THIẾT BỊ CHƯNG CẤT SỬ DỤNG HƠI NƯỚC

Bản chất: Chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi v

THIẾT BỊ CHƯNG CẤT SỬ DỤNG HƠI NƯỚC

I Khái quát chung

1 Bản chất: Chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác

nhau về độ bay hơi của chúng bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi và ngưng tụ

2.Phương pháp chưng cất thường gặp

- Chưng cất đơn giản

- Chưng cất bằng hơi nước

- Chưng cất phân đoạn

- Chưng cất chân không

3 Mục đích – ứng dụng

- Mục đích: Để tách, làm sạch tinh khiết sản phẩm

- Ứng dụng: Được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm, sinh học và hóa chất để chế biến rượu, cồn, tinh dầu, dầu thực vật, điều chế oxy, lọc dầu

4 Ưu nhược điểm

- Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản

- Thiết bị gọn

- Thời gian tương đối nhanh

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

•  Khuyết điểm:

- Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp(vì thời gian chưng cất sẽ kéo dài, tốn rất nhiều hơi

và nước ngưng tụ)

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

- Không có khả năng tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi trong thành phần của nguyên liệu ban đầu mà những thành phần này rất cần thiết vì chúng có tính chất định hương rất cao như sáp, nhựa thơm

- 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.

- Tiêu tốn một lượng nước khá lớn để làm nhưng tụ hỗn hợp hơi.

5 Phương pháp chưng cất sử dụng hơi nước

Khi chưng cất bằng hơi nước trực tiếp người ta phun hơi nước qua lớp chất lỏng bằng một bộ phận phun Hơi nước có thể bão hòa hay quá nhiệt Trong quá trình tiếp xúc giữa hơi nước và lớp chất lỏng, các cấu tử cần chưng sẽ khuếch tán vào trong hơi Hỗn hợp hơi nước và cấu tử bay hơi đó được ngưng tụ và tách ra sản phẩm

Quá trình chưng cất bằng hơi nước nước trực tiếp dùng để tách các cấu tử không tan trog nước khỏi tạp chất không bay hơi, trường hợp này sản phẩm ngưng sẽ phân lớp: cấu tử bay hơi và nước nên có thể lấy sản phẩm ra dễ dàng.

Ưu điểm của quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp là giảm được nhiệt độ sôi của hỗn hợp nghĩa

là chúng ta có thể chưng ở nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ bình thường.

Điều này rất có lợi đối với các chất dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao cũng như đối với các chất có nhiệt độ sôi quá cao mà khi chưng cất gián tiếp đòi hỏi dùng hơi áp suất cao

Chưng cất bằng hơi nước có thể gián đoạn hay liên tục.trong cả 2 trường hợp người ta đều phải dùng cách đốt gián tiếp để đun bốc hơi hỗn hợp Lượng hơi nước trục tiếp đi vào hỗn hợp chỉ có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay hơi ra

II Cấu tạo chung

Cấu tạo chung của thiết bị chưng cất gồm các bộ phận sau:

a, Nắp: có thể là hình chóp (I), chỏm cầu (II) hoặc elip (III)

Nắp phải có cấu tạo sao cho hơi thoát ra được dễ dàng và nhanh chóng

Ngoài ra, nắp phải đảm bảo kín khi ghép với thân thiết bị Giữa nắp và thân thiết bị có thể vặn chặt bằng

bu lông có đệm

b, Cổ nồi, vòi voi: Cổ nồi và vòi voi có thể là hai bộ phận riêng biệt hay chung, cổ nồi có hình dáng sao cho hướng hỗn hợp

hơi ra nhanh Đối với những loại nguyên liệu tạo bọt hoặc bụi trong khi chưng cất thì cổ nồi phải có bộ phận thay đổi tốc hơi và phải có thêm lưới chắn bụi Các loại cổ nồi thường có hình dáng sau:

Chiều dài của vòi voi phải thích hợp, nếu ngắn quá sẽ tạo áp suất dư trong thiết bị, dài quá sẽ có hiện tượng ngưng tụ giữa chừng, hơi thoát ra chậm, ảnh hưởng đến tốc độ chưng cất và giảm chất lượng tinh dầu.

c, Đáy nồi: Có cấu tạo giống nắp nồi, đáy nồi phải có cấu tạo sao cho việc tháo nước ngưng tụ được dễ

dàng (nếu chưng cất gián tiếp) Trong trường hợp chưng cất trực tiếp thì đáy nồi phải có bộ phận phun hơi

Nếu chưng cất với hơi nước mà không có nồi hơi riêng thì đáy nồi là bộ phận đốt nóng tạo hơi, do đó đáy nồi phải có cấu tạo sao cho diện tích truyền nhiệt lớn nhất

d, Ống phân phối hơi:

Ống phân phối hơi thường có nhiều dạng khác nhau, có thể hình tròn, xoắn ốc hay chữ thập Các lổ phân phối hơi bố trí so le thành 2 hàng hướng về phía đáy nồi cất để cho hơi phân phối đều và lổ khỏi bị tắc do nguyên liệu rơi vào Tổng tiết diện các lổ phân phối hơi bằng 2 lần tiết diện ống phân phối hơi, tiết diện của ống phân phối hơi lấy bằng tiết diện của ống dẫn hơi vào thiết bị và được xác định theo lượng hơi nước cần thiết dùng để chưng cất trong 1 giờ

e, Vỉ nồi: Để đỡ khối nguyên liệu, giữ cho nguyên liệu khỏi rơi xuống đáy nồi làm tắc ống dẫn hơi

Thường thì tiết diện các lổ vỉ bằng 1/2 diện tích của bề mặt vỉ

f, Nồi chưng cất được làm từ các vật liệu cách nhiệt và phải không tác dụng hóa học với tinh dầu nhất là

ở các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với tinh dầu như cổ nồi, vòi voi các bộ phận này phải được chế tạo bằng thép không rỉ hoặc sắt tráng men, các bộ phận khác (thân, đáy ) có thể làm bằng thép CT3

III Các thiết bị chưng cất

1, Thiết bị chưng cất mâm xuyên lỗ

Nguyên lý hoạt động:

- Hỗn hợp nhập liệu sẽ được đưa vào tháp qua ống nhập liệu số 8, trong tháp chưng cất pha lỏng và hơi sẽ tiếp xúc với nhau trên mâm dẫn đến cấu tử nhẹ bị lôi cuốn lên trên đỉnh, còn cấu tử nặng thì chảy xuống đáy theo ống chảy chuyền,

- Tại đáy tháp, hỗn hợp lỏng được tháo ra qua ống số 6, một phần làm sản phẩm đáy, phần còn lại qua nồi đun đáy tháp hóa hơi và quay lại tháp chưng cất qua ống 5

- Tại đỉnh tháp, hơi ra khỏi đỉnh tháp rồi đi vào thiết bị ngưng tụ thành lỏng - sôi Một phần được lấy làm sản phẩm đỉnh, phần còn lại hoàn lưu lại tháp qua ống hoàn lưu số 2.

Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp và ít tốn kim loại hơn tháp chóp.

Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao: mâm tháp phải rất phẳng, đối với những tháp có đường kính quá lớn (>2,4m) ít dùng mân

xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm

2, Thiết bị chưng cất mâm chóp

Nguyên lý hoạt động: tương tự như mâm xuyên lỗ, khác ở chỗ là hơi đi từ dưới lên qua

chóp và tiếp xúc với dòng lỏng làm bóc hơi cấu tử nhẹ

Ưu điểm: hiệu suất chuyển khối cao, ổn định và ít tiêu hao năng lượng nên số mâm ít hơn Nhược điểm: chế tạo phức tạp và trở lực lớn

3, thiết bị chưng cất tháp đệm

Cấu tạo: tháp đệm có cấu tạo hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hoặc hàn Vật chêm được

cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

Nguyên lý hoạt động: tương tự, nhưng khác là quá trình truyền khối xảy ra trên bề mặt vật liệu chêm

Ưu điểm: chế tạo đơn giản, trở lực thấp

Nhược điểm: hiệu suất thấp, kém ổn định, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng

cất theo không gian tháp và tháp chêm khó chế tạo được kích thước lớn ở quy mô công nghiệp