THIẾT BỊ CHƯNG CẤT SỬ DỤNG BẰNG HƠI NƯỚC

CHỦ ĐỀ 12: THIẾT BỊ CHƯNG CẤT SỬ DỤNG BẰNG HƠI NƯỚC GVHD: KHỔNG MINH TRƯỞNG THÀNH VIÊN NHÓM 12 1. Đàm Văn Hoàng 53130573(NT) 2. Bùi Văn Trọn 53131802 3. Lê Thanh Bình 53130105 4. Nguyễn Đăng Thuần 52130211 I. Mở đầu. II. Định nghĩa, cơ sở, những ảnh hưởng chính trong chưng cất sử dụng hơi nước. II.1 Định nghĩa II.2 Cơ sở II.3 Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất hơi nước II.3.a Sự khuếch tán II.3.b Sự thủy giải II.3.c Nhiệt độ III. Các phương pháp chưng cất sử dụng hơi nước và ưu, nhược điểm. III.1 Chưng cất bằng nước III.2 Chưng cất bằng nước và hơi nước III.3 Chưng cất bằng hơi nước III.4 Ưu điểm, khuyết điểm III.4.a Ưu điểm III.4.b Khuyết điểm IV. Thiết bị chưng cất sử dụng hơi nước trong sản xuất rượu gạo IV.1 Quy trình sản xuất rượu gạo thơm ngon IV.2 Sơ đồ thiết bị chưng cất sử dụng sản xuất rượu V. Kết luận I. Mở đầu: Ngày nay khoa học càng tiến bộ, cùng với đó là sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới cũng như Việt Nam, các ngành công nghiệp rất cần nhiều hoá chất cũng như sản phẩm có độ tinh khiết cao. Thiết bị chưng cất sử dụng bằng hơi nước là một trong những sản phẩm có từ lâu đời và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, sinh học, hoá chất để chế biến rượu, cồn, tinh dầu, dầu thực vật, điều chế oxi, lọc dầu…. II. Định nghĩa, cơ sở, những ảnh hưởng chính trong chưng cất hơi nước 1 II.1 Định nghĩa: Chưng cất có thể được hiểu là: ”Sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng” II.2 Cơ sở: Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, acid béo chi phương dây dài thì khi chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn. http://www.slideshare.net/ThanhnhanPhan/chung-ct II.3 Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất hơi nước: II.3.a Sự khuếch tán: Ngay khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô bị vỡ và thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi. Phần lớn còn lại trong các mô sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu. Von Rechenberg đã mô tả quá trình chưng cất hơi nước 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 này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi. Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị 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. 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 thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp có chứa những cấu phần tan dễ trong nước. Ngoài ra, vì 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. Vì các cấu phần được chưng cất hơi nước theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thường những hợp chất nào dễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước. Thí dụ, khi chưng cất hơi nước hạt caraway nghiền nhỏ và không nghiền, đối với hạt không nghiền thì carvon (nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong nước) sẽ ra trước, còn limonen (nhiệt độ sôi thấp, nhưng ít tan trong nước) sẽ ra sau. Nhưng với hạt caraway nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại. II.3.b Sự thủy giải: Những cấu phần ester thường dễ bị thủy giải cho ra acid và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt. II.3.c Nhiệt độ: Nhiệt độ cao làm phân hủy. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100 o C) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết. ví dụ hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt. Tóm lại, dù ba ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan nguyên liệu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũng tăng theo. III. Các phương pháp chưng cất hơi nước. 2 Trong công nghiệp, dựa trên thực hành, người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước ra thành ba loại chính: - Chưng cất bằng nước. - Chưng cất bằng nước và hơi nước. - Chưng cất bằng hơi nước. III.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 bên 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 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, lúc đó nồi phải trang bị những cánh khuấy trộn đều bên trong trong suốt thời gian chưng cất. Sự chưng cất này không thích hợp với những nguyên liệu 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 sản phẩm sẽ thiếu những chất này. Thí dụ điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu được từ phương pháp chưng cất hơi nước kém hơn sản phẩm tẩm trích vì eugenol và ancol phenetil nằm lại trong nước khá nhiều, vì thế người ta chỉ dùng phương pháp này khi không thể sử dụng các phương pháp khác. III.2 Chưng cất