Bài tiểu luận: Quá trình chưng cất thực phẩm

Chia sẻ: Nguyễn Chí Tâm | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

447
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công nghệ thực phẩm là ngành khoa học bao gồm các hệ thống các phương pháp làm biến đổi nguyên liệu với quy mô lớn thành sản phẩm theo các chỉ tiêu chất lượng quy định. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài tiểu luận "Quá trình chưng cất thực phẩm". Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tiểu luận: Quá trình chưng cất thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HỌC PHẦN: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Giảng viên hướng dẫn: Th.s Phan Thị Hồng Liên Lớp 02DHTP1_ Thứ 4_Tiết 7,8 Sinh viên thực hiện nhóm 30 1. Lê Thị Hồng Hạnh 2022110240 2. Nguyễn Nguyễn Thùy Linh 2022110304 3. Lê Trần Phi Phụng 2022110248 4. Hứa Bảo Quế 2022110260
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013. MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ thực phẩm là ngành khoa học bao gồm các hệ thống các phương pháp làm biến đổi nguyên liệu với quy mô lớn thành sản phẩm theo các chỉ tiêu chất lượng quy định. Chưng cất là một trong các phương pháp làm tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp ban đầu để thu được sản phẩm tinh khiết hơn. Với đề tài tìm hiểu về “Quá trình chưng cất”, nhóm chúng em sẽ thực hiện gồm có 6 phần: Cơ sở khoa học. Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện. Các biến đổi của nguyên liệu. Các yếu tố ảnh hưởng. Các thiết bị chưng cất. Quy trình công nghệ thực tế. Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ thầy cô và bạn bè. Xin chân thành cảm ơn!!!
1. CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1. Khái niệm Chưng cất là phương pháp dùng để phân riêng hỗn hợp các chất lỏng cũng như hỗn hợp các khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Sự khác nhau về khả năng bay hơi thể hiện qua sự chênh lệch về nhiệt độ sôi, hoặc ở cùng một nhiệt độ nhưng áp suất khác nhau. Trong bài này, nhóm nghiên cứu về sự chênh lệch nhiệt độ sôi. Do sự chênh lệch về nhiệt độ, nên các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ bay hơi trước và các cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn sẽ bay hơi sau. Trong quá trình chưng cất, tất cả các cấu tử trong hỗn hợp đều có thể hóa 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 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 ít các cấu tử có độ hơi bay bé. Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn. Ví dụ: Đối với hệ Nước – Axit axetic thì: ♣ Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước. ♣ Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic. Xét hỗn hợp hai cấu tử propane và butane. Trong đó, Trục x: biễn diễn phần mol của cấu tử nhẹ propan trong pha lỏng. Trục y: biểu diễn phần mol của cấu tử nhẹ propan trong pha hơi.
Khi gia nhiệt cho hỗn hợp, thì hỗn hợp sẽ không sôi ở một nhiệt độ nhất định mà cấu tử propane sẽ sôi và hóa hơi trước. Nhiệt độ mà tại đó diễn ra quá trình này gọi là điểm sôi (bubble point). Nếu hỗn hợp hóa hơi hoàn toàn, cấu tử nào khó bay hơi sẽ ngưng tụ trước tức butan sẽ ngưng tụ trước. Nếu hỗn hợp ở trạng thái hơi hoàn toàn, khi hạ nhiệt độ và bắt đầu có sự ngưng tụ thì nhiệt độ mà tại đó xảy ra quá trình ngưng tụ được gọi là điểm sương (dew point). 1.2. Phân loại Theo quá trình chưng cất
Chưng cất phân đoạn: Dùng để có được một độ tinh khiết cao của phần cất hay để chưng cất nhiều cấu tử khác nhau từ hỗn hợp. Có thể thực hiện dưới áp suất thấp hơn để cải thiện bước tách nếu nhiệt độ sôi gần nhau. Chưng cất lôi cuốn: Dùng khi các chất lỏng cần tách hòa tan với nhau: nước và cồn. Nếu hỗn hợp là những chất không tan vào nhau như nước dầu, có lắng cặn và gạt đi. Theo nguyên lý làm việc: Chưng cất đơn giản: Tách hỗn hợp các cấu tử có độ bay hơi khác nhau. Thường để làm sạch sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất.  Chưng cất bay hơi dần dần: Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm để xác định đường cong chưng cất Enghen. Chưng cất bay hơi một lần: Cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn so với bay hơi một lần.  Chưng cất bay hơi nhiều lần: Cho phép quá trình tách các phân đoạn theo mong muốn Chưng cất phức tạp  Chưng cất có hồi lưu: Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc thêm mộy lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn.  Chưng cất có tinh luyện: Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu
 Chưng cất chân không & chưng cất với hơi nước: Độ bền nhiệt các cấu tử trong dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu. Đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt, độ bền oxy hoá…) bằng cách hạn chế nhiệt độ (320o 420oC) chưng cất. Nếu nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân huỷ chúng ta dùng chưng cất chân không hay chưng cất hơi nước. Hơi nước làm giảm áp suất hơi riêng phần làm chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. 1.3. Phương pháp thực hiện 1.3.1. Phương pháp chưng cất đơn giản Thường được ứng dụng để chưng cất các sản phẩm không đòi hỏi có độ tinh khiết cao. Trong công nghệ thực phẩm, phương pháp này thường được ứng dụng để sản xuất các loại tinh dầu thô từ thực vật hoặc các loại rượu thủ công. Quá trình chưng cất thường được thực hiện ở điều kiện thường. Nguyên liệu được đưa vào nồi, sau đó gia nhiệt đến nhiệt độ sôi bằng các tác nhân như củi, than đốt trực tiếp hoặc hơi nước. Hơi bay lên được đưa vào thiết bị ngưng tụ, sản phẩm ngưng tụ được đưa về thùng chứa. Sau khi kết thúc mẻ chưng cất, bã hoặc phần chất lỏng khó bay hơi được tháo ra ngoài ở đáy. Ưu điểm: Thiết bị đơn giản
Thực hiện dễ dàng Quá trình này thường được thực hiện gián đoạn. 1.3.2. Phương pháp chưng cất đơn giản hồi lưu Phương pháp này, sản phẩm đỉnh sẽ được hồi lưu một phần về thùng nguyên liệu nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi cũng như tăng độ tinh sạch cho sản phẩm.
