Ứng dụng kỹ thuật membrane để cô đặc dung dịch syrup glucose

Đại Học Quốc Gia Tp HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LẠI QUỐC ĐẠT ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MEMBRANE ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH SYRUP GLUCOSE Chuyên ngành: Khoa học Công nghệ Thực phẩm Mã số ngành: 2.11.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Văn Việt Mẫn Chữ ký: Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Đống Thị Anh Đào Chữ ký: Cán chấm nhận xét 2: TS Hoàng Tiến Cường Chữ ký: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng……năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LẠI QUỐC ĐẠT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08 – 06 – 1981 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Khoa học Công nghệ Thực phẩm MSHV: 01104283 I- TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng kỹ thuật membrane để cô đặc syrup glucose II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến q trình tiền cô đặc glucose syrup, sử dụng membrane NF (áp suất, nồng độ chất khô ban đầu, nhiệt độ, pH, lưu lượng nhập liệu) - Khảo sát số mô hình cho q trình tiền đặc glucose syrup membrane NF III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 12/2005 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 6/2007 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS GVC Lê Văn Việt Mẫn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH TÓM TẮT LUẬN VĂN Kỹ thuật cô đặc có sử dụng membrane ứng dụng rộng rãi trình cô đặc dịch nước quả, enzyme, proteine trứng, dịch cà phê, dung dịch chất màu mùi tự nhiên, syrup… có ưu điểm tiết kiệm lượng, dễ vận hành, bảo toàn cấu tử nhạy nhiệt Trong nghiên cứu này, tiến hành khảo sát ảnh hưởng số thông số kỹ thuật đến trình phân riêng cấu tử dịch syrup glucose nhằm mục đích đánh giá khả ứng dụng kỹ thuật membrane để tiền cô đặc dịch syrup Dung dịch syrup glucose thu nhận từ tinh bột sắn phương pháp thủy phân, sử dụng chế phẩm amylase Các thông số kỹ thuật thích hợp cho trình phân riêng glucose sau: - Màng lọc nano (nanofiltration - NF) có khả phân riêng glucose tốt màng thẩm thấu ngược RO - p suất vận hành: 40 bar - Nồng độ chất khô ban đầu: 16%(w/w) - pH dòng nhập liệu: - Nhiệt độ thích hợp: nhiệt độ phòng - Lưu lượng dòng nhập liệu: 500L/h với diện tích membrane sử dụng 0.252m2 Khi khảo sát lựa chọn mô hình vận hành phù hợp, số mô hình khảo sát mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, có áp dụng kỹ thuật phun tia có hiệu cao so với mô hình lại Kết thu sau: - Nồng độ chất khô dụng dịch cuối cùng: 33.7% - Hiệu suất thu hồi glucose: 90% - Tỷ lệ cô đặc thể tích: 2.91 - Năng suất trình tính theo sản phẩm: 11.2L/m 2/h ABSTRACT Nowadays, liquid concentration by membrane has widely been used in food industry (juices, coffee extract, syrup, enzyme extract, egg proteins, aroma and flavour extract etc…) The advantages of membrane seperation are: saving energy, easy operating, reducing the loss of thermal sensitive compounds This research focused on the influence of some technological parameters on membrane separation yield in glucose syrup pre-concentration The glucose syrup was produced by tapioca starch, hydrolysis with microbial amylases The suitable technological parameters of the membrane separation were as follows : - For glucose syrup pre-concentration, NF membrane was better than RO membrane - Operating pressure: 40 bar - Initial concentration of glucose syrup: 16%(w/w) - Temperature: ambient temperature - Flow of feed: 500L/h (working membrane surface: 0.252m2) Some models of membrane separation were studied Batch process with full recycle of retentate (without feed supplementation) and Lumen flush defouling were considered as the best model Some characteristics the glucose syrup preconcentration: - Product concentration: 33.7% (w/w) - Recovery yield by glucose: 90% - Volume concentration ratio: 2.91 - Productivity: 11.2L/m2/h LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Việt Mẫn tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian em thực luận án Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô, anh chị em đồng nghiệp môn Công nghiệp thực phẩm khoa Công nghệ hóa học giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực luận án Tôi xin chân thành cám ơn anh chị bạn lớp cao học CNTP K15 giúp đỡ, hỗ trợ trình thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt thời gian học tập thực luận án Mục lục MỤC LỤC Danh mục bảng Danh mục hình Trang Chương 1: MỞ ÑAÀU Chương 2: TỔNG QUAN Lịch sử kỹ thuật membrane 2.2 Khái niệm membrane 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Phân loại membrane 2.2.2.1 Theo nguoàn goác 2.2.2.2 Cấu trúc membrane 2.2.3 Vật liệu membrane 2.2.3.1 Nhoùm cellulose acetate 2.2.3.2 Nhoùm polyamide 2.2.3.3 Nhoùm polysulfone 2.2.3.4 Các vật liệu khác 2.3 Caùc kỹ thuật membrane 2.3.1 Kỹ thuật vi lọc (microfiltration) 2.3.2 Kỹ thuật siêu lọc (ultrafiltration) 2.2.3 Kyõ thuật lọc nano (nanofiltration) 2.2.4 Kỹ thuật lọc thẩm thấu ngược (reverse osmosis) 2.4 Động học trình phân riêng membrane 2.4.1 Mô hình phân riêng membrane 2.4.2 Động lực trình 11 2.4.3 Các thông số đánh giá trình phân riêng 12 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân riêng membrane 13 2.5.1 Bản chất membrane 13 i Muïc luïc 2.5.2 Tính chất dòng nhập liệu 16 2.5.3 Thông số công nghệ 18 2.6 Thiết bị membrane 20 2.7 Hiện tượng tập trung nồng độ (concentration polarision) 22 2.8 Hiện tượng fouling 24 2.8.1 Giới thiệu tượng fouling 24 2.8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tượng fouling 24 2.8.3 Hiện tượng fouling vi sinh vật (biofouling) 26 2.9 Ưu – nhược điểm kỹ thuật membrane 26 2.10 Ứng dụng kỹ thuật membrane công nghệ thực phẩm 28 Chương 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 3.1 Phương pháp nghiên cứu 29 3.1.1 Sơ đồ nghiên cứu 29 3.1.2 Nội dung nghiên cứu 30 3.2 Nguyên liệu 31 3.2.1 Tinh bột sắn 31 3.2.2 Enzyme 31 3.2.3 Hóa chất phân tích 31 3.3 Qui trình thủy phân tinh bột thành glucose syrup 32 3.3.1 Qui trình công nghệ 32 3.3.2 Thuyết minh qui trình công nghệ 33 3.4 Thiết bị membrane mô hình khảo sát 33 3.4.1 Thiết bị membrane 33 3.4.1.1 Cấu tạo thiết bị thông số chế tạo 33 3.4.1.2 Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động 34 3.4.1.3 Các thông số màng 35 3.4.2 Các mô hình khảo sát 35 3.4.2.1 Mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu 35 3.4.2.2 Mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu 36 ii Mục lục 3.4.2.3 Kỹ thuật phun tia 36 3.5 Phương pháp phân tích 37 3.5.1 Xác định hàm lượng glucose 37 3.5.1.1 Phương pháp pha thuốc thử 37 3.5.1.2 Xây dựng đường chuẩn 37 3.5.1.3 Xác định hàm lượng đường khử mẫu 37 3.5.2 Xác định lưu lượng dòng permeate retentate 38 3.5.3 Xác định hàm lượng chất khô 38 3.5.4 Xác định pH 38 3.5.5 Xác định độ ẩm 39 3.6 Phương pháp tính toán 39 3.6.1 Xác định hiệu suất thủy phân 39 3.6.2 Xác định lưu lượng dòng permeat (Flux) 39 3.6.3 Xác định độ phân riêng R (Rejection) 39 3.6.4 Xác định hiệu suất thu hồi cấu tử Y (Yield) 39 3.6.5 Xác định tỷ lệ cô đặc thể tích 39 3.6.6 Xác định suất trình phân riêng 39 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 41 4.1 Thực trình thủy phân tinh bột tạo glucose syrup 41 4.2 Khảo sát ảnh hưởng áp suất chủng loại màng đến trình phân riêng, sử dụng loại màng khác 42 4.2.1 Ảnh hưởng áp suất làm việc đến lưu lượng dòng permeate 43 4.2.2 AÛnh hưởng áp suất làm việc đến độ phân riêng 46 4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ nguyên liệu đến trình phân riêng 48 4.3.1 Ảnh hưởng nồng độ nguyên liệu đến lưu lượng doøng permeate 49 4.3.2 Ảnh hưởng nồng độ nguyên liệu đến độ phân riêng 50 iii Mục lục 4.4 Khảo sát ảnh hưởng pH nguyên liệu đến trình phân riêng 52 4.4.1 Ảnh hưởng pH nguyên liệu đến lưu lượng dòng permeate 53 4.4.2 Ảnh hưởng pH nguyên liệu đến độ phân riêng 54 4.