Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu hồi dầu sả trong quá trình chưng cất hơi nước ứng dụng công nghệ vi sóng

Chia sẻ: Xedapbietbay Xedapbietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này nhằm nghiên cứu, cải tiến kết cấu buồng phát vi sóng có dung tích chứa và bộ nguồn phát lớn hơn để làm vỡ các tế bào thực vật chứa các hợp chất dầu thực vật từ bên trong (tế vi), nhằm thu được dầu sả với hiệu suất cao nhất. Thay đổi cường độ phát vi sóng đến khả năng công phá các mô chứa tinh dầu thực vật, để khảo sát ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu hồi dầu sả theo thời gian.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu hồi dầu sả trong quá trình chưng cất hơi nước ứng dụng công nghệ vi sóng

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRẦN NGỌC SANG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT THU HỒI DẦU SẢ TRONG QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT HƠI NƯỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SÓNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HUẾ - 2018
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRẦN NGỌC SANG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT THU HỒI DẦU SẢ TRONG QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT HƠI NƯỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SÓNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 8520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. ĐINH VƯƠNG HÙNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN PGS.TS PHAN HÒA HUẾ - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Huế, ngày 13 tháng 9 năm 2018 Học viên Trần Ngọc Sang
ii LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí với đề tài “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu hồi dầu sả trong quá trình chưng cất hơi nước ứng dụng công nghệ vi sóng” là kết quả của quá trình nỗ lực, cố gắng không ngừng của bản thân và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy giáo, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt quá trình thực đề tài. Qua trang viết này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu khoa học vừa qua. Tôi xin tỏ lòng thành kính và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo, NGƯT.TS.Đinh Vương Hùng đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo nhà trường, các thầy giáo, cô giáo Phòng Đào tạo, Khoa Cơ khí - Công nghệ cùng toàn thể học viên lớp Cao học KTCK- K22 trường Đại học Nông Lâm - Đại học Huế đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác và gia đình đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn. Huế, ngày 13 tháng 9 năm 2018 Học viên Trần Ngọc Sang
iii TÓM TẮT Sử dụng hệ thống chưng cất hơi nước, ứng dụng công nghệ vi sóng để gia nhiệt và công phá các mô tế bào trong chưng cất dầu thực vật có thể tạo ra hiệu suất thu dầu rất cao, là một hướng nghiên cứu mới thay cho các phương pháp gia nhiệt (trực tiếp hoặc gián tiếp) truyền thống hiện nay. Trong quá trình chưng cất dầu sả, vấn đề tăng năng suất, hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh dầu được mọi cơ sở sản xuất quan tâm cả về công nghệ và thiết bị. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, cải tiến kết cấu buồng phát vi sóng có dung tích chứa và bộ nguồn phát lớn hơn để làm vỡ các tế bào thực vật chứa các hợp chất dầu thực vật từ bên trong (tế vi), nhằm thu được dầu sả với hiệu suất cao nhất. - Thay đổi cường độ phát vi sóng đến khả năng công phá các mô chứa tinh dầu thực vật, để khảo sát ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu hồi dầu sả theo thời gian. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu tài liệu, kết quả nghiên cứu đã công bố trên các ấn phẩm, số liệu thống kê. Tài liệu từ các nguồn: tạp chí và báo cáo khoa học trong ngành và ngoài ngành; sách giáo khoa và những tác phẩm khoa học, tài liệu lưu trữ, số liệu thống kê và mạng Internet. - Phương pháp tính toán, thiết kế: Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống chưng cất dầu sả công suất lớn. - Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng chính đến các chế độ công nghệ nhằm tăng năng suất, hiệu suất thu hồi và chất lượng dầu sả, giảm thời gian chưng cất, chi phí năng lượng. Từ đó phân tích các kết quả từ quá trình thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu - Tạo ra được 01 mô hình hệ thống hệ thống chưng cất dầu sả bằng hơi nước, ứng dụng công nghệ vi sóng có dung tích chứa khoảng 4-6 kg thân lá; có khả năng làm việc ổn định. Hệ thống thiết bị này có khả năng điều chỉnh đa chế độ để thực nghiệm khảo sát và xác định các chế độ làm việc khác nhau. - Xác định được các yếu tố và thông số (về kết cấu, cấu tạo của buồng bay hơi, về công suất phát vi ba, về thời gian chưng cất, về năng suất dầu/khối lượng thân lá, về hiệu suất thu hồi dầu sả...) ảnh hưởng mạnh và các chỉ tiêu có lợi hơn trong chưng cất dầu thực vật (năng suất cao hơn, hiệu suất thu hồi dầu sả triệt để hơn..); làm cơ sở cho việc thiết kế ứng dụng các hệ thống có công suất lớn áp dụng trong sản xuất.