1.3.3. Phương pháp chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước
Phương pháp này thường được ứng dụng để chưng cất lôi cuốn tinh dầu hoặc các hợp chất tạo hương từ nguyên liệu là rau quả, trái cây… hoặc dùng dùng để chưng cất hai chất lỏng không hòa tan vào nhau. Thường được dùng khi các chất lỏng cần phải tách hòa tan với nhau ví dụ như dung dịch cồn và nước. Ví 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 dầunước 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. 1.3.4. Phương pháp chưng cất phân đoạn bằng hệ thống chưng cất liên tục Là quá trình thực hiện liên tục quá trình bốc hơi và ngưng tụ một phần, nồng độ các cấu tử dễ bay hơi trong pha khí sẽ càng lúc càng tăng cao. Quá trình chưng cất phân đoạn sẽ gồm nhiều giai đoạn như vậy. Trong mỗi giai đoạn sẽ diễn ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ một phần. 2. MỤC ĐÍCH CÔNG NGHỆ VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN
Quá trình chưng cất có mục đích công nghệ chủ yếu là khai thác để tách và nâng cao nồng độ một cấu tử nào đó trong hỗn hợp. Ví dụ, trong sản xuất ethanol, dịch sau khi lên men có nồng độ ethanol tương đối thấp (tùy thuộc vào chủng nấm men và thông số kỹ thuật cũng như phương pháp lên men, nồng độ ethanol có thể đạt giá trị khác nhau, nhưng thường không vượt quá 20%v/v). Do đó, để thu hồi ethanol có nồng độ cao, người ta thực hiện quá trình chưng cất. Tương tự, trong sản xuất các loại rượu cao độ như whisky hay cognac, để nâng cao nồng độ ethanol đạt giá trị như mong muốn, quá trình chưng cất cũng được áp dụng. Quá trình chưng cất còn được sử dụng để thu hồi các tinh dầu từ các nguồn thực vật khác nhau. Quá trình chưng cất còn có mục đích hoàn thiện. Ví dụ như trong sản xuất ethanol, dịch lên men chứa khá nhiều các tạp chất dễ bay hơi như aldehyde, ketone, rượu bậc cao, acid hữu cơ… Chúng là các sản phẩm phụ của quá trình lên men. Trong quá trình chưng cất, người ta sẽ tách các tạp chất này để làm tăng độ tinh sạch của ethanol thành phẩm 3. CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU Các biến đổi chính trong quá trình chưng cất chủ yếu là sự thay đổi về pha diễn ra trong suốt quá trình chưng cất. Kèm theo sự thay đổi về pha, sự thay đổi về thành phần hóa học trong hai pha lỏng và khí diễn ra liên tục theo khuynh hướng sau: trong pha lỏng, càng lúc càng giàu các cấu tử bay hơi; trong pha khí càng lúc càng giàu các cấu tử dễ bay hơi. Sự thay đổi về thành phần hóa học thường dẫn đến sự thay đổi các tính chất hóa lý khác như tỷ trọng, độ nhớt, khả năng truyền nhiệt và các tính chất về nhiệt động lực học. 4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH Quá trình chưng cất chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: Nguyên liệu: Trong quá trình chưng cất, nồng độ các cấu tử trong hỗn hợp ban đầu là yếu tố cần quan tâm. Nồng độ các cấu tử cần tinh sạch càng thấp, quá trình chưng cất sẽ diễn ra càng phức tạp, năng lượng càng lớn.
