PHƯƠNG PHÁP CHƯNG cất TINH dầu QUẾ

1.1 Phương pháp chưng cất: Chưng cất là một quá trình biến đổi một cấu từ hoặc một hỗn hợp thể lỏng thành thể hơi ở một thiết bị sau đó hơi được ngưng tụ ở một thiết bị khác nhờ phương p

MỤC LỤC

Chương 1: PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TINH DẦU QUẾ 6

1.1 Phương pháp chưng cất: 6

1.1.1 Chưng cất với nước: 6

1.1.2 Chưng cất với hơi nước không có nồi hơi riêng: 6

1.1.3 Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng: 7

1.2 Quy trình chưng cất tinh dầu quế: 7

1.2.1 Xử lý nguyên liệu quế: 7

1.2.2 Nạp liệu: 7

1.2.3 Tiến hành chưng cất: 7

1.2.4 Thu nhận tinh dầu: 7

1.2.5 Đóng gói và bảo quản: 8

1.2.6 Tháo và xử lý bã: 8

Chương 2: THIẾT BỊ CHƯNG CẤT 10

2.1 Lượng thiết bị cho cơ sở sản xuất: 10

2.2 Lượng nước cần thiết để bay hơi: 11

2.3 Nhiệt độ chưng cất: 13

2.4 Tính toán thiết bị: 13

2.4.1 Kích thước thiết bị chưng cất: 13

2.4.2 Nắp thiết bị: 14

2.4.3 Cổ nồi: 14

2.4.4 Vòi voi: 15

2.4.5 Đáy nồi: 15

2.4.6 Giỏ đựng nguyên liệu: 15

2.4.7 Vật liệu làm thiết bị chưng cất: 15

2.4.8 Độ bền nồi chưng cất: 15

2.5 Tính toán nhiệt cho thiết bị chưng cất: 17

2.5.1 Tính Q1: 17

2.5.2 Tính Q2: 17

2.5.3 Tính Q3: 18

2.5.4 Tính Q4: 18

2.5.5 Tính Q5: 19

2.5.6 Tính Q6: 19

Chương 3: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 21

3.1 Các thông số đã biết: 21

3.2 Nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu - nước thành lỏng hoàn toàn: 21

3.3 Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước: 21

3.5 Xác định bề mặt truyền nhiệt: 22

3.5.1 Xác định hệ số truyền nhiệt K: 23

3.5.2 Tính ∆t: 26

3.5.3 Bề mặt truyền nhiệt: 26

Chương 4: THIẾT BỊ PHÂN LY 29

Chương 5: LÒ HƠI 30

5.1 Thông số ban đầu: 30

5.2 Tính nhiệt lò hơi: 30

5.2.1 Thể tích không khí lý thuyết: 30

5.2.2 Thể tích sản phẩm cháy: 30

5.2.3 Tính entanpy của không khí và khói: 31

5.3 Cân bằng nhiệt lò hơi: 32

5.3.1 Lượng nhiệt đưa vào lò hơi: 32

5.3.2 Các tổn thất nhiệt của lò hơi: 32

5.4 Tính nhiệt buồng lửa: 34

5.4.1 Tính thể tích buồng lửa: 34

5.4.2 Nhiệt lượng có ích sinh ra trong buồng lửa: 36

5.5 Tính nhiệt độ cuối buồng lửa: 37

5.6 Tính toán bề mặt trao đổi nhiệt dối lưu: 39

5.6.1 Tổng diện tích trao đổi nhiệt đối lưu: 39

5.6.2 DIện tích trao đỏi nhiệt đối lưu pass2 và pass3: 43

5.7 Thiết kế cyclone: 47

5.7.1 Các thông số đã biết: 47

5.7.2 Các kích thước chi tiết của xyclone: 47

5.7.3 Hiệu suất lọc của cyclone : 48

5.8 Ống khói : 50

Chương 6: MẠNG NHIỆT 53

6.1 Tính chọn đường kính ống chính và nhánh: 54

6.2 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của hơi nước chuyển động trong ống: 56

6.3 Tính chiều dày lớp cách nhiệt: 58

6.4 Tính thủy lực cho mạng nhiệt 60

6.5 Tính toán đường ống dẫn nước ngưng: 62

DANH SÁCH CÁC BẢNG VẼ, HÌNH ẢNH.