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii TÓM TẮT .................................................................................................................. iii MỤC LỤC .................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. vii DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................................ x DANH MỤC ĐỒ THỊ ............................................................................................... xii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề................................................................................................................ 1 2. Mục tiêu của đề tài................................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ..................................................................... 3 3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................. 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU.............................................................. 4 1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. ..................................... 4 1.1.1. Lịch sử về tinh dầu ............................................................................................. 4 1.1.2. Cây sả và tinh dầu sả .......................................................................................... 5 1.1.3. Các phương pháp chưng cất tinh dầu ................................................................ 10 1.1.4. Lò vi sóng và các ứng dụng của lò vi sóng ....................................................... 19 1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................ 25 1.2.1. Một số đề tài trên thế giới................................................................................. 27 1.2.2. Các đề tài trong nước ....................................................................................... 27 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................................................................... 28 2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU........................................................... 28 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 28
v 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 28 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 28 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 29 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ...................................................................... 29 2.3.2. Phương pháp tính toán, thiết kế ........................................................................ 29 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố .............................................................. 29 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 32 3.1. HỆ THỐNG CHƯNG CẤT TINH DẦU SẢ TRUYỀN THỐNG ........................ 32 3.1.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống chưng cất tinh dầu truyền thống ......................... 32 3.1.2. Nguyên lý làm việc .......................................................................................... 33 3.1.3. Ưu và nhược điểm của hệ thống chưng cất tinh dầu truyền thống ..................... 33 3.1.4 Kiểm tra hàm lượng (nồng độ) tinh dầu sả ....................................................... 34 3.2. HỆ THỐNG CHƯNG CẤT TINH DẦU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SÓNG .. 35 3.2.1. Cấu tạo hệ thống. ............................................................................................. 36 3.2.2. Nguyên lý làm việc .......................................................................................... 36 3.3. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ........ 37 3.3.1. Tính toán thông số thiết bị ngưng tụ ................................................................. 37 3.3.2. Khung thiết bị chứa lò vi sóng.......................................................................... 41 3.3.3. Đầu phát vi sóng .............................................................................................. 43 3.3.4. Quạt hút hơi ..................................................................................................... 44 3.3.5. Hệ thống đường ống dẫn hơi ............................................................................ 44 3.3.6. Bơm nước làm mát tuần hoàn........................................................................... 45 3.3.7. Thiết bị ngưng tụ .............................................................................................. 47 3.3.8. Điều khiển hệ thống ......................................................................................... 49 3.4. KHẢO NGHIỆM KHẢ NĂNG LÀM VIỆC, ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ..... 50 3.4.1. Chuẩn bị thí nghiệm ......................................................................................... 50 3.4.2. Xác định khối lượng thực nghiệm .................................................................... 52 3.4.3. Chuẩn bị nguyên liệu ....................................................................................... 53 3.4.4. Quy trình làm thực nghiệm............................................................................... 54
