c. Mặt cắt đứng 1-Áo trao đổi nhiệt;
12.1. KỸ THUẬT PHÂN CHIA BẰNG MÀNG LỌC
12.1.1. Các màng bán thấm:
• Các màng bán thấm siêu lọc là những màng xốp, trong đó tồn tại hệ rãnh xuyên suốt đảm bảo thẩm thấu pha của các cấu tử trong hỗn hợp bị phân chia.
• Các màng bán thấm là bộ phận hoạt động cơ bản của thiết bị siêu lọc, cho phép tách các chất hòa tan có khối lượng phân tử 1.200-3.000.000.
• Các màng dùng trong công nghiệp được sản xuất từ màng xenluloza axetat xốp, dị hướng có kết cấu 2 lớp, gồm lớp bề mặt mỏng với bề dày 0,25µm và đệm xốp mịn dày 100µm. Lớp mịn hoạt hóa của màng sẽ xác định việc giữ lại một loại cấu tử trong hỗn hợp được phân chia.
• Hiện nay, các vật liệu thường được dùng làm nền cho màng là giấy kim loại, thủy tinh xốp, grafit, v.v.
• Khi sản xuất màng cần đáp ứng những yêu cầu: Tính lựa chọn cao, tính thấm cao, bền hóa và trơ sinh học đối với các dung dịch đem phân ly, ổn định trong quá trình hoạt động, độ bền cơ học và tuổi thọ cao, có khả năng tái sinh và giá thành thấp.
• Khi lựa chọn màng lọc, ngoài khối lượng phân tử của chất hòa tan còn phải tính đến các yếu tố khác có ảnh hưởng đến tính lựa chọn của màng, cũng như khả năng kết tụ của các chất hoạt hóa sinh học. Cho nên đối với mỗi hệ cụ thể, việc lựa chọn màng được thực hiện bằng thực nghiệm.
Ví dụ: Các màng bán thấm thường được dùng để tách enzyme
Loại enzim Khối lượng phân tử Tên màng
Protease kiềm tính từ B.subtilis
Renin từ B. mesentericus Lipase từ Asp.awamori Cellulase từ Sedridium và Candidum Pectinase từ Asp.awamori 16 20,000-23,000 40,000-50,000 43,000-50,000 60,000 80,000 YAM-150 YAM-200 YAM-200 YAM-200 YAM-300 YAM-300 12.1.2. Các xơ polyme
• Mỗi sợi xơ polyme là ống mao dẫn có φ=20-100µm và chiều dày thành ống xốp 10-50µm. Polyamit, penylon,
polyacrylonytryl thường được sử dụng để sản xuất các xơ rỗng.
• Các xơ được bó lại thành từng bó gắn chặt vào bộ phận bên trong của thiết bị siêu lọc để tạo ra bề mặt có diện tích lên đến 30,000m2. Có thể xếp đến 28 triệu sợi xơ vào ống có đường kính 35cm.
• Ưu điểm: Tạo ra những yếu tố phân chia có mật độ gói cao, vận chuyển và bảo quản ở dạng khô, có khả năng giữ ở áp suất cao.
• Nhược điểm: Phải có chu kỳ tái sinh xơ, trong quá trình sử dụng năng suất của xơ giảm dần, rất khó thay đổi các sợi xơ khi bị hư hỏng.
12.1.3. Các sợi xơ rỗng
• Là những đường ống nhỏ có φ=0,2mm được làm từ vật liệu xenluloza axetat, có cấu trúc dị hướng.
• Khi dung dịch chảy qua sợi rỗng, ở bề mặt trong tạo ra ứng lực trượt cao làm giảm sự phân cực nồng độ. Áp suất tăng lên trong khe sợi sẽ đẩy dung môi, các chất thấp phân tử và muối ra ngoài qua vách sợi, còn các chất được giữ lại sẽ tập trung trong dòng tuần hoàn kín.
• Khoảng 1,000 sợi được ghép lại thành 1 bó và được xếp kín trong ống nhựa. Khả năng giữ lại các chất hòa tan của vật liệu được đặc trưng bởi hệ số Kg
• Tốc độ của dòng chảy qua màng phụ thuộc vào dạng các chất hòa tan được giữ lại, vào độ hòa tan, nồng độ và tính chất khuếch tán, vào diện tích hoạt động của màng, áp suất, nhiệt độ, độ nhớt.
• Tốc độ của dòng chảy qua màng tỉ lệ nghịch với logarit nồng độ của chất hòa tan.
• Tính thẩm thấu của màng giảm xuống khi tăng nồng độ và tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn bình thường.
12.1.4. Các dạng thiết bị dùng màng lọc
• Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi 4 loại kết cấu cơ bản của thiết bị dùng màng lọc: Có các bề mặt lọc, ống lọc, cuộn lọc và các màng lựa chọn ở dạng các sợi rỗng.
• Đặc tính quan trọng của thiết bị dùng màng lọc là mật độ gói của màng: Là diện tích bề mặt của các màng lựa chọn trên một đơn vị thể tích của thiết bị.
• Mật độ gói của các màng trong thiết bị có nhiều dạng khác nhau:
- Dạng ống: 60-200 m2/m3 - Dạng cuộn: 300-800
- Dạng khung phẳng: 60-300
- Dạng có các sợi rỗng: Đến 30,000
Giới thiệu một số dạng thiết bị lọc 1. Thiết bị dạng cuộn:
• Trong các thiết bị dạng khung phẳng, các bản đỡ có các cơ cấu tiêu nước để tháo chất lọc được bao phủ bởi các màng lựa chọn từ hai phía và được tập trung vào túi.
• Ưu điểm: Các thiết bị này được lắp ráp đơn giản và hoạt động bền.
• Nhược điểm: Sự phân bổ dung dịch đem phân chia giữa các rãnh không đều, mật độ gói thấp và lượng vật liệu cao.