CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM QUY TRÌNH LỌC MÀNG

LỌC MÀNG 1.Định nghĩa trình lọc màng: -Quá trình lọc màng hiểu theo nghĩa thông thường rào chắn nhằm ngăn cách pha, hạn chế vận chuy ển qua lại gi ữa c chất m ột cách có chọn lọc Màng cấu tạo tổng h ợp; có cấu trúc đối xứng khơng đối xứng, mang điện d ương hay âm, trung hịa điện tích có th ể mang loại điện tích kể Quá trình vận chuyển vật chất qua màng th ực d ưới tác động trình đối lưu, trình khuếch tán phân tử, tr ường ện từ, nồng độ, áp suất nhiệt độ… Độ dày màng có kho ảng thay đổi rộng từ 100 μm đến vài mm Q trình lọc màng tách dịng thành dịng riêng biệt: dịng th ấm dịng đặc Dòng thấm phần chất lỏng qua màng dịng đặc dịng chứa phần tử bị giữ lại màng 2.Cơ sở ý nghĩa khoa học: a.Cơ sở khoa học: -Sử dụng màng để phân tách chất mong muốn -Quá trình phân tách màng dựa nguyên lý hoạt động màng bán thấm cho phép nước qua màng giữ lại chất rắn lơ lửng chất khơng mong muốn khác Màng lọc nói tích hợp thay hiệu cho công nghệ keo tụ, lọc cặn, hấp phụ ( Bộ lọc cát, l ọc carbon hoạt tính, bơ lọc dùng trao đổi ion ), nén ép ch ưng c ất b.Ý nghĩa khoa học: -Nước loại chất lỏng nói chung trước x lý ch ứa r ất nhiều khoáng chất, kim loại nặng cặn bã có th ể ảnh h ưởng đến s ức khỏe việc sử dụng màng lọc phương pháp tối ưu nhằm giải vấn đề 3.Các yếu tố ảnh hưởng: -Áp suất: lưu lượng nước qua màng bán thấm có chiều dày d: Q = (P-π) Trong đó: C : nồng độ nước D : hệ số khuếch tán V : thể tích mol nước P : áp suất tạo động lực cho trình Ta thấy lượng nước di chuyển qua đơn vị bề mặt đ ơn v ị th ời gian tỉ lệ nghịch với bề dày màng Do màng khơng đồng nh ất có ưu điểm Khi tăng áp suất, suất riêng màng tăng lên động lực c trình tăng Nhưng áp suất cao, vật liệu màng bị nén chặt dẫn đến giảm độ thấm qua dung môi -Nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt khối lượng riêng dung d ịch gi ảm nên làm tăng độ thấm qua, đồng thời áp suất thẩm th ấu lại làm gi ảm độ thấm qua -Bản chất nồng độ chất cặn: nồng độ dung dịch tăng dần làm tăng áp suất thẩm thấu dung môi, tăng độ nhớt dung dịch tăng s ự phân cực nồng độ, dẫn đến giảm thấm qua + Bản chất chất tan có ảnh hưởng đến tốc độ ch ọn lọc V ới kh ối l ượng phân tử nhau, chất vô bị giữ lại màng tốt ch ất h ữu c -Điều kiện thủy động: trình lọc, nước di chuy ển ph ẩn t ion giữ lại có xu hướng tích tụ dọc theo màng có vai trị lớp vật liệu l ọc, áp suất thẩm thấu lại tăng lên Khi cần đặt áp suất lớn h ơn đ ể thắng áp suất thẩm thấu phí lượng cao 4.Mục đích cơng nghệ: -Tách chất khơng cần thiết chất lỏng -Công nghệ xử lý nước dùng để khử khoáng làm mềm n ước, kh màu chất hữu hòa tan, phân tử nhiều mục đích khác Đặc bi ệt trình xử lý nước tinh khiết, nước sản xuất dược phẩm, n ước y t ế hay x lý bậc cao xử lý nước thải có nhu cầu hoàn lưu… 5.Các biến đổi nguyên liệu: -Sự biến đổi dễ thấy nguyên liệu mịn sau l ọc qua màng phân tử có kích thước lớn giữ lại màng có nh ững phân tử có kích thước phù hợp với yêu cầu qua màng lọc 6.Các thiết bị lọc màng: Gồm có : cửa vào, lõi, máy bơm, màng lọc, bình ch ứa, van , c ửa tháo CÂU TRẮC NGHIỆM: a b c d Đâu phương pháp thông dụng để đ ưa ch ất th ấm qua màng? Áp suất cao Duy trì nồng độ hai bên màng Cung cấp nguồn điện Cung cấp nhiệt 2.Tìm câu sai : Màng lọc nói tích hợp thay hiệu cho cơng nghệ? a keo tụ b.lọc cặn c.hấp phụ d.