Thiết kế hệ thống pilot tách chiết hợp chất màu tự nhiên kết hợp nhuộm vật liệu dệt

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống pilot tách chiết hợp chất màu tự nhiên kết

hợp nhuộm vật liệu dệt

Mã số đề tài: 171.4101

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Thị Hồng Phượng

Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Hóa học

Tp. Hồ Chí Minh, 2020

1

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công

nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, phòng quản lý khoa học và hợp tác quốc tế đặc biệt là

khoa Công nghệ Hóa học đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện nghiên cứu đề tài này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp khoa Công nghệ Hóa học đã hỗ trợ,

chia sẽ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài này.

Tôi xin cảm ơn gia đình, cha mẹ hai bên và đặt biệt là người bạn đời của tôi đã tạo

mọi điều kiện tốt nhất về cả vật chất và tinh thần giúp tôi hoàn thành đề tài.

Tôi cũng xin cảm ơn các em sinh viên khoa Công nghệ Hóa học khóa 10 đã hỗ trợ

và tạo động lực cho tôi thực hiện nghiên cứu này.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc đến toàn thể đồng nghiệp khoa Công nghệ Hóa học

cũng như trong bộ môn Công nghệ Vật liệu, ban lãnh đạo khoa lời chúc sức khỏe, luôn

hạnh phúc, thành công trong cuộc sống và trong công việc.

Mặt dù đã cố gắng hết khả năng để hoàn thành mục tiêu đặt ra ban đầu và báo cáo

nhưng với lượng công việc khá nhiều và thời gian thực hiện đề tài còn hạn hẹp nên khó

có thể tránh khỏi những sai sót. Tôi mong nhận được nhiều đóng góp từ quý thầy cô để

bài báo cáo có thể hoàn thiện hơn.

2

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

3

I. THÔNG TIN TỔNG QUÁT

1.1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống pilot tách chiết hợp chất màu tự nhiên kết hợp

nhuộm vật liệu dệt

1.2. Mã số: 171.4101

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 TS. Phạm Thị Hồng Phượng

Giảng viên, Khoa CN

Hóa học, ĐH Công

nghiệp Tp.HCM

Chủ trì, lên ý tưởng, lập kế

hoạch làm việc và triển khai

thực hiện

2 ThS. Lê Nhất Thống

Khoa CN Hóa học, ĐH

Công nghiệp Tp.HCM Thực hiện theo kế hoạch

3

ThS. Nguyễn Thị Tâm Thanh

Khoa CN Nhiệt Lạnh,

ĐH Công nghiệp

Tp.HCM

Thực hiện theo kế hoạch

4

ThS. Trần Việt Hùng

Khoa CN Nhiệt Lạnh,

ĐH Công nghiệp

Tp.HCM

Thực hiện theo kế hoạch

5

ThS. Phạm Quang Phú

Khoa CN Nhiệt Lạnh,

ĐH Công nghiệp

Tp.HCM

Thực hiện theo kế hoạch

6

ThS. Nguyễn Thị Kim Liên

Khoa CN Nhiệt Lạnh,

ĐH Công nghiệp

Tp.HCM

Thực hiện theo kế hoạch

7

ThS. Lê Đình Nhật Hoài

Khoa CN Nhiệt Lạnh,

ĐH Công nghiệp

Tp.HCM

Thực hiện theo kế hoạch

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Công nghệ Hóa học

 Điện thoại: 8 390490 / 163-545 Fax: 083.9940 954

 Website: http://fce.iuh.edu.vn/vi/

 Địa chỉ: Tòa nhà F, 12 Nguyễn Văn Bảo, phường 4, Gò Vấp, Tp.HCM

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 04 năm 2017 đến tháng 03 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 12 năm 2020

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 4 năm 2017 đến tháng 12 năm 2020

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu:

 Thay thế khảo sát lá cà phê sang khảo sát lá bàng, bã cà phê và hạt điều màu.

4

 Chỉ khảo sát vải tơ tằm thay vì khảo sát hai loại vải là cotton và tơ tằm.

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: Năm mươi triệu đồng (50.000.000

VNĐ).

