Tháp chưng cất nhiều tầng hoạt động thế nào: đĩa, hồi lưu và độ cồn

Một đĩa làm việc thế nào

Hơi từ nồi đun bốc lên gặp đĩa thứ nhất, trên đó luôn có một lớp chất lỏng đọng lại. Hơi sục xuyên qua lớp lỏng này qua lỗ hoặc chụp sủi bọt. Trong lúc tiếp xúc, hơi nhường nhiệt cho lỏng: một phần nước trong hơi ngưng lại và ở lại trên đĩa, còn lớp lỏng được hâm nóng nên bay hơi thêm phần ethanol. Hơi rời đĩa vì thế giàu ethanol hơn hơi lúc vào; lỏng tràn xuống đĩa dưới thì giàu nước hơn.

Mỗi vùng tiếp xúc đạt cân bằng như vậy tương đương một lần chưng đơn, gọi là tầng lý thuyết. Cột nóng nhất ở đáy, mát nhất ở đỉnh; hơi lên chỗ mát thì ngưng, lỏng xuống chỗ nóng thì bay hơi lại, và mỗi vòng ngưng – bay hơi dịch thành phần hơi thêm một bước về phía chất dễ bay hơi (Wikipedia, mục Fractional distillation). Vì sao hơi luôn giàu ethanol hơn lỏng được trình bày ở bài nguyên lý chưng cất rượu.

Đĩa thật không bao giờ đạt hiệu quả của một tầng lý thuyết, nên cột cần nhiều đĩa vật lý hơn số tầng tính toán. Độ tinh của sản phẩm tăng theo số tầng, nhưng chỉ tới giới hạn thực tế của nhiệt và dòng chảy. Nói cách khác, mỗi đĩa thêm vào cho lợi ích nhỏ dần.

Hồi lưu: dòng lỏng đi ngược

Hồi lưu là phần chất lỏng ngưng ở đỉnh cột được trả về cột thay vì lấy ra làm rượu. Dòng lỏng này chảy xuống làm mát hơi đi lên, giúp các đĩa tách rõ hơn. Với cùng số tầng, hồi lưu nhiều hơn cho tách tốt hơn; với cùng mức tách, hồi lưu nhiều hơn cho phép dùng ít tầng hơn (Wikipedia, mục Reflux).

Ở tháp rượu cỡ hộ và cơ sở nhỏ, hồi lưu đến từ hai nguồn: ngưng tự nhiên trên thành cột, và bộ hồi lưu có nước làm mát đặt trên đỉnh. Spaho (IntechOpen 2017) mô tả cấu hình phổ biến trong sản xuất rượu trái cây: nồi đồng gắn cột thường ba đĩa cùng bộ hồi lưu, mức hồi lưu chỉnh bằng cường độ làm mát. Cơ chế chi tiết của bộ hồi lưu có ở bài hồi lưu trong chưng cất.

Đánh đổi nằm ở thời gian: hồi lưu lớn làm lượng rượu lấy ra mỗi giờ giảm, vì một phần hơi bị đưa quay lại. Muốn vừa cao độ vừa nhanh thì phải thêm tầng hoặc tăng nhiệt, và cả hai đều có giới hạn của thiết bị.

Độ cồn ra và trần đẳng phí

Nồi đơn chỉ có một vài bậc cân bằng, nên rượu lần chưng đầu bằng nồi alembic thường khoảng 15–25% thể tích. Cũng theo Spaho, khi nồi gắn cột đĩa và bộ hồi lưu, rượu bắt đầu chảy ra ở 70–87% thể tích ngay trong một lượt. Đó là phần chênh mà các đĩa và hồi lưu tạo thêm.

