9/18/2014 MƠN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẨM Giảng viên: ThS Trần Văn Hùng Email: Hungtp1k50@gmail.com CHƯƠNG VI CHƯNG CẤT Tiết : Nội dung tiết học Một số khái niệm Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử Các thiết bị chưng cất dùng cơng nghệ thực phẩm 9/18/2014 Chưng cất thu hồi chất mùi Chưng cất lơi nước Bình cấp nước Bình chứa ngun liệu chưng cất Lớp tinh dầu Lớp nước 9/18/2014 I Các khái niệm Định nghĩa Chưng phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí hóa lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa độ bay khác cấu tử hỗn hợp Ứng dụng • Trong lĩnh vực lọc hóa dầu • Sản xuất Oxy Nitơ • Tổng hợp hữu sản xuất metanol, etylen, propylen, butadien • Cơng nghệ sinh học 9/18/2014 Phân loại • Chưng đơn giản • Chưng lơi nước • Chưng chân khơng • Chưng cất • Chưng cất áp suất thấp • Chưng cất áp suất cao  Chưng đơn giản: tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Dùng tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất  Chưng nước trực tiếp: tách hỗn hợp gồm chất khó bay hơi, thường ứng dụng trường hợp chất tách khơng tan nước 9/18/2014  Chưng chân khơng: dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sơi cấu tử  Chưng cất: phương pháp phổ biến để tách hồn tồn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hồn tồn với nhau:  Chưng cất áp suất thấp  Chưng cất áp suất cao CHƯNG CẤT LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ  Hỗn hợp cấu tử hòa tan hồn tồn theo tỷ lệ  Hỗn hợp hai cấu tử hòa tan phần  Hỗn hợp hai cấu tử khơng hòa tan vào 9/18/2014   Hỗn hợp cấu tử hòa tan hồn tồn theo tỷ lệ bất kỳ: Hỗn hợp có nhiệt độ sơi thay đổi • Dung dịch thực • Dung dịch lý tưởng  Hỗn hợp có nhiệt độ sơi khơng đổi: dung dịch đẳng phí • Sai lệch âm • Sai lệch dương Dung dòch lý tưởng ỉàdïèá dòcâ màtrá lực liên kết phân tử loại lực liên kết phân tử khác loại nhau, kâi đócác cấï tư ûâoàtằ o èâạ tâeo bất cư ùtỉ ỉệèà o Câè bằèá áiư õa ỉỏèá vàâơi âoà è è tuân theo đònh luật Rauolt  Dung dòch thực ỉàèâư õèá dïèá dòcâ kâôèá âoà è è tïâè tâeo đòèâ ỉïật Rạt, sai ỉệcâ với đòèâ ỉïật Raọỉt  9/18/2014 Sai ỉệcâ dư ơèá: ỉư ïc ỉiêè kết áiư õa pââè tư ûkâác ỉoại èâỏ âơè ỉư ïc ỉiêè kết áiư õa pââè tư û cïø èá ỉoại  Sai ỉệcâ âm: ỉư ïc ỉiêè kết áiư õa pââè tư ûkâác ỉoại ỉớè âơè ỉư ïc ỉiêè kết áiư õa pââè tư û cïø èá ỉoại Sai lệc h dư ơng   Sa i lệc h âm H ìn h 3.1 Q u an h ệ áp suất th àn h ph ần dun g dòch h cấu tử Hỗn hợp cấu tử khơng hòa tan vào + Áp suất riêng phần cấu tử này, khơng phụ thuộc vào có mặt cấu tử khác hỗn hợp + Nhiệt độ sơi hỗn hợp thấp nhiệt độ sơi cấu tử pA = pbhA; pB = pbhB Pt = pA + pB = pbhA + pbhB + Tính lượng chất cấu tử A so với cấu tử B GA/GB = (pbhA.MA)/(pbhB.MB) 9/18/2014  Hỗn hợp cấu tử hòa tan phần: + Phần cấu tử hòa tan với + Phần cấu tử khơng hòa tan vào   Cân lỏng hỗn hợp hai cấu tử áp suất khơng đổi Cân lỏng hỗn hợp hai