Đông tụ 3.Tìm câu đúng: Hai yếu tố dùng để xác định tính hiệu màng lọc? a.tính chọn lọc hiệu suất b.tính chọn lọc thay c.tính hiệu suất tính kết hợp d.tính thay tính tích hợp 4.Lý quan trọng làm cho công nghệ màng lọc dùng rộng rãi sx thực phẩm đồ uống? a.hoạt động nhiệt độ cao b.hoạt động nhiệt độ thấp c.hoạt động bền bĩ d.hoạt động môi trường chân không 5.Loại lượng chất bẩn bám màng phụ thuộc vào yếu tố nào? a.chất lượng nước b loại màng, vật liệu màng thiết kế c.điều khiển trình d a,b,c LY TÂM Định nghĩa trình Ly tâm (centrifugation) trình phần riêng cấu tử có khối lượng riêng khác hỗn hợp lỏng không đồng tác dụng lực ly tâm Cơ sở ý nghĩa khoa học: Nguồn gốc : q trình ly tâm có nguồn gốc t trình l ắng Dựa vào khác hạt rắn huyền phù d ưới tác dụng c trọng lực xác định định luật Stock: V = g Trong đó: V - tốc độ lắng hạt pha lỏng tác dụng trọng lực(m/s) d - đường kính hạt rắn(m) - khối lượng riêng hạt rắn (kg/m ) - khối lượng riêng pha lỏng (kg/m ) - độ nhớt pha lỏng (kg/m.s) g - gia tốc trọng trường ( g=9,81m/s ) Dựa vào ứng dụng q trình ly tâm mà q trình ly tâm có c s lýthuyết như: Cơ sở trình ly tâm phân riêng hai chất lỏng khơng tan vào (nhũtương) -Trong q trình phân riêng hai chất lỏng không tan vào Nếu liên t ục cho hỗnhợp hai chất lỏng vào ống hình trụ có bán kính r chi ều cao h với tốcđộ quay là(rad/s) Khi chất lỏng có khối l ượng riêng l ớn phân bố sátvào thành ống Cịn chất lỏng có khối lượng riêng th ấp h ơn phân bố gần tâmống Giữa hai chất lỏng hình thành bề mặt phân chia hai pha, bề mặtphân chia rấtquan trọng trongthiết kế thiết bịđể xác địnhvị trí củaốngdẫnvật liệuvà xảra ngồi.Nhưng thực tế bề mặt phân chia hai phanày khơng rõ ràng Chúng ta kí hiệu A chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn, B ch ất l ỏng cókhối lượng riêng nhỏ Cơ sở trình ly tâm tách pha rắn khỏi pha lỏng ( huyền phù ) Trong trình ly tâm phân riêng hệ huy ền phù Khi huy ền phù đ ược cung cấpvào thiết bị có dạng hình trụ từ đáy, tác dụng lực ly tâm hạt rắntrong hệ dịch chuyển phía thành ống Nếu h ạt rắn chuyển độngvề phía thành ống trước khỏi ống chúng đ ược gi ữ lại ống vàtách khỏi hệ huyền phù Nếu hạt rắn không dịch chuyển đến thành ống thìnó lại dung dịch ống ly tâm Tỉ lệ lượng hạt rắnđược giữ lại ống lượng hạt rắn khỏi ống ly tâm phụ thuộc vào tốc độnhập liệu Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ly tâm Độ nhớt phalỏng: độ nhớt yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến quátrình ly tâm Khi tác dụng lực, đ ộ nh ớt mơi tr