Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế biến và hóa mỹ phẩm, tinh dầu thiên nhiên là nguồn nguyên liệu quan trọng phục vụ sản xuất thực phẩm, dược phẩm, y học và mỹ phẩm. Việt Nam sở hữu khí hậu nhiệt đới gió mùa thuận lợi cho sự sinh trưởng của nhiều loài thực vật chứa túi tinh dầu có giá trị kinh tế cao, trong đó bạc hà (Mentha arvensis L.) là nguồn dược liệu giàu tiềm năng. Tuy nhiên, hoạt động khai thác tinh dầu bạc hà trong nước phần lớn vẫn mang tính chất nhỏ lẻ, thủ công, trình độ kỹ thuật còn hạn chế và thiết bị chưa được đầu tư đồng bộ, dẫn đến chất lượng sản phẩm chưa cao và hiệu suất thu hồi thấp. Vấn đề đặt ra là phải tính toán, thiết kế một hệ thống chưng cất tinh dầu bạc hà phù hợp với điều kiện sản xuất, kiểm soát được các thông số công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Mục đích của đồ án là tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tinh dầu bạc hà năng suất 200 kg nguyên liệu/mẻ (tương đương quy mô 200 kg/h theo yêu cầu công nghệ). Để đạt được mục đích này, đồ án xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Tìm hiểu chung về nguyên liệu bạc hà và các đặc tính hóa lý của tinh dầu bạc hà.
  2. Khảo sát, phân tích các phương pháp sản xuất tinh dầu hiện hành.
  3. Lựa chọn phương pháp sản xuất phù hợp với đặc tính nguyên liệu và bài toán thiết kế.
  4. Tính toán các thông số công nghệ, cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của quá trình.
  5. Tính toán thiết kế cơ khí cho thiết bị chính (nồi chưng cất) và các thiết bị phụ trợ (thiết bị ngưng tụ, thiết bị phân ly).
  6. Xây dựng sơ đồ chức năng và quy trình công nghệ cho toàn bộ hệ thống.

Đối tượng nghiên cứu là cây bạc hà tươi trồng tại Việt Nam (Mentha arvensis L.) và quy trình trích ly tinh dầu bạc hà. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán nhiệt - cơ khí cho hệ thống thiết bị chưng cất gián đoạn có nồi hơi riêng, thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp ngành Quá trình Thiết bị (khóa K58) từ ngày 17/01/2016 đến ngày 28/09/2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết về nhiệt động học, truyền nhiệt, truyền khối và cơ sở tính toán cơ khí thiết bị hóa chất:

  • Khung lý thuyết chưng cất hỗn hợp không tan: Quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước dựa trên nguyên lý hai cấu tử không hòa tan vào nhau, có nhiệt độ sôi của hỗn hợp thấp hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tử riêng biệt ở cùng áp suất.
  • Định luật Dalton và định luật Dühring: Sử dụng định luật Dalton về áp suất riêng phần để xác định nhiệt độ sôi của hỗn hợp hơi nước - tinh dầu ($P = P_A + P_B = 760\text{ mmHg}$); áp dụng định luật Dühring với hằng số $q = 1,29$ để tính toán nhiệt độ chưng cất thực tế khi thiếu dữ liệu thực nghiệm ở các áp suất trung gian.
  • Cân bằng nhiệt lượng và truyền nhiệt: Ứng dụng quy tắc Trouton ($r_M = 21 T / M$) để tính ẩn nhiệt hóa hơi của tinh dầu theo cấu tử chính menthol ($M = 156\text{ g/mol}$); công thức Kopa để xác định nhiệt dung riêng; các phương trình truyền nhiệt đối lưu tự nhiên và tiêu chuẩn không thứ nguyên (Grashof, Nusselt, Prandtl) để xác định hệ số cấp nhiệt $\alpha$ và hệ số truyền nhiệt $K$.
  • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Tính toán cân bằng vật liệu và cân bằng năng lượng theo từng giai đoạn; tính toán độ bền cơ học thân vỏ, đáy, nắp nón, ống dẫn hơi theo tiêu chuẩn thiết bị chịu áp lực trong ngành Hóa chất.
  • Nguồn dữ liệu: Các công thức và bảng tra cứu chuẩn hóa từ Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất (Tập 1, Tập 2), cùng các tài liệu chuyên ngành về sản xuất tinh dầu.

