Đề tài Thiết kế phân xưởng trích ly dầu cám gạo năng suất 30000 tấn nguyên liệu/năm

MỤC LỤC Chương I : Giới Thiệu chung 2 I. Sơ lược về nguyên liệu hạt có dầu 2 II. Định hướng và các giải phát triển nghành dầu thực vật Việt Nam 3 III. Tổng quan về cám gạo 5 Chương II :Tổng quan về trích ly 10 I.Nguyên lý trích ly dầu 10 II. Các loại dung môi thường sử dụng 12 III. Các thiết bị trích ly 15 Chương III: Thiết lập quy trình công nghệ 19 I. Quy trình công nghệ 19 II. Thuyết minh quy trình 21 II. Tính toán cân bằng vật chất 24 III. Tính toán máy móc thiết bị 30 Chương IV: Cung cấp năng lượng – cấp thoát nước 39 Chương V : Thiết kế phân xưởng 41 Chương VI: An toàn lao động 42 I. Chống ồn và chống rung 42 II. An toàn về sử dụng điện 42 III. An toàn lao động 42 IV. Phòng cháy chữa cháy 44 Phụ lục 45 Tài liệu tham khảo 50 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT CÓ DẦU Hạt chứa dầu là loại sản phẩm nông nghiệp phổ biến và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Xu hướng chung trên thế giới ngày nay là diện tích trồng cây dầu thực phẩm đang không ngừng được mở rộng nhanh chóng, còn diện tích cây dầu công nghiệp ngày càng bị thu hẹp lại. Điều ấy một phần do sự thay thế dầu công nghiệp bằng các hoá chất, nhưng chủ yếu do vai trò cực kỳ quan trọng của dầu ăn đối với cơ thể và ngày càng được khoa học khẳng định. Ở nước ta, do điều kiện có nhiều vùng khí hậu và đất đai khác nhau, nên những hạt chứa dầu rất phong phú. Nhiều cây cho quả, hạt để lấy dầu rất qúi đã được trồng phổ biến như: đậu phộng, đậu nành, mè, dừa, hướng dương, thầu dầu, cải dầu, cám, oliu,... Trong công nghiệp ép dầu chỉ có những loại hạt có hàm lượng dầu từ 15- 20% trở lên mới có giá trị thực tế để tổ chức sản xuất và đảm bảo được các hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong khi sản xuất. Vì vậy người ta chia nguyên liệu sản xuất dầu làm 3 loại: + Loại có hàm lượng dầu cao: từ 40% trở lên. + Loại có hàm lượng dầu trung bình: từ 30- 40%. + Loại có hàm lượng dầu thấp: từ 15- 30%. Theo thời vụ thu hoạch và kỹ thuật cây trồng có thể chia nguồn thực vật cho hạt dầu làm hai nhóm chính: + Nhóm cây hàng năm: như lạc, vừng, hướng dương, đậu tương… Loại này mỗi năm thu hoạch một vụ, năm sau phải trồng lại. Đây là nhóm thực vật chủ yếu, dễ trồng quy hoạch, tiện lợi luân canh, dễ dàng cơ giới hóa kỹ thuật chăm bón và thu hoạch. Loại này thường được gieo trồng ở vùng đồng bằng, đất màu mỡ, các vùng thuộc lưu vực sông Hồng, Mã, Gianh cónăng suất khá cao. Thuộc nhóm này còn gồm phụ phẩm của các sản phẩm nông nghiệp: như cám gạo, phôi ngô, hoặc cây công nghiệp như: hạt bông, hạt cao su, hạt đay, hạt gai, hạt thuốc phiện, cải dầu… + Nhóm cây lâu năm như dừa, cọ dầu, trấu, sở, lai, bời lời, dọc, cây đen, mù u… Các cây này thường cho nguyên liệu sản xuất dầu đặc sản vùng nhiệt đới. Đặc điểm thuận lợi của thực vật loại này là có thể phát triển mạnh ở các vùng đất đai không thuộc phạm vi sản xuất cây lương thực, như các miền rừng núi, miền trung du, ven sông, kênh lạch, ven đường, ven đê và dọc bờ biển. Tuy nhiên việc thu hoạch hạt của chúng gặp nhiều khó khăn, hiện tại chỉ bằng thu nhặt hạt rụng hoặc hái bằng tay. Trừ dừa ra, đại bộ phận hạt thu hoạch do rơi rụng nên có phẩm chất không đồng đều, thậm chí rất xấu, sâu mọt nhiều. Vì vậy dầu sản xuất ra màu xẫm, có chỉ số acid cao (30- 40). Cần lưu ý là loại này hầu hết có vỏ cứng, độ ẩm lớn nên phương thức sản xuất ít nhiều có gặp khó khăn. Theo phạm vi sử dụng sản phẩm, có thể chia nguyên liệu sản xuất dầu làm hai nhóm: + Nhóm thực phẩm: như lạc, dừa, đậu tương, cám gạo, phôi ngô, hạt cải, đại bái… Khô dầu và dầu thành phẩm chủ yếu sử dụng cho thực phẩm. Khô dầu kém phẩm chất dùng làm thức ăn gia súc. + Nhóm công nghiệp: như trẩu, lai, dọc, bời lời, thầu dầu… Dầu và khô dầu chủ yếu dùng vào công nghiệp sản xuất sơn dầu, xà phòng, y tế… Ngoài ra cũng có thể chia nguồn nguyên liệu sản xuất dầu theo giá trị công nghiệp: + Nhóm cho dầu thô (chỉ số iod >130) như trẩu, gai dầu, lanh… Công dụng chủ yếu là sản phẩm màng khô như sơn dầu, vecni, vật liệu tổng hợp của các hợp chất cao phân tử… + Nhóm cho dầu nữa khô(chỉ số iod =100- 130): như lạc, vừng, đậu tương, sở, hướng dương, bông, ô liu… là loại dầu lỏng, nguồn dầu thực phẩm chủ yếu trên thế giới. + Nhóm cho dầu không khô (chỉ số iod < 100). Lớp màng dầu của chúng không tạo thành màng khô ngoài không khí. Thuộc nhóm này là dầu dừa, dầu thịt cọ, dầu ca cao… Trước đây loại dầu này chủ yếu dùng sản xuất xà phòng rắn, ngày nay trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất bơ nhân tạo, mỡ sào rán, và dùng trong sản xuất bánh kẹo ở nhiều nước Châu Aâu. Dự báo nhu cầu về dầu thực vật của toàn thế giới khoảng hơn 100 triệu tấn/năm, của thị trường Việt Nam năm 2005 khoảng trên 300 nghìn tấn (hiện nay nhu cầu của Việt Nam khoảng trên dưới 200 nghìn tấn/năm, gần 3 kg/người). Hàng năm các nhà máy chế biến dầu thực vật phải nhập khoảng 90% nguyên liệu dầu thô để chế biến. Vì vậy phát triển các cây có dầu để hạn chế nhập khẩu là rất cần thiết. II. Định hướng và các giải pháp phát triển ngành dầu thực vật Việt Nam 1. Định hướng chiến lược phát triển ngành: [27] Phát triển ngành theo hướng đa dạng hoá sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu, nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành, chủ động hội nhập thông qua áp dụng công nghệ và kỹ thuật tiên tiến. Đẩy mạnh phát triển các loại cây có dầu có hiệu quả kinh tế cao, có khả năng cạnh tranh thành các vùng nguyên liệu lớn. Nghiên cứu tuyển chọn các cây có dầu chủ lực cho ngành. Thực hiện việc xây dựng một số cơ sở ép, trích ly dầu thô quy mô lớn, hiện đại tại các cảng, ban đầu sử dụng nguyên liệu nhập khẩu sau đó thay dần bằng nguyên liệu trong nước. Bảng 1.1: Các mục tiêu chủ yếu phát triển nghành thời kỳ 2001-2010: [27] TT Tổng chỉ tiêu Đơn vị 