MỞ ĐẦU

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 sử 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 cách 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, … mang lại hiệu quả cao cho kinh tế, nâng cao chất lượng sống cho xã hội Với mục đích tìm hiểu

về một quy trình sản xuất tinh dầu, được sự hướng dẫn , đồ án này em xin được trình bày về “ Hệ thống chưng cất tinh dầu quế”

Chương 1 : Tổng quan về chưng cất tinh dầu

Chương 2 : Thiết bị chưng cất

Chương 3: Thiết bị ngưng tụ

Chương 4: Thiết bị phân ly

Chương 5: Lò hơi

Chương 6: Mạng nhiệt

1

Chương 1: PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TINH DẦU QUẾ

1.1 Phương pháp chưng cất:

Chưng cất là một quá trình biến đổi một cấu từ hoặc một hỗn hợp thể lỏng thành thể hơi ở một thiết bị sau đó hơi được ngưng tụ ở một thiết bị khác nhờ phương pháp làm lạnh

Chưng cất được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhằm để tách những sản phẩm dễ bay hơi ra khỏi hỗn hợp khó bay hơi, hoặc tách hỗn hợp chất lỏng bay hơi ra thành từng cấu tử

1.1.1 Chưng cất với nước:

Nguyên liệu và nước được cho vào cùng một thiết bị, đun tới sôi, nước bay hơi cuốn theo tinh dầu, tinh dầu được tách ra sau ngưng tụ Bằng cách này thiết bị chưng cất tương đối đơn giản, rẻ tiền, rất phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp địa

phương, ở những nơi mới phát triển bước đầu chưa có điều kiện đầu tư vốn vào sản xuất

Nhược điểm:

Tinh dầu có chất lượng chưa cao

Nguyên liệu dễ bị cháy khét nhất là những chỗ trong thiết bị nguyên liệu thiếu nước, hoặc bị bết dính vào thành thiết bị, đặc biệt khi chưng cất các loại hoa

Khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật (t,p) khi chưng cất và thông thường thời gian chưng cất bị kéo dài

Tốc độ chưng cất và thời gian chưng cất phụ thuộc chủ yếu vào bộ phận đốt lò

1.1.2 Chưng cất với hơi nước không có nồi hơi riêng:

Nguyên liệu và nước được đưa vào cùng một thiết bị nhưng ngăn cách bằng một lớp

vỉ, để tránh cho nguyên liệu khỏi lọt vào nồi chứa nước Tùy thuộc vào loại nguyên liệu, khi cần thiết người ta có thể lót một lớp bao tải lên trên mặt vỉ Nước được đun sôi bốc hơi lên qua lớp vỉ đi vào lớp nguyên liệu và kéo theo tinh dầu đi ra

Nguyên liệu bớt khê khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy nồi Tuy vậy phẩm chất của tinh dầu cũng như việc khống chế các điều kiện kỹ thuật trong đó bao gồm vận tốcchưng chưa được cải thiện nhiều Ngoài ra chưa kể đến thao tác lao động còn gặp nhiều khó khăn

2

1.1.3 Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng:

Phương pháp này dùng một nồi hơi có thể phục vụ cho cả cơ sở sản xuất, làm cho điềukiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn và có khả năng dễ cơ giới hóa hoặc tự động hóa các khâu sản xuất, ngoài ra còn khắc phục được tình trạng nguyên liệu khê khét cũng làm cho màu sắc hoặc phẩm chất của tinh dầu được tốt hơn

Bằng phương pháp này ngoài việc dễ khống chế các điều kiện kỹ thuật người ta còn cóthể rút ngắn được thời gian chưng cất bằng cách điều chỉnh vận tốc chưng cất, chưng cất ở áp suất cao hơn hoặc dùng hơi bão hòa hay hơi quá nhiệt để chưng cất

1.2 Quy trình chưng cất tinh dầu quế:

1.2.1 Xử lý nguyên liệu quế:

Quế vụ và quế cành chúng ta cần nghiền nát, nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trích

ly tinh dầu trong quá trình chưng cất Mức độ nghiền có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất và chất lượng của tinh dầu khi cho ra thảnh phẩm

Nguyên liệu là quế thì chúng ta băm thành những đoạn nhỏ khoảng 10 cm hoặc nhỏ hơn sẽ giúp làm tăng dung trọng của nguyên liệu, tăng thể tích hữu ích của thiết bị chưng cất, do tinh dầu thoát ra dễ dàng hơn khi tiếp xúc với hơi nước nên sẽ nâng cao hiệu suất quá trình tách tinh dầu