vi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 70 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 70 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 72 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 74
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị c Vận tốc ánh sáng m/s λ Bước sóng m/s f Tần số sóng Hz E Động năng J, kJ h Hằng số Planck Vn 1 Thể tích nước ban đầu (Vn1) mL Vn 2 Thể tích nước còn lại sau thời gian t (Vn 2) mL Vnbh Thể tích nước đã bay hơi sau thời gian t (Vbh) mL Qh Lượng hơi bay ra trong một giờ (Qh) kg/h λn Hệ số dẫn nhiệt (hệ số tỉ lệ, độ dẫn nhiệt) (λn) W/m.ºC Qn Nhiệt lượng (đối tượng mang nhiệt) (Qn) J F Diện tích truyền nhiệt m2 τ Thời gian s Qn Nhiệt lượng sinh ra (Qn) J Cp Nhiệt dung riêng của nước Cp= 4,186 J/kg.độ Mnc Khối lượng của nước (mnc) kg T Nhiệt độ đo được ºC,ºK F Hệ số thực nghiệm có tính đến nhiệt độ từ các nguồn khác P Công suất tiêu thụ W Edt Điện trường (Edt) Vm-1
viii Ký hiệu Tên gọi Đơn vị A Độ ẩm ε0 Hệ số điện môi ε0 = 8.86 x 10-6 (Fm-1) Fm-1 Δt Độ chênh lệch nhiệt độ (Δt) ºC,ºK Yh1 Thể tích hương liệu đo ở thí nghiệm thứ nhất mL Yh1 Thể tích hương liệu đo ở thí nghiệm thứ nhất mL Yh1 Thể tích hương liệu đo ở thí nghiệm thứ nhất mL TBTĐN Thiết bị trao đổi nhiệt TN Thí nghiệm CĐTB Chế độ trung bình CĐC Chế độ cao CĐTB/2ĐP Chế độ trung bình, 2 đầu phát CĐC/2ĐP Chế độ cao, 2 đầu phát CĐTB/4ĐP Chế độ trung bình, 4 đầu phát CĐC/4ĐP Chế độ cao, 4 đầu phát CĐTB/4ĐP-N Chế độ trung bình, 2 đầu phát có gia ẩm CĐC/4ĐP-N Chế độ cao, 2 đầu phát có gia ẩm U Hiệu điện thế
ix DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Danh mục dụng cụ đo ................................................................................ 50 Bảng 3.2. Danh mục dụng cụ chế biến, chứa nguyên liệu........................................... 52
x DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cây sả non và bẹ sả sau khi thu hoạch .......................................................... 5 Hình 1.2. Tinh dầu sả sau khi được chưng cất .............................................................. 5 Hình 1.3. Thiết bị chưng cất tinh dầu bằng cuốn hơi nước ......................................... 15 Hình 1.4. Thiết bị chưng cất tinh dầu dưới sự hỗ trợ của công nghệ vi sóng............... 17 Hình 1.5. Phân vùng sóng .......................................................................................... 22 Hình 1.6. Các bộ phận của lò vi sóng ......................................................................... 23 Hình 1.7. Ngăn nấu của lò vi sóng ............................................................................. 24 Hình 3.1. Hệ thống chưng cất tinh dầu bằng phương pháp cuốn hơi nước .................. 32 Hình 3.2. Lò chưng cất tinh dầu sả kiểu hơi nước truyền thống - đun củi ................... 33 Hình 3.3. Màu dầu sả tự nhiên sau chưng cất ............................................................. 35 Hình 3.4. Hệ thống chưng cất tinh dầu bằng vi sóng .................................................. 36 Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện tính dẫn nhiệt của vật liệu ................................................ 38 Hình 3.6. Phương và chiều của grad T ....................................................................... 38 Hình 3.7. Hình ảnh mô tả quá trình tính toán điện trường .......................................... 39 Hình 3.8. Ống dẫn hơi bằng vật liệu đồng .................................................................. 40 Hình 3.9. Hình vật liệu thép chế tạo khung lò vi sóng ................................................ 42 Hình 3.10. Hình vật liệu tole chế tạo khung lò vi sóng ............................................... 42 Hình 3.11. Hình ảnh gia công và lắp ráp khung lò vi sóng ......................................... 