Tháp đệm chưng cất là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp đệm chưng cất

Tháp đệm chưng cất là gì, có cậu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào. Hãy cùng LALIFA vào bài viết tìm hiểu nhé!

Tháp chưng cất Rượu, tinh dầu đang được kinh doanh tại LALIFA:

xem tất cả

10%

Nồi chưng cất tinh dầu 2500 lít điện 3 pha thiết kế hộp số xoay nghiêng nồi cấp nước tự động

0 đánh giá

209,000,000 đ

188,000,000 đ

Còn hàng

Thêm giỏ hàng

2%

Nồi chưng cất tinh dầu 2000 lít - Sản xuất tinh dầu kiếm bội tiền

0 đánh giá

138,000,000 đ

135,000,000 đ

Còn hàng

Thêm giỏ hàng

10%

Nồi chưng cất tinh dầu 1500 lít điện 3 pha thiết kế hộp số xoay nghiêng nồi cấp nước tự động

0 đánh giá

128,000,000 đ

115,000,000 đ

Còn hàng

Thêm giỏ hàng

6%

Nồi chưng cất tinh dầu 1000 lít điện 3 pha thiết kế hộp số xoay nghiêng nồi cấp nước tự động

0 đánh giá

96,000,000 đ

90,000,000 đ

Còn hàng

Thêm giỏ hàng

9%

Nồi chưng cất tinh dầu 1000L thiết kế kiểu mới inox 304 Cao Cấp

0 đánh giá

88,000,000 đ

80,000,000 đ

Còn hàng

Thêm giỏ hàng

I. Tháp chưng cất là gì? Tháp đệm chưng cất là gì?

1. Tháp chưng cất

Tháp chưng cất là một hệ thống gồm nhiều đĩa, mỗi đĩa của tháp ứng với một nồi chưng trong quá trình chưng cất. Bộ phận đun nóng ở dưới đáy. Hơi đi từ dưới qua các lỗ của đĩa. Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chuyền. Nồng độ các cấu tử sẽ thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng. 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)

2. Tháp đệm chưng cất là gì?

Tháp đệm hay còn gọi là tháp chêm, trong tháp đệm chất lỏng chảy từ trên xuống theo bề mặt đệm và khí đi từ dưới lên phân tán đều trong chất lỏng do đó bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm. Tháp có dạng hình trụ, bên trong đổ đầy đệm. Các loại đệm phổ biến bao gồm:

• Đệm vòng kích thước từ 10 – 100mm
• Đệm hạt kích thước từ 20 – 100mm
• Đệm xoắn đường kính dây cỡ 0,3 đến 1mm, đường kính vòng xoắn cỡ 3 đến 8mm chiều dài dây không quá 25m

Thay vì sử dụng các mâm, tháp đệm sử dụng các loại vật liệu đệm khác nhau. Đối với tháp đệm, khả năng tiếp xúc pha lỏng - hơi đạt được rất cao.

Tháp đệm sử dụng phổ biến trong chưng luyện để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào. Đặc biệt là đối với hỗn hợp Rượu etylic - nước là hỗn hợp 2 cấu tử hòa tan hoàn toàn vào nhau và có nhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cùng điều kiện áp suất. Do đó phương pháp tối ưu để tách các hỗn hợp trên là chưng, ta nên dùng thiết bị chưng luyện loại tháp đệm. Sản phẩm đỉnh thu được gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần cấu tử có độ bay hơi thấp. Còn sản phẩm đáy thu được chủ yếu là cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi. 

Ngoài ra, tháp đệm chưng cất ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực: hấp thụ, chưng cất, trích ly lỏng lỏng…

II. Cấu tạo tháp đệm chưng cất

Tháp đệm (tháp chêm) có cấu tạo tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. Trong tháp đệm chất lỏng chảy từ trên xuống theo bề mặt đệm và khi đi từ dưới lên phân tán đều trong chất lỏng.