bằng nước và hơi nước: 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 chỉ thể là ngon 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 nguyên liệu có thể bị ngưng tụ và tinh dầu rơi ngược lại vào lớp nước nóng bên dưới gây hư hòng 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 sản phẩm 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. Do đó, 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 3 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 cất, nước ở bên dưới vỉ phải được thay thế để tránh cho mẻ sản phẩm sau có mùi lạ. III.3 Chưng cất bằng hơi nước: Hơi nước tạo ra từ nồi hơi, thường có áp suất cao hơn không khí, được đưa thẳng vào bình chưng cất. Trong công nghiệp phương pháp này thường dùng để chưng cất tinh dầu từ các nguyên liệu thực vật hay chưng cất rượu quy mô lớn. 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 nguyên liệu không bị phân hủy. Việc sử dụng phương pháp này cũng lệ thuộc vào những điều kiệ 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 sản phẩm 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. Hiệu suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào đặc tính của nguyên liệu và cách chọn phương pháp chưng cất. Thí dụ như tinh dầu hương bài, nếu chưng cất hơi nước ở áp suất thường thì thời gian kéo dài trên 12 giờ mà hiệu suất thu được chỉ khoảng 1, nhưng nếu chưng cất ở thiết bị có áp suất 4 -5atm thì hiệu suất thu được đạt 10 -12‰ và thời gian chưng cất chỉ còn 6 giờ. Thường thì các loại tinh dầu có tỉ trọng lớn hơn nước, khi chưng cất hơi nước trong thiết bị áp suất cao, cho hiệu suất ly trích cao trong thời gian chưng cất ngắn. III.4 Ưu điểm, khuyết điểm III.4.a 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. III.4.b Khuyết điểm: - Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng thấp. 4 - Chất lượng sản phẩm có thể bị ảnh hưởng nếu trong nguyên liệu 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. - Những sản phẩm có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém. http://s4.zetaboards.com/BioFood_Tech/topic/8969979/1/ IV. Thiết bị chưng cất sử dụng hơi nước trong sản xuất rượu gạo IV.1 Quy trình sản xuất rượu gạo thơm ngon Quy trình nấu rượu gạo ngon, thơm. Thưởng thức rượu đã là một phần không thể tách rời trong sinh hoạt văn hóa, lễ hội và giao tiếp của người Việt Nam. Rượu cũng là một nét văn hóa mang đậm bản sắc riêng của từng dân tộc và từng vùng. Quy trình nấu rượu gạo 5 Giải thích sơ đồ nấu rượu gạo như sau: 1. Gạo và men Nguyên liệu để nấu rượu thường là gạo, nếp, sắn (khoai mì). Mỗi loại nguyên liệu tạo thành một hương vị đặt trưng của rượu. Rượu gạo là loại rượu phổ biến nhất ở Việt Nam. Men rượu 6 Nấu rượu thì đơn giản nhưng quan trọng là bạn phải mua được loại men ngon. Để rượu ngon ngoài gạo trắng thơm ngon kể đến là men phải làm thủ công kỹ lưỡng chứ không mua của Trung Quốc uống dể thủng dạ dày. 2. Nấu chín Gạo nguyên liệu được ngâm nhằm rửa sạch chất bẩn bám bên ngoài hạt, đồng thời làm cho hạt gạo mềm, trương nở giúp dễ dàng cho quá trình nấu. Sau khi để ráo, gạo được cho vào nồi, thêm nước và nấu chín. Lượng nước cho vào được tính toán sao cho cơm sau khi nấu không quá nhão cũng không bị sống. Tỉ lệ gạo nước khoảng 1:1 theo thể tích. Mục đích của việc làm chín hạt gạo nhằm hồ hóa tinh bột gạo giúp cho vi sinh vật dễ sử dụng tinh bột này để lên men rượu. 3. Làm nguội 7 Làm nguội: Cơm sau khi nấu chín được trãi đều trên một bề mặt phẳng để làm nguội xuống nhiệt độ thích hợp cho việc trộn bánh men rượu. Nhiệt độ cơm cao sẽ làm bánh men rất khó hoạt động. 4. Trộn bánh men Bánh men rượu được trộn vào bằng cách bóp nhỏ, rắc đều lên bề mặt lớp cơm với tỷ lệ thích hợp tùy theo hướng dẫn trên từng loại men. Sau đó cho tất cả vào khạp lớn, đậy nắp để bắt đầu quá trình lên men rượu. 5. Lên men 8 Lên men rượu là một quá trình lên men yếm khí (không có mặt của ô xy) diễn ra rất phức tạp, bao gồm các quá trình sinh hóa học và các quá trình vi sinh vật. Quá trình lên men diễn ra ở nhiệt độ thường, trong thời gian này có 3 quá trình diễn ra song song với những mức độ khác nhau. Trước tiên là quá trình tăng sinh khối nấm men. Quá trình đường hóa có sự phân cắt tinh bột thành đường nhờ men amylase và glucoamylase trong nấm mốc. Đường vừa tạo ra trở thành thức ăn để nấm men thực hiện quá trình lên men rượu. Quá trình lên men rượu diễn ra do nấm men sử dụng đường để tạo thành rượu etylic và CO2. CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ tạo thành bọt khí bám vào bề mặt nấm men và làm các tế bào nấm men