cấu tử áp suất khơng đổi tSB Hơi Lỏng tSA 9/18/2014  Cân lỏng hỗn hợp hai cấu tử áp suất khơng đổi  Với hỗn hợp lý tưởng: Raoult Pt = xA.pbhA + (1 – xA).pbhB  Độ bay tương đối – hệ số phân riêng  Phương trình đường cân bằng: Cân lỏng hệ cấu tử t B A D x I x II Hình 3.2 Cá c dạng đồ thò I P-x; II t-x; III y -x III x 9/18/2014 CHƯNG ĐƠN GIẢN  Chưng gián đoạn khơng hồn lưu  Hơi q trình chưng lấy cho ngưng tụ  Chưng gián đoạn thành phần chất lỏng ngưng ln thay đổi  Q trình chưng liên tục, thành phần chất lỏng ngưng khơng đổi CHƯNG ĐƠN GIẢN 10 9/18/2014 Q trình chưng nước trực tiếp hợp lý dùng để tách cấu tử khơng tan nước khỏi tạp chất khơng bay hơi, trường hợp sản phẩm ngưng phân lớp : cấu tử bay nước, lấy sản phẩm cách dễ dàng Ưu điểm q trình chưng nước trực tiếp giảm nhiều nhiệt độ sơi hỗn hợp nghĩa chưng nhiệt độ thấp nhiệt độ sơi bình thường Điều có lợi chất dễ bị phân hủy nhiệt độ cao chất có nhiệt độ sơi q cao mà chưng gián tiếp đòi hỏi dùng áp suất cao Chưng nước trực tiếp tiến hành gián đoạn (hình 13-12a) hay liên tục hình (hình 13-12b) Trong trường hợp người ta phải dùng cách đốt gián tiếp để đun bốc hỗn hợp Lượng nước trực tiếp vào hỗn hợp có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay mà thơi 29 9/18/2014 Các phương pháp chưng khác : 4.1 Chưng luyện nhiều cấu tử : Trong thực tế ta thường gặp hỗn hợp nhiều cấu tử hỗn hợp hai cấu tử Tuy nhiên việc nghiên cứu chưng nhiều cấu tử Ngun nhân số bậc tự hệ nhiều cấu tử lớn Ví dụ chưng luyện hai cấu tử thiết lập áp suất nồng độ cấu tử sản phẩm đỉnh chế độ làm việc hồn tồn xác định Đối với hệ n cấu tử có n bậc tự do, áp suất nồng độ cấu tử xác định khơng thể xác định nhiệt độ sơi, thành phần cấu tử khác có n-2 bậc tự do.Ta tự chọn thành phần n-2 cấu tử Khác với chưng luyện hai cấu tử, sơ đồ chưng luyện nhiều cấu tử biểu thị nhiều cách Ví dụ có hỗn hợp ba cấu tử A, B C, độ bay tương đối chúng άA > άB > άC ta có hai cách lắp sơ đồ chưng (hình 1-16) 30 9/18/2014  Từ ta thấy muốn tách hỗn hợp gồm n cấu tử phải có n-1 tháp chưng luyện Trong thực tế có người ta cấu tạo tháp gồm có nhiều tháp chồng lên nhau, tháp ta thu nhiều loại sản phẩm 31 9/18/2014 4.2 Chưng luyện trích ly chưng luyện đẳng phí : Đối với hỗn hợp gồm cấu tử có nhiệt độ sơi giống gần hay gồm cấu tử tạo thành dung dịch đẳng phí ta khơng thể dùng phương pháp chưng luyện thơng thường để tách chúng dạng ngun chất có dùng tháp vơ cao với lượng hồi lưu lớn Để tách hỗn hợp phải dùng phương pháp chưng luyện đặc biệt, thơng thường người ta hay dùng phương pháp luyện trích ly chưng luyện đẳng phí a Chưng luyện trích ly : Phương pháp dựa sở thêm cấu tử vào hỗn hợp đĩa tháp, cấu tử gọi cấu tử phân ly có độ bay bé, có tác dụng làm thay đổi độ bay cấu tử khác hỗn hợp Tất nhiên ta phải chọn cấu tử phân ly để thêm vào hỗn hợp cần chưng làm tăng độ bay cấu tử hỗn hợp Nếu hỗn hợp tạo thành dung dịch đẳng