ường lớn thìtrở lực cao mà tốc độ ly tâm ch ậm N ếu muốn trình lytâm nhanh phải làm cho độ nh ớt c nguyên liệu vào thấp Đểđạt đựơc điều nhiệt độ yếu tố quan trọng tiếptheo ảnh hưởng đến quátrình ly tâm Tuy nhiên cần phải ý, khigia tăng nhiệt độ cho sản phẩmcần ý đến cácthành phần nh ạy cảm với nhiệt độ như(vitamin, protein,…) -Độ chênh lệch khối lượng riêng: độ chênh lệch khối lượng riêng hai cấu tửcàng lớn trình phân riêng dễ dàng ngược l ại Trong trình phânriêng hai chất lỏng, độ chênh lệch khối lượng riêng c hai ch ất lỏng khơng nên thấp 3% -Ngồi cịn số yếu tố khác ảnh hưởng đến trình ly tâm nh ư: o Nhiệt độ oVận tốc ly tâm oBán kính ly tâm oThời gian lưu Mục đích cơng nghệ Tách phần tử có khối lượng riêng khác Mục đích: Chuẩn bị: tách tạp chất, trước lọc làm giảm áp lực lọc Khai thác: Thu nhận sản phẩm, thu hồi sản phẩm Ví dụ : Một số ứng dụng trình ly tâm cơng ngh ệ th ực ph ẩm • • • • • Chế biến sữa Sản xuất dầu tinh luyện Sản xuất bia Sản xuất rượu vang Chế biến rau Vật liệu trình biến đổi Trong trình ly tâm, yếu tố chủ yếu tác động lên nguyên liệu ch ỉ tác động lực học ( Lực ly tâm ) Vì vậy, ngồi tách pha, biến đổi khác trình ly tâm thường không đáng k ể Sự tách pha trình ly tâm dẫn đến thay đổi tính ch ất hóa lý pha độ nhớt, tỷ trọng, độ đục,… Thiết bị Thiết bị ly tâm đĩa Thiết bị ly tâm có chén xoay dạng Thiết bị ly tâm dạng trục vít Câu hỏi trắc nghiệm C D Chọn câu : Ly tâm (centrifugation) trình phần riêng cấu tử có khối lượng riêng giống hỗn hợp lỏng không đồng nh ất d ưới tác dụng lực ly tâm Ly tâm (centrifugation) q trình phần riêng cấu tử tích khác hỗn hợp lỏng khơng đồng tác dụng lực ly tâm Ly tâm (centrifugation) trình phần riêng c ấu t có khối lượng riêng khác hỗn hợp lỏng không đ ồng nh ất tácdụng lực ly tâm Ly tâm (centrifugation) q trình phần riêng cấu tử có khối lượng riêng khác hỗn hợp lỏng đồng tác dụng lực ly tâm Quá trình ly tâm có nguồn gốc từ q trình ? Q trình lọc Q trình lắng Q trình đồng hóa Tất sai Yếu tố sau không ảnh hưởng đến trình ly tâm ? Độ nhớt pha lỏng Thời gian lưu Nhiệt độ Áp suất Cơ sở khoa học trình ly tâm : Cơ sở trình ly tâm phân riêng hai chất lỏng không tan vào (nhũtương) Cơ sở trình ly tâm tách pha rắn khỏi pha lỏng ( huyền phù ) Cơ sở trình ly tâm tách pha hai chất lỏng tan vào A,B Yếu tố chủ yếu tác động lên nguyên liệu trình ly tâm ? A B C D A B C D A B C D A B A B C D Vật lý Hóa lý Hóa học Cả sai Lọc 1.Khái niệm: lọc trình phân riêng bã rắn khỏi hỗn hợp huyền phù cách sử dụng vật ngăn lọc, vật ngăn lọc thường sử dụng vải lọc, giấy lọc, lưới kim loại, ống kim loại có rãnh Cơ chế trình lọc:  Quá trình lọc thực bể lọc cách cho nước qua vật liệu lọc, thường cát thạch anh  Trong trình lọc, cặn bẩn tách khỏi nước nhờ tương tác hạt cặn vật liệu lọc  Vật liệu lọc thông dụng cát thường tắc lọc nhanh phải thường xuyên rửa ngược  Để kéo dài thời gian lọc hạn chế trình rửa ngược, ta sử dụng hạt vật liệu có kích thước