LUYỆN GIÁN ĐOẠN
3.1. Chiến lược chung
Chưng luyện gián đoạn có ưu điểm là có thể tách triệt để hỗn hợp nhiều cấu tử thành các cấu tử tinh khiết chỉ bằng một tháp. Các cấu tử tinh khiết lần lượt được đưa ra khỏi tháp ở dạng hỗn hợp đỉnh theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần. Tuy nhiên, trong thời gian chuyển từ cấu tử tinh khiết này sang cấu tử tinh khiết kia, một phân đoạn trung gian sẽ được tạo thành. Phân đoạn trung gian này thường được gọi là “slop cut” hoặc “off – cut”. Lượng và thành phần các cấu tử của phân đoạn này phụ thuộc vào hiệu suất tách và vào lượng lỏng bị giữ lại trong tháp. Trong các tháp tách có hiệu suất cao phân đoạn này là phân đoạn trước tinh chế (prepurified fraction) vì vậy không đáp ứng được yêu cầu chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên chất lượng sản phẩm này tốt hơn so với hỗn hợp đầu F.
Toàn bộ quá trình tách hỗn hợp không tồn tại điểm đẳng phí sẽ gồm một dãy các công đoạn kế tiếp nhau. Mỗi công đoạn lại có thể gồm một số bước:
Bắt đầu khởi động ở chế độ hồi lưu hoàn toàn
Tách cấu tử nhẹ nhất a
Lấy phân đoạn trung gian a-b (slop cut)
Lấy cấu tử nhẹ thứ hai b
Lấy phân đoạn trung gian b-c (slop cut)
Lấy cấu tử nhẹ thứ ba c
…
Hiệu quả của quá trình chưng luyện gián đoạn phụ thuộc nhiều vào cách xử lý các phân đoạn trung gian đã được đề xuất và phát triển. Những chiến lược này
Học viên: Phan Thị Quyên
22
bao gồm phương án tuần hoàn toàn bộ các phân đoạn trung gian, chưng luyện lượng đã tích lũy được các phân đoạn trung gian và tuần hoàn các phân đoạn trung gian vào thời điểm thích hợp.
Tuần hoàn toàn bộ các phân đoạn trung gian
Theo phương án này, toàn bộ các phân đoạn trung gian được gộp lại sau đó cho tuần hoàn trở lại bình chưng và trộn với dung dịch đầu của mẻ tiếp theo. Như vậy cả số lượng và nồng độ của mẻ sau sẽ thay đổi so với mẻ trước đó. Sử dụng phương pháp tuần hoàn các phân đoạn trung gian như trên sẽ không thể đưa quá trình chưng luyện gián đoạn hội tụ về trạng thái cân bằng pha ổn định. Rõ ràng là phương pháp trộn các phân đoạn trung gian với dung dịch đầu mới, do chúng có nồng độ khác nhau, sẽ không phải là phương án hiệu quả nhất Tuy nhiên đây là phương án đơn giản và vẫn được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế.
Chưng luyện các phân đoạn trung gian hai cấu tử
Theo phương án này, các phân đoạn trung gian có cùng hợp phần a-b, b-c, c- d… được chứa trong các thùng riêng biệt và tích tụ các phân đoạn này cho đến khi đủ mẻ chưng thì sẽ tiến hành tách chúng bằng chưng luyện gián đoạn. Phân đoạn trung gian hai cấu tử mới được hình thành sẽ lại được tích lũy trong các thùng chứa và sau đó lại tiến hành xử lý như trên.
Tuần hoàn các phân đoạn trung gian ở thời điểm thích hợp
Ở đây, tổng phân đoạn trung gian của mẻ chưng trước được đưa về tháp ở vào thời điểm và vào đĩa thích hợp của mẻ sau. Đối với quá trình tối ưu, trạng thái của lỏng tại đĩa đã chọn phải có cùng nồng độ với phân đoạn trung gian đưa vào tháp. Một chiến lược xử lý các phân đoạn trung gian trên chính là đưa hỗn hợp trung gian a-b về bình chứa chất lỏng để tạo hồi lưu, còn phân đoạn trung gian b-c được đưa về tháp ở thời điểm khởi động mẻ tiếp theo. Mục đích của việc thay đổi
Học viên: Phan Thị Quyên
23
trên là để tránh làm hỏng phân đoạn trung gian đã tạo được sơ chế và tránh việc trộn các phân đoạn lỏng có nồng độ khác nhau. Đương nhiên, xử lý các phân đoạn trung gian theo phương pháp trên cần phải có một hệ thống khống chế quá trình tương đối phức tạp.
3.2. Chiến lược đối với hệ ethanol – nước
Đối với hệ ethanol-nước và các tạp chất, do thành phần của các tạp là rất nhỏ và mục đích là nâng cao nồng độ ethanol và tách triệt để các tạp ra khỏi sản phẩm tinh chế. Do đó chiến lược vận hành được sử dụng cũng khác, thông thường như sau:
Khởi động tháp và chạy hồi lưu hoàn toàn (có thể chạy ở chế độ R=0 trong một khoảng thời gian nhất định nào đó – giai đoạn phân bố các tạp chất dọc theo chiều cao tháp
Lấy cồn đầu ở chỉ số hồi lưu thấp – cồn đầu thường giàu các cấu tử dễ bay hơi do vậy thường được gom lại để chưng ở một mẻ khác.
Tăng chỉ số hồi lưu.
Lấy cồn sản phẩm – lấy cồn sản phẩm thường được tiến hành tại một số đĩa gần đỉnh tháp mà không phải trên đỉnh tháp (tránh lấy các tạp dễ bay hơi).
Tăng chỉ số hồi lưu.
…
Có thể xen kẽ là quá trình chạy hồi lưu hoàn toàn trong thời gian ngắn.
Lấy cồn cuối, cồn cuối thường có nồng độ ethanol thấp, chứa nhiều cấu tử khó bay hơi nên thường được gom lại và chưng để trở thành cồn công nghiệp.
Học viên: Phan Thị Quyên
24
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ ETHANOL – NƯỚC VÀ CÁC TẠP CHẤT TRONG SẢN XUẤT CỒN THỰC PHẨM