Nguyên lý chưng cất rượu

1. Khái niệm

Chưng cất là một phương pháp tách dùng nhiệt để tách hỗn hợp đồng thể (dung dịch) của các chất lỏng khác nhau dựa vào độ bay hơi của chúng ( hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất).

Chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, khác với cô đặc, là quá trình trong đó chỉ có dung môi bay hơi. Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé (nhiệt độ sôi lớn). Ví dụ, đối với hệ nước – acid acetic sản phẩm đỉnh là nước, sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid acetic và một ít nước.   

2. Cơ sở khoa học của nguyên lý chưng cất rượu

Do các chất lỏng có áp suất hơi khác nhau tại cùng một nhiệt độ nên quá trình chưng cất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham gia. Vì có áp suất hơi khác nhau nên khi đưa năng lượng vào hệ thống, chất có áp suất hơi cao hơn (hay nhiệt độ sôi thấp hơn) bốc hơi nhiều hơn các chất khác, vì thế mà trong quá trình chưng cất, nồng độ chất có nhiệt độ sôi thấp hơn trong phần cất cao hơn là trong hỗn hợp ban đầu.

(Ảnh tháp chưng cất)  

 3. Phân loại   

Phân loại theo quá trình chưng cất  

- Chưng cất phân đoạn: Mục đích: 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 Có thể chưng cất dưới áp suất thấp hơn để cải thiện bước tách nếu nhiệt độ sôi gần nhau vì như thế nhiệt độ sôi sẽ nằm xa nhau hơn.  

- Chưng cất lôi cuốn: Mục đích: được dùng 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, người ta cho thêm một ít nước vào cây cỏ đã được cắt nhỏ và đun nóng 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.  

Phân loại các phương pháp chưng cất  

Phân loại theo nguyên lý làm việc:  

- Chưng cất đơn giản: dùng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có độ bay hơi khác nhau. Phương pháp này thường dung để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất  

(Ảnh minh họa: www.xuyena.vn)  

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước.  

- Chưng chân không: dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử. Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao  

Phân loại theo áp suất làm việc:  

- Áp suất thấp

- Áp suất thường

- Áp suất cao  

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:  

- Cấp nhiệt trực tiếp

- Cấp nhiệt gián tiếp  

4. Một số thiết bị chưng cất  

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

- Tháp chưng cất dùng mâm chóp

- Tháp đệm.  

5. Một số yêu cầu đối với các loại tháp chưng cất  

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia. Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và hình dạng, các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hóa dầu. Kích thước của tháp ( đường kính và chiều cao của tháp ) tùy thuộc vào suất lượng pha lỏng, pha khí và độ tinh khiết của sản phẩm.