lớn phần bể lọc Cơ sở khoa học Dựa khác biệt kích thước thành phần hỗn hợp Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lọc chia làm nhóm : tính chất vách ngăn, tính chất huyền phù, điều kiện lọc Tính chất vách ngăn:   Khả giữ pha rắn xác định tỷ lệ phần tram lượng pha rắn giữ lại vách ngăn so với tổng lượng pha rắn có huyền phù ban đầu Khả khuếch tán pha lỏng qua vách ngăn xác định tốc độ dòng dịch lọc, giá trị giúp dự đoán thời gian thực trình lọc Tính chất huyền phù:   Pha phân tán: tỷ lệ phần tram khối lượng pha phân tán hệ huyền phù tính chất pha phân tán kích thước, hình dạng, khả chịu nén….sẽ ảnh hưởng đến tốc độ lọc độ phân riêng Pha liên tục: yếu tố giá trị pH, nhiệt độ, thành phần định tính, thành phần định lượng….sẽ ảnh hưởng đến tốc độ lọc độ phân riêng Điều kiện lọc:        Áp suất lọc: động lực trình lọc chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn, chênh lệch áp suất lớn tốc độ lọc tang theo Nhiệt độ lọc: ảnh hưởng đến độ nhớt dung dịch huyền phù Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt giảm làm cho khả khuếch tán cấu tử pha lỏng tăng nên tốc độ lọc tăng theo Các biến đổi nguyên vật liệu: Vật lý: lọc huyền phù thu dịch lọc bã lọc Các tiêu như: tỷ trọng, độ trong… dịch lọc thay đổi Hóa học: q trình lọc khơng gây biến đổi hóa học huyền phù Hóa lý: thơng thường khơng xảy chuyển pha trình lọc Sinh học: trình lọc khơng gây biến đổi sinh học Hóa sinh: khơng xảy biến đổi hóa sinh q trình lọc Mục đích cơng nghệ loc:      Lọc bỏ chất thải độc hại có thực phẩm Sử lý nước cho sinh hoạt, nước ngầm, sản xuất, lọc khí sạch… Lọc loại bia, rượu, nước giải khác Lọc sản phẩm như: nước mắm, tương, dầu ăn… Lọc chất như: cafe hòa tan, trà hòa tan để sản xuất bột cafe, bột trà… Các thiết bị lọcbao gồm: thiết bị lọc khung bản, thiết bị lọc ống, thiết bị lọc sợi, thiết bị lọc đĩa, thiết bị lọc RO, thiết bị lọc NaNo… Sau số hình ảnh minh họa cho vài thiết bị lọc: hình thiết bị lọc khung bản: Thiết bị lọc ly tâm: Thiết bị lọc huyền phù tháo bã nàm ngang: Máy ly tâm làm việc gián đoạn tháo bã dao Quá trình lọc ly tâm lưới lọc (vách ngăn lọc) Câu hỏi trắc nghiệm thiết bị lọc: 1.Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lọc chia thành nhóm ? A B C D Chọn câu sai: mục đích cơng nghệ q trình lọc là? A loại bỏ tạp chất thô không mong muốn dung dịch B loại bỏ chất thải độc hại C có tác dụng lọc sản phẩm lĩnh vực thực phẩm D sử lý nước sinh hoạt Trong thiết bị lọc khung bản, độ lọc hiệu dụng phụ thuộc vào? A khung B a, c C kích cỡ hạt rắn chiều cao lớp bánh lọc D a, c sai Ứng dụng thiết bị lọc khung ? A loại bỏ tạp chất thô dung dịch B lọc sản phẩm bia, rượu, nước C sử lý nước dùng sinh hoạt D ý Thiết bị lọc làm việc gián đoạn nghĩa là? A nhập liệu liên tục, nước lọc tháo gián đoạn, bã tháo gián đoạn B nhập liệu liên tục, nước lọc tháo liên tục, bã tháo gián đoạn C nhập liệu gián đoạn, nước lọc tháo gián đoạn, bã tháo liên tục D nhập