CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG BẰNG VẬT LÝ (R2 - PHYSICAL SEPARATION PROCESSES)

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÀI TẬP KIỂM TRA CUỐI KỲ 2 (2020-2021)
MÔN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM 1
NHĨM 3

ĐỀ TÀI: CÁC Q TRÌNH PHÂN RIÊNG
BẰNG VẬT LÝ
(R2 - PHYSICAL SEPARATION PROCESSES)
GVHD : Phan Thế Duy
TKB chính thức : sáng thứ 4, tiết 1 – 3
Lớp: 11DHTPTD

TP.HCM, tháng 6 năm 2021


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÀI TẬP KIỂM TRA CUỐI KỲ 2 (2020-2021)
MƠN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM 1
NHĨM 3


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Bảng đánh giá hoạt động nhóm
ST
T

1

2

3

4
5
6

7

8

9

PHÂN CƠNG CƠNG
VIỆC
Thuyết trình :13.1;
13.1.1; 13.1.16……
13.1.20
Soạn bài:13.1.16……
13.1.20
Tổng hợp file word.

Tổng hợp powerpoint
Thuyết trình :13.1.2;
13.1.3
Soạn bài: 13.1; 13.1.1;
13.1.2
Thuyết trình : 13.1.4;
13.1.5
Soạn bài:13.1.3; 13.1.4;
13.1.5
Hỗ trợ tổng hợp file word
Thuyết trình : 13.1.6;
13.1.7
Soạn bài: 13.1.6; 13.1.7
Thuyết trình : 13.1.8;
13.1.9
Soạn bài: 13.1.8; 13.1.9
Thuyết trình : 13.1.10;
13.1.11
Soạn bài: 13.1.10;
13.1.11
Thuyết trình :13.1.12;
13.1.13
Soạn bài: 13.1.12;
13.1.13
Hỗ trợ tổng hợp file word
Thuyết trình : 13.1.14;
13.1.15
Soạn bài: 13.1.14;
13.1.15
Thuyết trình : 13.2

Soạn bài: 13.2
Hỗ trợ tổng hợp file word

ĐÁNH GIÁ
Soạn bài tốt, đầy đủ.
Phân cơng nhiệm vụ rõ
ràng. Hồn thành nhiêm
vụ

Soạn bài tốt, đầy đủ.

Soạn bài tốt, đầy đủ.
Tích cực hỗ trợ cơng
việc nhóm, hồn thành
bài nhanh.
Soạn bài tốt, đầy đủ.
Soạn bài tốt, đầy đủ.
Soạn bài tốt, đầy đủ.

Soạn bài tốt, đầy đủ.
Chủ động trong cơng
việc. Hỗ trợ hồn tành
cơng việc nhóm.
Soạn bài tốt, đầy đủ.

Soạn bài tốt, đầy đủ.
Chủ động trong công
việc. Kiểm tra tiến độ và
xúc tiến công việc của

Bài tập cuối kỳ

10

Kỹ thuật thực phẩm 1

Thuyết trình : 13.3
Soạn bài: 13.3

cá nhân và của cả
nhóm.
Soạn bài tốt, đầy đủ.


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin cảm ơn thầy Phan Thế Duy– giáo viên hướng dẫn
trong bộ môn Kỹ thuật thực phẩm 1 . Cảm ơn thầy đã giúp chúng em trong suốt quá
trình học tập, trau dồi kiến thức, tiếp cận đến những lĩnh vực học tập mới. Trong suốt
quá trình học tập, chúng em ln nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ đến từ thầy.
Hơn hết chúng em cũng xin cảm ơn quý thầy cô , cùng ban lãnh đạo trường Đại
Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM đã tạo điều kiện học tập, hỗ trợ chúng em
trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Qua quá trình học tập và thảo luận cùng nhau, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến
từng bạn trong nhóm, vì đã giúp đỡ nhau trong q trình hồn thành bài tập.
Nhóm em đã nỗ lực và cố gắng hết sức, nhưng thời gian và lượng kiến thức cịn

hạn chế nên cũng khơng thể tránh khỏi sai sót. Mong thầy đóng góp ý kiến để nhóm
em có thể cải thiện vào những bài tiểu luận sau.
Xin chân thành cảm ơn.


