Quá Trình Trích Ly - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.docx) (24 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ Thuật - Công Nghệ
>>
3. Cơ khí - Chế tạo máy

quá trình trích ly

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (834.79 KB, 24 trang )

Mục lụcQUÁ TRÌNH TRÍCH LY – CHƯNG CẤT1. QUÁ TRÌNH TRÍCH LY1.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1.1. Định nghĩTrích ly là quá trình hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử có trong mẫunguyên liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung môi. Động lực của quátrình trích ly là sự chênh lệch nồng độ của cấu tử ở trong nguyên liệu và ở trongdung môi1.1.2. Phân loạiTrong quá trình trích ly, dung môi thường ở dạng pha lỏng, còn mẫu nguyênliệu có thể ở dạng pha rắn hoặc pha lỏngNếu mẫu nguyên liệu ở dạng pha rắn, quá trình được gọi là trích ly rắn lỏng (solid – liquid extraction)Nếu mẫu nguyên liệu ở dạng lỏng, quá trình được gọi là trích ly lỏng – lỏng(liquid – liquid extractiom)1.1.3. Nguyên tắc chọn dung môiDung môi có khả năng hòa tan chọn lọc, tức cấu tử cần thu nhận trong mẫunguyên liệu có độ hòa tan cao trong dung môi. Ngược lại, các cấu tử khác cótrong mẫu nguyên liệu cần trích ly thì không hòa tan được trong dung môihoặc có độ hòa tan kémDung môi phải trơ với các cấu tử có trong dịch tríchDung môi không gây hiện tượng ăn mòn thiết bị, khó cháy và không độc vớingười sử dụngDung môi có giá thành thấp, dễ tìm; các nhà sản xuất thể thu hồi dung môisau quá trình trích ly để tái sử dụng1.1.4. Những dung môi phổ biến hiện nay trong công nghiệp thực phẩmNước là dung môi phổ biến nhất trong công nghiệp thực phẩm: trích lysaccharose trong công nghệ sản xuất đường từ củ cải đường, trích ly các chất triếttừ trà và cà phê trong công nghệ sản xuất trà và cà phê hòa tan, trích ly các chấttriết từ thảo mộc trong công nghệ sản xuất thức uống không cồn.Các dung môi hữu cơ được sử dụng để trích ly chất béo từ thực vật trong côngnghệ sản xuất dầu béo. Người ta thường dùng hexane, heptane hoặc cyclohexaneđể tách béo từ đậu nành, đậu phộng, hạt bông, hạt hướng dương, hạt lanh,… Nhượcđiểm là cả ba dung môi nói trên đều dễ cháy.Dung dịch axit formic, acetic, hydrochloric (HCl); methanol, ethanol có chứaHCl là những hệ dung môi được thử nghiệm để tách chất màu anthocyanin.Dung môi etanol cho hiệu suất thu hồi limonoid cao nhấtGlycerin có độ nhớt cao hay dùng phối hợp với nước và ethanol để chiết nhữngdược liệu có taninDầu thực vật: Dầu lạc, dầu vừng, dầu hướng dương...có khả năng hoà tan tinhdầu, chất béo có trong dược liệu, do độ nhớt cao nên khó thấm vào dược liệuNgoài ra, CO2 siêu tới hạn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuấtcông nghiệp: dùng trích ly caffeine từ trà và cà phê nhằm tạo ra sản phẩm trà và cà2phê có hàm lượng caffeine thấp, trích ly chất đắng (α-acid) từ hoa houblon trongsản xuất hoa cao, trích ly các cấu tử hương từ các loại trái cây và gia vị hoặc đểtách chiết các chất có hoạt tính sinh học từ thảo mộc. So với các lưu chất siêu tớihạn khác, CO2 siêu tới hạn thường được chọn làm dung môi trong các quá trìnhtrích ly vì nó có nhiều ưu điểm như không gây cháy, không gây độc và giá thànhthấp.1.2.BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNHTrích ly là quá trình tách một chất hoặc một số chất tan trong chất lỏng haytrong chất rắn bằng một chất lỏng khác – gọi là dung môi. Nếu trong quá trình táchchất hòa tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác thì gọi là trích ly lỏng – lỏng.Nếu quá trình tách chất hòa tan trong chất rắn bằng một chất lỏng thì gọi là trích lyrắn – lỏng.Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý trích ly lỏng-lỏng.3Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý trích ly rắn-lỏng.1.3.CẤU TẠO VÀ VAI TRÒ CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ TRÍCH LYCác thiết bị trích ly rất đa dạng. Chúng có thể hoạt động theo phương pháp giánđoạn hoặc liên tục. Trong thiết bị hoạt động gián đoạn người ta phân biệt hai ra hailoại: trích ly một bậc và trích ly nhiều bậc.1.3.1. Thiết bị trích ly một bậcHình 1.3: Thiết bị trích ly một bậc.Thiết bị có dạng hình trụ đứng, phí bên dưới có một đáy lưới (3). Người ta sẽcho nguyên liệu vào cửa đỉnh (1). Dung môi được bom vào thiết bị qua hệ thôngphân phối (4) nằm phía dưới đỉnh. Dung môi sẽ chảy qua lớp nguyên liệu theochiều từ trên xuống. Dịch trích được tháo ra ngoài qua cửa (6). Người ta có thể chodịch trích hồi