1.2.2 Nạp liệu:

Nguyên liệu được đưa vào nồi chưng cất, nguyên liệu chứa trong thiết bị không vượt quá 85% dung tích thiết bị để tránh hiện tượng trào bọt Nguyên liệu được nạp vào tự nhiên không được quá chật hoặc quá xốp, vì cả hai đều giảm hiệu suất thu hồi tinh dầu

1.2.3 Tiến hành chưng cất:

Chưng cất là bước rất quan trọng trong quá trình sản xuất tinh dầu

Quá trình nạp liệu xảy ra xong, chúng ta đậy nắp, vặn chặt các khóa nắp và khóa nối sau đó tiến hành chưng cất bằng hơi nước Sau một thời gian, tinh dầu thành phẩm sẽ bay hơi cùng với nước qua ống dẫn hơi và đến thiết bị ngưng tụ

1.2.4 Thu nhận tinh dầu:

Hỗn hợp nước chưng cất từ thiết bị ngưng tụ chảy qua thiết bị phân ly Dựa vào tinh dầu quế có trọng lượng riêng lớn hơn nước nên phân lớp và chìm xuống đáy thiết bị phân ly, sau đó tách ra thu được tinh dầu thô Nước chưng ở bình phân ly chảy ra còn

3

chứa một lượng tinh dầu do chưa phân ly triệt để hoặc ở dạng hòa tan trong nước cần được cho trở lại thiết bị chưng cất để chưng cất cho mẻ sau.

1.2.5 Đóng gói và bảo quản:

Tinh dầu thô thu nhận được có thể đựng trong bình thủy tinh màu sẫm có nắp kín và nắp được tráng paraffin hoặc can nhựa màu nhưng cần có phương pháp bảo quản tốt

để tránh hư hại tinh dầu cũng như giữ tinh dầu có chất lượng tốt

1.2.6 Tháo và xử lý bã:

Sau khi chưng cất xong đóng van cung cấp nước làm lạnh, tắt lửa, để nguội từ 15-30p,

mở nắp và tháo bã Dung dịch chưng cất còn lại được tháo qua ống xả đáy của thiết bị sau đó dùng nước sạch vệ sinh thiết bị, kể cả nắp và vòi voi trước khi nạp liệu cất mẻ mới

4

HÌNH 1.1 : Quá tình chưng cất tinh dầu quế

Nguyên liệu

Nghiền, băm

Nguyên liệu đốtNgưng tụ

Phân ly

Chương 2: THIẾT BỊ CHƯNG CẤT.

2.1 Lượng thiết bị cho cơ sở sản xuất:

- Lượng nguyên liệu cần chế biến trong 1 ngày : 30 tấn

- Mỗi ngày làm việc : n = 3 ca

- Thời gian cần thiết cho 1 lần chế biến : t = 4 h

- Khối lượng chất đống của nguyên liệu : 0,5 T/m3

- Chế độ làm việc của thiết bị : gián đoạn

Chu kỳ làm việc của thiết bị :

với vg: thể tích thiết bị được chọn, chọn vg = 2 [m3]

Lượng tinh dầu thu được qua quá trình chưng cất:

Qua tìm hiểu và tổng hợp, ta có các thông số sau:

_ Khối lượng quế trong mỗi thiết bị: 1000 kg

_ Hàm lượng tinh dầu quế: 2%

_ Hiệu suất quá trình chưng cất: 96%

Qua đó ta có lượng tinh dầu quế thu được sau quá trình chưng cất:

Gd = 1000 2% 96% = 19,2 [kg]

2.2 Lượng nước cần thiết để bay hơi:

Trên bề mặt của hỗn hợp như vậy sẽ có áp suất hơi của mỗi một cấu tử chứa trong đó

và theo định luật Dalton “áp suất chưng cất hỗn hợp bằng tổng số áp suất riêng phần của các cấu tử (với điều kiện rằng các chất lỏng trong dung dịch không có tác dụng hóa học với nhau)”

P = PA + PB (1)

PA, PB là áp suất riêng phần của cấu tử A và B có trong thành phần hỗn hợp, trường hợp này các chất lỏng không hòa tan lẫn vào nhau, áp suất hơi riêng phần sẽ cân bằng với áp suất hơi của các cấu tử đó ở dạng nguyên chất

Từ định luật Dalton, Boi Mariot, ta biết rằng 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 Vậy nếu Va, VB ký hiệu là thể tích tương đối của các chất khí đó thì ta có:

= (6)

= (7)

MA,MB : khối lượng phân tử của hai cấu tử A và B

Trong trường hợp chưng cất hai chất lỏng không hòa tan lẫn vào nhau như trên ta cũng

có thể tính toán theo phương trình trạng thái khí Klafpeiron, kết hợp với định luật về thể tích của Boi Mariot

PV = RT (8)

Và từ đây có thể rút ra:

G = (9)

Nếu hơi của hai chất lỏng không hòa tan lẫn vào nhau chiếm một thể tích chung là V

và ở nhiệt độ T thì trọng lượng hơi của một cấu tử (GA, GB) sẽ biểu diễn được bằng phương trình:

GA = (10)

GB = (11)

Chia (10) cho (11) ta sẽ có:

= (12)

Từ công thức trên khi biết thành phần của các cấu tử trong hỗn hợp ta có thể tính toán gần đúng lượng hơi nước dùng để chưng cất tinh dầu khi GB = 1kg thì GA = Trong thực tế lượng hơi chi phí để chưng cất thường lớn hơn so với tính toán lý thuyết vì tinhdầu là một hỗn hợp nhiều cấu tử do tác dụng tương hỗ giữa chúng với nhau, trong quátrình chưng cất hỗn hợp hơi đi ra khỏi thiết bị thường không được bão hòa hoàn toàn.Xác định lượng hơi tinh dầu quế trong hỗn hợp, khi chưng cất chất này bằng hơi nước,biết rằng trọng lượng phân tử của tinh dầu quế là 131

Ta có áp suất riêng phần của tinh dầu quế tại 1000C là 5 mmHg Theo định luật Dalton tổng áp suất của hỗn hợp:

Hàm lượng tinh dầu quế có trong hỗn hợp: .100 = 4,76%

Hàm lượng hơi nước có trong hỗn hợp hơi: .100 = 95,24%

 Lượng nước cần thiết cho quá trình chưng cất:

G’n = Gd.20 = 20 19,2 ≈ 400 [kg]

2.3 Nhiệt độ chưng cất:

Để xác định nhiệt độ chưng cất bằng hơi nước của một số cấu tử riêng biệt có 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 trên mặt thoáng là 760 mmHg, áp suất riêng phần của hơi nước là 755.03 mmHg Tra tài liệu ta có, nhiệt độ sôi của nước là 99.830C

2.4 Tính toán thiết bị:

2.4.1 Kích thước thiết bị chưng cất:

Ta chọn thể tích lượng quế chứa trong mỗi thiết bị là 2m3

Thể tích cấp đầy và thể tích để cấp hơi chiếm 30% thiết bị

Vậy: Chiều cao thân thiết bị chưng cất: H = 2m

Đường kính trong thân thiết bị chưng cất: D = 1,35m

2.4.2 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 được ghép thật kín và thuận tiện cho việc đóng mở dễ dàng

Qua chọn lựa ta sẽ làm nắp thiết bị có dạng hình chóp, được kết nối với phần thân thiết

bị chưng cất bằng bích nối bắt bu-lông, có gioăng cao su thực phẩm bịt kín Gioăng cao su thực phẩm là loại vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt rất tốt và được cho phép sử dụng trong ngành thực phẩm

2.4.3 Cổ nồi:

Cổ nồi là một bộ phận trung gian nối liền giữa nắp và vòi voi của nồi, cổ nồi có thể có nhiều hình dạng, nhưng yêu cầu chung là phải làm sao cho chế tạo đơn giản nhiệm vụ chính của cổ nồi là để làm cho hỗn hợp hơi thoát ra được dễ dàng, trong trường hợp chưng cất với nước, cổ nồi giúp cho hỗn hợp hơi thoát ra không lẫn nhiều nước Khi chưng cất các loại nguyên liệu hạt nghiền nhỏ, cổ nồi phải giữ lại được bụi, vì vậy ở cổnồi thường phải đặt một tấm lưới Nhưng cho đến nay, các loại cổ nồi có tấm lưới như vậy vẫn không đáp ứng được yêu cầu loại bỏ tạp chất, vì vậy người ta phải làm thêm một bộ phận lắng bụi riêng trước khi hỗn hợp hơi đi vào thiết bị ngưng tụ

Bởi vì nguyên liệu chưng cất là quế được làm héo, cắt nhỏ nên có bụi bẩn bay lên, ta cần làm lưới chắn bụi