2005 2010 A B C 1 2 1 Giá trị sản xuất công nghiệp (Giá cố định năm 1994) Tỷ đồng 4.000-4.500 6.00-6.500 2 Tốc độ tăng trưởng GTSXCN %/năm 13-14 7,5-8,5 3 Sản lượng dầu tiêu thụ - Trong đó: để xuất khẩu 1000 tấn 420-460 80-100 620-660 80-120 4 Dầu thô sản xuất trong nước 1000 tấn 70-75 210-220 5 Công suất tinh luyện dầu 1000 tấn 663 783 6 Công suất trích ly dầu thô 1000 tấn nguyên liệu 628,6 933-1.306 7 Sản lượng hạt , trích ly dầu 1000 tấn nguyên liệu 253,1-261,9 526-675 8 Tỷ trọng dầu thô trong nước % 14,3-15 18,3-33 Bảng1.2 :Quy hoạch phát triển nguồn nguyên liệu: [27] I- Diện tích gieo trồng (1.000 ha); II- Khối lượng để chế biến dầu (1.000 tấn) Loại cây có dầu 2005 2010 I II I II Đậu tương 169,10 29,17 205,00-400,00 31,40-433,20 Lạc 302,40 15,90-17,80 368,60 32,90-47,20 Vừng 49,90 10,80-17,73 58,10 18,50-358,10 Dừa (copra) 151,00 39,32 159,10 39,36-53,30 Sở 20,00 0,9 100,00 18,00-72,00 Cám gạo - 150,00 - 300,00 Trẩu - 1,8 28,00 12,60 Bơng 60 30,00 150,00 90,00 Bảng 1.3: Quy hoạch công suất trích ly dầu thô như sau: [27] Năm Công suất trích ly (tấn nguyên liệu/năm) Công suất (tấn nguyên liệu/năm) Tổng công suất (tấn nguyên liệu/năm) 2005 420.000 208.600 628.600 2010 660.000-900.000 273.100-406.000 933.100-1.306.000 (NguồnM.O.I) 2. Nhận xét : Nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ hai trên thế giới nên nguồn nguyên liệu cám gạo rất dồi dào. Khu vực đồng bằng sông Cửu Long có thể cung cấp 800.000 tấn cám gạo/năm từ 16 triệu tấn lúa . Đồng thời, cám gạo cũng nằm trong quy hoạch phát triển nguồn nguyên liệu của bộ Công nghiêp, dầu cám gạo cũng là một sản phẩm có giá trị . Còn bã cám gạo sau trích ly dầu được bổ xung làm thức ăn gia súc. Thực tế , hiện nay ở nước ta đã có một số nhà máy sản xuất dầu cám gạo để tiêu thụ trong nước và xuất khẩu. Tiêu biểu là nhà máy trích ly dầu từ cám gạo có quy mô lớn ở đồng bằng sông Cửu Long, thuộc liên doanh giữa VOCARIMEX ( Việt Nam) và Siteki Investments (Singapore), đầu tư xây dựng với tổng vốn 7 triệu USD. Nhà máy có công suất 100.000 tấn cám gạo/năm để cho ra 15.000 tấn dầu cám gạo chất lượng cao, được xây dựng ở khu công nghiệp Hưng Phú, TP Cần Thơ. Dựa vào thực tế sản xuất, tình hình trong nước, các điều kiện khách quan nên em chọn nguyên liệu để trích ly là cám gạo III . TỔNG QUAN VỀ CÁM GẠO[17] 1. Cám gạo Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường chiếm khoảng 10% trọng lượng lúa. Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm. Cám gạo có màu sáng và mùi thơm đặc trưng. Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của cám gạo biến động rất lớn, phụ thuộc nhiều vào kĩ thuật xay xát gạo. Tỷ lệ vỏ trấu sau khi xay xát ảnh hưởng nhiều tới hàm lượng protein, béo và xơ của cám gạo thành phẩm. Tỷ lệ Protein trong cám gạo mịn có thể đạt đến 12 – 14%. Lượng protein thô ở cám gạo cao hơn so với bắp hạt. Hàm lượng chất béo trong khoảng 13 – 20 % và xơ 7- 8 % . Tuy nhiên, theo kết quả phân tích thì sự biến động này rất lớn. Cụ thể, hàm lượng béo thô khoảng 110 -180 g/kg vật chất khô (VCK) và lượng xơ biến động trong khoảng 90 – 120 g/kg VCK. Theo báo cáo của Gene và ctv (2002) và Creswell ( 1987) qua phân tích nhiều mẫu cám gạo thu thập được từ các nước Đông Nam Á cho thấy thành phần dinh dưỡng của chúng rất biến động. Hàm lượng chất béo trong các mẫu cám gạo nói trên biến động từ 12 -22 % . Cám có thành phần xơ chủ yếu như arabinixylan, cellulose và ligin. Bảng1.4: Thành phần xơ và giá trị dinh dưỡng của các nguyên liệu  [29] Chi tiêu Bắp Cám gạo nguyên dầu Cám gạo Trích dầu Lúa mì Cám lúa mì Bột mì Protein (%) 8 13 15 12 16 16 Xơ (%) 2,2 8 11 2,5 11 9 Xơ tổng số (%) 9,5 19 27 10,5 44 27 Cellulose (%) 2,0 5 7 2,5 11 8 Lignin (%) 0,5 4 6 1 5,8 3,5 Arabinoxylan (%) 3,7 9 11 5,5 21 15 (nguồn: Gene và ctv, 2002) Arabinoxylan là những thành phần chủ yếu có trong cấu thành của xơ ở cám gạo. Đâây là một loại đường đa do những đường đơn arabinose và xylose tạo nên nhờ các liên kết 1- 3, 1 - 4 glucoside, động vật có dạ dầy đơn không thể tiêu hóa được chúng.   Cám gạo cũng như các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật khác thường chứa hàm lượng phốt pho khá cao ở dạng phytate. Mặc khác, gốc phốt phát từ phytate thường tạo liên kết với các chất như axít amin và chất khoáng làm giảm sự tiêu hoá các dưỡng chất này khi bổ sung vô khẩu phần. Thường thường có khoảng 2/3 hàm lượng phốt pho có trong những loại nguyên liệu thô được sử dụng làm thức ăn gia súc, hiện diện dưới dạng phytate. Cám gạo có lượng phốt pho khá cao nhưng trên 50% là ở dạng phytate. Nghiên cứu dược lí thực nghiệm cho thấy cám gạo có tác dụng bảo vệ chống viêm dây thần kinh và trị các bệnh về da. Cám tinh thu được sau khi chàxát gạo có tác dụng làm tăng huyết sắc tố trong máu, chống thiếu máu. Thử nghiệm lâm sàng trên người cho thấy hoạt chất trong dầu cám gạo có tác dụng làm hạ nồng độ cholesterol trong máu. Dầu cám gạo và một hoạt chất chiết từ cám gạo có tác dụng chống ung thư, có thể do khả năng kích thích hoạt tính miễn dịch của cơ thể bệnh nhân ung thư. Bảng1. 5: So sánh các chất chống oxi hoá của các loại dầu [17] Loại dầu VITAMIN E TOCOPHEROL (ppm*)    VITAMIN E TOCOTRIENOL (ppm*) ORYZANOL (ppm*) TOTAL NATURAL ANTIOXIDANTS (ppm*) Cám gạo 81 336 2,000 2,417 Olive 51 0 0 51 Canola 650 0 0 650 Dầu hướng dương 487 0 0 487 Dầu nành 1,000 0 0 1,000 Dầu cọ 256 149 0 405 Bảng 1.6: Hàm lượng các loại chất béo trong một số loại dầu [15] Loại dầu Smoke point mono-unsaturated fat poly-unsaturated fat saturated fat Cám gạo 4900 47% 33% 20% Olive 3600 77% 9% 14% Canola 4500 61% 33% 7% Đậu phụng 4600 48% 34% 18% Đậu nành 4400 24% 61% 15% Hạt nho 4850 14% 77% 9% Bảng 1.7: Hàm lượng các acid béo trong một số loại nguyên liệu cĩ dầu [17] acid béo(%) Cám gạo Đậu phộng Đậu nành Hạt cotton Myristic (14:0) 0.2 0 0.2 0.8 Palmitic (16:0) 15.0 8.1 10.7 27.3 Stearic (18:0) 1.9 1.5 3.9 2.0 Oleic (18:1) 42.5 49.9 22.8 18.3 Linoleic (18:2) 39.1 35.4 50.8 50.5 Linolenic (18:3) 1.1 0 6.8 0 Arachidic (20:0) 0.5 1.1 0.2 0.3 Behenic (22:0) 0.2 2.1 0.1 0 Hình 1.1 : Biểu đồ sử dụng cám gạo cho việc sản xuất dầu qua các năm 2. Dầu cám gạo : [16] Dầu cám gạo chứa : 2% gadoleic acid 30 -35% linoleic aicd 40 – 45 % oleic acid 18- 20 % palmitic acid 2-3% stearic acid Chỉ số Idod : 99 – 108 Bảng 1.8 : Thành phần của dầu cám gạo [10] CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ TRÍCH LY Lipid được gắn kết với các thành phần khác thông qua các lực : Van de wall, lực tĩnh điện, liên kết hydro. Vì thế để tách và thu được lipids từ tế bào, ta cần tiến hành xử lý hoá học và vật lý khác nhau. Khả năng không tan trong nước là tính chất quan trọng được chú ý khi tiến hành phân tách lipid từ tế bào. Các quy trình trích ly dầu béo từ mô tế bào động vật và thực vật hiện nay bao gồm rất nhiều các bước : Xử lý nguyên liệu : bao gồm các quá trình sấy, làm giảm kích thước, hay là thuỷ phân. Cho nguyên liệu đã được xử lý tiếp xúc đều với dung môi. Sự phân tách của pha lỏng ( bao gồm lipid và các chất tan trong nước ) và phần rắn. Loại bỏ các tạp chất không phải là lipid. Loại dung môi. Nguyên lý của trích ly dầu : 1. Nguyên lý : Trích ly dầu từ các nguyên liệu hạt chứa dầu là một quá trình trích ly lỏng rắn. Sự di chuyển của dầu từ hạt chứa dầu ra dung môi có thể chia làm ba bước : Sự khuếch tán dung môi vào chất rắn Sự hoà tan các giọt dầu vào dung môi Sự khuếch tán của dầu từ các mảnh nguyên liệu rắn vào dung môi xung quanh. Dùng dung môi hoà tan dầu trong nguyên liệu, sau đó tách dung môi ra khỏi dầu. Đây là phương pháp thường dùng để tách dầu có hàm lượng dầu thấp hơn 20%. Đối với những nguyên liệu chứa nhiều dầu, người ta thường ép sơ bộ trước, sau mới trích ly. So sánh giữa trích ly và ép : Ưu điểm : tách dầu triệt để hơn , sử dung nhiệt độ thấp nên dầu không bị oxy hoá, protein không bị oxy hoá, chất lượng sản phẩm cao hơn. Hiệu suất cao hơn so với ép. Nhược điểm : Trích ly nhiều tạp chất không phải là dầu, nên khó tinh luyện hơn, tổn thất khi tinh luyện cao hơn. Sự chênh lệch về nồng độ dầu trong miscella và dầu trong nguyên liệu càng lớn , tốc độ trích ly càng cao. Tỷ lệ dầu : dung môi ảnh hưởng đến độ nhớt và sức căng bề mặt của miscella Thời gian trích ly được quy định bằng thời gian tốc độ đạt được trạng thái cân bằng. Tốc độ đạt trạng thái cân bằng gọi là tốc độ trích ly. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trích ly :[6] Bản chất của nguyên liệu và dung môi. Kích thước, hình dáng, cấu trúc nguyên liệu. Tốc độ trích ly tỷ lệ nghịch với kích thước hạt nguyên liệu. Khả năng hoà tan của dầu xót trong dung môi. Khi hàm lượng dầu xót lại thấp (0.5-5% dầu so với hạt khô ) dung môi trở nên ít hoà tan dầu hơn, và hoà tan nhiều tạp chất hơn. 3. Các biện pháp làm tăng tốc độ trích ly: Xử lý nguyên liệu trước