43 Hình 3.12. Hình ảnh đầu phát vi sóng ........................................................................ 44 Hình 3.13. Bộ điều khiển hiệu điện thế quạt hút hơi................................................... 44 Hình 3.14. Cấu tạo của ống thoát hơi ......................................................................... 45 Hình 3.15. Bọc bảo ôn cách nhiệt ống thoát hơi ......................................................... 45 Hình 3.16. Bơm nước làm mát tuần hoàn ................................................................... 47 Hình 3.17. Cấu tạo của thiết bị ngưng tụ .................................................................... 47 Hình 3.18. Hình vẽ thiết bị lò vi sóng bằng công nghệ 3D ......................................... 48 Hình 3.19. Hệ thống lò vi sóng .................................................................................. 48
xi Hình 3.20. Mạch điện cấp cho hệ thống chưng cất bằng vi sóng ................................ 49 Hình 3.21. Nguyên lý của hệ thống chưng cất tinh dầu bằng vi sóng.......................... 49 Hình 3.22. Chai chứa dầu sả và ống nghiệm .............................................................. 51 Hình 3.23. Lọ chứa dầu sả và ống nghiệm ................................................................ 51 Hình 3.24. Súng đo nhiệt độ bằng tia laser ................................................................. 51 Hình 3.25. Cân đo khối lượng sả/mẻ thí nghiệm ........................................................ 51 Hình 3.26. Ampe kìm ................................................................................................ 51 Hình 3.27. Vôn kế...................................................................................................... 51 Hình 3.28. Cấp sả nguyên liệu vào lò ......................................................................... 52 Hình 3.29. Cây sả sau thu hoạch ................................................................................ 53 Hình 3.30. Lá sả khô, non bị loại bỏ .......................................................................... 53 Hình 3.31. Sả sau khi loại bỏ lá khô và non ............................................................... 53 Hình 3.32. Sả được cắt thành từng bó và cân ............................................................. 53 Hình 3.33. Sản phẩm chưng cất ở CĐTB/2 ĐP .......................................................... 64 Hình 3.34. Sản phẩm chưng cất ở CĐC/2 ĐP............................................................. 64 Hình 3.35. Sản phẩm chưng cất ở CĐTB/4 ĐP .......................................................... 64 Hình 3.36. Sản phẩm chưng cất ở CĐC/4 ĐP............................................................. 64
xii DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ trung bình, 02 đầu phát sóng55 Đồ thị 3.2. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ cao, 02 đầu phát sóng .......... 55 Đồ thị 3.3. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ trung bình, 04 đầu phát sóng56 Đồ thị 3.4. Đồ thị công suất tiêu thụ điện năng ở chế độ cao, 04 đầu phát sóng .......... 57 Đồ thị 3.5. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN1-CĐTB/2 ĐP .................. 58 Đồ thị 3.6. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN2-CĐC/2 ĐP ..................... 59 Đồ thị 3.7. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN3-CĐTB/4 ĐP .................. 60 Đồ thị 3.8. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN4-CĐC/4 ĐP ..................... 61 Đồ thị 3.9. Đồ thị tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian TN5-CĐC/4 ĐP-N................. 63 Đồ thị 3.10. Đồ thị so sánh tỉ lệ dầu sả chiết xuất theo thời gian ................................ 66 Biểu đồ 3.1. Biểu đồ so sánh theo thời gian chưng cất giữa các phương pháp ............ 67
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Tinh dầu thực vật là sản phẩm được chiết xuất từ các bộ phận của cây: thân, hoa, lá, vỏ, rễ bằng nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm mang tính đặc thù riêng và đem lại hiệu suất cũng khác nhau. Việt Nam và thế giới lúc này chỉ có công nghệ thu cất tinh dầu bằng phương pháp cuốn hơi nước, tức là cho lá vào nồi, đun lên, nước bay hơi thì tinh dầu sẽ bay theo, sau đó làm lạnh để đưa tinh dầu và nước vào bình, tinh dầu nổi lên trên sẽ được chiết tách ra. Chưng cất tinh dầu bằng phương pháp cuốn hơi nước được sử dụng khá phổ biến hiện nay có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, có thể sản xuất với số lượng lớn nguyên liệu một mẻ, không tiêu tốn nhiên