Thiết kế kỹ thuật và thông số hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo nguyên lý chưng cất lôi cuốn hơi nước sử dụng nguồn hơi bão hòa cấp từ nồi hơi riêng biệt, đi kèm cụm thiết bị ngưng tụ ống chùm và thiết bị phân ly trọng lực.

[Nguyên liệu bạc hà tươi]
  [Xử lý & Sấy nhẹ] (độ ẩm 50%)
[Thiết bị phân ly lắng trọng lực]

1. Cụm thiết bị chính (Nồi chưng cất)

  • Kích thước thân nồi: Dạng hình trụ đứng bằng thép không gỉ SUS 304, đường kính trong $D_t = 1200\text{ mm}$, chiều cao thân $h = 1800\text{ mm}$, bề dày thân $S = 4\text{ mm}$, đường kính ngoài $d_n = 1208\text{ mm}$. Hệ số điền đầy đạt 80% ứng với thể tích chứa nguyên liệu $1,1\text{ m}^3$ và thể tích thân nồi $1,38\text{ m}^3$.
  • Đáy và nắp nồi: Đáy dạng elip dập tiêu chuẩn ($D_t = 1200\text{ mm}$, chiều cao phần lồi $h_t = 300\text{ mm}$, gờ $h = 25\text{ mm}$, dày $4\text{ mm}$, khối lượng $64,2\text{ kg}$). Nắp dạng nón góc $30^\circ$, chiều cao nắp $H = 320\text{ mm}$, đường kính lớn $d_1 = 1250\text{ mm}$, đường kính bé $d_2 = 144\text{ mm}$, dày $4\text{ mm}$, làm kín bằng khóa nước kép ($h_k = 70\text{ mm}$, đường kính vành ngoài $d_3 = 1266\text{ mm}$).
  • Cơ cấu phân phối hơi: Ống chính $\text{DN}65$ ($\varnothing 76 \times 2,1\text{ mm}$) bố trí dạng xương cá nối với 8 ống nhánh $\text{DN}20$ ($\varnothing 27 \times 1,65\text{ mm}$). Gồm 4 ống nhánh dài ($395\text{ mm}$, 25 lỗ $\varnothing 5\text{ mm}$) và 4 ống nhánh ngắn ($290\text{ mm}$, 18 lỗ $\varnothing 5\text{ mm}$), lỗ khoan quay xuống đáy để hơi sục ngược lên, tránh làm xáo trộn lớp nguyên liệu.
  • Giỏ chứa và vỉ đỡ: Giỏ nguyên liệu có đường kính $d = 1150\text{ mm}$, chiều cao $h = 1800\text{ mm}$, khung gồm 10 ống thép $\varnothing 15 \times 1\text{ mm}$, bọc lưới đục lỗ dày $1\text{ mm}$. Vỉ đáy có diện tích $0,95\text{ m}^2$, dày $2\text{ mm}$, đục lỗ $\varnothing 5\text{ mm}$ với tổng diện tích lỗ chiếm 50% diện tích vỉ.
  • Lớp cách nhiệt và chân đỡ: Cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày $50\text{ mm}$ ($\lambda = 0,12\text{ W/m}\cdot\text{K}$), bọc ngoài bằng lớp thép dày $1\text{ mm}$. Thiết bị đặt trên 4 chân đỡ, tải trọng toàn bộ khi làm việc là $5791,94\text{ N}$ (tương đương $579,194\text{ kg}$), mỗi chân chịu tải $1447\text{ N}$.

2. Cụm thiết bị phụ trợ

  • Thiết bị ngưng tụ: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, ống truyền nhiệt bằng SUS 304 kích thước $\text{DN}15$ ($\varnothing 21 \times 2,11\text{ mm}$), chiều dài ống $L = 1\text{ m}$. Quá trình làm việc chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn I ngưng tụ hơi đẳng nhiệt ở $98,86^\circ\text{C}$ ($\Delta t_{\text{tb1}} = 62,26^\circ\text{C}$); Giai đoạn II làm lạnh hỗn hợp lỏng từ $98,86^\circ\text{C}$ xuống $30^\circ\text{C}$ ($\Delta t_{\text{tb2}} = 24,98^\circ\text{C}$) bằng nước làm mát đi ngược chiều (vào $25^\circ\text{C}$, ra $45^\circ\text{C}$).
  • Thiết bị phân ly: Phân ly lỏng - lỏng bằng cơ chế lắng tĩnh theo tỷ trọng, tách riêng lớp tinh dầu nhẹ nổi lên trên và lớp nước chưng ở tầng dưới.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này tổng hợp các kiến thức nền tảng về tinh dầu và dược liệu bạc hà. Tác giả trình bày các đặc tính lý hóa chung của tinh dầu: phần lớn ở thể lỏng ở nhiệt độ thường (menthol ở thể rắn), tỷ trọng thường nhỏ hơn 1 (trừ quế, đinh hương, hương nhu), chỉ số khúc xạ từ 1,45 đến 1,56, ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Về mặt phân bố, cây bạc hà (Mentha arvensis L., họ Hoa môi Lamiaceae) mọc hoang và được trồng tại Sapa, Tam Đảo, Ba Vì, Bắc Cạn, Sơn La với hàm lượng tinh dầu dao động từ 0,5% đến 1% (có thể đạt 1,3% - 2%).