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ làm việc đến trình phân riêng 56 4.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ làm việc đến lưu lượng dòng permeate 57 4.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ làm việc đến độ phân riêng 58 4.6 Ảnh hưởng lưu lượng dòng nhập liệu 59 4.6.1 nh hưởng lưu lượng nhập liệu đến lưu lượng dòng permeate 60 4.6.2 Ảnh hưởng lưu lượng nhập liệu đến độ phân riêng 62 4.7 Động học trình cô đặc glucose theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu 63 4.7.1 Động học doøng permeate 64 4.7.2 Động học độ phân riêng 67 4.7.3 Hiệu suất thu hồi glucose 70 4.8 Động học trình phân riêng glucose theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu 72 4.8.1 Động học lưu lượng doøng permeate 73 4.8.2 Động học độ phân riêng 76 4.8.3 Hiệu suất thu hồi glucose 78 4.9 So sánh hiệu mô hình khảo sát 80 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 5.1 Kết luận 82 5.2 Kiến nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO iv Chương 4: Kết bàn luận - pH dòng nhập liệu: - Nhiệt độ: nhiệt độ phòng Ø Khi áp dụng kỹ thuật phun tia: - Các thông số vận hành: tương tự không áp dụng kỹ thuật phun tia - Thời gian lần khóa mở van dòng permeate: 20 phút - Thời gian khóa van dòng permeate: giây 4.8.1 Động học lưu lượng dòng permeate Từ kết hình 4.14, thấy rằng: Ø Khi áp dụng kỹ thuật phun tia: 50 Lưu lượng dòng permeate (L/m /h) 45 40 35 30 25 20 15 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 Thời gian (phút) Hình 4.14: Sự biến đổi lưu lượng dòng permeate theo thời gian vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu, 1: không áp dụng kỹ thuật phun tia, 2: có áp dụng kỹ thuật phun tia 73 Chương 4: Kết bàn luận - Lưu lượng dòng permeate giảm dần theo thời gian chia làm giai đoạn: khoảng 120 phút đầu giảm nhanh theo thời gian, sau dòng permeate bắt đầu giảm chậm lại (thể thông qua độ dốc đồ thị) - So với vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, tốc độ giảm lưu lượng dòng permeate mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu nhiều (sau 120 phút vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu, lưu lượng dòng permeate giảm từ xấp xỉ 45L/m2/h xuống xấp xỉ 6L/m2/h, đó, vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, sau 60 phút lưu lượng dòng permeate giảm từ xấp xỉ 45L/m 2/h xuống xấp xỉ 3.3L/m2/h) Kết giải thích sau: Sự giảm dần lưu lượng dòng permeate theo thời gian chia làm hai giai đoạn mô hình tương tự mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu Đó trình hình thành lớp biên nồng độ (do tượng tập trung nồng độ bề mặt) thay đổi độ chênh lệch áp suất hiệu dụng Còn tốc độ giảm lưu lượng dòng permeate mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu chậm nhiều so với mô hình hồi lưu toàn phần dòng nhập liệu liên tục bổ sung glucose syrup 16%(w/w) nên nồng độ dòng lưu chất bề mặt membrane tăng chậm theo thời gian vận hành Nồng độ glucose lớp biên nồng độ phụ thuộc vào nồng độ chất khô dòng lưu chất Khi nồâng độ chất khô tăng nồng độ glucose lớp biên nồng độ mô hình tăng Do đó, gia tăng nồng độ lớp biên nồng độ thấp so với vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu Vì vậy, trở lực dòng permeate tăng chậm Đồng 74 Chương 4: Kết bàn luận thời, gia tăng áp suất thẩm thấu dòng lưu vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu thấp so với vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần, nên độ chênh lệch áp suất hiệu dụng giảm chậm Kết lưu lượng dòng permeate giảm chậm Ø Khi áp dụng kỹ thuật phun tia: - Lưu lượng dòng permeate giảm chậm so với không áp dụng kỹ thuật phun tia Sau 120 phút, lưu lượng dòng permeate 9L/m 2/h, đó, không áp dụng kỹ thuật phun tia, sau 120 phút, lưu lượng dòng permeate khoảng 6L/m 2/h (hình 4.14) - Trong giai đoạn đầu trình, tác động kỹ thuật phun tia đến lưu lượng dòng permeate không cao (thể qua thay đổi lưu lượng dòng permeate không lớn) Trong khoảng thời gian cuối trình, tác động kỹ thuật phun tia tăng cao (thể qua thay đổi cao lưu lượng dòng permeate) Tương tự áp dụng kỹ thuật phun tia mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, lưu lượng dòng permeate thay đổi thay đổi lớp biên nồng độ bề mặt membrane (hình thành tượng tập trung nồng độ) độ chênh lệch áp suất hiệu dụng Điều dẫn đến thay đổi trở lực dòng permeate làm thay đổi lưu lượng dòng permeate Ngoài ra, lý khác tượng defouling đề cập phần 4.7.1 Như ta biết, nồng độ glucose lớp biên nồng độ hình thành tượng tập trung nồng độ bề mặt phụ thuộc vào nồng độ chất khô dòng nhập liệu Trong giai đoạn đầu trình vận hành, nồng độ chất khô dòng nhập liệu thấp ; đó, nồng độ lớp cấu tử hình thành tượng tập 75 Chương 4: Kết bàn luận trung nồng độ bề mặt thấp Nên có tác động áp lực ngược từ phía dòng permeate phía dòng retentate, việc giảm tổng trở lực dòng permeate lớp cấu tử bề mặt không đáng kể ; vậy, lưu lượng dòng permeate tăng lên không đáng kể Còn giai đoạn sau trình, mà nồng độ chất khô dòng nhập liệu cao, nồng độ glucose lớp biên nồng độ tăng lên Do đó, lớp cấu tử bị phá vỡ, trở lực dòng chảy giảm nhiều hơn, lưu lượng dòng permeate tăng nhiều 4.8.2 Động học độ phân riêng Từ kết hình 4.15, nhận thấy số vấn đề sau: Ø Khi không áp dụng kỹ thuật phun tia: 100 Độ phân riêng R (%) 90 80 70 60 50 40 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 Thời gian (phút) Hình 4.15: Sự biến đổi độ phân riêng glucose theo thời gian vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu, 1: không sử dụng kỹ thuật phun tia, 2: có áp dụng kỹ thuật phun tia 76 Chương 4: Kết bàn luận - Trong thời gian khoảng 80 phút trình vận hành, độ phân riêng tương đối ổn định (trong khoảng từ 96% đến 98%) - Sau 80 phút, độ phân riêng bắt đầu giảm xuống Đến cuối trình (sau 320 phút), độ phân riêng giảm xuống khoảng 84% - So với vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, độ phân riêng giảm chậm nhiều (thể qua độ dốc đồ thị theo thời gian) Có thể giải thích tượng sau: Tương tự vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, giai đoạn đầu trình vận hành, lớp biên nồng độ tượng tập trung nồng độ bề mặt chưa hình thành, nồng độ dòng lưu chất bề mặt membrane tăng dần theo thời gian nên độ phân riêng giảm dần Như vậy, giai đoạn đầu trình hoạt động theo mô hình này, quy luật biến đổi độ phân riêng tương tự vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu Chúng ta thấy rằng, nồng độ chất khô dòng lưu chất bề mặt membrane vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sungnguyên liệu tăng chậm so với vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu Do đó, theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu, số liệu thực nghiệm cho thấy độ phân riêng bắt đầu giảm tốc độ giảm chậm so với vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu 77 Chương 4: Kết bàn luận Ø