phí, điểm đẳng phí thêm cấu tử phân ly vào Ví dụ ta có hỗn hợp gồm hai cấu tử A B có nhiệt độ sơi gần nhau, cấu tử phân ly R - Trong trường hợp A B tạo thành dung dịch đẳng phí đẳng phí hỗn hợp ABR cho ta khả tách A (cấu tử dễ bay hơi) dạng ngun chất Sản phẩm đáy tháp B+R (hình 1-17) R B có độ bay khác xa nên ta dễ dàng tách chúng theo phương pháp chưng cất thơng thường Q trình gần giống trích ly: cấu tử phân ly R kéo cấu tử B giải phóng cấu tử A Vì nên ta gọi q trình q trình chưng luyện trích ly 32 9/18/2014 b Chưng luyện đẳng phí : Phương pháp dựa ngun tắc thêm vào hỗn hợp cấu tử phân ly, khác với chưng luyện trích ly cấu tử phân ly phải có độ bay lớn độ bay cấu tử hỗn hợp Tác dụng trường hợp chưng luyện trích ly, nghĩa làm thay đổi độ bay tương đối cấu tử hỗn hợp Thêm vào tạo thành với cấu tử dễ bay hơi(hay hai cấu tử) dung dịch đẳng phí có độ bay lớn Như kết chưng luyện sản phẩm đỉnh tháp hỗn hợp đẳng phí sản phẩm đáy cấu tử dạng ngun chất Phương pháp tiện lợi tiết kiệm trường hợp cấu tử phân ly khơng tan vào cấu tử dễ bay Ví dụ ta xem sơ đồ chưng luyện đẳng phí hỗn hợp hai cấu tử A B với cấu tử phân ly S, cấu tử A cấu tử có độ bay lớn (hình 1-18 ) 33 9/18/2014 4.3 Chưng phân tử : Chưng phân tử độ chân khơng cao (từ 0,01 - 0,0001 mmHg) Ở áp suất phân tử thắng lực hút chúng, số va chạm phân tử giảm khoảng chạy tự phân tử tăng lên nhiều Dựa điều ta làm khoảng cách bề mặt bốc ngưng tụ nhỏ khoảng chạy tự phân tử phân tử cấu tử dễ bay rời khỏi bề mặt bốc va vào bề mặt ngưng tụ ngưng tụ khoảng cách bề mặt bốc bề mặt ngưng tụ khoảng 20-30 mm Hiệu số nhiệt độ giữ chúng khoảng 1000C Sơ đồ chưng phân tử đơn giản thể hình 1-19 34 9/18/2014 Phía phòng bốc có dây điện trở để đun nóng hỗn hợp điện Phía ngồi phận ngưng tụ có vỏ bọc chất làm lạnh vào Hỗn hợp đầu cho vào phễu chảy thành màng theo bề mặt bốc sản phẩm đáy lấy qua ống Sản phẩm đỉnh tập trung lại bề mặt ngưng tụ chảy theo ống phễu Chất làm lạnh vào cửa cửa Ống nối với bơm chân khơng để giữ độ chân khơng cần thiết ống khoảng khơng gian bề mặt bốc bề mặt ngưng tụ 35 9/18/2014 Thiết bị chưng cất Chưng cất gián đoạn  Chưng cất liên tục Các phận chính: + Tháp chưng cất + Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh + Thiết bị gia nhiệt đáy… ( + Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu…) 36 9/18/2014 Tháp chưng cất   Vai trò: nơi phân tách cấu tử dựa vào tiếp xúc pha khí – lỏng Cấu tạo chính: thiết bị hình trụ tròn gồm phần bản: - Phần đỉnh - Phần nhập liệu - Phân đáy (- Phân đoạn trích ngang…) Thân tháp mâm - đĩa 37 9/18/2014 Tháp chưng cất  Phân loại: + Tháp mâm: - Mâm chóp - Mâm xun lỗ Tháp đĩa (tháp mâm) Tháp đĩa hoạt động tháp đĩa 38 9/18/2014 Tháp đĩa (tháp mâm) Tháp chưng cất  Tháp đệm - chêm 39 9/18/2014 Tháp đệm Tháp đệm loại đệm Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh  Vai trò: - Ngưng tụ dòng khí sản phẩm đỉnh thành dạng lỏng