Nguyên lý chưng cất và tháp chưng cất

Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ.

Chưng cất là một phương pháp tách dùng nhiệt để tách hỗn hợp đồng thể (dung dịch) của các chất lỏng khác nhau. Chất rắn hòa tan, thí dụ như các loại muối, được tách ra khỏi chất lỏng bằng cách kết tinh. Dung dịch muối có thể làm cô đặc bằng cách cho bay hơi. Khi sản phẩm mong muốn chính là hơi bốc lên, thí dụ như khi khử muối ra khỏi nước biển, thì người ta cũng gọi đó là chưng cất, mặc dầu điều này chính xác ra là không đúng. Một khả năng khác để tách dung dịch là đông tụ. Trong các ngôn ngữ châu Âu, từ chưng cất bắt nguồn từ tiếng La tinh destillare có nghĩa là nhỏ giọt xuống.

Chưng cất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham gia. Người ta cũng nói là các chất lỏng có áp suất hơi khác nhau tại cùng một nhiệt độ. Nếu đưa năng lượng vào hệ thống, vì có áp suất hơi khác nhau, chất có áp suất hơi cao hơn (nhiệt độ sôi thấp hơn) bốc hơi nhiều hơn các chất khác. Vì thế mà nồng độ của chất có nhiệt độ sôi thấp hơn trong phần cất cao hơn là ở trong hỗn hợp ban đầu.

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà, các ngành công nghiệp cần rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao. Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ.

Ta có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi một hỗn hợp, và chưng cất liên tục, như trong các tháp chưng cất trong công nghiệp.

Chưng cất phân đoạn

Chưng cất phân đoạn được dùng để có được một độ tinh khiết cao của phần cất hay để chưng cất nhiều chất khác nhau từ một hỗn hợp. Nếu nhiệt độ sôi gần nhau có thể chưng cất dưới áp suất thấp hơn để cải thiện bước tách vì như thế nhiệt độ sôi sẽ nằm xa nhau hơn.

Chưng cất lôi cuốn

Chưng cất thật ra chỉ cần thiết khi các chất lỏng cần phải tách hòa tan với nhau thí dụ như dung dịch cồn và nước. Nếu hỗn hợp là của những chất không hòa tan vào nhau, thí dụ như nước và dầu thì lệ thường là có thể tách các chất lỏng bằng cách lắng và gạn đi.

Khi khai thác tinh dầu chỉ có trong cây cỏ ở nồng độ thấp như cây oải hương (Lavandula angustifolia) hay cây cúc Đức (Matricaria recutita) người ta cho thêm một ít nước vào cây cỏ đã được cắt nhỏ và đun nóng (chưng cách thủy). Nhờ có một phần nước nên nhiệt độ được giữ cố định ở nhiệt độ sôi một thời gian, cũng có thể dùng áp suất cao để nâng nhiệt độ lên quá 100°C. Hơi dầu đi cùng với hơi nước vào bộ ngưng tụ và ngưng tụ lại. Hỗn hợp dầu-nước sau đó có thể tách bằng cách lắng gạn đi. Hơi nước cuốn theo một thành phần khác thật ra là không tan đi theo. Nếu không có nước thì nhiệt độ sẽ tăng cao đến mức dầu có thể bị phân hủy.

Trong nhiều trường hợp có một tỷ lệ nhất định của hỗn hợp hai chất lỏng mà không thể tiếp tục tách bằng phương pháp chưng cất được nữa. Các hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp đẳng phí. Nếu muốn tăng nồng độ của cồn phải dùng đến các phương pháp tinh cất đặc biệt khác.

Các loại tháp chưng cất sử dụng trong công nghiệp:

-Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới

-Tháp chưng cất dùng mâm chóp

-Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm )

Nhận xét về ưu khuyết điểm của từng loại tháp :

- Tháp mâm xuyên lỗ

Ưu điểm : chế tạo đơn giản , vệ sinh dễ dàng , trở lực thấp hơn tháp chóp , ít tốn kim loại hơn tháp chóp

Nhược điểm : yêu cầu lắp đặt cao : mâm lắp phải rất phẳng , đối với những tháp có đường kính quá lớn (>2.4m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm

- Tháp chóp

Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn

Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn

- Tháp đệm :

Ưu điểm : chế tạo đơn giản , trở lực thấp

Nhược điểm : hiệu suất thấp , kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều , sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng mâm một cách rõ ràng , tháp chêm khó chế tạo được kích thước lớn ở qui mô công nghiệp.

Lắp đặt tháp chưng cất dầu thô của nhà máy lọc dầu

Mô hình tháp chưng cất

Tháp chưng cất

Cấu trúc dàn chưng

Nguyên lý cơ bản

Mâm lỗ tháp chưng

Vòng đệm tăng hiệu quả quá trình truyền khối

 Với năng lực về Thiết kế chế tạo Dây chuyền thiết bị quá trình công nghệ Hóa học, Thực phẩm, Sinh học, Hệ thống tự động hóa đo lường điều khiển hiện đại PLC của hãng Allen Bradley, Phần mềm Rockwell Automation. CTCP GIẢI PHÁP CÔNG NGHIỆP sẵn sàng tư vấn, cung cấp cho khách hàng dây chuyền thiết bị đồng bộ, hiệu quả giá cả cạnh tranh so với nhập khẩu từ nước ngoài.