bơ thuộc nhóm quả mọng, lúc đầu nó có hình dạng t ơng tự trái lê nên

trong tiếng Anh nó còn đ c gọi là “alligator pear” hay “butter pear” Về sau, do quá trình lai tạo giống, bơ có thêm nhiều hình dạng khác: tròn, tr ng, thuẫn Quả có

ều dài khoảng 7-20 cm, khối l ng 200-400g, cá biệt có quả chỉ nặng 100 g, có

Về cấu tạo, bao ph bên ngoài quả là 1 lớp vỏ với bề dày 0,5-2 mm, kế đến là

lớp thịt quả có màu vàng kem, vàng bơ, hoặc vàng xanh, và ngay giữa quả có 1 hạt

với đ ng kính 30-50 mm Tỉ lệ c a các thành phần này trong quả khác nhau tùy vào giống, th ng là: thịt: 65%, hạt: 20%, vỏ: 15% [12]

Hình 2.2: Tỉ lệ các thành phần trong quả bơ [10]

Các chất dinh d ỡng tập trung phần thịt quả - cũng là phần ăn đ c c a quả bơ

Phần vỏ và hạt có giá trị dinh d ỡng thấp, hơn nữa lại ch a độc tố

Về mặt cảm quan, quả bơ không ngọt, cũng không chua, mà có vị béo Đó là do trái

bơ có hàm l ng chất béo cao: bằng 3-30% khối l ng thịt quả, và chiếm tới 70% khối l ng vật chất khô trong thịt quả Hơn nữa, chất béo này rất dễ tiêu, có

60-thể đ c hấp thu tới 92,8% [13] Tuy hàm hàm l ng dầu không nhiều nh trong các hạt ch a dầu, nh ng xét trong nhóm trái cây thì bơ thuộc loại trái cây có hàm

l ng dầu cao

ζgoài ra bơ còn dẫn đầu nhóm 5 trái cây giàu E, bao g m: bơ, kiwi, xuân đào, nho,

đào và nhóm 5 trái cây giàu –Sitosterol, g m: bơ, cam, anh đào, táo, chuối [13]

B ng 2.3: Giá tr dinh d ỡng trong th t qu b [3]

Ch t dinh d ỡng Giá tr trong 100g th t qu

- Thành phần hóa học: quả bơ ch a n ớc 60%, protid 2,08%, lipid 20,10%,

glucid 7,40%, tro 1,26%, nghèo về chất khoáng, các aminoaacid là: cystin,

tryptophan, có nhiều chất kháng sinh Quả bơ còn có vitamin A, B và C (19-20mg%) [13]

- Tính vị, tác d ng: quả bơ là một loại th c ăn gần đầy đ , rất dễ tiêu hoá

làm cân bằng thần kinh và còn có tác d ng chống tăng độ acid c a n ớc tiểu

2.1.3 HƠm l ng d u c ủa các giống b Vi t Nam

B ng 2.4: Đặc điểm vƠ hƠm l ng d u của các giống b [3]

Taylor Hình lê Xanh sậm, sần

sùi

Nhỏ đến trung bình Vừa 12-17

Hall Hình lê Xanh sậm, dày,

Booth 7 Tròn Nâu nhạt, láng Trung bình

đến lớn Lớn 12-15 Monroe Thuẫn Xanh sậm, dày,

Theo [2], hàm l ng dầu trong quả bơ thấp giai đoạn ch a chín, r i tăng dần

và đạt cao nhất giai đoạn chín, sau đó lại giảm dần khi quả bị chín r c

Hình 2.3: Quan hệ giữa hàm l ợng dầu và độ chín [19]

Quả bơ có ch a axit oleic cao giúp ngăn ngừa ung th vú và chống ung th

thận Một số h p chất có trong trái bơ có thể phát hiện những tế bào có khả năng ung th hoặc gây ung th miệng và tiêu diệt chúng mà không gây hại đến những tế bào khỏe mạnh [12]

c) Tăng c ng dinh d ỡng

Các chất béo có l i trong quả bơ giúp hấp th chất dinh d ỡng tốt Món salat

trộn với một vài lát bơ sẽ giúp hấp thu đ c chất dinh d ỡng tốt hơn εột nghiên

c u đại học Ohio cho rằng những ng i ăn cà chua kèm với quả bơ sẽ hấp th

d) N găn ngừa b nh tim

Phết thịt quả bơ t ơi lên bánh mì Sandwich hay bánh mì n ớng thay cho bơ động vật giúp giảm tiêu th calo, chất béo bão hòa, natri và cholesterol Quả bơ phù

h p với khuyến cáo về chế độ ăn c a Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ với n ng độ chất béo từ thấp đến trung bình [12]

2.1.5 Các s n phẩm từ qu b

Những sản phẩm chính từ bơ là quả t ơi và dầu đ c chiết xuất từ quả t ơi

Quả t ơi đ c sử d ng làm th c ăn, đặc biệt là dầu bơ dùng cho ngành công nghiệp mỹ phẩm và còn đ c sử d ng làm dầu ăn cũng giống nh dầu ô liu và tốt hơn dầu ôliu Quả bơ còn có thể đ c sử d ng d ới những hình th c sau:

- ζ ớc sốt guacamole, bắt ngu n từ Mexico và lan rộng đến Mỹ và Châu Âu;

- Món salát;

- Sinh tố bơ;

- Trộn với kem;

- Trung Mỹ, bơ đự c trộn với cơm trắng;

- Đặc biệt là dầu bơ;

2.2 Tình hình nghiên c ứu

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trong n c

a) Thi t b ép d u b

- Tr ng đại học đại học Nông Lâm TPHCM, đư nghiên c u quy trình ép

dầu từ quả bơ bằng máy ép th y lực thích h p cho việc sản xuất th công, kết quả là năng xuất dầu thu đ c thấp và chất l ng ch a cao Thiết bị trong n ớc hiện nay

chỉ dừng lại m c thí nghiệm, ch a thiết kế thành máy hoàn chỉnh đ a vào sử d ng trong thực tế

Hình 2.4: Máy ép th ủy lực

1: Xylanh; 2: Pittong ; 3: Nguyên liệu; 4: Bu ng ép

5: Khe ép ; 6: Khe ép; 7: Van điều khiển

Nguyên lý: nguyên liệu ch a trong các túi hoặc trong xi lanh, pit-tông đi

xuống sẽ làm khối vật liệu giảm thể tích, dầu chảy ra ngoài theo l ới lọc hay vải, bã

sẽ đ c lấy ra khỏi túi

tr c ép (5) nguyên liệu di chuyển dọc theo tr c ép, do tr c ép có đ ng kính thay

đ i nên áp suất tạo ra trong bu ng ép có xu h ớng tăng dần, từ đó tạo ra áp lực để

tách pha rắn và pha lỏng trong nguyên liệu ra, dầu chảy xuống máng (8), bánh dầu thoát ra cửa xả đầu tr c (7)

- Trong n ớc hiện nay ch a có thiết bị ly tâm dầu bơ

- Một số ngành nh sữa, dầu thực vật, mía đ ng đư ng d ng công nghệ

tâm vào trong sản xuất và đạt đ c năng suất cao

Máy ly tâm ứng dụng trong công nghệ chế biến sữa:

Hình 2.6: Máy ly tâm tách béo [17]

Giọt cầu béo trong sữa có đ ng kính trung bình d = 3μm, khối l ng riêng

chất béo ρb = 980 kg/m³, khối l ng riêng pha lỏng ρδ = 1028 kg/m³, độ nhớt pha

lỏng μ = 1,42x10Ổ³ kg/m.s

Hình 2.7: Máy ly tâm tách vi sinh vật [18]

Máy sử d ng lực ly tâm cao – tốc độ quay 7200 vòng/phút, cho phép loại

bỏ hầu hết các vi khuẩn có hại tr ớc khi xử lý thanh trùng, đảm bảo chất l ng sữa

tốt nhất cho ng i tiêu dùng, giữ đ c trọn vẹn các vitamin, khoáng chất và h ơng

vị thơm ngon vốn có từ sữa bò t ơi nguyên chất

Máy ly tâm tách dầu thực vật:

Hình 2.8: Máy ly tâm tách dầu Thompson 900E [20]

- u điểm:

+ζăng suất cao, tiết kiệm th i gian và tiết kiệm năng l ng

+ Cho ra sản l ng dầu cao, chế độ vận hành hoàn toàn tự động

Hình 2.9: Máy ly tâm đ ờng [15]

2.2.2 Tình hình nghiên cứu n c ngoài

- Dầu bơ đ c sản xuất bằng ph ơng pháp ly tâm các n ớc nh εexico,

Mỹ, Canada, những kết quả nghiên c u này đư đ c ng d ng thành công vào trong

sản xuất và đư mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho doanh nghiệp và tập đoàn lớn trên thế giới

+ u điểm: máy quay với tốc độ lớn, cho năng suất cao

+ Khuyết điểm: giá dầu cao 5 USD/chai 250ml

Hình 2.10: Máy ly tâm dầu bơ Pieralisi SPI 444 ở California – Mỹ [22]

Hình 2.11: Sản phẩm dầu bơ của công ty Avoro Avocado oil [20]

- Công ty Olivado ζew Zealand đư đ a ra thị tr ng máy ly tâm hiện đại Alpha δaval để sản xuất dầu bơ bằng ph ơng pháp ép lạnh: nguyên liệu bơ đầu tiên

sẽ đ c nghiền trong một máy xay tốc độ cao, sau đó trộn đều trong máy trộn, r i

dùng máy tách pha để phân chia 3 pha: n ớc, dầu, chất rắn, cuối cùng dùng thiết bị

ly tâm để lấy ra dầu tinh khiết [21]

Hình 2.12: Máy ly tâm Alpha Laval của công ty Olivad - New Zealand [21]

+ u điểm : máy quay với tốc độ lớn, cho năng suất cao

+ Khuyết điểm: khó chế tạo và vận hành máy ph c tạp, giá thành và giá dầu cao 5 USD/chai 250ml

Hình 2.13: S ản phẩm dầu bơ của công ty Olivado – NewzeaLand [21]

2.3 M c đích của đ tài

- Đề xuất công nghệ sản xuất dầu bơ theo ph ơng pháp ly tâm

- Xây dựng mô hình thí nghiệm để xác định các thông số thiết kế

- Tính toán, thiết kế thiết bị sản xuất dầu bơ

2.4 Nhi m v và gi i h n c ủa đ tài

2.4.1 Nhi m v đ tài

- Nghiên c u công nghệ trích ly dầu từ quả bơ

- Đề xuất ph ơng án trích ly dầu

- Xây dựng mô hình thí nghiệm để xác định các thông số thiết kế

- Tính toán, thiết kế thiết bị trích ly dầu từ quả bơ

2.4.2 Gi i h n của đ tài

- Nghiên c u trích ly dầu từ quả bơ sáp

- Công nghệ trích ly dầu dựa trên nguyên lý ly tâm

- Thiết kế thiết bị trích ly dầu theo nguyên lý ly tâm

2.5 Ph ng pháp nghiên cứu

- Ph ơng pháp nghiên c u lý thuyết: tham khảo tài liệu có liên quan để

v cho đề tài

- Ph ơng pháp điều tra khảo sát: tìm hiểu về quả bơ ( hàm l ng dầu,công

d ng, phân loại, diện tích tr ng và phân bố)

- Ph ơng pháp thử và sai: tiến hành làm 3 thí nghiệm để xác định khối

dầu bơ thu đ c bằng ph ơng pháp ly tâm và xác định pham vi số vòng quay trích

ly dầu bơ

Ch ng 3

C SỞ LÝ THUY T

3.1 Quá trình l ng ly tâm vƠ lọc ly tơm

Quá trình phân ly dựa vào tr ng lực ly tâm để phân riêng hỗn h p thành hai pha rắn và lỏng thành các cấu tử riêng biệt gọi là quá trình ly tâm εáy thực hiện quá trình đó gọi là máy ly tâm

Trong quá trình ly tâm lắng và lọc, nguyên liệu chuyển động quay cùng với rô-to

c a máy δực ly tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối l ng riêng khác nhau phân lớp theo h ớng c a gia tốc tr ng lực Thành phần có khối l ng riêng lớn nhất sẽ tập trung vùng xa tâm nhất, còn phần có khối l ng riêng nhỏ nhất tập trung tâm

c a rô-to Tùy theo cấu tạo bề mặt rô-to mà quá trình ly tâm tiến hành theo nguyên tắc lọc ly tâm hay lắng ly tâm Do đó cũng có hai loại máy ly tâm: máy ly tâm lắng

và máy ly tâm lọc

3.1.1 L ng ly tơm

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy ly tâm [8]

Hình 3.2: Sơ đồ quá trình lắng ly tâm [8]

(lắng trong huyền phù và phân riêng nhũ t ơng)

Rô-to c a máy ly tâm lắng có dạng hình tr , kín, thành c a rô-to không có đ c lỗ Khi rô-to quay d ới tác d ng c a lực ly tâm, huyền phù hay nhũ t ơng đ c phân

quá trình: quá trình lắng pha rắn tiến hành theo những quy luật c a th y động lực học, quá trình nén bư tiến hành theo những qui luật cơ học

Quá trình lắng trong máy ly tâm khác quá trình lắng trong tr ng trọng lực δắng trong tr ng trọng lực, vận tốc lắng coi nh bằng nhau các vị trí khác nhau vì gia tốc trọng tr ng không ph thuộc vào tọa độ rơi, hạt lắng theo ph ơng song song với nhau Trong tr ng lực ly tâm vận tốc lắng và gia tốc ly tâm thay đ i ph thuộc vào vận tốc gốc ω và bán kính quay r (a= ω2r), hạt lắng theo ph ơng đ ng kính rô-to

3.1.2 Lọc ly tơm

Máy ly tâm lọc dùng để phân riêng huyền phù có kích th ớc pha rắn t ơng đối lớn Trên thành rô-to c a máy ly tâm lọc khoan nhiều lỗ hoặc làm bằng l ới,

đ ng kính lỗ trên thành rô-to th ng trong giới hạn 3-8 mm Bên trong thành rô-to

có l ới có kích th ớc nhỏ để lọc đ c hạt các huyền phù ζếu đ ng kính các hạt rắn 1-2 mm, thì vách ngăn làm bằng thép tấm mỏng và đ c khoan các lỗ nhỏ có

đ ng kính khoảng 1- 1,5 mm ζếu các hạt rắn nhỏ hơn nữa thì phải dùng l ới kim loại có lỗ hình vuông với kích th ớc lỗ l ới 0,1-0,5 mm ζếu kích th ớc hạt rắn nhỏ hơn dùng lớp vải bằng s i bông, s i gai hoặc len, …

- Quá trình lọc ly tâm g m 3 quá trình:

+ Quá trình tạo bư + Quá trình nén bã + Quá trình tách n ớc và sấy bư

Hình 3.3: Quá trình lọc ly tâm bằng l ới lọc (vách ngăn lọc)[9]

3.2 Phơn lo i máy ly tơm

Có thể phân loại máy ly tâm theo dấu hiệu khác nhau:

- Theo quá trình phân ly: máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc

- Theo ph ơng th c làm việc ta có các loại:

+ εáy ly tâm làm việc gián đoạn + εáy ly tâm làm việc liên t c + Máy ly tâm làm việc liên t c

- Theo kết cấu bộ phận tháo bư ta có các loại:

+ εáy ly tâm tháo bư bằng dao + Máy ly tâm tháo bư bằng vít xoắn +εáy ly tâm tháo bư bằng piston +εáy ly tâm tháo bư tự động + εáy ly tâm tháo bư bằng tay

- Theo yếu tố phân ly ta có các loại:

+ εáy ly tâm th ng có Ф < 3000

+Máy ly tâm ba chân + Máy ly tâm treo

3.2.1 Máy ly tơm lọc

- Máy ly tâm ba chân: đây là loại máy làm việc gián đoạn, có thể tháo bư

bằng tay, bằng dao hoặc bằng khí động, th ng dùng để ly tâm huyền phù ch a các hạt rắn nhỏ, trung bình hoặc làm khô bư lọc εáy g m có rô-to đ c bao bọc b i vỏ,

thân máy gắn với vỏ đ c đặt trên 3 lò xo cánh nhau 120o và động cơ lắp trân thân máy nối với bánh đai phía d ới r i truyền sang tr c máy làm quay rô-to

Hình 3.4: Máy ly tâm ba chân tháo bã bằng dao[9]

- Máy ly tâm liểu treo: loại máy này dùng để phân riêng huyền phù mịn và

trung bình, do đó nó th ng đ c dùng trong các nhà máy đ ng, nhà máy hoá chất, thực phẩm, … εáy g m có rô-to ghép với đầu d ới c a tr c quay, khe h giữa các nan hoa chính là các lỗ tháo bư Khi máy đang làm việc thì chóp sẽ đậy kín đáy rô-

to Khi tháo bư thì dừng máy và nâng chóp lên, đ ng th i dùng dao để cạo bư xuống

d ới qua các lỗ giữa các nan hoa

- Máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao: các loại máy ly tâm trên đây, lúc

tháo bư đều phải hưm máy, do đó mất th i gian và tiêu hao năng l ng vô ích δoại máy ly tâm nằm ngang tháo bư bằng dao cũng làm việc gián đoạn nh ng tất cả các giai đoạn đều đ c tự động hoá nên th i gian c a một chu kỳ ngắn hơn loại tháo bư bằng tay

Sau khi m máy cho rô-to quay thì cho huyền phù vào rô-to theo ống tiếp liệu (trên ống có lắp một van đặc biệt) Sau khi huyền phù đư vào đ l ng yêu cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm δớp bư trong rô-to ngày càng dày lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy lanh lực hạ pit-tông xuống kéo theo dao cạo bư, cạo thành lớp mỏng rơi xu ng máng h ng phía d ới ζh vậy dao lấy bư ra một cách gián đoạn và chuyển động xoay c a dao là nh chuyển động tịnh tiến c a pit-tông

b) Máy ly tâm làm việc liên tục

Trong các máy ly tâm làm việc liên t c, huyền phù (hay nhũ t ơng) liên t c

đ c cho vào, còn n ớc trong và bư liên t c đ c lấy ra δoại này g m có các loại máy ly tâm khác nhau

- Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bã bằng pit-tông: loại máy ly

tâm này dùng để ly tâm huyền phù đặc (50% pha rắn tr lên), kích th ớc hạt khoảng 0,04-0,12mm Th ng dùng để ly tâm các huyền phù mà pha rắn dạng tinh thể nh (ζH4)2SO4, ζaCl, CaSO4, εáy g m có một pit-tông chính lắp chặt lên một đầu c a cần đẩy, còn đầu kia c a cần đẩy thì lắp pit-tông c a xylanh lực điều khiển bằng dầu hoặc khí nén Cần đẩy nằm trong tr c rỗng, một đầu tr c rỗng lắp chặt rô-to, đầu kia lắp bánh đai chuyển động Cần đẩy cùng quay với tr c rỗng

để phân phối đều huyền phù, đ ng th i chuyển động tịnh tiến qua lại 12-16 lần/gi

để đẩy bư ra khỏi rô-to

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý máy ly tâm lọc làm việc liên tục có piston đẩy pha rắn[8]

- Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm: máy ly tâm tháo bư bằng lực ly tâm g m

có rô-to lọc hình côn, lắp công-xôn trên tr c thẳng đ ng và tr c quay trên các đỡ

đỡ đ c đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su Rô-to quay đ c nh động cơ qua bộ phận truyền động đai ζguyên liệu liên t c chảy thành dòng vào trong rô-to hình côn Do tác d ng c a lực ly tâm, huyền phù di chuyển dọc theo l ới lọc c a rô-

to Chất lỏng đ c tách ra qua lỗ l ới c a rô-to, còn bư đ c rửa sạch và làm khô Thành phần lỏng đi vào bộ phận ch a hình vành khăn, phần bư rắn chuyển động lên trên văng ra khỏi rô-to và đ c đ a vào thùng ch a

Hình 3.6: Máy ly tâm liên tục rô-to hình nón tự tháo bã[9]

Góc nghiêng c a rô-to lọc phải bảo đảm cho huyền phù chuyển động lên phía trên,

d ới tác động c a áp suất phần nguyên liệu mới đ a vào δỗ c a l ới lọc c a rô-to lọc hình côn dạng khe có chiều rộng khoảng 0,04- 0,15mm Vì thế mà s c cản c a

l ới lọc rất lớn, t ơng đ ơng với s c cản c a bư (có chiều dày khoảng vài milimet)

3.2.2 Máy ly tơm l ng

δoại này dùng để phân ly huyền phù mịn có n ng độ trung bình và lớn

Trong công nghiệp thực phẩm loại máy này dùng để tách tinh bột ra khỏi n ớc quả, trong các ngành công nghiệp khác dùng để phân riêng pha rắn và pha lỏng

εáy g m có hai rô-to, rô-to ngoài có dạng hình nón hoặc tr nón, rô-to trong có dạng hình tr mà mặt ngoài c a nó có gắn vít tải Rô-to trong và rô-to ngoài quay cùng chiều nh ng rô-to trong quay chậm hơn rô-to ngoài 1,5-2 % (khoảng 20-100vg/ph) nh hộp giảm tốc vi sai Rô-to trong có đ c các lỗ để dẫn huyền phù nhập liệu Góc nghiêng phần hình nón c a rô-to khoảng 9-10o Quá trình lắng xảy ra trong khoảng không gian giữa hai rô-to, bư bám vào mặt trong c a rô-to ngoài và

đ c vít tải đẩy về phía cửa tháo bư ζ ớc trong đi về phía ng c lại, chảy qua các