Các Quá Trình Công Nghệ Cơ Trong SX TP Quá Trình Chưng Cất

Các Quá Trình Công Nghệ
Cơ Trong SX TP
GV hướng dẫn : Nguyễn Tân Thành
SV thực hiện:
Cao Thị Ngọc Quỳnh
Nguyễn Thị Quý
Nguyễn Thị Soa
Tào Thị Tâm


I. Mở đầu:
II. Bản chất, mục đích công nghệ
và phạm vi sử dụng:
III. Phương pháp thực hiện quá trình :
1. Chưng cất đơn giản :
2. Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp :
3. Chưng luyện :
3.1 Chưng luyện liên tục:
3.2. Chưng cất gián đoạn:
4. Các phương pháp chưng khác:
4.1. Chưng luyện nhiều cấu tử:
4.2. Chưng luyện trích ly và chưng luyện đẳng phí:
4.3. Chưng phân tử:


I.Mở Đầu :
Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công
nghiệp thế giới và nước nhà, các ngành công nghiệp rất cần
nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao.

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





Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng
ra thành các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ, vì
thế ta sẽ thu được hóa chất tinh khiết hơn.

Phương pháp chưng cất dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng
cũng như các hỗn hợp khí, lỏng thành các cấu tử riêng biệt
dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp
(nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử
khác nhau )


Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao
nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Muốn có
quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao ta phải tìm hiểu tính
chất của hỗn hợp lỏng sẽ đem chưng cất. Hỗn hợp lỏng rất
đa dạng, ở đây ta đề cập đến các hỗn hợp lỏng hai thành
phần vì chúng là những đối tượng của quá trình chưng cất
gặp rất nhiều trong thực tế.
Quá trình phân riêng các thành phần của hỗn hợp lỏng có
nhiều thành phần cũng tương tự như hỗn hợp lỏng có hai

thành phần. Đối với trường hợp 2 cấu tử ta có : Sản phẩm
đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử
có độ bay hơi bé, còn sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay
hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.


Trong sản xuất ta gặp những phương pháp chưng sau :
- Chưng đơn giản : dùng để tách các hỗn hợp gồm có các
cấu tử có độ bay hơi khác nhau. Phương pháp này thường
dung để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất .
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp : dùng để tách các hỗn hợp
gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi,
thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách
không tan vào nước.
- Chưng chân không : dùng trong trường hợp cần hạ thấp
nhiệt độ sôi của cấu tử. Ví dụ như trường hợp các cấu tử
trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường
hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.


- Chưng luyện :là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách
hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan
một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau.
Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị
phân hủy ở nhiệt độ cao và các hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá
cao.
Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không
hóa lỏng ở áp suất thường.

II.Bản chất, mục đích công nghệ
và phạm vi sử dụng :
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 (▲t0 sôi ) bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá
trình bay hơi và ngưng tụ.



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 nguyên liệu có tinh dầu.
-Mục đích khai thác thu nhận sản phẩm như 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 giá trị
kinh tế cao


III. Vật liệu - sản phẩm và quy luật biến
đổi của vật liệu trong quá trình :
Vật liệu và bán chế phẩm thực phẩm đưa vào quá trình
chưng cất có thể là một hỗn hợp nhiều cấu tử có nhiệt độ sôi
khác nhau.
Bảng 1: giới thiệu nhiệt độ sôi của một số cấu tử có trong
vật liệu và sản phẩm thực phẩm ở áp suất thường
(760mmHg).

18
19
20
21
22
23
24
25
26
ά pinel
Limonen
Xitronenlal
Mentol
Linalol
Giraniol
Anetol
Andehit xinamic
Ơgenol
158,3
175,0
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
chanh <25%
Cấu tử chính tinh dầu bạc
hà 80-90%
Cấu tử chính tinh dầu mùi
80-90%
Cấu tử chính tinh dầu sả
<85%
Cấu tử chính tinh dầu hồi
80-90%
Cấu tử chính tinh dầu
quế70-80%
Cấu tử chính tinh dầu
hưng nhu 65%


Vật liệu đưa vào cất có thể là một hỗn hợp rắn và lỏng; ví
dụ : Các vật liệu chứa tinh dầu và nước, trong đó gồm chất
thơm và các dẫn xuất của nó từ < 1% đến 30% là các cấu tử
cần tách; nước 65% có trong vật liệu và lượng dung môi;
phần còn lại là xơ, xenluloza và các tạp chất khác như tanin,
chất màu
- Dấm chín là hỗn hợp dịch lên men trước khi đưa vào cất
rượu gồm rượu etylic là sản phẩm cần cất; xác tế bào(bã),
cặn gồm tinh bột và lượng đường chưa lên men được gọi là
đường sót, các loại vitamin, khoáng và nước

Hỗn hợp lỏng - lỏng :
- Cồn etylic là sản phẩm cần cất chiếm 99,5% và các tạp chất
chứa 0,5% trong đó khoảng 50 chất dễ bay hơi hơn hoặc
khó bay hơi hơn rượu etylic
- Hỗn hợp tinh dầu : là đối tượng của chưng cất tinh chế (tinh
luyện)


Ta biết hỗn hợp lỏng và lỏng của thực phẩm là dạng dung
dịch thực (dung dịch sai khác so với định luật Raun) có mức
độ hòa tan khác nhau
- Chúng có thể hòa tan vào nhau theo bất cứ tỉ lệ nào. ví dụ
các loại rượu trong cồn (trừ dầu furen). Hoặc các loại chất
thơm của một loại tinh dầu.
- Chúng có thể hòa tan một phần vào nhau ví dụ các loại tinh
dầu. Hoặc dầu furen trong cồn phụ thuộc vào nồng độ cồn :
khi nồng độ cồn cao, dầu furen tan lẫn, khi nồng độ cồn
thấp dầu được tách ra, người ta ứng dụng tính chất này để
tách dầu furen trong quá trình cất rượu.
- Hoặc chất lỏng hoàn toàn không hòa tan vào nhau hoặc hòa
tan rất ít như các loại dầu, hoặc các loại tinh dầu trong nước


IV. Phương pháp thực hiện quá trình :
1.Chưng cất đơn giản :
Nguyên tắc và sơ đồ chưng cất đơn giản :
Trong quá trình chưng cất
đơn giản hơi được lấy ra
ngay và cho ngưng tụ .
Ta có thể xem biểu diễn

quá trình trên đồ thị
t-y-x (hình 1-5)


Sơ đồ chưng đơn giản :



Vật liệu được nạp vào nồi chưng (1). Ở đây hỗn hợp được
đun đến t
0
bay hơi. Bộ phận đun nóng có thể là trực tiếp bằng
củi, than(nồi cất thủ công) hoặc gián tiếp trong các bộ phận
truyền nhiệt. Hơi bốc lên được ngưng tụ trong thiết bị làm
lạnh (2) thường là các ống ruột gà, nước làm nguội đi bên
ngoài ống, chất lỏng (sản phẩm đỉnh) được thu vào thùng chứa
(3). Bã hoặc dung dịch khó bay hơi còn lạu trong thiết bị được
tháo ra ngoài


Trong thực tế để tăng độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh
người ta thường dùng chưng luyện đơn giản có hồi lưu (hình
1-7) . Trong trường hợp này hơi bốc lên từ nồi chưng (1)
được ngưng tụ một phần ở thiết bị ngưng tụ hồi lưu (2) rồi trở
về nồi (1). Phần hơi còn lại qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh (3)
và thành sản phẩm đỉnh. Do kết quả có hồi lưu mà độ tinh
khiết của sản phẩm đỉnh tăng lên.


Hình 1-7

2. Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp:
Khi chưng bằng hơi nước trực tiếp người ta phun hơi
nước qua lớp chất lỏng bàng một bộ phận phun. Hơi nước
có thể là bão hòa hay quá nhiệt. Trong quá trình tiếp xúc giữ
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 thành sản phẩm.


Quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp hợp lý nhất là chỉ
dùng để tách cấu tử không tan trong nước khỏi tạp chất không
bay hơi, trường hợp này sản phẩm ngưng sẽ phân lớp : cấu tử
bay hơi và nước, chúng ta lấy sản phẩm ra một cách dễ dàng.
Ưu điểm của quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp là
giảm được nhiều nhiệt độ sôi của hỗn hợp nghĩa là chúng ta
có thể chưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi 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 gián tiếp đòi hỏi dùng hơi áp suất cao


Chưng bằng hơi nước trực tiếp có thể tiến hành gián
đoạn (hình 13-12a) hay liên tục hình (hình 13-12b).
Trong cả 2 trường hợp người ta đều phải dùng cách đốt
gián tiếp để đun bốc hơi hỗn hợp. Lượng hơi nước trực
tiếp đi vào hỗn hợp chỉ có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay
hơi ra mà thôi

3.Chưng luyện

Phương pháp chưng
cất đơn giản không cho
phép ta thu được sản
phẩm có độ tinh khiết
cao. Để thu được sản
phẩm tinh khiết người ta
tiến hành chưng nhiều
lần thể hiện ở hình 1-10.


Sơ đồ chưng cất đơn
giản nhiều lần


Hỗn hợp đầu A liên tục đi vào nồi chưng (1). Một phần
chất lỏng bay hơi thành sản phẩm đỉnh C. Mức chất lỏng
trong nồi không đổi. Hơi C cân bằng với trạng thái lỏng
B. Hơi thu được C ngưng tụ thành chất lỏng D. D đi vào
nồi chưng (2), trong (2) thu được hơi F và chất lỏng E
Quá trình cứ tiếp tục như vậy lặp lại lần 3. Mỗi nồi có
bộ phận đốt nóng riêng biệt.
Kết quả thu được sản phẩm đáy B,E,H và sản phẩm đỉnh
I có chứa nhiều cấu tử bay hơi.