2.4.4 Vòi voi:

Vòi voi là một phần của thân nồi nhằm nối liền cổ nồi với thiết bị ngưng tụ Vòi voi cần phải có kích thước tương ứng sao cho hỗn hợp hơi bay ra không bị trở lực lớn, không làm giảm tốc độ chưng cất Vòi voi cần phải có cấu tạo sao cho dung dịch lỏng trong thiết bị không được đi qua đó để vào ống dẫn tới thiết bị ngưng tụ Vì vậy, vòi voi thường có một độ dốc nhất định, nghiêng về phía thiết bị ngưng tụ, thường dao động từ 10 đến 30 Đường kính của vòi voi nhỏ dần để hơi thoát ra dễ dàng, vòi voi không nên dài quá 1.5 – 3m Nếu quá ngắn thì hỗn hợp bay hơi ra sẽ ngưng tụ đột ngộtgây nên áp suất dư, ảnh hưởng tới quá trình chưng cất, nếu quá dài thì hỗn hợp bay hơi

ra sẽ rất chậm ảnh hưởng đến tốc độ chưng cất

2.4.5 Đáy nồi:

Đáy nồi có cấu tạo giống nắp nồi nhưng phải thỏa mãn sao cho khi chưng cất bằng hơi, hơi nước, nước ngưng tụ được tháo ra dễ dàng không còn đọng hơi lại ở trong nồi.đồng thời phải dễ dàng trong việc tháo hay rửa sạch cặn bã nguyên liệu còn sót lại

Ta làm đáy thiết bị dạng chỏm cầu, được hàn kín với thân thiết bị

2.4.6 Giỏ đựng nguyên liệu:

Bộ phận chứa đựng nguyên liệu đáp ứng được các yêu cầu sau:

Đưa nguyên liệu vào và lấy nguyên liệu ra được thuận tiện

Trong quá trình chưng cất diện tích tiếp xúc giữa hơi nước và nguyên liệu phải cao nhất

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, chọn thiết bị chứa dạng giỏ lưới với kích thước lỗ 3mm, có móc treo để có thể lấy nguyên liệu ra một cách dễ dàng

2.4.7 Vật liệu làm thiết bị chưng cất:

Thiết bị chưng cất nên làm bằng loại thép không gỉ SUS 304, là loại thép an toàn cho thực phẩm, dược phẩm , đồng thời có tính bền, khả năng chịu mài mòn cao

p1 : áp suất khí quyển, p1 = 1atm = 105 Pa

p2 : áp suất phần nước trong thân thiết bị

p2 = d.h = 1000 0,48 = 480 [Pa]

 P = 105 + 480 = 100480 [Pa]

D : đường kính thân thiết bị

[ơ] : ứng suất bền (đối với thép không gỉ SUS 304)

C: đại lượng bổ sung, phụ thuộc vào độ ăn mòn và dung sai của chiều dày

Xác định đại lượng C theo công thức: C = C1 + C2 + C3 [m]

C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị Đối với vật liệu bền như SUS 304 ta lấy 0.05 mm/năm, cho thời gian làm việc 20 năm Vậy lấy C1 = 0,05 20 = 1 [mm]

C2: đại lượng bổ sung do hao mòn chỉ cần tính đến trong các trường hợp nguyên liệu chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn trong thiết bị Đại lượng này thường đượcchọn theo thực nghiệm Đối với trường hợp chưng cất các nguyên liệu thực vật trong môi trường nước, đại lượng này có thể bỏ qua Vậy lấy C2 = 0

C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu.đối với vật liệu SUS 304 có chiều dày từ 3 – 5 mm, lấy C3 = 0,8 [mm]

Suy ra:

C = C1 + C2 +C3 = 1+ 0 +0,8 = 1,8 [mm] = 0,0018 [m]

φ: hệ số làm yếu

Xác định đại lượng φ theo công thức:

φ = = = 0,9

∑d: đại lượng phụ thuộc vào số lỗ, cửa mở ra trên thân hình trụ Trên thân hình trụ củathiết bị chưng cất, ta mở một ống dẫn hơi nước đi vào thiết bị ngưng tụ dx = 0.2mm.Vậy ta có độ dày thân nồi chưng cất là:

s = + C = + 0,0018 =1,9 10-3 [m]

Dựa theo tiêu chuẩn của nồi chưng, chọn độ dày thiết bị chưng cất là 4mm.