Dù thêm bao nhiêu tầng, chưng cất thông thường cũng chỉ tiến tới điểm đẳng phí ethanol–nước, khoảng 95,6% khối lượng, sôi ở 78,2 °C; tại đó hơi và lỏng có cùng thành phần (Chemguide). Tháp công nghiệp nhiều cột có thể cho cồn tinh luyện khoảng 95% thể tích (Wikipedia, mục Column still). Một lời giới thiệu rằng "thêm tầng sẽ lên độ cao tùy ý" là không đúng nguyên lý.

Với rượu uống, trần này hiếm khi là vấn đề. Điều cần quan tâm là đầu ra của tháp nằm ở đâu so với độ rượu và hương vị bạn muốn.

Tháp nhiều tầng không bỏ khâu cắt đầu, cắt đuôi

Một mẻ chưng không ra một dòng đồng nhất. Phần đầu chứa các hợp chất nhẹ bay ra trước, phần giữa là rượu chính, phần đuôi nhiều hợp chất nặng và nước. Tháp nhiều tầng làm ranh giới giữa các phần rõ hơn, nên dễ xác định điểm cắt, nhưng người vận hành vẫn phải cắt đầu và cắt đuôi ở mọi mẻ. Không thiết bị lọc nào tách được methanol ra khỏi rượu thành phẩm; methanol chỉ giảm bằng khâu cắt phần rượu đầu khi chưng cất và chọn nguyên liệu. Rượu bán ra thị trường cần kiểm độ và gửi mẫu xét nghiệm theo quy chuẩn hiện hành.

Chọn số tầng theo mục đích

Mục tiêu	Cấu hình nên cân nhắc	Điều cần hỏi khi mua
Giữ đậm hương nguyên liệu	Ít đĩa, hồi lưu thấp hoặc tắt được	Có chế độ bỏ qua bớt đĩa không
Rượu thanh, độ cao sau một lượt	Nhiều đĩa, có bộ hồi lưu	Độ rượu ra đo ở công suất nào, đầu mẻ hay trung bình
Một máy cho nhiều kiểu rượu	Đĩa tháo được hoặc van chuyển chế độ	Cách tháo lắp, vệ sinh từng đĩa
Mẻ lớn, chạy đều	Cột đĩa, bộ ngưng đủ công suất	Lưu lượng và nhiệt độ nước làm mát yêu cầu

Loại đĩa cũng đáng xem. Cột đĩa hợp cột lớn, tải lỏng cao; cột đệm hợp tháp nhỏ hoặc môi trường ăn mòn (Wikipedia, mục Fractional distillation). Thiết bị nấu rượu cỡ hộ và cơ sở phần lớn dùng đĩa vì dễ tháo rửa.

Ngoài số tầng, tháp còn có nồi đun (quyết định cách cấp nhiệt), cột (chứa chuỗi đĩa) và bộ ngưng tụ. Hai tháp cùng số tầng nhưng khác bộ ngưng hay khác cách cấp nhiệt có thể cho rượu khác nhau.

Khi nào nên dùng tháp nhiều tầng / không nên

Nên chọn tháp nhiều tầng khi:

• Bạn muốn rượu độ cao trong một lượt đun, bớt công chưng lại.
• Sản xuất đều, cần chất lượng các mẻ ổn định.
• Muốn ranh giới đầu – giữa – đuôi rõ ràng để cắt chính xác hơn.

Không nên (hoặc chỉ dùng ít tầng) khi:

• Mục tiêu là rượu truyền thống giữ đậm mùi gạo, nếp, ngô — nhiều đĩa và hồi lưu lớn tách bớt chính các hợp chất tạo hương ấy.
• Không có nguồn nước làm mát ổn định hoặc người vận hành chưa quen chỉnh nhiệt.
• Khối lượng mẻ rất nhỏ, chi phí thêm đĩa không tương xứng sản lượng.

Các dòng tháp chưng cất rượu được xếp theo số tầng, vật liệu và cỡ mẻ. Gửi ThietBiNauRuou.vn nguyên liệu và số kg mỗi mẻ để được tư vấn số tầng hợp mục đích.