2.4.15 .Tính tốn buồng rửa
2.8. MÁY PHÂN LY
2.8.2. Qúa trình làm mát tinh dầu
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, tách anethol khỏi nước sau này. Ta sẽ 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 + 4,32.2000).(100-35) = 562237 (KJ) Trong đó gb,gm : Lượng nước và lượng tinh dầu cất ra (Kg)
cm : Nhiệt dung của tinh dầu Nhiệt độ dầu ra là: tH = 1000C
Nhiệt độ dầu ở cuối giai đoạn làm lạnh: tK = 350C
2.8.3. Tính tốn và thiết kế các bộ phận của thiết bị phân ly
Q trình lắng được tiến hành nhanh chóng thuận lơi, tránh tình trạng ngun liệu bị giữ lâu quá trong buồng lắng làm ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu.
2.8.3.1. Nắp thiết bị
Để tránh tổn thất tinh dầu và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng, quá trình lắng cần phải được thực hiện trong thiết bị kín. Nắp thiết bị có thể có hình chóp hoặc chỏm cầu. Nắp thiết bị có thể đóng mở dễ dàng, kín. Mối nối giữa thiết bị và nắp có thể dùng bằng đệm và vặn bu lông; đệm tốt nhất là bằng sợi amiang bện, trong trường hợp khơng có amiang có thể dùng gioăng cao su.
Chọn nắp thiết bị có hình chỏm cầu và gioăng cao su chịu nhiệt. Trên nắp thiết bị cịn có một cửa nạp liệu để dẫn hỗn hợp tinh dầu và nước chưng vào bể lắng.
Hình 2.30. Gioăng cao su chịu dầu
2.8.3.2. Thân của thiết bị lặng
Thân thiết bị có hình trụ đứng,với đường kính là 1m. Ta có thể tích bng chứa là
V
BL=¿100 %. KLRgm ¿=100%.4,4054,32 =0,98 (m3) Với gm= 1.5 (kg)
Khối lượng riêng của tinh dầu là: 881* 0.5%=4,405 (kg) Vậy chiều cao của thân thiết bị là:
V=π∗d4 2*h suy ra 0.34=π∗14 2*h Vậy h=1,25 (m)
2.8.3.4. Đáy thiết bị
Chọn đáy thiết bị có là hình nón và có cùng đường kính với thân và nắp
2.8.3.5. Ống thốt tinh dầu và nước chưng
Vì khối lượng tinh dầu và nước chưng cân phân ly không quá nhiều nên đường kính của ống thốt khơng cân q lớn. Tỉ lệ đường kính của ống thốt tinh dầu và ống thốt nước chưng là ½.
Ta có thể chọn: đường kính ống thốt tinh dầu là: Ø10 mm, đường kính ống thốt nước chưng là: Ø 20 mm để việc tháo nước chưng và tinh dầu dễ dàng ta cần thêm 2 cái van khóa ở 2 ống thốt.
Hình 2.31. Van khóa
Vật liệu để làm buồng lắng tinh dầu thường dùng loại sắt thép đặc biệt. Một số xí nghiệp chưng cất thủ cơng, hoặc chưng cất gỗ trong lâm nghiệp, có thể làm nồi cất bằng gỗ, xi măng, ...., những loại nguyên liệu này đơn giản, rẻ, dễ tìm kiếm nguyên vật liệu, nhưng dễ bị hỏng
Nguyên liệu gỗ nói chung dễ hấp thụ tinh dầu, và sau đó muốn khử mùi rất khó khăn do vậy lựa chọn nguyên vật liệu dùng để làm nồi chưng cất cần phải chú ý đến giá thành, cũng như khả năng tác dụng của kim loại đó đối với tinh dầu, vì trong tinh dầu cịn có nhiều axit hữu cơ, có thể làm cho các thành phần của thiết bị dễ bị gỉ. Nhìn chung, theo thực tế được xác nhận tính theo mức độ khơng bền của các kim loại đối với tinh dầu ta thấy như sau: trong số chì, sắt, nhơm, đồng, thiếc, thiếc tương đối bền hơn cả. Các phần khác nhau của thiết bị cũng bị oxi hóa khác nhau.
Xuất phát từ những yêu cầu như đã nêu ở trên, thiết bị chưng cất nên làm bằng loại thép khơng gỉ SUS 304, là loại thép ăn tồn cho thực phẩm, dược phẩm, đồng thời có tính bền, khả năng chịu mài mịn cao. Inox 304 đã thể hiện được khả năng chống ăn mịn tuyệt vời của mình khi được tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác nhau. Inox 304 có khả năng chống gỉ trong hầu hết ứng dụng của ngành kiến trúc, trong hầu hết các mơi trường của q trình chế biến thực phẩm và rất dễ vệ sinh. Ngồi ra, Inox 304 cịn thể hiện khả năng chống ăn mịn của mình trong ngành dệt nhuộm và trong hầu hết các Acid vô cơ. Inox 304 thể hiện được khả năng oxi hóa tốt ở nhiệt độ 870°C, và tiếp tục thể hiện được lên đến nhiệt độ 925 °C Trong những trường hợp yêu cầu độ bền nhiệt cao, thì người ta u cầu vật liệu có hàm lượng carbon cao hơn. Inox 304 thể hiện khả năng dẻo dai tuyệt vời khi được hạ đến nhiệt độ của khí hóa lỏng và người ta đã tìm thấy những ứng dụng tại những nhiệt độ này. Giống như các loại thép trong dịng Austenitic, thì từ tính của Inox 304 là rất yếu và hầu như là khơng có. Khả năng gia cơng Inox 304 có khả năng tạo hình rất tốt, nó có thể dát mỏng mà khơng cần gia nhiệt. Điều này làm cho Inox này độc quyền trong lĩnh vực sản xuất các chi tiết Inox. Ví dụ: chậu rửa, chảo, nồi.Inox 304 thể hiện khả năng hàn tuyệt vời, loại inox này phù hợp với tất cả các kỹ thuật hàn (trừ kỹ thuật hàn gió đá). Khả năng cắt gọt của Inox 304 kém hơn so với các loại thép Carbon, khi gia công vật liệu này trên các máy cơng cụ, thì phải u cầu tốc độ quay thấp, qn tính lớn, dụng cụ cắt phải cứng, bén và khơng qn dùng nước làm mát.
