Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học : THIẾT BỊ PHÂN CHIA CÁC DUNG DỊCH CỦA CÁC CHẤT HOẠT HOÁ SINH HỌC BẰNG MÀNG MỎNG part 1 pps

247




Chỉång 12
THIÃÚT BË PHÁN CHIA CẠC DUNG DËCH CA
CẠC CHÁÚT HOẢT HOẠ SINH HC BÀỊNG MNG MNG

Tháøm tháúu ngỉåüc, siãu lc, vi lc, tháúm tạch, âiãûn tháúm tạch, bäúc håi qua mng
âãưu thüc cạc quạ trçnh phán chia cạc dung dëch bàòng mng mng. Cạc quạ trçnh lc
bàòng mng xy ra åí chãú âäü cäng nghãû mãưm, âiãưu âọ ráút quan trng khi gia cäng cạc cháút
khäng äøn âënh. Cạc phỉång phạp lc mng cho phẹp âäưng thåìi thỉûc hiãûn cạc quạ trçnh
vỉìa tinh luûn vỉìa cä âàûc cạc dung dëch. Ngoi ra chụng cn âỉåüc tiãún hnh m khäng
cọ sỉû chuøn pha ca sn pháøm gia cäng v khäng cáưn cung cáúp nhiãût, chè åí nhiãût âäü
mäi trỉåìng, cọ kh nàng gim máút mạt âạng kãø cạc cháút hoảt hoạ sinh hc. Cạc quạ
trçnh ny cho phẹp âảt âỉåüc mỉïc âäü cä ráút cao (âãún 250) v nháûn âỉåüc cạc cháút cä cọ
hm lỉåüng khä âãún 50%. Thiãút bë mng lc tỉång âäúi âån gin, kêch thỉåïc cå bn
khäng låïn, tiãút kiãûm v cọ thãø tỉû âäüng hoạ.
Cạc mng âỉåüc ỉïng dủng âãø siãu lc cọ thãø giỉỵ âỉåüc cạc phán tỉí cọ kêch thỉåïc tỉì
5 âãún 50 nm, cọ nghéa l cạc phán tỉí hỉỵu cå loải låïn. Cạc mng âãø tháúm tháúu ngỉåüc giỉỵ
âỉåüc cạc phán tỉí cọ kêch thỉåïc 2,5 nm
khi hoảt âäüng dỉåïi ạp sút chán khäng
(tỉì 4 âãún 10 MPa).
Kh nàng phán chia ca cạc mng
âỉåüc xạc âënh båíi kh nàng giỉỵ lải cạc
hảt cọ khäúi lỉåüng v kêch thỉåïc phán tỉí
xạc âënh. Trãn hçnh 12.1 nãu så âäư lỉûa
chn phỉång phạp phán chia cạc dung
dëch phủ thüc vo âải lỉåüng cạc hảt cọ

trong chụng.
Nhỉåüc âiãøm ca cạc quạ trçnh
phán chia bàòng mng lc âọ l sỉû cáưn thiãút phi chøn bë v tinh chãú cạc dung dëch mäüt
cạch cáøn tháûn, xút hiãûn sỉû phán cỉûc näưng âäü - xút hiãûn näưng âäü cao ca cháút ho tan åí
bãư màût mng lc v tảo nãn mäüt lỉåüng låïn cạc cháút tháúm, âi hi phi táûn dủng hay tinh
chãú trỉåïc khi x vo hãû thäúng kãnh thoạt.
L
c múi
1
L
c âỉåìn
g
10
10
2