liệu, thời gian chưng cất nhanh, tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm như có hiệu suất đối với tinh dầu có nhiệt độ sôi cao, hàm lượng tinh dầu lẫn trong nước vẫn còn và không ly trích được...; Các phương pháp trên vẫn còn một số nhược điểm, hiện tại chưa được khắc phục như xả khí COx ra ngoài môi trường gây hiệu ứng nhà kính, chưa chiết xuất hết được lượng tinh dầu trong bộ phận của thực vật và sử dụng nhiều và thất thoát năng lượng. Công nghệ vi sóng (vi ba) là một trong những kỹ thuật mới nhất hiện nay được biết đến với nhiều ưu điểm vượt trội như thời gian gia nhiệt cực nhanh, hiệu suất cao, tiêu thụ ít năng lượng, không xả khí COx ra ngoài môi trường và hoàn toàn thân thiện với con người. Tuy nhiên, công nghệ vi sóng được ứng dụng chủ yếu trong việc nấu chín thực phẩm dùng trong các hộ gia đình và một số lĩnh vực kinh doanh nhà hàng, khách sạn.... Hiện nay, trên thế giới chưa có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sóng trong chưng cất tinh dầu thực vật trong đó có tinh dầu sả, chưa có tài liệu nào công bố về ứng dụng công nghệ vi sóng trong chưng cất tinh dầu sả bằng phương pháp cuốn hơi nước ngoài các nghiên cứu trong Luận văn thạc sĩ kỹ thuật của Nguyễn Quốc Hiệp - Học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí K21, Trường Đại học Nông Lâm Huế. Ngày nay, trong các ngành công nghiệp chế biến tinh dầu, các hộ sản xuất đơn lẻ đang có xu hướng nghiên cứu tìm giải pháp nâng cao hiệu suất chưng cất tinh dầu, giảm chi phí sản xuất nhằm hạ giá thành sản phẩm giúp người sử dụng tiếp cận sản phẩm rộng rãi hơn, tạo cơ hội tiếp cận sản phẩm cho những người có thu nhập thấp, đặc biệt là tinh dầu sả với nhiều công dụng vượt trội: dùng làm gia vị trong chế biến thực phẩm, dùng làm hương vị trong đời sống, sát thương, diệt khuẩn trong y học, thuốc bảo vệ thực vật an toàn với con người, hỗ trợ điều trị các triệu chứng đầy hơi, tiêu chảy, giảm căng thẳng và nhiều công dụng khác nữa, đặc biệt là gốc định hương trong công nghệ sản xuất chế biến nước hoa.
2 Sử dụng hệ thống chưng cất hơi nước, ứng dụng công nghệ vi sóng để gia nhiệt và công phá các mô tế bào trong chưng cất dầu thực vật có thể tạo ra hiệu hiệu suất thu dầu rất cao, là một hướng nghiên cứu mới thay cho các phương pháp gia nhiệt (trực tiếp hoặc gián tiếp) truyền thống hiện nay. Trong quá trình chưng cất tinh dầu sả, vấn đề tăng hiệu suất thu hồi tinh dầu được mọi cơ sở sản xuất quan tâm cả về công nghệ và thiết bị. Năm 2016, được sự hướng dẫn của TS Đinh Vương Hùng, Nguyễn Quốc Hiệp- học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí K21, Trường Đại học Nông Lâm Huế đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sóng trong chưng cất dầu thực vật bằng phương pháp hơi nước” và đã thu được kết quả khả quan. Tuy nhiên đề tài của Nguyễn Quốc Hiệp mới mới thí nghiệm trên hệ thống chưng cất hơi nước, ứng dụng công nghệ vi sóng trong mô hình chưng cất dầu sả chanh với công suất nhỏ (1,5 kW), chưa khảo sát đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng của cường độ phát vi sóng (bước sóng ngắn trong dãi hồng ngoại) đến khả năng công phá các mô chứa tinh dầu thực vật theo thời gian và năng suất thu hồi so với phương pháp chưng cất truyền. Vì các lý do trên, chúng tôi tiến hành lựa chọn nghiên cứu đề tài:"Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu hồi dầu sả trong quá trình chưng cất hơi nước ứng dụng công nghệ vi sóng". 2. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu, cải tiến kết cấu buồng phát vi sóng có dung tích chứa và bộ nguồn phát lớn hơn để làm vỡ các tế bào thực vật chứa các hợp chất dầu thực vật từ bên trong (tế vi), nhằm thu được dầu sả với hiệu suất cao nhất. - Thay đổi cường độ phát vi sóng (bước sóng ngắn, còn gọi nhóm sóng vi ba trong dãi hồng ngoại) đến khả năng công phá các mô chứa tinh dầu thực vật, để khảo sát ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu dầu sả theo thời gian. - Thay đổi độ ẩm của đối tượng chưng cất để khảo sát ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất thu dầu sả theo thời gian. - Xác định được các chế độ làm việc có lợi nhất của chưng cất tinh dầu sả bằng công nghệ vi sóng cả về năng suất, hiệu suất và thời gian.. - Xác định được các ưu, nhược điểm về nguyên lý của phương pháp mới. - Tính toán, thiết kế, và thử nghiệm được 01 hệ thống chưng cất hơi nước, ứng dụng công nghệ vi sóng trong chưng cất dầu sả công suất lớn phục vụ sản suất. - Bảo đảm được hệ thống có khả năng làm việc ổn định. - Hệ thống có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao.
