Hoàng văn nguyên chưng cất tinh dầu sả năng suất 288kg nguyên liệu 1 mẻ

LỜI CẢM ƠN

Đ

ể hoàn thành tốt được bài đồ án thiết bị này em xin chân thành cảm ơn
trường đại học Nông Lâm Huế cùng quý thầy cô thuộc khoa cơ khí
công nghệ đã tạo điều kiện cho chúng em vừa học những kiến thức
trong trường vừa thực hành tiếp cận với ngành nghề của mình.
Em xin cảm ơn các thầy cô khoa cơ khí công nghệ đã truyền đạt cho em những
kiến thức về chuyên ngành cũng như xã hội và hết lòng chỉ bảo chúng em nắm
vững lý thuyết trong suốt quá trình học tập, cung cấp những tài liệu cần thiết
trong quá trình làm đồ án.
Và đặc biệt em xin cảm ơn thầy phó trưởng khoa cơ khí công nghệ TS. Nguyễn
Văn Huế người đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành tốt trong thời gian làm
đồ án thiết bị này.
Mặt dù đã cố gắng rất nhiều nhưng vẫn còn những sai sót. Vì vậy em rất mong
quý thầy cô đóng góp ý kiến để bài đồ án sau của em có thể hoàn thành được tốt
hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Huế, tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Nguyên

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................4
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................6
I. Tổng quan về tinh dầu và phương pháp sản xuất tinh dầu.........................6

1. Khái niệm về tinh dầu.....................................................................................6
2. Tính chất vật lý và các thành phần hóa học của tinh dầu...........................6
2.1. Tính chất vật lý của tinh dầu.......................................................................6
2.2. Thành phần hóa học của tinh dầu..............................................................6
3. Phương pháp sản xuất tinh dầu.....................................................................8
3.1. Phương pháp chưng cất...............................................................................8
3.1.1. Nguyên tắc phương pháp..........................................................................8
3.1.2. Cơ sở lí thuyết............................................................................................8
3.1.2.1. Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan.......................................................8
3.1.2.2. Chưng cất – Sự lôi cuốn theo hơi nước.................................................8
3.1.3. Phân loại.....................................................................................................9
3.1.3.1. Chưng cất bằng nước.............................................................................9
3.1.3.2. Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng.............................10
3.1.3.3. Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng.........................................11
3.1.4. Ưu nhược điểm........................................................................................11
3.1.4.1. Ưu điểm.................................................................................................11
3.1.4.2. Nhược điểm...........................................................................................12
3.2. Phương pháp cơ học...................................................................................12
3.3. Phương pháp trích ly.................................................................................12
3.4. Phương pháp hấp thụ.................................................................................12
3.5. Phương pháp lên men................................................................................13
II. Giới thiệu về cây sả, tinh dầu sả..................................................................13
1. Giới thiệu về cây sả........................................................................................13

2


2. Công dụng......................................................................................................14
2.1. Làm rau gia vị.............................................................................................14
2.2. Tinh dầu sả dùng như hóa chất công nghiệp...........................................14

2.2.1. Tinh dầu sả dùng như thuốc bảo vệ thực vật........................................14
2.2.2. Tinh dầu sả dùng trong công nghiệp.....................................................15
2.3. Các bộ phận cây sả dùng làm thuốc.........................................................15
2.3.1. Theo Đông y.............................................................................................15
2.3.2. Theo Tây y................................................................................................15
PHẦN 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT................................................................17
I. Quy trình chưng cất tinh dầu sả...................................................................17
II. Thuyết minh quy trình.................................................................................18
1. Nguyên liệu.....................................................................................................18
2. Xử lý nguyên liệu...........................................................................................18
3. Chưng cất.......................................................................................................18
4. Ngưng tụ.........................................................................................................18
5. Phân ly............................................................................................................18
PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ........................................20
I. Cân bằng vật chất và năng lượng.................................................................20
1. Các thông số giả định....................................................................................20
2. Nguyên liệu sả chanh.....................................................................................20
3. Nước................................................................................................................20
4. Cân bằng vật liệu...........................................................................................20
5. Nhiệt độ chưng cất.........................................................................................22
6. Nhiệt lượng cung cấp cho nồi chưng............................................................23
II. Tính toán thiết bị..........................................................................................25
1. Thiết bị chưng cất..........................................................................................25
1.1. Kích thước thiết bị chưng cất....................................................................25
1.2. Nắp thiết bị..................................................................................................26
1.3. Cổ nồi...........................................................................................................27
3


1.4. Vòi voi..........................................................................................................28

1.5. Đáy thiết bị..................................................................................................28
1.6. Vỉ đựng nguyên liệu...................................................................................28
1.7. Vật liệu làm thiết bị chưng cất..................................................................29
1.8. Độ bền nồi chưng cất..................................................................................30
2. Thiết bị ngưng tụ...........................................................................................31
2.1. Các thông số đã biết...................................................................................31
2.2. Nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu – nước hoàn toàn thành lỏng....32
2.3. Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước..................................32
2.4. Xác định bề mặt truyền nhiệt....................................................................32
2.4.1. Xác định Δt...............................................................................................33
2.4.2. Xác định hệ số truyền nhiệt K................................................................33
2.4.2.1. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống  N..............................34
2.4.2.2. Nhiệt tải qua thành ống và các lớp cặn bẩn.......................................35
2.4.2.3. Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ........................................................36
2.4.2.4. Xác định t’, t..........................................................................................37
2.4.3. Bề mặt truyền nhiệt F.............................................................................38
3. Thiết bị phân ly..............................................................................................38
4. Thiết bị phụ....................................................................................................39
4.1. Que điện trở nhiệt.......................................................................................39
4.2. Ống tiếp nước..............................................................................................39
PHẦN 4: KẾT LUẬN........................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................41

DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1. Các dạng nắp thiết bị........................................................................27

4


Hình 3.2. Các dạng cổ nồi ................................................................................27

Hình 3.3. Các dạng đáy thiết bị .......................................................................28

LỜI NÓI ĐẦU

T

inh dầu được ví như nhựa sống, tinh hoa của cây, mang đầy đủ những
phẩm chất quý giá mà thiên nhiên ban tặng cho mỗi loại cây như: mùi
hương, vị, màu sắc, tình chất hóa học, lý học …...
Từ lâu con người đã biết sử dụng tinh dầu để phục vụ đời sống như dùng trong
chế biến các món ăn, dùng để đuổi côn trùng, chữa bệnh, làm đẹp … nhưng do
chưa biết cách thu hồi và sử dụng tinh dầu nên chưa sủ dụng được hết tiềm năng
của các loại tinh dầu. Ngày nay, với sự phát triền của khoa học kỹ thuật, con
người đã biết các thu nhận tinh dầu phục vụ cho nhiều lĩnh vực trong đời sống
hơn. Tinh dầu được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực trong đời sống như: thực
phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, y tế, văn hóa ,... mang lại hiểu quả cao cho kinh tế,
nâng cao chất lượng sống cho xã hội.
Tinh dầu sả là một trong những loại tinh dầu phổ biến, có giá trị kinh tế cao và
được sử dụng nhiều trong mỹ phẩm, y dược, làm gia vị ….
Với mục đích tìm hiểu về một quy trình sản xuất tinh dầu, được sự hướng dẫn
tận tình của Giảng viên – TS. Nguyễn Văn Huế, đồ án này em sẽ trình bày về
“Tính toán và thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả chanh bằng phương
pháp lôi cuốn hơi nước năng suất 288 kg nguyên liệu/mẻ ”.