10
3

10
4

10
5

Tháøm tháúu ngỉåüc
Siãu lc
Vi lc
P
hán ly cao täúc

L
c truưn thäúng
Lc âải phán t
ỉ
í
L
c vi nh tỉån
g
Lc vi khøn
H
çnh 12.1. Kêch thỉåïc cạc hả
t

mm

248

12.1. K THÛT PHÁN CHIA BÀỊNG MNG LC
Sau hng triãûu nàm biãún hoạ, trong tãú bo sinh váût säúng â hçnh thnh phỉång
phạp vản nàng v hon thiãûn âãø phán chia cạc dung dëch nhåì mng bạn tháúm. Vê dủ nhỉ
v tãú bo âäüng v thỉûc váût, nhåì chụng m sỉû trao âäøi cháút giỉỵa tãú bo v mäi trỉåìng bãn
ngoi âỉåüc thỉûc hiãûn.
12.1.1. Cạc mng siãu lc
Cạc mng bạn tháúm siãu lc l nhỉỵng mng xäúp, trong âọ täưn tải hãû rnh xun
sút bo âm tháøm tháúu pha ca cạc cáúu tỉí trong häùn håüp bë phán chia. Cạc läù nh trong
mng tảo ra hãû thäúng âỉåìng rnh ngồòn ngoo liãn kãút våïi nhau hay cọ thãø âäüc láûp. Cạc
mng bạn tháøm l bäü pháûn hoảt âäüng cå bn ca thiãút bë siãu lc, cho phẹp tạch cạc cháút
ho tan cọ khäúi lỉåüng phán tỉí trong khong 1200 ÷ 3000000. Cạc mng dng trong
cäng nhiãûp âỉåüc sn xút tỉì cạc mng xenluloza axetat xäúp, dë hỉåïng c kãút cáúu hai låïp,
gäưm låïp bãư màût mng våïi bãư dy 0,25 µm âãún âãûm xäúp mën cọ bãư dy 100 µm. Låïp mën

hoảt hoạ ca mng s xạc âënh kh nàng giỉỵ lải mäüt loải cáúu tỉí trong häùn håüp âỉåüc phán
chia, trong låïp ny xy ra quạ trçnh phán chia. Vi kãút cáúu ca låïp hoảt hoạ våïi kêch
thỉåïc läù âỉåüc quy âënh s xạc âënh mỉïc âäü cä cạc cháút.
Hiãûn nay cạc váût liãûu âỉåüc dng lm nãưn cho mng: giáúy kim loải, thu tinh xäúp,
grafêt u cáưu cå bn ca cạc mng nhán tảo nhỉ sau: tênh lỉûa chn cao, tênh tháúm
cao, bãưn hoạ v tênh trå sinh hc âäúi våïi cạc dung dëch âem phán ly, tênh äøn âënh trong
quạ trçnh hoảt âäüng, âäü bãưn cå hc v tøi th ca, cọ kh nàng tại sinh v giạ thnh
tháúp.
Hiãûn tải åí Nga â sn xút by nhn hiãûu mng siãu lc âỉåüc sỉí dủng trong cäng
nghiãûp tỉì xenluloza axetat dảng: YAM - 30, 50 M, 100 M, 150 M, 200 M, 300 M v
500 M, chụng khạc nhau båíi âỉåìng kênh läù (tỉì 2 âãún 60 ÷ 70 nm), båíi tênh tháúm v tênh
lỉûa chn tỉång ỉïng. Mng YAM - 30 våïi âỉåìng kênh läù nh nháút cọ thãø âỉåüc sỉí dủng
âãø cä cạc cháút hoảt hoạ sinh hc cọ khäúi lỉåüng phán tỉí âãún 10000, cn mng YAM -
500 våïi âỉåìng kênh låïn nháút − âãø cä cạc cháút cọ khäúi lỉåüng phán tỉí âãún 50000. Tuy
nhiãn khi lỉûa chn cạc mng, ngoi khäúi lỉåüng phán tỉí cáưn phi tênh âãún úu täú (khäng
gian, âàûc trỉng cáúu trục khäng gian cạc phán tỉí ca cháút âem cä) cọ nh hỉåíng âãún tênh
lỉûa chn ca cạc mng, cng nhỉ kh nàng kãút tủ ca nhiãưu cháút hoảt hoạ sinh hc. Cho
nãn âäúi våïi mäùi mäüt hãû củ thãø, viãûc lỉûa chn mng âỉåüc thỉûc hiãûn bàòng phỉång phạp
thỉûc nghiãûm.
Cạc mng lỉûa chn dảng YAM tỉì xenluloza axetat âãø cä v tinh chãú mäüt säú enzim
bàòng phỉång phạp siãu lc âỉåüc nãu åí bng 12.1.