lưu trở lại thiết bị nhờ bơm (9) và van (7), Khi kết thúc quá trìnhtrích ly, bã được tháo ra khỏi thiết bị qua cửa (8). Người ta sẽ bơm nước và dungdịch chất tẩy rửa vào để vệ sinh thiết bị qua hệ thông phân phôi (4). Nước vệ sinhsẽ được tháo ra ngoài cửa (11).Thiết bị trích ly một bậc hiện đang được sử dụng trong sản xuất thức uống từthảo mộc, trà hòa tan, cà phê hòa tan và dầu béo ở quy mô nhỏ.1.3.2. Thiết bị trích ly nhiều bậc4Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thông trích ly nhiều bậc ngược dòng.Trong hệ thống trích ly nhiều bậc ngược dòng, dòng nguyên liệu và dung môichuyển động ngược chiều nhau. Hệ thống gồm có tất cả 14 thiết bị và được kýhiệu từ số 1 đến số 14. Dung môi sẽ chuyển động ngược chiều kim đống hồ, còncác thiết bị trích ly sẽ chuyển động theo chiều kim đồng hồ. Dung môi mới nạpvào hệ thống tại thiết bị số 13, còn dịch trích được tháo ra khỏi hệ thống từ thiết bịsố 9. Các thiết bị số 10, 11 và 12 đặc trưng cho các công đoạn tháo bã ra khỏi thiếtbị, vệ sinh thiết bị và nạp nguyên liệu vào thiết bị.Hệ thống thiết bị trích ly nhiều bậc đang được sử dụng rộng rãi ở quy mô côngnghiệp để sản xuất trà hòa tan, cà phê hòa tan và đường saccharose từ củ cảiđường. Mỗi thiết bị trong hệ thông trên có thể chứa đến 10 tấn nguyên liệu.51.3.3.Thiết bị trích ly liên tụcHình 1.5: Thiết bị trích ly liên tục.Thiêt bị trích ly liên tục - thiết bị Hildebrandt. Thiết bị có hai tháp (1) và (2)dạng hình trụ đứng. Chúng nối với nhau bởi một ống hình trụ nằm ngang (3) ở phíabên dưới. Bên trong thiết bị có các vis tải để vận chuyển nguyên liệu. Nguyên liệuđược nạp liên tục vào thiết bị theo cửa (4) và được vis tải đưa xuống bên dưới tháp(2) để qua ống hình trụ nằm ngang (3) rồi theo tháp (1) đi lên phía trên. Cuối cùng,nguyên liệu được tháo ra ngoài thiết bị qua cửa (5). Dung môi sẽ được nạp vàothiêt bị qua cửa (6) trên tháp (1) và sẽ chuyển động đi xuống phía bên dưới, quaống hình trụ ngang (3) rồi theo tháp (2) đi lên, cuối cùng dịch trích được tháo rangoài qua cửa chắn (7). Như vậy, dòng nguyên liệu và dung môi chuyển độngngược chiều nhau. Trục vis trong thiết bị chuyển động xoay với tốc độ trung bình1vòng/phút.Hiện nay, thiết bị trích ly Hildebrandt được sử dụng để trích ly saccharose từ củcải đường và trích ly chất béo từ nguyên liệu thực vật giàu béo. Năng suất thiết bịcó thể lên đến 40 tấn nguyên liệu/giờ.61.3.4.Thiết bị trích ly sử dụng CO2 siêu tới hạnHình 1.6: Sơ đồ hệ thồng trích ly sử dụng CO2 siêu tới hạn.Hệ thống gồm có các bộ phận chính như sau: bình trích ly (1), bình phân riêngchất chiết và CO2 (2), thiết bị ngưng tụ CO 2 (3), thiết bị trao đổi nhiệt (4) và bơmCO2 (5). Đầu tiên, người ta sẽ cho nguyên liệu cần trích ly vào bình (1). Sau đó,nạp CO2 vào bình (1) để đuổi không khí trong bình (1) ra môi trường bên ngoài.Tiếp theo, CO2 được bơm (5) đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt (4) rồi đi vào bình tríchly (1). Người ta sẽ hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất trong bình (1) để CO 2 đạt đếntrạng thái siêu tới hạn. Khi kết thúc quá trình trích ly, hỗn hợp trong bình (1) sẽđược đưa qua bình phân riêng (2). Bằng cách thay đổi áp suất, người ta sẽ táchđược CO2 và chất chiết. Khi đó, CO 2 sẽ được đưa vào bình (3) và được làm lạnh đểtái sử dụng cho mẻ sản xuất tiếp theo, còn chất chiết sẽ được tháo ra khỏi bình (2)theo cửa đáy. Song song đó, người ta sẽ tháo bã nguyên liệu và vệ sinh bình trích ly(1) trước khi thực hiện mẻ trích ly tiếp theo.1.4.MỤC ĐÍCH, VÀ ỨNG DỤNG ( ĐỐI TƯỢNG, SẢN PHẨM TIÊUBIỂU)1.4.1. Mục đíchQuá trình trích ly được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm với 3mục đích chính:Khai thác (là mục đích chủ yếu): thu nhận các cấu tử cần thiết theo yêu cầucủa từng quá trình từ nguyên liệu.Ví dụ: Trích ly các nguyên liệu dạng rắn như hạt dầu; các nguyên liệu tinh dầu (lá, rễ, cây, hoa hoặc quả); Trích ly các loại củ ( củ cải đường); Trích ly chất đắng Trích ly caffeine từ trà và cà phê7Trích ly chất béo từ thực vật trong công nghệ sản xuất dầu béo, gan cáTrích ly chất màu từ quả sim, củ nghệ, củ dền, lá cẩm,…Trích ly mía ( một phần).Quá trình trích ly có thể phối hợp với các quá trình khác để nâng cao hiệu suấtthu sản phẩm như phối hợp quá trình ép + trích ly, trích ly + chưng cất,…- Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo:Ví dụ: Ngâm các loại hạt ( thóc, các loại đậu, ngô,…) trước khi chế biến; Ngâm các loại củ ( khoai, sắn,…) làm yếu các liên kết trong vật liệu; Trích ly một số chất độc từ nguyên liệu hòa vào dung môi ( như hòa tanHCN trong sắn, măng vào nước).