Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Thiết bị chưng cất

Thiết bị chưng cất

Tải bản đầy đủ - 0trang

Vsả = =



0.324 (m3)



Giả sử thể tích chứa nguyên liệu và thể tích để cấp hơi chiểm khoảng 30% thể

tích thiết bị.

Thể tích thiết bị chưng cất sẽ là:



Vthiết bị = = = 1.080 (m3)

Như vậy, thể tích phần chưng của thiết bị sẽ là:



Vchưng = Vthiết bị - Vsả = 1.08 – 0.324 = 0.756 (m3)

Chọn tỉ lệ giữa đường kính trong thân thiết bị chưng cất (D) với chiều cao thân

thiết bị (h) là 1,5. Khi đó:

h = 1.5D

Ta có thể tích thiết bị được tính theo cơng thức:

V = 1.5D

Từ đó ta có:

D =



=



0.970 (m)



Suy ra:

h = 1.5D = 1.5x0.970 = 1.455 (m)

Kiểm tra lại:

V’ = 1.5D = 1.455 1.075 (m3)

Vậy cuối cùng ta có:

Chiều cao thân thiết bị chưng cất h = 1.5 m

Đường kính trong thân thiết bị chưng cất D = 1 m

1.2. Nắp thiết bị

Để tránh tổn thất tinh dầu và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng, quá trình

chưng cất phải được thực hiện trong thiết bị kín. Nắp thiết bị có thể có hình chóp

hoặc chỏm cầu và có thể có cửa để cho nguyên liệu vào. Nếu nguyên liệu được

cho vào qua nắp thiết bị thì ở bộ phận mối nối giữa cửa nguyên liệu và nắp cần

phải được ghép thật kín và thuận tiện cho việc đóng mở dễ dàng.

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. Nếu chưng cất dưới áp suất khơng lớn, mối nối bằng gioăng nước là

thích hợp hơn cả. Gioăng nước có thể dùng loại đơn hoặc kép, gioăng nước

thường được làm bằng cao su.

Dùng bu lông để ghép các mối nối trong thực tế bất lợi vì tốn nhiều thời gian để

tháo, vặn. Các loại kẹp khác như mỏ vịt cũng rất bất tiện. Vì vậy nhiệm vụ quan

trọng là thiết kế cấu tạo thiết bị cũng như các bộ phận nối thuận tiện dễ dàng, tạo

25



điều kiện tốt nhất cho hỗn hợp hơi đi ra khỏi thiết bị nhanh chóng, bảo đảm phẩn

chất của tinh dầu thu được.

Qua chọn lựa, ta sẽ làm nắp thiếp bị có dạng hình trụ tròn, đường kính bằng

kính đường kính thân thiết bị, được kết nối với phần thân thiết bị chưng bằng

bích nối bắt bu lơng, có gioăng cao su thực phẩm bịt kín. Gioăng cao su thực

phẩm là loại vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt rất tốt và được cho phép sử dụng

trong ngành thực phẩm.



I. Nắp hình chóp



II. Nắp chỏm cầu



III. Nắp elip



Hình 3.1. Các dạng nắp thiết bị



1.3. Cổ nồi

Cổ nồi là một bộ phận trung gian nối liền giữa nắp và vòi voi của nồi, cổ nồi có

thể có nhiều hình dạng, nhưng yêu cầu chung là phải làm sao cho chế tạo đơn

giản. Nhiệm vụ chính của cổ nồi là để làm cho hỗn hợp hơi thoát ra được dễ

dàng, trong trường hợp chưng cất với nước, cổ nồi giúp cho hỗn hợp hơi thốt ra

khơng lẫn nhiều nước. Khi chưng cất các loại nguyên liệu hạt nghiền nhỏ, cổ nồi

phải giữ lại được bụi vì vậy ở cổ nồi thường phải đặt một tấm lưới. Nhưng cho

đến nay, các loại cổ nồi có lưới chắn như vậy vẫn khơng đáp ứng được yêu cầu

loại bỏ tạp chất, vì vậy người ta phải làm thêm một bộ phận lắng bụi riêng, trước

khi hỗn hợp hơi đi vào thiết bị ngưng tụ.Bởi vì nguyên liệu chưng cất là sả được

làm héo, cắt nhỏ nên sẽ có bụi bẩn bay lên, ta cần làm lưới chắn bụi cho cổ nồi.



26

Hình 3.2. Các dạng cổ nồi



1.4. Vòi voi

Vòi voi là một phần của thân nồi nhằm nối liền cổ nồi với thiết bị ngưng tụ, vòi

voi cần phải có kích thước tương ứng sao cho hỗn hợp hơi bay ra không vị trở

lực lớn, không làm giảm tốc độ chưng cất. Vòi voi cần phải có cấu tạo sao cho

dung dịch lỏng trong thiết bị khơng được đi qua đó để vào ống dẫn tới thiết bị

ngưng tụ. Vì vậy, vòi voi thường có một độ dốc nhất định, nghiêng về về phía

thiết bị ngưng tụ, thường dao động tự 1° đến 3°. Đường kính của vòi voi nhỏ

dần để hơi thốt ra dễ dàng, vòi voi khơng nên dài q và cung khơng nên ngắn

quá vì nếu quá ngắn thì hỗn hợp hơi bay ra sẽ ngưng tụ đột ngột gân nên áp suất

dư, ảnh hưởng tới q tình chưng cất, còn nếu q dài thì hỗn hợp bay hơi ta sẽ

rất chậm, ảnh hưởng tới tốc độ chưng cất.

1.5. Đáy thiết bị

Đáy nồi có cấu tạo giống thân nồi nhưng phải thỏa mãn sao cho khi chưng cất

bằng hơi, hơi nước nước ngưng tụ được tháo ra dễ dàng khơng còn đọng hơi lại

ở trong nồi. Đồng thời phải dễ dàng trong việc tháo hay rửa sạch cặn bã ngun

liệu còn sót lại.

Ta làm đáy thiết bị có dạng hình trụ tròn, được hàn kín với thân thiết bị. Trên

đáy nồi có đục lỗ để gắn dây đốt nóng và ống tiếp nước. Đồng thời đáy nồi cũng

được thiết kế có cửa xả để tháo cặn bã chưng cất.



Hình 3.3. Các dạng đáy thiết bị



27



1.6. Vỉ đựng nguyên liệu

Bộ phận chứa đựng nguyên liệu đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Đưa nguyên liệu vào và lấy nguyên liệu ra được thuận tiện

- Trong q trình chưng cất diện tích tiếp xúc giữa hơi nước và nguyên liệu

phải cao nhất.

- Vỉ phải đỡ được khối nguyên liệu và giữ cho khối nguyên liệu không bị

rơi xuống đáy nồi làm tắt ống dẫn hơi.

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, chọn thiết bị chứa dạng lưới với kích thước

lỗ 3 mm, chiều dày từ 8-10 mm hoặc vỉ dạng các thanh sắt đan có chân đỡ để có

thể lấy nguyên liệu ra mội cách thuận tiện.

Chọn vỉ hình trụ có đường kính 0.98 m, chiều cao 0.5 m.

1.7. Vật liệu làm thiết bị chưng cất

Vật liệu để làm nồi chưng cất tinh dầu thường dùng loại sắt thép đặc biệt. Một

số xí nghiệp chưng cất thủ công, hoặc chưng cất gỗ trong lâm nghiệp, có thể làm

nồi chưng cất bằng gỗ, xi măng,.... những loại nguyên liệu này đơn giản, rẻ, dễ

tìm kiếm nguyên vật liệu, nhưng dễ bị hỏng, phải sửa chữa liên tục, dễ xảy ra tai

nạn khi chưng cất với áp suất lớn. Ngoài ra, thiết bị chưng cất như vậy thường

chỉ dùng chưng cất được một loại nguyên liệu. 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 còn 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 không bền của các kim loại đối với tinh

dầu ta thấy như sau: trong số chì, sắt, nhơm, đồng, thiếc thì thiếc tương đối bền

hơn cả. Các phần khác nhau của thiết bị cũng bị oxi hóa khác nhau. Thường ở

những chỗ bề mặt hơi nước, trực tiếp tác dụng và ngưng tụ nhiều thì dễ bị oxi

hóa nhất. Ví dụ phần trên của thiết bị, cổ nồi và vòi voi trong trường hợp chưng

cất thủ cơng thì những bộ phận đáy nồi bị tác dụng nhiệt, những chỗ ở nắp nồi

chịu tác dụng lực nhiều, dễ bị gỉ và mau hỏng nhất. Ngoài ra việc chống gỉ ta

cần chú ý tới màu sắc của tinh dầu do tác dụng của một số muối kim loại với

tinh dầu tạo thành, muối sắt cho màu nâu hoặc vàng, muối đồng cho màu xanh

lục. Xuất phát từ những yêu cầu như đã nêu ở trên, thiết bị chưng cất nên làm

bằng loại thép không gỉ (Inox) SUS 304, là loại thép an toàn cho thực phẩm,

dược phẩm, đồng thời có tính bền, khả năng chịu mài mòn cao.

28



Inox 304 đã thể hiện được khả năng chống ăn mòn 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 còn thể hiện khả

năng chống ăn mòn 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 dòng 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… Ngồi ra, tính chất này còn

làm cho Inox 304 được ứng dụng làm dây thắng trong công nghiệp và các

phương tiện như ô tô, xe máy, xe đạp… 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 yêu cầu tốc độ quay thấp, quán

tính lớn, dụng cụ cắt phải cứng, bén và không quên dùng nước làm mát.