II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Đặt vấn đề

Hiện nay nhiều bài báo, công trình trong nước và thế giới đã công bố về việc nghiên

cứu các hợp chất màu tự nhiên có thể nhuộm cho nhiều loại vật liệu dệt khác nhau như

cotton, tơ tằm, polyamide…. Tuy nhiên các nghiên cứu cũng chỉ mới dừng lại ở mức

nghiên cứu mang tính khả thi, chưa triển khai ứng dụng; đồng thời chưa có bất cứ một

công bố nào đề cập đến việc thiết kế thiết bị đa năng vừa tách chiết vừa nhuộm đồng thời

như nhóm đề tài này.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Trong nhiều thập kỷ qua, những công trình

nghiên cứu về quá trình trích ly hay tách chiết hợp chất màu tự nhiên và cô lập xác định

từng hợp chất riêng lẻ được nghiên cứu rất nhiều. Trong đó, cũng có một số công bố về

việc sử dụng mô hình thực nghiệm và tối ưu hóa mô hình vào trong quá trình tách chiết

chất màu tự nhiên đơn lẻ. Tuy nhiên vấn đề trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng trong

công nghệ nhuộm lại mang một ý nghĩa ứng dụng khác; không cô lập hợp chất đơn lẻ mà

sử dụng hỗn hợp dịch chiết nhuộm cho các loại vật liệu vải sợi khác nhau [6, 7, 8, 9, 10].

Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu quy trình nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên

được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm mà chủ yếu tập trung vào chất màu trích

ly từ thực vật. Sự đa dạng của hệ thực vật trên thế giới đã tạo nhiều gam màu đa dạng cho

các công trình nghiên cứu về công nghệ này [7, 8, 9, 10].

Từ năm 2000 đến 2014, có khá nhiều công trình nghiên cứu về khả năng nhuộm vật

liệu dệt của dịch chiết từ vỏ măng cụt đã được công bố ở một số bài báo của các trường

đại học hoặc các viện nghiên cứu chủ yếu ở Thái Lan, Ấn Độ, Mỹ và Úc. Một số bài báo

tập trung nghiên cứu quy trình nhuộm trên các loại vật liệu cotton, tơ tằm, len đã được

công bố. Năm 2006, Siriwan Kittinaovarat và các cộng sự ở đại học Chulalongkorn, Thái

Lan đã công bố kết quả nghiên cứu quy trình nhuộm và hoàn tất vải cotton bằng dịch

chiết từ vỏ quả măng cụt sử dụng phương pháp nhuộm một bể. Tiếp theo, năm 2007 M.

Chairat và các cộng sự tiếp tục nghiên cứu quy trình nhuộm cotton và tơ tằm bằng dịch

chiết từ vỏ quả măng cụt; năm 2009, Padma S Vankar, Thái Lan cũng đã nghiên cứu quy

trình nhuộm vải cotton, tơ tằm và len bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt có sự hỗ trợ của

các ion kim loại. Đến năm 2010, Charuwan Suitcharit cũng đã công bố kết quả nghiên

cứu ảnh hưởng của phân tử chitosan đến khả năng cầm màu trên vải cotton nhuộm bằng

dịch chiết từ vỏ măng cụt và một số công trình đã công bố của các nhà khoa học khác.

Tuy nhiên, các hướng nghiên cứu này còn phụ thuộc nhiều vào các chất cầm màu là các

muối kim loại, chưa thật sự đi sâu vào hướng hoàn toàn thân thiện với môi trường. Đồng

thời, các kết quả nghiên cứu chỉ ứng dụng cho công nghệ nhuộm, không đề cập đến quá

trình trích ly dung dịch nhuộm hay sự ảnh hưởng của các thông số của quá trình trích ly

5

dịch cũng như hoàn toàn chưa đề cập đến việc thiết kế hệ thống thiết bị vừa tách chiết

vừa nhuộm vật liệu dệt bằng các loại chất màu tự nhiên. Đồng thời, cho đến nay vẫn chưa

có nhiều nghiên cứu chính thức nào về khả năng nhuộm màu của lá bàng, bã cà phê và

hạt điều màu.

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam: Ngành dệt may Việt Nam là một trong những

ngành công nghiệp có tốc độ tăng trưởng rất nhanh, trong những năm gần đây luôn dẫn

đầu kim ngạch xuất khẩu cả nước. Vì thế nhu cầu tiêu thụ thuốc nhuộm, hóa chất và chất

trợ nhuộm cho ngành này cũng tăng theo với số lượng rất lớn, vấn đề sức khỏe người lao