- Thu nhận sản phẩm:Ví dụ: Tách penicillin từ dung dịch lên men; Sản xuất nước chấm bằng phương pháp ủ ẩm trích ly; Trích ly trong quá trình sản xuất cà phê hòa tan; Trích ly khi ngâm các loại quả; Trích ly các chất có hoạt tính sinh học khi ngâm các nguyên liệu thảomộc dùng làm thuốc bổ, thuốc chữa bệnh.1.4.2. Ứng dụngMột số ví dụ cho quá trình trích ly:Trích ly saccharoze trong công nghệ sản xuất đường từ củ cải đường.Trích ly các chất chiết từ trà, cafe hoà tanTrích ly dầu gấcTrích ly curcumin từ củ nghệ vàng: Hoạt chất Curcumin là chất có tácdụng sinh học rất quý có khả năng chữa các bệnh nan y ( chống oxy hóa,phòng và chống ung thư, chống viêm, chữa bệnh tim mạch, bệnh đáitháo đường, bảo vệ tế bào thần kinh,…)Trích ly chất màu từ phế liệu rau trái: Tách carotenoid trong phế liệu bãcà chua, bã xoài; tách flavonoid trong bã nho; tách chlorophy trong láxanh;… khi sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm màu chẳng những cảithiện được hình thức bên ngoài mà con tăng giá trị dinh dưỡng của thựcphẩm.Trích ly tinh dầu hoa nhài phục vụ cho kĩ thuật ướp chè,…1.5.CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH TRÍCHLY1.5.1. Biến đổi hóa líBiến đổi hóa lí đươc coi là biến đổi quan trọng nhất trong quá trình trích ly. Đólà sự hòa tan của các cấu tử từ nguyên liệu (pha rắn) vào dung môi( pha lỏng). Tùytheo tính chọn lọc của dung môi mà thành phần và hàm lượng các cấu tử hòa tanthu được trong dịch trích sẽ thay đổi. Thông thường cùng với các cấu tử cần thunhận thì dịch trích còn chứa một số cấu tử hòa tan khác.8Trong quá trình trích ly còn có thể xảy ra những biến đổi về pha khác như sựbay hơi, sự kết tủa… ví dụ trong sản xuất cà phê hòa tan, quá trình trích li có thểlàm tổn thất một số cấu tử hương có trong nguyên liệu. Điều này ảnh hưởng khôngtốt đến mùi của bột cà phê hòa tan. Hoặc trong sản xuất đường saccharoso một sốhợp chất keo bị kết tủa trong quá trình trích ly, tuy nhiên biến đổi này lại góp phầnlàm sạch dịch trích và giúp cho quá trình kết tinh saccharoso diễn ra dễ dàng hơn.1.5.2. Biến đổi vật líSự khuếch tán là biến đổi vật lí quan trọng trong quá trình trích ly. Các phân tửchất tan sẽ dịch chuyển từ tâm nguyên liệu đến vùng bề mặt và dịch chuyển từvùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi. Các phân tử dung môi sẽ khuếch tán từvùng bên ngoài nguyên liệu vào bên trong cấu trúc các mao dẫn của nguyên liệu.Sự khuếch tán sẽ giúp cho quá trình chiết rút các cấu tử cần trích ly từ nguyên liệuvào dung môi xảy ra nhanh và triệt để hơn. Động lực của sự khuếch tán là do sựchênh lệch nồng độ.1.5.3. Biến đổi hóa họcTrong quá trình trích ly có thể xảy ra các phản ứng hóa học giữa các cấu tửtrong nguyên liệu. Tốc độ của các phản ứng hóa học sẽ gia tăng khi chúng ta thựchiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao. Ví dụ trong quá trình trích ly glycerid đậunành, nếu sử dụng nhiệt đôh cao sẽ làm cho chất béo bị oxy hóa. Hiện tượng nàylàm cho dịch trích chưa nhiều tạp chất và gây khó khăn cho quá trình tinh sach tiếptheo.1.5.4. Biến đổi hóa sinh và sinh họcKhi sử dụng dung môi là nước và thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt đô phòngthì một số biến đổi hóa sinh và sinh học cũng có thể xảy ra. Các enzyme trongnguyên liệu sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa những cơ chất có nguồn gốc từnguyên liệu. Hệ vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ phát triển. Tuy nhiên nếu chúng tathực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao thì các biến đổi hóa sinh và sinh học xảyra không đáng kể. Tóm lại trong quá trình trích ly có thể xảy ra nhiều biến đổi khácnhau. Tùy thuộc vào phương pháp trích ly và các thông số công nghệ mà mức độcủa các biến đổi sẽ thay đổi1.6.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNGHàm mục tiêu của quá trình trích ly là hiệu suất thu hồỉ cấu tử cần chiết tách.