Khi áp dụng kỹ thuật phun tia: - Khi áp dụng kỹ thuật phun tia, độ phân riêng cấu tử glucose giảm nhiều so với không áp dụng kỹ thuật phun tia - Càng cuối trình, độ giảm mức độ phân riêng cao (tại thời điểm phút thứ 20, độ phân riêng giảm khoảng 3%, đến phút thứ 120 – độ giảm 12%, sau 240 phút – độ giảm 16%, cuối trình – độ giảm 18%) Hiện tượng giải thích tương tự áp dụng kỹ thuật phun tia cho mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu 4.8.3 Hiệu suất thu hoài glucose Hiệu suất thu hồi (%) 100 98 96 94 92 90 88 86 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 Thời gian (phút) Hình 4.16: Sự biến đổi hiệu suất thu hồi glucose theo thời gian vận hành theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu, 1: không áp dụng kỹ thuật phun tia, 2: có áp dụng kỹ thuật phun tia 78 Chương 4: Kết bàn luận Ø Khi không áp dụng kỹ thuật phun tia Theo kết hình 4.16, thấy rằng, khoảng 80 phút trình vận hành, hiệu suất thu hồi cấu tử giảm nhanh, sau đó, hiệu suất thu hồi giảm chậm trở lại Ø Khi áp dụng kỹ thuật phun tia: Khi có áp dụng kỹ thuật phun tia, thấy hiệu suất thu hồi cấu tử giảm so với không áp dụng kỹ thuật phun tia Nguyên nhân tương tự trình bày phần 4.7.3 Kết trình cô đặc glucose membrane theo mô hình hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu sau: Ø Không áp dụng kỹ thuật phun tia: - Nồng độ chất khô cuối đạt được: 33.7%(w/w) - Hiệu suất thu hồi cấu tử: 95.2% - Tỷ lệ cô đặc thể tích: 2.41 - Năng suất sản phẩm: 6.5L/m 2/h Ø Có áp dụng kỹ thuật phun tia: - Nồng độ chất khô cuối đạt được: 33.7%(w/w) - Hiệu suất thu hồi cấu tử: 88.27% - Tỷ lệ cô đặc thể tích:3.14 - Năng suất sản phẩm: 8.15L/m 2/h 79 Chương 4: Kết bàn luận 4.9 So sánh hiệu mô hình khảo sát Bảng 4.7 trình bày phần so sánh kết trình cô đặc glucose theo mô hình khác Bảng 4.7: Kết so sánh hiệu trình phân riêng glucose kỹ thuật membrane vận hành theo mô hình khảo sát Hiệu suất thu hồi Mô hình glucose (%) Nồng độ dung dịch cuối (w/w) Tỷ lệ Năng suất cô đặc trình (tính theo thể sản phẩm) tích (L/h/m2) Hồi lưu toàn phần không bổ sung 95.9 33.4 2.32 9.2 92.25 33.8 2.91 11.2 95.2 33.7 2.41 6.5 88.2 33.7 3.14 8.15 nguyên liệu Hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu áp dụng kỹ thuật phun tia Hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu Hồi lưu toàn phần có bổ sung nguyên liệu áp dụng kỹ thuật phun tia 80 Chương 4: Kết bàn luận Qua kết khảo sát, thấy rằng, nồng độ chất khô cuối đạt 33%(w/w) Kết tương đối cao so với tiến hành cô đặc proteine (chỉ vào khoảng 30%(w/w)) [5, 10] Cũng từ kết trên, thấy rằng: để có nồng độ chất khô 33%(w/w), mô hình hồi lưu toàn phần không bổ sung nguyên liệu, áp dụng kỹ thuật phun tia cho suất trình cô đặc cao dù hiệu suất thu hồi glucose có thấp mô hình khác Tuy nhiên, hệ thống sản xuất, với độ tổn thất (tương đương với nồng độ chất khô dòng permeate xấp xỉ 2.5%(w/w)), dòng permeate sử dụng vào mục đích sản xuất khác, tiếp tục sử dụng kỹ thuật membrane để thu hồi lượng glucose thất thoát 81 Chương 5: Kết luận kiến nghị Chương: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết thu được, đề xuất thông số cho trình tiền cô đặc membrane glucose syrup sau: - Loại màng nanofiltration, vật liệu polysulfone - p suất vận hành: 40bar - Nhiệt độ hoạt động: nhiệt độ phòng - pH nguyên liệu: - Lưu lượng dòng nhập liệu: 500L/h với diện tích membrane là: 0.252m2 Dựa kết khảo sát mô hình hoạt động, đề nghị lựa chọn mô hình hồi lưu toàn phần áp dụng kỹ thuật phun tia với điều kiện 20 phút thực lần khoá mở van dòng permeate, thời gian khóa van giây lần Kết thu sau: - Nồng độ chất khô dung dịch cuối cùng: 33.8%(w/w) - Hiệu suất thu hồi cấu tử: 92.25% - Tỷ lệ cô đặc thể tích: 2.91 - Năng suất sản phẩm: 11.2L/m2/h 5.2 Kiến nghị Chúng đề nghị số hướng nghiên cứu để hoàn thiện nội dung nghiên cứu: - Khảo sát thêm số mô hình vận hành khác mô hình hồi lưu phần, mô hình feed – bleed… 82 Chương 5: Kết luận kiến nghị - Khảo sát thêm số phương pháp tăng lưu lượng dòng permeate khác phương pháp sử dụng dòng permeate chiều, phương pháp tạo áp lực từ phía dòng permeate - Mô hình hóa phương trình toán học để đánh giá hiệu kỹ thuật membrane tiền cô đặc syrup glucose so với phương pháp cô đặc nhiệt - Tính toán hiệu kinh tế để khuyến cáo cho nhà sản xuất 83 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Abbara A., Rahman A K., Application of membrane to the sugar industry, Research Institute, Assiut University, Egypt, 2000 [2] Atra Ramadan et al., Investigation of ultra and nanofiltration for ultilization of whey protein and lactose, Journal of food engineering, 67, 2005, p 325 – 332 [3] Bargeman G et al., Nanofiltration of multi-component feeds Interactions between neutral and charged components and their effect on retention, Journal of membrane science, 247, 2005, p 11–20 [4] Bouchoux Antoine, Balmann H R., Lutin Florence, Nanofiltration of glucose and sodium lactate solutions - Variations of retention between single- and mixed-solute solutions, Journal of membrane science, 258, 2005, p 123–132 [5] Bylund Gosta, Dairy processing handbook, Tetra Pak processing system AB, Sweden, 1995 [6] Cardew P.T., Le M.S., Membrane processes: a technology guide, The Royal society of Chemistry, Cambridge, England, 1998 [7] Cassano A et al., Membrane treatment by nanofiltration of exhausted vegetable tannin liquors from the leather industry, Water research, 37, 2003, p 2426–2434 [8] Center For Waste Disposal – Technologies and Recycling, Membrane technology, USA, 2003 [9] Choi Hyeok, Zhang Kai, Dionysios D Dionysiou, Daniel B Oerther, George A Sorial, Influence of cross-flow velocity on membrane performance during filtration of biological suspension, Journal of membrane science, 248, 2005, p 189–199 [10] Fellows P.J., Food technology: princeple and practice, second edition, Woodhead publishing limited, Cambrigde, England, 2000, p 157-169 i Tài liệu tham khảo [11] Gyara Julina et al., Separartion on non-sucrose compounds from the syrup of sugar-beet processing by ultra and nano filtration using polymer membrane, Desalination, 148, 2002, p 49 – 56 [12] Gergely S et al., The use of multiobjective optimization to improve wine filtration, Journal of food engineering, 58, 2003, p 311 – 316 [13] Hong Seungkwan, Ron S Faibish, Menachem Elimelech, Kinetics of permeate flux decline in crossflow membrane filtration of colloidal suspensions, Journal of colloid and interface science, 196, 1997, p 267–277 [14] Hu Xianguo, Erika B M., Koris A., Study on modeling transmembrane pressure and gel resistance in UF of oil emulsion, Desalination, 163, 2004, p 355 – 360 [15] Huang Lihan, Application of membrane filtration to recover solids from protein solution, Ph.D thesis, Oregon State university, USA, 1998 [16] Katikaris Konstantinos, Simulation of ultrafiltration process and application to pilot test, Desalination, 171, 2005, p – 11 [17] Kim Jong-Oh, Kim Seog-Ku, Kim Ree-Ho, Filtration performance of ceramic membrane for the recovery of volatile fatty acids from liquid organic sludge, Desalination, 172, 2005, p 119-127 [18] Laitinen N et al., Effect of filtration condition and back-flushing on ceramic membrane ultrafiltration of board industry waste water, Separation and purification technology, 24, 2001, p 319 – 328 [19] Larbot A et al., Use of ultrafiltration and