3.3. Mô phỏng và tối ưu giai đoạn khởi động
3.3.4. Tối ưu thời gian của giai đoạn khởi động
Thời gian thiết lập cân bằng trong giai đoạn đầu quá trình chưng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình chưng, cụ thể là độ tinh khiết và hiệu suất thu được tính theo cấu tử chính α-pinene. Thực nghiệm được tiến hành với cùng lượng nguyên liệu, thời gian thiết lập cân bằng là khoảng thời gian chạy không lấy sản phẩm đỉnh (R=). Sau đó tiến hành lấy sản phẩm đỉnh với các chỉ số hồi lưu khác nhau với cùng thời gian từ 0,5 ÷ 2,5h. Tiến hành lấy mẫu thực nghiệm tương ứng thời gian thiết lập cân bằng và chỉ số hồi lưu tương ứng, thu được các kết quả sau:
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 2 4 6 8 10 12
Nhiệt độ tại đỉnh tháp ( oC)
Thời gian thí nghiệm (giờ)
Nhiệt độ đỉnh-Thực Nghiệm
Nhiệt độ đỉnh-Mô Phỏng
95 Bảng 3.16 Tổng hợp nghiên cứu thời gian giai đoạn khởi động
Số liệu đầu vào Thời gian t,
(giờ = h) α-pinene, %mol G=180kg
Tđáy=105±50C Pđỉnh=41±1mmHg ΔP=159
R=5
0,5 82,19
1,0 92,05
1,5 93,65
2,0 95,12
2,25 96,75
2,5 96,75
G=180kg Tđáy=105±30C Pđỉnh=41±1mmHg ΔP=158
R=10
0,5 94,62
1,0 95,38
1,5 96,78
2,0 98,99
2,25 99,02
2,5 99,02
G=180kg Tđáy=107±30C Pđỉnh=41±1mmHg ΔP=158
R=15
0,5 94,62
1,0 96,78
1,5 99,45
2,0 99,45
G=180kg Tđáy=110±10C Pđỉnh=41±1mmHg ΔP=158
R=20
0,5 94,78
1,0 99,40
1,5 99,54
2,0 99,54
Từ các số nghiên cứu thời gian thiết lập cân bằng (giai đoạn khởi động), ta tổng hợp và so sánh từng giai đoạn thu được các đồ thị tương ứng hình 3.27 ÷ 3.31 thể hiện dưới đây.
96 Hình 3.26 Sản phẩm đỉnh thu được với thời gian thiết lập cân bằng t = 0,5 giờ.
Khi thời gian cho giai đoạn khởi động quá ngắn, chỉ 0,5 giờ, ta không thể thu được cấu tử chính α – pinene nồng độ ≥ 99%. Sản phẩm chính α – pinene đạt giá trị cao nhất tại 94.78% với R = 20.
Hình 3.27 Sản phẩm đỉnh thu được với thời gian thiết lập cân bằng t = 1 giờ.
Khi thời gian cho giai đoạn khởi động đạt 1 giờ, ta có thể thấy được sự khác biệt rõ ràng giữa các mức hồi lưu khác nhau. Khi chỉ số hồi lưu thấp nhất R=5, chỉ thu được cấu tử chính α – pinene đạt nồng độ 92,05%. Khi chỉ số hồi lưu R = 20 thu được cấu tử chính α – pinene đạt nồng độ 99,4%.
80 82 84 86 88 90 92 94 96
Nồng độ cấu tử α-pinene (%)
Chỉ số hồi lưu (R) = 5, 10, 15, 20
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100
Nồng độ cấu tử α-pinene (%)
Chỉ số hồi lưu (R) = 5, 10, 15, 20
97 Hình 3.28 Sản phẩm đỉnh thu được với thời gian thiết lập cân bằng t = 1,5 giờ.
Khi thời gian cho giai đoạn khởi động đạt 1.5 giờ, ta có thể thấy được sự thay đổi rõ ràng giữa mức hồi lưu R ≥ 15. Khi chỉ số hồi lưu thấp nhất R=5, chỉ thu được cấu tử chính α – pinene đạt nồng độ 93,65%. Với chỉ số hồi lưu R=10, chỉ thu được cấu tử chính α – pinene đạt nồng độ 96,03%. Khi chỉ số hồi lưu R = 15 và 20 thu được cấu tử α – pinene đạt nồng độ ≥ 99,45%.
Hình 3.29 Sản phẩm đỉnh thu được với thời gian thiết lập cân bằng t = 2 giờ.
Khi thời gian cho giai đoạn khởi động lên mức 2 giờ, ta có thể thấy được sự khác biệt so với giai đoạn khởi động 1,5 giờ. Nồng độ cấu tử α – pinene tại mức R=10 đã tăng lên và đạt yêu cầu 99%. Khi chỉ số hồi lưu R = 15 và 20, ta vẫn thu được cấu tử chính α –
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100
Nồng độ cấu tử α-pinene (%)
Chỉ số hồi lưu (R) = 5, 10, 15, 20
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100
Nồng độ cấu tử α-pinene (%)
Chỉ số hồi lưu (R) = 5, 10, 15, 20
98
pinene đạt nồng độ ≥ 99,45% giống như khi vận hành tháp giai đoạn cân bằng ở thời gian 1,5 giờ.
Hình 3.30 Sản phẩm đỉnh thu được với thời gian thiết lập cân bằng t = 2.5 giờ và 3 giờ Theo các kết quả nghiên cứu từ thực nghiệm trên hình 3.31, nhận thấy khi chỉ số hồi lưu R=5, sau 3 giờ ta vẫn không thể vận hành hệ thống chưng chân không gián đoạn loại đệm để tách cấu tử α – pinene tinh khiết.
Tổng hợp các số liệu thực nghiệm về thời gian của giai đoạn khởi động từ bảng 3.16, ta nhận ra rằng để đạt được nồng độ sản phẩm α-pinene tinh khiết cần thời giai thiết lập cân bằng tối thiểu trong:
+ t = 2,25 giờ khi giai đoạn lấy sản phẩm dùng chỉ số hồi lưu ≥ 10 + t = 1,5 giờ khi giai đoạn lấy sản phẩm dùng chỉ số hồi lưu ≥ 15 + t = 1,0 giờ khi giai đoạn lấy sản phẩm dùng chỉ số hồi lưu ≥ 20
Rõ ràng thời gian thiết lập cân bằng trong giai đoạn đầu của quá trình chưng ảnh hưởng rất lớn đến độ tinh khiết của cấu tử chính α-pinene.
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
2.5 giờ 3 giờ
Nồng độ cấu tử α-pinene (%)
Chỉ số hồi lưu=5,10
R=5 R=10
99