Đó là tỷ lệ giữa hàm lượng cấu tử trong dung dịch trích so với hàm lượng của nótrong nguyên liệu đem trích ly. Giá trị hiệu suất thu hồí cấu tử càng cao thì việcthực hiện quá trình trích ly sẽ đạt hiệu quả kinh tế càng cao. Cần lưu ý là trong mộtsố trường hợp, cấu tử cần thu nhận không phải là một chất mà là một hỗn hợp gồmnhiều hợp chất hóa học khác nhau có trong nguyên liệu đem trích ly. Các yếu tốảnh hưỡng đến quá trình trích ly bao gồm:Kích thước của nguyên liệu: kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì diện tíchbề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn. Do đó, việc tríchly các cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ trở nên dễ dàng hơn. Tuynhiên, nếu kích thước của nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho quá trình9-----nghiền xé nguyên liệu sẽ gia tăng. Ngoài ra, việc phân riêng pha lỏng và pharắn khi kết thúc quá trình trích ly sẽ trở nên khó khăn hơn. Bằng phươngpháp thực nghiệm, các nhà sản xsuất cần xác định kích thước phù hợp ứngvới từng loại nguyên liệu đem trích ly.Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi: với cùng một lượng nguyênliệu, nếu ta tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo.Đó là do sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu vàtrong dung môi sẽ càng lởn. Tuy nhiên, nếu lượng dung môi sử dụng quálớn thì sẽ làm loãng dịch trích. Khi đó, các nhà sản xuết phải thực hiện quátrình cô đặc hoặc xử lý dịch trích bằng phương pháp khác để tách bớt dungmôi. Như vậy, chúng ta cần xác định tỷ lệ phù hợp giữa khối lượng nguyênliệu và dung môi. Ví dụ như trong công nghệ sản xuất thức uống từ thảomộc, tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môí (nước) thường daođộng trong khoảng 1/6-1/10.Nhiệt độ trích ly: khi tăng nhiệt độ, các cấu tử sẽ chuyển động nhanh hơn,do đó sự hòa tan và khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽđược tăng cường. Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung môi sẽgiảm, dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếpxúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn. Tuy nhiên, việc tăngnhiệt độ trích ly sẽ làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình, đồng thời cóthể xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn trong dịch trích vàsự tổn thất các cấu tử hương sẽ gia tăng. Do đó, các nhà sản xuất cần chọnnhiệt độ trích ly tôi ưu tùy theo từng trường hợp cụ thể. Ví dụ như trongcông nghệ sản xuất saccharose từ củ cải đường, nhiệt độ trích ly thường daođộng trong khoảng 55-85°C. Còn trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, quátrình trích ly được thực hiện ở 70-90°C (Brennan và cộng sự, 1990).Thời gian trích ly: khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiếtsẽ gia tăng. Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồichất chiết sẽ khồng tăng thêm đáng kể. Các nhà sản xuất cần xác định thờigian tối ưu cho quá trình trích ly bằng phương pháp thực nghiệm.Tốc độ của dòng dung môi chảy qua lớp nguyên liệu trong thiết bị trích ly:nếu dòng dung môi được bơm với tốc độ cao vào thiết bị chứa nguyên liệucần trích ly thì sẽ làm giảm đi kích thước lớp biên bao bọc xung quanhnguyên liệu, đây là nơi tập trung các cấu tử hòa tan. Do đó, tốc độ trích lycác cấu tử từ nguyên liệu sẽ gia tăng. Tùy thuộc vào hình dạng thiết bị, kíchthước của lớp nguyên liệu trong thiết bị mà tốc độ dòng dung môi bơm vàothiết bị sẽ được lựa chọn sao cho thời gian trích ly là ngắn nhất và hiệu suấthồi chất chiết là cao nhất.Áp suất: trong phương pháp trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, áp suất vànhiệt độ là hai yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất thu hồi chất chiết.Thông thường, khi tăng áp suất và nhiệt độ thì quá trình trích ly diễn ra càng10nhanh và hiệu suất trích ly sẽ tăng theo. Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ làmtàng chi phí vận hành và giá thành thiết bị cũng tăng cao.2. CHƯNG CẤT2.1.BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNHChưng cất là một trong những quá trình được áp dụng từ lâu đời và đã đượcnghiên cứu rất kĩ lưỡng. Nó được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm,sinh học và hóa chất để chế biến rượu, cồn, tinh dầu, dầu thực vật, điều chế oxi, lọcdầu….Chưng cất là quá trình dùng nhiệt tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêngbiệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp (▲t 0 sôi )bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi và ngưng tụ, trong đó vật chấtđi từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại.Khi chưng cất ta thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì talấy bấy nhiêu. Muốn có quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao thì ta phải hiểu tínhchất của hỗn hợp lỏng sẽ đem chưng cất. Hỗn hợp lỏng rất đa dạng, ở đây ta đề cậpđến các hỗn hợp lỏng hai thành phần vì chúng là những đối tượng của quá trìnhchưng cất gặp rất nhiều trong thực tế.Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ítcác cấu tử có độ bay hơi béSản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ítVí dụ: hệ benzen và cloroform thì:Sản phẩm đỉnh chủ yếu là benzenSản phẩm đáy chủ yếu là cloroformHình 2.1: Thiết bị chưng cất tinh dầu.11Hình 2.2: Máy chưng cất nhiều cột quy mô công nhiệp.122.2.MỤC ĐÍCH• Mục đích chuẩn••••bị: thô chế,làm sạch các tạp chất thôVí dụ:Các chất keo, nhựa, bẩn…trong quy trình sản xuất rượu hoặc thôchế các nguyên liệu có tinh dầu.Quá trình chưng cất có mục đích công nghệ chủ yếu khai thác để tách vànâng cao nồng độ của một cấu tử nào đó trong hỗn hợp.Ví dụ:Trong sản xuất ethanol, dịch sau khi lên men có nồng độ ethanoltương đối thấp ( tùy thuộc vào chủng nấm men và thông số kĩ thuậtcũng như phương pháp lên men, nồng độ ethanol có thể đạt giá trị khácnhau,nhưng thường không vượt quá 20% v/v). Do đó để thu hồiethanol có nồng độ cao, người ta thực hiện quá trình chưng cất.Tương tự, trong sản xuất các loại rượu cao độ như whisky haycognac, để nâng cao nồng độ ethanol đạt giá trị như mong muốn, quátrình chưng cất được áp dụng.Mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, đó là quá trình tinh chế cồn, tinhchế các loại tinh dầu có giá trị kinh tế cao.Ví dụ:Thu hồi các tinh dầu từ các nguồn thực vật khác nhau như: tinh dầubưởi, tinh dầu hoa hồng….Ngoài ra quá trình chưng cất có mục đích hoàn thiện sản phẩmVí dụ:Trong sản xuất ethanol,dịch lên men chứa khá nhiều các tạp chất dễbay hơi như aldehyde,ketone, rượu bậc cao, acid hữu cơ….chúng làsản phẩm phụ của quá trình lên men. Trong quá trình chưng cất, ngườita sẽ tách các tạp chất này để làm tăng độ tinh sạch của ethanol thànhphẩmTrong sản ta thường gặp các phương pháp chưng sau: Chưng đơn giản: dùng để tách hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơirất khác nhau. Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làmsạch cấu tử khỏi tạp chất. Chưng cất đơn giản có hồi lưu:trong phương pháp này, sản phẩm đỉnhđược hồi lưu một phần về thùng nguyên liệu nhằm nâng cao hiệu suấtthu hồi cũng như độ tinh sạch của sản phẩm. Chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước: mục đích là để chưng cất lôi cuốntinh dầu hoặc các hợp chất tạo hương từ rau quả, trái cây…hoặc dùngđể chưng cất hai chất lỏng không hòa tan vào nhau. Nếu các cấu tử cầnthu hồi có nhiệt độ hóa hơi cao hoặc nhạy cảm với nhiệt độ, quá trìnhđược thực hiện ở điều kiện chân không. Chưng cất phân đoạn bằng hệ thống chưng cất liên tục132.3.PHẠM VI SỬ DỤNG- Quá trình chưng được ứng dụng để sản xuất rượu từ những thế kỉ trước.- Hiện nay, nó được sử dụng để tách các hỗn hợp:+ Dầu mỏ, tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng. Hiệu suất 3 tỷ tấn/ năm+ Sản xuất nito và oxy bằng cách hóa lỏng không khí và chưng.+ Tách các chất hữu cơ từ hợp chất như metanol, etylen, propylen,butadien…- Ưu nhược điểm của phương pháp chưng cất:+ Ưu điểm:• Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản• Thiết bị gọn, dễ chế tạo• Không đòi hỏi vật liệu phụ như tấm trích, hấp thụ.• Thời gian chưng cất tương đối nhanh.+ Nhược điểm:• Không hiệu quả đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầuthấp.• Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có nhữngcấu tử dễ phân hủy• Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu• Trong nước chưng luôn luôn còn một lượng tinh dầu tương đối lớn• Hiệu suất kém với những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao- Ứng dụng quá trình chưng trong một sản phẩm cụ thế: Sản xuất tinh dầu từ vỏquấtĐây là phương pháp đầu tiên được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệuthực vật. Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốntheo hơi nước của chất hữu cơ trong tinh dầu khi các mô tiếp xúc ở nhiệt độ cao.Cơ sở của phương pháp này là nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôicủa cấu tử thành phần. Do đó , khi chưng cất hơi nước các thành phần cấu tử tinhdầu sẽ được tách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chếsựu biến tính hóa học ( sự oxy hóa, nhiệt phân….) các cấu tử tinh dầu. Trong quátrình chứng cất hơi nước sẽ thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan,khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu. Dịchchưng cất sẽ được ngưng tụ và phân tách thành hai lớp ( lớp tinh dầu bên trên vàlớp nước bên dưới) trong hệ thống ngưng tụ. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bàochứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trongmột thời gian nhất định. Trường hợp các mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi(như sáp, nhựa, acid béo dây dài mạch thẳng) thì quá trình chưng cất phải đượcthực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suaasrt chungcủa hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn.- Các dạng chưng cất tinh dầu- Ưu và nhược điểm+ Chưng cất bằng nước ( water distillation):• Ưu điểm: Đơn giản, thiết bị rẻ tiền và dễ chế tạo.• Nhược điểm: Hiệu suất thấp14Chất lượng tinh dầu không caoKhó điều chỉnh thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưngcất+ Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng ( Water and SteamDistillation):• Ưu điểm: Nguyên liệu ít bị cháy khét• Nhược điểm: Hiệu suất thấp Khó điều chỉnh thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưngcất Chỉ thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịu được nhiệtđộ cao.+ Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng (Steam Distillation)• Ưu điểm: Cùng lúc có thể thực hiện được cho nhiều thiết bị chưng cất Điều kiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn Dễ cơ khí hóa và tự động hóa các công đoạn sản xuất Khống chế tốt hơn các thông số công nghệ, rút ngắn thời gian sảnxuất Khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê, khét và có thểdùng hơi quá nhiệt để chưng cất theo yêu cầu công nghệ.• Nhược điểm: Thiết bị phức tạp và đắt tiềnQuy trình sản xuất:-Vỏ quả đã xửTinh dầu quảlýXay với tỉ lệ 3/1(v/w) nước NaClNgưng tụPhân lyChưng cấtTinh dầu70'thôLắng, gạn10%Ngâm 3h-Làm khanChưng cất: Tiến hành chưng cất hỗn hợp nguyên liệu đã xử lý dưới áp suất khíquyển ( nhiệt độ dưới 100oC) trong 70’ để thu hồi tinh dầu152.4.VẬT LIỆU VÀ CÁC BIẾN ĐỔI CỦA VẬT LIỆU TRONG QUÁTRÌNH CHƯNG CẤTVật liệu và bán chế phẩm thực phẩm đưa vào quá trình chưng cất cóthể là một hỗn hợp nhiều cấu tử có nhiệt độ sôi khác nhau .Vật liệu đưa vào chưng cất có thể là hỗn hợp rắn hoặc lỏng:• Lỏng :rượu nồng độ thấp• Rắn-lỏng: dịch dấm chín ,nguyên liệu trích ly tinh dầu• Lỏng –lỏng :hỗn hợp tinh dầu (là đối tượng chưng cất tinh chế),hỗnhợp lỏng –lỏng của thực phẩm là dạng dung dịch thực có mức độ hòatan khác nhau.Chúng có thể hòa tan vào nhau theo bất kì tỉ lệ nào.Chất lỏng hoàn toàn không hòa tan vào nhau hoặc hòa tan rất ít như cácloại dầu hay các loại tinh dầu trong nước .Biến đổi của vật liệu trong quá trình chưng cất• Các biến đổi chính trong quá trình chưng cất chủ yếu là sự thay đổi vềpha diễn ra trong suốt quá trình chưng cất.Kèm theo sự thay đổi về phasự thay đổi về thành phần hóa học trong hai pha lỏng và khí diễn raliên tục theo hai khuynh hướng sau:• Trong pha lỏng càng lúc càng giàu các cấu tử bay hơi ,trong pha khícàng lúc càng giàu cấu tử dễ bay hơi .• Biến đổi hóa lí ,tỷ trọng ,độ nhớt,khả năng truyền nhiệt và các tínhchất về nhiệt động lực học• Biến đổi cấu trúc và thành phần hóa học ,độ tinh khiết tăng ,tách đượctạp chất• Biến đổi về cảm quan màu sắc ,trạng thái sản phẩm đồng nhất và dễchịu hơn.Như vậy trong quá trình chưng cất các cấu tử được đun đến nhiệt độ sôi,chúng bay hơi ,sau đó ngưng tụ ta nhận được chất lỏng ở các nhiệt độ khácnhau.Ta đã tách hỗn hợp ra nhiều cấu tử riêng biệt hoặc các tập hợp một sốcác cấu tử .bản thân chúng đã có biến đổi về trạng thái từ lỏng sang hơi – vàsau thành lỏng ,có sự thay đổi pha ,thay đổi cấu trúc và tăng khả năng bayhơi.-CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNGQuá trình chưng cất chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:Nguyên liệu: Trong quá trình chưng cất nồng độ của các cấu tử trong hỗnhợp ban đầu là yếu tố quan trọng. Nồng độ các cấu tử cần tinh sạch càngthấp, quá trình chưng cất sẽ càng phức tạp, năng lượng càng lớn.Sự chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các cấu tử: Sự chênh lệch nhiệt độ sôi giữacác cấu tử càng lớn thì quá trình chưng cất thực hiện càng dễ dàngCác tính chất về nhiệt động của nguyên liệu: độ nhớt nhiệt dung riêng, khảnăng dẫn điện, nhiệt hóa hơi… đều ảnh hưởng đến quá trình chưng cất.2.5.16Các thông số về công nghệ như nhiệt độ, áp suất…: tùy theo phương phápthực hiện quá trình chưng cất mà các thông số công nghệ được trình bàytrong phần thiết bị và phương pháp thực hiện tiếp theo.2.6.PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ CHƯNG CẤTPhân loại theo áp suất làm việc:• Chưng cất áp suất thấp• Chưng cất áp suất thường• Chưng cất áp suất caoPhân loại theo nguyên lý làm việc• Chưng