1.8. Độ bền nồi chưng cất

Độ dày của thân nồi chưng cất được tính theo cơng thức tính giá trị bền hàn của

thân hình trụ như sau:

S + C (m)

(CT: XIII.8, Tr 360, [2])

Trong đó:

p là áp suất làm việc trong nồi chưng

ta tính được trong phần cân bằng vật liệu là 754.410mmHg 100579.730 Pa

ta tính được trong phần cân bằng vật liệu là 8.590mmHg 1145.240 Pa

Suy ra:

p = 100579.73 + 1145.24 = 101724.97 (Pa)

D là đường kính trong thân thiết bị (D = 1m)

[σ] là ứng suất bền (đối với thép không gỉ SUS 304 ta lấy [σ] = 520 x 106 Pa)

C là đại lượng bổ sung, phụ thuộc vào độ ăn mòn và dung sai của chiều dày.

29



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 mòn vật liệu của môi 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 = 0,050.20 = 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 môi 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 = 0,8 mm.

Suy ra:

φ là hệ số làm yếu

Xác định đại lượng φ theo công thức:

0.870 (CT: XIII.16, Tr 362, [2])

Với:

Σd - đại lượng phụ thuộc vào số lỗ, cửa mở ra trên thân hình trụ. Trên thân hình

trụ của thiết bị chưng cất, ta mở một ống dẫn hơi nước đi vào thiết bị ngưng tụ

có đường kính d = 0,2 m

h là chiều cao thân thiết bị

Vì tỉ số = 4.450 x 103 > 50 nên ta có thể bỏ qua ở mẫu.

Vậy ta có độ dày thân nồi chưng cất là:

S = + C = + 0.0018 1.898 x 10-3 (m)

Dựa theo tiêu chuẩn của nồi chưng, chọn độ dày thiết bị chưng cất là s = 2 mm

2. Thiết bị ngưng tụ

2.1. Các thông số đã biết

Lượng tinh dầu thu được sau quá trình chưng là: Gdầu = 4.104 kg (chiếm khoảng

2% trong hỗn hợp chưng).

Lượng nước bay hơi cần cho quá trình chưng là: = 209.305 kg (chiếm khoảng

98% trong hỗn hợp chưng).

Vậy tổng lượng hơi cần ngưng tụ là:

Thời gian cho quá trình ngưng tụ là 3h

Lưu lượng hơi cần ngưng tụ là:

L=



=



71.136 (kg/h)

30



Nhiệt độ nước mát đầu vào là 25°C  = 25°C

Nhiệt độ nước mát đầu ra là 45°C  = 45°C

Nhiệt độ hơi nóng đi vào: thơi = 99.6oC

Nhiệt độ nước ngưng đi ra : = 45oC

2.2. Nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu – nước hoàn toàn thành lỏng

Nhiệt lượng để ngưng tụ hoàn toàn hơi giraniol – nước thốt ra từ nồi chưng

được tính theo cơng thức sau:

Qnt = G.r

Trong đó:

Qnt là nhiệt lượng cần để ngưng tụ hơi tinh dầu – nước

G là lưu lượng hơi tinh dầu – nước đi vào thiết bị ngưng tụ

r là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp tinh dầu – nước cần ngưng tụ

Xác định r (ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp tinh dầu – nước):

Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: rnước = 2259360 (J/kg)

Ẩn nhiệt hóa hơi của tinh dầu: rgiraniol = 288000 (J/kg)

r = %nước.rnước + %giraniol.rgiraniol

= 2259360 x 0.980 + 288000 x 0.020 = 2219932.800 (J/kg)

Vậy nhiệt lượng để ngưng tụ hơi tinh dầu – nước hoàn toàn thành lỏng:

(J)

2.3. Nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước

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 giraniol

khỏi nước sau này. Ta sẽ làm lạnh hỗn hợp dịch ngưng tới = 35oC

Vậy nhiệt lượng để làm lạnh hỗn hợp tinh dầu – nước xuống = 35oC là:

Qlạnh = (Gnước.Cnước + Ggiraniol.Cgiraniol).

= (209.305 x 4.180 x 103 + 4.104 x 3.020 x 103) x (99.6 – 35)

5.732 x 107 (J)

2.4. Xác định bề mặt truyền nhiệt

Để tính tốn diện tích cần thiết của thiết bị làm lạnh (ngưng tụ) ta có thể dụa vào

định luật Niuton và Furie. Theo định luật này: “Lượng nhiệt truyền qua theo

hướng thẳng vng góc với mặt phẳng của thành ống của thiết bị làm lạnh sẽ tỷ

lệ thuận với diện tích làm lạnh F (m2) của thành ống, với thời gian (t) mà nhiệt

lượng đó đi quá với sự chênh lệch về nhiệt độ (Δt°C) giữa hai thành ống ở hai

phía”.

Q

(CT: 1.44, Tr 29, QT&TB truyền nhiệt)

Trong đó:

31



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Thiết bị chưng cất

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×