5


PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. Tổng quan về tinh dầu và phương pháp sản xuất tinh dầu
1. Khái niệm về tinh dầu

Tinh dầu là những hỗn hợp khác nhau của những chất bốc hơi nguồn thực vật
(rất ít khi có nguồn gốc động vật), các chất này thường có mùi thơm và có cấu
tạo, tính chất, điểm chảy, điểm sôi, độ tan trong nước hay trong các dung môi rất
khác nhau, phần lớn chúng không tan, chính xác là ít hay rất ít tan trong nước.
Các hợp phần của tinh dầu hòa tan lẫnvào nhau. Nếu một lượng tinh dầu nào đó
là một khối đồng nhất (một pha), nó sẽ bắt đầu sôi ở một nhiệt độ phụ thuộc vào
thành phần và tỷ lệ các hợp chất trong nó.
2. Tính chất vật lý và các thành phần hóa học của tinh dầu
2.1. Tính chất vật lý của tinh dầu
Tinh dầu thường tồn tại dạng thể lỏng ở nhiệt độ thường, mùi thơm, ít khi có
màu trừ tinh dầu chứa aluzen có màu xanh .Tinh dầu có tỉ trọng thấp so với
nước, chỉ số khúc xạ cao. Tinh dầu bay hơi được, ít tan trong nước nhưng làm
cho nước có mùi thơm, tinh dầu là hỗn hợp nên không có nhiệt độ sôi nhất định,
nhiệt độ sôi thường cao trên 200°C. Tinh dầu tan trong cồn, ete, dung môi hữu
cơ và các chất béo.
2.2. Thành phần hóa học của tinh dầu
Tinh dầu là một loại chất lỏng được tinh chế (thông thường nhất là bằng cách
chưng cất bằng hơi hoặc nước) từ lá cây, thân cây, hoa, vỏ cây, rễ cây, hoặc
những thành phần khác của thực vật. Tinh dầu được ví như là nhựa sống của cây,
vì vậy đã mang sức sống, năng lượng và mạnh hơn 100 lần các loại thảo dược
sấy khô. Hầu hết các loại tinh dầu đều trong, ngoại trừ vài loại tinh dầu như dầu
cây hoắc hương, dầu cam, "lemongrass" thì đều có màu vàng hoặc hổ phách.
Bất kỳ một loại tinh dầu nào cũng đều có những thành phần sau:
Monoterpenes: Tìm thấy trong hầu hết các loại tinh dầu. Monoterpenes có công
thức phân tử là C10H16 là chất khử trùng và thuốc bổ trong tự nhiên. Chúng được
lọc không khí tốt mà có khoảng 10 nguyên tử cacbon trong đó. Mặc dù
Monoterpenes có mặt trong hầu hết các tinh dầu khác, một tỷ lệ lớn trong số họ
được tìm thấy trong các loại dầu Citrus. Họ là không màu, rất dễ bay hơi và xấu
đi nhanh chóng. Do đó, họ cần phải được xử lý với việc chăm sóc và giữ ở nhiệt
độ mát mẻ. Limonene hàng tại Lemon dầu, pinen hàng tại Pine và camphene

hàng tại Long não là những ví dụ của các loại tinh dầu.
6


Sesquiterpene: Mặc dù không phải là dễ bay hơi như Monoterpenes,
sesquiterpene có hiệu quả và có khoảng 15 nguyên tử cacbon trong đó. Họ có
một tác dụng làm dịu, là chống viêm và chống nhiễm trùng. Zingiberene trong
dầu gừng, cedrene tại Cedarwood và caryophellene trong dầu đinh hương là một
trong những sesquiterpene tìm thấy trong các loại tinh dầu.
Phenol: Các chất khử trùng hầu hết hóa chất có trong thực vật, kích thích cơ thể
phenol chức năng với liều lượng nhỏ. Tuy nhiên, liều lớn có thể là một chất độc
cho hệ thần kinh và có thể gây kích ứng da cũng như các tiện nghi tiêu hóa cho
những người nhạy cảm. Thymol hàng tại Thyme dầu và eugenol hàng tại Đinh
hương là những ví dụ của phenol.
Rượu: Rất nhiều rượu cũng có mặt trong các loại tinh dầu. Cao chất sát trùng,
kháng khuẩn, chống nấm rượu và thuốc kháng sinh, thuốc bổ rất tốt cho hệ thần
kinh và kích thích phản ứng miễn dịch trong cơ thể. Lavendulol trong Lavender,
nerol trong Neroli và geraniol hàng tại Géranium dầu là những ví dụ của rượu
trong các loại dầu.
Xeton: Thuốc chống đông máu, Xeton có thể thư giãn, nghiêm trang và chữa
lành các mô sẹo, hệ thống miễn dịch hoặc hệ thống hô hấp trong cơ thể. Tuy
nhiên, Xeton có thể có hại cho hệ thần kinh và có thể dẫn đến sẩy thai, co giật và
bệnh động kinh.
Ete/ Este: Ête và este có tính chất tương tự nhưng ete là mạnh mẽ hơn của cả
hai. Chống co thắt, kháng khuẩn và chống viêm, ete là nhẹ nhàng trên da và giúp
đỡ trong việc tái cân bằng của hệ thần kinh có hiệu quả. Cinnamyl acetate trong
Quế và myrtinly acetate trong Myrtle.
Aldehyt: chống viêm, Aldehyt có tính chất tương tự như Xeton và cồn. Tuy
nhiên, vượt Aldehyt có thể gây ra kích thích lớn cho da và các màng nhầy.
Furfurol trong Lavender, Đàn hương, quế và Cypress là aldehyt.

Coumarin: Anti-convulsant và chống đông, coumarin và thuốc an thần có tác
dụng thư giãn. Khi các hóa chất này có thể được cảm quang, các loại tinh dầu
với các thành phần càn được sử dụng cẩn thận và không được tiếp xúc với ánh
nắng mặt trời. Bergaptene ừong Bergamot, angelicine trong Angelica và
Citroptene trong các loại dầu Citrns là những ví dụ của coumarin.
3. Phương pháp sản xuất tinh dầu
3.1. Phương pháp chưng cất

7


3.1.1. Nguyên tắc phương pháp
Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan và lôi cuốn theo
hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô thực vật
(hoa, lá, vỏ quả, hạt, thân, cành, rễ, ...) khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao.
Điều quan trọng là tính chất giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp các cấu tử không
hòa tan vào nhau. Chính điều này làm cho phương pháp chưng cất trở nên có ý
nghĩa.
3.1.2. Cơ sở lí thuyết
3.1.2.1. Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan
Ngay khi nguyên liệu được làm vỡ vụn rồi đưa vào chưng cất thì chỉ có một số
mô chứa tinh dầu là bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi
cuốn đi.
Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt
nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu. Ta có thể mô tả quá trình này như
sau: “Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn
trong tế bào thực vật. Dung dịch chứa tinh dầu này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt
nguyên liệu và bị hơi nước lôi cuốn đi. Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều
ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục hòa tan vào lượng nước này. Quy trình này lặp
đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết.”

