Chuong 5 ky thuat phan rieng bang mang- nguyen

Chương 1: KỸ THUẬT PHÂN RIÊNG BẰNG MEMBRANE
NỘI DUNG
1. Mở đầu
2. Hoá học membrane
3. Tính chất membrane
4. Mô hình kỹ thuật
5. Thiết bị membrane
6. Hiện tượng fouling
7. Hệ thống phân riêng bằng membrane
8. Ứng dụng

1. Mở đầu
1.1. Giới thiệu chung
Kỹ thuật lọc
Đối tượng phân riêng : hệ lỏng- rắn (huyền phù), hệ khí rắn,…
Màng lọc : có 2 tác dụng
 Rào cản :
 Hấp phụ :
Động lực : áp suất (P1 - P2 > 0) :
 Áp lực thủy tĩnh
 Bơm nguyên liệu
 Áp lực chân không phía dịch lọc
M.LỌC
MẪU, P1
P2, DỊCH LỌC

Kỹ thuật membrane
Đối tượng phân riêng
 Dung dịch : chứa các cấu tử cùng hòa tan và có khối
lượng phân tử khác nhau (đường, muối trong nước,…)
 Hệ rắn - lỏng hoặc rắn khí : tương tự quá trình lọc nhưng
kích thước cấu tử rất nhỏ : vsv,…
Động lực : áp suất (P1 - P2 > 0)
 Bơm nguyên liệu
Định nghĩa membrane :
Là một bề mặt mỏng cho phép một số cấu tử hoá học khuếch
tán qua nó trong quá trình phân riêng.
1. Mở đầu

1. Mở đầu

1. Mở đầu
Dung dịch
Sau lọc
Dung môiChất hòa tan

So sánh kỹ thuật lọc và membrane :
 Đối tượng cần phân biệt : lọc - các cấu tử khác pha;
menbrance - các cấu tử cùng pha
 Động lực : áp suất; lọc (as thủy tĩnh, chênh lệch as 2
bên màng); menbrance (chênh lệch as 2 bên màng)
 Đường kính mao quản
 Độ dày
1. Mở đầu

Phương pháp phân loại membrane
Nguồn gốc :
 Tự nhiên : dạ dày hoặc da động vật
 Tổng hợp hoá học
Cấu trúc :
 Cấu tạo hình học của membrane (số lớp) : 1 hay nhiều
lớp.
 Bản chất hoá học vật liệu membrane : dẫn xuất
polyamid, ceramic, cellulose,…
1. Mở đầu

Phương pháp phân loại membrane
Cơ chế hoạt động : Ví dụ :
 Áp lực - thẩm thấu ngược
 Hiệu điện thế - điện thẩm tích…
Lĩnh vực ứng dụng :
 Phân riêng các cấu tử hoà tan trong cùng một dung dịch.
 Phân riêng hệ rắn- khí (tách vsv ra khỏi khí trong bình lên
men  khí vô trùng)
 Phân riêng hệ rắn- lỏng (tách vsv ra khỏi hổn hợp nước
đóng chai,…)  thanh trùng.
1. Mở đầu

Kỹ thuật membrane trong CNTP
1. Mở đầu

 MF(Vi lọc)
 UF(Siêu lọc)
 NF(Lọc nano)
 RO(Thẩm thấu ngược)
Kỹ thuật membrane trong CNTP
1. Mở đầu

Các khái niệm :
 Khuếch tán (diffusion) : là sự dịch chuyển của các
phân tử đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ
thấp.
 Hấp phụ (adsorption) : sự khuếch tán của một số cấu
tử và phân bố chủ yếu trên bề mặt của cấu tử rắn (đôi
khi phân tán vào bên trong và được giữ lại ở đó) –
(hấp phụ các cấu tử mùi, màu = than hoạt tính).
 Hấp thụ (absorption) : vật thể để hấp thụ các cấu tử
khác là ở dạng lỏng (bão hòa bia với CO2).
1. Mở đầu

Các khái niệm :
 Thẩm thấu (osmosis)  ít sử dụng trong thực phẩm
Động lực : chênh lệch thế năng hoá học
μ = (dG/dNi)T,P,Nj
• μ : thế năng hoá học
• G : năng lượng tự do Gibbs
• N : số mol của cấu tử 1, 2, 3…
• I : cấu tử thứ I
• J : tổng số cấu tử
1. Mở đầu
Dung môi
Dung dịch
Màng bán thấm