3 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học - Việc nghiên cứu thành công công nghệ vi sóng ứng dụng trong chưng cất dầu sả sẽ là một bước phát triển mới cho sản xuất tinh dầu nói chung. - Xây dựng được mô hình chưng cất dầu sả sử dụng phương pháp vi sóng với nhiều lợi ích thiết thực như: tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao, không thải khí thải ra môi trường như COx ..; - Đây là phương pháp mới: dùng tia vi sóng (vi ba) trực tiếp công phá mô tế bào chứa tinh dầu và sử dụng hơi nước cuốn tinh dầu mà từ trước đến nay chưa được ứng dụng nhiều. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Từ kết quả nghiên cứu, sẽ mở ra một công nghệ sản xuất dầu sả với quy mô lớn, chiết xuất tinh dầu mới với nhiều lợi ích như bảo đảm chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, hiệu suất thu hồi tinh dầu cao, bảo vệ môi trường. - Đáp ứng được nhu cầu cải tiến công nghệ và thiết bị trong sản xuất tinh dầu sả ở Thừa Thiên-Huế nói riêng cũng như Việt Nam nói chung hiện nay.
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. 1.1.1. Lịch sử về tinh dầu [10] Với lịch sử phát triển hàng ngàn năm, tinh dầu được mệnh danh là báu vật của thiên nhiên, là tủ thuốc của tự nhiên được phát triển thành phương pháp trị liệu, chăm sóc sức khỏe, làm đẹp trên toàn thế giới. Tinh dầu thực vật đã được dùng trong những nền văn minh cổ đại vào thời gian cách đây khoảng 6.000 năm hoặc xưa hơn. Người Ai Cập cổ đại dùng phương pháp ngâm chiết để trích ly tinh dầu từ các loại cây cỏ có mùi thơm, và hương trầm có lẽ là một trong những phương cách cổ xưa nhất trong việc sử dụng hương liệu. Người Ai Cập rất thông thạo việc ướp xác bằng hương liệu để bảo quản cở thể. Họ cũng thường dùng dầu thơm để xoa bóp cơ thể. Người Hy Lạp tiếp tục sử dụng tinh dầu thơm và dùng các loại dầu này cho cả hai mục đích điều trị và trang điểm. Một y sĩ Hy Lạp (Pedcaius Dioscorides) đã viết một quyển sách về một loại thảo dược, và trong ít nhất 1.200 năm sau đó sách này được dùng làm tham khảo cho Tây y. Nhiều phương thuốc ông đưa ra cho đến nay vẫn còn được dùng trong liệu pháp hương. Người La Mã sao chép phần lớn kiến thức y khoa từ người Hy Lạp và đã cải thiện khả năng sử dụng các hương liệu, khi La Mã trở thành kinh đô của thế giới cổ đại. Sau khi tắm, họ thường xức dầu và xoa bóp. Họ bắt đầu nhập các sản phẩm hương liệu mới từ Đông Ấn và Ả Rập khi đã mở mang các tuyến đường mậu dịch. Kiến thức về các loại dầu hương liệu và nước hoa đã được truyền bá đến vùng Viễn Đông và Ả Rập, và một y sĩ tên Avcenna (980 - 1037 sau Công nguyên) đã lần đầu tiên dùng một quy trình gọi là chưng cất để cất ra tinh dầu hoa hồng. Các thời