động và vấn đề môi trường cần phải được quan tâm nhiều hơn. Song, chi phí xử lý nước

thải trong công nghệ dệt nhuộm vẫn còn khá cao, nên giải pháp khắc phục ô nhiễm vẫn

còn gặp nhiều khó khăn. Trong khi đó, các hợp chất màu được nghiên cứu từ tự nhiên

như từ vỏ, cây, lá, quả, củ, hạt… chứa một lượng lớn tannin tự nhiên lại có khả năng

nhuộm được vật liệu dệt lại có khả năng nhuộm được vật liệu dệt, không gây ô nhiễm

môi trường và không ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động và người tiêu dùng. Tuy

nhiên, các các nhà nghiên cứu về các chất màu tự nhiên ứng dụng trong công nghệ

nhuộm lại đang gặp khó khăn trong việc bảo quản dịch chiết trước khi chuyển sang công

đoạn nhuộm trên vật liệu dệt do tính chất phức tạp của hợp chất màu tự nhiên. Đặc trưng

lớn nhất của các hợp chất mang màu được tách chiết từ thực vật và động vật là rất nhạy

với thời tiết, với ánh sáng, và đặc biệt rất dễ bị oxy hóa khi gặp oxy trong không khí

chuyển thành nhiều hợp chất phức tạp làm giảm khả năng nhuộm màu trên vật liệu dệt

nói chung và vải sợi nói riêng. Chính vì thế, công nghệ nhuộm vải sợi bằng chất màu tự

nhiên có khá nhiều công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước nhưng vẫn chưa triển

khai đại trà được.

Những năm gần đây, trong số các nghiên cứu về vấn đề này tại Việt Nam, có khá

nhiều kết quả công bố về vấn đề tối ưu hóa quá trình tách chiết, chẳng hạn tác giả Lê

Xuân Hải, Nguyễn Thị Lan đã công bố trên tạp chí phát triển KH&CN, tập 11, số 09-

2008 về “Tối ưu hóa đa mục tiêu ứng dụng trong quá trình chiết tách màu anthocyanin”.

Hay một số công bố về kết quả nghiên cứu tách chiết vỏ quả măng cụt thì chủ yếu tập

trung xác định thành phần dược tính, như tác giả Đào Hùng Cường và Đỗ Thị Thúy Vân

vào năm 2010 đã công bố công trình nghiên cứu chiết tách và xác định Xanhthones từ vỏ

quả măng cụt; hay năm 2013 tác giả Đàm Sao Mai và Lê Văn Tán, Đại học Công nghiệp

Tp.HCM đã công bố nghiên cứu cô lập Anthocyanin từ vỏ quả măng cụt. Tuy nhiên kết

quả công bố cho hướng nghiên cứu ứng dụng chất màu tự nhiên không nhiều, chỉ mới là

những khảo sát mang tính tự phát, chưa được công bố trên các tạp chí uy tín.

Tại Việt Nam, tính đến thời điểm này, các trường đại học và các viện nghiên cứu

cũng đã có khá nhiều nghiên cứu về công nghệ nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên từ

nhiều loại thực vật khác nhau. Tuy nhiên, các ý tưởng và xu hướng nghiên cứu này chủ

yếu là vẫn dựa trên các công trình nghiên cứu của PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, Khoa Công

nghệ Dệt may và Thời trang, Đại học Bách khoa Hà Nội. PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã tìm

ra công nghệ nhuộm vải cotton và lụa tơ tằm bằng lá bàng, lá xà cừ, củ nâu, lá trầu

không, chàm, lá thiên lý, lá tre, lá găng, ngải cứu, lá bạch đàn, lá chè, lá hồng xiêm, vỏ

6

cây xà cừ, chè, cây lá móng, cây xà cừ, nghệ, bạch đàn, sapoche…Là chuyên gia hóa

nhuộm, bằng đam mê khoa học PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực

này từ năm 1996, đến nay Bà đã chủ nhiệm rất nhiều đề tài, dự án về công nghệ nhuộm

vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên. Trong đó, phải kể đến đề tài Nghị định thư hợp tác

giữa chính phủ Việt Nam và chính phủ Áo: “Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu tự

nhiên để nhuộm vải bông và tơ tằm, thiết lập qui trình công nghệ và triển khai ứng dụng

cho một số cơ sở làng nghề dệt nhuộm. Trong dự án này PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã

nghiên cứu thành phần và bản chất của các loại chất màu có nguồn gốc thiên nhiên, từ đó

xây dựng, lựa chọn và tối ưu hóa các quá trình tách chiết chất màu với các thông số công

nghệ phù hợp; đã xây dựng quy trình nhuộm bằng chất màu chiết tách từ lá chè, lá bàng,

lá xà cừ và hạt điều màu cho vải bông và vải tơ tằm; nghiên cứu các biện pháp xử lý sau