dùng để hồi lưu, thu hồi sản phẩm đỉnh - Duy trì ổn định trạng thái hoạt động hệ thống  Cấu tạo: - Thiết bị trao đổi nhiệt 40 9/18/2014 Thiết bị gia nhiệt đáy  Vai trò: - Cung cấp lượng, ổn định trạng thái hoạt động hệ thống - Làm tinh khiết sản phẩm đáy  Cấu tạo: thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị gia nhiệt đáy 41 9/18/2014 Thiết bị gia nhiệt đáy Thiết bị gia nhiệt đáy 42 9/18/2014 Sơ đồ tổng qt q trình chưng cất T.dơng c¬ häc b¨m nghiỊn P t s«i Håi l¦u t° VL Chn bÞ SP lo·ng pha dƠ bay h¬i Ch¦ng cÊt B· pha khã bay h¬i ° (F) S¬ då tỉng qu¸t qu¸ tr×nh ch¦ng cÊt TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Bạch Tuyết, GT Các q trình cơng nghệ sản xuất thực phẩm, NXB Giáo Dục-2004 Nguyễn Văn Đài, Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2, Trường ĐH Bách khoa -2005 Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB khoa học kỹ thuật, 2000 Nguyễn Bin, Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm Tập 4, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Bài giảng “Kỹ thuật thực phẩm 2” 43 [...]... phm ỏy.(Kmol/h) S: 122 ,8 Kmol/h 22 9/18 /20 14 3 Thỏp chng ct Nc Axớt Axờtớc, nng nhp liu 60 % mol theo Axớt, nng sn phm nh 10% mol theo Axớt, lu lng sn phm nh 40kmol/h Ch s hi lu thc bng 1,5 ln ch s hi lu ti thiu Xỏc nh lng hi bay lờn khi nh thỏp bit yF*=0,5 mol/mol S: 28 0kmol/h 4 ng lm vic phn ct ca mt thỏp chng ct Benzen Toluen nh sau: y=0, 62 6 .x + 0,3 32 Xỏc nh ch s hi lu S: 1 ,67 5 Thỏp chng ct Nc... mol/mol S: y = 0, 724 x + 0 ,23 4 23 9/18 /20 14 6 ng lm vic phn chng ca mt thỏp chng ct Mờtanol Nc nh sau: y=1, 364 x 0,04 Nhp liu cú nng 36% theo Mờtanol Xỏc nh nng pha hi ti v trớ mõm nhp liu (yF) S: 0,45 7 ng lm vic phn ct ca mt thỏp chng ct Etanol Nc nh sau: y=0, 56. x + 0,449 Xỏc nh lu lng dũng hi lu (kg/h) bit lu lng sn phm nh 1500kg/h S: 1909kg/h 8.Thỏp chng ct Nc Axớt Axờtớc, nng nhp liu 36% mol theo... liu pha lng 21 9/18 /20 14 BI TP 1 Mt thỏp chng ct Nc Axớt Axờtic, nhp liu 4 320 kg/h nng 64 % mol theo Axớt, nng sn phm ỏy 5% mol theo nc, nng sn phm nh 3% mol theo Axớt Xỏc nh lu lng sn phm nh (kmol/h) S: 32 (kmol/h) 2 Mt thỏp chng ct Etanol Nc, nhp liu vo thỏp cú nng 35% mol theo Etanol, nng sn phm ỏy 10% mol theo Etanol, nng sn phm nh 85% mol theo Etanol Lu lng sn phm nh thu c 25 65 kg/h Xỏc... Ngng t (cú lm lnh) Qng =D.rD + DCPD(tsD - tD) = GC(tnr tnv) + Qm 14 9/18 /20 14 CHNG N GIN Chng giỏn on cú hon lu 3 2 1 S ơ đ ồ c h Ư n g đ ơ n g iả n c ó h ồ i l Ư u 1- Sơ đồ nồi chƯ ng 2 - th iế t b ị n g Ư n g tụ h ồ i l Ư u 3 - th iế t b ị n g Ư n g tụ l m lạ n h 15 9/18 /20 14 Chng ct S thit b chng luyn liờn tc 16 9/18 /20 14 III CHNG CT S quy trỡnh cụng ngh Thit b ngng t yD=xD; G; tSD xD; Gx;... y=0,731.x+0 ,25 3 Nng sn phm nh S: 0.94mol/mol *Phng phỏp th: xD R x min 1 25 9/18 /20 14 III CHNG CT 3 Cõn bng vt cht d S mõm lý thuyt: yD yF xD R 1 y W 0 x W xF xD III CHNG CT 3 Cõn bng nng lng a Thit b gia nhit nhp liu: Q D1 r1 F C F (t SF t F ) Qm D1: lng hi t cn s dng r1: nhit hoỏ hi ca hi t F: lu lng nhp liu CF: nhit dung riờng hn hp nhp liu Qm: nng lng mt mỏt ra mụi trng xung quanh 5ữ10%Q 26 9/18 /20 14... sn phm nh: Q D.C D (t SD t D ) G 2 C 2 (t r t v ) Qm d Thit b lm lnh sn phm nh: Q W.C W (t SW t W ) G3 C 3 (t r t v ) Qm CD: nhit dung riờng ca hn hp hi nh thỏp CW : nhit dung riờng ca hn hp hi ỏy thỏp G2,G3: lu lng nc cn lm lnh C2,C3: nhit dung riờng nc lm lnh tv, tr: nhit vo v ra nc gii nhit Qm: nng lng mt mỏt ra mụi trng xung quanh 5ữ10%Q F 27 9/18 /20 14 e Ton thỏp: F CF t SF W (CW t... t SF W (CW t SW rW ) D.R.C D t SD G y (C D t SD rD ) W CW t SW Qm W rW D.( R 1).(C D t SD rD ) D.R.C D t SD F C F t SF Qm Q D2 r2 D.( R 1).rD D.C D t SD F C F t SF Qm D2 D.( R 1).rD D.C D t SD F C F t SF Qm r2 F D2: lu lng hi t cn un núng r2 : nhit húa hi ca hi t Qm: nng lng mt mỏt ra mụi trng xung quanh 5ữ10%Q Chng ct bng hi nc trc tip: Khi chng bng hi nc trc tip ngi ta phun... sụi quỏ cao m khi chng giỏn tip ũi hi dựng hi ỏp sut cao Chng bng hi nc trc tip cú th tin hnh giỏn on (hỡnh 13-12a) hay liờn tc hỡnh (hỡnh 13-12b) Trong c 2 trng hp ngi ta u phi dựng cỏch t giỏn tip un bc hi hn hp Lng hi nc trc tip i vo hn hp ch cú nhim v mang cu t d bay hi ra m thụi 29 9/18 /20 14 4 Cỏc phng phỏp chng khỏc : 4.1 Chng luyn nhiu cu t : Trong thc t ta thng gp hn hp nhiu cu t hn l hn hp hai... cỏch gia b mt bc hi v b mt ngng t khong 20 -30 mm Hiu s nhit gi chỳng khong 1000C S chng phõn t n gin nht th hin hỡnh 1-19 34 9/18 /20 14 Phớa trong phũng bc hi 1 cú dõy in tr un núng hn hp bng in Phớa ngoi b phn ngng t 2 cú v bc 3 cho cht lm lnh vo Hn hp u cho vo phu 4 v chy thnh mng theo b mt bc hi 1 sn phm ỏy ly ra qua ng 6 Sn phm nh tp trung li b mt ngng t 2 v chy ra theo ng phu 5 Cht lm lnh vo... mol theo Axớt, lu lng sn phm nh 69 0kg/h Ch s hi lu thc bng 1,5 ln ch s hi lu ti thiu Xỏc nh lng hi bay lờn khi nh thỏp (kmol/h) bit yF*=0,5 mol/mol S: 185 Kmol/h 9 Mt thỏp chng ct Benzen Toluen, nng nhp liu 45% mol theo Benzen, nng sn phm ỏy 8% mol theo Benzen, nng sn phm nh 95% mol theo Benzen, lu lng sn phm nh 160 5kg/h Lu lng nhp liu (kg/h) S: 3774kg/h 24 9/18 /20 14 10 ng lm vic phn ct ca mt thỏp ... khối, NXB khoa học kỹ thuật, 20 00 Nguyễn Bin, Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm Tập 4, NXB Khoa học kỹ thuật, 20 06 Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm 2 43 ... nồng độ sản phẩm đáy 10% mol theo Etanol, nồng độ sản phẩm đỉnh 85% mol theo Etanol Lưu lượng sản phẩm đỉnh thu 25 65 kg/h Xác lưu lượng sản phẩm đáy.(Kmol/h) ĐS: 122 ,8 Kmol/h 22 9/18 /20 14 Tháp... xuất thực phẩm, NXB Giáo Dục -20 04 Nguyễn Văn Đài, Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2, Trường ĐH Bách khoa -20 05 Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB khoa học kỹ thuật,