Bản CAD https://drive.google.com/open?id=1LhTUTb2VYBESD9Cw5TfQXkfy37-u0EM1
Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Mục lục LỜI NÓI ĐẦU LỜI NĨI ĐẦU Từ xa xưa cha ơng ta biết sử dụng dược liệu, hương liệu triết suất từ loài cây, hoa… để làm đẹp, thuốc chữa bệnh, công dụng không tưởng chúng Việc sử dụng tinh dầu để làm đẹp, tạo hương thơm xu làm đa dạng sản phẩm nước hoa cao cấp thị trường, tạo hương thơm khác biệt hút, với việc sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên mối quan tâm lớn người sử dụng, đặc biệt quốc gia lớn mạnh có kinh nghiệm lâu năm Pháp, Anh, Nga Trong nhiều năm gần thị trường tinh dầu người dân Việt Nam ta quan tâm có nhiều cơng ty đầu việc phát triển sản phẩm từ tinh dầu loại cây, hoa… Nhận thấy tiềm lớn thị trường tinh dầu cần phát triển sản phẩm tinh dầu thị trường nước Trong đồ án em muốn nghiên cứu, thử nghiệm để sản xuất tinh dầu nói chung thử nghiệm sản phẩm tinh dầu xả nói riêng Mục đích lớn sâu tìm hiểu để cải thiện hiệu trình sản xuất sản phẩm tinh dầu số lượng lẫn chất lượng Dưới hướng dẫn GVUT Nguyễn Minh Hệ đồ án em trình bày “Tính tốn thiết kế thiết bị chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ ” Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan tinh dầu phương pháp sản xuất tinh dầu 1.1.1 Khái niệm tinh dầu Tinh dầu hỗn hợp khác chất bốc nguồn thực vật (rất có nguồn gốc động vật), chất thường có mùi thơm có cấu tạo, tính chất, điểm chảy, điểm sơi, độ tan nước hay dung môi khác nhau, phần lớn chúng khơng tan, xác hay tan nước Các hợp phần tinh dầu hòa tan lẫnvào Nếu lượng tinh dầu khối đồng (một pha), bắt đầu sôi nhiệt độ phụ thuộc vào thành phần tỷ lệ hợp chất 1.2 Tính chất vật lý thành phần hóa học tinh dầu 1.2.1 Tính chất vật lý tinh dầu Tinh dầu thường tồn dạng thể lỏng nhiệt độ thường, mùi thơm, có màu trừ tinh dầu chứa aluzen có màu xanh Tinh dầu có tỉ trọng thấp so với nước, số khúc xạ cao Tinh dầu bay được, tan nước làm cho nước có mùi thơm, tinh dầu hỗn hợp nên khơng có nhiệt độ sơi định, nhiệt độ sôi thường cao 200°C Tinh dầu tan cồn, ete, dung môi hữu chất béo 1.2.2 Thành phần hóa học tinh dầu Tinh dầu loại chất lỏng tinh chế (thông thường cách chưng cất nước) từ cây, thân cây, hoa, vỏ cây, rễ cây, thành phần khác thực vật Tinh dầu ví nhựa sống cây, mang sức sống, lượng mạnh 100 lần loại thảo dược sấy khô Hầu hết loại tinh dầu trong, ngoại trừ vài loại tinh dầu dầu hoắc hương, dầu cam, "lemongrass" có màu vàng hổ phách Bất kỳ loại tinh dầu có thành phần sau: - Monoterpenes: Tìm thấy hầu hết loại tinh dầu Monoterpenes có cơng thức phân tử C10H16 chất khử trùng thuốc bổ tự nhiên Chúng lọc khơng khí tốt mà có khoảng 10 nguyên tử cacbon Mặc dù Monoterpenes có mặt hầu hết tinh dầu khác, tỷ lệ lớn số họ tìm thấy loại dầu Citrus Họ không màu, dễ bay xấu nhanh chóng Do đó, họ cần phải xử lý với việc chăm sóc giữ nhiệt độ mát mẻ Limonene hàng Lemon dầu, pinen hàng Pine camphene hàng Long não ví dụ loại tinh dầu - Sesquiterpene: Mặc dù dễ bay Monoterpenes, sesquiterpene có hiệu có khoảng 15 nguyên tử cacbon Họ có tác dụng làm dịu, chống viêm chống nhiễm trùng Zingiberene dầu gừng, cedrene Cedarwood caryophellene dầu đinh hương sesquiterpene tìm thấy loại tinh dầu - Phenol: Các chất khử trùng hầu hết hóa chất có thực vật, kích thích thể phenol chức với liều lượng nhỏ Tuy nhiên, liều lớn chất độc cho hệ thần kinh gây kích ứng da tiện nghi tiêu hóa cho người Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ nhạy cảm Thymol hàng Thyme dầu eugenol hàng Đinh hương ví dụ phenol - Rượu: Rất nhiều rượu có mặt loại tinh dầu Cao chất sát trùng, kháng khuẩn, chống nấm rượu thuốc kháng sinh, thuốc bổ tốt cho hệ thần kinh kích thích phản ứng miễn dịch thể Lavendulol Lavender, nerol Neroli geraniol hàng Géranium dầu ví dụ rượu loại dầu - Xeton: Thuốc chống đơng máu, Xeton thư giãn, nghiêm trang chữa lành mô sẹo, hệ thống miễn dịch hệ thống hô hấp thể Tuy nhiên, Xeton có hại cho hệ thần kinh dẫn đến sẩy thai, co giật bệnh động kinh - Ete/ Este: Ête este có tính chất tương tự ete mạnh mẽ hai Chống co thắt, kháng khuẩn chống viêm, ete nhẹ nhàng da giúp đỡ việc tái cân hệ thần kinh có hiệu Cinnamyl acetate Quế myrtinly acetate Myrtle - Aldehyt: chống viêm, Aldehyt có tính chất tương tự Xeton cồn Tuy nhiên, vượt Aldehyt gây kích thích lớn cho da màng nhầy Furfurol Lavender, Đàn hương, quế Cypress aldehyt - Coumarin: Anti-convulsant chống đông, coumarin thuốc an thần có tác dụng thư giãn Khi hóa chất cảm quang, loại tinh dầu với thành phần càn sử dụng cẩn thận không tiếp xúc với ánh nắng mặt trời Bergaptene ừong Bergamot, angelicine Angelica Citroptene loại dầu Citrns ví dụ coumarin 1.3 Phương pháp sản xuất tinh dầu 1.3.1 Phương pháp chưng cất 1.3.1.1 Nguyên tắc phương pháp Phương pháp dựa khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan lôi theo nước hợp chất hữu tinh dầu chứa mô thực vật (hoa, lá, vỏ quả, hạt, thân, cành, rễ, ) tiếp xúc với nước nhiệt độ cao Điều quan trọng tính chất giảm nhiệt độ sơi hỗn hợp cấu tử khơng hòa tan vào Chính điều làm cho phương pháp chưng cất trở nên có ý nghĩa 1.3.1.2 Cơ sở lí thuyết a Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan Ngay nguyên liệu làm vỡ vụn đưa vào chưng cất có số mơ chứa tinh dầu bị vỡ cho tinh dầu thoát tự ngồi theo nước lơi Phần lớn tinh dầu lại mơ thực vật tiến dần ngồi bề mặt ngun liệu hòa tan thẩm thấu Ta mơ tả q trình sau: “Ở nhiệt độ nước sơi, phần tinh dầu hòa tan vào nước có sẵn tế bào thực vật Dung dịch chứa tinh dầu thẩm thấu dần bề mặt nguyên liệu bị nước lơi Còn nước vào nguyên liệu theo chiều ngược lại tinh dầu lại tiếp tục hòa tan vào lượng nước Quy trình lặp lặp lại tinh dầu mơ ngồi hết.” Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Sự khuếch tán, hòa tan, thẩm thấu dễ dàng tế bào chứa tinh dầu trương phồng nguyên liệu tiếp xúc với nước bão hòa Như vậy, diện nước cần thiết, trường hợp chưng cất sử dụng nước nhiệt, ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Nhưng lượng nước sử dụng thừa lợi, trường hợp tinh dầu có chứa cấu phần tan dễ nước Ngoài ra, nguyên liệu làm vỡ vụn nhiều tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có độ xốp định để nước xuyên ngang lớp đồng dễ dàng b Chưng cất – Sự lôi theo nước Chưng cất hiểu đơn giản q trình biển đổi cấu tử hay hỗn hợp nhiều cấu tử thể lỏng thành thể sau ngưng tụ trở lại thành thể lỏng Sau trình đó, thành phần, hàm lượng cấu tử thu biến đổi so với hỗn hợp đầu Đồng thời ta tách cấu tử cần thiết khỏi hỗn hợp đầu Nước có nhiệt độ sơi 100°C, tinh dầu có nhiệt độ sơi thường khoảng 200°C Vậy ta lơi tinh dầu theo nước được? Đó nhờ đặc tính giảm nhiệt độ sơi hỗn hợp chất lỏng khơng hòa tan vào Nhiệt độ sôi hỗn hợp cấu tử khơng hòa tan vào dù tỉ lệ thấp nhiệt độ sôi cấu tử riêng biệt Chính đặc tính làm giảm nhiệt độ sơi mà từ lâu phương pháp chưng cất nước dùng để tách tinh dầu khỏi nguyên liệu thực vật Lúc ta coi có hỗn hợp cấu tử nước, Citral, Geraniol khơng hòa tan vào Nhiệt độ sôi hỗn hợp ln 100°C Nhờ Citral, Geraniol bay với nước thoát ra, ta thu hỗn hợp gồm cấu tử Kết tách Citral, Geraniol từ tể bào củ xả thành hỗn hợp nước, Citral, Geraniol 1.3.1.3 Phân loại Trong công nghiệp, dựa thực hành người ta chia phương pháp chưng cất nước ba loại chính: - Chưng cất nước Chưng cất nước khơng có nồi riêng Chưng cất nước có nồi riêng Cả ba phương pháp có lý thuyết giống khác cách thực a Chưng cất nước Trong trường hợp này, nước phủ kín nguyên liệu, phải chừa khoảng không gian tương đối lớn phía lớp nước, để tránh nước sơi mạnh làm văng chất nạp qua hệ thống hoàn lưu Nhiệt cung cấp đun trực tiếp củi lửa đun nước dẫn từ nồi vào (sử dụng bình có hai lớp đáy) Trong trường hợp chất nạp mịn lắng chặt xuống đáy nồi gây tượng cháy khét nguyên liệu mặt tiếp Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ xúc với đáy nồi, lúc nồi phải trang bị cánh khuấy trộn bên trong suốt thời gian chưng cất Sự chưng cất thường không thích hợp với tinh dầu dễ bị thủy giải Những nguyên liệu xốp rời rạc thích hợp cho phương pháp Những cấu phần có nhiệt độ sơi cao, dễ tan nước khó hóa khối lượng lớn nước phủ đầy khiến cho tinh dầu sản phẩm thiếu hợp chất Thí dụ điển hình mùi tinh dầu hoa hồng thu từ phương pháp chưng cất nước phương pháp trích ly, phenyl etilic (phenyl etilic tạo mùi tinh dầu hoa hồng) nằm lại nước nhiều, người ta dùng phương pháp sử dụng phương pháp khác b Chưng cất nước khơng có nồi riêng Trong phương pháp này, nguyên liệu xếp vỉ đục lỗ nồi cất đổ nước cho nước khơng chạm đến vỉ Nhiệt cung cấp lửa đốt trực tiếp dùng nước từ nồi dẫn vào lớp bao chung quanh phần đáy nồi Có thể coi phương pháp trường hợp điển hình phương pháp chưng cất nước với nước áp suất thường Như chất ngưng tụ chứa sản phẩm phân hủy trường hợp chưng cất nước trực tiếp, áp suất cao hay nước nhiệt Việc chuẩn bị nguyên liệu trường trường hợp quan trọng nhiều so với phương pháp trước, nước tiếp xúc với chất nạp cách xuyên qua nên phải xếp để chất nạp tiếp xúc tối đa với nước có kết tốt Muốn vậy, chất nạp nên có kích thước đồng khơng sai biệt Nếu chất nạp nghiền mịn, dễ tụ lại vón cục cho nước qua vài khe nhỏ nước tự phá xuyên lên Như phần lớn chất nạp khơng tiếp xúc với nước Ngồi ra, luồng nước mang tinh dầu bị ngưng tụ tinh dầu rơi ngược lại vào lớp nước nóng bên gây hư hỏng thất Do việc chuẩn bị chất nạp cần quan tâm nghiêm túc đòi hỏi kinh nghiệm tạo kích thước chất nạp cho loại nguyên liệu Tốc độ chưng cất trường hợp không quan trọng trường hợp chưng cất nước Tuy nhiên, tốc độ nhanh có lợi ngăn tình trạng ướt chất nạp gia tăng vận tốc chưng cất Về sản lượng tinh dầu giờ, người ta thấy phương pháp chưng cất nước vẩn phương pháp chưng cất nước đề cập sau So với phương pháp chưng cất nước, ưu điểm tạo sản phẩm phân hủy Tuy nhiên dù với thiết bị loại nữa, ta phải đảm bảo có phần đáy nồi phép đốt nóng giữ cho phần vỉ chứa chất nạp không tiếp xúc với nước sôi Phương pháp tốn nhiên liệu, nhiên khơng thể áp dụng cho nguyên liệu dễ bị vón cục Khuyết điểm phương pháp thực áp suất thường, nên cấu phần có nhiệt độ sơi cao đòi hỏi lượng lớn nước để hóa hồn tồn tốn nhiều thời gian Về kỹ thuật, xong lần chưng