nhuộm nâng cao độ bền màu của sản phẩm. Khẳng định độ bền màu cũng như một số

tính chất ưu việt của sản phẩm nhuộm màu từ 4 loại thảo mộc như khả năng chống nhàu,

khả năng hút ẩm, độ thoáng khí. Nghiên cứu đa dạng hóa màu sắc của sản phẩm nhuộm

bằng chất màu chiết tách từ 4 loại thảo mộc bằng cách phối ghép nguyên liệu hoặc cầm

màu để nâng cao độ bền màu. Sự thành công của dự án còn phải kể đến là có thể chuyển

giao công nghệ cho nông dân để sản xuất hàng thủ công, góp phần xoá đói, giảm nghèo,

mang ý nghĩa an sinh xã hội rất cao. Ngoài ra, PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh còn thực hiện

thành công dự án kết hợp với doanh nghiệp “Thay thế chất nhuộm hóa học bằng chất

màu tự nhiên - Phương pháp sản xuất sạch và hiệu quả hơn” triển khai và đã nghiệm thu

2012-2013, với sự tài trợ của dự án Đổi mới Sáng tạo Việt Nam - Phần Lan (IPP), Công

ty TNHH Dệt nhuộm Trung Thư - Hưng Yên đã phối hợp nghiên cứu áp dụng thành công

công nghệ nhuộm vải bằng các chất màu tự nhiên thay thế chất nhuộm hóa học. Kết quả

dự án phần nào khẳng định sự thành công của công nghệ nhuộm vật liệu dệt bằng chất

màu tự nhiên thân thiện môi trường, giảm thiểu hiện tượng ô nhiễm môi trường. Năm

2011, nhóm nghiên cứu đề tài thuộc Khoa Sinh học Trường Đại học Đà Lạt cũng đã tiến

hành đề tài “Điều tra, khảo sát các loài cây cho chất nhuộm tự nhiên ở Lâm Đồng và khả

năng ứng dụng của nó trong ngành nhuộm dệt vải thổ cẩm của đồng bào Dân tộc thiểu số

bản địa” đã được Sở Khoa học và Công nghệ đánh giá cao về ý nghĩa và hiệu quả kinh tế;

tuy nhiên kết quả cũng chỉ mới dừng lại ở những khảo sát ban đầu.

Bên cạnh những nghiên cứu đã đề cập, hiện nay đồng bào dân tộc thiểu số miền núi

phía Bắc vẫn duy trì truyền thống nhuộm vải bằng một số loại chất màu tự nhiên như củ

nâu, chàm…; người dân An Giang vẫn còn dùng quả mặc nưa để nhuộm vải tơ tằm và

vải polymide. Tuy nhiên công nghệ nhuộm truyền thống mất rất nhiều thời gian, chỉ

mang tính chất thủ công, khó sản xuất đại trà, sản phẩm nhuộm không đảm bảo các chỉ

tiêu về độ bền màu. Ngoài ra, một đề tài cấp bộ đã được nghiệm thu của Viện kỹ thuật

Dệt may Tp.HCM, trong đó có đề cập đến việc nhuộm vỏ quả măng cụt trên vải tơ tằm.

Tuy nhiên kết quả chỉ mang tính chất khảo sát sơ bộ đưa ra đơn công nghệ nhuộm đơn

giản; hoàn toàn không đề cập đến quá trình trích ly hay đề xuất thiết kế thiết bị vừa tách

chiết vừa nhuộm.

7

Đứng trước thực trạng đó, việc thiết kế một hệ thống thiết bị triển khai ở qui mô

pilot có thể vừa tách chiết chất màu tự nhiên từ thực vật vừa ứng dụng dịch chiết để

nhuộm vật liệu dệt đồng thời trong cùng một bể, rút ngắn thời gian, không mất nhiều thời

gian và hóa chất bảo quản dịch chiết mà vẫn hạn chế hiện tượng oxy hóa, vẫn đảm bảo

khả năng gắn màu lên vải và độ bền màu của vải theo yêu cầu của ngành dệt nhuộm là

điều hết sức cần thiết.

Chính vì thế, có thể khẳng định đề tài là ý tưởng hoàn toàn mới của tác giả và các

cộng sự. Và kết quả đề tài chắc chắn sẽ được các doanh nghiệp đang nghiên cứu lĩnh vực

nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên quan tâm và tìm cách kết nối để chuyển giao công

nghệ. Hy vọng kết quả đề tài sẽ tạo được bước tiến xa hơn là góp phần rút ngắn khoảng

cách giữa nhà khoa học và doanh nghiệp, tạo tiền đề gắn kết đưa kết quả nghiên cứu khoa

học vào đời sống thực tiễn.

