3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Phân bố tạp ở giai đoạn khởi động
Nghiên cứu sự biến đổi nồng độ của các cấu tử tạp chất tại hai vị trí này là do chúng có vai trò quan trọng trong việc tách các cấu tử tạp chất. Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp có vai trò trong việc tách các tạp dễ bay hơi còn đĩa số 83 ngay trên thiết bị đun sôi đáy tháp thì có ý nghĩa trong việc tách các tạp khó bay hơi và ngăn chặn các cấu tử này đi lên đỉnh tháp.
Hình 34 mô tả biến đổi nồng độ của ethanol và nước trên thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp trong giai đoạn khởi động. Có thể thấy là chúng biến đổi khá phức tạp. Ban đầu nồng độ phần mole của nước tăng rất nhanh rồi sau đó cũng giảm rất nhanh về nồng độ xấp xỉ 0.1 phần mole. Điều này có thể giải thích là: nước là cấu tử khó bay hơi, khi bắt đầu đun sôi đáy tháp các cấu tử đều bay hơi. Với các cấu tử dễ bay hơi chúng chủ yếu ở dạng hơi còn các cấu tử khó bay hơi hơn (nước) thì chúng ngưng tụ tại và bắt đầu lưu trên đĩa. Sau giai đoạn rất ngắn này, khi các cấu tử dễ bay hơi (ethanol) ngưng tụ và lưu dần dần trên các đĩa thì nồng độ của nước giảm mạnh.
Học viên: Phan Thị Quyên
87
Bảng 26: biến thiên nồng độ các cấu tử theo thời gian tại thiết bị ngưng tụ
Thời gian (h) Ethanol kmol/kmol Nước kmol/kmol Isoamylic kmol/kmol Methanol kmol/kmol Acetandehyde kmol/kmol AceticAcid kmol/kmol Este Ethylacetate kmol/kmol Isobutanol kmol/kmol 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0.2 0.160604 0.711107 3.46E-04 3.01E-05 6.06E-05 2.91E-04 9.09E-05 2.28E-05 0.4 0.649364 0.335733 1.13E-02 1.26E-04 9.56E-04 1.25E-04 0.0018901 7.41E-05 0.6 0.579548 0.148731 2.20E-01 3.98E-04 3.36E-02 2.15E-06 0.0177924 4.31E-06 0.8 0.646475 0.113139 0.124343 1.01E-03 8.04E-02 4.01E-09 0.0346121 4.38E-08 1 0.683526 0.10292 0.0710387 1.68E-03 0.098519 1.19E-11 0.0423204 4.78E-10 1.2 0.711852 0.0989204 0.0415885 2.34E-03 0.100335 1.09E-13 0.0449646 1.02E-11 1.4 0.73432 0.0972338 0.0248295 2.96E-03 0.0951977 2.96E-15 0.0454634 4.63E-13 1.6 0.751974 0.0965717 0.0150345 0.00350758 0.087735 1.39E-16 0.0451771 3.17E-14 1.8 0.765887 0.0966809 0.00913091 0.00400039 0.0797199 7.70E-18 0.0445809 2.47E-15 2 0.777274 0.0970705 0.00552457 0.00443818 0.0718464 4.31E-19 0.0438464 1.93E-16 2.2 0.786826 0.0975647 0.00332996 0.00482453 0.0644255 2.99E-20 0.0430295 1.74E-17 2.4 0.794998 0.0980992 0.00200004 0.00516338 0.0575798 8.07E-21 0.0421596 3.92E-18 2.6 0.802107 0.0986409 0.0011973 0.00545873 0.0513413 7.09E-21 0.0412546 2.88E-18 2.8 0.808375 0.0991714 7.15E-04 0.00571442 0.0456983 7.20E-21 0.0403259 2.81E-18 3 0.813959 0.0996793 4.25E-04 0.00593401 0.0406189 7.34E-21 0.0393824 2.82E-18 3.2 0.818975 0.100158 2.52E-04 0.0061208 0.0360624 7.45E-21 0.0384305 2.84E-18
Bảng 27: Biến thiên nồng độ các cấu tử tại đĩa số 83
Thời gian H Isoamylic kmol/kmol Methanol kmol/kmol Acetandehyde kmol/kmol Aceticacid kmol/kmol Este Ethylacetate kmol/kmol Isobutanol kmol/kmol 0 0 0 0 0 0 0
0.2 4.80E-04 3.45E-05 7.13E-05 3.33E-04 1.07E-04 2.63E-05 0.4 3.56E-04 3.45E-05 7.10E-05 3.33E-04 1.06E-04 2.64E-05 0.6 8.97E-08 3.24E-05 4.81E-05 3.38E-04 6.37E-05 2.46E-05 0.8 1.10E-15 2.82E-05 2.06E-05 3.47E-04 1.92E-05 2.08E-05 1 3.23E-23 4.12E-05 1.52E-05 3.14E-04 2.01E-05 1.82E-04 1.2 1.71E-21 4.01E-05 6.99E-06 2.33E-04 8.22E-06 1.48E-04 1.4 -3.25E-37 3.67E-05 3.12E-06 2.35E-04 2.96E-06 1.27E-04 1.6 3.81E-21 3.32E-05 1.43E-06 2.36E-04 1.10E-06 1.25E-04 1.8 1.90E-20 3.00E-05 6.60E-07 2.37E-04 4.14E-07 1.25E-04 2 1.06E-20 2.70E-05 3.04E-07 2.38E-04 1.55E-07 1.26E-04 2.2 1.47E-20 2.43E-05 1.40E-07 2.38E-04 5.76E-08 1.26E-04 2.4 3.39E-21 2.19E-05 6.44E-08 2.39E-04 2.14E-08 1.26E-04 2.6 7.02E-21 1.97E-05 2.96E-08 2.39E-04 7.93E-09 1.26E-04 2.8 7.46E-23 1.77E-05 1.36E-08 2.39E-04 2.93E-09 1.26E-04 3 2.34E-21 1.60E-05 6.24E-09 2.39E-04 1.09E-09 1.27E-04
Học viên: Phan Thị Quyên
88
3.2 1.65E-21 1.44E-05 2.86E-09 2.39E-04 4.01E-10 1.27E-04
Hình 33: Sơ đồ cấu trúc tháp
chưng luyện gián đoạn
Hình 34: Biến đổi nồng độ rượu etylic và nước trên thiết bị ngưng tụ trong giai đoạn khởi động.