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Mục Lục
CHƯƠNG 13.......................................................................................1
CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG BẰNG VẬT LÝ.......................................1
13.1. Lọc..........................................................................................1
13.1.A Một số cơng thức thường gặp............................................3
13.1.1 Dịng chảy qua bộ lọc......................................................3
13.1.2. Bộ lọc áp suất không đổi...............................................6
13.1.3 Sự phụ thuộc theo cấp số nhân của tỷ lệ lọc...................8
13.1.4 Phương trình mơ hình dựa trên sức cản của bộ lọc cụ thể
phụ thuộc vào thời gian..............................................................9
13.1.5.Tối ưu hóa các bộ lọc.....................................................11
13.1.B Màng lọc...........................................................................12
13.1.1 Quy trình tách màng bằng áp suất................................12
a) Quy trình tách màng bằng áp suất là gì ?........................12
b) Kỹ thuật lọc màng hay tách màng...................................13
c) Cơ chế hoạt động của quy trình tách màng.....................13
d) Lọc thơng thường và lọc dịng chéo.................................14
13.1.2 Màng được sử dụng trong cơng nghệ lọc:.....................14
13.1.3 Cấu hình hệ thống màng...............................................16
13.1.4 Các quy trình tách màng khác:....................................17
13.1.C Một số phương pháp dùng để lọc.....................................19

13.1.1 Lọc khử trùng................................................................19
13.1.2 Siêu lọc..........................................................................21
13.1.3 Thẩm thấu ngược..........................................................22
13.1.D Các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình lọc :.....................22
13.1.1 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình lọc..........22
13.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lọc..............................23
13.1.E Mục đích cơng nghiệp và phạm vi thực hiện....................24
13.1.F Thiết bị lọc trong công nghệ thực phẩm..........................25
13.1.1 Thiết bị lọc nhờ áp suất thủy tĩnh..................................25
13.1.2 Thiết bị lọc áp suất........................................................26
13.1.3 Thiết bị lọc chân không.................................................29


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

13.2 Sàng.......................................................................................32
13.2.1 Khái quát về phân loại...................................................32
13.2.2 Phương pháp sàng.........................................................32
13.2.3 Kích thước sàng tiêu chuẩn...........................................34
13.3 Tách trọng lực........................................................................38
13.3.1 Cân bằng lực giữa các chất lỏng trong chất lỏng..........38
13.3.2 Vận tốc cuối...................................................................40
13.3.3 Hệ số cản.......................................................................41


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Danh mục hình ản
Hình 13.1.1: Các quá trình lọc............................................................2
Hình 13.1.2 : Sự phân bố bã lọc trên vách ngăn................................2
Hình 13.1.3: Nguyên lý hoạt động của chất trợ lọc............................3
Hình 13.1.4 Bộ lọc áp suất..................................................................4
Hình 13.1.5 Bộ lọc chân khơng...........................................................4
Hình13.1.6 : Sơ đồ của phần vải lót cho thấy vải lót, lớp sơn trước và
bánh lót..............................................................................................6
Hình 13.1.7: Bộ lọc áp suất................................................................8
Hình 13.1.8 Mặt cắt ngang của màng trong siêu lọc........................13
Hình 13.1.9 Lọc thơng thường và lọc dịng chéo..............................14
Hình 13.1.10 : Màng lọc MF, UF, NF..................................................15
Hình 13.1.11 : Ngun lí hoạt động của q trình thẩm phân điện..18
Hình 13.1.12 : Bộ lọc khử trùng nước ..............................................21
Hình 13.1.13: thiết bị lọc ép.............................................................26
Hình 13.1.14: Thiết bị lọc ép sử dụng dĩa lọc...................................28
Hình 13.1.15 : Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc.................................29
Hình 13.1.16 : Nguyên tắc hoạt động của thiết bị lọc chân khơng
dạng thùng quay..............................................................................30
Hình 13.1.17 : Thiết bị lọc chân khơng dạng dĩa quay.....................31
Hình 13.2.1 Máy sàng rung dạng hình chữ nhật...............................34
Hình 13.2.2 Máy sàng rung dạng trịn..............................................34
Hình 13.2.3 Máy sàng thùng quay ...................................................34
Hình 13.2.1.1 Một số sàng với kích thước khác nhau.......................36
Hình 13.3.1 Sơ đồ hệ thống phân loại khơng khí để tách vỏ đậu nành
ra khỏi lá mầm..................................................................................42
Y

Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

LỜI NÓI ĐẦU
Ăn uống là một trong những nhu cầu cơ bản của con người. Ngày nay, bên cạnh
nhóm thực phẩm được chế biến ở quy mơ gia dình, nhóm thực phẩm được chế biến ở quy
mô công nghiệp ngày càng trở nên da dạng và giữ vai trò quan trọng trong bữa ăn hàng
ngày, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển. Thực phẩm cơng nghiệp có ưu điểm
là tiện dụng và chất lượng ổn dịnh.
Công nghiệp thực phẩm luôn được xem là ngành công nghiệp quan trọng ở bất kỳ
quốc gia nào. Phát triển ngành công nghiệp thực phẩm không chỉ để cung cấp các sản
phẩm dảm bảo cho nhu cầu an uống của người dân trong nước mà cịn để xuất khẩu, góp
phần thúc dẩy sự phát triển chung của nền kinh tế quốc dân.