Hình 2.32. Buồng lắng
2.8.3.7. Độ bền của buồng lắng
Độ dày của thân nồi chưng cất được tính theo cơng thức tính giá trị bền hàn của thân hình trụ như sau:
S = 2,3.[p.Dσ].φ−p+C
Trong đó:
˗ p: là áp suất làm việc
˗ p1 : áp suất khí quyển, p1 = 1 atm = 1.105 Pa. ˗ p2 : áp suất phần nước trong thân thiết bị.
Suy ra:
˗ D: là đường kính thân thiết bị (D = 1 m).
˗ [σ]: là ứng suất bền (đối với thép không gỉ SUS 304, [σ]= 500.106 Pa [6]). ˗ C: là 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 mịn vật liệu của mơi 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 được chọn theo thực nghiệm. Đối với trường hợp chưng cất các nguyên liệu thực vật trong mơi 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. Dối với vật liệu SUS 304 có chiều dày từ 3 – 5mm, lấy C3 = 0,5 mm. Suy ra:
C = C1 + C2 + C3 = 1+0+0,5 = 1,5 ( mm ) φ: là hệ số làm yếu ( φ=0,04 )
Vậy ta có độ dày thân nồi chưng cất là:
S = 2,3.[p.Dσ].φ−p+C = 2,3.500.101065.1.0,04−105 + 1,5.10-3
= 3,68 ( mm )
Dựa theo tiêu chuẩn của nồi chưng, chọn độ dày thiết bị chưng cất là s = 4 (mm.) Nguyên lý hoạt động của buồng lắng
Hỗn hợp nước và tinh dầu sau khi được ngưng tự ở thiết bị ngưng tụ sẽ chảy theo ống dẫn xuống thiết bị phân ly. Tại đây, tinh dầu sẽ nổi lên trên của thiết bị phân ly và được lấy ra ở cửa ra phía trên. Nước ngưng sau một thời gian sẽ đầy và chảy ra ngồi theo cửa tháo phía dưới đáy thiết bị. Hỗn hợp nước chưng sẽ được đưa vào nồi chưng cất lại để tận thu lượng tinh dầu.
Hình 3.33. Cấu tạo máy phân lyTrong đó: Trong đó:
1- Cửa nạp liệu hỗn hợp nước chưng và tinh dầu 2- Nắp thiết bị buồng lắng
3- Gioăng cao su chịu nhiệt 4- Van thoát nước
5- Ống thốt tinh dầu thơ 6- Thân buồng lắng 7- Giá đỡ buồng lắng 8- Ống thoát nước chưng
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
3.1. Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu em đã thu được một số kết quả sau đây:
- Bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đã thu được 4,32 kg tinh dầu Sả với 300 kg nguyên liệu ban đầu và chiết trong vòng 3h.
- Đã nghiên cứu ảnh hưởng thời gian sau thu hoạch và thời gian chiết tinh dầu thu được:
Hàm lượng tinh dầu Sả giảm dần theo thời gian sau thu hoạch.
Thời gian chiết tối ưu là 3h.
- Tinh dầu Sả thu được có màu vàng nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng.
3.2. Đề nghị
Tinh dầu Sả thu được bằng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước có hàm lượng citral cao, đây là hợp chất quang trọng trong việc tổng hợp vitamin A. Vì vậy, nhóm em nghĩ là nên cần thiết có thêm các đề tài nhằm phân lập citral nói riêng và các chất khác nói chung để tăng giá trị cho tinh dầu Sả.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và Nhà xuất bản giáo dục, 2003.
[2]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 2 -Nhà xuất bản giáo dục, 2003.
[3]. Nguyễn Như Nam – Trần Thị Thanh: Máy Gia công cơ học Nông sản thực Phẩm.
[4]. Trần Minh Vương - Nguyễn Thị Minh Thuận: Máy phục vụ thức ăn chăn ni.
[5]. Hồng Văn Ngun: Chưng cất tinh dầu sả năng suất 288 kg nguyên liệu/mẻ. [6]. Nguyễn Tuấn Anh: Tính tốn và thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu sả
50kg/mẻ.
[7]. ThS. Lê Quang Giảng: Bài giảng Truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt.
[8]. Hồng Đình Tín – Bùi Hải: Bài tập Nhiệt động học kỹ thuật và truyền nhiệt. [9]. PGS. TS. Lê Anh Đức: Kỹ thuật sấy.