2. Mục tiêu

Mục tiêu tổng quát: Thiết kế thành công hệ thống thiết bị pilot vừa đáp ứng được

quy trình tách chiết chất màu tự nhiên, vừa ứng dụng nhuộm vải bằng dịch chiết từ chất

màu tự nhiên. Đồng thời, nghiên cứu thành công quy trình công nghệ kết hợp vừa tách

chiết vừa nhuộm trong cùng một bể, rút ngắn quy trình, giảm thiểu chi phí sản xuất.

Mục tiêu cụ thể: Hoàn thành bản vẽ thiết kế và thiết kế thành công hệ thống thiết

bị pilot đa năng vừa tách chiết và kết hợp nhuộm vật liệu dệt. Đưa ra các thông số kỹ

thuật tối ưu của thiết bị tách chiết ứng dụng cho quá trình tách chiết chất màu tự nhiên

với nguyên liệu khảo sát là lá bàng, bã cà phê, hạt điều màu: nhiệt độ tách chiết, thời gian

tách chiết, tỷ lệ nguyên liệu tách chiết/dung môi và tốc độ khuấy. Đưa ra các thông số kỹ

thuật tối ưu của thiết bị nhuộm ứng dụng cho quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết

lá bàng, bã cà phê, hạt điều màu đã qua thiết bị tách chiết: nhiệt độ nhuộm, thời gian

nhuộm, tỷ lệ vải/dịch chiết và tốc độ guồng quay của hệ thống nhuộm. Các sản phẩm vải

tơ tằm nhuộm bằng chất mà tự nhiên lá bàng, bã cà phê, hạt điều màu trên thiết bị đa

năng đạt các yêu cầu kỹ thuật của ngành dệt nhuộm và đảm bảo tính sinh thái.

3. Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu mà đề tài nghiên cứu đặt ra tiến hành thực hiện phương

pháp nghiên cứu thực nghiệm trên các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

Phần 1: Thiết kế hệ thống pilot tách chiết hợp chất màu tự nhiên kết hợp nhuộm

 Khảo sát thị trường và chọn lựa nguyên vật liệu phù hợp theo yêu cầu kỹ thuật

 Thiết kế bản vẽ chi tiết và các thông số kỹ thuật của máy

 Tính toán chi tiết và thực hiện bản vẽ bằng phần mềm Autocad

 Lắp ráp và hoàn thiện thiết bị pilot đa năng kết hợp tách chiết và nhuộm vải bằng

chất màu tự nhiên

8

Phần 2: Khảo sát khả năng tách chiết và nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu tự nhiên

của hệ thống pilot

 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật ảnh hưởng của quá trình tách chiết và nhuộm

đến chất lượng của vải tơ tằm sau nhuộm với dịch chiết từ lá bàng, bã cà phê,

hạt điều màu:

+ Nhiệt độ tách chiết, nhiệt độ nhuộm

+ Thời gian tách chiết, thời gian nhuộm

+ Tỷ lệ: nguyên liệu/dung môi, vải/dịch chiết

+ Tốc độ khuấy của hệ thống tách chiết

+ Tốc độ guồng quay của hệ thống nhuộm.

 Vận hành thiết bị với quy trình công nghệ hoàn chỉnh

 Kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm sau nhuộm.

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

4.1. Thiết kế hệ thống pilot tách chiết hợp chất màu tự nhiên kết hợp nhuộm

4.1.1. Lựa chọn vật liệu

Vì máy thường xuyên phải tiếp xúc với hóa chất nên vật liệu sử dụng phải là vật

liệu chống ăn mòn và chống gỉ tốt. Có nhiều loại vật liệu đáp ứng được yêu cầu này

nhưng nhóm nghiên cứu chọn vật liệu inox để làm máy vì inox là vật liệu được sử dụng

phổ biến trong công nghiệp, dễ tìm, dễ gia công và có giá thành hợp lý.

Ở đây thiết bị sử dụng inox 304 để làm thân thiết bị, guồng Winch, cánh cắt trong

thùng chiết và thùng chiết với bề dày 1mm để bảo vệ máy trong môi trường ăn mòn hóa

học của dung dịch hóa chất nhuộm. Các chi tiết còn lại dùng inox 201 có độ dày 1mm.