cất đơn giản• Chưng cất phức tạp Chưng cất có hồi lưu Chưng cất bằng hơi nước Chưng luyện Chưng cất chân không Các phương pháp chưng cất khác2.6.1. Phương pháp chưng cất đơn giảnDùng để chưng cất hỗn hợp gồm các cấu tử dễ bay hơi có lẫn tạp chất khóbay hơi, khi không đòi hỏi có độ tinh khiết cao (thô chế), tách sơ bộ hỗn hợpnhiều cấu tử chính hoặc tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.Trong công nghệ chế biến thực phẩm, phương pháp này thường được ứngdụng để sản xuất tinh dầu thô từ thực vật hoặc chưng cất các loại rượu thủcông bằng thiết bị chưng cất đơn giản.Phương pháp chưng cất này thường được thực hiện ở nhiệt độ thường.Nguyên liệu được cho vào nồi chưng. Ở đây hỗn hợp được gia nhiệt đếnnhiệt độ bay hơi. Bộ phận đun nóng có thể trực tiếp bằng củi, than, gas hoặcgián tiếp trong các bộ phận tryền nhiệt. Hơi bay lên được đưa vào thiết bịngưng tụ thường là những ống ruột gà, nước làm nguội đi bên ngoài ống.Sản phẩm ngưng tụ (sản phẩm đỉnh) được đưa về thùng chứa. Sau khi kếtthúc mẻ chưng cất, bã và chất lỏng khó bay hơi được tháo ra ngoài ở đáy.Ưu điểm:• Dễ thực hiện• Thiết bị đơn giảnNhược điểm• Hiệu suất không cao• Chất lượng sản phẩm không ổn định-17Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống chưng cất đơn giản.2.6.2. Phương pháp chưng cất phức tạp2.6.2.1.Chưng cất hồi lưuĐể nâng cao khả năng phân chia của hỗn hợp lỏng, người ta lấy sản phẩm đỉnhsau khi ngưng tụ cho quay một phần trở về thiết bị chưng. Nhờ sự tiếp xúc thêmmột lần nữa giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp nhờ Sđó mà làm giàuthêm cấu tử nhẹ. Nâng cao khả năng phân chia của hỗn hợp, độ tinh sạch và tănghiệu suất thu hồi.Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống chưng cất có hồi lưu.2.6.2.2.Phương pháp chưng cất bằng hơi nước trực tiếpPhương pháp này thường được ứng dụng để chưng cất lôi cuốn tinh dầu hoặchợp chất tạo hương từ nguyên liệu là rau quả, trái cây,…hoặc dùng chưng cất haichất lỏng hòa tan vào nhau, ví dụ dung dịch cồn và nước.Phun hơi nước trực tiếp qua lớp chất lỏng hoặc vật liệu rắn, hơi nước có thể bãohòa hoặc quá nhiệt. trong quá trình tiếp xúc giữa hơi nước và chất lỏng ,các cấu tửcần tách khếch tán vào hơi nước. hỗn hợp hơi nước và cấu tử bay hơi đó đượcngưng tụ tách thành sản phẩm.18Ưu điểm của phương pháp chưng cất ằng hơi nước trực tiếp là giảm nhiều nhiệtđộ sôi của hỗn hợp nghĩa là chúng ta có thể chưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôibình thường.Phương pháp này có lợi đối với những chất dễ tách ở nhiệt độ cao và nhữngchất nhiệt độ sôi quá cao mà khi chưng cất gián tiếp đòi hỏi dùng hơi áp suất cao.Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước.2.6.2.3.Chưng luyệnĐể thu được sản phẩm tinh khiết ta tiến hành chưng luyện nhiều lần.Tháp chưng luyện có nhiều đĩa, mỗi đĩa của tháp ứng với một nồi chưng. Hơinước đi từ dưới lên qua các lỗ của đĩa. Chất lỏng chảy từ trên xuống theo các ốngchảy chuyền. Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi cũng thayđổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ. Trên đĩa 1 chất lỏng chứa cấu tử dễ bay hơicó nồng độ x1, bốc hơi lên từ đĩa 1 có nồng độ cân bằng với x1 là y1, trong đóx1x1. Hơi bốc lên đĩa 2có nồng độ cân bằng tương ứng với x2 là y2, trong đó x2x2……Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi. Do đó mộtphần cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi, một phần ít hơn chuyển từpha hơi vào pha lỏng. Lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế, cuối cùng ởtrên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi có ít tạp chất và ở đáy tháp thu đượccấu tử khó bay hơi ở dạng nguyên chất. Theo lý thuyết mỗi đĩa của tháp là một bậcthay đổi nồng độ, số đĩa của tháp là số bậc thay đổi nồng độ.Quá trình chưng luyện có thể thực hiện ở áp suất thường, áp suất cao hoặc ápsuất chân không. Có thể làm việc gián đạn, bán liên tục hoặc liên tục.19Hình 2.6: Sơ đồ thiết bị chưng luyện liên tụcHình 2.7: Sơ đồ hệ thống chưng luyện gián đoạn.Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống chưng luyện bán liên tục.20Chưng cất chân khôngDùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử. Ví dụ trường hợpcấu tử dễ phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.Chưng cất chân không thường được sử dụng trong công nghiệp lọc dầu để chếbiến phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển. Tháp chưng cất chân khôngchưng cất phần cặn với áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển, cho phép tách thêmphần cặn dầu mỏ.2.6.2.4.Hình 2.9: Sơ đồ thiết bị chưng cất trong tháp chân không.2.6.2.5.Các phương pháp chưng cất khác Chưng luyện nhiều cấu tửSơ đồ chưng luyện nhiều cấu tử có thể biểu thị bằng nhiều cách. Ví dụtrường hợp 3 cấu tử A, B và C trong đó có độ bay hơi tương đối của chúng làαA > Αb > αC. Ta có thể có 2 cách lắp sơ đồ chưng như sau:Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống chưng luyện hỗn hợp ba cấu tử.21Muốn tách hỗn hợp gồm n cấu tử thì phải có n-1 tháp chưng luyện. Trongthực tế có khi người ta cấu tạo một tháp gồm nhiều tháp chồng lên nhau, vì vậytrong một tháp ta thu được nhiều loại sản phẩm. Chưng luyện trích ly và đẳng phíĐối với hỗn hợp gồm các cấu tử có nhiệt độ sôi giống nhau hoặc ra gầnnhau hay các cấu tử tạo thành dung dịch đẳng phí , chúng ta khoog thể sử dụngphương pháp chưng luyện thông thường như trên để tách các cấu tử về dạngnguyên chất được cho dù dùng tháp vô cùng cao với lưu lượng lớn. Để tách hỗnhợp đó ta phải sử dụng phương pháp đặc biệt, thường sử dụng phương phápchưng luyện trích ly và chưng luyện đẳng phí. Chưng luyện trích lyDựa trên cơ sở thêm một cấu tử mới vào hỗn hợp ở đĩa trên cùng của tháp,cấu tử đó gọi là cấu tử phân ly có độ bay hơi bé, nó có tác dụng làm thay đổi độbay hơi của các cấu tử khác trong hỗn hợp. Ta phải chọn cấu tử phân ly làm saođể khi thêm vào hỗn hợp cần chưng thì nó làm tăng độ bay hơi cấu tử trong hỗnhợp.Nếu hỗn hợp tạo thành dung dịch đẳng phí, điểm đẳng phí đó sẽ mất khithêm một cấu tử phân ly vào.Ví dụ: ta có cấu tử A và B có nhiệt độ sôi gần nhau, cấu tử phân ly là R.Trong trường A và B tạo thành dung dịch đẳng phí thì đẳng phí đố cũng mất đitrong hỗn hợp ABR và cho ta khả năng tách A( cấu tử dễ bay hơi) ở dạngnguyên chất, sản phẩm đáy là BR. R và B có nhiệt độ bay hơi cách xa nhau nênta sử dụng phương pháp chưng cất thông thường. Quá trình gần giống như tríchly: cấu tử R kéo cấu tử B đi và giải phóng cấu tử A. Vì thế nên ta goi quá trìnhnày là chưng luyện trích ly.Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống chưng luyện trích ly. Chưng luyện đẳng phí22Phương pháp này dựa trên nguyên tắc thêm vào hỗn hợp cấu tử trích ly,khác với chưng luyện trích ly là cấu tử trích ly phải có độ bay hơi lớn hơn độbay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp. Tác dụng như chưng luyện trích ly, nghĩalà làm thay đổi độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp, thêm vào đónó tạo thành với cấu tử dễ bay hơi (hay cả hai cấu tử) dung dịch đẳng phí có độbay hơi lớn. như vậy kết quả là sản phẩm đỉnh là hỗn hợp đẳng phí, sản phẩmđáy là cấu tử nguyên chất.Phương pháp này tiện lợi và tiết kiệm hơn trong trường hợp cấu tử trích lykhông tan vào cấu tử dễ bay hơi. Ví dụ sơ đồ chưng luyện đẳng phí cấu tử A, B,cấu tử phân ly S trong đó cấu tử A có độ bay hơi lớn.Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống chưng luyện đẳng phí.23TÀI LIỆU THAM KHẢO:Công nghệ chế biến thực phẩm- Lê Văn Việt MẫnCác quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm - Tập 4 –Nguyễn Bin24

Tài liệu liên quan

• So sánh ưu điểm kinh tế các quá trình trích ly H3PO4 (DH; HH; HDH) và việc tận dụng photphogip (PG).
  • 56
  • 477
  • 0
• TẬN DỤNG PHẾ PHẨM KHÓM CẦU ĐÚC (HẬU GIANG) CHO QUÁ TRÌNH TRÍCH LY ENZYME BROMELAIN pptx
  • 9
  • 436
  • 3
• PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH TRÍCH LY DẦU TỪ HẠT JATROPHA CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ DIC pptx
  • 7
  • 470
  • 1
• tiểu luận tìm hiểu công thức toán học sử dụng trong quá trình trích ly
  • 20
  • 1
  • 0
• QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH VẬT LÝ - Chương 2 : ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHỆ LỌC DẦU doc
  • 28
  • 749
  • 3
• Nghiên cứu một số thông số công nghệ cơ bản ảnh hưởng đến quá trình trích ly chè đen
  • 65
  • 386
  • 0
• P p tối ưu HOÁ QUÁ TRÌNH TRÍCH LY có hỗ TRỢ SÓNG SIÊU âm nấm LINH CHI đỏ
  • 30
  • 492
  • 0
• Nghiên cứu chế biến đa dạng các sản phẩm từ Khóm Cầu Đúc Hậu Giang và tận dụng phế liệu cho quá trình trích Ly Enzyme Bromelin
  • 297
  • 786
  • 5
• bài giảng về công thức toán học sử dụng trong quá trình trích ly
  • 18
  • 577
  • 0
• Khảo sát sự thay đổi hàm lượng chất gây đắng naringin trong quá trình trích ly tinh dầu bưởi
  • 53
  • 667
  • 0

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(2.47 MB - 24 trang) - quá trình trích ly Tải bản đầy đủ ngay ×