Tác giả phân tích bảng thành phần hóa học của tinh dầu bạc hà với cấu tử chiếm tỷ lệ cao nhất là menthol, cùng các cấu tử khác như pulegone (10%), menthyl acetate (9,20%), limonene (6,20%), piperiton (4%), $\alpha$-pinen (1,10%), $\beta$-pinen (1,30%). Bên cạnh đó, chương 1 so sánh 5 phương pháp sản xuất tinh dầu: phương pháp cơ học (ép lạnh), trích ly dung môi, hấp phụ than hoạt tính, lên men sơ bộ và chưng cất. Trong nhóm chưng cất, tác giả phân tích chi tiết ba biến thể: chưng cất ngập trong nước, chưng cất hơi nước không có nồi hơi riêng và chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng, chỉ rõ hai yếu tố ảnh hưởng cốt lõi là sự khuếch tán mô thực vật và nhiệt độ chưng cất.

Thành phần hóa học Hàm lượng ghi nhận (%)
Menthol Cấu tử chính (> 70% trong tính toán)
Pulegone 10,00%
Menthyl Acetate 9,20%
Limonene 6,20%
Piperiton 4,00%
$\beta$-Pinen 1,30%
$\alpha$-Pinen 1,10%
Piperiton Oxyd 0,70%
Piperitenon Oxyd 0,50%
Myrcene 0,47%
Octanol 0,40%
P.Cymol 0,09%

Chương 2: Quy trình sản xuất tinh dầu bạc hà

Tác giả thuyết minh lý do lựa chọn phương pháp chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng nhờ khả năng kiểm soát nhiệt độ - áp suất, thời gian chưng nhanh, không làm khê cháy nguyên liệu và đạt hiệu suất thu hồi cao. Quy trình công nghệ bao gồm: thu hoạch nguyên liệu vào tháng 7 khi cây ra hoa đạt lượng tinh dầu cao nhất, phơi trong bóng râm 1 - 3 ngày để giảm độ ẩm còn khoảng 50%, sau đó sấy nhẹ và xếp vào giỏ nạp liệu. Hơi nước bão hòa từ nồi hơi được cấp từ đáy thiết bị đi qua lớp nguyên liệu cuốn theo tinh dầu sang thiết bị ngưng tụ ống chùm. Hỗn hợp dịch ngưng sau khi làm lạnh được dẫn sang bình phân ly lắng trọng lực để tách riêng tinh dầu thô và nước chưng. Bã thải sau chưng cất được phơi khô để tận dụng làm chất đốt.

Chương 3: Tính toán thiết kế thiết bị chính

Chương 3 trình bày các bước tính toán công nghệ và cơ khí cho nồi chưng cất:

  • Cân bằng vật chất: Với $200\text{ kg}$ nguyên liệu/mẻ (hàm lượng tinh dầu 1,8% w/w, hiệu suất chưng cất giả định 96%), lượng tinh dầu thu được là $G_d = 3,456\text{ kg}$. Lượng nước bay hơi đồng hành là $G_n = 240,48\text{ kg}$ (tổng lượng hơi thoát ra $243,936\text{ kg}$). Tỷ lệ bay hơi là 1 phần tinh dầu trên 1,5 phần nước theo tính toán áp suất riêng phần ở trạng thái sôi ($97,87^\circ\text{C} - 99,5^\circ\text{C}$).
  • Thiết kế cơ khí thân vỏ: Khối lượng riêng nguyên liệu xốp $\rho = 0,182\text{ kg/l}$, thể tích nguyên liệu $V_{\text{nl}} = 1,1\text{ m}^3$, thể tích nồi $V_{\text{thân}} = 1,38\text{ m}^3$ với tỷ lệ $d:h = 1:1,5$. Đường kính trong $D_t = 1,2\text{ m}$, chiều cao $h = 1,8\text{ m}$, chiều dày thân $S = 4\text{ mm}$ (vật liệu SUS 304). Đáy elip sâu $300\text{ mm}$ dày $4\text{ mm}$; nắp nón góc $30^\circ$ dày $4\text{ mm}$ dùng khóa nước kép cao $70\text{ mm}$.
  • Cân bằng nhiệt lượng: Tổng nhiệt lượng lý thuyết cung cấp cho nồi chưng qua 6 thành phần ($Q_1$ đun nóng nguyên liệu, $Q_2$ đun nóng tinh dầu, $Q_3$ hóa hơi tinh dầu, $Q_4$ tổn thất qua vỏ cách nhiệt, $Q_5$ đun nóng thiết bị, $Q_6$ nhiệt hơi nước chưng cất) là $Q = 148.886\text{ kcal}$. Với hệ số an toàn 120%, nhiệt lượng thực tế cần cấp là $Q_{\text{tt}} = 178.664\text{ kcal}$, tiêu tốn lượng hơi bão hòa thực tế là $B_1 = 331\text{ kg}$ trong thời gian chưng cất 2,5 - 3 giờ (lưu lượng hơi $132,4\text{ kg/h}$).
Thành phần nhiệt lượng nồi chưng Giá trị / Thông số tính toán
Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che ($Q_4$) $q_4 = 587,18\text{ W}$ (Hệ số truyền nhiệt $K = 1,73\text{ W/m}^2\cdot\text{K}$)
Nhiệt làm nóng kim loại thiết bị ($Q_5$) $Q_5' = 5,82\text{ kcal} = 24.367\text{ J}$ (tính 20% nhiệt tích tụ)
Tổng nhiệt lượng lý thuyết ($Q$) $148.886\text{ kcal}$
Tổng nhiệt lượng thực tế ($Q_{\text{tt}} = 120% Q$) $178.664\text{ kcal}$
Tổng lượng hơi nước bão hòa cần cấp ($B_1$) $331\text{ kg/mẻ}$
Lưu lượng hơi cấp qua ống chính $L = 132,4\text{ kg/h}$ ($v = 20\text{ m/s}$)

Chương 4: Tính toán thiết bị phụ

Chương 4 thực hiện tính toán thiết bị ngưng tụ ống chùm và thiết bị phân ly:

  • Tổng lượng hơi ngưng tụ $G = 243,936\text{ kg}$ trong thời gian $t = 2,5\text{ giờ}$, lưu lượng hơi cần xử lý $L = 39,86\text{ kg/h}$ ($0,011\text{ kg/s}$). Nhiệt độ hơi vào $t_D = 98,86^\circ\text{C}$, nước ngưng ra $t_C = 30^\circ\text{C}$; nước làm mát vào $t_1 = 25^\circ\text{C}$, ra $t_2 = 45^\circ\text{C}$.
  • Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp lấy theo nước $r = 2266,5\text{ kJ/kg}$.
  • Xác định hệ số cấp nhiệt $\alpha$ và diện tích trao đổi nhiệt $F$ cho hai phân đoạn riêng biệt: giai đoạn ngưng tụ hơi bão hòa đẳng nhiệt ($\theta_1 = 62,26^\circ\text{C}$) và giai đoạn hạ nhiệt độ dịch ngưng ($\theta_2 = 24,98^\circ\text{C}$).
  • Ống truyền nhiệt chọn loại SUS 304 kích thước $\text{DN}15$ ($\varnothing 21 \times 2,11\text{ mm}$), dài $1\text{ m}$. Thiết bị phân ly tính toán theo nguyên lý lắng tĩnh, xác định đường kính ống dẫn hỗn hợp vào, ống tháo tinh dầu và ống xả nước chưng.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ khối lượng tính toán công nghệ và cơ khí cho hệ thống chưng cất tinh dầu bạc hà quy mô $200\text{ kg/mẻ}$. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật cốt lõi:

Hạng mục thiết bị / Thông số Quy cách / Giá trị tính toán
Năng suất nạp liệu $200\text{ kg nguyên liệu/mẻ}$ (độ ẩm 50%)
Sản lượng tinh dầu thu hồi $G_d = 3,456\text{ kg/mẻ}$ (hiệu suất 96%)
Lượng nước ngưng thu được $G_n = 240,48\text{ kg/mẻ}$
Lượng hơi nước cấp cho nồi chưng $331\text{ kg/mẻ}$ ($132,4\text{ kg/h}$)
Thân nồi chưng cất SUS 304, $D_t = 1200\text{ mm}$, $H = 1800\text{ mm}$, dày $4\text{ mm}$
Nắp nồi Nắp nón góc $30^\circ$, dày $4\text{ mm}$, khóa nước kép cao $70\text{ mm}$
Đáy nồi Đáy elip $D_t = 1200\text{ mm}$, $h_t = 300\text{ mm}$, dày $4\text{ mm}$
Hệ thống phân phối hơi Ống chính $\text{DN}65$ ($\varnothing 76$), 8 ống nhánh $\text{DN}20$ ($\varnothing 27$) đục lỗ $\varnothing 5\text{ mm}$
Kết cấu cách nhiệt nồi chưng Bông thủy tinh dày $50\text{ mm}$, vỏ bọc thép $1\text{ mm}$ ($K = 1,73\text{ W/m}^2\cdot\text{K}$)
Khối lượng làm việc toàn nồi $579,194\text{ kg}$ (4 chân đỡ, tải trọng $1447\text{ N/chân}$)
Thiết bị ngưng tụ Dạng ống chùm SUS 304 $\text{DN}15$ ($\varnothing 21 \times 2,11\text{ mm}$), dài $1\text{ m}$
Nhiệt độ vận hành ngưng tụ Hơi vào $98,86^\circ\text{C}$, dịch ngưng ra $30^\circ\text{C}$, nước làm mát $25^\circ\text{C} \rightarrow 45^\circ\text{C}$

2. Giải pháp và đóng góp của đề tài

  • Đưa ra giải pháp cấp hơi gián tiếp từ nồi hơi độc lập kết hợp cơ cấu ống phân phối hình xương cá đục lỗ hướng xuống, giúp dòng hơi phân tán đều khắp tiết diện mà không làm xáo trộn lớp dược liệu, khắc phục triệt để hiện tượng cháy khét nguyên liệu ở đáy nồi.
  • Thiết kế kết cấu nắp nón góc $30^\circ$ kết hợp khóa nước kép giúp thiết bị đạt độ kín khít khi làm việc ở áp suất thường, thao tác tháo lắp nạp liệu và tháo bã nhanh chóng mà không cần dùng hệ bu lông siết phức tạp.
  • Phân chia quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ thành hai giai đoạn rõ rệt (ngưng tụ đẳng pha và làm lạnh dịch ngưng), giúp tính toán chính xác diện tích bề mặt truyền nhiệt và tiết kiệm lưu lượng nước làm mát.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ các kết quả dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết và thiết kế trên bản vẽ, chưa qua giai đoạn chế tạo mẫu thực tế để kiểm chứng độ bền cơ học và các hệ số truyền nhiệt thực nghiệm; giả định hiệu suất chưng cất đạt 96% và thành phần tinh dầu quy đổi hoàn toàn theo menthol ($M = 156\text{ g/mol}$) là giả thiết gần đúng, chưa phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của các hợp phần bay hơi khác.
  • Hướng phát triển: Chế tạo mô hình thực nghiệm để đo đạc các thông số vận hành thực tế; nghiên cứu tối ưu hóa tự động hóa hệ thống cấp nhiệt, kiểm soát lưu lượng hơi cấp theo thời gian chưng cất; nghiên cứu giải pháp tận thu nhiệt thừa từ dòng nước chưng và nước làm mát sau ngưng tụ để gia nhiệt cho nước cấp nồi hơi.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, kỹ sư ngành Kỹ thuật Hóa học, Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa học - Thực phẩm và Công nghệ Sau thu hoạch:

  • Cung cấp phương pháp luận và trình tự tính toán nhiệt - cơ học hoàn chỉnh cho thiết bị chưng cất gián đoạn dạng đứng bọc cách nhiệt.
  • Cung cấp quy trình tính toán chi tiết thiết bị ngưng tụ ống chùm hai giai đoạn (ngưng tụ và làm lạnh sâu) theo các công thức chuẩn của ngành Quá trình Thiết bị.
  • Bản vẽ cấu tạo nắp khóa nước kép, vỉ đỡ, giỏ chứa và ống phân phối hơi xương cá có giá trị ứng dụng trực tiếp khi thiết kế các hệ thống trích ly tinh dầu quy mô vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp chưng cất có nồi hơi riêng thay vì đun trực tiếp trong nồi? Phương pháp chưng cất có nồi hơi riêng cho phép chủ động điều chỉnh áp suất và nhiệt độ hơi cấp, rút ngắn thời gian chưng cất, tăng năng suất mẻ, hạn chế tối đa nguy cơ nguyên liệu tiếp xúc đáy nóng gây cháy khét (làm biến tính mùi và màu tinh dầu) và phù hợp cho sản xuất quy mô công nghiệp.

2. Nắp nồi chưng cất được làm kín bằng phương pháp nào và có ưu điểm gì? Nắp nồi hình nón góc $30^\circ$ được làm kín bằng kết cấu khóa nước kép (chiều cao khóa nước $h_k = 70\text{ mm}$, đường kính ngoài $d_3 = 1266\text{ mm}$). Giải pháp này đảm bảo độ kín hơi ở áp suất làm việc thông thường mà không cần dùng gioăng amiăng hay bắt siết bu lông phức tạp, giúp tháo lắp nắp nhanh chóng khi nạp liệu và tháo bã.

3. Ống phân phối hơi bên trong nồi chưng cất được cấu tạo như thế nào? Ống hơi được bố trí theo dạng xương cá gồm một ống chính $\text{DN}65$ ($\varnothing 76 \times 2,1\text{ mm}$) bịt một đầu, chia thành 8 ống nhánh $\text{DN}20$ ($\varnothing 27 \times 1,65\text{ mm}$) bố trí đối xứng (4 ống dài $395\text{ mm}$ có 25 lỗ $\varnothing 5\text{ mm}$, 4 ống ngắn $290\text{ mm}$ có 18 lỗ $\varnothing 5\text{ mm}$). Các lỗ khoan được bố trí ở mặt dưới ống nhánh để hơi phun hướng xuống đáy nồi rồi mới tỏa ngược lên, tránh thổi trực tiếp vào khối nguyên liệu.

4. Vì sao tính toán truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ phải chia làm hai giai đoạn? Vì trong thiết bị diễn ra đồng thời hai hiện tượng nhiệt động học khác nhau: giai đoạn I là quá trình hơi tinh dầu - nước ngưng tụ đẳng nhiệt ở $98,86^\circ\text{C}$ (tỏa ẩn nhiệt hóa hơi), giai đoạn II là làm lạnh hỗn hợp lỏng từ $98,86^\circ\text{C}$ xuống $30^\circ\text{C}$ (truyền nhiệt đối lưu một pha). Việc chia hai giai đoạn giúp xác định chính xác hiệu số nhiệt độ trung bình ($\theta_1 = 62,26^\circ\text{C}$ và $\theta_2 = 24,98^\circ\text{C}$) và hệ số cấp nhiệt riêng cho từng vùng.

5. Lượng hơi nước bão hòa cần thiết cho một mẻ chưng cất 200 kg nguyên liệu là bao nhiêu? Theo tính toán cân bằng nhiệt, nhiệt lượng lý thuyết là $148.886\text{ kcal}$. Khi tính thêm 20% tổn thất và dự phòng ($Q_{\text{tt}} = 178.664\text{ kcal}$), lượng hơi nước bão hòa thực tế cần cấp là $B_1 = 331\text{ kg/mẻ}$, tương ứng lưu lượng cấp hơi $132,4\text{ kg/h}$ trong thời gian chưng cất 2,5 giờ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Trần Thanh Mai đã giải quyết trọn vẹn bài toán tính toán thiết kế kỹ thuật cho hệ thống chưng cất tinh dầu bạc hà năng suất $200\text{ kg/mẻ}$ sử dụng nồi hơi riêng. Các nội dung tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và kết cấu cơ khí của nồi chưng cất, thiết bị ngưng tụ ống chùm và bình phân ly được thực hiện logic, bám sát các tiêu chuẩn ngành Quá trình Thiết bị Hóa chất. Kết quả thiết kế cung cấp bộ thông số kích thước và vận hành cụ thể, có giá trị ứng dụng thực tiễn trong việc chế tạo các hệ thống sản xuất tinh dầu quy mô nhỏ và vừa.