Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất mỡ cá năng suất 200 tấn/ngày

Mục lục Trang Lời mở đầu ………………………………………………………………………………………………... 3 Chương I: Tổng quan về nguyên liệu 1. Nguồn nguyên liệu khai thác mỡ cá………………………………………………………………………………. 3 2. Cá Tra………………………………………………………………………………………………………………………………… ………. 6 2.1. Phân loại………………………………………………………………………………………………………………………….. 6 2.2. Đặc điểm sinh lý, sinh thái………………………………………………………………………………………… 7 2.3. Thành phần cấu tạo cá Tra……………………………………………………………………………………….. 8 2.4. Thành phần hóa học mỡ cá Tra………………………………………………………………………………. 9 3. Các chỉ tiêu của mỡ cá……………………………………………………………………………………………….. 11 3.1. Chỉ tiêu cảm quan……………………………………………………………………………………………………….. 11 3.2. Chỉ tiêu hóa lý………………………………………………………………………………………………………………. 12 4. Kỹ thuật khai thác………………………………………………………………………………………………………………. 14 4.1. Phương pháp ép…………………………………………………………………………………………………………... 14 4.2. Phương pháp chiếc bằng dung môi………………………………………………………………………. 22 4.3. Phương pháp thủy phân bằng enzim……………………………………………………………………. 23 5. Các hướng ứng dụng của mỡ cá……………………………………………………………………………………. 24 Chương II: Quy trình công nghệ khai thác mỡ cá 1. Sơ đồ QTCN……………………………………………………………………………………………………………………. ….. 26 2. Thuyết minh QTCN……………………………………………………………………………………………………………. 27 Chương III: Tính cân bằng vật chất và năng lượng Tính toán quá trình xay nhỏ………………………………………………………………………………... ………. 29 Tính toán quá trình chưng hấp………………………………………………………………………………... ……. 29 Tính toàn quá trình ép…………………………………………………………………………………………………. ….. 31 Tính toán quá trình ly tâm tách cặn…………………………………………………………………………….. 33 Tính toán quá trình ly tâm………………………………………………………………………………………. . …. 34 Tính lượng hơi sử dụng…………………………………………………………………………………………………... 35 Chương IV: Lựa chọn thiết bị theo QTCN 1. Thiết bị xay nhỏ………………………………………………………………………………………………………………… 36 2. Thiết bị chưng hấp……………………………………………………………………………………………………………. 37 3. Thiết bị ép…………………………………………………………………………………………………………………….. ….. 42 4. Thiết bị ly tâm cặn…………………………………………………………………………………………………….. …. 43 5. Thiết bị ly tâm dầu………………………………………………………………………………………………………. .. 45 6. Tính chọn vít tải…………………………………………………………………………………………………………….. 46 7. Tính chọn bơm…………………………………………………………………………………………………………………. 48 8. Diện tích nhà xưởng………………………………………………………………………………………………….. … 49 Chương V: Tính điện nước cho phân xưởng 1. Tính nhu cầu điện…………………………………………………………………………………………………………….. 51 2. Tính nhu cầu sử dụng nước…………………………………………………………………………………………… 52 Tổng kết ............................................................................................................. 53 Tài liệu tham khảo …………………………………………………………………………………………………………. 