Inox 304: Inox 304 thể hiện tính chống ăn mòn cao khi tiếp xúc với nhiều loại hóa

chất khác nhau, Inox 304 có khả năng chống rỉ sét tốt ở trong môi trường tiếp xúc với các

ngành chế biến thực phẩm và ở trong môi trường này việc vệ sinh thiết bị bằng inox 304

rất dễ dàng. Bên canh đó nó còn thể hiện được đặc tính chống ăn mòn cao khi tiếp xúc

công nghệ dệt nhuộm và trong môi trường Acid vô cơ. Khả năng chống oxi hóa trong

môi trường có nhiệt độ 870oC. Giống như các loại thép trong vùng Austenitic thì inox

304 tính nhiểm từ rất yếu và hầu như là không nhiểm từ. Nhưng khi làm việc trong môi

trường nhiệt độ thấp thì từ tính của inox 304 rất mạnh (ngược với quá trình tôi) và cũng

chỉ có thể tăng cứng trong môi trường nhiệt độ thấp. Hiệu suất đàn hồi cao nhất mà inox

304 có thể đạt được là 1000 MPa , điều này sẽ còn ảnh hưởng bởi các yếu tố như số

lượng và hình dáng của vật liệu. Tôi là phương pháp chính để sản xuất inox 304, nhiệt độ

tôi từ 1010oC – 1120oC sau đó được làm lạnh đột ngột trong môi trường nước.

INOX 201: Inox 201 là loại thép không gỉ được phát triển để tiết kiệm Niken bởi

chất liệu bổ sung của nó là mangan và nitơ. Inox 201 khi được xử lý nhiệt thì không thể

9

tăng độ cứng nhưng lại có thể gia công nguội để tăng độ bền. Bên cạnh đó, inox 201 có

khả năng chống ăn mòn, không bị gỉ có định hình tốt. Inox 201 được ứng dụng để sản

xuất ra các mặt hàng dân dụng, các sản phẩm inox trong trang trí nội - ngoại thất, kẹp

ống, vòng pitông, tấm lợp/ vách ngoài, miếng đệm cửa sổ nhiệt, thùng chứa túi khí,...

Inox 201 có chi phí sản xuất thấp hơn bởi nó được làm từ lương nguyên liệu thô nhiều

hơn khi mà Niken được thay thế bằng Mangan, chính vì thế giá thành của inox 201 cũng

rẻ hơn so với inox 304

Thành phần hóa học:

 Inox 304 là 8.1% Niken và 1% Mangan

 Inox 201 là 4,5% Niken và 7,1% Mangan.

4.1.2. Các chi tiết và bộ phận của máy

Thường thì quá trình tách chiết các hợp chất tự nhiên không đòi hỏi nhiệt độ cao và

máy nhuộm Winch dùng để nhuộm các loại vải dệt kim, vải len, lụa... là những loại vải ít

chiệu lực căng kéo, ở dạng dây xoắn. Do đó để đáp ứng nhu cầu thực tế và ứng dụng sản

xuất pilot trong phạm vi phòng thí nghiệm, nhóm đề tài thiết kế hệ thống pilot phù hợp

cho chiết các dịch chiết từ hợp chất thiên nhiên và nhuộm vải coton, tơ tằm điều kiện xử

lý, nhuộm dưới 100oC.

Thiết bị được thiết kế dựa trên 2 nhiệm vụ chính là tách chiết chất màu tự nhiên và

nhuộm vải tơ tằm từ dịch chiết thu được.

Thùng tách chiết: Là nơi thực hiện quá trình chiết chất màu tự nhiên từ các loại

nguyên liệu như lá cây cỏ, các phế phẩm nông nghiệp, thực phẩm,…Thùng tách chiết bao

gồm một thùng hình trụ được chế tạo bằng inox 304 không gỉ với chiều cao thùng

360mm, đường kính 300mm, bề dày 1mm, dung tích tối thiểu là 6 lít, dung tích tối đa là

25 lít, phía trên được gắng một motor điện có công suất 0,5HP có tốc độ quay tối đa 1500

vòng/phút, phía dưới motor được nối trực tiếp với trục khuấy đặt biệt dài khoảng 300mm,

chiều rộng cánh khuấy 250mm có khả năng cắt nhỏ và trộn đều các loại nguyên liệu khác

nhau ở trạng thái tươi hoặc khô. Phía trên thùng được nối với một van cấp nước.