2.5 Tính toán nhiệt cho thiết bị chưng cất:

Phương trình cân bằng nhiệt:

Q = Q1 + Q2 +Q3 + Q4 +Q5 +Q6

Q: lượng nhiệt cần thiết dùng để chưng cất, do hơi nước cung cấp đưa vào thiết bị

Q1: lượng nhiệt chi phí để đun nóng nguyên liệu đến nhiệt độ của quá trình chưng cất

Q2: lượng nhiệt đun nóng lượng tinh dầu có trong nguyên liệu

Q3: lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi tinh dầu

Q4: lượng nhiệt tổn thất qua bề mặt thiết bị

Q5: lượng nhiệt cần thiết để đun nóng thiết bị

Q6: lượng nhiệt chi phí cho quá trình chưng cất

2.5.1 Tính Q1:

Lượng nhiệt chi phí để đun nóng nguyên liệu tới nhiệt độ chưng cất:

Q1 = G.Cc.(t2 – t1) = G .(t2 – t1)

Trong đó: G: khối lượng nguyên liệu cho vào thiết bị, G = 1000 kg

Wc: độ ẩm của nguyên liệu tính theo %, Wc =14%

Cc: nhiệt dung riêng của nguyên liệu ở độ ẩm tương ứng,

Cc = + 0,4

t1: nhiệt độ của không khí xung quanh, t1 = 250C

t2: nhiệt độ bên trong của thiết bị, t2 = 99,830C

 Q1 = 1000 (99,83 – 25).1000 4,18 = 15.107 (J)

2.5.2 Tính Q2:

Lượng nhiệt dung để đun nóng lượng tinh dầu có trong nguyên liệu:

Q2 = G CM (t2 – t1)

Trong đó: mc: hàm lượng tinh dầu %, mc = 2%

CM: lấy gần bằng nhiệt dung của cấu tử chính trong tinh dầu

CM = 1,2C’= 1.2

= 1,2 = 0,35 [Kcal/kg0C]

Với C, H, O : lượng cacbon, hydro và oxy có trong cấu tử chính

M: trọng lượng phân tử cấu tử chính

Trong đó, t1: nhiệt độ bên trong thiết bị

t2: nhiệt độ không khí bên ngoài

λ1: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm thiết bị, λ1 = 10,2 W/mK

λ2: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, λ2 = 0,0476 W/mK

_ Chọn vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh, có độ dày 0,05 m

 Q4 = .H = 2

= 1234 [W]

Lượng nhiệt tổn thất qua suốt 3h chưng cất:

Q4’ = 1234 10800 = 1,3 107 [J]

2.5.5 Tính Q5:

Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng thiết bị:

Q5 = 0.2Q5’= GaCa(t’cp – t1) + GuCu(t”cp – t1)

Trong đó: Ga : khối lượng kim loại làm thiết bị, Ga = 271 kg

Ca: Nhiệt dung riêng của kim loại làm thiết bị, Ca = 500J/kgK

Gu: khối lượng của lớp cách nhiệt, Gu = 6,4 kg

Cu: nhiệt dung riêng của lớp cách nhiệt, Cu = 0,34 Kcal/kg0C

t’cp: nhiệt độ trung bình của thành thiết bị, thường lấy bằng t2 là nhiệt độ bên trong của thiết bị, t’cp = 99,830C

t”cp: nhiệt độ trung bình của lớp cách nhiệt

Trong đó: G’n: lượng nước cần thiết trong quá trình chưng cất

Cpn: nhiệt dung riêng của nước, Cpn = 4200 J/kgK

t2: nhiệt độ sôi của nước ứng với áp suất trong nồi, t2 = 99,830C

t1: nhiệt độ của nước khi cấp vào, lấy bằng nhiệt độ môi trường, t2 =250C r: nhiệt ẩn hóa hơi của nước, r = 2,3 106 J/kg

x: độ khô của hơi bão hòa, chọn x = 0,85

Qtt = QLT.10% +QLT = 97,85 107 10% + 97,85 107 = 108 107 [J]Lưu lượng hơi cần cho 3h chưng cất:

Chương 3: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ.