Sự khuếch tán, hòa tan, thẩm thấu sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương
phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa. Như vậy, sự hiện diện của
nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quá
nhiệt, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô. Nhưng nếu lượng nước sử dụng
thừa quá cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những
cấu phần tan dễ trong nước.
Ngoài ra, nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp
nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này
đồng đều và dễ dàng.
3.1.2.2. Chưng cất – Sự lôi cuốn theo hơi nước
Chưng cất có thể hiểu đơn giản là một quá trình biển đổi một cấu tử hay một hỗn
hợp nhiều cấu tử ở thể lỏng thành thể hơi rồi sau đó ngưng tụ trở lại thành thể
lỏng. Sau quá trình đó, thành phần, hàm lượng cấu tử thu được sẽ biến đổi so với
hỗn hợp đầu. Đồng thời ta đã tách được cấu tử cần thiết ra khỏi hỗn hợp đầu.
Nước có nhiệt độ sôi 100°C, tinh dầu có nhiệt độ sôi thường khoảng trên 200°C.
Vậy tại sao ta có thể lôi cuốn tinh dầu theo hơi nước được?

8


Đó là nhờ đặc tính giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp các chất lỏng không hòa tan
vào nhau. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp các cấu tử không hòa tan vào nhau dù ở bất
kì tỉ lệ nào cũng đều như nhau và luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tử
riêng biệt. Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà đã từ rất lâu phương
pháp chưng cất hơi nước được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực
vật.
Lúc này ta coi như có hỗn hợp 3 cấu tử là nước, Citral, Geraniol không hòa tan
vào nhau. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp này khi đó sẽ luôn là dưới 100°C. Nhờ vậy
Citral, Geraniol sẽ bay hơi cùng với nước thoát ra, ta thu được hỗn hợp gồm 3
cấu tử trên. Kết quả là đã tách được Citral, Geraniol từ trong tể bào củ xả ra

thành hỗn hợp nước, Citral, Geraniol.
3.1.3. Phân loại
Trong công nghiệp, dựa trên thực hành người ta chia các phương pháp chưng cất
hơi nước ra ba loại chính :
- Chưng cất bằng nước
- Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng
- Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng
Cả ba phương pháp này đều có lý thuyết giống nhau nhưng khác nhau ở cách
thực hiện. Trong khuôn khổ đồ án này em sẽ tập trung đi vào phương pháp
chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng, sử dụng nguồn nhiệt từ điện
năng.
3.1.3.1. Chưng cất bằng nước
Trong trường hợp này, nước phủ kín nguyên liệu, nhưng phải chừa một khoảng
không gian tương đối lớn phía trên lớp nước, để tránh khi nước sôi mạnh làm
văng chất nạp qua hệ thống hoàn lưu. Nhiệt cung cấp có thể đun trực tiếp bằng
củi lửa hoặc đun bằng hơi nước dẫn từ nồi hơi vào (sử dụng bình có hai lớp
đáy). Trong trường hợp chất nạp quá mịn lắng chặt xuống đáy nồi gây hiện
tượng cháy khét nguyên liệu ở mặt tiếp xúc với đáy nồi, lúc đó nồi phải trang bị
những cánh khuấy trộn đều bên trong trong suốt thời gian chưng cất.
Sự chưng cất này thường không thích hợp với những tinh dầu dễ bị thủy giải.
Những nguyên liệu xốp và rời rạc rất thích hợp cho phương pháp này. Những
cấu phần có nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong nước sẽ khó hóa hơi trong khối lượng
lớn nước phủ đầy khiến cho tinh dầu sản phẩm sẽ thiếu những hợp chất này. Thí
dụ điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu được từ phương pháp chưng cất hơi
nước kém hơn phương pháp trích ly, vì phenyl etilic (phenyl etilic tạo mùi tinh

9


dầu hoa hồng) nằm lại trong nước khá nhiều, vì thế người ta chỉ dùng phương

pháp này khi không thể sử dụng các phương pháp khác.
3.1.3.2. Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng
Trong phương pháp này, nguyên liệu được xếp trên một vỉ đục lỗ và nồi cất
được đổ nước sao cho nước không chạm đến vỉ.
Nhiệt cung cấp có thể là ngọn lửa đốt trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồi hơi
dẫn vào lớp bao chung quanh phần đáy nồi. Có thể coi phương pháp này là một
trường hợp điển hình của phương pháp chưng cất bằng hơi nước với hơi nước ở
áp suất thường. Như vậy chất ngưng tụ sẽ chứa ít sản phẩm phân hủy hơn là
trường hợp chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, nhất là ở áp suất cao hay hơi
nước quá nhiệt.
Việc chuẩn bị nguyên liệu trong trường trường hợp này quan trọng hơn nhiều so
với phương pháp trước, vì hơi nước tiếp xúc với chất nạp chỉ bằng cách xuyên
qua nó nên phải sắp xếp thế nào để chất nạp tiếp xúc tối đa với hơi nước thì mới
có kết quả tốt. Muốn vậy, chất nạp nên có kích thước đồng đều không sai biệt
nhau quá.
Nếu chất nạp được nghiền quá mịn, nó dễ tụ lại vón cục và chỉ cho hơi nước đi
qua một vài khe nhỏ do hơi nước tự phá xuyên lên. Như vậy phần lớn chất nạp
sẽ không được tiếp xúc với hơi nước. Ngoài ra, luồng hơi nước đầu tiên mang
tinh dầu có thể bị ngưng tụ và tinh dầu rơi ngược lại vào lớp nước nóng bên
dưới gây hư hỏng thất thoát. Do đó việc chuẩn bị chất nạp cần được quan tâm
nghiêm túc và đòi hỏi kinh nghiệm tạo kích thước chất nạp cho từng loại nguyên
liệu.
Tốc độ chưng cất trong trường hợp này không quan trọng như trong trường hợp
chưng cất bằng nước. Tuy nhiên, tốc độ nhanh sẽ có lợi vì ngăn được tình trạng
quá ướt của chất nạp và gia tăng vận tốc chưng cất. Về sản lượng tinh dầu mỗi
giờ, người ta thấy nó khá hơn phương pháp chưng cất bằng nước nhưng vẩn còn
kém hơn phương pháp chưng cất bằng hơi nước sẽ đề cập sau.
So với phương pháp chưng cất bằng nước, ưu điểm của nó là ít tạo ra sản phẩm
phân hủy. Tuy nhiên dù với thiết bị loại nào đi nữa, ta phải đảm bảo là chỉ có
phần đáy nồi là được phép đốt nóng và giữ cho phần vỉ chứa chất nạp không tiếp