Các khái niệm :
 Thẩm thấu (osmosis)
G = H - T*S
H = E + P*V
• G : Năng lượng tự do Gibbs
• H : Enthalpy
• T : Nhiệt độ tuyệt đối
• S : Entropy
• E : Năng lượng nội tại
• P : Áp lực
• V : Thể tích
1. Mở đầu

Các khái niệm :
 Thẩm thấu ngược (reverse osmois)
1. Mở đầu
Dung môi
Dung dịch
Màng bán thấm

Quá trình Động lực quá
trình
Dòng ra không qua
màng (retentate)
Dòng ra qua màng
(Permeate)
Thẩm thấu (osmosis) Thế năng học Chất tan, nước Nước
Thẩm tích (dialysis) Sự chênh lệch
nồng độ
Phân tử lớn, nước Phân tử nhỏ, nước
Vi lọc (microfiltration) Áp suất Cấu tử lơ lửng, nước Chất tan, nước
Siêu lọc (ultrafiltration) Áp suất Phân tử lớn, nước Phân tử nhỏ, nước
Lọc nano
(nanofiltration)
Áp suất Phân tử nhỏ, acid phân
ly, nước…
Acid không phân ly
nước
Thẩm thấu ngược
(reverse osmosis)
Áp suất Tất cả các chất tan,
nước
Nước
Điện thẩm tích
(Electrodialysis)
Điện thế Chất tan không ion
hoá, nước
Chất tan ion hoá,
nước
Pervaporation Áp suất Phân tử không bay
hơi, nước
Phân tử bay hơi,
nước
1. Mở đầu

Ưu điểm của kỹ thuật membrane :
 Chi phí năng lượng thấp
Ví dụ : cô đặc dung dịch bằng kỹ thuật sử dụng nhiệt độ
cao, kỹ thuật sử dụng nhiệt độ thấp và kỹ thuật membrane
 Tự động hoá cao, tránh lao động thủ công
 Chất lượng thực phẩm : giữ được chất lượng thực phẩm
 Thiết bị hỗ trợ : ít
1. Mở đầu

Nhược điểm của kỹ thuật membrane
 Tính liên tục trong quá trình sản xuất không cao do ngẹt
màng  vệ sinh màng
 Vấn đề vệ sinh membrane và thiết bị : phức tạp, đặc trưng
cho màng.
 Sử kết hợp các kỹ thuật khác
Ví dụ: cô đặc sữa gầy - RO : 30%, UF : 42%
 Lĩnh vực ứng dụng:
• Độ nhớt của nguyên liệu lớn  không thể áp dụng.
• Áp lực thẩm thấu của retentate lớn  không thể áp dụng.
1. Mở đầu

1.2. Lịch sử phát triển
 1748 : Abbe Nollet quan sát hiện tượng thẩm thấu ngược qua
màng bán thấm
 1855 : Fick giới thiệu membrane tổng hợp (nitrocellose)
 1907 : Bechhold đưa ra phương pháp kiểm tra đường kính
mao quản trên membrane
 1927 : Satorius chào bán membrane
 Đến năm 1945 : Membrane được sử dụng để tách VSV, các
chất lơ lửng không tan ra khỏi chất lỏng/khí; phân tách các
chất có phân tử lượng lớn.
 1958-1960 : Sourirajan chế tạo membrane có độ dày rất nhỏ
 1980 : Xuất hiện membrane ceramic
1. Mở đầu

Màng lọc (Filter):
Màng bề sâu (Depth filter) Màng bề mặt (Screen filter)
Rào cản + hấp phụ Rào cản
2.Hóa học membrane
2.1. Phân loại membrane

Membrane vi xốp (microporous): dựa vào kích thước và
sự phân bố của mao quản
Đẳng hướng (Isotropic): các mao quản
 Đường kính mao quản : không thay đổi theo chiều dài
 Sự sắp xếp mao quản : định hướng
Bất đẳng hướng (Anisotropic)
 Kích thước mao quản : tăng dần theo chiều dài
 Gồm 2 lớp :
+ Lớp trên dày 0,1- 0,5 µm  mỏng, tách cấu tử.
+ Lớp dưới dày 100-200 µm  dày, giữ cố định lớp trên
2. Hóa học membrane
2.1. Phân loại membrane

Cellulose acetate (CA):
Cellulose???
2.2. Vật liệu membrane

- Sản xuất từ cellolose : phản ứng acetyl hóa giữa cellulose,
acetic anhydric, acid acetic và acid sulfuric.
- Ưu điểm :
o Tính ưa nước : ít bị nghẹt so với các màng kỵ nước
o Kích thước mao quản : đa dạng từ MF  RO
o Tốc độ qua màng : cao do tính ưa nước
o Kỹ thuật sản xuất : đơn giản
o Giá thành : rẻ

- Nhược điểm:
oNhiệt độ hoạt động thấp (Tmax=30-40oC)
opH hoạt động hẹp [3-6], giới hạn tối đa [2-8]
+ pH = 4 - 5 : 4 năm
+ pH = 6 : 2 năm
+ pH = 1 hoặc 9 : vài ngày
Vấn đề vệ sinh membrane khó khăn

- Nhược điểm:
oĐộ bền với chlorine kém
oKhả năng phân hủy sinh học cao, nếu nước bẩn nhiễm vi
sinh vật thì chúng dính lại ở màng và sẽ phân hủy màng.
oSự ổn định của các tính chất của CA dưới áp lực cao là
không tốt

Nhóm polyamide (PA): tên chung của nhiều vật liệu khác
nhau.
Được tạo thành từ phản ứng trùng hợp  nối dài mạch tạo
nên cấu trúc màng.
Các vật liệu phổ biến :
o Polyacrylamide
o Nylon X,Y
o Polyurethane
o Polybenzimidazole (PBI),…

Nhóm polyamide (PA):
Các tính chất :
o Nhiệt độ và pH hoạt động rộng hơn CA  dễ vệ sinh màng.
o Độ bền với chlorine kém hơn cả CA.
o Vấn đề biofouling : dễ bị tắt nghẽn do màng hấp thụ vsv rất
tốt.
o Kích thước mao quản : giống CA (từ vi lọc đến thẫm thấu
ngược)

Nhóm polysulfone (PS): hợp chất có vòng benzen trong
phân tử.
Được tạo thành từ phản ứng trùng hợp  nối dài mạch tạo
nên cấu trúc màng.
Các vật liệu phổ biến :
oPolysulfone (PS)
oPolyphenylensulfone
oPolyethersulfone(PES),…

Nhóm polysulfone :
Ưu điểm :
o Nhiệt độ hoạt động rộng hơn CA và PA
- T = 75oC (sử dụng thường xuyên)
- Tmax =125oC (tiệt trùng)
o pH hoạt động [1-13]
o Độ bền với chlorine tốt hơn CA và PA
- Vệ sinh : dd 200 ppm
- Bảo quản : dd 50 ppm
o Kỹ thuật sản xuất đơn giản
o Kích thước mao quản đa dạng

Nhóm polysulfone :
Nhược điểm :
o Khả năng chịu áp lực (PS, PES) kém hơn CA và PA
o Tính kỵ nước cao nên dễ bị tắt nghẽn

Các vật liệu khác :
o Polyacrylonitrile (PAN)
o Polycarbonate (PC)
o Polymethylmethcrylate (PMMA)
o Polypropylene (PP)
o Polystyrene (PS)
o Polytetrafluorethylene (PTFE)
o Polyvinyl alcohol (PVA)
o Polyvinyl chloride (PVC)
o Polyninylidene fluoride (PVDF)

Vật liệu ceramic : SiO2, xuất hiện 1980, dạng ống; không phải
dạng màng hay tấm.
Kỹ thuật sản xuất :
o Phối trộn nguyên liệu và phụ gia : thành phần chính là SiO2
o Ép đùn
Tác động nhiệt : kết tinh phụ gia, nguyên liệu  tạo cấu trúc
màng
Sử dụng 2 loại bột có kích thước khác nhau : lớp bề mặt là lớp
hoạt động  đường kính mao quản nhỏ  chọn loại bột có
kích thước nhỏ.

Vật liệu ceramic :

Ưu điểm :
o Nhiệt độ hoạt động (Tmax = 350oC)
Chú ý : shock nhiệt  khi thay nhiệt độ đột ngột  vật liệu bị
rạn nứt
o pH hoạt động [0.5 - 13]  có thể vệ sinh cả acid và kiềm
o Độ bền với các loại hoá chất (chlorine 2.000 ppm)
o Thời gian sử dụng (max:10 - 14 năm)
o Phương pháp vệ sinh (chảy ngược)

Nhược điểm:
o Độ bền cơ học : dễ gây tổn thương do tác động cơ học
o Giá thành : đắt do thời gian sử dụng dài
- Membrane polymer : 50-100USD/m2 (sử dụng vài năm)
- Membrane ceramic : 500-3000USD/m2 (sử dụng vài chục
năm).
o Áp lực sử dụng (ví dụ : 10 bar) không cao lắm do độ bền cơ
học kém.
o Kích thước mao quản : chỉ SX được vi lọc

So sánh các loại vật liệu màng :
- Nhiệt độ : CA < PA < PS < ceramic chỉ chú trọng khi vệ
sinh màng, trong SXTP nhiệt độ thấp (<70oC).
- pH acid : CA = PA (2-8) < PS = ceramic
- pH kiềm : CA < PA < PS < ceramic
- Clorin : PA < CA < PS < ceramic
- Khả năng bị nghẹt :
+ PA : do biofouling
+ PS : do kỵ nước

o Kích thước mao quản (pore size)  quan trọng nhất
o Mật độ mao quản (pore density)
o Độ xốp bề mặt (surface porisity)
o Độ xốp thể tích (bulk porisity/void volume)  màng nhiều lớp
o Tốc độ dòng permeate (flux)  năng suất màng
o Khả năng bền nhiệt (temperature stability)
o Khả năng chịu dung môi (solvent resistance)
3.Tích chất của membrane

o Tính ưa nước, kỵ nước - khả năng thấm ướt (wettability)
o Độ dày (thickeness)
o Độ vô trùng (sterility)
o Độ tro (residual ash)
o Độ chiết (extractable components)
o Độ bền sinh học (biological stability)
o Khả năng phân riêng (retention/ rejection)
3. Tích chất của membrane

 2 tiêu chí quan trọng nhất của màng là :
1). Kích thước mao quản (ghi trên bao bì)
2). Khả năng phân riêng  kiểm tra
 Kích thước mao quản (ghi trên bao bì)  Phương pháp
sử dụng kính hiển vi điện tử  không dùng cho RO
 Khả năng phân riêng :
 Phương pháp đánh giá : Passage test
 Phương pháp đánh giá : (R/F)

Phương pháp đánh giá : Passage test  MF
o Sử dụng hộp petri
o Lượng VSV : cfu/ml
Quy định
o Loài VSV
o Môi trường nuôi cấy
o Mật độ VSV trên membrane: 107 - 108 cfu/cm2
 sử dụng vsv chuẩn, nuôi trong mt chuẩn để xác định khả
năng phân riêng của màng.
3. Tích chất của membrane - Khả năng phân riêng

Phương pháp đánh giá : Passage test
Ví dụ :
o S.cerevisiae : membrane 0,45 micrometer - môi trường
tryptone glucose
o P. diminuta : membrane 0,2 micrometer
Biểu diễn kết quả : Logarite reduction value - LRV :
LRV=lg[số tế bào mẫu ban đầu/số tế bào trong permeate]
Chỉ sử dụng khi kích thước mao quản > 0,2 mocrometer.
 Khả năng phân riêng trong môi trường khí tốt hơn lỏng.

Phương pháp đánh giá (R/E) : NO, UF, RO
Quy định : chọn các chất chuẩn với phân tử lượng khác
nhau
o Chất có phân tử lượng nhỏ : muối ăn (M = 58,5),
glucose (M = 180), saccharose (M = 342),…
o Chất có phân tử lượng lớn : protein (Mmax = 900.000 -
lmmunoglobuline).
Chương 1 : KỸ THUẬT PHÂN RIÊNG BẰNG MEMBRANE

o Độ phân riêng biểu kiến (apparent rejection) :
Ra = 1 - (Cp/Cr)
o Độ phân riêng thực (real rejection) :
Rr = 1 - (Cp/Cm)
Cp,Cr và Cm : nồng độ cấu tử trong permeate, retentate và
vùng lân cận bề mặt membrane
Cr < Cm nên Rr > Ra
Chương 1 : KỸ THUẬT PHÂN RIÊNG BẰNG MEMBRANE

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân riêng :
a. Cấu tử cần phân riêng :
o Kích thước phân tử : dựa vào phân tử lượng
- M nhỏ
- M lớn : kích thước lớn  khó qua màng
o Hình dạng :
- Mạch thẳng : cấu tử liên kết với nước, không liên kết với
màng  dễ qua màng.
- Mạch cầu hoặc hình dạng khác : liên kết tốt với màng,
kích thước cồng kềnh  khó qua màng
o Tính chất hoá học : ưa nước, kỵ nước, tích điện (gắn với
màng  khó qua màng), nhóm chức…

b. Membrane :
o Vật liệu : tính ưa nước, kỵ nước, tích điện, nhóm chức
hoá học…
o Cấu trúc : bề mặt bằng phẳng hay gồ ghề, kích thước
mao quản, sự phân bố mao quản, độ dày,…
o Sự tương tác giữa cấu tử và membrane : tương tác vật lý
(tạo liên ion); liên kết kỵ nước; liên kết hóa học (tạo liên
kết cộng hóa trị giữa cấu tử và màng).

c. Các thông số công nghệ :
o Áp lực : động lực quá trình phân riêng
o Nhiệt độ : thay đổi  tính chất cấu tử thay đổi
o Nồng độ cấu tử trong mẫu ban đầu
o Sự khuấy trộn
o Các thông số khác: pH (thay đổi cấu hình không gian
protein,…), lực ion (trạng thái tích điện  tương tác giữa
màng và cấu tử), sự có mặt của các cấu tử khác,…

d. Cấu hình thiết bị membrane
e. Các vấn đề khác :
o Hiện tượng hấp phụ (adsorption) : cấu tử bám trên bề
mặt màng.
o Hiện tượng vi môi trường (microenvironment) : nồng
độ các cấu tử khác nhau tại các vị trí khác nhau trong
môi trường.

Lớp biên
(Boundary layer)
o Tốc độ dòng chảy tại
vùng gần bề mặt
membrane
o Vùng có tốc độ dòng
chảy chậm hơn
4. Mô hình kỹ thuật – khái niệm

Hiện tượng tập trung
nồng độ (Concentration
polarization)
 Hình thành lớp gel
Hệ quả :
o Lưu lượng dòng
permeate giảm
o Xuất hiện gradient
nồng độ  hiện tượng
khuếch tán ngược (từ lớp
biên vào bên trong tâm
lỏng).
4. Mô hình kỹ thuật - khái niệm

Sự hình thành lớp gel - vs - tương tác giữa các cấu tử với
membrane  giảm lưu lượng và tắt nghẽn màng.
Khắc phục :
o Sự khuấy trộn
o Tăng áp lực qua membrane  Hệ quả của gia tăng áp
lực qua nhanh.
Hiện tượng tập trung nồng độ (Concentration polarization)
4. Mô hình kỹ thuật - khái niệm

Đặc điểm chung của các mô hình : đơn giản, ít thông số
ảnh hưởng đến quá trình, xét mô hình ở trạng tháy lý
tưởng [bỏ qua hiện tượng tập trung nồng độ trên bề mặt
màng]  dễ tính toán, kết quả có chênh lệch so với thực
tế.
Đặc điểm của các mô hình :
4. Mô hình kỹ thuật – Mô hình hóa

Phương trình lọc :  lọc truyền thống
W=dV/(S.dt) = P/[μ* (Rbã + Rmàng lọc)]
• W : tốc độ lọc
• V : thể tích mẫu
• S : diện tích màng lọc
• T : thời gian lọc
• μ : độ nhớt của mẫu
• Rbã : trở lực bã lọc
• Rmàng lọc : trở lực màng lọc

Áp lực qua membrane Pt
Pt = (Pf - Pp) - (Ptf - Ptp)
• Pf : áp lực đưa mẫu vào thiết bị
• Pp : áp lực từ phía permeate
• Ptf : áp lực thẩm thấu của mẫu nguyên liệu
• Ptp : áp lực thẩm thấu của permetate

Mô hình Hagen- Poiseuille :  màng
J = (є*dp
2*Pt)/(32x*μ)
• J : tốc độ qua màng membrane (L/m2h)
• Є : độ xốp bề mặt (%), є=N*(3,14/4)dp
2
• dp : đường kính mao quản
• x : chiều dài mao quản
• μ : độ nhớt mẫu
• Pt : áp lực qua membrane

So sánh 2 mô hình phân riêng??:
Các mô hình kỹ thuật – đặc điểm của các mô hình

Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng dòng qua membrane (J) :
oNhiệt độ : tăng  giảm độ nhớt, cấu tử chuyển động hổn
độn  tăng J hoặc giảm sự tập trung nồng độ.
oLưu lượng dòng nhập liệu : tỷ lệ thuận với J. Áp lực bơm
nguyên liệu lớn  tăng J
oNồng độ chất khô của mẫu nguyên liệu : càng đậm đặc 
độ nhớt, P tăng  J giảm
o Sự khuấy trộn (chế độ chảy) : cao  J cao

5.1. Trong PTN

5.1. Trong PTN : thiết bị membrance dùng để :
o Khảo sát khả năng phân riêng của membrane
o Xử lý khí vô trùng
o Xử lý môi trường vô trùng  thanh trùng
o Xác định sinh khối VSV
o Bình phản ứng membrane (membrane reactor)
o Bình lên men membrane (membrane fermentor,
membrane bioreactor),…

5.2. Dạng ống

5.4. Dạng tấm

5.4. Dạng cuộn xoắn

Các yếu tố gây nên hiện tượng fouling :
a) Tính chất của membrane
b) Tính chất các cấu tử trong mẫu nguyên liệu
c) Thông số kỹ thuật của quá trình phân riêng

Định nghĩa : fouling là hiện tượng tắt nghẽn membrane do :
o Sự hấp phụ
o Sự tương tác
Hậu quả : lưu lượng dòng qua membrane bị giảm dần theo
thời gian sử dụng.
Hiện tượng tập trung nồng độ cũng giảm dần lưu lượng
dòng qua membrane  chưa chắc làm ngẹt màng

a). Tính chất của membrane
 Tính ưa nước/kỵ nước
- Vật liệu kỵ nước : sự tương tác có thể xuất hiện
- Vật liệu ưa nước : hạn chế hiện tượng fouling
 có thể thay đổi tính kỵ nước của màng bằng các
phương pháp hóa học, hấp phụ, xử lý vi sóng,….
 Cấu trúc bề mặt membrane
- Bề mặt nhẵn : hạn chế hiện tượng fouling
- Bề mặt gồ ghề : hiện tượng fouling dễ xảy ra

a). Tính chất của membrane
 Sự tích điện
- Các membrane thường tích điện âm
- Khả năng tương tác
 Kích thước mao quản : kích thước mao quản càng lớn,
cấu tử càng dễ hấp phụ  dễ nghẹt màng.

b). Tính chất các cấu tử trong mẫu
o Protein :
-Tích điện : (+)  dễ liên kết với màng (-)
- Có nhiều nhóm chức : liên kết cộng hóa trị  fouling
- Cấu hình không gian phức tạp : dễ hấp phụ
o Khả năng gây fouling :
- Phân tử protein  gây fouling lớn
- Protein liên kết với các phân tử khác

o Protein :
Ví dụ protein : UF trong xử lý whey
 Sweet whey : alpha lactallbumin gây fouling đầu tiên, tiếp
theo là beta lactoglobuline.
 Acid whey : casein liên kết với beta lactoglobuline và ion
Ca.

o Muối :
- Khả năng tạo liên kết ion
- Tạo giá trị lực ion
- Kết tủa (nghẹt mao quản)
Ví dụ :
- Ion Ca trong sữa là cầu nối của một số phân tử protein
- Tách ion Ca ra khỏi whey, lưu lượng dòng qua membrane
trong UF sẽ cao hơn.

o Lipid :
- Bản chất kỵ nước
- Khả năng tương tác
- Kết tinh, nhất là ở nhiệt độ thấp
Tách béo bằng phương pháp ly tâm trước khi xử lý mẫu
bằng membrane.

o Giá trị pH : Trạng thái tích điện (protein)
o Độ hòa tan : sự tan nhiều hay ít của protein  thay đổi
cấu hình không gian.
o Chất chống bọt:
- Membrane kỵ nước
- Membrane ưa nước
o Sự tương tác giữa các cấu tử trong nguyên liệu

c). Thông số kỹ thuật
Nhiệt độ : ảnh hưởng đến hiện tượng fouling không theo một
quy luật rõ ràng.
Ví dụ : xử lý UF whey – tách protein ra khỏi whey
- Tăng nhiệt độ đến 30oC : độ hòa tan muối phosphate calci
giảm, fouling dễ xảy ra, lưu lượng dòng permeate giảm.
- Tăng nhiệt độ từ 30 đến 60oC : độ nhớt giảm, độ khuếch tán
tăng, hiện tượng fouling giảm, lưu lượng dòng permeate
tăng.

c). Thông số kỹ thuật
o Lưu lượng dòng nhập liệu (áp lực) : ảnh hưởng đến chế độ
dòng chảy. Bơm nhanh  tập trung [ ] giảm  fouling
giảm.
o Cấu hình thiết bị

Phương pháp tăng lưu lượng dòng qua membrane :
Nguyên tắc :
o Hạn chế hiện tượng fouling
o Hạn chế hiện tượng tập trung nồng độ
 Tạo dòng chảy rối.

Phương pháp phun tia (lumen flush) :
Nguyên tắc :
o Khóa van ra của dòng permeate trong vài giây
o Tách các cấu tử hấp phụ và các cấu tử trong mao quản
membrane
Kết quả :
o Lưu lượng dòng qua membrane được phụ hồi nhưng lưu
lượng dòng nhỏ hơn ban đầu.
o Hiệu quả giảm dần theo số lần sử dụng

Phương pháp phun tia (lumen flush) :

Phương pháp rửa ngược định kỳ (periodic back wash)
Nguyên tắc :
o Khóa van ra của dòng permeate trong vài giây
o Sử dụng bơm để đưa permeate vào thiết bị từ phía bề mặt
không hoạt hoạt động của membrane
o Chọn áp lực bơm permeate
o Tần suất thực hiện:1-10 lần/phút
Kết quả :
o Lưu lượng dòng qua membrane sẽ phục hồi
o Hiệu quả giảm theo số lần sử dụng nhưng tốt hơn phương
pháp phun tia

Phương pháp rửa ngược định kỳ (periodic back wash)

Phương pháp sử dụng dòng permeate cùng chiều (co-current
permeate flow)
Nguyên tắc :
o Sử dụng bơm đưa permeate vào thiết bị theo hướng bề
mặt không hoạt động của membrane  hiện tượng “rửa
ngược giả” liên tục (pseudo back washing).
o Hiện tượng giảm áp lực từ 2 phía bề mặt của membrane
Kết quả về lưu lượng dòng qua membrane giảm theo thời
gian nhưng chậm hơn các phương pháp trước.

Phương pháp sử dụng dòng permeate cùng chiều (co-current
permeate flow)

Phương pháp vệ sinh membrane
Nguyên tắc :
o Loại bỏ lớp gel
o Loại bỏ các cấu tử hấp phụ hoặc bị nghẹt trong các
mao quản
o Loại bỏ VSV
Mục đích :
o Phục hồi lưu lượng dòng qua membrane
o Hạn chế nhiễm VSV vào sản phẩm
o Bảo vệ màng nếu không sản xuất liên tục

Các phương pháp vệ sinh membrane :
o Vật lý :
- Cơ học : nước để rửa, cuốn trôi hay hòa tan các chất hấp thu
- Nhiệt sẽ làm tăng :
+ Độ hòa tan
+ Sự khuếch tán
o Hóa học : sử dụng hóa chất (NaOH)
- Sự hòa tan
- Thay đổi tương tác giữa cấu tử và membrane  chất hoạt
động bề mặt làm yếu đi sự tương tác này

Các phương pháp vệ sinh membrane :
o Hóa sinh : dùng chế phẩm enzyme
o Tiêu diệt và loai bỏ VSV :
Hiện tượng rửa trôi : nước
Sử dụng nhiệt độ cao : protein biến tính  vsv chết
Sử dụng hóa chất  vsv chết

Quy trình vệ sinh :
1) Rửa bằng nước
2) Rửa bằng hóa chất
3) Rửa lại bằng nước
4) Kiểm tra độ sạch của nước rửa để xác định thời điểm
kết thúc quá trình rửa  đo pH
5) Bảo quản membrane  trong dung dịch bảo quản
nếu màng đã qua sử dụng.

7.1. Công thức tính toán
Độ phân riêng R (rejection) :
R=1-(Cp/Cr) (1)
CP : Nồng độ cấu tử trong permeate
Cr : Nồng độ cấu tử trong retentate
- Nếu Cp = Cr thì R = 0 : Cấu tử chui qua membrane với xác
suất cao nhất
- Nếu Cp = 0 thì R = 1 : Cấu tử không chui qua được
membrane.

Tỉ lệ cô đặc thể tích VCR % (volume concentration ratio) :
VCR = Vo/ Vr (2)
Vo : Thể tích mẫu nguyên liệu
Vr : Thể tích retantate
- Nếu Vo = Vr thì VCR = 1
- Vr càng nhỏ thì VCR sẽ càng lớn

Mối quan hệ giữa Co, Cr, R và VCR :
Cr= Co*(VCR)R (4)
o Khi cấu tử chui qua membrane với xác suất cao nhất
Cp=Cr thì R = 0. Suy ra Co= Cp= Cr
o Khi cấu tử không thể chui qua membrane Cp= 0 thì R = 1.
Suy ra Cr= (Co*Vo)/Vr

Tỉ lệ % giảm thể tích PVR % (percent volume reduction) :
PVR= (Vp/Vo)*100=[(Vo-Vr)/Vo]*100 (3)
Vo : thể tích mẫu nguyên liệu
Vr : thể tích permeate
Vp : thể tích retenate

Khối lượng cấu tử trong mẫu nguyên liệu Mo, permeate Mp,
và retentate Mr :
Mo=Co*Vo;Mr=Cr*Vr;Mp=Cp*Vp (5)
Đơn vị C là % w/v

Hiệu suất phân riêng hay hiệu suất thu hồi cấu tử trong
retentate Y % (mass yield of solutes) :
Y= (Cr*Vr)/(Co*Vo) (6)
Suy ra (6) :
Y=( Cr/Co)*(Vr/Vo)=(VCR)R*(VCR)-1
Y= (VCR)R-1

Suy ra từ pt (4) :
Cr/Co=(VCR)R=(Vo/Vr)R
Cr/Co =(Vo/Vr)R (8)
Gọi tỉ lệ cô đặc cấu tử (solute concentration ratio)
SRC= (Cr/Co), ta có :
lg(SCR)= R*lg(VCR) (9)

7.2. Kỹ thuật thực hiện
Kỹ thuật diafiltration (nâng cao độ tinh sạch ):
o Tiến hành phân riêng bằng membrane
o Thu nhận retentate
o Cho thêm nước vào retentate và tiếp tục quá trình phân
riêng
 Nước cho vào có thể gián đoạn hay liên tục

7.2. Kỹ thuật thực hiện
Kỹ thuật diafiltration (nâng cao độ tinh sạch ):
So sánh kỹ thuật cho nước gián đoạn và liên tục
Ưu : Lưu lượng dòng qua membrane ??
Nhược :
Tiêu hao nước : lượng nước qua màng lớn
Nồng độ cấu tử trong permeate : thấp do nhiều nước, tách
các cấu tử trong dòng permeate khó khăn
 Giải pháp : cô đặc nhiệt

7.3. Các mô hình – mô hình gián đoạn (hồi lưu hoàn
toàn) (cô đặc retenate)

7.3. Các mô hình mô hình gián đoạn (hồi lưu 1 phần)
 Tách protein trong nước quả

7.3. Các mô hình

1) Công nghiệp chế biến sữa
2) Công nghiệp sản xuất các sản phẩm giàu protein từ đậu nành
3) Công nghiệp sản xuất dầu thực vật – tách chất màu, sáp, …;
các xử lý dầu sau khi chiên
4) Công nghiệp sản xuất một số sản phẩm từ ngũ cốc, lương
thực – glucose syrup; maltodextrin; protein bắp,….
5) Xử lý nước nguyên liệu và nước thải
6) Công nghệ sinh học – thu hồi và tinh sạch chế phẩm sinh học.
8. Ứng dụng trong CNTP

Chuong 5 ky thuat phan rieng bang mang- nguyen

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Chuong 5 ky thuat phan rieng bang mang- nguyen

Similar to Chuong 5 ky thuat phan rieng bang mang- nguyen (20)

More from Ratana Koem

More from Ratana Koem (6)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Chuong 5 ky thuat phan rieng bang mang- nguyen