3.1 Các thông số đã biết:

- Lượng tinh dầu thu được sau quá trình chưng cất là: Gd = 2% 1000 = 20 kg

- Lượng nước bay hơi cần cho quá trình chưng cất là: G’n = 20 20 = 400 kg

Vậy tổng lượng hơi cần ngưng tụ là:

G = Gd + G’n = 400 + 20 = 420 kg

Thời gian cho quá trình ngưng tụ là: 3h

Lưu lượng hơi cần ngưng tụ là: L = = 140 [kg/h] = 0,04 [kg/s]

Nhiệt độ nước mát đầu vào là: t2’ = 250C

Nhiệt độ nước mát đầu ra là: t2” = 450C

Nhiệt độ hơi nóng đi vào là: t1’ = 1000C

Nhiệt độ nước ngưng đi ra: t1” = 350C

3.2 Nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu - nước thành lỏng hoàn toàn:

Nhiệt lượng để ngưng tụ hoàn toàn hơi tinh dầu - nước thoát ra từ nồi chưng được tính theo công thức sau:

Qnl = L.r

Trong đó: Qnl: nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu - nước

L: lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, L = 0,04 kg/s

r: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp tinh dầu - nước cần ngưng tụ

Lượng tinh dầu trong hỗn hợp hơi chiếm tỉ lệ rất thấp (0,05%) nên bỏ qua ảnh hưởng của hơi tinh dầu đối với hỗn hợp hơi

r = rn = 2257 [kJ/kg]

 Qnt = 0,04 2257 = 87,77 [kW]

3.3 Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước:

Sau khi ngưng tụ thành dạng lỏng thì hỗn hợp tinh dầu – nước cần phải được làm lạnh xuống nhiệt độ tối ưu để thuận tiện cho quá trình phân ly Ta sẽ làm lạnh hỗn hợp dịch ngưng tới tC = 350C

Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước xuống nhiệt độ tC= 350C :

Qll = (gbCb + gm.Cm)(TH – Tk)

Trong đó:

gb, gm: lượng nước và tinh dầu cất ra được trong quá trình chưng cất

TH: nhiệt độ nước chưng ở giai đoạn đầu khi làm lạnh, 0C

Tk: nhiệt độ của nước chưng ở giai đoạn cuối khi làm lạnh, 0C

Cb: nhiệt dung riêng của nước, Cb = 4200 J/kgK

Cm: nhiệt dung riêng của tinh dầu, Cm = 1463 J/kgK

 Qll = ( 4200 + 1463).(99,83 – 35)

= 10.78 [kW]

3.4 Lượng nước cấp cho thiết bị ngưng tụ:

Q = Qnt + Qll = GncCpnc∆t

với Gnc [kg/h]: lưu lượng nước cấp trong 1 giờ

Cpnc [kJ.kgK]: nhiệt dung riêng của nước cấp Cpnc = 1,84 kJ/kgK

Để tính toán diện tích cần thiết của thiết bị ngưng tụ, ta có thể dựa vào định luật

Niuton và Furie Theo định luật này: Lượng nhiệt truyền qua theo hướng thẳng vuông góc với mặt phẳng của thành ống của thiết bị làm lạnh sẽ tỷ lệ thuận với diện tích làm lạnh F(m2) của thành ống, với thời gian (Z) mà nhiệt lượng đó đi qua với sự chênh lệchnhiệt độ (∆t) giữa hai thành ống ở hai phía

Q = K.F.Z.∆t

Trong đó:

Q: lượng nhiệt truyền qua thành ống theo phương vuông góc

F: diện tích truyền nhiệt

Z: thời gian truyền nhiệt

∆t: hiệu số nhiệt độ giữa hai phía thành ống

- Tốc độ nước đi trong ống: ω = = 7,75 m/s

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức sau:

K =

Trong đó:

α1 [W/m2K]: hệ số tỏa nhiệt từ hơi cho thành ống

α2 [W/m2K]: hệ số tỏa nhiệt từ thành ống cho nước làm mát

α2 = 0,62 = [W/m2K]

với λ2 [W/mK] : hệ số dẫn nhiệt của nước, λ = 62,2 10-2 [W/mK]

Nhiệt tải về phía nước làm mát:

q2 = α2(tw2 – tf2 ) = (tw2 – 26,1) [W/m2]

2, Nhiệt tải qua thành ống:

qt =

Với:

tw1: nhiệt độ vách tiếp xúc với hỗn hợp tinh dầu - nước (trong ống)

λt = 10,2 [W/m2K]: hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ

H [m]: chiều dài của ống

ρ [kg/m3]: khối lượng riêng của lỏng ngưng

λ [W/mK]: hệ số dẫn nhiệt của lỏng ngưng

μ [N.s/m2]: hệ số nhớt động học của lỏng ngưng

∆t = ts – tw1 [0C]: độ chênh lệch giữa nhiệt độ ngưng tụ môi chất và nhiệt độ vách