Sự chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các cấu tử: Sự chênh lệch nhiệt độ sôi của các cấu tử trong hỗn hợp càng lớn, quá trình chưng cất thực hiện càng dễ dàng. Các tính chất về nhiệt động giữa nguyên liệu: Độ nhớt, nhiệt dung riêng, khả năng dẫn nhiệt, nhiệt hóa hơi,… đều có ảnh hưởng đến quá trình chưng cất. Các thông số công nghệ như nhiệt độ, áp suất,… Tùy theo phương pháp thực hiện quá trình chưng cất mà các thông số công nghệ có ảnh hưởng khác nhau. Sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ được trình bày trong phần thiết bị và phương pháp thực hiện. 5. THIẾT BỊ Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau: diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng dùng tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,.. trong bài tiểu luận này, nhóm khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháo chêm. Tháp mâm: tùy theo cấu tạo của đĩa ta có hai loại: Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới: Tháp chưng cất dùng mâm chóp. Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật đệm).
Thiết bị chưng cất trong phòng thí nghiệm Mô hình tháp chưng cất 5.1. Tháp chưng cất mâm xuyên lỗ Cấu tạo: tháp mâm xuyên lỗ gồm nhiều mâm, trên mỗi mâm bố trí dòng chảy chuyền, gờ chảy tràn và khoan rất nhiều lỗ trên mâm có đường kính 312mm.
Ưu điểm: chế tạo đơn giản, dễ vệ sinh, trở lực thấp, ít tốn kim loại 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. Mâm lỗ tháp chưng 5.2. Tháp chưng cất mâm chóp Cấu tạo: gồm có nhiều mâm, trên mỗi mâm bố trí chảy chuyền, gờ chảy tràn, ống hơi và trên các ống hơi có gắn các chóp có tác dụng tăng khả năng tiếp xúc pha giữa pha lỏng và pha hơi trên mâm. Ưu điểm: hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng nên có số mâm ít hơn. Nhược điểm: chế tạo phức tạp, trở lực lớn.
Mô hình tháp mâm chóp Bubble cap trays Bubble CapTrays 5.3. Tháp chưng cất đệm Cấu tạo: tháp có cấu tạo hình trụ, gồm nhiều bậc nối tiếp 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. 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 cấy 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. Tháp chưng cất đệm
Vật đệm làm tăng hiệu quả quá trình truyền khối
5.4. Nguyên lý hoạt động của thiết bị Chưng cất Acid Acetic – Nước Chú giải: (1) Bồn chứa nguyên liệu (2) Bơm (3) Bồn cao vị (4) Lưu lượng kế (5) Thiết bị đun sôi dòng nhâp liệu (6) Bẩy bơm (7) Nhiệt kế (8) Áp kế (9) Tháp chưng cất
(10) Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (11) Bồn chứa sản phẩm đỉnh (12) Thiết bị đun sôi đáy tháp (13) Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (14) Bồn chứa sản phẩm đáy Hỗn hợp Nước _ Acid Acetic có nồng độ 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 270C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (5) rồi được đưa vào tháp chưng cất (9) ở đĩa nhập liệu. Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn là acid acetic sẽ ngưng tụ, trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp các cấu tử nước chiếm nhiều nhất. Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp hơi bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng các cấu tử khó bay hơi. Hỗn hợp ở đáy có nồng độ nước là 70% phần khối lượng, còn lại là acid acetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13) được làm nguội ở 400C rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14). Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước được thải bỏ, sản phẩm đáy là acid acetic được giữ lại.
6. QUY TRÌNH THỰC HIỆN 6.1. Quy trình sản xuất rượu gạo Thưởng thức rượu là một phẩn không thể tách rời trong sinh học văn hóa, lễ hội và giao tiếp của người Việt Nam. Rượu cũng là một nét văn hóa mang đậm bản sắc riêng của từng dân tộc và từng vùng. Ở nông thôn, nhất là Nam Bộ, rượu còn là phương thức bày tỏ lòng hiếu khách của người dân. Rượu được làm từ các nguyên liệu: gạo, nếp, sắn (khoai mì). Mỗi nguyên liệu tạo thành hương vị đặc trưng của rượu. Rượu gạo là phổ biến nhất ở Việt Nam. Nấu chín Gạo nguyên liệu được ngâm nhằm rửa sạch chất bẩn bám bên ngoài hạt, đồng thời làm cho hạt gạo mềm, trương nở giúp dễ dàng cho quá trình nấu. Sau đó gạo được để ráo và được cho vào nồi, thêm nước và nấu chín. Lượng nước cho vào được tính toán sao cho cơm sau khi nấu không quá nhão cũng không quá khô. Tỉ lệ gạo nước khoảng 1:1 theo thể tích. Mục đích của việc làm chín hạt gạo nhằm hồ hóa tinh bột gạo, giúp cho vi sinh vật dễ sử dụng tinh bột này để lên men rượu. Làm nguội Cơm sau khi nấu chín được trải đều trên một bề mặt phẳng để làm nguội đến nhiệt độ thích hợp (khoảng 35 40oC) cho việc trộn bánh men rượu. Nếu cho men vào lúc nhiệt độ cơm cao sẽ làm bánh men rất khó hoạt động hoặc có thể gây chết men. Bánh men rượu được trộn vào bằng cách bóp nhỏ, rắc đều lên bề mặt lớp