Vật đệm sử dụng gồm nhiều loại khá nhau, với các loại vật liệu khác nhau, nhưng phải có diện tích bề mặt riêng (m2/m3) lớn, ngoài ra độ rỗng hay thể tích tự do (m3/m3) lớn để giảm trở lực khí. Vật liệu phải có khối lượng riêng nhỏ và bền hóa học.

* * Phổ biến nhất là một số loại vật chêm sau:

• Vòng Raschig: sứ hoặc kim loại, nhựa.
• Vật chêm hình yên ngựa: sứ
• Vật chêm vòng xoắn
• Tính thuôn rất

* * Vật chêm cần được lựa chọn với điều kiện 

• Đủ độ bền cơ học để có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí. 
• Có tính chịu ăn mòn cao.
• Thấm ướt tốt chất lỏng.
• Trở lực thuỷ lực nhỏ, thể tích tự do lớn và diện tích bề mặt riêng lớn.
• Khối lượng riêng nhỏ (để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có klr nhỏ).
• Phân phối đều chất lỏng.
• Rẻ tiền, dễ kiếm, ổn định.
• Không tác dụng với dòng khí với dung dịch, không tương tác hóa học với môi trường.
• Ít độc hại với người.

III. Nguyên lý hoạt động tháp đệm chưng cất

Hỗn hợp cần chưng luyện (VD như dung dịch sau lên men hoặc dung dich cồn nồng độ thấp) được đưa vào phần giữa tháp. Những chất nặng (VD như nước) sẽ thu được ở đáy tháp. Đáy tháp luôn được đun sôi để những chất nhẹ (như cồn ethanol) sẽ bay hơi dần lên đỉnh tháp. Sau khi được ngưng tụ, một phần cồn sẽ được hồi lưu trở lại tháp. Phần còn lại là sản phẩm được lấy ra. Tùy thuộc phương pháp chưng cất mà nồng độ cồn có thể đạt từ 95 - 99.5%.

Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm được lấy ra liên tục. Trong tháp đệm, pha lỏng chảy từ trên xuống và phân bố dều trên bề mặt đệm, khí đi từ dưới lên. Quá trình truyền khối trong tháp đệm không những phụ thuộc vào quá trình khếch tán mà còn chịu ảnh hưởng của chế độ thủy động trong tháp.

**Chế độ thủy động của tháp đệm

Trong tháp đệm có 3 chế độ thủy động là:

• Chế độ chảy dòng
• Chế độ quá độ
• Chế độ chảy xoáy
• Chế độ sủi bọt 

Trong ba chế độ dòng, quá độ và xoáy thì pha khí là pha liên tục chiếm tất cả không gian trong tháp còn pha lỏng là pha phân tán chảy thành màng theo bề mặt đệm, nên còn gọi là chế độ màng. Ở chế độ màng, nếu tiếp tục tăng lưu lượng dòng khí thì xảy ra hiện tượng đảo pha, pha lỏng là pha liên tục chiếm toàn bộ không gian tháp và pha khí phân tán vào trong pha lỏng nên có hiện tượng sủi bọt. Chế độ làm việc này gọi tắt là chế độ sủi bọt (nhũ tương). Nếu tiếp tục tăng lưu lượng dòng khí thì chất lỏng sẽ theo pha khí bắn ra khỏi tháp. Hiện tường này gọi là hiện tượng ngập lụt. Trong quá trình chưng cất, quá trình truyền khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, song song thực tế tháp đệm được vận hành trong chế độ xoáy gần điểm đảo pha để quá trình làm việc dễ kiểm soát, an toàn.

IV. Ưu nhược điểm của tháp đệm chưng cất

Ưu điểm: 

• Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn.
• Cấu tạo tháp đơn giản.
• Trở lực trong tháp không lớn lắm.
• Giới hạn làm việc tương đối rộng.

Nhược điểm :

• Khó làm ướt đều đệm .
• Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều
• 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 quy mô công nghiệp.

Bài viết trên đã trả lời câu hỏi tháp đệm chưng cất là gì? Cảm ơn bạn đã chọn đọc. Hẹn gặp bạn ở các bài viết tiếp theo.