xúc với nước sôi. Phương pháp này cũng tốn ít nhiên liệu, tuy nhiên nó không
thể áp dụng cho những nguyên liệu dễ bị vón cục.
Khuyết điểm chính của phương pháp là do thực hiện ở áp suất thường, nên cấu
phần có nhiệt độ sôi cao sẽ đòi hỏi một lượng rất lớn hơi nước để hóa hơi hoàn
toàn và như thế sẽ tốn rất nhiều thời gian. Về kỹ thuật, khi xong một lần chưng
10


cất, nước ở bên dưới vỉ phải được thay thế để tránh cho mẻ sản phẩm sau có mùi
lạ.
3.1.3.3. Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng
Hơi nước tạo ra từ nồi hơi, thường có áp suất cao hơn không khí, được đưa
thẳng vào bình chưng cất. Ngày nay, phương pháp này thường dùng để chưng
cất tinh dầu từ các nguyên liệu thực vật.
Điểm ưu việt của phương pháp này là người ta có thể điều chỉnh áp suất, nhiệt
độ như mong muốn để tận thu sản phẩm, nhưng phải giữ nhiệt độ ở mức giới
hạn để tinh dầu không bị phân hủy.
Việc sử dụng phương pháp này cũng lệ thuộc vào những điều kiện hạn chế như
đã trình bày đối với hai phương pháp chưng cất nói trên cộng thêm hai yếu tố
nữa là yêu cầu hơi nước không quá nóng và quá ẩm. Nếu quá nóng nó có thể
phân hủy những cấu phần có độ sôi thấp, hoặc làm chất nạp khô quăn khiến hiện
tượng thẩm thấu không xảy ra. Do đó trong thực hành, nếu dòng chảy của tinh
dầu ngưng lại sớm quá, người ta phải chưng cất tiếp bằng hơi nước bão hòa
trong một thời gian cho đến khi sự khuyếch tán hơi nước được tái lập lại , khi đó
mới tiếp tục dùng lại hơi nước quá nhiệt. Còn trong trường hợp, hơi nước quá
ẩm sẽ đưa đến hiện tượng ngưng tụ, phần chất nạp phía dưới sẽ bị ướt, trong
trường hợp này người ta phải tháo nước ra bằng một van xả dưới đáy nồi. trong
công nghiệp, hơi nước trước khi vào bình chưng cất phải đi ngang một bộ phận
tách nước.
Với hơi nước có áp suất cao thường gây ra sự phân hủy quan trọng, nên tốt nhất

là bắt đầu chưng cất với hơi nước ở áp suất thấp và cao dần cho đến khi kết thúc.
Không có một quy tắc chung nào cho mọi loại nguyên liệu vì mỗi chất nạp đòi
hỏi một kinh nghiệm và yêu cầu khác nhau.
3.1.4. Ưu nhược điểm
3.1.4.1. Ưu điểm
- Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, qui trình sản xuất đơn giản
- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp trích ly, hấp phụ, ...
- Thời gian chưng cất tương đối nhanh, nếu thực hiện gián đoạn chỉ cần 5-10
giờ, nếu liên tục thì 30 phút đến 1 giờ
- Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao.

3.1.4.2. Nhược điểm
11


- Không áp dụng phương pháp chưng cất vào những nguyên liệu có hàm lượng
tinh dầu thấp vì thời gian chưng cất sẽ kéo dài, tốn rất nhiều hơi và nước để
ngưng tụ.
- Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủy
phân, phân hủy bởi nhiệt độ cao.
- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất
định hương thiên nhiên rất có giá trị).
- Hàm lương tinh dầu còn lại trong nước chưng (nước sau phân ly) tương đối
lớn.
3.2. Phương pháp cơ học
Phương pháp cơ học tương đối đơn giản, dùng để tách chất thơm ở dạng tự do
bằng cách ép, dùng phổ biến cho các loại quả như: cam, chanh, quýt, bưởi, ... vì
đối với những nguyên liệu này chất thơm thường phân bố ở lớp tế bào mỏng
phía bên ngoài với một lượng tương đối lớn. Khi ta tác dụng một lực lên vỏ quả
thì các tế bào có chứa chất thơm sẽ bị vỡ và chất thơm sẽ bị chảy ra ngoài rất dễ

dàng.
3.3. Phương pháp trích ly
Phương pháp này được sử dụng trong các trường hợp các thành phần hợp chất
thiên nhiên không bền ở nhiệt độc cao hoặc hàm lượng trong nguyên liệu rất
thấp, không thể dùng phương pháp chưng cất. Phương pháp trích ly thường dùng
dung môi dễ bay hơi như ethylic ether, petroleum ether, alcool, acetone hoặc các
loại khí hóa lỏng như CO2 lỏng tại áp suất lớn 60-70 atm.
3.4. Phương pháp hấp thụ
Phương pháp hấp thụ dựa trên cơ sở tính chất của một số loại hoa, quả có thể
kéo dài thời gian tạo ra hương thơm sau khi đã rời khỏi cây và khả năng hòa tan
chúng của các loại mỡ động vật trên bề mặt ( hấp phụ ). Bằng cách này thao tác
tiến hành rất thủ công, khó cơ giới hóa, các loại mỡ động vật đắt tiền, khó bảo
quản, quá trình tiến hành kéo dài, năng suất thấp. Gần đây người ta chuyển sang
hấp phụ bằng than hoạt tính gọi là hấp phụ động học. Bằng phương pháp này
người ta tạo điều kiện cho các luồng khí ẩm đi qua các lớp hoa, nhằm giữ cho
hoa được tươi lâu. Luồng không khí sau khi qua lớp hoa sẽ cuốn theo những
chất thơm bay hơi đi vào buồng hấp phụ, ở đó than hoạt tính sẽ giữ lại các chất
thơm tại buồng hấp phụ, không khí thải ra ngoài. Lớp hoa còn lại sau khi hấp
phụ hết các chất thơm bay hơi sẽ đem đi chưng cất hoặc trích ly lấy hết những
chất thơm không bay hơi còn lại.
3.5. Phương pháp lên men
12


Phương pháp này được áp dụng đối với các loại cây và quả có chất thơm ở trạng
thái kết hợp từng phần, hoặc kết hợp hoàn toàn, không ở trạng thái tự do mà
thường ở trạng thái liên kết glucozit. Vì vậy, muốn tách chất thơm từ những loại
nguyên liệu này, đầu tiên cần phải tiến hành sơ bộ tách bằng phương pháp lên
men, sau đó dùng phương pháp chưng cất để tách hoàn toàn.
II. Giới thiệu về cây sả, tinh dầu sả

1. Giới thiệu về cây sả
Tên tiếng Anh: Lemon grass, lemongrass, oil grass, silky heads, citronella grass.
Tên khoa học: Cymbopogon citratus (DC.) Stapf, 1906.
Tên đồng nghĩa: Andropogon citratus.
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
Sả là một loại cây thân thảo, thuộc họ Hòa thảo. Thường mọc thành từng bụi cao
khoảng 1-1,5m (tùy theo dinh dưỡng trong đất nhiều hay ít hoặc cách chăm sóc
tốt hay xấu). Thân có mầu trắng hoặc hơi tím, có nhiều đốt.

Sả có kiểu rể chùm, mọc sâu vào đất, rể phát triển mạnh khi đất tơi, xốp.
Lá hẹp dài, mép lá hơi nhám. Bẹ lá ôm chặt với nhau rất chắc, tạo thành một
thân giả (mà ta thường gọi là củ). Sả đẻ chồi ở nách lá tạo thành nhánh như
nhánh lúa. Với cách sinh sản này từ một nhánh trồng ban đầu về sau chúng sẽ
sinh sôi ra nhiều nhánh tạo thành một bụi sả (giống như bụi lúa). Trong lá có
nhiều tinh dầu, dược dùng làm nguyên liệu cất tinh dầu cùng với thân (bó bẹ lá)
Các loài Sả chanh thuộc chi Cymbopogon thích ứng rộng với điều kiện sinh thái.
Cây thường có mặt ở khắp vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Riêng giống sả C.
tortilis và C. flexuosus được trồng ở ấn Độ, Guatemala, Honduras, Haiti và một
số nước khác. Sả chanh được trồng hầu hết ở khắp các tỉnh phía Bắc nước ta,
tập trung ở một số nông trường như Việt Trung (Quảng Bình), Thạch Ngọc
(Nghệ Tĩnh cũ ), Cửu Long (Hà Sơn Bình cũ), Bắc Sơn (Bắc Thái cũ ), v.v…
13


Sau năm 1975, cây Sả còn được nghiên cứu và trồng trọt ở các tỉnh phía Nam
như miền Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, v.v…
Sả là cây chịu hạn nhưng chịu ngập úng kém. Nhiệt độ thích hợp đối với cây
Sả là 24-28oC. Cây Sả phát triển kém khi nhiệt độ dưới 10 oC. Trên 35oC Sả cũng
sinh trưởng kém. Lượng mưa thích hợp là 1500 – 2000 mm/năm.
Việt Nam có 15 loài sả, trong đó có 11 loài có mùi thơm. Về mặt hóa học có 3
nhóm chính:
- Sả cho xitronelal: Sả Java còn gọi là sả xòe (Cymbopogon
winterianus Jawitt), sả Xrilanca còn gọi là sả bẹ (Cymbopogon
nardus (L.) Rendle). Hai loài này được trồng nhiều ở Việt Nam.
- Sả cho geraniol: Sả hoa hồng (Cymbopogon martiniivar motia Burk)
đang được nghiên cứu trồng lớn để khai thác. Sả hoa hồng cho tinh
dầu rất thơm và có giá trị kinh tế cao do thành phần chính là geraniol
lên tới 80%.
- Sả cho xitral: Sả chanh sồm 2 loài: Cymbopogon tortilis A.Camus và

Cymbopogon flexnosus Stapf. Các chủng loại này cũng đang được
nghiên cứu để đưa vào trồng trọt.
2. Công dụng
2.1. Làm rau gia vị
Sả được dùng làm rau gia vị lâu đời ở các nước Châu Á. Sả được sử dụng rộng
rãi như là một loại thảo dược trong món ăn châu Á. Nó có hương vị chanh tinh
tế và có thể được dùng tươi (rất phổ biến) hoặc sấy khô và làm bột.
Ở Việt nam sả không thể thiếu trong các món mắm, món nấu với thịt, cả món ăn
chay như tương, chao.
Ở Ấn Độ cây sả được sử dụng trong các loại trà , súp , và món cà ri . Nó cũng
thích hợp cho gia cầm, cá, thịt bò, hải sản…
Sả thường được dùng như trà ở các nước Châu Phi như Togo và Cộng hòa Dân
chủ Congo và các nước Mỹ Latinh như Mexico.
2.2. Tinh dầu sả dùng như hóa chất công nghiệp
2.2.1. Tinh dầu sả dùng như thuốc bảo vệ thực vật
Ở các nước Đông Nam Á, dầu sả (Lemongrass oil) được sử dụng như là một loại
thuốc trừ sâu và một chất bảo quản.Nghiên cứu cho thấy rằng sả dầu có đặc
tính xua đuổi côn trùng và chống nấm.
Các thành phần hóa học chính của tinh dầu sả là geraniol và citronellol có tác
dụng sát trùng, do đó tinh dầu sả được sử dụng trong xà phòng, nến và nhang
muỗi để xua đuổi côn trùng như dán, kiến, ruồi, muỗi, rận, rệp…
14


Mặc dù dầu sả có khả năng xua đuổi côn trùng, tuy nhiên dầu sả có tác dụng hấp
dẫn và được sử dụng như "mồi nhử" để thu hút ong mật. Vì một trong những
chất pheromone từ ong chúa tiết ra giống như một chất có mùi của tinh dầu sả.
Do đó trong kỹ thuật nuôi ong mật người ta dùng dầu sả như chất gọi đàn khi
đàn ong mới được chuyển vùng.
Ở Việt nam cây sả được trồng khắp, nhân dân trồng cây sả quanh nhà, ngoài

vườn, xung quanh nhà vệ sinh để xua đuổi ruồi, muỗi, dĩn, bọ chét vừa làm sạch
môi trường, vừa có tác dụng phòng bệnh. Ngoài ra, tinh dầu sả còn khử mùi hôi
trong công tác vệ sinh.
Kinh nghiệm dân gian Nam Bộ cho biết khi trồng sả rắn độc không dám đến gần
để trú ẩn hay làm hang.
Ở Ấn Độ, theo kinh nghiệm dân gian, người ta dùng thân là sả đặt trên ngọn cây
dầu cọ để xua đuổi các loài bọ cánh cứng hại cây cọ.
2.2.2. Tinh dầu sả dùng trong công nghiệp
Tinh dầu sả được khai thác trong công nghiệp ngày càng phổ biến, chúng được
dùng trong các sản phẩm dầu thơm y học, dầu thơm mỹ phẩm, sà phòng y tế,
hương liệu thực phẩm…
2.3. Các bộ phận cây sả dùng làm thuốc
2.3.1. Theo Đông y
Sả có tên là Hương mao, có vị the, cay, mùi thơm, tính ấm, có tác dụng làm ra
mồ hôi, sát khuẩn, chống viêm, hạ khí, thông tiểu, tiêu đờm để chữa đầy bụng,
đái rắt, chân phù nề, chữa ho do cảm cúm...Toàn cây có mùi thơm đặc biệt.
Ngoài được dùng làm rau ăn, gia vị (nhân dân thường dùng ăn sống hoặc tẩm
ướp cho thơm các món ăn) cây sả còn là vị thuốc chữa bệnh rất hữu hiệu. Bộ
phận dùng làm thuốc là lá, rễ sả dùng tươi, phơi hay sấy khô.
2.3.2. Theo Tây y
Cây sả mới được nhập vào Châu Âu và Châu Mỹ trong thời gian gần đây và
dược tính của nó nhanh chóng được nghiên cứu và khai thác.
Trong y học dân gian của Brazil cho là tinh dầu sả đã giải được lo âu, trầm cảm
và là thuốc chống co giật, nhưng không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. các
nghiên cứu ở Brazil trong phòng thí nghiệm đã cho thấy tinh dầu sả có tác dụng
chống oxy hóa, chống viêm. Citronellol là một thành phần tinh dầu từ các loài
sả Cymbopogon citratus, C. winterianus và loài cây giống như sả (Lippia
alba) được cho là có đặc tính chống huyết áp cao. Citronellol đã làm giảm huyết
áp ở chuột nhờ vào tác động của tinh dầu sả vào cơ trơn làm giãn mạch.