trích ly:[5, 6, 7, 8, 9, 10 ,11] Độ cứng : quá cứng sẽ làm dung môi dễ chảy tràn, quá mềm sẽ làm tắt dòng chảy của dung môi, nguyên liệu bị vỡ nát Hàm ẩm: nếu hàm ẩm quá cao se khó khăn khi trích ly vì các protein háo nước sẽ tạo hệ keo. Nếu hàm ẩm quá thấp sẽ khiến nguyên liệu dễ bị vỡ vụn khi vào trích ly. Đối với cám gạo thì ẩm vào trích ly thích hợp là 8% Kích thước ngyên liệu : càng nhỏ càng tốt, nhưng nếu quá nhỏ sẽ dễ vỡ vụn và dung môi bị chảy tràn. Ngâm hạt trong dung môi một thời gian nhất định Bề dày của nguyên liệu vào trích ly phải thích hợp . Bề dày càng mỏng, thời gian trích ly càng nhanh. Hình 2.1 :Aûnh hưởng của bề dày nguyên liệu vào thiết bị trích ly lên hiệu quả trích ly [11] Nhiệt độ trích ly: Nếu tăng nhiệt độ trích ly, độ nhớt miscella giảm, tăng khả năng hoà tan dầu, tăng khả năng khuếch tán của dầu vào dung môi. Nhưng nếu nhiệt độ tăng quá cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dầu và phụ phẩm, đồng thời dễ gây cháy nổ. Aùp suất cao đòi hỏi máy móc phù hợp, và dễ tổn thất dung môi. Vì chênh lệch gradient nồng độ quyết định khả di chuyển của dầu từ nguyên liệu vào dung môi, nên cần giữ sự chênh lệch gradient này cao ở mọi điểm trong thiết bị trích ly. Điều này có thể đạt được nhờ sử dụng nguyên tắc cho dung môi di chuyển ngược chiều chuyển động của nguyên liệu. Dung môi và nguyên liệu di chuyển ngược chiều nhau, nhờ đó mà nguyên liệu có nồng độ dầu thấp nhất sẽ được tiếp xúc với dung môi tinh sạch nhất, nên đạt được hiệu quả trích ly cao. Hình 2.2 :Nguyên tắc trích ly ngược dòng ứng dụng cho thiết bị "Carrousel Extractor" (Courtesy of Extractionstechnik G.A.m.b.H.) [11] II. CÁC LOẠI DUNG MÔI THƯỜNG SỬ DỤNG [6, 7, 8 ,11, 18, 22 ] Dung môi: Dùng các loại dung môi hữu cơ có độ thẩm điện môi gần bằng độ thẩm điện môi của dầu. Độ thẩm điện môi của các loại dầu thực vật trong khoảng 3,0-3,2 . Yêu cầu của dung môi: - Thành phần đồng nhất, có độ tinh sạch cao. - Nhanh chóng hòa tan dầu và hỗn hợp với dầu theo bất cứ tỉ lệ nào. - Dễ bay hơi, có thể loại dung môi khỏi miscella và bã khô dầu được dễ dàng bằng cách cho bay hơi. Độ nhớt thấp. Aån nhiệt hoá hơi thấp, để ít tốn năng lượng khi bay hơi dung môi. - Không hòa tan các chất lạ trong nguyên liệu ngoài dầu, trung tính với nguyên liệu. - Không ăn mòn thiết bị, không gây độc cho người, không gây mùi vị lạ cho sản phẩm. Giá thành thấp. Trong công nghiệp trích ly dầu thực vật ta thường dùng các loại dung môi sau: hydrocacbua mạch thẳng từ các sản phẩm dầu mỏ (thường là phần dầu nhẹ), hydrocacbua thơm, rượu béo, hydrocacbua mạch thẳng dẫn xuất clo nhưng phổ biến nhất là xăng và hexan. Thường dùng các hydrocacbon: Hecxane : Nhiệt độ sôi khoảng 69oC Ưu điểm : Trích ly dầu triệt để. Nhiệt độ sôi thấp, dễ bay hơi dung môi Dễ thu hồi và tái sử dụng dung môi Không gây độc hại đối với sức khoẻ con người Giá thành tương đối rẻ Nhược điểm : Dễ cháy nổ nên phải có máy móc trang thiết