liệu gián đoạn, nước lọc tháo liên tục, bã tháo gián đoạn 6 Dựa vào vị trí bả lọc vách ngăn người ta chia trình lọc thành dạng ? A B C D QUÁ TRÌNH LẮNG I Định nghĩa Lắng trình phân riêng dựa khác khối lượng riêng cấu tử hệ tác dụng trọng lực Trong cơng nghiệp thực phẩm lắng thực hệ huyền phù,hệ nhũ tương hệ bụi II Cơ sở khoa học Dựa khác biệt khối lượng riêng cấu tử hệ III Mục đích cơng nghệ  Phân riêng hỗn hợp không đồng trọng lực lực ly tâm + Khai thác: trình lắng giúp cho nhà sản xuất thu hồi sản phẩm từ bán thành phẩm gồm có nhiều thành phần từ nhiều cấu thử khác Ví dụ: Trong q trình sản xuất tinh bột từ ngũ cốc, sau trình rửa hạt tinh bột nước nhằm loại bỏ tạp chất,để thu hồi tinh bột từ hệ huyền phù, người ta sử dụng q trình lắng Trong trường hợp này, mục đích cơng nghệ q trình lắng khai thác + + IV Chuẩn bị trước lọc, loại bỏ tạp chất Hồn thiện: q trình lắng làm cải thiện vài tiêu chất lượng sản phẩm Ví dụ: Trong cơng nghệ sản xuất rượu mùi, q trình lắng giúp loại bỏ tạp chất thô tế bào thịt quả, vỏ quả…để cải thiện độ rượu thành phẩm Các yếu tố ảnh hưởng Sự chênh lệch khối lượng riêng pha: chênh lệch lớn trình lắng dễ thực hiệu phân riêng pha cao Trong thực tế chênh lệch khối lượng riêng pha phụ thuộc vào chất nguyên liệu sử dụng qui trình sản xuất - Kích thước hạt thuộc pha phân tán: Nếu tăng kích thước hạt thuộc pha phân tán tốc độ lắng hạt cao Khi trình lắng xảy nhanh hơn, hiệu − Độ nhớt thuộc pha liên tục: độ nhớt pha liên tục cao tốc đọ lắng hạt phân tán hệ thấp Đối với hệ nhũ tương trạng thái tĩnh nguyên liệu bơm vào thiết bị lắng theo chế độ chảy dịng (với số Re khơng q 0,2) độ nhớt pha liên tục có ảnh hưởng lớn đến tốc độ lắng - V Vật liệu trình biến đổi Khí – Rắn Lỏng – Rắn Lỏng – lơ lửng (huyền phù, nhũ tương, bọt) Lỏng – Khí Q trình lắng tách riêng hai pha hệ huyền phù, hệ nhũ tương hệ bụi Ngoài thành phần hóa học hai pha lỏng bán thành phẩm khác biệt hệ nhũ tương nguyên liệu Chỉ biến đổi vật lý (tách pha) Không biến đổi hóa học, hóa lý, sinh hóa Chất lượng tăng lên loại bỏ tạp chất VI Phương pháp thực - - - Lắng lực ly tâm: cyclon Thiết bị lắng có dạng hình trụ đáy hình Ngun liệu bơm vào thiết bị với tốc độ cao theo phương tiếp tuyến với tiết diện hình trịn phần thân trụ Khi đó, hạt phân tán huyền phù chuyển động theo xoắn ốc hình vẽ tháo khỏi thiết bị đáy Hiện cylone sử dụng để: Tách hạt tinh bột khỏi huyền phù Tách cặn hoa houblon khỏi dịch nha sản xuất bia … Lắng trọng lực: Thiết bị lắng bụi nhiều tầng: Thiết bị lắng có cánh khuấy cào: Thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy Bên thiết bị có cánh khuấy cào trình tháo cặn rắn khỏi thiết bị dễ dàng Thiết bị thường sử dụng để xử lý nước thải nhà máy thực phẩm Thiết bị lắng khơng có cánh khuấy: + sử dụng ngăn: Thiết bị lắng hình trụ đáy có dạng hình nón.bên thiết bị có ngăn để hiệu chỉnh dịng chảy Ngồi ra, cịn có thiết bị khơng sử dụng ngăn, thây vào chuyển động dịng nước