Phía dưới thùng tách chiết được gắng một điện trở 4000W để có thể gia nhiệt dung

dịch trong thùng chiết. Quá trình gia nhiệt được giữ ổn định bằng đầu dò cảm biến nhiệt

độ và bộ ngắt. Dung dịch sau khi chiết được chuyển sang thùng nhuộm bằng van xả ở

đáy thùng chiết có lưới lọc cặn với lỗ lưới 100 mesh (không bị ăn mòn trong nước, nước

muối, hoá chất, với bề mặt mịn khó bám cặn, dễ dàng vệ sinh).

Thùng nhuộm: Thùng nhuộm có vai trò nhuộm vật liệu dệt từ dịch nhuộm thu

được ở thùng tách chiết. Với kích thước chiều cao 800mm, chiều rộng 600mm bao gồm:

Máng nhuộm: Với kích thước chiều cao 300mm, chiều rộng 500mm, bán kính là

250mm dung tích tối thiểu là 12 lít, dung tích tối đa là 50 lít. Máng nhuộm chứa dung

dịch thuốc nhuộm và vải ở phía dưới, máng nhuộm chế tạo bằng inox 304 không gỉ nên

10

có thể dùng để nhuộm và gia công hóa học vải trong môi trường acid, kiềm, chất oxy

hóa...

Guồng: Nằm phía trên máng nhuộm, được ghép từ 8 thanh trụ inox tròn xếp hình

elíp đối xứng với nhau từng đôi một. Khi máy hoạt động, các dây vải sẽ được trải đều và

kéo căng ra thành từng lớp trên guồng. Theo tính toán để vải có thể chuyển động được thì

phải thiết kế guồng dẫn hình elip có đường kính lớn là 200 mm, đường kính nhỏ là

90mm, chiều dài là 560mm làm bằng inox 304 không gỉ, với bề dày 1.0mm. Đây là bộ

phận đóng vai trò quan trọng giúp kéo vải chuyển động liên tục trong suốt quá trình

nhuộm. Guồng Winch chuyển động nhờ vào động cơ điện 3 pha có công suất 0,25HP.

Tốc độ quay của động cơ có thể điều chỉnh nhờ vào biến tần với dải điều chỉnh 0 – 60Hz.

Vải được cho vào guồng Winch của thùng nhuộm và nối đầu dây vải thành một

vòng kín. Vải chuyển động nhờ vào sự chuyển động quay của guồng Winch. Dây vải đi

từ guồng Winch qua trục dẫn và xuống bể nhuộm tạo thành một vòng tuần hoàn liên tục.

Giống với thùng tách chiết, dung dịch nhuộm được gia nhiệt bằng một điện trở 4000W

đặt ở đáy bên trong máng nhuộm. Dung dịch sau khi chiết được chuyển vào máng

nhuộm, với sự có mặt của điện trở sẽ giúp gia nhiệt cho dung dịch nhuộm đạt đến nhiệt

độ yêu cầu của quá trình nhuộm, điều này làm cho dung dịch thuốc nhuộm ngấm vào vật

liệu nhuộm một cách tốt hơn và vật liệu nhuộm được đều màu hơn.

Hình 4.1.1. Trục Winch, trục dẫn trong thùng nhuộm (trái) và mặt bên thiết bị (phải)

Điện trở dùng gia nhiệt khi nhuộm:

Thanh nhiệt inox đun nước cục ren (Điện trở đun nước cục ren)

Đây là loại điện trở được sử dụng rộng rãi trong các nồi, bếp điện

Độ lớn ren: Ø 48. Độ dài: 40cm. Chất liệu: Inox 304

Công suất 4000W. Điện áp: 220V/380V

Điện trở gia nhiệt khi chiết dịch:

Điện trở đun nước uống 2 đầu

11

Đây là loại điện trở được sử dụng rộng rãi trong các nồi, bếp điện, cho phép gia

nhiệt nhanh, đều và ổn định.

Công suất 4000W. Chất liệu: Inox 304. Đường kính thanh: Ø11 mm. Điện áp:

220V/380V

Hai loại điện trở có hình dáng thích hợp cho thiết bị sử dụng, thời gian đun nước

nhanh, dễ điều khiển nhiệt độ nước, sạch sẽ và an toàn, dễ sử dụng

Chọn điện trở có công suất khoảng 4000W do điện trở dùng trong đun nước luôn có

công suất cao hơn so với điện trở dùng sấy khô vì tính dẫn nhiệt trong môi trường nước

tốt hơn trong môi trường không khí.