249

Bng 12.1. Âàûc tênh ca mäüt säú mng lỉûa chn dảng YAM
Enzim
Khäúi lỉåüng phán tỉí Mng
Proteinaza kiãưm tênh tỉì Bac. subtilis

Proteinaza trung ho tỉì Bac. subtilis 103

Rennin tỉì Bac. mesentericus (ПБ)
Lipaza tỉì Asp. awamori
Xenluaza tỉì Sedridium v Candidum
Pectinaza tỉì Asp. awamori 16
Glucoamilaza tỉì Asp. niger
20.000 ÷ 23.000

45000
40000 ÷ 50000
43000 ÷ 50000
60000
80000
97000
YAM - 150
YAM - 200
YAM - 200
YAM - 200
YAM - 200
YAM - 300
YAM - 300
YAM - 300
Khi xẹt âãún tênh khäng bãưn nhiãût ca cạc dung dëch, thỉåìng tiãún hnh quạ trçnh
siãu lc åí nhiãût âäü bçnh thỉåìng hay tháúp hån, vç váûy phi lm sảch dung dëch ban âáưu
trong quạ trçnh tưn hon kên.
12.1.2. Cạc xå polyme
Xå polyme l váût liãûu lỉûa chn cọ triãøn vng dng cho siãu lc. Chụng l nhỉỵng
äúng mao dáùn cọ âỉåìng kênh 20 ÷ 100 µm v chiãưu dy thnh äúng xäúp 10 ÷ 50 µm. Sỉû
hçnh thnh cạc xå räùng bàòng phỉång phạp ẹp lm polyme nọng chy qua cạc khn kẹo
âàûc biãût. Polyamit, penylon, polyacrylonitryl âỉåüc sỉí dủng nhỉ l nhỉỵng váût liãûu âãø sn
xút ra cạc xå räùng.

Cạc bọ xå âỉåüc gàõn chàût vo bäü pháûn bãn trong ca thiãút bë siãu lc âãø tảo ra bãư
màût cọ diãûn têch âãún 30.000 m
2
. Cọ thãø xãúp âãún 28 triãûu såüi xå vo äúng cọ âỉåìng kênh
35 cm. Khi âọ nàng sút âảt 175 m
3
nỉåïc trãn 1 m
3
thãø têch khäng gian trong äúng.
Nhỉỵng ỉu âiãøm ca cạc xå räùng nhỉ sau: kh nàng tảo ra nhỉỵng úu täú phán chia
cọ máût âäü gọi cao, váûn chuøn v bo qun åí dảng khä, cọ kh nàng giỉỵ åí ạp sút cao.
Tuy nhiãn nhỉåüc âiãøm låïn nháút ca cạc xå polyme l ráút khọ thay âäøi cạc såüi xå khi bë
hỉ hng.
Mäüt trong nhỉỵng âàûc âiãøm ca cạc mng bạn tháúm l tênh tháúm nỉåïc ca chụng.
Cạc mng âỉåüc dng trong cäng nghiãûp âãø lc siãu täúc âỉåüc âàûc trỉng båíi kh nàng
tháúm nỉåïc âãún 300 l/(m
2
.h) v låïn hån, tuy nhiãn khi cä v tinh chãú cạc dung dëch chỉïa
enzim v cạc dung dëch hoảt hoạ sinh hc khạc, nàng sút ca chụng tháúp âạng kãø -
khäng låïn hån 30 ÷ 40 l/(m
2
.h).
Trong quạ trçnh hoảt âäüng nàng sút ca mng gim xúng.


250

12.1.3. Cạc såüi xå räùng
Cạc såüi xå räùng tỉì váût liãûu xenluloza axetat l nhỉỵng äúng nh cọ âỉåìng kênh trong
0,2 mm. Nhỉỵng såüi trå hoạ ny cọ cáúu trục dë hỉåïng. Khi dng chy qua såüi räùng åí bãư

màût bãn trong tảo ra ỉïng lỉûc trỉåüt cao s lm gim sỉû phán cỉûc näưng âäü. p sút tàng
lãn trong khe såüi s âáøy dung mäi cạc cháút tháúp phán tỉí v múi ra ngoi qua vạch såüi,
cn cạc cháút âỉåüc giỉỵ lải s táûp trung trong dng tưn hon kên. Cạc såüi âỉåüc ghẹp lải
thnh nhỉỵng bọ mäüt, khong 1000 såüi v âỉåüc xãúp kên trong äúng nhỉûa trong, nhåì âọ m
cọ thãø nháûn âỉåüc diãûn têch bãư màût lc låïn våïi thãø têch vỉìa phi. Kh nàng ca cạc mng
giỉỵ lải cạc cháút ho tan cọ tênh chn lc âỉåüc thãø hiãûn båíi hãû säú giỉỵ:
f
0
n
0
f
n
g
v
v
l
n
n
l
K =

trong âọ: n
f
- Näưng âäü cúi ca cạc cáúu tỉí âải phán tỉí trong váût liãûu giỉỵ, ca cạc hảt trãn
1 cm
3
;
n
0
- näưng âäü ban âáưu ca cạc cáúu tỉí âải phán tỉí, ca cạc hảt trãn 1 cm

3
;
V
0
- thãø têch ban âáưu, m
3
;
V
f
- thãø têch cúi cng, m
3
.
Täúc âäü chy ca dng qua mng phủ thüc vo dảng cạc cháút ho tan âỉåüc giỉỵ lải,
vo âäü ho tan, näưng âäü v cạc tênh cháút khúch tạn, âäưng thåìi cng phủ thüc vo
mng, vo diãûn têch hoảt âäüng ca mng, vo ạp sút, nhiãût âäü v âäü nhåït.
Täúc âäü ca dng chy xun qua mng t lãû nghëch våïi logarit näưng âäü ca cháút
ho tan cọ tênh âãún nh hỉåíng ca cạc âiãưu kiãûn phán cỉûc näưng âäü. Tênh tháøm tháúu ca
mng gim xúng khi tàng näưng âäü v khi tiãún hnh quạ trçnh åí nhiãût âäü tháúp hån nhiãût
âäü bçnh thỉåìng.
12.1.4. Cạc dảng thiãút bë dng mng lc
Hiãûn tải ngỉåìi ta sỉí dủng räüng ri bäún loải kãút cáúu cå bn ca cạc thiãút bë dng
mng lc: cọ cạc bãư màût lc, äúng lc, cün lc v cạc mng lỉûa chn åí dảng cạc såüi
räùng. Ba loải thiãút bë âáưu âỉåüc trang bë hon chènh cạc mng bạn tháúm phàóng âäưng nháút
v chụng khạc biãût båíi cạc phỉång phạp gọi v gia cäú mng.
Âàûc tênh quan trng ca cạc thiãút bë dng mng lc l máût âäü gọi ca mng - diãûn
têch bãư màût ca cạc mng lỉûa chn trãn mäüt âån vë thãø têch thiãút bë. Máût âäü gọ
i ca cạc
mng trong thiãút bë cọ nhiãưu dảng khạc nhau âỉåüc nãu dỉåïi âáy (m
2
/m

3
).
Dảng äúng 60 ÷ 200
Dảng cün 300 ÷ 800
Dảng khung phàóng 60 ÷ 300
Dảng cọ cạc såüi räùng âãún 30000

251

Trong caùc thióỳt bở daỷng cuọỹn, mọỹt hay mọỹt sọỳ maỡng 3 õổồỹc gia cọỳ giổợa bọỹ tióu
nổồùc 4 vaỡ bọỹ saỡng lổồùi (hỗnh 12.2). Mọỹt phờa cuớa vỏỷt lióỷu loỹc nhổ thóỳ õổồỹc bởt kờn trón
ọỳng õóứ thaới chỏỳt loỹc 1, vaỡ tỏỳt caớ vỏỷt lióỷu õổồỹc cuọỹn troỡn trón ọỳng naỡy ồớ daỷng rulọ 2.
Nhanh choùng trong vỏỳn õóử thay õọứi caùc bọỹ phỏỷn loỹc laỡm cho thióỳt bở daỷng cuọỹn trồớ nón
rỏỳt thuỏỷn tióỷn cho thao taùc.
Nhổồỹc õióứm cuớa caùc thióỳt bở loaỷi naỡy laỡ sổùc caớn thuyớ lổỷc cao vaỡ sổỷ tờch trổợ cỷn
trong caùc bọỹ saỡng bũng lổồùi.











Caùc thióỳt bở khung phúng. Trong caùc thióỳt bở daỷng khung phúng, caùc baớn õồợ coù
caùc cồ cỏỳu tióu nổồùc õóứ thaùo chỏỳt loỹc õổồỹc bao phuớ bồới caùc maỡng lổỷa choỹn tổỡ hai phờa vaỡ
õổồỹc tỏỷp trung vaỡo tuùi. Cho nón giổợa caùc baớn õoù õổồỹc taỷo nón nhổợng raợnh hồớ õóứ hỗnh

thaỡnh kónh dỏựn dung dởch ban õỏửu (hỗnh 12.3). Caùc thióỳt bở daỷng khung phúng õổồỹc lừp
raùp õồn giaớn vaỡ hoaỷt õọỹng bóửn. Nhổồỹc õióứm laỡ sổỷ phỏn bọứ dung dởch õem phỏn chia giổợa
caùc raợnh khọng õóửu, mỏỷt õọỹ goùi thỏỳp vaỡ lổồỹng vỏỷt lióỷu cao.
Thióỳt bở coù caùc sồỹi rọựng. Caùc thióỳt bở trón cồ sồớ cuớa caùc sồỹi rọựng gọửm voớ xilanh,
trong õoù õỷt ọỳng truỷc hay caùc sồỹi rọựng maỡ khọng cỏửn ọỳng truỷ
. Caùc sồỹi õổồỹc phuớ kờn tổỡ
mọỹt hay hai õỏửu sồỹi bũng caùc baớn laỡm bũng nhổỷa epoxit. Caùc thióỳt bở trón cồ sồớ cuớa caùc
sồỹi rọựng coù mỏỷt õọỹ goùi rỏỳt cao. Tuy nhión caùc dung dởch õổồỹc phỏn chia trong thióỳt bở
cỏửn phaới tinh chóỳ sồ bọỹ, vỗ hióỷu suỏỳt cuớa quaù trỗnh phỏn chia phuỷ thuọỹc õaùng kóứ vaỡo sổỷ
tinh chóỳ sồ bọỹ cuớa chuùng.
Ngổồỡi ta õaợ chóỳ taỷo khọỳi vi loỹc nhổ trong hỗnh 12.4, sổớ duỷng caùc sồỹi rọựng tổỡ
xenluloza axetat vaỡ nylon - 12. Thióỳt bở gọửm caùc boù (mọựi boù coù 10000 sồỹi), sồỹi rọựng
õổồỹc xóỳp trong ọỳng xilanh. ọỹ õỷc 10.000 m
2
/m
3
. Vaùch caùc sồỹi rọựng thổỷc chỏỳt laỡ maỡng
D
ung dởch ban õỏửu
Chỏỳt loỹc
H
ỗnh 12.2. Sồ õọử sừp xóỳp caùc maỡng
lổỷa choỹn trong thióỳt bở daỷng cuọỹn
1
2
Chỏỳt loỹc
Chỏỳt cọ

D
ung dởch

ban õỏửu
H
ỗnh 12.3. Sồ õọử thióỳt bở duỡng maỡng loỹc daỷng
khung phúng: 1- Bóỷ lừp; 2- Thanh giũng;
3- Khu phoỡng; 4- óỷm xọỳp; 5- Maỡng lổỷa choỹn
1 2
3 4
5

252

bạn tháúm. Dỉåïi ạp sút, cháút lng âỉåüc âáøy vo bọ såüi tỉì mäüt âáưu v, cn cháút vi lc
thoạt ra tỉì hai âáưu cúi ca bọ såüi.
Thiãút bë cọ nàng sút tỉì 5 âãún 1000 m
3
/ngy.





Hçnh 12.4. Thiãút bë dng mng lc trãn cå såí ca cạc såüi räùng:
1- Vng hm; 2- Bn ; 3- Lỉåïi che chàõn; 4- Cạc såüi räùng; 5- Bn bàòng nhỉûa epoxit;
6- Âéa âåỵ; 7,10- Âạy; 8- ÄÚng phán phäúi âỉåüc âäüt läù; 9- V bàòng såüi thu tinh.
12.2. CẠC THIÃÚT BË SIÃU LC ÂỈÅÜC SỈÍ DỦNG TRONG CÄNG NGHIÃÛP
12.2.1. Cáúu tảo
Quạ trçnh siãu lc âỉåüc thỉûc hiãûn trong khäúi mng dảng khung phàóng. Diãûn têch
bãư màût lm viãûc ca mäùi khäúi 10 ÷ 12 m
2
.

Khäúi siãu lc (hçnh 12.5) gäưm v häüp
3, trong âọ xãúp cạc tụi chỉïa bäü lc phàóng 5,
âỉåüc phán cạch láùn nhau giỉỵa cạc âãûm cọ
hçnh dảng âàûc biãût 4. Khe rnh cọ chiãưu sáu
1,0 ÷ 1,5 mm âỉåüc tảo ra giỉỵa cạc càûp näúi ca
bäü lc. Dung dëch âỉåüc cä chy qua cạc rnh.
Âãø ngàn ngỉìa sỉû xã dëch ca tụi khi hoảt âäüng
thỉåìng dng cạc chi tiãút âënh vë 2, cạc gåì ca
cạc bäü lc v cạc âãûm phán chia âỉåüc tç vo
âọ. Tụi âỉåüc bêt kên trong häüp nhåì nàõp trãn 1.
Nàõp trỉåïc 8 cọ làõp cạc âoản äúng âãø nảp dung
dëch ban âáưu v thạo cháút cä âàûc âỉåüc cäú âënh
båíi cạ
c chäút 6 qua låïp âãûm kên 7 tỉì phêa màût
mụt ca mạy. Âoản äúng âãø thạo cháút tháúm âỉåüc bäú trê åí phêa sỉåìn ca mạy.
Bäü lc gäưm bn trủ bàòng polypropilen cọ dảng hçnh vng, åí hai phêa táúm cọ cạc
rnh khêa dc, ngang våïi chiãưu sáu 0,3 mm. Dng vi capron cọ säú sng N
o
32 - 49 âãø
bc kên bn. Âàût mng lỉûa chn åí trãn, sao cho ph kên mäüt màût mụt ca bäü lc, cháút
tháúm âỉåüc thạo ra qua ba bäü lc håí cn lải.
D
ung dëch ban âáưu
Cháút lc
Cháút lc
Hçnh 12.5. Khäúi siãu lc
Cháút tháúm