các phương pháp chưng cất

Khái niệm Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng hoặc khí lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nh

PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT

Sv: 1.NGÔ THỊ THU THƯƠNG 2.TRẦN XUÂN QUANG

I Mở đầu

 Hầu hết các hóa chất có trong thiên nhiên hay mới điều chế trong phòng thí nghiệm đều ở rạng thái hỗn hợp với thành phần khác nhau Để khảo sát cấu trúc và tính chất của một chất hữu cơ người ta phải tách chất

đó ra khỏi hỗn hợp nhằm tinh chế nó thành chất tinh khiết hay là nguyên chất

 Chưng cất là một trong những quá trình được áp dụng từ lâu đời và được nghiên cứu rất kỹ lưỡng Nó được áp dụng rất rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, sinh học và hóa chất để chế biến rượu, cồn, tinh dầu, dầu thực vật, điều chế oxi, lọc dầu,

II.Nội dung

1 Khái niệm

Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng hoặc khí lỏng ra thành

các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ Vì vậy, ta sẽ thu được hóa chất tinh khiết hơn

206,5 212,0 226,0 230,0 235,3

246,0 253,5

Cấu tử chính tinh dầu thông 70-80% Cấu tử chính tinh dầu cam 90% Cấu tử chính tinh dầu

2 Mục đích công nghệ và phạm vi sử dụng

- Mục đích chuẩn bị: thô chế, làm sạch các tạp chất thô.

Ví dụ: Các chất keo, nhựa, bẩn, trong quy trình sản xuất rượu hoặc thô chế các sản phẩm có chứa tinh dầu.

- Mục đích khai thác thu nhận sản phẩm.

Ví dụ: cất cồn, cất rượu, cất các loại tinh dầu.

- Mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, đó

là quá trình tinh chế.

Ví dụ: Tinh chế cồn, tinh chế các loại tinh dầu có hiệu quả kinh tế cao.

Sản xuất các loại nước hoa, các loại tinh dầu

Chưng cất ở

áp suất thấp

Chưng cất lôi cuốn hơi nước

3 Phương pháp thực hiện

3.1 Chưng cất thường

Khi cần tách lấy một chất lỏng có nhiệt độ sôi không cao lắm ra khỏi các chất có nhiệt độ sôi khác biệt đáng kể so với nó, người ta dùng phương pháp chưng cất đơn giản nhất gọi là chưng cất thường

Chưng cất đơn giản ở áp suất thường dùng để tách biệt chất đủ bền khi đun nóng và thực tế không bị phân

hủy ở nhiệt độ sôi Phương pháp này thường dùng với các chất có nhiệt độ sôi cao hơn 40°C và thấp hơn 160°C vì những chất lỏng sôi thấp hơn 40°C sẽ mất đi nhiều sau khi chưng cất nên không hiệu quả

Có 2 chất A và B có nhiệt độ sôi xa nhau, đủ để tinh chế bằng phương pháp chưng cất đơn Gọi áp suất hơi

của A và B khi chúng nguyên chất là PA và PB; PA và PB là áp suất hơi riêng phần của chúng trong pha hơi

XA

YA 1

YA

−

=

Để ngưng tụ những chất lỏng dễ bay hơi ta dùng ống sinh hàn thẳng cắm vào ống nhánh của bình cầu còn ở cuối ống sinh hàn đặt một bình hứng Để tránh mất sản phẩm do bay hơi thường người ta nối thêm 1 ống cong (ống sừng bò) giữa ống sinh hàn và bình hứng Bình hứng có thể được ngâm trong nước lạnh hoặc một hỗ hợp sinh hàn (tùy thuộc nhiệt độ bay hơi của chất rắn ra).

 Những điều cần lưu ý khi chưng cất:

Khi chất lỏng bắt đầu sôi thì mực thủy ngân trong nhiệt kế nó tăng lên nhanh chóng và ngừng lại ở một nhiệt

độ biết trước tương ứng với điểm sôi của chất đó Khi sự thay đổi của cột thủy ngân không đến 1°C ta lấy bình hứng những giọt đầu tiên Sau đó thay một bình khác thật sạch, khô để hứng sản phẩm

Nếu cất bằng cách đun ngọn lửa tràn khi gần cuối, điểm sôi có tăng lên một vài độ vì hơi bị nấu quá tuy nhiên hơi này vẫn ứng với phần nguyên chất