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

CHƯƠNG 13
CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG BẰNG VẬT LÝ
- Với dân số khoảng 90 triệu người, tốc độ tăng trưởng kinh tế trung bình khoảng
7,5%/năm, nhu cầu tiêu dùng của người Việt Nam đối với thực phẩm chế biến ngày
càng lớn và phong phú, đặc biệt là nhu cầu về các sản phẩm sạch được chế biến an
tồn và tinh tế. Cơng nghệ thực phẩm đã phát triển từ việc thực hành bảo quản các
sản phẩm ở các dạng giống như chúng xuất hiện trong tự nhiên đến một dạng mà các
thành phần mong muốn được tách ra và chuyển đổi sang các dạng khác.
- Các quy trình phân tách đã được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm trong
nhiều năm, nhưng việc sử dụng tinh vi là một sự xuất hiện khá gần đây. Ví dụ như

cơng nghệ Current giúp:
 Loại bỏ khói mù khỏi rượu vang và nước ép trái cây hoặc mật hoa
 Tách protein của pho mát thành các phần nhỏ có các đặc tính chức năng khác
nhau
 Tách vật chất lạ khỏi ngũ cốc nguyên hạt hoặc xay xát, và nước ép trái cây đặc
mà không cần phải sử dụng nhiệt
- Là công cụ để tạo ra hiệu quả kinh tế khi thu hồi các thành phần hữu ích từ các loại
thực phẩm chế biến.

13.1. Lọc
- Lọc là q trình đưa chất lỏng có chứa các hạt lơ lửng qua môi trường xốp. Lọc được
sử dụng khi thành phần có giá trị hỗn hợp là tỷ lệ.
 Ví dụ như :làm rõ nước trái cây và dầu thực vật.
- Một số hình thức lọc :
 Lọc bề mặt: kích thước các cấu tử trong bã lộc lớn hơn đường kính mao dẫn
trên vách ngăn, do đó lớp bã lọc sẽ nằm trên bề mặt hoạt động của vách ngăn.
Trường hợp này được gọi là lọc bề mặt.
 Lọc bề sâu: kích thước các cấu tử trong bã lọc nhỏ hơn đường kính mao dẫn
của vách ngăn, do đó chúng sẽ khuếch tán vào bên trong các mao dẫn và bã
lọc được tạo thành bên trong cấu trúc các mao dẫn của vách ngăn. Trường hợp
này được gọi là lọc bề sâu.
 Lọc dạng kết hợp bề mặt và bề sâu: những cấu tử bé của bã lọc thì khuếch tán
vào bên trong các mao dẫn của vách ngăn, còn những cấu tử lớn sẽ nằm lại trên
bề mặt hoạt động của vách ngăn. Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế.
(HA)
1|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Hình 13.1.1: Các q trình lọc
-

Trong cơng nghiệp thực phẩm , hỗn hợp được phân riêng nhờ quá trình lọc thường
tồn tại ở hai dạng: huyền phù và bụi . Pha rắn trong huyền phù và bụi sẽ bị giữ lại
bởi vách ngăn và tạo thành bã lọc, còn pha lỏng hoăck pha khí sẽ đi qua vách ngăn
và tạo nên dịch lọc hoặc khí lọc.

Hình 13.1.2 : Sự phân bố bã lọc trên vách ngăn
-

Sau quá trình lọc, sản phẩm thu được có thể là dịch lọc, bã lọc hay cả dịch lọc và
bã lọc. Lưu ý :
 Nếu sản phẩm cần thu nhận là bã lọc thì các nhà sản xuất nên chọn phương
pháp lọc bề mặt.
 Nếu sản phẩm cần thu nhận chỉ là dịch lọc thì chúng ta có thể chọn cả ba
phương pháp trên .