cất, nước bên vỉ phải thay để tránh cho mẻ sản phẩm sau có mùi lạ Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ c Chưng cất nước có nồi riêng Hơi nước tạo từ nồi hơi, thường có áp suất cao khơng khí, đưa thẳng vào bình chưng cất Ngày nay, phương pháp thường dùng để chưng cất tinh dầu từ nguyên liệu thực vật Điểm ưu việt phương pháp người ta điều chỉnh áp suất, nhiệt độ mong muốn để tận thu sản phẩm, phải giữ nhiệt độ mức giới hạn để tinh dầu không bị phân hủy Việc sử dụng phương pháp lệ thuộc vào điều kiện hạn chế trình bày hai phương pháp chưng cất nói cộng thêm hai yếu tố u cầu nước khơng q nóng ẩm Nếu nóng phân hủy cấu phần có độ sơi thấp, làm chất nạp khô quăn khiến tượng thẩm thấu không xảy Do thực hành, dòng chảy tinh dầu ngưng lại sớm quá, người ta phải chưng cất tiếp nước bão hòa thời gian khuyếch tán nước tái lập lại , tiếp tục dùng lại nước nhiệt Còn trường hợp, nước ẩm đưa đến tượng ngưng tụ, phần chất nạp phía bị ướt, trường hợp người ta phải tháo nước van xả đáy nồi công nghiệp, nước trước vào bình chưng cất phải ngang phận tách nước Với nước có áp suất cao thường gây phân hủy quan trọng, nên tốt bắt đầu chưng cất với nước áp suất thấp cao dần kết thúc Khơng có quy tắc chung cho loại ngun liệu chất nạp đòi hỏi kinh nghiệm yêu cầu khác 1.3.1.4 Ưu nhược điểm a Ưu điểm: - Thiết bị gọn gàng, dễ chế tạo, qui trình sản xuất đơn giản Khơng đòi hỏi vật liệu phụ phương pháp trích ly, hấp phụ, Thời gian chưng cất tương đối nhanh, thực gián đoạn cần 5-10 giờ, liên tục 30 phút đến Có thể tiến hành chưng cất với cấu tử tinh dầu chịu nhiệt độ cao b Nhược điểm: - Không áp dụng phương pháp chưng cất vào ngun liệu có hàm lượng tinh dầu thấp thời gian chưng cất kéo dài, tốn nhiều nước để ngưng tụ Tinh dầu thu bị giảm chất lượng có chứa cấu tử dễ bị thủy phân, phân hủy nhiệt độ cao Khơng lấy loại nhựa sáp có nguyên liệu (đó chất định hương thiên nhiên có giá trị) Hàm lương tinh dầu lại nước chưng (nước sau phân ly) tương đối lớn 1.3.2 Phương pháp học Phương pháp học tương đối đơn giản, dùng để tách chất thơm dạng tự cách ép, dùng phổ biến cho loại như: cam, chanh, quýt, bưởi, Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ nguyên liệu chất thơm thường phân bố lớp tế bào mỏng phía bên với lượng tương đối lớn Khi ta tác dụng lực lên vỏ tế bào có chứa chất thơm bị vỡ chất thơm bị chảy dễ dàng 1.3.3 Phương pháp trích ly Phương pháp sử dụng trường hợp thành phần hợp chất thiên nhiên không bền nhiệt độc cao hàm lượng nguyên liệu thấp, dùng phương pháp chưng cất Phương pháp trích ly thường dùng dung mơi dễ bay ethylic ether, petroleum ether, alcool, acetone loại khí hóa lỏng CO2 lỏng áp suất lớn 60-70 atm 1.3.4 Phương pháp hấp thụ Phương pháp hấp thụ dựa sở tính chất số loại hoa, kéo dài thời gian tạo hương thơm sau rời khỏi khả hòa tan chúng loại mỡ động vật bề mặt ( hấp phụ ) Bằng cách thao tác tiến hành thủ công, khó giới hóa, loại mỡ động vật đắt tiền, khó bảo quản, q trình tiến hành kéo dài, suất thấp Gần người ta chuyển sang hấp phụ than hoạt tính gọi hấp phụ động học Bằng phương pháp người ta tạo điều kiện cho luồng khí ẩm qua lớp hoa, nhằm giữ cho hoa tươi lâu Luồng khơng khí sau qua lớp hoa theo chất thơm bay vào buồng hấp phụ, than hoạt tính giữ lại chất thơm buồng hấp phụ, khơng khí thải ngồi Lớp hoa lại sau hấp phụ hết chất thơm bay đem chưng cất trích ly lấy hết chất thơm khơng bay lại 1.3.5 Phương pháp lên men Phương pháp áp dụng loại có chất thơm trạng thái kết hợp phần, kết hợp hồn tồn, khơng trạng thái tự mà thường trạng thái liên kết glucozit Vì vậy, muốn tách chất thơm từ loại nguyên liệu này, cần phải tiến hành sơ tách phương pháp lên men, sau dùng phương pháp chưng cất để tách hoàn toàn 1.4 Vài nét thị trường tinh dầu 1.4.1 Thị trường tinh dầu xuất giới Tinh dầu chất lỏng chiết suất từ thảo mộc có mùithơm hay mùi hắc đặc trưng cho loài mà ta chiết suất từ Những vị thuốc có tinh dầu ép hai tờ giấy để lại vết mờ, để lâu hay hơ nóng bay (lưu ý phân biệt với chất béo Vì chất béo ép hai tờ giấy để lại vết mờ, để lâu hay hơ nóng vết mờ để lại hình dáng bađầu.) Hàng năm, tồn giới tiêu thụ hàng vạn nguyên liệu chứa tinh dầu Theo tài liệu GATT, hàng năm sản lượng tinhdầu sản xuất giớithay đổi từ 25000- 35000 Các nước Châu Á chiếm khoảng 28% Các nước Châu Âu chiếm khoảng 20% Các nước Bắc Mỹ chiếm khoảng 26%, Các nước NamMĩ chiếm khoảng 14% Các khu vực khác chiếm khoảng 12% Những nước cung cấp tinh dầu chủ yếutrên giới Bình quân hàng năm, đơn vị nghìn Trung Quốc Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 3.350 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Ấn Độ 3.065 Mĩ 2.400 ĐàiLoan 2.300 Inđônexia 2.400 Braxin 1.970 Malagas 1.000 Srilanca 450 Maroc 388 Paragoay 316 Ai Cập 300 Pê Ru 150 Thái Lan 100 Việt Nam (1990 đến nay) 650 Tổng Cộng 18839 Như vậy, mức tiêu dùng cung cấp tinh dầu nước giới tương đối lớn có khả đem lại thu nhập cao cho kinh tế quốc dân 1.4.2 Thị trường nhập tinh dầu giới Một số dược liệu để chiết suất tinh dầu khơng thích nghi với khí hậu số nước giới, nên nước không sản xuất tinh dầu phải nhập số lượng lớn tinh dầu để phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế nước nhập gia công để tái xuất sản phẩm chiết từ tinh dầu Những nước nhập tinh dầu chủ yếu Mĩ, Anh, Pháp, Hà Lan, Nhật Bản số nước châu Âu khác Trên giới nhiều nước nhập tinh dầu Trung Quốc, Braxin Hàng năm, Mĩ nhập khoảng 20 mặt hàng tinh dầu loại Những nước công nghiệp phát triển Đức, Anh, Pháp, Nhật Bản nhập tinh dầu hàng năm với số lượng giá trị lớn Tuỳ theo tình hình phát triển cơng nghiệp nhu cầu mà nước nhập loại tinh dầu với số lượng khác để phục vụ cho kinh tế Ví dụ Mĩ: -Tiêu dùng sả từ 476 /năm (1983) tăng lên 853 /năm (1992) -Tiêu dùng hồi từ 28 /năm (1983) tăng lên 54 /năm (1992) -Tiêu dùng tràm từ 271 /năm tăng lên 392 / năm -Tiêu dùng xá xị bình quân 200 /năm Pháp: Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ -Tiêu dùng sả từ 250 /năm (1983) giảm 240 tấn/năm (1992) -Tiêu dùng bạc hà từ 677 /năm tăng lên 985 /năm -Tiêu dùng tràm từ 444tấn /năm tăng lên 721 / năm 1.4.3 Thị trường tinh dầu nội địa Ở Việt Nam tinh dầu sản xuất chủ yếu dành cho xuất khẩu, tiêu dung nước không đáng kể Để thực chủ trương nhà nước: gắn sản xuất với thị trường giới nhằm giảm bớt khâu trung gian làm cho hàng hố Việt Nam thích ứng với thị trường giới Các doanh nghiệp Nhà nước, doanh nghiệp tư nhân nhà sản xuất ý đến việc sản xuất thu mua xuất tinh dầu Một số doanh nghiệp chuyên kinh doanh hàng tinh dầu cạnh tranh gay gắt việc xuất mặt hàng Lượng tinh dầu nước tăng lên khơng đáng kể số người phép xuất lớn nên xảy tình trạng cạnh tranh để thu mua tinh dầu làm cho giá tinh dầu nước ổn định Mặt khác, có tình trạng cạnh tranh dẫn đến tình trạng người sản xuất khơng ý tới chất lượng sản phẩm mà Thời gian gần đây, có tình trạng khan tinh dầu xả nên chưa đến ngày ý đến số lượng sản phẩm thu hoạch họ cắt để chưng cất tinh dầu, kết hàm lượng tinh dầu đạt 28 đến 30 % Citronella mà đáng tinh dầu xả xuất phải đạt hàm lượng 35% Do vậy, dẫn đến tượng lộn xộn chất lượng giá bán làm giảm uy tín tinh dầu Việt Nam thị trường giới gây thiệt hại cho người kinh doanh người sản xuất Cạnh tranh việc tạo nguồn hàng cung ứng hàng tinh dầu xuất gay gắt, việc cạnh tranh mua bán dẫn đến cung cấp hàng chất lượng Hàng xuất chưa đáp ứng nhu cầu khách hàng nước Sở dĩ, việc tạo nguồn hàng xuất non yếu yếu tố đảm bảo sống cho người sản xuất tinh dầu thấp, sách giá cho hợp lý Cuộc sống du canh du cư nguyên nhân tàn phá trồng để chiết suất tinh dầu Việc cung ứng tinh dầu xuất tư thương nắm giữ chủ yếu thông qua doanh nghiệp nhà nước mua lại sản phẩm xuất uỷ thác, cạnh tranh người mua với người mua, người bán với người bán diễn gay gắt Bên cạnh xuất cạnh tranh khơng lành mạnh nhà xuất nước đẩy giá tinh dầu nội địa lên cao Mặt khác, nhà doanh nghiệp xuất tinh dầu lại tranh chào bán cho khách hàng nước dẫn đến thương nhân nước ngồi có điều kiện ép giá tinh dầu xuất ta Ngồi cơng ty nước ngồi sử dụng người Việt Nam làm mơi giới đại lý Vì xâm nhập thị trường tinh dầu Việt Nam khách nước ngày tinh vi hơn, cạnh tranh ngày trở nên khốc liệt Sự cạnh tranh nước xuất tinh dầu ảnh hưởng lớn đến khả xâm nhập thị trường giới tinh dầu nước ta Chính nguyên nhân dẫn đến kim ngạch xuất tinh dầu hang năm Việt Nam chưa cao.Tỷ trọng mặt hàng tinh dầu Việt Nam so với khối lượng tinh dầu nước xuất chủ yếu giới sau: Tỷ trọng mặt hàng tinh dầu Việt Nam so với nước xuất chủ yếu giới Năm 2000 Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Như vậy, khối lượng tinh dầu sản xuất xuất Việt Nam chiếm tỉ trọng nhỏ so với lượng tinh dầu sản xuất xuất giới Vì vậy, tình hình thay đổi giá cả, khối lượng tinh dầu Việt Nam thị trường tinh dầu giới không ảnh hưởng đến tình hình chung thị trường Hay nói cách khác Việt Nam nước chấp nhận giá xuất tinh dầu nước đặc điểm nước xuất với khối lượng nhỏ Điều mở hướng phát triển cho ngành tinh dầu Việt Nam Nếu biết tận dụng khai thác tốt lợi có sẵn, tổ chức tất hoạt động sản xuất kinh doanh tranh thủ diều kiện có lợi có khả khai thác tốt thị trường này, đem lại nguồn thu nhập không nhỏ cho kinh tế quốc dân Cầu giới mặt hàng lớn so với khả cung Việt Nam Cần thiết phải có đầu tư thích đáng để phát triển ngành hàng xuất non trẻ Trên sở tảng sẵn có, cần phải có hướng đắn để sản phẩm tinh dầu công ty xuất thị trường giới ngày nhiều có chất lượng cao hơn, góp phần làm tăng kim ngạch xuất toàn ngành kinh tế Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 10 Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ (4) Nếu chia (3) cho (4) thay tỉ số từ (2), ta được: GA PA d A = GB PB d B ( 5) Theo quy luật Avogadro thể tích chất khí khác nhau, điều kiện nhiệt độ áp suất giống có chứa lượng phân tử Do đó, khối lượng riêng trọng lượng riêng chất khí khác lấy thể tích tỷ lệ với trọng lượng phân tử chúng: GA PA M A = GB PB M B (7) MA, MB: khối lượng phân tử hai cấu tử A B Xác định lượng tinh dầu Sả hỗn hợp, chưng cất chất nước Ta có trọng lượng phân tử tinh dầu sả 152,24 g/mol (khối lượng mol ), tổng áp suất riêng phần 11,03 mmHg Theo định luật Dalton, tổng áp suất hỗn hợp: (mmHg) Hỗn hợp bắt đầu sôi áp suất hỗn hợp cân với áp suất khơng khí bên ngồi (trong điều kiện thiết bị có tiếp xúc với khơng khí bên ngồi) có nghĩa 760 mmHg Khi tổng áp suất hỗn hợp 771 mmHg áp suất xitronelal 11 mmHg Khi tổng áp suất hỗn hợp 760 mmHg áp suất xitronelal là: Tương tự, ta tính áp suất riêng phần nước: Đặt tất số liệu biết vào cơng thức (7) ta có: Có nghĩa hỗn hợp bay có phần tinh dầu Sả cần 8,17 phần nước Ta có lượng tinh dầu thu sau trình chưng là: Gd = 0,24 kg, suy lượng nước bay cần cho trình chưng là: Do tinh dầu nằm tế bào gỗ nên hiệu suất chuyển khối lượng tinh dầu từ tế bào gỗ nước lôi thấp, khoảng 20% Lượng nước bay thực tế cần cho trình chưng là: Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 16 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ 3.1.2 Nhiệt độ chưng cất Để xác định nhiệt độ chưng cất nước số cấu tử riêng biệt tinh dầu, số loại tinh dầu nói chung cách tính theo số cấu tử Người ta dựa theo định luật Dalton: “hỗn hợp chất lỏng sôi tổng số áp suất riêng phần cấu tử khơng hòa tan lẫn cân với áp suất bên ngồi” Ta có áp suất mặt thoáng 760 mmHg, áp suất riêng phần nước 749,2 mmHg Tra tài liệu [5], ta có: T = 98,6 °C 760 mmHg 3.1.3 Nhiệt lượng cung cấp cho nồi chưng Lượng nhiệt cung cấp để đốt nóng nguyên liệu từ 20 tới 98,6oC [1] Q1= G ( ) = G.() ) = 50.().(98,6 - 20).1000.4,18 = 1,1.107(J) Vì Cc = Wc 100 − Wc + 0.4 100 100 Trong đó: - G: Khối lượng nguyên liệu cho vào thiết bị (kg) Wc: Độ ẩm nguyên liệu tính theo % Cc: Nhiệt dung riêng nguyên liệu độ ẩm tương ứng Lượng nhiệt làm nóng lượng tinh dầu nguyên liệu từ 20 – 98,6oC [1]: Q2 = G×××( ) = 50.1,2 (98,6 - 20).1000.4,18= 6,1.104 (J) Trong đó: G: Khối lượng nguyên liệu cho vào thiết bị (kg) mc: Hàm lượng tinh dầu CM = 1,2C’ = 1, 1,8C + 2,3H + 40 M Lượng nhiệt hóa tinh dầu [1]: Q3 = G× + = G× = [50.+ ]1000.4,18 = 5,8.104 (J) Trong đó: - G: khối lượng nguyên liệu mc hàm lượng tinh dầu có nguyên liệu % Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 17 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ - rM Ẩn nhiệt hóa tinh dầu T: Nhiệt độ bay cấu tử nhiệt độ tương ứng M: Trọng lượng phân tử Nhân với 1000.4,18 để đổi từ đơn vị KcalJ Lượng nhiệt đun nóng hóa lượng nước ngấm vào nguyên liệu [1] Q4 = MN.CN.(t2-t1) + GN.rN = 18.4200.(100 - 20) + 9,8.2253.103 = 2,8.107 (J) Trong đó: - MN =18 tổng số Kg nước nồi chưng, 13kg nước cho thêm vào 5kg nước chứa nguyên liệu( coi nước chiếm 10% nguyên liệu) CN nhiệt dung riêng nước GN khối lượng nước cần hóa rN Ẩn nhiệt hóa nước Tổng lượng nhiệt lý thuyết [1]: QLT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 1,1.107 + 6,1.104 + 5,8.104 +2,8.107 = 3,9.107 (J) Tổng lượng nhiệt thực tế: QTT = QLT.130% = 3,9.107 130% = 5.107 (J) Lưu lượng nhiệt cần cung cấp QTT L = h = = 5650,5 (J/s) Chọn Mayso có cơng suất 6000 W 3.2 Tính tốn thiết bị 3.2.1 Thiết bị chưng cất 3.2.1.1 Kích thước thiết bị chưng cất Nồi cất tinh dầu phải đảm bảo u cầu sau: - Q trình chưng cất tiến hành nhanh chóng thuận lơi, tránh tình trạng nguyên liệu bị giữ lâu nồi cất - Đảm bảo cho hỗn hợp bay khỏi nồi cất bão hòa nhiều tinh dầu nhất, cần phải tạo điều kiện cho nước qua lớp nguyên liệu nhiều Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 18 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ - Tiết diện thiết bị chưng cất cần thiết kế cho nguyên liệu phân bố đều, đảm bảo tốc độ chưng cất không thay đổi qua lớp nguyên liệu Thể tích lượng Sả Chanh cần chưng cất mẻ là: Thể tích chứa đầy thể tích để cấp chiểm 30 % thiết bị Thể tích thiết bị chưng cất: V = = 0,23 (m3) Chọn tỉ lệ đường kính thân thiết bị chưng cất với chiều cao thân thiết bị 1,5 Ta có đường kính thân thiết bị D: Suy chiều cao thân thiết bị: Kiểm tra lại ta có: Để thuận tiện cho chế tạo Chiều cao thân thiết bị chưng cất h = 0,9 m Đường kính thân thiết bị chưng cất D = 0,6 m 3.2.1.2 Nắp thiết bị Để tránh tổn thất tinh dầu tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng, trình chưng cất phải thực thiết bị kín Nắp thiết bị có hình chóp chỏm cầu Nắp thiết bị đóng mở dễ dàng, kín Mối nối thiết bị nắp dùng đệm vặn bu lông; đệm tốt sợi amiang bện, trường hợp amiang dùng gioăng cao su Nếu chưng cất áp suất không lớn, nối gioăng nước thích hợp Gioăng nước dùng loại đơn kép, gioăng nước thường làm cao su Qua chọn lựa, ta làm nắp thiếp bị có dạng chỏm cầu, kết nối với phần thân thiết bị chưng bích nối bắt bu lơng, có gioăng cao su thực phẩm bịt kín Gioăng cao su thực phẩm loại vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt tốt cho phép sử dụng ngành thực phẩm 3.2.1.3 Cổ nồi Cổ nồi phận trung gian nối liền nắp vòi voi nồi, cổ nồi có nhiều hình dạng, yêu cầu chung phải cho chế tạo đơn giản Nhiệm vụ cổ nồi để làm cho hỗn hợp thoát dễ dàng, trường hợp chưng cất với nước, cổ nồi giúp cho hỗn hợp khơng lẫn nhiều nước Khi chưng cất loại nguyên liệu hạt nghiền nhỏ, cổ nồi phải giữ lại bụi cổ nồi thường phải đặt lưới Nhưng có đến nay, loại cổ nồi có lưới chắn không đáp ứng yêu cầu loại bỏ tạp chất, người ta phải làm thêm phận lắng bụi riêng, trước hỗn hợp vào thiết bị ngưng tụ Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 19 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Bởi nguyên liệu chưng cất sả làm héo, cắt nhỏ nên có bụi bẩn bay lên, ta cần làm lưới chắn bụi 3.2.1.4 Vòi voi Vòi voi phần thân nồi nhằm nối liền nắp nồi với thiết bị ngưng tụ, vòi voi cần phải có kích thước tương ứng cho hỗn hợp bay không vị trở lực lớn, không làm giảm tốc độ chưng cất Vòi voi cần phải có cấu tạo cho dung dịch lỏng thiết bị khơng qua để vào ống dẫn tới thiết bị ngưng tụ Vì vậy, vòi voi thường có độ dốc định, nghiêng về phía thiết bị ngưng tụ, thường dao động tự 1° đến 3° Đường kính vòi voi nhỏ dần để dễ dàng, vòi voi khơng nên dài q 1,5 – 3m Nếu nhắn hỗn hợp bay ngưng tụ đột ngột gân nên áp suất dư, ảnh hưởng tới tình chưng cất, dài hỗn hợp bay ta chậm, ảnh hưởng tới tốc độ chưng cất 3.2.1.5 Đáy thiết bị Đáy thiết bị trụ tròn, mặt phẳng đáy thẳng để dễ dàng đặt lên bếp gia nhiệt 3.2.1.6 Giỏ đựng nguyên liệu Bộ phận đựng nguyên liệu đáp ứng yêu cầu sau: - Đưa nguyên liệu vào lấy nguyên liệu thuận tiện Trong q trình chưng cất diện tích tiếp xúc nước nguyên liệu phải cao Để đáp ứng yêu cầu trên, chọn thiết bị chứa dạng giỏ dạng lưới với kích thước lỗ 3mm, có móc treo để lấy nguyên liệu mội cách thuận tiện Chọn giỏ hình trụ có đường kính 0,5m; chiều cao 0,6 m 3.2.1.7 Vật liệu làm thiết bị chưng cất Vật liệu để làm nồi chưng cất tinh dầu thường dùng loại sắt thép đặc biệt Một số xí nghiệp chưng cất thủ cơng, chưng cất gỗ lâm nghiệp, làm nồi cất gỗ, xi măng, , loại nguyên liệu đơn giản, rẻ, dễ tìm kiếm nguyên vật liệu, dễ bị hỏng, phải sửa chữa liên tục, dễ xảy tai nạn chưng cất với áp suất lớn Ngoài ra, thiết bị chưng cất thường dùng chưng cất loại nguyên liệu Nguyên liệu gỗ nói chung dễ hấp thụ tinh dầu, sau muốn khử mùi khó khăn lựa chọn nguyên vật liệu dùng để làm nồi chưng cất cần phải ý đến giá thành, khả tác dụng kim loại tinh dầu, tinh dầu có nhiều axit hữu cơ, làm cho thành phần thiết bị dễ bị gỉ Nhìn chung, theo thực tế xác nhận tính theo mức độ khơng bền kim loại tinh dầu ta thấy sau: số chì, sắt, nhơm, đồng, thiếc, thiếc tương đối bền Các phần khác thiết bị bị oxi hóa khác Thường chỗ bề mặt nước, trực tiếp tác dụng ngưng tụ nhiều dễ bị oxi hóa Ví dụ phần thiết bị, cổ nồi vòi voi trường hợp chưng cất thủ cơng phận đáy nồi bị tác dụng nhiệt, chỗ nắp nồi chịu tác dụng lực nhiều, dễ bị gỉ mau hỏng Ngoài việc chống gỉ ta cần ý tới màu sắc tinh dầu tác dụng số muối kim loại với tinh dầu tạo thành, muối sắt cho màu nâu vàng, muối đồng cho màu xanh lục Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 20 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Xuất phát từ yêu cầu nêu trên, thiết bị chưng cất nên làm loại thép không gỉ SUS 304, loại thép ăn toàn cho thực phẩm, dược phẩm, đồng thời có tính bền, khả chịu mài mòn cao Inox 304 thể khả chống ăn mòn tuyệt vời tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác Inox 304 có khả chống gỉ hầu hết ứng dụng ngành kiến trúc, hầu hết môi trường trình chế biến thực phẩm dễ vệ sinh Ngồi ra, Inox 304 thể khả chống ăn mòn ngành dệt nhuộm hầu hết Acid vô Inox 304 thể khả oxi hóa tốt nhiệt độ 870°C, tiếp tục thể lên đến nhiệt độ 925 °C Trong trường hợp yêu cầu độ bền nhiệt cao, người ta yêu cầu vật liệu có hàm lượng carbon cao Inox 304 thể khả dẻo dai tuyệt vời hạ đến nhiệt độ khí hóa lỏng người ta tìm thấy ứng dụng nhiệt độ Giống loại thép dòng Austenitic, từ tính Inox 304 yếu khơng có Khả gia cơng Inox 304 có khả tạo hình tốt, dát mỏng mà không cần gia nhiệt Điều làm cho Inox độc quyền lĩnh vực sản xuất chi tiết Inox Ví dụ: chậu rửa, chảo, nồi… Ngồi ra, tính chất làm cho Inox 304 ứng dụng làm dây thắng công nghiệp phương tiện ô tô, xe máy, xe đạp… Inox 304 thể khả hàn tuyệt vời, loại inox phù hợp với tất kỹ thuật hàn (trừ kỹ thuật hàn gió đá) Khả cắt gọt Inox 304 so với loại thép Carbon, gia công vật liệu máy cơng cụ, phải u cầu tốc độ quay thấp, quán tính lớn, dụng cụ cắt phải cứng, bén không quên dùng nước làm mát 3.2.1.8 Độ bền nồi chưng cất Độ dày thân nồi chưng cất tính theo cơng thức tính giá trị bền hàn thân hình trụ sau: Trong đó: - p: áp suất làm việc - p1 : áp suất khí quyển, p1 = atm = 1.105 Pa p2 : áp suất phần nước thân thiết bị Suy ra: D: đường kính thân thiết bị (D = 0,9 m) [σ]: ứng suất bền (đối với thép không gỉ SUS 304, [σ]= 500.106 Pa [6]) C: đại lượng bổ sung, phụ thuộc vào độ ăn mòn dung sai chiều dày Xác định đại lượng C theo công thức C = C1 + C2 + C3 (m) Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 21 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ - - - C1 - bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi trường thời gian làm việc thiết bị Đối với vật liệu bền SUS 304 ta lấy 0,05 mm/ năm, cho thời gian làm việc 20 năm Vậy lấy C1 = 0,05.20 = mm C2 - đại lượng bổ sung hao mòn cần tính đến trường hợp nguyên liệu chứa hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn thiết bị Đại lượng thường chọn theo thực nghiệm Đối với trường hợp chưng cất nguyên liệu thực vật môi trường nước, đại lượng bỏ qua Vậy lấy C2 = C3 - đại lượng bổ sung dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu Dối với vật liệu SUS 304 có chiều dày từ – 5mm, lấy C3 = 0,8 mm Suy ra: φ: hệ số làm yếu Xác định đại lượng φ theo công thức: Σd - đại lượng phụ thuộc vào số lỗ, cửa mở thân hình trụ Trên thân hình trụ thiết bị chưng cất, ta mở ống dẫn nước vào thiết bị ngưng tự dx = 0,1 m Vậy ta có độ dày thân nồi chưng cất là: Dựa theo tiêu chuẩn nồi chưng, chọn độ dày thiết bị chưng cất s = mm 3.2.2 Thiết bị ngưng tụ Hỗn hợp nước – tinh dầu từ thiết bị chưng cất cho vào thiết bị làm lạnh nhằm mục đích ngưng tụ làm lạnh hỗn hợp nước chưng tới nhiệt độ cần thiết 3.2.2.1 Các thông số biết - Lượng tinh dầu thu sau trình chưng là: Gd = 0,24 kg - Lượng nước bay cần cho trình chưng là: = 9,8 kg Vậy tổng lượng cần ngưng tụ là: - Thời gian cho trình ngưng tụ 2,5h - Lưu lượng cần ngưng tụ là: L = = = 4,02 (kg/h) - Nhiệt độ nước mát đầu vào 25°C = 25°C - Chọn nhiệt độ nước mát đầu 45°C = 45°C - Nhiệt độ dầu là: tH = 100oC Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 22 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ - Nhiệt độ dầu cuối giai đoạn làm lạnh: tK = 35oC 3.2.2.2 Nhiệt lượng để ngưng tụ tinh dầu – nước hoàn toàn thành lỏng Lượng nhiệt cần để làm ngưng tụ hỗn hợp nước tinh dầu bay lên là: Qnt = gb.rb +gm.rm = 9,8.2257 + 0,24.276,716 = 22185 (KJ) Trong - gb,gm : Lượng nước lượng tinh dầu cất (Kg) cm : Nhiệt dung tinh dầu rm: ẩn nhiệt hóa tinh dầu rm = 276,716 (KJ/Kg) rb: ẩn nhiệt hóa tinh dầu rb = 2257 (KJ/Kg) Vậy nhiệt lượng để ngưng tụ hỗn hợp tinh dầu – nước hoàn toàn thành lỏng: Qnt = 22185 (KJ) 3.2.2.3 Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước Sau ngưng tụ thành dạng lỏng hỗn hợp tinh dầu – nước cần phải làm lạnh xuống nhiệt độ tối ưu để thuận tiện cho trình phân ly, tách anethol khỏi nước sau Ta làm lạnh hỗn hợp dịch ngưng tới tC = 35°C Vậy nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước xuống tC = 35°C là: Lượng nhiệt làm lạnh hỗn hợp là: Q2 = (gb +gm.Cm).(TH-Tk) = (9,8 + 0,24.2000).(100-35) = 31837 (KJ) Trong gb,gm : Lượng nước lượng tinh dầu cất (Kg) cm : Nhiệt dung tinh dầu 3.2.2.4 Xác định bề mặt truyền nhiệt Để tính tốn diện tích cần thiết thiết bị làm lạnh (ngưng tụ) ta dụa vào định luật Niuton Furie Theo định luật này: “Lượng nhiệt truyền qua theo hướng thẳng vng góc với mặt phẳng thành ống thiết bị làm lạnh tỷ lệ thuận với diện tích làm lạnh F (m2) thành ống, với thời gian (Z) mà nhiệt lượng với chênh lệch nhiệt độ (Δt°C) hai thành ống hai phía” (J) Trong đó: - Q: Lượng nhiệt truyền qua thành ống theo phương vng góc F: diện tích truyền nhiệt (m2) Z: thời gian truyền nhiệt (Giờ) Δt: Hiệu số nhiệt độ hai phía thành ống (độ) Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 23 Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ K: Hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ ) - Qua ta có, bề mặt truyền nhiệt xác định: Chọn thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột già Ống truyền nhiệt làm đồng, dng = 20mm, dtr = 20 – 2.0,5 = 19 mm, độ dày δ = 0,5 mm Đường kính vòng xoắn D = 300mm Chọn vận tốc nước ống: = 0,4 (m/s) Chọn Bước xoắn ống ruột gà : x = 100 mm Chiều dài vòng xoắn ( π D) l= + x = (3,14.0,3)2 + 0,12 = 0,9( m) Hệ số nhiệt độ trung bình Δt Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆tb = t2 − t1 A −1 45 − 25 0, 67 − = = 12, 24 T1 − t1 A.LnA 100 − 25 0, 67.Ln0, 67 Ln Ln 35 − 25 T2 − t1 Trong A= T − t1 = 0, 67 T − t2 Và giả sử nhiệt t2 45oC Xác định hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức sau: Trong đó: - αN : hệ số cấp nhiệt nước ống (W/m2.oK) αR : hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (W/m2.oK) ∑rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu 3.2.2.4.1 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống αN Chuẩn số Reynolds: Đây chế độ chảy rối, cơng thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng: Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 24 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Trong đó: - : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống Tra bảng 1.3 tài liệu [7]: PrN : chuẩn số Prandlt nước 34oC PrN = Prw : chuẩn số Prandlt nước nhiệt độ trung bình vách - Pr = C p µ λ Suy ra: Hệ số cấp nhiệt nước ống: Nhiệt tải phía nước làm lạnh: Với tw2 : Nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (trong ống) 3.2.2.4.2 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu Trong đó: - tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với hỗn hợp tinh dầu – nước (ngoài ống) - Bề dày thành ống: δt = (mm) Hệ số dẫn nhiệt thép khơng gỉ: λt = 17,5 (W/m.oK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: Suy ra: Vậy: 3.2.2.4.3 Hệ số cấp nhiệt phía ngồi ống Đặt: Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 25 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Với ẩn nhiệt ngưng tụ: r1 = r = 2095 (KJ/kg) Và = 98,6 °C Ta có: Nhiệt tải ngồi thành ống: 3.2.2.4.4 Từ đó, ta dùng phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 Chọn: tw1 = 50oC : Các tính chất lý học hỗn hợp ngưng tụ tra tài liệu [5] ứng với: + Khối lượng riêng: ρ1 = 767,68 (kg/m3) + Độ nhớt động lực: µ1 = 0,6018.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 0,2073 (W/moK) Khi đó: Ta có: - Xem nhiệt tải mát khơng đáng kể thì: qt = qR = (W/m2) Ta có: Suy ra: Tra tài liệu tham khảo [5] trang 310, theo phương pháp nội suy ta Prw = 3,46 Ta có: Kiểm tra sai số: Thỏa mãn Vậy: tw1 = 50oC tw2 = 46,6oC Khi đó: Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 26 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Ta có: 3.2.2.4.5 Bề mặt truyền nhiệt F Bề mặt truyền nhiệt cần thiết để ngưng tụ lượng trình chưng cất là: Lượng chất lỏng cần thiết xác định từ phương trình cân nhiệt Từ phương trình Q = Gđ.cđ.(T1-T2) = Gl.cl(t2-t1) Suy Gl = Q 2, 2.107 = = 458,33(l ) cl (t2 − t1 ) 2400(45 − 25) Trong - Gđ, Gl - Lượng chất lỏng nóng lạnh (kg) Cl,cđ – Nhiệt dung riêng tương ứng (J/kg.độ) Như vậy, số vòng xoắn ống xoắn ruột già là: F = l.n.π d n + dt => n = 10 vòng Như kích thước thiết bị ngưng tụ sau Đường kính vòng xoắn D = 300mm Bước xoắn ống ruột gà : x = 100 mm Chiều dài vòng xoắn l = 0,9 m Số vòng xoắn ống xoắn ruột già n = 10 vòng Đường kính vỏ ngồi Dn = 380mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ 600 mm 3.3 Thiết bị phân ly Ở 20 °C, khối lượng riêng nước 0,9982 g/ml Khối lượng riêng tinh dầu Sả 0,881 g/ml Ta nhận thấy, khối lượng riêng tinh dầu Sả nước không khác biệt lớn, dùng thiết bị phân ly theo ngun lý li tâm hiệu khơng cao, gây lãng phí Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 27 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ Ta biết, tinh dầu Sả không tan nước Tinh dầu Sả lẫn nước tác động vật lý, khơng chịu tác động vật lý đó, tinh dầu Sả tách khỏi nước lên có khối lượng riêng nhiệt độ lớn nước Như ta sử dụng thiết bị phân ly dạng lắng để tách tinh dầu Sả thô khỏi nước chưng Ta chọn thiết bị phân ly hình trụ đứng, đáy thiết bị có dạng hình nón Đáy hình nón có gắn ống thủy tinh để quan sát, rút tinh dầu Sả thô khỏi thiết bị phân ly Phía có van để tháo tinh dầu Hỗn hợp nước tinh dầu sau ngưng tự thiết bị ngưng tụ chảy theo ống dẫn xuống thiết bị phân ly Tại đây, tinh dầu lên thiết bị phân ly lấy cửa phía Nước ngưng sau thời gian đầy chảy ngồi theo cửa tháo phía đáy thiết bị Sau kết thúc mẻ chưng tinh dầu thu lại đem làm khan tách hoàn toàn nước khỏi tinh dầu Lưu lượng dịch chưng cần phân ly kg/h Ta chọn thể tích thiết bị phân ly Vpl = 20 l Đường kính thiết bị dpl = 0,2 m Từ ta tính được: Chiều cao thân thiết bị, khơng kể phần chóp là: hpl = 0,4m Phần hình chóp đáy thiết bị có chiều cao: h’pl = 0,25m Hình ảnh thiết bị phân ly Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 28 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Hệ nhiệt tình giúp đỡ em, cung cấp, truyền đạt bảo nhiệt tình kiến thức, người sửa sai cho em chi tiết đồ án Đồ án môn học tổng hợp kiến thức em sưu tầm được, kinh nghiệm học qua môn đồ án em tính lũy thêm kinh nghiệm quý giá Em chắn nên tảng tốt phụ vụ cho em công việc sau Em xin chân thành cảm ơn tất bạn bè người đồng giúp đỡ em suốt trình thực mơn đồ án Xin kính chúc tất thầy cô Viện CNSH- CNTP mạnh khỏe, hạnh phúc vững bước đường giảng dạy Hà Nội, ngày 12 tháng năm 2018 Nguyễn Tuấn Anh Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 29 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/mẻ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Năng Vinh – Nguyễn Thị Minh Tú Công nghệ chất thơm thiên nhiên NXB Bách Khoa Hà Nội (2009) [2] Lã Đình Mỡi Tài ngun thực vật có tinh dầu Việt Nam NXB Nông Nghiệp (2001) [3] Lưu Kiều Oanh - Đồ án nghiên cứu thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 150kg/mẻ [4] Lê Ngọc Thạch Tinh dầu NXB Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh (2003) [5] Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Hồ Lê Viên Sổ tay QT TB Cơng nghệ hóa chất (Tập 1) NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội (2006) [6] Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Phạm Xuân Toản Sổ tay QT TB Cơng nghệ hóa chất (Tập 2) NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội (2006) [7] Phạm Xuân Toản Các q trình, thiết bị cơng nghiệp hóa chất thực phẩm (Tập 3) NXB Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội (2003) [8] John E Bringas, Editor Handbook of Comparative World Steel Standards (August 2004) Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 30 .. .Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/ mẻ PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan tinh dầu phương pháp sản xuất tinh dầu 1.1.1 Khái niệm tinh dầu Tinh dầu hỗn hợp... Trình Sản Xuất 2.2.1 Quy trình chưng cất tinh dầu Sả Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 12 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/ mẻ Nguyên liệu Xử lý nguyên liệu Chưng cất. .. thích hợp Tinh dầu sả khử có màu sáng, đóng chai bảo quản Nguyễn Tuấn Anh– MSSV: 20140187 Trang 14 Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả suất 50kg/ mẻ PHẦN 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT