Đồ án Tìm hiểu về kỹ thuật membrane và ứng dụng trong chế biến nước ép trái cây cô đặc

Tìm hiểu về kỹ thuật membrane và ứng dụng trong chế biến nước ép trái cây cô đặc. Phần 1. Tổng quan Phần 2. Ứng dụng trong chế biến nước ép trái cây cô đặc. Phần 1. Tổng quan về kỹ thuật MEMBRANE Định nghĩa “Membrane”– một bề mặt mỏng cho phép một số cấu tử khuếch tán qua nó đồng thời một số cấu tử khác bị giữ lại. Có tính thấm chọn lọc (selectivity). Hạn chế sự biến đổi của các cấu tử nhạy cảm với nhiệt. Tiết kiệm năng lượng. Thân thiện với môi trường. Hệ thống được lắp đặt dễ dàng. Chi phí vận hành thấp. Không tốn nhiều chi phí cho thiết bị phụ trợ. Giảm số lượng các quá trình trong quy trình sản xuất. Hạn chế tối đa sự sử dụng thêm hóa chất. Khả năng tái sử dụng cao. Tại sao sử dụng MEMBRANE ? Tuy nhiên!!! Nồng độ chất khô của dòng retentate tối đa thường vào khoảng 25 - 30% (w/w). Đây là nồng độ tương đối thấp trong quá trình cô đặc. Chi phí đầu tư thiết bị tương đối cao so với kỹ thuật truyền thống. Chi phí thay thế và bảo dưỡng thiết bị cao. Hiện tượng fouling trong quá trình vận hành. Đánh giá hiệu suất membrane. Flux: Thể tích dòng permeate thu được qua một đơn vị diện tích bề mặt membrane trong một đơn vị thời gian (m3/m2/hr or m/hr). Thường mong đợi Flux lớn. Tính chọn lọc: Khả năng cho các cấu tử chất tan khác nhau qua membrane. Được đặc trưng bởi Độ phân riêng R Độ phân riêng (R): thông số để đánh giá khả năng tách các cấu tử. Chênh lệch áp suất Microfiltration (MF) : P Ultrafiltration (UF) : P Nanofiltration (NF) : P Reverse Osmosis (RO) : P Chênh lệch điện tích Điện thẩm tách (ED) : E Chênh lệch nồng độ Sự thẩm tách : C Sự thẩm thấu : C Động lực của quá trình membrane Phân loại membrane Phân loại theo nguồn gốc Tự nhiên: có nguồn gốc động vật hay thực vật Tổng hợp: membrane có nguồn gốc hữu cơ (polymer) và vô cơ (ceramic). Phân loại theo hình thái và cấu trúc Đẳng hướng: Đường kính của mao quản ổn định trong suốt chiều dày của membrane, các mao quản này song song với nhau. Bất đẳng hướng: Đường kính mao quản thay đổi theo chiều dày của membrane. Có 2 lớp: lớp trên dày 0,1 – 0,5µm, đường kính mao quản nhỏ, quyết định khả năng phân riêng của màng; lớp dưới dày 100 - 200 µm, đường kính mao quản lớn, là khung đỡ. Phân loại theo mô hình hoạt động Dead-end: Dòng vào vuông góc với membrane. Cross-flow: Dòng vào song song với membrane. Phân loại theo kích thước mao quản của membrane Vi lọc - Microfiltration (MF) : > 50 µm Siêu lọc - Ultrafiltration (UF) : 0.003 - 0.2 µm Lọc nano - Nanofiltration (NF) : 0.001 - 0.003 µm Thẩm thấu ngược - RO : 0.0005 µm Phân loại theo dạng membrane Membrane dạng ống (Tubular membrane module) Membrane dạng sợi rỗng (Hollow fibre membrane module) Membrane dạng ống xoắn (Spiral wound membrane module) Membrane dạng tấm bản (Plate and frame module) Membrane dạng ống Membrane dạng sợi rỗng Membrane dạng cuộn xoắn Membrane Fouling Fouling: Sự lắng đọng hay sự tích lũy các chất rắn trên membrane. Fouling gây ra trở lực cản trở dòng thấm qua membrane. Phần 2. ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NƯỚC ÉP TRÁI CÂY CÔ ĐẶC Ưu điểm và hạn chế của kỹ thuật RO Các hệ thống cô đặc membrane Mô hình hồi lưu retentate. - Mô hình hồi lưu toàn phần retentate. - Mô hình hồi lưu một phần retentate. Mô hình nhiều giai đoạn. Sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật membrane. Mô hình hồi lưu toàn phần retentate. Mô hình này cho phép cô đặc mẫu khảo sát trong một khoảng thời gian ngắn nhất và tiết kiệm diện tích membrane sử dụng. Mô hình hồi lưu một phần retentate. Mô hình này thường được sử dụng ở quy mô công nghiệp với diện tích membrane trong hệ thống thiết bị từ 100m2 trở lên. Mô hình nhiều giai đoạn. Ưu điểm lớn nhất của mô hình này là khả năng đạt nồng độ cô đặc cao và khả năng làm việc liên tục Mô hình kết hợp. Mô hình kết hợp. Ưu điểm. Vận hành ở điều kiện nhiệt độ bình thường và nồng độ chất khô có thể đạt được lên tới 65%. Giữ lại tốt các thành phần dễ bay hơi trong sản phẩm . Chi phí năng lượng cho quá trình sản xuất và chi phí năng lượng trong quá trình bảo quản và phân phối là tối thiểu. Khả năng làm việc liên tục cao. Kết luận. Khi sử dụng các mô hình membrane trên nồng độ cô đặc có thể đạt được như yêu cầu. Về chất lượng sản phẩm: chất lượng sản phẩm cao hơn so với phương pháp truyền thống, giữ lại được các thành phần dinh dưỡng và cảm quan mong muốn. Về kinh tế: hiệu quả kinh tế cao hơn so với kỹ thuật nhiệt truyền thống. Về kỹ thuật: đòi hỏi kỹ thuật vận hành cao hơn. Các thông số công nghệ trong quá trình vận hành quyết định sự thành bại của quy trình. Với mỗi loại sản phẩm cần có thông số kỹ thuật vận hành tối ưu riêng. Các quá trình tiến xử lý ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất quá trình. Quy trình sản xuất được rút ngắn so với kỹ thuật cô đặc thông thường. Cảm ơn thầy cô và các bạn! Nước Muối Phân tử lớn Chất rắn Dòng Retentate Các chất rắn, kaolin, silica, nấm men, vi khuẩn, dextrose, tinh bột, các pigment… Vi lọc - Microfiltration Dòng Retentate: Đại phân tử, proteins, polyvinyl alcohol, gelatin, pectin, chất nhuộm. Siêu lọc - Ultrafiltration Muối Nước Đại phân tử Chất rắn Dòng Retentate Muối (phân tử nhỏ), NaNO3, đường, chất nhuộm, amino acid Nanofiltration Dòng retentate: Các ion tan, Na, Clo… Reverse Osmosis