nổi lên trên, khi lên đến bề mặt, bọt khí vỡ ra và tế bào nấm men lại chìm xuống tạo ra sự đảo trộn giúp quá trình lên men được tốt hơn. 6. Chưng cất Khi quá trình lên men kết thúc, ta tiến hành chưng cất để thu được rượu thành phẩm. Có thể dùng nồi chưng cất rượu giúp tăng năng suất hiệu quả cao hơn cùng với máy lọc rượu gạo Quá trình chưng cất rượu nhằm tách hỗn hợp rượu và nước có nhiệt độ sôi khác nhau. Ở áp suất thường, rượu sôi và bốc hơi ở 78oC, còn nước là 100oC. Khi chưng cất rượu được tách ra khỏi 9 nước nhờ bay hơi dễ hơn nước. Quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách đun sôi hỗn hợp lên men, hơi bay lên được dẫn qua ống dẫn và được làm lạnh bằng cách cho qua bồn nước để ngưng tụ rượu. Dung dịch rượu thu được trong suốt có mùi thơm đặc trưng và nồng độ rượu sẽ giảm dần theo thời gian chưng cất. Tùy theo yêu cầu của khách hàng mà ta có thể tiến hành pha trộn các loại rượu thu được ở các khoảng thời gian chưng cất khác nhau để tạo ra rượu có nồng độ cao thấp khác nhau. Lưu ý: Rượu nấu thủ công truyền thống đã ngon rồi, nhưng để đặc sắc hơn, thơm hơn và đẹp mắt hơn thì nên lọc rượu để khử tạp chất andehyt, etanol, metanol có hại cho sức khoẻ. http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-chu-trinh-san-xuat-ruou-10932/ IV.2 Sơ đồ thiết bị chưng cất sử dụng sản xuất rượu Để tách cồn thô khỏi giấm và tinh chế để nhận được cồn tinh chế có chất lượng cao ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau: phương pháp gián đoạn, phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục, trên các sơ đồ thiết bị khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ theo điều kiện, vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng của cơ sở sản xuất. ở đây tôi chỉ xin trình bày về phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục do có tính hiệu quả kinh tế trong sản xuất công nghiệp mà phương pháp gián đoạn không đáp ứng được. Hơn nữa đây là phương pháp đang được dùng chủ yếu trong sản xuất trên thế giới . Sơ đồ hệ thống chưng luyện bán liên tục. Trong đó : 1-Thùng chưng cất thô 2-Thùng ngưng tụ cồn thô 10 [...]... http://luanvan.co/luan-van/thiet-ke-he-thong-chung-luyen-lien-tuc-loai-thap-dia-lo-co-ongchay-truyen-de-phan-tach-hon-hop-metylic-nuoc-43855/ V Kết luận Với những nội dung ý nghĩa và thực tế trên, nhóm rất hi vọng mọi người có thể hiểu được vấn đề về thiết bị chưng cất sử dụng hơi nước và nắm vững kiến thức cũng như hình dung được thiết bị sử dụng trong quá trình chưng cất rượu gạo thơm ngon Chúc mọi người có một ngày vui vẻ Cảm ơn mọi người đã quan tâm và theo dõi 11 ... song song nhưng làm việc so le để ổn định phần nào nồng độ cồn thô trước khi vào tháp tinh chế ở đây thùng chưng cất được đun trực tiếp bằng hơi nước có áp suất 0, 8 đến 1kg/cm2 Hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở 2 rồi vào thùng chứa 3, tiếp đó liên tục đi vào tháp tinh chế 4 ở 4 cũng được đun bằng hơi nước trực tiếp Cồn thô đi vào tháp tinh chế ở đĩa tiếp liệu ( đĩa 16 đến 18 tính từ dưới lên) rồi chảy... 03% rồi đi ra ngoài Nhiệt độ đáy tháp phải ở 103 đến 105 độ C Hơi rượu bay lên được tăng dần nồng độ phần lớn được ngưng tụ ở 5 rồi hồi lưu trở lại tháp Một phần nhỏ chưa ngưng tụ còn chứa nhiều tạp chất đầu được tiếp tục được đưa sang ngưng tụ tiếp ở 6 và lấy ra ở cồn đầu Cồn đầu chỉ dùng để đốt, sát trùng, làm dung môi để pha vecni hoặc đem cất lại - Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu... sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu ( từ trên xuống ) khoảng 3 đến 6 đĩa, được làm lạnh ở 7, rồi vào thùng chứa và vào kho Cồn lấy ra ở đây tuy có nồng độ thấp hơn ( 0, 3 đến 0, 5% V) so với hơi ở đỉnh nhưng chứa ít este và aldehyt - Chất lượng cồn thu được tuỳ thuộc vào chiều cao tháp và cách vận hành Về nguyên tắc có thể đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN-71 http://hoachatjsc.com/news/271/cong-nghe-san-xuat-con-ruou-etanol-tu-tinh-bot . Nhiệt độ III. Các phương pháp chưng cất sử dụng hơi nước và ưu, nhược điểm. III.1 Chưng cất bằng nước III.2 Chưng cất bằng nước và hơi nước III.3 Chưng cất bằng hơi nước III.4 Ưu điểm, khuyết điểm III.4.a. ra thành ba loại chính: - Chưng cất bằng nước. - Chưng cất bằng nước và hơi nước. - Chưng cất bằng hơi nước. III.1 Chưng cất bằng nước: Trong trường hợp này, nước phủ kín nguyên liệu, nhưng. điểm III.4.b Khuyết điểm IV. Thiết bị chưng cất sử dụng hơi nước trong sản xuất rượu gạo IV.1 Quy trình sản xuất rượu gạo thơm ngon IV.2 Sơ đồ thiết bị chưng cất sử dụng sản xuất rượu V. Kết luận I.