Khi nhiệt độ lên cao hơn điểm sôi, ta thay bình kín khác để thu lấy phần cuối Những phần đầu và phần cuối chứa một lượng đáng kể sản phẩm chính Khi dung dịch trong bình còn ít ta phải ngừng đun ngay để tránh

vỡ bình

3.2 Chưng cất phân đoạn

Chưng cất đơn giản một lần thường không thu được chất tinh khiết, nhất là đối với hỗn hợp chất có nhiệt độ

sôi khác nhau không nhiều Để không phải chưng cất nhiều lần, người ta thay bình Vuyếc bằng binh cầu nối với cột cất phân đoạn Cột cất phân đoạn gồm nhiều nấc, ở mỗi nấc pha hơi được ngưng tụ thành lỏng rồi chuyển thành hơi liên tục Hơi bay lên cột cất phân đoạn càng cao sẽ càng giàu cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, còn chất lỏng chẩy trở lại vào bình sẽ giàu cấu tử có nhiệt độ sôi cao Mỗi nấc là một lần chưng cất và chưng cất phân đoạn thực chất là chưng cất liên tiếp nhiều lần trên cùng một dụng cụ, nhờ vậy mà thu được các chất với độ tinh khiết cao hơn so với chưng cát thường

Quá trình chưng cất có thể thực hiện ở áp suất khí quyển hay áp suất giảm Phương pháp chưng cất phân đoạn được thực hiện với những bình cất có lắp cột phân đoạn và thường được nối với máy hút chân

không để giảm nhiệt độ chưng cất, giảm ảnh hưởng tới các chất nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ và áp suất được theo dõi trong quá trình chưng cất Phương pháp này thường áp dụng để tách các chất thành phần của tinh dầu

Trong công nghiệp, người ta dùng tháp cất phân đoạn, chẳng hạn ở nhà máy lọc dầu, để cất lấy các phân đoạn khác nhau của dầu mỏ

Click to edit Master text styles

Second level

Third level

Fourth level

Fifth level

 Ưu điểm:

- Tách được hỗn hợp chất lỏng có nhiệt độ sôi gần nhau

- Thu được sản phẩm tinh khiết hơn chưng cất thường

3.3 Chưng cất ở áp suất thấp

Khi áp suất trên mặt thoáng giảm thì nhiệt độ sôi của chất lỏng sẽ giảm theo Vì vậy đối với những chất có nhiệt độ sôi cao hoặc dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, cần phải chưng cất dưới áp suất thấp để giảm nhiệt độ sôi và tránh sự phân hủy

Đối với dung môi có nhiệt độ sôi thấp như hexan, benzen,

clorofom, người ta thường cất loại chúng bằng máy cất quay,

thực chất là cất ở áp suất 20- 40 mmHg Đối với các chất có nhiệt

độ sôi cao hơn thì phải dùng bơm làm giảm áp suất xuống còn

một vài mmHg Đối với các chất sôi ở nhiệt độ cao và dễ bị tác

dụng bởi nhiệt, người ta dùng phương pháp chưng cất lớp mỏng

và chưng cất phân tử ở áp suất thấp tới 10-3 - 10-4 mmHg Khi

đó nhiệt độ sôi có thể giảm đi 200- 300°C

Bộ quay cất ở áp suất thấp

3.4 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

      Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định

Ứng dụng

Ứng dụng nhiều trong sản xuất các loại nước hoa, chiết, tách các loại tinh dầu có trong thực vật.

 Ưu điểm:

       - Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản.

       - Thiết bị gọn, dễ chế tạo.

       - Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ.

      - Thời gian tương đối nhanh.

 Nhược điểm:

      - Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp.

      - Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu phần dễ bị phân hủy.

      - Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất định hương thiên nhiên rất có giá trị).

      - Trong nước chưng luôn luôn có một lượng tinh dầu tương đối lớn.

      - Nhưng tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất

- Nguyên liệu: Trong quá trình chưng cất, nồng độ các cấu tử trong hỗn hợp ban dầu là yếu tố cần quan tâm

Nồng độ các cấu tử cần tinh sạch càng thấp, quá trình chưng cất diễn ra càng phức tạp, năng lương tiêu dùng càng lớn

- Sự chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các cấu tử: Sự chênh lệch nhiệt độ sôi của các cấu tử trong hỗn hợp càng

lớn, quá trình chưng cất thực hiện càng dễ dàng

- Các tính chất về nhiệt động giữa nguyên liệu: Độ nhớt, nhiệt dung riêng, khả nămg dẫn nhiệt, nhiệt hóa

hơi, đều có ảnh hưởng đến quá trình chưng cất

- Các thông số công nghệ như nhiệt độ, áp suất, Tùy theo phương pháp thực hiện quá trình chưng cất mà

các thông số công nghệ có ảnh hưởng khác nhau

Tùy vào tính chất của nguyên vật liệu, và sản phẩm yêu cầu, thiết bị, cũng như tính kinh tế mà ta lựa chọn phương pháp chưng cất cho phù hợp