kì văn minh Trung Hoa cổ đại cũng dùng một số các hương liệu đồng thời với người Ai Cập. Thần Nông là quyển sách y học cổ xưa nhất hiện nay vẫn còn tại Trung Quốc, được viết ra khoảng 2.700 năm trước Công nguyên và có ghi chép về hơn 300 loài dược thảo. Người Trung Hoa đã dung các loại hương liệu và đốt các loại gỗ thơm và hương trầm để thực hành tín ngưỡng. Y học cổ truyền Ấn Độ gọi là Ayurveda, liệu pháp đã được thực hành từ hơn 3.000 năm qua, với việc xoa bóp bằng dầu thơm là một trong những công đoạn chính. Người Tây Ban Nha có số lượng dược thảo trồng trong các vườn nhà của họ rất nhiều; người da đỏ ở Bắc Mỹ cũng dùng dầu hương liệu và đưa ra những phương thuốc trị bệnh của họ bằng dược thảo.
5 Giữa thế kỉ 19, tinh dầu được tập trung nghiên cứu và trở thành một phương pháp trị liệu tổng thể và phổ cập tại nhiều nước như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp… 1.1.2. Cây sả và tinh dầu sả [11] 1.1.2.1. Cây sả và tên gọi Hình 1.1. Cây sả non và bẹ sả sau khi thu hoạch Hình 1.2. Tinh dầu sả sau khi được chưng cất Tên gọi khác: Hương mao, chạ phiéc (Tày), phắc châu (Thái), mờ b’lạng (K’ho) Tên tiếng Anh: Lemon grass, lemongrass, oil grass, silky heads, citronella grass. Tên khoa học: CYMBOPOGON CITRATUS (DC.) Stapf thuộc họ POAECEA Tên đồng nghĩa: Andropogon citratus.
6 1.1.2.2. Phân loại khoa học Giới (Kingdom): Thực vật (Plantae) Ngành (Division): Thực vật có hoa (Angiosperms) Lớp (Class): Thực vật 1 lá mầm (Monocots) Phân lớp (Subclass): Cây hạt kín (Commelinids). Bộ (Order): Hòa thảo (Poales) Họ (Family): Hòa thảo (Poaceae) Phân họ (Subfamily): Panicoideae Tộc (Tribe): Andropogoneae Phân tộc (Subtribe): Andropogoninae Chi (Genus): Cymbopogon Spreng (khoảng 55 loài) Loài (Species): Cymbopogon citratus Các loài quan trọng trong chi sả gồm: 1 - Cymbopogon ambiguus: Sả chanh Úc (bản địa của Úc). 2 - Cymbopogon citratus: Sả ta hay sả chanh Tàu (bản địa Trung Quốc). 3 - Cymbopogon citriodora: Sả chanh Tây Ấn Độ (bản địa Ấn Độ). 4 - Cymbopogon flexuosus: Sả Đông Ấn Độ (bản địa Ấn Độ). 5 - Cymbopogon martinii: Sả Palmarosa. 6 - Cymbopogon nardus: Cỏ sả Thái (Ta-khrai Hom). 7 - Cymbopogon Proximus: Sả Ai Cập. 8 - Cymbopogon schoenanthus: Sả hoang mạc (miền Nam Châu Á và Bắc Phi). 1.1.2.3. Phân bố Chi sả Cymbopogon (lemongrass) là một chi với khoảng 55 loài (species) sả khác nhau, có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới cựu thế giới, thuộc châu Phi, Nam Á, Đông Nam Á, Đông Á và Australia. Trong đó loài phổ biến nhất ở Trung Quốc và vùng Đông Nam Châu Á là loài sả ta hay sả tàu (Cymbopogon citratus) có nguồn gốc từ Trung Quốc và phân bố rộng rãi ở các nước vùng Đông Á và Đông Nam Á.