Đầu dò nhiệt độ:

Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây. Vật liệu vỏ bảo vệ: Inox 304

Thời gian đáp ứng: 3s. Chuẩn bảo vệ: IP66

Thang đo: -100 oC đến 450oC. Chuẩn ren: G1/2″

Phi: 3mm. Dài: 100mm. Ngõ ra: 3 dây.

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo tín hiệu nhiệt độ tại 1 vị trí, tín hiệu sau khi

đo được sẽ được truyền đến bộ hiển thị tín hiệu nhiệt độ hoặc PLC để xử lý.

Trên thực tế có các loại cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây, 3 dây, 4 dây. Tuy nhiên cảm

biến nhiệt độ Pt100 3 dây thường được sử dụng trong công nghiệp với dãy đo nhiệt độ

dưới 600oC nhiều nhất.

Lý do là vì độ chính xác của nó rất cao, sai số chỉ vào khoảng 0,3% bởi vì ngoài 2

dây đo nhiệt, nó còn có thêm 1 dây bù nhiệt. Còn đối với cảm biến Pt100 2 dây, nó chỉ

thường được sử dụng trong các hệ thống cũ hoặc đi cùng theo máy.

Motor quay 0.25 HP gắng vào guồng Winch:

Motor giảm tốc Mini 200W (0.25 HP) là sản phẩm được thiết kế nhỏ gọn, bền vững

động cơ chất lượng tốt có thể hoạt động liên tục. Motor giảm tốc mini 200W có đường

kính thân 104mm, đường kính cốt ra của đầu giảm tốc là 15mm.

Motor giảm tốc mini có điện áp 3 pha là loại điều chỉnh tốc độ bằng bộ điều chỉnh

tốc độ.

Động cơ giảm tốc mini được sử dụng truyền động cho thiết bị truyền tốc độ thấp

(guồng Winch), có thể đơn giản hóa cấu hình cơ học và giảm mức tiêu thụ điện năng, độ

rung nhỏ, tiếng ồn thấp.

Động cơ giảm tốc mini có tỷ số truyền ở đầu giảm tốc từ 1/3 đến 1/200. Motor hoạt

động với tần số 50Hz.

Sản phẩm motor mini có kích thước nhỏ gọn và có khả năng thay đổi tốc độ đầu ra

bằng cách thay đổi tốc độ motor bằng hộp điều chỉnh.

12

Vật liệu vỏ: Nhôm

Motor quay 0.5 HP gắng vào cánh khuấy của thùng chiết:

Motor giảm tốc, kiểu lắp chân đế

Điện thế 220V/380V. Công suất: 0.5HP. Motor 3 Pha. Cực (Pole): 4

Tần số (Hz): 50. Pha (Phase): 3. Số vòng quay (Sym R.P.M): 1500

Sản phẩm motor có kích thước nhỏ gọn và có khả năng thay đổi tốc độ đầu ra bằng

cách thay đổi tốc độ motor bằng hộp điều chỉnh. Cho tốc độ quay vừa phải khi cắt cách

vật liệu tự nhiên như lá cây.

Bảng điều khiển: Là nơi lắp đặt các thiết bị điện dùng để điều khiển máy bao gồm:

CB có công dụng bảo vệ khi quá tải, ngắn mạch; biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ quay

của động cơ, bộ hiện thị nhiệt độ của đầu cảm biến nhiệt, công tắc từ có công dụng đóng

hoặc ngắt dòng điện cung cấp cho điện trở để duy trì nhiệt độ ổn định, tránh quá nhiệt khi

đun nóng.

Hình 4.1.2. Bảng điều khiển (trái) và biến tần (phải)

Qua việc khảo sát ảnh hưởng tốc độ quay của cánh khuấy khi cắt nguyên liệu trước

khi chiết, khảo sát ảnh hưởng tốc độ khi khuấy trong quá trình chiết và khảo sát tốc độ

guồng của máy nhuộm Winch có thể kết luận hệ thống pilot tách chiết hợp chất màu tự

nhiên kết hợp nhuộm vừa thiết kế có thể tách chiết và nhuộm hiệu quả với tốc độ cắt

nguyên liệu trước khi chiết là 1200-1400 vòng/phút, tốc độ khuấy trong quá trình chiết là

400 vòng/phút, tốc độ quay của guồng Winch từ 40 vòng/phút đến 60 vòng/phút.

13

4.1.3. Bản vẽ chi tiết

Hình 4.1.3. Bản vẽ hình chiếu

14

Hình 4.1.4. Bản vẽ chi tiết máy