2|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

-

Trong quá trình lọc , vách ngăn cũng là yếu tố chúng ta cũng cần tìm hiểu . Yêu

cầu cơ bản của vách ngăn trong quá trình lọc là khả năng tách các vật rắn trong
huyền phù càng triệt để càng tốt, bên cạnh đó trở lực của nó đối với pha lỏng càng
thấp sẽ càng tốt. Trong ngành công nghiệp thực phẩm người ta sử dụng nhiều loại
vách ngăn khác nhau tùy vào thứ cần lọc:
 Dạng hạt : sử dụng cát, đá sỏi, than hoạt tính....
 Dạng tấm: lưới lọc bằng thép không rỉ, bảng lọc được làm bằng
cotton hoặc polymer tổng hợp như nylon, polypropylene......
 Dạng vật xốp: cẻamic, thủy tinh......
- Để làm giảm kích thước mao dẫn của vách ngăn, trong một số trường hợp người ta
sử dụng thêm bột trợ lọc – chất trợ lọc . Chất trợ lọc là một vật liệu được phân loại
mịn, khi được thêm vào chất lỏng cần lọc, sẽ đọng lại trên vách ngăn (màn hoặc
vải). Chất trợ lọc tạo thành một lớp xốp trên vách ngăn và do đó chất trợ lọc là môi
trường lọc để giữ các chất rắn được loại bỏ và ngăn chúng làm mù vách ngăn. Hai
loại vách ngăn được sử dụng rộng rãi nhất là kim loại và vải. Trong công nghiệp
thực phẩm , bột trợ lọc thông dụng nhất là diatomite - SiO 2 và một số oxi kim loại
khác .

Hình 13.1.3: Nguyên lý hoạt động của chất trợ lọc
13.1.A Một số công thức thường gặp

13.1.1 Dòng chảy qua bộ lọc
- Để thực hiện quá trình lọc, chúng ta có thể chọn một trong ba giải pháp sau:
a. Sử dụng áp suất thủy tĩnh của huyền phù trên vách ngăn: trong trường hợp
này, giá trị áp suất ở hai bên vách ngăn là bằng nhau và bằng với áp suất khí
quyển. Vách ngăn có bề mặt hoạt động được đặt song song với mặt đất, phần
huyền phù nằm trên vách ngăn sẽ tạo nên một giá trị áp suất thủy tĩnh, nhờ đó
mà pha lỏng sẽ đi qua vách ngăn theo hướng từ trên xuống và tạo nên dịch
lọc.
3|Page

Bài tập cuối kỳ

b.

Kỹ thuật thực phẩm 1

Sử dụng bơm hoặc máy bơm hoặc máy nén để đưa huyền phù đến vách

ngăn: quá trình này được gọi là lọc áp suất.

Hình 13.1.4 Bộ lọc áp suất
c. Sử dụng bơm chân khơng để hút dịch lọc: q trình này được gọi là lọc chân
khơng.

Hình 13.1.5 Bộ lọc chân khơng
-

Q trình lọc chất trợ ngấm, dòng dịch lọc qua các lỗ trong bánh phụ

thuộc vào sự chênh lệch áp suất trên bánh và khả năng chống chảy. Tổng lực cản
tăng lên khi độ dày bánh tăng dần; do đó dịng chảy giảm theo thời gian lọc.
Chênh lệch áp suất ở hai bên vách ngăn được gọi là động lực của quá trình lọc.
-

Khả năng chống lại tốc độ trên bánh lọc được biểu thị bằng sức đề

kháng của bánh cụ thể.Hình 13.1.5 cho thấy một phần của một ống lọc cho thấy
môi trường lọc, lớp sơn trước và chất trợ lót. Tổng áp suất giảm trên bề mặt lót là
tổng của độ giảm áp suất trên mơi trường ép (vải lót và lớp sơn trước), ΔP m và

4|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

trên bánh, ΔPc.. Gọi Pm và Pc lần lượt là giá trị áp suất chênh lệch từ phía huyền
phù và từ phía dịch lọc.
P = Pm-Pc *

(13.1)

Các phương trình thế:
(13.2)
(13.3)
(13.4)
Gọi:






v= vận tốc của dịng chảy
μ= độ nhớt,
A = diện tích ống lọc
m = khối lượng bánh bộ lọc
Rm = Điện trở trung bình



5|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Hình13.1.6 : Sơ đồ của phần vải lót cho thấy vải lót, lớp sơn trước và bánh lót.
-

Thay thế m và v vào phương trình * ta được:
(13.5)

 V : Thể tích dịch lọc ( m3)
 m=v.c : khối lượng của chất rắn bánh trong huyền phù được lọc
 v= (1 / A) dV / dt: tốc độ lọc
- Phương trình là phương trình Sperry, mơ hình được sử dụng rộng rãi nhất
cho các loại bánh có tải trọng thơng thường. Cơng thức (13.6) có thể được sử
dụng để xác định lực cản bánh cụ thể từ dữ liệu lọc :
(13.6)

13.1.2. Bộ lọc áp suất không đổi
Khi sử dụng máy bơm ly tâm làm máy bơm cấp liệu, sự chênh lệch áp suất qua
bộ lọc, ΔP là khơng đổi, và phương trình (13.6) có thể được tích hợp để cung cấp:
t=

(13.7)

Chia tất cả phương trình (13.7) cho V

(13.8)
Với:
 t là thời gian lọc
 V là thể tích lọc
 A là diện tích ống lọc
6|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

 Rm là điện trở trung bình
 µ là độ nhớt
 ΔP là áp suất thay đổi trong quá trình lọc
Phương trình (13.8) chỉ ra rằng đồ thị của t / V so với V sẽ là tuyến tính, và các
giá trị của α và Rm có thể được xác định từ hệ số góc và hệ số chặn.
Để tránh giá trị âm của Rm, có thể phân tích và sử dụng phương trình (13.7), nếu
chỉ sử dụng dịch lọc để lọc mà khơng có chất lơ lửng thì c = 0, phương trình. 13,7 trở
thành:
t=

(13.9)

Vì Rm=ΔPm / (μ .V), và bởi vì trong q trình lọc chỉ với lớp lót và lớp phủ trên,
sự chênh lệch áp suất là ΔP m, và do A.V= tốc độ lọc của dung dịch , q, hệ số của V
trong phương trình (13,9) là 1 / q. Do đó, phương trình (13.7) có thể được biểu thị như
sau:

t

(13.10)

q được đánh giá riêng như tốc độ thể tích của phần nước trên bộ lọc. Vì ΔP trên
lớp phủ trước chủ yếu là do lực cản từ thông lắng đọng, q chủ yếu là hàm của loại từ
thông, áp suất tác dụng và độ dày của bánh.

Hình 13.1.7: Bộ lọc áp suất

7|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

13.1.3 Sự phụ thuộc theo cấp số nhân của tỷ lệ lọc
Phương trình Sperry đã được sửa đổi để thay đổi sức đề kháng khi tăng thời gian
lọc.
(13.11)
Tích hợp phương trình trên sẽ được:
(13.12)
Ở phương trình người ta nhận thấy rằng 1 n chung trong phương trình (13.11)
khơng thể tìm thấy các dữ liệu được mô tả trong nồng độ thức ăn cơ thể khác nhau.
Người ta dùng một phương trình khác để thay thế:

(13.13)
Tích hợp (13.13) được phương trình :

(13.14)

Lấy logarit từ (13.14) : ( 13.15)

13.1.4 Phương trình mơ hình dựa trên sức cản của bộ lọc cụ thể phụ
thuộc vào thời gian
Mơ hình sử dụng dữ liệu thử nghiệm về cách lọc thức ăn cho cơ thể của máng
tràn nước làm lạnh gia cầm để tái chế (chất trợ lọc peclit). Từ phương trình 13.10, ta
có :
t = (k0 + βt)V2 + (1/q)V

(13.16)

Đơn vị của β và K0 là s.m-6 và m-6 vì các giá trị của V được sử dụng trong phân
tích chưa được chuyển đổi thành thể tích / vùng lọc.
(t – V/q)/V2 là (K0 + βt) tại mỗi thời điểm lọc t. Hệ số góc của (t – V/q)/V 2 so với
thời gian lọc sẽ là hệ số góc β và một giao điểm K0. Thể tích dịch lọc tại t sẽ là nghiệm
dương của phương trình 13.16 :
( 13.17)

8|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Thể tích dịch lọc hoặc tỷ lệ lọc chuyển thành trên một đơn vị diện tích hoặc dùng
các tính tốn của thể tích dịch lọc trên một đơn vị diện tích của bộ lọc.
Cách tiếp cận trước đây được sử dụng trong ví dụ sau để tránh phải thao tác với

các số rất nhỏ.
Bảng 13.2 Dữ liệu về lọc nước làm lạnh gia cầm

Ví dụ: bảng 13.3 cho thấy về cách lọc của máng tràn nước làm lạnh gia cầm
(dùng peclic) có độ thấm nước tinh khiết ước lượng 0,4 mL /(s .m2)với bánh 1 cm và
ΔP = 1atm. Diện tích bộ lọc 20cm2 với nước lọc 2°C. Lớp sơn lót là 1,0 kg/m 2 diện
tích bộ lọc. Giấy lọc Whatman số 541 làm môi trường lọc. Thức ăn cho cơ thể 5 kg /
m3 và chất rắn lơ lửng là 5 kg/m3. Áp suất qua bộ lọc là 172 kPa. Lưu lượng lọc qua bộ
lọc tráng lớp sơn lót 25,5 mL/s ở chênh lệch áp suất 172 kPa. Tính tốn các tham số
cho sự phụ thuộc vào thời gian của lực cản bánh cụ thể và xác định sự phù hợp của
13.16với dữ liệu thực nghiệm. Tính tốc độ lọc trung bình nếu thời gian chu kỳ là 20
phút.
Cách giải:
Các giá trị (t - V / q) / V2 được phân tích hồi quy để đưa ra phương trình hồi quy
sau (R2 = 0,9883): k0 + βt = 191,347t + 1.83 x 108
Bảng 13.4 Tính tốn thể tích dịch lọc từ dữ liệu độ bền của bánh