15


Trong một thử nghiệm khác kết luận tinh dầu sả (C. citratus) đã được sử dụng
như một phương thuốc rẻ tiền để điều trị nấm miệng ở bệnh nhân HIV/AIDS.

16


PHẦN 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
I. Quy trình chưng cất tinh dầu sả
Nguyên liệu

Xử lí nguyên liệu

Hơi nước

Nước lạnh

Chưng cất

Bã

Hỗn hợp hơi

Phơi/sấy

Ngưng tụ

Chất đốt

Tinh dầu và nước

Phân ly

Nước thải

Nước chưng

Tinh dầu thô

Xử lí

Tinh chế

Tinh dầu loại
II

Tinh dầu thành
phẩm
17


II. Thuyết minh quy trình
1. Nguyên liệu
Nguyên liệu dùng cho quá trình chưng cất ở đây là lá sả chanh. Thành phần
chính chúng ta cần chưng cất của tinh dầu sả là geraniol (chiếm khoảng 20 40%). Trước khi chưng cất cần phải xử lý nguyên liệu.
2. Xử lý nguyên liệu
Nguyên liệu là củ, lá sả tươi đạt độ chín kỹ thuật, tức là lúc đầu lá (tính từ ngoài
vào) đã khô từ 5 – 10cm thì cắt, sau khi cắt xong lá sả được phơi héo đến độ ẩm

còn 50 % so với ban đầu. Ở độ ẩm này, lá sả bảo quản được một số ngày ở nơi
cất, hơn nữa, cất lá sả héo sẽ giảm được 35 % nhiên liệu và 27 % thời gian
chưng cất. Trước khi đưa lá sả vào nồi cất, có thể cắt nhỏ lá sả thành từng đoạn
nhỏ từ 2 - 3cm để tăng độ tiếp xúc của lá sả với hơi, cũng cần chú ý loại các tạp
chất như cỏ rác lẫn vào trong quá trình thu hái, khâu cắt nhỏ nguyên liệu cũng
cần chú ý đến việc lớp nguyên liệu xốp có thể làm tắt nghẽn hơi. Giả sử độ ẩm
sau khi xử lý là 45%.
3. Chưng cất
Sau khi nạp liệu xong, vặn chặt các khóa để khóa nắp thiết bị và tiền hành chưng
cất bằng cách cấp hơi cho nồi chưng từ nồi hơi riêng. Giữ nhiệt độ hơi ổn định
để đảm bảo hỗn hợp chưng được giữ ở áp suất cao và nước ngưng chảy đều, liên
tục. Đồng thời mở nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ và tiếp tục cấp hơi vào nồi
chưng. Nguyên liệu nạp vào nồi cất phải đảm bảo từ 180 - 200 kg/m 3 thể tích
thiết bị, thời gian chưng cất (lá héo) từ 2.5 - 3 giờ. Cần khống chế nhiệt độ nước
làm lạnh trong khoảng 35 – 400C.
Tại nồi chưng, hỗn hợp được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi.
Ở trong nồi, hơi bốc từ dưới lên vào ống dẫn hơi.
Sau quá trình chưng cất ta thu được bã, bã này sẽ được phơi hoặc sấy để tận
dụng làm chất đốt cho nồi hơi.
4. Ngưng tụ
Hơi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ. Tại đây, bên ngoài ống dẫn hơi được lắp đặt
đường ống làm lạnh đi ngược chiều với hơi nóng. Khi hơi tiếp xúc với đường
ống dẫn nước lạnh sẽ bị ngưng tụ, do vậy nồng độ cấu tử dễ bay hơi tăng dần
theo chiều dài ống dẫn hơi. Hơi sau khi được ngưng tụ thành chất lỏng sẽ chảy
vào phễu thủy tinh và đi vào thiết bị phân ly.
5. Phân ly
Dung dịch lỏng thu được gồm có tinh dầu và nước. Tinh dầu sả có trọng lượng
riêng nhẹ hơn nước nên phân lớp nổi lên trên, tách ra sẽ thu được tinh dầu. Tại
18

đây đồng thời thu được nước chưng và tinh dầu thô, nước chưng sau khi qua xử
lí sẽ thu được nước thải và sản phẩm tinh dầu loại II có hàm lượng tinh dầu rất
thấp. Tinh dầu thô thu được ta đem đi tinh chế sẽ thu được tinh dầu thành phẩm,
đây là sản phẩm chúng ta mong muốn thu được, chứa hàm lượng tinh dầu cao và
mang lại giá trị kinh tế lớn.
Dung dịch lỏng sau ngưng tụ được tách tinh dầu bằng cách sau:
- Phương pháp lắng: Bản chất của phương pháp này là dựa vào sự khác
nhau về tỷ trọng của tinh dầu và nước. Tinh dầu khi để lắng 1 thời gian,
nhờ trọng lượng riêng khác nước sẽ lắng xuống tạo thành hai lớp và có
thể tách ra dễ dàng.
- Phương pháp lọc: Phương pháp này dựa trên tính thấm ướt chọn lọc của
các chất lọc khác nhau. Khi đó người ta cho hỗn hợp thu được một chất dễ
thấm nước, dễ giữ nước và tách chúng ra khỏi tinh dầu. Phương pháp này
đơn giản, đạt hiệu quả cao đồng thời có khả năng tách cả nước lẫn muối
nhưng vấn đề khó là phải liên tục thay màng lọc.
Sau khi lọc ta thu được tinh dầu thương phẩm.
Tinh dầu thu được cho vào lọ thủy tinh có nắp kín và được bảo quản ở nhiệt độ
và độ ẩm thích hợp.
Tinh dầu sả sau khi khử hết nước có màu sáng, được đóng chai bảo quản.

19


PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ
I. Cân bằng vật chất và năng lượng
1. Các thông số giả định
Qua tìm hiểu và tổng hợp ta có các thông số giả định như sau:
- Chưng cất 288kg lá sả chanh đã được cắt nhỏ. Hàm lượng tinh dầu sả
(thành phần chính là giraniol) chiếm khoảng 1.5% khối lượng lá sả.

- Nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu đầu vào, của nước đều đạt 200C.
- Hiệu suất quá trình chưng cất đạt 95%.
- Thời gian chưng cất (làm cho lá héo) khoảng 2.5 ÷ 3 giờ.
2. Nguyên liệu sả chanh
Thành phần chính là giraniol:
Công thức phân tử là C10H18O
Phân tử lượng: Mdầu = 154.250 g/mol
Khối lượng riêng của sả là D = 889 kg/m3.
Nhiệt độ nóng chảy là -150C (50F hay 2580K)
Nhiệt độ điểm sôi là 2300C (4060F hay 5030K)
Độ hòa tan trong nước là 686 mg/l (200C)
3. Nước
Khi chưng luyện dầu tràm thì nước đóng vai trò rất quan trọng vì nước có các
tính chất sau.
Ở nhiệt độ thường, nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng
khối nước dày thì có màu xanh nhạt.
Công thức phân tử là H2O
Khối lượng phân tử là 18 g/mol
Khối lượng riêng là 1000 kg/m3
Nhiệt độ nóng chảy là 00C
Nhiệt độ sôi là 1000C
Khi hóa rắn có thể tôn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau.
Nước là là dung môi phân cực mạnh có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật khoa học.
4. Cân bằng vật liệu
Lượng dầu sả thu được sau quá trình chưng là:
Gdầu = 288 x 1.5% x 95% = 4.104 (kg)
Nếu gọi:
p là áp suất của hỗn hợp
pA là áp suất riêng phần của cấu tử A

pB là áp suất riêng phần của cấu tử B
VA là thể tích cấu tử A
20


VB là thể tích cấu tử B
GA là khối lượng cấu tử A
GB là khối lượng cấu tử B
dA là tỉ trọng của cấu tử A
dB là tỉ trọng của cấu tử B
MA là khối lượng phân tử của cấu tử A
MB là khối lượng phân tử của cấu tử B
Theo Định luật Dalton: trong cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất chưng cất hỗn
hợp bằng tổng số áp suất riêng phần của các cấu tử (với điều kiện rằng các chất
lỏng có trong dung dịch không tác dụng hóa học với nhau):
p = pA + pB
(CT: IX.14, Tr 143, [2])
Theo Định luật Boyle-Mariotte: thể tích tương đối của các chất khí hoặc hơi
khác nhau chứa trong hỗn hợp thì tỉ lệ với áp suất hơi riêng phần của chúng.
Ta lại có:
GA = VA . dA (2)
GB = VB . dB (3)
Chia (2) cho (3) ta có:
Theo Định luật Avogadro thể tích bằng nhau của các chất khí khác nhau, ở điều
kiện nhiệt độ áp suất giống nhau thì có chứa một lượng phân tử như nhau. Do
đó, khối lượng riêng hoặc trọng lượng riêng của các chất khí khác nhau nếu lấy
cùng một thể tích như nhau thì sẽ tỷ lệ với trọng lượng phân tử của chúng:
Do đó ta có:
Vậy lượng nước tiêu tốn trong quá trình chưng cất:

= (*)
Xác định lượng hơi tinh dầu sả trong hỗn hợp khi chưng cất chất này bằng hơi
nước. Ta biết trọng lượng phân tử của dầu (thành phần chính là giraniol) là
154.250 g/mol, áp suất hơi riêng phần của giraniol là 0.200 mmHg ở 20 0C. Ta
cũng biết trọng lượng phân tử của nước là 18 g/mol và áp suất hơi riêng phần
của nước là 17.500 mmHg ở 200C.
Theo Định luật Dalton, tổng áp suất hơi của hỗn hợp (ở 200C) là:

p = pdầu + pnước = 17.500 + 0.200 = 17.700 mmHg
Hỗn hợp chỉ bắt đầu sôi khi áp suất hơi hỗn hợp cân bằng với áp suất của khí
quyển (trong điều kiện thiết bị có tiếp xúc với không khí bên ngoài) có nghĩa là
ở 760 mmHg.
21


Khi tổng áp suất của hỗn hợp là 17.700 mmHg thì áp suất hơi của giraniol là
0.200 mmHg.
Khi đó:
Nếu tổng áp suất của hỗn hợp là 760 mmHg thì áp suất hơi của giraniol là:

pdầu = mmHg
Nếu tổng áp suất của hỗn hợp là 760 mmHg thì áp suất hơi của nước là:

pnước =
Thay vào công thức (*) ta có:

= =

10.200

Như vậy, cứ một phần tinh dầu Sả cần 10.2 phần nước. Mặt khác, lượng tinh
dầu thu được sau quá trình chưng là: G dầu = 4.104 kg, suy ra lượng nước bay hơi
cần cho quá trình chưng là:
Gnước = Gdầu x 10.2 = 4.104 x 10.2 = 41.861 (kg)
Do tinh dầu nằm trong các tế bào gỗ của cây nên hiệu suất chuyển khối lượng
tinh dầu từ các tế bào gỗ ra rồi được hơi nước lôi cuốn rất thấp, chỉ khoảng 20%.
Nên lượng nước bay hơi thực tế cần cho quá trình chưng là:
Gnước thực tế = 209.305 (kg)
5. Nhiệt độ chưng cất
Để xác định nhiệt độ chưng cất bằng hơi nước của một số cấu tử riêng biệt trong
tinh dầu, hoặc một số loại tinh dầu nói chung bằng cách tính theo số cấu tử
chính trong đó. Người ta có thể dựa theo Định luật Dalton: “Hỗn hợp chất lỏng
sôi khi tổng số áp suất hơi riêng phần của các cấu tử không hòa tan lẫn nhau cân
bằng với áp suất bên ngoài”.
Ta đã có áp suất mặt thoáng là 760 mmHg, áp suất riêng phần của hơi nước là
751.410 mmHg. Tra phụ lục bảng hơi nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ)
ta có:
Ở 900C hơi nước bão hòa có áp suất là 525.868 mmHg
Ở 1000C hơi nước bão hòa có áp suất là 759.963 mmHg
Áp dụng công thức nội suy cho áp suất riêng phần của hơi nước là 751.41mmHg
ta tính được nhiệt độ chưng cất là:
T = 90 + = 99.60C
6. Nhiệt lượng cung cấp cho nồi chưng
Giả sử nguyên liệu (lá và củ sả) chỉ gồm thành phần là nước (dạng lỏng) chiếm
khoảng 98.5% và giraniol (công thức phân tử là C 10H18O) chiếm khoảng 1.5%.
Tra bảng I.148, Tr166, [1] ta có nhiệt dung riêng của nước ở trạng thái lỏng là
22


xấp xỉ 4.180x103 J/kg.0K. Do không có số liệu thực nghiệm về nhiệt dung riêng

của giraniol (C10H18O) nên theo một cách gần đúng ta có thể áp dụng công thức
I.41, Tr152, [1] để tính như sau:
C=
(CT: I.41, Tr152, [1])
Với:
C là nhiệt dung riêng hợp chất
C1 , C2,…Cn là nhiệt dung riêng của các nguyên tố cấu tạo nên hợp chất
n1, n2,…nn là số nguyên tử của nguyên tố cấu tạo nên hợp chất
Tra bảng I.141, Tr152, [1] ta có nhiệt dung riêng của các nguyên tố cấu tạo nên
hợp chất (thể lỏng) như sau:
C là 11700 J/kg nguyên tử.độ
H là 18000 J/kg nguyên tử.độ
O là 25100 J/kg nguyên tử.độ
Từ đó ta tính được nhiệt dung riêng của giraniol là:

Cgiraniol =

3.020x103 J/kg.0K

Theo công thức của Kitsiakovxki ta có thể tính ẩn nhiệt hóa hơi của giraniol
theo công thức sau:

rhóa hơi =

(CT:I.61, Tr208, [1])

Với:
T là nhiệt độ sôi của chất lỏng (0K)
M là khối lượng mol của chất lỏng (kg/kmol)
Do đó, ta tính được ẩn nhiệt hóa hơi của giraniol như sau:

rgiraniol = 2.880x105 (J/kg)
Tra bảng I.250, Tr312, [1] ta có số liệu về ẩn nhiệt hóa hơi của nước như sau:
Ở 950C ẩn nhiệt hóa hơi của nước là 2270.920x103 J/kg
Ở 1000C ẩn nhiệt hóa hơi của nước là 2258.360x103 J/kg
Áp dụng công thức nội suy để tính ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 99.60C ta có:
rnước = 2270.92x103 +
2259.360x103 (J/kg)
Lượng nhiệt cung cấp để đốt nóng nguyên liệu từ 20 tới 99,6oC là:
Q1 = Gnguyên liệu .(Cgiraniol . %giraniol + Cnước . %nước).∆t
= 288 x (3.020x103x1.5% + 4.180x103x98.5%) x (99.6-20)
23


9.500x107 (J)
Lượng nhiệt hóa hơi giraniol là:
Q2 = Gnguyên liệu.%giraniol.rgiraniol = 288x1.5%x2.880x105 1.200x106 (J)
Lượng nhiệt đun nóng nước chưng từ 20 tới 99,6oC là:
Q3 = Gnước.Cnước. ∆t = 209.305x4.180x103x(99.6-20) 6.964x107 (J)
Lượng nhiệt hóa hơi lượng nước ngấm vào nguyên liệu là:
Q4 = Gnước. rnước = 209.305x2259.360x103 4.729x108 (J)
Tổng lượng nhiệt lý thuyết là:
Qlý thuyết = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 6.387x108 (J)
Trong quá trình cấp nhiệt giả sử tổn thất nhiệt năng là 10% thì tổng lượng nhiệt
thực tế sẽ là:
Qthực tế = Qlý thuyết .10% + Qlý thuyết 7.026x108 (J)
Tra bảng I.250, Tr312, [1] và kết hợp công thức nội suy ta tính được thể tích
riêng của hơi nước ở 99.60C là 1.700 m3/kg.
Lưu lượng hơi quá nhiệt cần cho 3h chưng:
L=

= 0.029 (kg/s)

Chọn vận tốc dòng hơi chảy trong ống là 20 m/s.
Diện tích bề mặt ngang ống dẫn hơi:
S 0.003 (m2)
Đường kính ống dẫn hơi:
D × = 2 x 0,062 (m)
Vậy ta chọn ống dẫn hơi ra khỏi thiết bị chưng có đường kính là 62mm.
II. Tính toán thiết bị
1. Thiết bị chưng cất
1.1. Kích thước thiết bị chưng cất
Nồi cất tinh dầu phải đảm bảo được những yêu cầu chính sau:
- Quá trình chưng cất được tiến hành nhanh chóng thuận lơi, tránh tình trạng
nguyên liệu bị giữ lâu quá trong nồi cất.
- Đảm bảo cho hỗn hợp hơi bay ra khỏi nồi cất được bão hòa nhiều tinh dầu
nhất, vì vậy cần phải tạo điều kiện sao cho hơi nước đi qua lớp nguyên liệu
nhiều nhất.
- Tiết diện của thiết bị chưng cất cần thiết kế sao cho nguyên liệu được phân bố
đều, đảm bảo tốc độ chưng cất không thay đổi khi đi qua lớp nguyên liệu.
Thể tích lượng sả chanh cần chưng cất mỗi mẻ là:

24


Vsả = =

0.324 (m3)

Giả sử thể tích chứa nguyên liệu và thể tích để cấp hơi chiểm khoảng 30% thể

tích thiết bị.
Thể tích thiết bị chưng cất sẽ là:

Vthiết bị = = = 1.080 (m3)
Như vậy, thể tích phần chưng của thiết bị sẽ là:

Vchưng = Vthiết bị - Vsả = 1.08 – 0.324 = 0.756 (m3)
Chọn tỉ lệ giữa đường kính trong thân thiết bị chưng cất (D) với chiều cao thân
thiết bị (h) là 1,5. Khi đó:
h = 1.5D
Ta có thể tích thiết bị được tính theo công thức:
V = 1.5D
Từ đó ta có:
D =

=

0.970 (m)

Suy ra:
h = 1.5D = 1.5x0.970 = 1.455 (m)
Kiểm tra lại:
V’ = 1.5D = 1.455 1.075 (m3)
Vậy cuối cùng ta có:
Chiều cao thân thiết bị chưng cất h = 1.5 m
Đường kính trong thân thiết bị chưng cất D = 1 m
1.2. Nắp thiết bị
Để tránh tổn thất tinh dầu và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng, quá trình
chưng cất phải được thực hiện trong thiết bị kín. Nắp thiết bị có thể có hình chóp
hoặc chỏm cầu và có thể có cửa để cho nguyên liệu vào. Nếu nguyên liệu được

cho vào qua nắp thiết bị thì ở bộ phận mối nối giữa cửa nguyên liệu và nắp cần
phải được ghép thật kín và thuận tiện cho việc đóng mở dễ dàng.
Mối nối giữa thiết bị và nắp có thể dùng bằng đệm và vặn bu lông; đệm tốt nhất
là bằng sợi amiang bện, trong trường hợp không có amiang có thể dùng gioăng
cao su. Nếu chưng cất dưới áp suất không lớn, mối nối bằng gioăng nước là
thích hợp hơn cả. Gioăng nước có thể dùng loại đơn hoặc kép, gioăng nước
thường được làm bằng cao su.
Dùng bu lông để ghép các mối nối trong thực tế bất lợi vì tốn nhiều thời gian để
tháo, vặn. Các loại kẹp khác như mỏ vịt cũng rất bất tiện. Vì vậy nhiệm vụ quan
trọng là thiết kế cấu tạo thiết bị cũng như các bộ phận nối thuận tiện dễ dàng, tạo
25