nanofiltration on ceramic membranes for desalination, Desalination, 168, 2004, p 207-213 [20] Lee Nahwa, Natural organic matter fouling of low – pressure (MF and UF) membranes, Ph.D thesis, University of Colorado at Boulder, 2003 [21] Ludmila G Peeva et al., Effect of concentration polarisation and osmotic pressure on flux in organic solvent nanofiltration, Journal of membrane science, 236, 2004, p 121–136 ii Tài liệu tham khảo [22] Mark C Porter, Handbook of industrial membrane technology, Noyes Publication, USA, 1990 [23] Moeng Modise Claude, Use of polymeric microfitration membranes to remove microorganisms and organic pollutants from primary sewage effluent, Ph.D thesis, University of Pittsburgh, 2003 [24] MuthuKumantan S et al., Mechanism for the ultrasonic enhancement of dairy whey ultrafiltration, Journal of membrane science, 258, 2005, 106 – 114 [25] Peng Weihua, Study on effects of multiple factor on Reverse Osmosis (RO) and Nanofiltration (NF) membranes’ performance and rejection efficiency , Ph.D thesis, The University of Toledo, 2003 [26] Pratte J., Walker G., Brewery process water, Vol 39, No 2, Pall Food and Brewery, USA, 2002 [27] Qin Jian-Jun et al., Effect of feed pH on permeate pH and ion rejection under acidic conditions in nanofiltration process, Journal of membrane science, 232, 2004, p 153–159 [28] Ragaini V., Pirola C., Elli Alessandro, Separation of some light monocarboxylic acids from water in bianry solutions in reverse osmosis pilot plant, Desalination, 171, 2004, p.21 – 32 [29] Roberto Ferrarini, Andrea Versari, Sergio Galassi, A premininary comparison between nanofiltration and reverse osmosis membrane for grape juice treatment, Journal of food engineering, 50, 2001, p 113 – 116 [30] Roper Habil, Industrial product from starch, 56th Starch Convention, Cargill TDC Food, Cerestar R&D Centre, Belgium, 2005 [31] Seok Tae Kang, Arun Subramani, Eric M.V Hoek, Marc A Deshusses, Mark R Matsumoto, Direct observation of biofouling in crossflow microfiltration: mechanisms of deposittion and release, Journal of membrane science, 2004, p.1-14 iii Tài liệu tham khaûo [32] Sethi S., Mark R Wiesner, Modeling of transient permeate flux in crossflow membrane filtration in corporating multiple particle transport mechanism, Journal of membrane science, 136, 1997, p 191 – 205 [33] Seungkwan Hong, Ron S Faibish and Menachem Elimelech, Kinetic of permeat flux decline in crossflow membrane filtration of colloidal suspensions, Journal of colloid and interface science, 196, 1997, p 267-277 [34] Song Hang, Shi Yanfu, Fu Chao, Oil adsorption measurements during membrane filtration, Journal of membrane science, 214, 2003, p 93 - 99 [35] Vincze I., Vatai G., Application of nanofiltration for coffee extract concentration, Desalination, 162, 2004, p 287 – 294 [36] Wagner Jorgen, Membrane filtration handbook, Osmonics Inc., USA, 2001 [37] Warczok J., Ferrando M., Lopeùz F., Guell C., Concentration of apple and pear juices by nanofiltration at low pressures, Journal of food engineering, 63, 2004, p 63 – 70 iv ... ảnh hưởng số thông số kỹ thuật đến trình phân riêng cấu tử dịch syrup glucose nhằm mục đích đánh giá khả ứng dụng kỹ thuật membrane để tiền cô đặc dịch syrup Dung dịch syrup glucose thu nhận từ... quan 2.10 Ứng dụng kỹ thuật membrane công nghệ thực phẩm Hiện nay, kỹ thuật phân riêng membrane áp dụng rộng rãi công nghiệp, đặc biệt lónh vực sản xuất thực phẩm Một số ứng dụng kỹ thuật membrane. .. điểm số dạng thiết bị membrane 22 Bảng 2.2: So sánh hiệu trình cô đặc whey phương pháp cô đặc nhiệt cô đặc bằg membrane 27 Bảng 2.3: Một số ứng dụng kỹ thuật membrane công nghệ thực phaåm