9|Page


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

Cách tính thể tích dịch lọc theo thời gian lọc được sử dụng k0+ βt trong phương
trình trên và (13.17).
Thời gian lọc 20 phút, giá trị của V trong Bảng 13.4 là 0,001659 m 3. Tốc độ lọc
trung bình là: (V/A) avg/t = 0.001659/[(20) (20 x 10-4)]
(V/A)

avg/t

= 0.0415m3/ (s.m2 diện tích lọc) tại chênh lệch áp suất 172kPa qua bộ

lọc

13.1.5.Tối ưu hóa các bộ lọc
Chu kỳ tối ưu dựa trên lưu lượng dịch lọc tối đa có thể khơng phải lúc nào cũng
là thời gian chu kỳ lý tưởng theo quan điểm kinh tế học. Quá trình lọc với thời gian
chu kỳ ngắn để có lưu lượng lọc tối đa trên một đơn vị diện tích bộ lọc có thể phải
được thực hiện bằng cách sử dụng bộ lọc chân không quay liên tục để tránh sử dụng
quá nhiều chất trợ lọc. Thời gian chu kỳ tối ưu để tối đa hóa lưu lượng dịch lọc mỗi
chu kỳ được tính như sau.
Các bộ lọc phù hợp với phương trình Sperry :
(13.15)
-Một chu kỳ là tổng thời gian lọc, t và thời gian để tháo rời, lắp ráp và sơn phủ
trước bộ lọc, tDAP:

Cho và . Phương trình (13.15) sẽ trở thành:

10 | P a g e


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

-Để có được thời gian chu kỳ tối ưu, thể tích dịch lọc mỗi chu kỳ được tối đa hóa
bằng cách lấy đạo hàm và bằng 0 như sau. Thay phương trình cho t dưới dạng một
hàm của và lấy đạo hàm cấp một

-

Để đạo hàm bằng 0, tử số phải bằng 0. Sau khi kết hợp các số hạng giống
nhau và đơn giản hóa, căn của tử số trong phương trình trở thành:

Số hạng trong căn của đạo hàm là giá trị lớn nhất

Thời gian chu kỳ tối ưu, , là:

(13.16)
Khi dữ liệu lọc phù hợp với phương trình (13.14), cho dịng dịch lọc tối đa thu
được bằng cách sử dụng quy trình trên là gốc của phương trình:
(13.17)
Khi dữ liệu lọc phù hợp với phương trình (13.16), t là một hàm của , V và q chỉ
được giải như sau:

V tối ưu cho một chu kỳ lọc là gốc của phương trình:
(13.18)

11 | P a g e


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

13.1.B Màng lọc

13.1.1 Quy trình tách màng bằng áp suất

a) Quy trình tách màng bằng áp suất là gì ?
Trong các quy trình tách màng điều khiển bởi áp suất (thẩm thấu ngược, lọc nano, siêu
lọc và vi lọc), áp suất tác động lên dung dịch ở một mặt của màng đóng vai trị là động
lực để tách nó thành chất thấm qua và chất thấm tích lại.
b) Kỹ thuật lọc màng hay tách màng
Lọc màng là quá trình phân tách vật lý dưới tác động của sự khác biệt về áp
suất giữa hai mặt màng lọc. Quá trình này cho phép phân lập các phân tử có kích
thước và tính chất khác nhau. Hầu hết tất cả các màng lọc công nghiệp được bố trí sao
cho dịng chất lỏng cần lọc tiếp xúc với màng với vận tốc lớn và dưới áp suất cao.
Các phân tử di chuyển tự nhiên từ vùng có nồng độ cao sang vùng có nồng độ
thấp. Bằng cách áp dụng áp suất bên ngoài, các phân tử sau đó có thể chảy từ vùng có
nồng độ thấp đến vùng có nồng độ cao. Sự chênh lệch áp suất ở hai bên màng sẽ làm
cho chất thấm qua màng ở trạng thái ổn định. Điều này cho phép sản phẩm cuối cùng,
thẩm thấu hoặc rút ngắn có năng suất tổng thể cao hơn.
c) Cơ chế hoạt động của quy trình tách màng
Quy trình tách màng dựa trên sự hiện diện của màng bán thấm. Nguyên tắc khá
đơn giản: màng hoạt động như một bộ lọc rất cụ thể sẽ cho nước chảy qua, đồng thời
lọc các chất rắn lơ lửng và các chất khác. Màng chiếm chỗ qua vách ngăn cách chọn
lọc. Hình 13.1.9 mơ tả một hệ thống lọc màng điển hình.

Hình 13.1.8 Mặt cắt ngang của màng trong siêu lọc
12 | P a g e


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

d) Lọc thông thường và lọc dịng chéo

Hình 13.1.9 Lọc thơng thường và lọc dịng chéo
Lọc dịng chéo là cấu hình hiệu quả nhất, như sẽ thảo luận ở phần sau, và cần tái
chế lại để thu được cả vận tốc chất lỏng xuyên màng cao và nồng độ chất rắn cuối
cùng mong muốn trong sản phẩm. Chất lỏng xuyên qua màng là “chất thấm qua” và
chất lỏng được giữ lại trên mặt nguồn cấp của màng là “chất thấm tích lại”. Chất lỏng
đi vào màng là “thức ăn”.
Một số lợi thế khi sử dụng quy trình lọc màng dịng chảy chéo:
+ Sử dụng năng lượng thấp hơn, do đó có thể cắt giảm chi phí vận hành
+ Cần ít phụ gia hóa học hơn để loại bỏ tạp chất (ví dụ như chất kết bông để xử
lý nước thải)
+ Cải thiện hiệu quả sản xuất và kiểm soát chất lượng

13.1.2 Màng được sử dụng trong công nghệ lọc:
o Vi lọc (MF): MF được đặc trưng bởi kích thước lỗ màng từ 0,05 đến 2
μm và áp suất hoạt động dưới 2 bar. MF được sử dụng chủ yếu để tách
các hạt và vi khuẩn khỏi các chất hịa tan nhỏ hơn khác.
Có 3 loại màng MF:
+ Màng MF sợi rỗng
+ Màng MF dạng tấm
+ Màng MF xoắn ốc
o Siêu lọc (UF): UF được đặc trưng bởi kích thước lỗ màng từ 2 nm đến
0,05 μm và áp suất hoạt động từ 1 đến 10 bar. UF được sử dụng để tách
virus, chất keo như protein từ các phân tử nhỏ như đường và muối.
13 | P a g e


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

o Lọc nano (NF): NF được đặc trưng bởi kích thước lỗ màng từ 0,5 đến 2
nm và áp suất hoạt động từ 5 đến 40 bar. NF được sử dụng để đạt được sự
phân tách giữa đường, các phân tử hữu cơ khác, và mặt khác là muối đa
hóa trị, mặt khác là muối đơn hóa trị và nước. NF dựa trên sự đào thải vật
lý dựa trên kích thước và điện tích phân tử.
Có 2 loại màng NF:
+ Màng NF xoắn ốc
+ Màng NF hình ống rỗng
o Thẩm thấu ngược (RO): Màng RO chứa các lỗ xốp cực nhỏ (<0,001 μm).

Hình 13.1.10 : Màng lọc MF, UF, NF.
- Màng đẳng hướng hoặc dị hướng và màng đẳng hướng có các lỗ xốp đồng nhất trên
toàn bộ chiều dày của màng, trong khi màng dị hướng bao gồm một lớp mỏng vật liệu
chọn lọc trên bề mặt và một lớp nền xốp. Màng MF có thể đẳng hướng hoặc dị hướng,
trong khi màng thông lượng cao cảm ứng được sử dụng trong UF và RO chủ yếu là dị
hướng. vật liệu màng sẽ được lắng đọng từ từ. Cuối cùng, một lớp với độ nhạy mong
muốn được tạo ra.
- Hai yếu tố chính là quan trọng trong việc thiết kế và vận hành các quá trình tách màng
định hướng áp suất. Đây là các thơng lượng xun màng và các thuộc tính thải chất tan
của màng. Nói chung, thơng lượng xun màng và tính chất thải phụ thuộc vào các thuộc
tính của chất tan và chất rắn lơ lửng và đặc tính màng của
 kích thước lỗ trung bình
 phạm vi phân bố kích thước lỗ
 đường xoắn ốc cho chất lưu hoặc dòng hạt qua độ dày màng hoặc “độ
xoắn”
 độ dày của màng
 cấu hình của lỗ
14 | P a g e

Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

13.1.3 Cấu hình hệ thống màng
- Hiệu quả của hệ thống màng có thể được đo lường bằng hiệu quả trong việc
phân tách thành phần quan tâm ở mức sản xuất cao.Bất kể thành phần có giá trị hay
khơng đang ở trong thẩm thấu hoặc thẩm thấu, thông lượng transmem brane phải
được tối đa hóa. Bởi vì từ thơng là một chức năng của áp suất và diện tích màng, và
bị hạn chế bởi sự bám bẩn, các màng khác nhau cấu hình hệ thống có sẵn được thiết
kế để tối đa hóa diện tích màng trong một bản hoạt động ở áp suất cao, giảm thiểu
tắc nghẽn, và tạo điều kiện làm sạch.
- Màng mơ-đun là hình ống với các kênh giữa tấm quấn xoắn nhọn để nguồn
cấp dữ liệu chảy qua màng đệm từ đầu này sang đầu ngược lại kết thúc. Một tấm
đệm giữa lớp màng về phía thấm nước cho phép đi lạixung quanh hình xoắn ốc cho
đến khi nó đi vào ống thấm ở tâm của đường xoắn ốc. Hình ống xoắn ốc mơ-đun vết
thương được đặt bên trong một áp suất hình ống tàu. Cấu hình này cho phép đóng
gói hiệu quả nhất của một khu vực màng lớn trong một khơng gian. Những màng
này có chi phí đầu tiên cao, nhưng tuổi thọ của màng được coi là lâu hơn so với
màng polyme.

13.1.4 Các quy trình tách màng khác:
- Màng cũng được sử dụng để loại bỏ các chất vô cơ khỏi dung dịch protein hoặc
để thu hồi các hợp chất vơ cơ có giá trị từ chất thải của quá trình. Sự thẩm tách và
thẩm tách điện là hai quy trình được sử dụng phổ biến.
o Sự thẩm tách là một quá trình khuếch tán chứ khơng phải là q trình điều
khiển bằng áp suất. Một gradient nồng độ chất tan thẩm phân điện. Nồng độ
Gradient chất tan thúc đẩy sự vận chuyển chất tan qua màng. Sự thẩm tách
được biết đến nhiều trong lĩnh vực y tế (lọc máu), để loại bỏ các chất thải cơ
thể khỏi máu của những người bị bệnh thận. Trong cơng nghiệp thực phẩm và

sinh hóa, thẩm tách được sử dụng rộng rãi để loại bỏ muối khoáng khỏi dung
15 | P a g e


Bài tập cuối kỳ

Kỹ thuật thực phẩm 1

dịch protein bằng cách nhúng dung dịch protein chứa trong túi hoặc ống thẩm
tách vào nước chảy. Chất tan trong thẩm tách chảy rất chậm.
Ứng dụng:

 Sự thẩm tách được biết đến nhiều trong lĩnh vực y tế (lọc
máu), để loại bỏ các chất thải cơ thể khỏi máu của những
người bị bệnh thận.
 Trong cơng nghiệp thực phẩm và sinh hóa, thẩm tách
được sử dụng rộng rãi để loại bỏ muối khoáng khỏi dung
dịch protein bằng cách nhúng dung dịch protein chứa
trong túi hoặc ống thẩm tách vào nước chảy.
 Khử rượu bia là một ứng dụng khác của thẩm tách khuếch
tán. Có tính đến độ dốc nồng độ được áp dụng cho kỹ
thuật này, rượu và các hợp chất phân tử nhỏ khác chuyển
qua màng từ nồng độ cao hơn đến thấp hơn, đó là
nước. Nó được sử dụng cho ứng dụng này cho các điều
kiện hoạt động thấp và khả năng loại bỏ cồn đến 0,5%.

o Thẩm phân điện là một quá trình mà chất tan di chuyển qua màng được tăng
tốc bằng cách áp dụng một thế điện động. Các màng chọn lọc anion và cation
được sử dụng. Thế điện động buộc các loại ion di chuyển qua màng về phía
điện cực thích hợp. Thẩm phân điện được sử dụng để khử khoáng nước sữa

(whey), nhưng các ứng dụng trong ngành cơng nghiệp thực phẩm của quy trình
này vẫn cịn khá hạn chế.
Ngun tắc hoạt động:
Các màng có tính chọn lọc cation hoặc anion, về cơ bản có nghĩa là
các ion dương hoặc ion âm sẽ chảy qua. Màng chọn lọc cation là các
chất điện phân đa điện tử có vật chất tích điện âm, loại bỏ các ion
mang điện tích âm và cho phép các ion tích điện dương chạy qua.
Bằng cách đặt nhiều màng liên tiếp, các màng này luân phiên cho
phép các ion tích điện dương hoặc âm đi qua, các ion có thể được
loại bỏ khỏi nước thải. Các hạt không mang điện không bị loại bỏ.
16 | P a g e