Học viên: Phan Thị Quyên
89
Hình 35: Biến đổi nồng độ
isoamylic trên thiết bị ngưng tụ
trong giai đoạn khởi động.
Hình 36: Biến đổi nồng độ isoamylic trên đĩa số 83 trong giai đoạn
khởi động.
Hình 37: Biến đổi nồng độ
axit acetic trên thiết bị ngưng tụ trong giai đoạn khởi động.
Hình 38: Biến đổi nồng độ axit
acetic trên đĩa số 83 trong giai đoạn khởi
Học viên: Phan Thị Quyên
90
Hình 39: Biến đổi nồng độ
isobutanol trên thiết bị ngưng tụ trong giai đoạn khởi động.
Hình 40: Biến đổi nồng độ isobutanol trên đĩa số 83 trong giai đoạn
khởi động.
Hình 41: Biến đổi nồng độ
este ethylacetate trên thiết bị ngưng
tụ trong giai đoạn khởi động.
Hình 42: Biến đổi nồng độ este ethylacetate trên đĩa số 83 trong giai đoạn
Học viên: Phan Thị Quyên
91
Hình 43: Biến đổi nồng độ
aldehyde acetate trên thiết bị ngưng
tụ trong giai đoạn khởi động.
Hình 44: Biến đổi nồng độ aldehyde acetate trên đĩa số 83 trong giai
Học viên: Phan Thị Quyên
92
Hình 45: Biến đổi nồng độ
methanol trên thiết bị ngưng tụ
trong giai đoạn khởi động.
Hình 46: Biến đổi nồng độ methanol trên đĩa số 83 trong giai đoạn
khởi động.
Có thể thấy ở gia đoạn khởi động, nồng độ của các cấu tử biến đổi nhìn chung là phức tạp. Tổng hợp lại chúng ta đưa ra được nhận xét chung như sau:
Đối với các tạp khó bay hơi: như isoamylic, isobutanol, acid acetic thì tại đỉnh tháp nồng độ sẽ tăng rất nhanh khi lỏng được lưu trên các đĩa và đỉnh. Khi lỏng đã lưu trên đĩa và tháp chuyển sang chế độ hồi lưu hoàn toàn thì nồng độ của chúng giảm mạnh. Tại đĩa số 83 thì nồng độ của chúng tăng sớm hơn và sau giảm nhẹ hoặc giảm không đáng kể.
Đối với các tạp dễ bay hơi: Như este ethylacetate, aldehyde acetate thì nồng độ tại đỉnh của chúng tăng chậm hơn và sau đó giảm không đáng kể. Tại đĩa số 83 thì nồng độ của chúng tăng rất nhanh và nhanh chóng biết mất.
Đối với tạp vòng quanh: Như methanol thì nồng độ tại đỉnh tăng chậm và vẫn tiếp tục tăng. Còn tai đĩa số 83 nồng độ liên tục biến đổi ở những thời điểm đầu và giảm chậm sau đó.
Học viên: Phan Thị Quyên
93
Các kết quả mô phỏng giai đoạn khởi động của tháp chưng luyện gián đoạn hệ ethanol – nước và các tạp chất cho chúng ta thấy hành vi phức tạp của các cấu tử. Trong giai đoạn này khi mà các cấu tử dễ bay hơi theo khí không ngưng ra khỏi tháp, thì các cấu tử khó bay hơi đã thiết lập ở pha lỏng trước trên các đĩa dù lượng là nhỏ theo thứ tự từ trên đỉnh xuống dưới đáy. Sau đó là đến lượt các cấu tử dễ bay hơi thiết lập trên các đĩa và đẩy dần dần các cấu tử khó bay hơi trở lại phía dưới đáy của tháp.
Nghiên cứu đã đưa ra được hành vi biến đổi của các cấu tử trong giai đoạn khởi động của quá trình chưng luyện gián đoạn. Qua nghiên cứu hành vi của chúng, ngoài việc xác định thời gian thiết lập tháp ở trạng thái ổn định, có thể thấy có nhiều triển vọng để tách đáng kể các cấu tử tạp chất nhất là các cấu tử dễ bay hơi trong hệ ethanol-nước và các tạp chất thu từ phương pháp lên men. Cùng với các nghiên cứu tiếp về ảnh hưởng của lượng lỏng lưu trên đĩa và ảnh hưởng của chỉ số hồi lưu đến hiệu quả quá trình tách, mục đích là để đưa ra được quy trình vận hành tháp phù hợp vừa có thể rút ngắn thời gian chưng luyện vừa nâng cao được chất lượng cồn thực phẩm tinh chế.