_ Chọn kích thước mặt bích: ta chọn kết cấu vỉ có đường kính lớn để làm luôn bích cho thiết bị Khi đó, đường kính của vỉ ống sẽ là:

Dv = 0,32 + 0,13 = 1,45 m

Đường kính vòng tròn đi qua tâm lỗ bu lông ghép bích là:

Db = 0,32 + 0,08 = 0,4 m

7, Xác định số lối của nước:

Khi tính toán nhiệt để tìm bề mặt truyền nhiệt chung ta đã chọn vận tốc của nước là 0,2 m/s Vì vậy muốn có quá trình truyền nhiệt xảy ra đúng như tính toán thì khi kết cấu thiết bị phải đảm bảo được vận tốc đã lựa chọn Muốn đảm bảo đúng vận tốc của nước thì ta phải chia lối cho nó

Số lối của nước:

Ta chọn số ống ở lối thứ nhất ở cửa vào của nước là 30 ống, lối thứ 2 là 31 ống

8 Đường kính tỏng cua rống dẫn nước:

- Chọn vận tốc nước đi trong ống vào thiết bị là 4m/s

- Chọn đường kính ống tháo nước ngưng là 50 mm

10, Tính tổn thất áp lực khi nước đi qua thiết bị:

Tổn thấp áp lực tổng cộng ∆P của nước (tổng sức cản thủy lực trên suốt đường đi của nước qua thiết bị) được tính như sau:

ξ1: trở lực do đột mở ở cửa vào, ξ1 = 0,61 (tra “Giáo trình mạng nhiệt”)

ξ2: trở lực do đột thu khi đi vào chum ống, ξ2 = 0,5

ξ3: trở lực do đột mở khi nước đi từ chum ống vào khoang nắp, ξ3 = 0,04

ξ4: trở lực do đột thu ở cửa ra, ξ4 = 0,5

ξ5: trở lực do đổi chiều 1800giữa các lối, ξ5 = 2,5

∑ξ = 0,61 + 0,5 2 + 0,04 2 + 0,5 + 2,5 = 4,69

 ∆P = = 167 [N/m2]

Do dùng hơi bão hòa nên không cần tính tổn thất trở lực ở vùng không gian giữa các ống truyền nhiệt

10, Tính chiều dày của vỏ thiết bị:

Theo cơ sở tính toán thiết bị thì thiết bị này thuộc loại vỏ mỏng chịu áp suất trong nên chiều dày của vỏ được tính theo công thức sau:

δ = + C [mm]

P [N/m2]: áp suất bên trong vỏ, bằng áp suất hơi bão hòa, P = 0,1 MN/m2 = 10 N/cm2

Dtr [m]: đường kính trong của vỏ, Dtr = 32cm

[δk] [N/cm2]: ứng suất kéo cho phép của inox SUS 304, [δK] = 10100 N/cm2

φ: hệ số bền mối hàn giáp mối bằng máy, φ = 0,95

C: hệ số bổ sung, C = 1,3 mm

 δ = + 1,3 = 1,32 [mm]

Ta lấy: δ = 5 mm  Dng = 32 + 2.5 = 42 mm

Chương 4: THIẾT BỊ PHÂN LY.

Mục đích: Thiết bị phân ly có tác dụng để làm lắng tinh dầu và phân ly dầu và nước

thành từng lớp riêng biệt tùy thuộc vào trọng lượng riêng của tinh dầu hoặc lớn hơn hoặc bé hơn trọng lượng riêng của nước, mà cấu tạo của thiết bị phân ly có khác nhau.Khối lượng riêng của tinh dầu quế nặng hơn nước nên sử dụng thiết bị phân ly có hình dạng sau:

Chương 5: LÒ HƠI.

5.1 Thông số ban đầu:

- Sản lượng định mức của lò hơi: 1 tấn/h

- Thông số hơi: hơi bão hòa khô

H2O = 0,111Hlv + 0,0124Wlv + 0,0161V0

KK [m3

tc/kg] =0,111 3,79 + 0,0124 9,95 + 0,0161 3,11

Vk = VRO2 + V9

N2 + VH2O + (α – 1)V0

kk

= 0,65 + 2,46 + 0,61 + (1,4 – 1)3,11 = 4,96 [mtc3/kg]Phân thể tích các khí:

ab: nồng độ tro bay theo khói, chọn ab = 0,25

5.2.3 Tính entanpy của không khí và khói: