CHƯƠNG 7 CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CHƯƠNG CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC 2011 GiỚI THIỆU CHUNG CÔNG LÝ THUYẾT NGHỆ MÀNG LỌC MÀNG THẦM THẤU NGƯỢC, SIÊU LỌC, VI LỌC LỌC CÁC LOẠI MÀNG Một số thuật ngữ riêng Màng lọc - membrane Thẩm thấu - osmosis Dịch thấm (nước trong) – permeate (filtrate) Thẩm thấu ngược (reverse osmosis -RO) Dịch đặc – retentate (concentrate) Lọc nano (nanofiltration – NF) Dung dịch – solution Siêu lọc (ultrafiltration –UF): Dòng lưu chất ban đầu – feed Vi lọc - (microfiltration – MF) Lọc vuông góc (dead-end filtration) Lọc tiếp tuyến (crossflow filtration) Lọc - filtration I Khái niệm về quá trình lọc màng Màng lọc – rào chắn ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các chất một cách có chọn lọc • Cấu trúc đối xứng hoặc không đối xứng • Mang điện tích âm/dương • Trung hòa về điện tích Quá trình vận chuyển vật chất qua màng: Do từ điện trường Do nồng độ Do áp suất Cơ chế lọc màng-PHƯƠNG PHÁP LỌC TiẾP TUYẾN (CROSSFLOW FILTRATION) • Dòng chảy theo hướng : vuông góc và tiếp tuyến với bề mặt của màng • Permeate (filtrate)– dòng thấm (nước trong) = dòng sản phẩm qua màng • Retentate – dòng cô đặc (dịch đặc) = dòng dòng sản phẩm không qua màng Phân loại các quá trình lọc màng  Đặc tính của chất cần tách (kích thước phân tử, đặc tính hóa lý, điện cực của các phân tử…)  Động lực chuyển các chất qua màng  Đặc tính loại màng  Kích thước của các phần tử so với kích thước của lỗ lọc… Ưu điểm của công nghệ màng lọc  Công nghệ sạch và dễ vận hành  Có thể thay thế được nhiều quá trình hóa lý truyền thống: lọc, chưng cất, trao đổi ion  Tạo sản phẩm có chất lượng cao  Thuận lợi cho việc thiết kế những hệ thống có tính linh hoạt cao Ứng dụng của kỹ thuật màng lọc  CNTP: lọc trong/xử lý nước uống cô đặc nước trái cây, sữa  CNMT: xử lý nước thải khử khoáng và làm mềm nước, khử màu và các chất hữu hòa tan  CNSH: thu hoạch sinh khối cô đặc/ phân tách tế bào protein  CNHH: tách dầu, trích ly dầu tách muối loại kim loại nặng thu hồi chất xúc tác  Y học: cô đặc chất kháng sinh dung môi hữu II Phân loại màng lọc Phân loại theo cấu trúc Cấu trúc đẳng hướng Cấu trúc bất đẳng hướng Phân loại theo hình dạng Màng phẳng Hình trụ Phân loại theo bản chất hóa học Màng hữu (polymer) Màng vô (ceramic) Đặc tính của một số loại màng lọc Màng hữu Cellulose acetate (CA) • Tmax (oC) ≤35÷40 • pH = 3÷8 • ưa nước, • đường kính lỗ lọc có thể dao động một khoảng rất lớn • giá thành thấp • kém bền với các chất tẩy rửa công nghiệp chlorine, Polyamide • Tmax (oC) ≤ 50 • pH= 3÷11 • kém bền với chlorine • dòng permeate dễ bị tắc nghẽn Màng vô Polysulfone Ceramic • Tmax (oC) ≤ 75 • pH =1÷13 • bền với chlorine • Tmax (oC) ≤ 350 • pH= 0,5÷13 • trơ với các hóa chất acid, chịu áp lực kém kiềm, chlorine • kỵ nước • khá dễ vơ • giá thành cao, • đường kính lỗ mao dẫn lớn (d> 10 -2 µm) • dễ bị phân hủy sinh học Đại lượng đặc trưng của màng lọc  Đường kính lỗ mao dẫn  Mật độ mao dẫn: tỷ lệ phần trăm giữa tổng diện tích mặt cắt các ống mao dẫn toàn bộ diện tích bề mặt màng  Độ xốp: tỷ lệ phần trăm giữa tổng thể tích các ống mao dẫn và thể tích màng  Khả chịu nhiệt  Khả chịu dung môi  Độ bền sinh học  Độ vô trùng  Độ dày  Độ tro: hàm lượng tro tính theo phần trăm so với tổng khối lượng chất khô màng  Tính ưa nước/ kỵ nước  Độ chiết: tỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng chất chiết được so với tổng lượng chất khô màng Độ chiết thể hiện mức độ tinh sạch của màng  Khả phân riêng  Tốc độ qua màng của dòng permeate 10 Gián đoạn QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG BẰNG MEMBRANE Liên tục QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG GIÁN ĐOẠN a Mô hình hồi lưu toàn phần retentate 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- thiết bị lọc 4- thiết bị membrane 5- van điều chỉnh 6- thiết bị trao đổi nhiệt QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG GIÁN ĐOẠN b Mô hình hồi lưu một phần retentate 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- bơm hồi lưu 4- thiết bị membrane QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG LIÊN TỤC a Mô hình đơn giản 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- thiết bị membrane QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG LIÊN TỤC b retentate Mô hình hồi lưu một phần retentate 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- bơm hồi lưu 4- thiết bị membrane QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG LIÊN TỤC c Mô hình nhiều giai đoạn 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- bơm hồi lưu 4- thiết bị membrane 5- van điều chỉnh MÔ HÌNH ỐNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ SỢI MEMBRANE MÔ HÌNH BẢNG/ TẤM MÔ HÌNH CUỘN XOẮN 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) d =12,5 ÷ 75 mm l = 0,6 ÷ 6,4 m 27 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) 28 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) 29 MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) d =2,5 ÷ 12,7 cm l = 18 ÷ 120 cm 50 ÷ 3000 sợi d =0,2÷ mm d =0,04 mm 30 MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) 31 MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) 32 MÔ HÌNH BẢNG/TẤM (PLATE MODULE) 33 MÔ HÌNH CUỘN XOẮN (SPIRAL - WOUND MODULE) 34 [...]... Reverse osmosis (RO) 15 1.Vi lọc (microfiltration – MF) •Tách lọc những phần tử có kích thước, phân tử khối khá lớn so với các quá trình màng khác như: các vi khuẩn, vi sinh vật, các chất lơ lửng khá nhỏ, các phân tử có phân tử lượng lớn, các hạt sơn trong công nghệ sơn phun… kích thước của các phần tử này d = 0,1 ÷10 µm 2.siêu lọc (ultrafiltration – uF) ... điều chỉnh MÔ HÌNH ỐNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ SỢI MEMBRANE MÔ HÌNH BẢNG/ TẤM MÔ HÌNH CUỘN XOẮN 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) d =12,5 ÷ 75 mm l = 0,6 ÷ 6,4 m 27 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) 28 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) 29 MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) d =2,5 ÷ 12 ,7 cm l = 18 ÷ 120 cm 50 ÷ 3000 sợi d =0,2÷ 3 mm d =0,04 mm 30 MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) 31 MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE)... hoặc atm) -1 Rm – trở kháng nội tại của màng (m ) Lp – tính thấm nước của màng X – bề dày của màng (m) d – đường kính lỗ lọc (m) e – độ rỗng của màng (m) 12 III Các phương pháp lọc màng 13 • Giá thành loại màng RO> NF>UF>MF 14 Quá trình Vi lọc Microfiltration (MF) Cấu trúc màng lọc Loại màng Vi xốp đối xứng Cellulose nitrate or acetate, polyvinylidene (symmetric... kiện vật lý, động lực học của quá trình: áp suất qua màng, vận tốc lọc, nhiệt độ  Yêu cầu chất lượng của dịch sau khi lọc (permeate) 11 MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO QUÁ TRÌNH LỌC 1.Vận tốc tiếp tuyến Uc (m/s): Uc = Q/ S Q – lưu lượng dịch đặc (retentate) (l/h) 2 S – diện tích màng lọc (m ) 2 Hằng số Reynolds (Re) Re = Uc*p*d/ µ*T µ - độ nhớt của lưu chất ban... hạt có kích từ 101000Å   Hiệu quả UF phụ thuộc vào khối lượng của phần tử muốn tách và kích thước của chúng UF rất hữu hiệu trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ 16 3.LỌC NANO (NANOFILTRATION –NF)   Sử dụng màng để tách dòng chất lỏng hoặc các phân tử chất có trong dòng Có khả năng giữ các phân tử đường, muối kim loại hóa trị II, vi khuẩn, proteins,... 1-10Å) • • • Sản xuất nước tinh khiết đóng chai Tái sử dụng (lọc lại) nước tiểu của các nhà du hành vũ trụ thành nước uống trên các trạm vũ trụ Lọc nước biển thành nước ngọt 17 CƠ CHẾ CỦA Thẩm thấu ngược (reverse osmosis -RO): a.Thẩm thấu (osmosis): b.Thẩm thấu ngược (reverse osmosis): 18 19 Gián đoạn QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG BẰNG MEMBRANE Liên tục QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG...YẾU TỐ Ảnh hưởng đến năng suất lọc  Dòng lưu chất ban đầu: nồng độ, thành phần, kích thước phân tử, điện cực các phân tử, độ nhớt, pH  Đặc tính, cấu tạo của màng lọc: ưa nước, kỵ nước…  Tương tác ions, điện ...GiỚI THIỆU CHUNG CÔNG LÝ THUYẾT NGHỆ MÀNG LỌC MÀNG THẦM THẤU NGƯỢC, SIÊU LỌC, VI LỌC LỌC CÁC LOẠI MÀNG Một số thuật ngữ riêng Màng lọc - membrane Thẩm... Lọc tiếp tuyến (crossflow filtration) Lọc - filtration I Khái niệm về quá trình lọc màng Màng lọc – rào chắn ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các... về điện tích Quá trình vận chuyển vật chất qua màng: Do từ điện trường Do nồng độ Do áp suất Cơ chế lọc màng- PHƯƠNG PHÁP LỌC TiẾP TUYẾN (CROSSFLOW FILTRATION) • Dòng chảy theo