54 Lời mở đầu Đại dương bao la là tài nguyên phong phú, vô tận, đã và đang cung cấp cho chúng ta rất nhiều sản vật quý giá. Nước ta nằm ở phía tây biển đông, có bờ biển dài trên 3200 km, phía Bắc có Vịnh Bắc Bộ, phía Nam giáp Vịnh Thái Lan với cả thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn 1 triệu kilômét vuông, thuộc vùng biển nhiệt đới cho nên nguồn nguyên liệu rất đa dạng và có cả 4 mùa. Theo số liệu sơ bộ, biển Việt Nam có khoảng 2000 loài cá và đến nay đã xác định được 800 loài. Hiện nay, nguồn thủy sản đang cung cấp cho loài người một lượng dinh dưỡng rất đáng kể, trước hết phải nói tới prôtêin, sau đó là lipit, gluxit, vitamin, các khoáng chất và các chất khác. Dầu cá, ngoài việc cung cấp lipit thì ý nghĩa nổi bậc của chúng là giá trị sinh học, tức là lipit trong động vật thủy sản phần lớn chứa các acid béo không no, có tác dụng lớn trong việc trao đổi chất của cơ thể như tạo điều kiện chuyển hóa lipit đặc biệt là chuyển hóa Cholesterin và Cholin, có tác dụng chống xơ cứng động mạch. Các acid béo không no có tác dụng sinh học cao, tồn tại nhiều trong động vật thủy sản là acid Arachidic, Acid Linoleic và Linolenic. Ngoài ra lipit của động vật thủy sản là nguồn giàu Vitamin A và D, nhiều nguyên tố đa lượng, vi lượng rất cần thiết cho con người. Nhu cầu tiêu thụ thủy sản của nhân dân ngày càng cao. Vì vậy việc chế biến thủy sản ngày càng phát triển. Song song với quá trình này, phế liệu thủy sản ngày càng nhiều và xử lý nó cũng là một yêu cầu cấp bách của xã hội.Lượng cá phế liệu ngày càng tăng, do đó cần có biện pháp tận dụng hợp lý. Phạm vi đồ án này là thiết kế phân xưởng khai thác mỡ cá từ phế liệu cá Tra. Em xin chân thành cảm ơn cô Trần Bích Lam đã tận tình hướng dẫn và các bạn đã đóng góp ý kiến để em có thể hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên trong quá trình hoàn thành đồ án không thể không có sai sót em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy cô, anh chị và các bạn. Chương I: Tổng quan về nguyên liệu 1. Nguồn nguyên liệu mỡ cá 1.1.Nguồn nguyên liệu khai thác Công nghiệp sản xuất dầu cá có 2 nguồn nguyên liệu: - Cá được đánh bắt trực tiếp cho mục đích sản xuất dầu cá, trái ngược với các loại cá được đánh bắt cho mục đích tiêu thụ của con người. Nguồn nguyên liệu này chiếm 67% nguyên liệu thô cho sản xuất dầu cá và bột cá ở châu Âu. - Phần thải bỏ từ các qui trình xử lý và chế biến của những loài cá được đánh bắt nhằm mục đích tiêu thụ của con người (chẳng hạn như cá tuyết, cá nổi và cá hồi), chiếm 33% ở châu Âu. Bảng 1.1 : Nguồn nguyên liệu thô cho sản xuất dầu cá (2002) Nước Cá nhỏ(tấn) Chất thải bỏ(tấn) Đan Mạch Anh Tây Ban Nha Thụy Điển Pháp Ireland Đức Ý Tổng cộng 332,000 7,800 - 18,750 - 8,800 - - 367,350 33,200 42,500 42,000 6,250 25,000 13,200 17,000 3,000 182,150 1.1.1. Cá đánh bắt trực tiếp cho sản xuất dầu cá: Những loại cá được đánh bắt cho mục đích sản xuất dầu cá thường là những loài cá nhỏ, có chất lượng thấp, nếu sử dụng cho mục đích tiêu thụ của con người thì giá trị kinh tế không cao. Do đó chúng thường được đánh bắt cho một ngành công nghiệp riêng biệt là công nghiệp sản xuất dầu cá và bột cá. Thuộc nhóm này bao gồm các loài cá nhỏ, thường là thức ăn của các loài động vật biển như cá chình, cá trích cơm, cá trích, cá nheo, cá ngừ, cá trắng xanh,…Trong đó cá ngừ chỉ dùng một phần nhỏ, phần lớn chủ yếu của nó là cho mục đích tiêu thụ của con người. Những loài cá này đôi được thu nhận từ nguồn phế liệu đánh bắt của những loài cá khác hay nói cách khác chúng là những loài cá không mong muốn khi đánh bắt, chẳng hạn phần trăm cá trích được đánh bắt như là phế liệu chiếm từ 7-35% ở châu Âu. Nếu thải bỏ những loài cá này xuống biển sẽ gây tình trạng ô nhiễm trầm trọng, do đó cần có những biện pháp tận dụng hợp lý, một trong các dạng tận dụng đem lại hiệu quả kinh tế cao là sản xuất dầu cá và bột cá. 1.1.2. Phần thải bỏ từ quá trình xử lý và chế biến cá dùng sản xuất dầu cá: 1.1.2.1. Phế liệu lúc đánh bắt: Khi đánh bắt cá thực hiện xa bờ thường có một khó khăn lớn là cá sau khi được đánh bắt không thể sống trong một khoảng thời gian dài trong điều kiện trên tàu. Vì vậy cá sau khi đánh bắt được sẽ được xử lí sơ bộ để hạn chế hư hỏng trước khi đưa vào bờ tiến hành chế biến tiếp. Kết quả là sản sinh ra một lượng phế liệu cá (ruột, gan, những nội tạng khác) từ quá trình mổ ruột. Một số loài cá đáy có thể được cắt đầu trên thuyền (như cá nhám góc hay những loài cá nhỏ) làm phát sinh thêm một lượng phế liệu (đầu cá). Ngày nay các phế liệu này không còn thải bỏ xuống biển mà được bảo quản để đưa vào bờ cho mục đích tận dụng. 1.1.2.2. Phế liệu tại nhà máy chế biến: Trong suốt quá trình chế biến sản phẩm cá sản sinh ra các loại phế liệu khác nhau tuỳ theo từng quá trình cụ thể. Ví dụ: Trong cả quá trình lấy philê, miếng philê được đem bán cho người tiêu dùng, lưỡi và má cá cũng được lấy đối với các loài cá lớn. Phần còn lại của con cá thường được bỏ đi và được coi là đồ phế thải. Tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu mà chúng có thể gồm nội tạng, bộ xương, da, vây, và đầu cá. Đối với các loài cá nổi, phế liệu có thể bao gồm đầu, nội tạng, khung xương, mang. Nếu là quy trình sản xuất philê cá không da thì da cũng là một nguồn phế liệu. Ngoài ra ở những điều kiện sản xuất nhất định và đối với một số loài nhất định, phế liệu còn có vảy cá. Ta nhận thấy trong quá trình chế biến hầu như chỉ giữ lại phần philê đối với hầu hết đối với các loại cá, do đó tỉ lệ phế liệu rất lớn. Chẳng hạn như đối với cá basa, phần thịt nạc được lọc ra thành phi lê chiếm khoảng 30-40% trọng lượng cá, phần còn lại là phế liệu chiếm từ 60-70%. Do đó việc sử dụng lượng phế liệu thành sản phẩm sử dụng được như là dầu cá và bột cá sẽ giúp doanh nghiệp thu hồi lại một phần chi phí. Bảng 1.2 : Tỉ lệ phế liệu của một số loài cá Loài cá Tỉ lệ phế liệu (%) Cá hồi Cá trích Cá bơn lưỡi ngựa Cá than Cá tuyết Cá pollock Cá bơn Cá rockfish Các loài khác 27.5 92 25 35 70 65 70 70 70 Bảng 1.3: Tận dụng các loài cá đáy đánh bắt ở Iceland 1982-1985 Cá loài cá đáy (Đơn vị tấn) Tổng lượng đánh bắt Tổng phế liệu có thể sử dụng Tiêu thụ cho con người Sản xuất dầu cá và bột cá Tổng lượng được tận dụng Lượng thải bỏ Cá tuyết, cá êfin, cá pollock Đầu Xương Nội tạng Gan Trứng Cá rô biển, cá halibut Greenland Phế liệu 436,200 145,000 74,200 54,100 39,200 25,600 11,000 75,400 10,400 1,600 - 4,800 3,400 - 47,000 51,000 16,600 4,400 - 72,800 57,400 52,600 16,600 9,200 3,400 72,800 16,800 1,500 22,600 16,400 7,600 2,600 2. Cá Tra 2.1.Phân loại. Họ cá Tra có tên khoa học là Pangasiidae phân bố tương đối rộng ở khu vực từ Tây Nam Á đến Đông Nam Á. Trong hệ thống phân loại, cá Tra được xác định theo thứ tự sau: Bảng 1.4: Khóa phân loại cá Tra Khóa phân loại Tên thường gọi Tên khoa học Lớp Bộ Họ Giống Loài Cá Cá nheo Cá Tra Cá Tra Cá Tra Pisces Siluriformes Pangasiidae Pangasius Pangasius hypophthalmus Bảng 1.5 : Phân loại các loài trong giống cá Tra ở Việt Nam STT Tên khoa học Tên địa phương 1 Pangasius hypophthalmus Cá Tra 2 Pangasius bocourti Cá Basa 3 Pangasius macronema Cá Sát Sọc (Tra nâu) 4 Pangasius larnaudii Cá Vồ Đém 5 Pangasius nasutus Cá Sát Bầu ( Cá hú) 6 Pangasius sutchi Cá Tra nghệ 7 Pangasius taeniurus Cá Bông Lau 8 Pangasius poliranodon Cá Dứa 9 Pangasius siamensis Cá Sát Xiêm 2.2. Đặc điểm sinh lý, sinh thái Cá Tra là loại cá ăn tạp, thức ăn thích hợp nhất là các loại đạm có nguồn gốc từ động vật, đặc biệt là các loài cá tạp, nhuyễn thể như ốc, nghêu, hến….Cá Tra rất khỏe, hoạt động mạnh, có sức đề kháng cao, ít bị bệnh và chết, ít thay đổi do tác dụng của môi trường. Cá Tra có tốc độ tăng trưởng nhanh, khi còn nhỏ thì tăng trưởng về chiều dài, khi cá đạt trọng lượng trên 2.5kg thì trọng lượng tăng nhanh hơn nhiều so với chiều dài và tăng trong thời kỳ này chủ yếu là tích lũy mỡ, trọng lượng tối đa khoảng 17kg, chiều dài tối đa 1200mm. Cá Tra sinh sản 1 lần trong năm Cá Tra là loại cá nhiệt đới, nhiệt độ thích hợp khoảng 26 ¸ 30oC, không sống được ở môi trường có khí hậu lạnh. Cá Tra quen sống ở nước ngọt, nhưng cũng có thể thích nghi với cả những vùng nước lợ có nồng độ muối thấp. Trong tự nhiên cũng như khi nuôi ao, cá Tra sống thành từng đàn và có thể sống được ở những nơi kênh rạch dơ bẩn, ao tù, nước đọng, mật độ nuôi dày(10con/m2). Ở nước ta hiện nay, cá Tra đang được coi là loại cá nuôi có năng suất cao nhất trong nghề nuôi trồng thủy sản, năng suất trung bình theo năm khoảng 30 ¸ 45 tấn/ ha. Vì loài cá này có thể thích nghi với nhiều loại thức ăn khác nhau và các điều kiện sống khác nhau, nên cá Tra đang được coi là loài cá được nuôi phổ biến nhất, chiếm hơn một nửa diện tích nuôi trồng thủy sản ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. 2.3. Thành phần cấu tạo cá Tra: Bảng1.6: Khối lượng các phần khác nhau của cá Tra. Thành phần (%) Trọng lượng cá (g) Fillet không da Da Thịt bụng Mỡ lá Nội tạng Đầu, xương, vây, đuôi 550-700 755-845 850-950 980-1060 1105-1310 1356-1647 1695-1925 1985-2450 2570-2980 3050-3650 39.5 39.3 39.0 38.9 38.7 38.6 37.1 38.0 38.0 38.1 4.4 4.8 4.9 4.9 4.9 5.0 5.1 5.1 5.2 5.5 9.8 9.9 10.1 10.1 10.2 10.4 10.5 10.5 10.9 11.0 1.2 1.3 1.5 2.0 3.1 4.1 4.4 4.9 5.1 5.2 5.1 5.2 5.4 6.0 6.1 6.2 6.2 6.6 6.7 6.7 39.3 38.8 38.3 37.4 36.8 35.3 35.1 34.6 33.6 32.5 Trung bình 38.52 4.98 10.34 3.28 6.02 36.17 Bảng 1.7: Thành phần hoá học trung bình của fillet cá Tra. Thành phần (%) Trọng lượng (g) Ẩm Lipid Protêin thô (Nx6.25) Tro 550-700 755-845 850-950 950-1100 1100-1300 1350-1640 1650-1900 1950-2400 2500-3000 3100-3600 74.8 74.2 73.9 73.1 72.7 72.1 72.0 71.3 71.2 71.0 6.46 6.85 7.36 7.48 7.93 7.93 8.06 8.49 9.95 10.2 16.1 16.0 16.0 16.1 16.0 16.0 16.1 16.0 16.1 16.0 1.78 1.75 1.73 1.68 1.62 1.62 1.56 1.56 1.55 1.53 Trung bình 72.63 8.07 16.04 1.62 2.4. Thành phần hóa học mỡ cá Tra: Acid béo: Acid béo của thủy sản thuộc loại mạch thẳng có một gốc carboxyl, chuỗi carbon kéo dài từ 16 –26 carbon, trong đó chủ yếu là acid béo không no, loại mạch ngắn C14 tới C16 rất ít, loại C18 –C20 không bão hoà rất nhiều (đặc biệt là loại C18 không bão hoà).[12] Thành phần dầu mỡ các loại cá khác nhau cũng rất khác nhau, trong cá nước ngọt C16 –C18 tương đối nhiều, C20 trở lên ít hơn. Trong cá biển thì dưới C16 ít nhưng C20 –C22 tương đối nhiều. Ngoài ra thành phần dầu mỡ còn phụ thuộc vào điều kiện sinh sống, mùa vụ, thời tiết, giới tính… Mùi tanh của dầu cá phần lớn là do các chất có mùi như: acid béo, glycerin phân tử lượng thấp, TMA (trimetylamin), NH3, essentian, acid chupadonic, sản phẩm phân huỷ hay oxy hoá trong quá trình bảo quản và chế biến. Bên cạnh đó những loại acid béo không no có trong dầu cá thường ở dạng kết hợp với glycerin, khi thối rữa hoặc tự phân giải thì không những làm cho chỉ số acid tăng lên mà còn rất dễ bị oxy hoá làm dầu có mùi ôi.[12] Thành phần acid béo của thuỷ sản gồm: Acid béo bão hoà: CnH2nO2 hoặc CnH2n+1COOH Aicd béo không bão hoà: Thuộc dãy acid oleic (có 1 nối đôi) : CnH2n-2O2 Thuộc dãy acid linoleic (có 2 nối đôi) : CnH2n-4O2 Thuộc dãy acid linolenic (có 3 nối đôi) : CnH2n-6O2 Acid béo không bão hoà mức cao: C18 –C24 Thuộc các dãy: CnH2n-8O2 CnH2n-10O2 CnH2n-12O2 Trong đó hai dãy sau chủ yếu có nhiều trong dầu thực vật, trong dầu mỡ động vật thuỷ sản hầu như không có hay có rất ít. Bảng 1.8:Thành phần acid béo trong mỡ cá Tra. Ký hiệu Tên acid Hàm lượng(%) C12: 0 Lauric acid 0.52 C14: 0 Myristic acid 2.52 C16: 0 Palmitic acid 31.59 C16: 1 Palmitoleic acid 2.24 C17: 0 Heptadecanoic acid 0.20 C18: 0 Stearic acid 6.18 C18: 1 Oleic acid 43.29 C18: 2 Linoleic acid 9.11 C18: 3 g-Linoleic acid 0.47 C20: 0 Arachidic acid 0.17 C22: 0 Behenic acid 0.28 C20: 4 Arachidonic acid 0.23 C22: 6 DHA 0.30 Steride:[6] Steride là ester của rượu vòng sterol và acid béo cao phân tử, trong tự nhiên sterol chiếm đa số, lượng steride chỉ chiếm phần nhỏ (trong cơ thể người Stearol/Stearide có tỷ lệ xấp xỉ 90/10). Steride và sterol là các chất rắn không màu, không tan trong nước, tan trong cloroform, ether, rượu nóng…thường chứa trong các tế bào, mô, máu, sữa… Vai trò sinh hoá của sterol quan trọng hơn quan trọng hơn steride: tham gia quá trình liên kết với nước, liên kết với độc tố do đó làm giảm độc tính, một số gây bệnh ung thư nhưng một số có tác dụng ngược lại. Cacbua hydro: Bình thường trong dầu mỡ động vật hàm lượng carbua hydro tương đối thấp nhưng trong một số trường hợp như trong gan cá nhám có thể chiếm đến 80% của chất béo, tuy nhiên tác dụng sinh lý của chúng vẫn chưa được nghiên cứu kĩ. Sắc tố: Trong dầu động vật thuỷ sản phần lớn có carotenoit cụ thể là astaxin (C4H48O4), xanthophylls, fucoxanthin và các chất màu melanoidin, quinonamin tạo nên. Bên cạnh đó màu sắc của dầu cá cũng phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc nguyên liệu, phương pháp khai thác, điều kiện chế biến và bảo quản sản phẩm. 3. Các chỉ tiêu của mỡ cá: 3.1 Chỉ tiêu cảm quan: 3.1.1. Mùi vị: Mùi vị của dầu cá tuỳ thuộc vào nguyên liệu, phương pháp sản xuất, mức độ tinh chế, điều kiện và thời gian bảo quản,.. Tuỳ theo mùi vị của dầu ta có thể xác định phẩm chất của dầu, mức độ hư hỏng và sự có mặt của các chất bay hơi nào đó trong dầu (mùi tanh của dầu cá phần lớn là do các chất có mùi như: acid béo, glycerin phân tử lượng thấp, TMA (trimetylamin), NH3, acid chupadonic, sản phẩm phân huỷ hay oxy hoá trong quá trình bảo quản và chế biến). 3.1.2. Màu sắc: Màu sắc do sắc tố tan trong dầu tạo thành. Qua màu sắc của dầu mỡ có thể biết được phương pháp và điều kiện sản xuất, mức độ tinh chế và mức độ hư hỏng của dầu mỡ. Chất béo của cá tươi thường có màu vàng nhạt, trong quá trình chế biến nếu kỹ thuật không tốt hoặc tiếp xúc nhiều với ánh sáng, không khí hay nhiệt độ cao thì sẽ xảy ra các phản ứng hoá học làm dầu biến màu từ vàng sang đỏ, nâu hay đen tuỳ mức độ khác nhau. 3.1.3. Độ trong suốt: Quá trình thuỷ phân, albumin, sáp hay những chất có nhiệt độ nóng chảy cao và tạp chất đều làm giảm độ trong suốt của dầu cá. Quá trình tinh chế cũng ảnh hưởng đến độ trong suốt. Dầu cá có phẩm chất tốt phải hoàn toàn trong suốt. 3.1.4. Chất kết tủa: Chất kết tủa là chất kết lắng xuống sau khi để dầu 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Dầu có chất lượng tốt phải không có chất kết tủa. Chất kết tủa cho biết trình độ kỹ thuật sản xuất, tính tinh khiết của vật liệu bao bì, mức độ tinh chế. 3.2. Chỉ tiêu hoá lý: 3.2.1. Tỷ trọng: Ở trong phân tử glyceride mà phần trăm oxy ở trong phân tử acid càng cao thì tỷ trọng của dầu mỡ càng cao. Do đó tỷ trọng tăng khi hàm lượng acid béo không no thấp phân tử và oxyacid tăng. Vì vậy có mối tương quan giữa tỷ trọng và chỉ số IV, chỉ số SV và chỉ số chiết quang. Nhân tố ảnh hưởng đến tỷ trọng: nhiệt độ và mức độ tinh chế. Tỷ trọng cho biết mức độ tinh khiết và mức độ tươi mới của dầu mỡ. Dầu mỡ sau khi bị hỏng thì tỷ trọng tăng lên. Tỷ trọng của dầu mỡ được đo bằng phù kế, câ