Các màng bán thấm siêu lọc là những màng xốp, trong đó tồn tại hệ rãnh xuyên suốt bảo đảm thẩm thấu pha của các cấu tử trong hỗn hợp bị phân chia. Các lỗ nhỏ trong màng tạo ra hệ thống đường rãnh ngoằn ngoèo liên kết với nhau hay có thể độc lập. Các màng bán thẩm là bộ phận hoạt động cơ bản của thiết bị siêu lọc, cho phép tách các chất hoà tan có khối lượng phân tử trong khoảng 1200  3000000. Các màng dùng trong công nhiệp được sản xuất từ các màng xenluloza axetat xốp, dị hướng có kết cấu hai lớp, gồm lớp bề mặt mỏng với bề dày 0,25 m đến đệm xốp mịn có bề dày 100 m. Lớp mịn hoạt hoá của màng sẽ xác định khả năng giữ lại một loại cấu tử trong hỗn hợp được phân chia, trong lớp này xảy ra quá trình phân chia. Vi kết cấu của lớp hoạt hoá với kích thước lỗ được quy định sẽ xác định mức độ cô các chất.

Hiện nay các vật liệu được dùng làm nền cho màng: giấy kim loại, thuỷ tinh xốp, grafít... Yêu cầu cơ bản của các màng nhân tạo như sau: tính lựa chọn cao, tính thấm cao, bền hoá và tính trơ sinh học đối với các dung dịch đem phân ly, tính ổn định trong quá trình hoạt động, độ bền cơ học và tuổi thọ caọ, có khả năng tái sinh và giá thành thấp.

Hiện tại ở Nga đã sản xuất bảy nhãn hiệu màng siêu lọc được sử dụng trong công nghiệp từ xenluloza axetat dạng: YAM - 30, 50 M, 100 M, 150 M, 200 M, 300 M và 500 M, chúng khác nhau bởi đường kính lỗ (từ 2 đến 60  70 nm), bởi tính thấm và tính lựa chọn tương ứng. Màng YAM - 30 với đường kính lỗ nhỏ nhất có thể được sử dụng để cô các chất hoạt hoá sinh học có khối lượng phân tử đến 10000, còn màng YAM - 500 với đường kính lớn nhất  để cô các chất có khối lượng phân tử đến 50000. Tuy nhiên khi lựa chọn các màng, ngoài khối lượng phân tử cần phải tính đến yếu tố (không gian, đặc trưng cấu trúc không gian các phân tử của chất đem cô) có ảnh hưởng đến tính lựa chọn của các màng, cũng như khả năng kết tụ của nhiều chất hoạt hoá sinh học. Cho nên đối với mỗi một hệ cụ thể, việc lựa chọn màng được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm.

Các màng lựa chọn dạng YAM từ xenluloza axetat để cô và tinh chế một số enzim bằng phương pháp siêu lọc được nêu ở bảng 12.1.

Bảng 12.1. Đặc tính của một số màng lựa chọn dạng YAM

Khi xét đến tính không bền nhiệt của các dung dịch, thường tiến hành quá trình siêu lọc ở nhiệt độ bình thường hay thấp hơn, vì vậy phải làm sạch dung dịch ban đầu trong quá trình tuần hoàn kín.

Xơ polyme là vật liệu lựa chọn có triển vọng dùng cho siêu lọc. Chúng là những ống mao dẫn có đường kính 20  100 m và chiều dày thành ống xốp 10  50 m. Sự hình thành các xơ rỗng bằng phương pháp ép lõm polyme nóng chảy qua các khuôn kéo đặc biệt. Polyamit, penylon, polyacrylonitryl được sử dụng như là những vật liệu để sản xuất ra các xơ rỗng.

Các bó xơ được gắn chặt vào bộ phận bên trong của thiết bị siêu lọc để tạo ra bề mặt có diện tích đến 30.000 m2. Có thể xếp đến 28 triệu sợi xơ vào ống có đường kính 35 cm. Khi đó năng suất đạt 175 m 3 nước trên 1 m3 thể tích không gian trong ống.

Những ưu điểm của các xơ rỗng như sau: khả năng 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. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của các xơ polyme là rất khó thay đổi các sợi xơ khi bị hư hỏng.

Một trong những đặc điểm của các màng bán thấm là tính thấm nước của chúng. Các màng được dùng trong công nghiệp để lọc siêu tốc được đặc trưng bởi khả năng thấm nước đến 300 l/(m2.h) và lớn hơn, tuy nhiên khi cô và tinh chế các dung dịch chứa enzim và các dung dịch hoạt hoá sinh học khác, năng suất của chúng thấp đáng kể - không lớn hơn 30  40 l/(m2.h).

Trong quá trình hoạt động năng suất của màng giảm xuống.

Các sợi xơ rỗng từ vật liệu xenluloza axetat là những ống nhỏ có đường kính trong 0,2 mm. Những sợi trơ hoá này có cấu trúc dị hướng. Khi dòng chảy qua sợi rỗng ở bề mặt bên trong tạo ra ứng lực trượt cao sẽ 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. Các sợi được ghép lại thành những bó một, khoảng 1000 sợi và được xếp kín trong ống nhựa trong, nhờ đó mà có thể nhận được diện tích bề mặt lọc lớn với thể tích vừa phải. Khả năng của các màng giữ lại các chất hoà tan có tính chọn lọc được thể hiện bởi hệ số giữ:

K g = l n n f n 0 l n v 0 v f K g = l n n f n 0 l n v 0 v f size 12{K rSub { size 8{g} } = { {l rSub { size 8{n} } { {n rSub { size 8{f} } } over {n rSub { size 8{0} } } } } over {l rSub { size 8{n} } { {v rSub { size 8{0} } } over {v rSub { size 8{f} } } } } } } {}

trong đó: nf - Nồng độ cuối của các cấu tử đại phân tử trong vật liệu giữ, của các hạt trên 1 cm3 ;

n0 - nồng độ ban đầu của các cấu tử đại phân tử, của các hạt trên 1 cm3;

V0 - thể tích ban đầu, m3 ;

Vf - thể tích cuối cùng, m3.

Tốc độ chảy của dòng qua màng phụ thuộc vào dạng các chất hoà tan được giữ lại, vào độ hoà tan, nồng độ và các tính chất khuếch tán, đồng thời cũng phụ thuộc vào màng, vào diện tích hoạt động của màng, vào áp suất, nhiệt độ và độ nhớt.

Tốc độ của dòng chảy xuyên qua màng tỷ lệ nghịch với logarit nồng độ của chất hoà tan có tính đến ảnh hưởng của các điều kiện phân cực nồng độ. Tính thẩm thấu của màng giảm xuống khi tăng nồng độ và khi tiến hành quá trình ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bình thường.

Hiện tại người ta sử dụng rộng rãi bốn loại kết cấu cơ bản của các thiết bị dùng màng lọc: có các bề mặt lọc, ống lọc, cuộn lọc và các màng lựa chọn ở dạng các sợi rỗng. Ba loại thiết bị đầu được trang bị hoàn chỉnh các màng bán thấm phẳng đồng nhất và chúng khác biệt bởi các phương pháp gói và gia cố màng.

Đặc tính quan trọng của các thiết bị dùng màng lọc là mật độ gói của màng - diện tích bề mặt của các màng lựa chọn trên một đơn vị thể tích thiết bị. Mật độ gói của các màng trong thiết bị có nhiều dạng khác nhau được nêu dưới đây (m2/m3).

Dạng ống 60  200

Dạng cuộn 300  800

Dạng khung phẳng 60  300

Dạng có các sợi rỗng đến 30000

Trong các thiết bị dạng cuộn, một hay một số màng 3 được gia cố giữa bộ tiêu nước 4 và bộ sàng lưới (hình 12.2). Một phía của vật liệu lọc như thế được bịt kín trên ống để thải chất lọc 1, và tất cả vật liệu được cuộn tròn trên ống này ở dạng rulô 2. Nhanh chóng trong vấn đề thay đổi các bộ phận lọc làm cho thiết bị dạng cuộn trở nên rất thuận tiện cho thao tác.

Nhược điểm của các thiết bị loại này là sức cản thuỷ lực cao và sự tích trữ cặn trong các bộ sàng bằng lưới.

Hình 1

Hình 2

Các thiết bị khung phẳng. 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. Cho nên giữa các bản đó được tạo nên những rãnh hở để hình thành kênh dẫn dung dịch ban đầu (hình 12.3). Các thiết bị dạng khung phẳng được lắp ráp đơn giản và hoạt động bền. Nhược điểm là sự phân bổ dung dịch đem phân chia giữa các rãnh không đều, mật độ gói thấp và lượng vật liệu cao.

Thiết bị có các sợi rỗng. Các thiết bị trên cơ sở của các sợi rỗng gồm vỏ xilanh, trong đó đặt ống trục hay các sợi rỗng mà không cần ống trụ. Các sợi được phủ kín từ một hay hai đầu sợi bằng các bản làm bằng nhựa epoxit. Các thiết bị trên cơ sở của các sợi rỗng có mật độ gói rất cao. Tuy nhiên các dung dịch được phân chia trong thiết bị cần phải tinh chế sơ bộ, vì hiệu suất của quá trình phân chia phụ thuộc đáng kể vào sự tinh chế sơ bộ của chúng.

Người ta đã chế tạo khối vi lọc như trong hình 12.4, sử dụng các sợi rỗng từ xenluloza axetat và nylon - 12. Thiết bị gồm các bó (mỗi bó có 10000 sợi), sợi rỗng được xếp trong ống xilanh. Độ đặc 10.000 m2/m3. Vách các sợi rỗng thực chất là màng bán thấm. Dưới áp suất, chất lỏng được đẩy vào bó sợi từ một đầu vỏ, còn chất vi lọc thoát ra từ hai đầu cuối của bó sợi.

Thiết bị có năng suất từ 5 đến 1000 m3/ngày.

Hình 3

Hình 12.4. Thiết bị dùng màng lọc trên cơ sở của các sợi rỗng:

1- Vòng hãm; 2- Bản ; 3- Lưới che chắn; 4- Các sợi rỗng; 5- Bản bằng nhựa epoxit; 6- Đĩa đỡ; 7,10- Đáy; 8- Ống phân phối được đột lỗ; 9- Vỏ bằng sợi thuỷ tinh.

Quá trình siêu lọc được thực hiện trong khối màng dạng khung phẳng. Diện tích bề mặt làm việc của mỗi khối 10  12 m2.

Hình 12.5. Khối siêu lọc

Hình 4

Bộ lọc gồm bản trụ bằng polypropilen có dạng hình vuông, ở hai phía tấm có các rãnh khía dọc, ngang với chiều sâu 0,3 mm. Dùng vải capron có số sàng No 32 - 49 để bọc kín bản. Đặt màng lựa chọn ở trên, sao cho phủ kín một mặt mút của bộ lọc, chất thấm được tháo ra qua ba bộ lọc hở còn lại.

Máy vi lọc gồm 20  25 bộ lọc và 20  24 màng xenluloza axetat. Có thể sử dụng polystrirol, thuỷ tinh hữu cơ... làm bản trụ.

Paronit (caosu amiăng), caosu và relin có bề dày khác nhau được sử dụng làm lớp đệm.

Máy siêu lọc có các ưu điểm sau: độ kín, sự gia cố an toàn các bộ lọc và các đệm phân cách và một lượng chi tiết không đáng kể tháo được.

Nhược điểm là khối lượng lao động lắp ráp và tháo dỡ máy lớn.

Máy siêu lọc (hình 12.6) hoạt động như sau: dung dịch tiệt trùng ban đầu từ thùng chứa 1 qua bộ lọc vi khuẩn 2 và bộ lọc sơ bộ 5 rồi dùng bơm 3 đẩy vào vòng tuần hoàn kín. Vòng tuần hoàn gồm bơm tuần hoàn 6, bộ trao đổi nhiệt 7 và bốn bộ siêu lọc 8. Sau khi bơm, dung dịch được phân bổ thành hai dòng song song. Mỗi dòng chảy qua hai bộ lọc nối liên tiếp nhau, và sau đó chúng kết hợp lại thành dòng chung để vào bộ trao đổi nhiệt. Áp suất làm việc trong hệ được điều chỉnh bằng van. Nhiệt độ của dung dịch được giữ ổn định trong giới hạn 100C nhờ bộ trao đổi nhiệt. Chất thấm chứa các dung dịch các chất thấp phân tử vào thùng chứa 9, còn chất cô sau khi tuần hoàn nhiều lần đến một mức nhất định thì đưa vào thùng thu nhận chất cô 10. Việc nối liên tiếp các đường song song của các bộ vi lọc cho phép thay đổi các thiết bị trong qúa trình hoạt động và làm thuận tiện cho thao tác. Để ngăn ngừa sự xâm nhập các vi sinh vật lạ vào hệ siêu lọc, thường trang bị thêm bơm tuần hoàn có đệm hai mặt mút. Bơm tuần hoàn 11 đẩy nước tiệt trùng từ thùng chứa vào đệm. Sau các bơm thường lắp các bộ chống rung để san bằng xung động của dung dịch. Trên các đường xả chất cô và chất thấm lắp đặt các lưu lượng kế kiểu con quay, còn đoạn thông ra ngoài không khí có các bộ lọc vi khuẩn.

Khi kết thúc quá trình các bộ vi lọc, các thùng chứa đều được rửa bằng nước và xác định hàm lượng enzim trong nước rửa. Enzim được trích ra từ nước rửa trong chu kỳ cô tiếp theo.

Dùng dung dịch 1% monocloamin hay chất sát trùng khác để tiệt trùng thiết bị trong thời gian 15  20 phút, sau đó rửa bằng nước tiệt trùng trong vòng 30  40 phút, tiếp theo chu kỳ công nghệ được lặp lại.

Thiết bị vi lọc tự động liên tục có năng suất cao (hình 12.7) được sử dụng trong sản xuất lớn các loại chế phẩm enzim và các chế phẩm hoạt hoá sinh học khác.

Thiết bị gồm 18 bộ vi lọc 4 với diện tích bề mặt hoạt động 180 m2. Các bộ được nhóm hoá thành ba mức cô nối nhau liên tục. Mỗi mức là một vòng tuần hoàn kín, ngoài các bộ vi lọc tham gia vào vòng tuần hoàn còn có bơm 2 và bộ trao đổi nhiệt 3.

Vòng đầu tiên có 9, vòng hai  6, vòng thứ ba  3 bộ.

Hình 5

Hình 12.6. Máy siêu lọc:

1- Thùng chứa dung dịch ban đầu; 2- Bộ lọc vi khuẩn; 3- Bơm nạp dung dịch; 4- Bộ chống rung; 5- Bộ lọc sơ bộ; 6- Bơm tuần hoàn; 7- Bộ trao đổi nhiệt; 8- Khối vi lọc; 9- Thùng chứa chất lọc; 10- Thùng chứa chất cô;11- Bơm; 12 - Thùng chứa nước tiệt trùng

Trong mỗi mức, chất lỏng được cô qua ba bộ liên tục.

Ở mức đầu có ba dòng song song nhau, mức hai  hai và ở mức ba  một. Dung dịch từ mức đầu váo mức hai và sau đó vào mức ba, các chất thấp phân tử được lọc liên tục. Hệ phân bổ dòng như thế cho phép đạt tốc độ chuyển động của chất lỏng trong các rãnh đến 2 m/s, giảm bớt sức cản thuỷ lực và tiêu thụ năng lượng tối thiểu.

Hình 6

Hình 7

Hình 12.7. Máy vi lọc

Trong tiến trình vận hành lượng chất thấm theo các mức độ của hệ được giảm xuống, còn mức độ cô tăng lên. Lượng chất thấm cơ bản nhận được ở mức đầu tiên, nhỏ hơn - ở mức hai và còn nhỏ hơn nữa ở mức thứ ba, cho nên diện tích bề mặt lọc ở mức đầu là 90, ở mức hai - 60 và ở mức ba - 30 m2. Dung dịch đầu được đẩy vào hệ thuỷ lực của máy từ thùng chứa 5 nhờ bơm định lượng 1 có áp suất 0,6 MPa.

Máy vi lọc được trang bị hệ tự động điều chỉnh quan hệ giữa tiêu hao chất thấm và chất cô, cho phép liên tục điều chỉnh mẫu chất cô (phụ thuộc vào số lần tuần hoàn và lượng enzim đã thu nhận được).

Thiết bị cũng được trang bị các dung lượng để chứa dung dịch sát trùng 7 và nước tiệt trùng 8, trang bị hệ nạp nước vào các bộ vi lọc trong thời gian ngừng nạp dung dịch (để bảo giữ màng xenluloza axetat) . Không khí thải ra khỏi hệ được làm sạch trong các bộ lọc vi khuẩn 6.

Năng suất của thiết bị là 1800 l/h.

Khó khăn cho việc thay thế các màng lựa chọn sau khi lọc là nhược điểm chính của các thiết bị siêu lọc.

Bảng 12.2. Đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị siêu lọc

Ghi chú: (1) Năng suất phụ thuộc vào các thông số các màng được sử dụng và các tính chất các chất lỏng đem cô.

(2) Khi sử dụng các màng có nhãn hiệu YAM bằng xenluloza axetat.

Hiện nay trong thực tế ở các nước có xu hướng thảo ra những thiết bị dạng môđun về công nghệ màng lọc. Việc ứng dụng các thiết bị siêu lọc dạng môđun sẽ cho phép làm dễ dàng việc thao tác và giảm nhân công.

Các tổ hợp siêu lọc Y - 15/20 , Y - 15/40 , Y - 15/2000. Các thiết bị siêu lọc Y - 15/20 tác động gián đoạn được dùng để cô và tinh chế các dung dịch chứa enzim và các chất hoạt hoá khác. Vỏ xilanh của thiết bị dùng màng lọc trong tổ hợp Y - 15/20 (hình 12.8) được phủ kín từ hai hướng bằng các nắp bích có đáy elip. Cố định hai môđun màng dạng khung phẳng trong vỏ có diện tích bề mặt của mỗi môđun 12,5 m2. Môđun gồm cụm các bộ lọc phẳng có dạng các tấm bản xốp bằng polyme được bọc bởi màng lựa chọn. Cụm được ép lại giữa các mặt bích bằng các thanh giằng ở bên trong các rãnh rỗng để tháo chất thấm. Chất thấm tháo ra ngoài qua các khớp vặn, được phân bổ trong vỏ thiết bị.

Tổ hợp lọc Y - 15/40 khác với tổ hợp lọc Y - 15/20 ở chỗ tổ hợp Y - 15/40 có hai thiết bị lọc màng nối tiếp nhau. Tổng diện tích của bề mặt màng 50 m2.

614235Chất lọcTác nhân lạnhDung dịch ban đầu

Hình 12.8. Sơ đồ tổ hợp siêu lọc Y -15/40

1- Thùng chứa dịch; 2- Bơm tuần hoàn; 3-Bộ lọc sơ bộ; 4- Thiết bị lọc bằng màng mỏng; 5- Van tiết lưu; 6- Bộ trao đổi nhiệt

Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp Y - 15/140

Năng suất tính theo dung dịch ban đầu, m3/h: dưới 4

Số́ lần cô tính theo dung dịch: dưới 10

Diện tích bề mặt của các màng, m2: 50

Áp suất làm việc, MPa: 1,5

Lượng dẫn động điện: 2

Công suất đơn vị của động cơ điện, kW/m2: 13

Kích thước cơ bản: 360014002200

Tổ hợp môđun siêu lọc dạng lọc - ép để cô các sản phẩm lỏng trong công nghiệp vi sinh, y và hoá.

Tổ hợp siêu lọc A1 - OYC. Tổ hợp (hình 12.9) gồm 6 lô: 1  6, mỗi một lô có bơm tuần hoàn 9, bộ trao đổi nhiệt 10, chúng được nối với ống góp chung để tháo chất cô và chất lọc.

Từ hai dung lượng 11, sản phẩm ban đầu chảy vào bộ trao đổi nhiệt 12, tại đây sản phẩm được đun nóng và sau đó bơm 13 đẩy vào tổ máy siêu lọc.Trong lô 1 sản phẩm được ép thẳng qua các môđun với tốc độ trên màng 1,6  2,0 cm/s nhờ bơm tuần hoàn 8. Sản phẩm được tuần hoàn nhiều lần trong vòng của lô, chất lọc được tháo liên tục khỏi môđun, còn chất cô một phần được đẩy vào lô 2, và quá trình như thế được lặp lại. Việc cô tiếp tục được thực hiện tương tự trong tất cả các lô tiếp theo. Thành phẩm có nồng độ đã đạt theo quy định được tháo ra khỏi lô 6.

Các lô được nối liên tục với nhau, đồng thời trong bốn lô đầu lắp đặt các môđun 7 có bề mặt làm việc 7,7 m2, gồm 53 bộ phận lọc. Trong hai lô cuối lắp đặt các môđun 8 có bề mặt lọc 3,6 m2 gồm 25 bộ phận lọc.

Để điều chỉnh, trong vòng tự động của lô 6 lắp khúc xạ kế 14 có liên kết chức năng với van 15 được đặt ở cửa ra của thiết bị.

Hình 12.9. Tổ hợp siêu lọc A1 -OYC123456111213777777101010101010151499Chất côChất lọc

Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp siêu lọc A1 - OYC:

Năng suất (tính theo huyết thanh) l/h: 5000  6700

Hàm lượng chất khô trong chất cô, %: 25

Bề mặt làm việc của màng xenluloza axetat, m2: 52

Công suất các động cơ điện, kW: 77,8

Kích thước cơ bản , mm: 1650033002500

Khối lượng, kg: 16000

Tổ hợp môđun siêu lọc A1 - OYB

Tổ hợp cô sản phẩm protein A1 - OYB được ứng dụng các màng polyme có độ bền cao trong đệm. Việc nối song song - nối tiếp các phần tử lọc cho phép tạo ra các môđun có bề mặt làm việc khác nhau.

Tổ hợp A1 - OYB (hình 12-10) gồm dung lượng chứa dung dịch ban đầu 4, bơm nạp liệu 5, bộ trao đổi nhiệt 6 với đường viền 7 và van điều tiết 5, hai bộ lọc tinh 8 và tổ máy siêu lọc gồm ba lô 9,10,11. Mỗi lô có môđun 12 (hay 13), bơm tuần hoàn 14 và bộ lọc trao đổi nhiệt 15 . Trong các lô 9 và 10 sử dụng môđun 12 với bề mặt các màng 25 m2, gồm 100 phần tử lọc. Các phần tử lọc được kết hợp lại thành 5 khối nối nhau liên tục. Trong lô 11 sử dụng môđun 13 với bề mặt làm việc 15 m2, gồm 60 phần tử lọc và được kết hợp lại thành ba khối. Trong vùng của lô ba được lắp khúc xạ kế 16, còn ở vị trí tháo ra khỏi tổ máy có van 17 liên kết chức năng với khúc xạ kế.

Hình 8

Bơm nạp liệu 5 đẩy sản phẩm ban đầu từ dung lượng 4 qua bộ trao đổi nhiệt 6 và các bộ lọc tinh 8 vào lô 9 của tổ máy siêu lọc, qua bộ làm lạnh 15, còn chất lọc được tháo liên tục ra khỏi môđun và vào thùng chứa 20. Một phần sản phẩm được cô từ lô 9 vào lô 10 và quá trình cô được lặp lại. Sau đó từ lô 10 sản phẩm vào lô 11. Thành phẩm tháo ra khỏi lô 11, thành phần của sản phẩm được điều chỉnh nhờ van 17 có liên quan chức năng với khúc xạ 16, sau đó các sản phẩm được hướng vào các giai đoạn tiếp theo qua bộ trao đổi nhiệt 18, còn chất cô dùng bơm 19 đẩy ra khỏi phòng 20 để gia công tiếp theo.

Các dung dịch đã cô được chuẩn bị trong dung lượng 2 và dùng bơm định lượng đẩy vào thùng chứa 1, tại đây nó được làm loãng đến nồng độ theo yêu cầu. Dùng bơm 3 đẩy dung dịch loãng vào tổ hợp qua thùng chứa dung dịch ban đầu 4.

Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp siêu lọc A1 - OYB:

Số lượng lô: 3

Số lượng môđun: 3

Bề mặt làm việc của các môđun, m2: 25, 25,15

Năng suất (tính theo sữa khi sử dụng các màng polysunfua) l/h: 3800  2500

Năng suất đơn vị, l/m2: 46

Công suất động cơ, kW: 57

Kích thước cơ bản, mm: 1175036003600

Khối lượng, kg: 14700

Tổ hợp siêu lọc của Hãng DDS. Hãng DDS (Đan Mạch) sản xuất các tổ hợp công nghiệp khung phẳng siêu lọc dạng nằm ngang có mức độ tự động cao, chúng có thể hoạt động ở chế độ gián đoạn hay liên tục.

Các phần tử cơ bản của tổ hợp thuộc Hãng DDS là những màng môđun, có hệ rãnh nhỏ song song, tương tự như bộ ép - lọc.

So sánh các tính chất của màng xenluloza axetat và polysunfua được ứng dụng trong các tổ hợp thuộc hãng DDS được giới thiệu trong bảng 12.4.

Hãng DDS sản xuất các tổ hợp siêu lọc có diện tích bề mặt màng 9  1900 m2, được dùng để sản xuất ở mức độ lớn và nhỏ (bảng 12.5).

Bảng 12.4. Đặc tính của các màng xenluloza axetat và polysunfuađược sử dụng trong các tổ hợp siêu lọc của Hãng DDS

Bảng 12.5. Đặc điểm kỹ thuật của tổ hợp siêu lọc để sản xuất lớn thuộc Hãng DDS

Tổ hợp siêu lọc của Hãng Romicon (Hà Lan). Tổ hợp HL-1/3SL của Hãng Romicon (hình 12.11) gồm bộ các sợi có đường kính 60  160 mm và chiều dài lớn hơn 1000 mm, bề mặt bên trong của chúng được phủ các màng. Các sợi được phân bố trong vỏ xilanh kín. Trong vỏ phân bổ các khớp nối để nạp dung dịch ban đầu và tháo chất cô, chất thấm, cũng như để lắp các dụng cụ đo. Các dạng màng trong sợi có thể chọn lựa, phụ thuộc váo chất lỏng đem cô.

Hình 9

Hình 10

Tổ hợp của hãng HF 10-20SS (hình 12.12) gồm thùng chứa 1, dung dịch ban đầu từ thùng chứa bơm qua các thiết bị dùng màng 3 nhờ bơm tuần hoàn 2 và quay về thùng chứa. Trong quá trình lọc có thể thay đổi hướng chảy ngược lại của dung dịch, nhằm thực hiện gián đoạn khi rửa các ống mao dẫn. Một phần chất thấm thải ra khỏi thiết bị được tập trung vào thùng chứa 5, từ dó bơm 4 đẩy vào các thiết bị màng lọc để rửa các ống mao dẫn bằng dòng chất lỏng ngược lại. Năng suất của thiết bị 12000 l/h, kích thước cơ bản 900025002000 mm, khối lượng 250 kg.

Để tiến hành tính toán công nghệ các tổ hợp siêu lọc cần phải chọn sơ bộ nhãn hiệu màng bán thấm nhằm đảm bảo tính chọn lọc đã cho, và xác định những đặc tính công nghệ cơ bản của quá trình cô. Những số liệu thu được bằng thực nghiệm trong các tổ hợp thí nghiệm cho mỗi một loại dung dịch.

Chọn sơ đồ tổ hợp siêu lọc gồm ba vòng tuần hoàn n1, n2, n3 được thiết lập trong quá trình cô một cách bất kỳ. Khi đó cần phải khảo sát điều kiện: n=n1n2n3n=n1n2n3 size 12{n=n rSub { size 8{1} } n rSub { size 8{2} } n rSub { size 8{3} } } {}.

Giả thử mức độ cô trong mỗi vòng đều bằng nhau, có nghĩa là:

n 1 = n 2 = n 3 = n 3 n 1 = n 2 = n 3 = n 3 size 12{n rSub { size 8{1} } =n rSub { size 8{2} } =n rSub { size 8{3} } = nroot { size 8{3} } {n} } {}

Khi đó công suất của tổ hợp siêu lọc được tính theo chất cô:

Q c = Q d n Q c = Q d n size 12{Q rSub { size 8{c} } = { {Q rSub { size 8{d} } } over {n} } } {}

trong đó : Qd- năng suất của tổ hợp tính theo dung dịch ban đầu.

Năng suất của tổ hợp tính theo chất thấm:

Q ct = Q d − Q c Q ct = Q d − Q c size 12{Q rSub { size 8{"ct"} } =Q rSub { size 8{d} } - Q rSub { size 8{c} } } {}

Một phần lượng dung dịch đã được cô chảy từ vòng tuần hoàn thứ nhất vào vòng tuần hoàn thứ hai:

Q 1 = Q d n 1 Q 1 = Q d n 1 size 12{Q rSub { size 8{1} } = { {Q rSub { size 8{d} } } over {n rSub { size 8{1} } } } } {}

Lượng chất thấm được thải ra từ các tổ màng của vòng tuần hoàn thứ nhất:

Q ct1 = Q d − Q 1 Q ct1 = Q d − Q 1 size 12{Q rSub { size 8{"ct1"} } =Q rSub { size 8{d} } - Q rSub { size 8{1} } } {}

Từ vòng tuần hoàn thứ hai vào vòng tuần hoàn thứ ba:

Hình 12.14. Động lực học của sự biến đổi độ thấm của màng chọn lọc YAM - 200 phụ thuộc vào mức độ cô khi siêu lọc proteaza kiềm tính0468101214161812345678910nG, N/(m2/h) Q2=Q1n2Q2=Q1n2 size 12{Q rSub { size 8{2} } = { {Q rSub { size 8{1} } } over {n rSub { size 8{2} } } } } {}

Lượng chất thấm được thải ra từ các tổ máy của vòng tuần hoàn thứ hai:

Q ct 2 = Q 1 − Q 2 Q ct 2 = Q 1 − Q 2 size 12{Q rSub { size 8{"ct"2} } =Q rSub { size 8{1} } - Q rSub { size 8{2} } } {}

của vòng tuần hoàn thứ ba:

Q ct 3 = Q ct − Q ct 1 − Q ct 2 Q ct 3 = Q ct − Q ct 1 − Q ct 2 size 12{Q rSub { size 8{"ct"3} } =Q rSub { size 8{"ct"} } - Q rSub { size 8{"ct"1} } - Q rSub { size 8{"ct"2} } } {}

Độ thấm của màng chọn lọc theo mức độ cô của dung dịch ban đầu sẽ thay đổi do sự biến đổi các tính chất hoá - lý của môi trường - tăng độ nhớt, tăng nồng độ của các chất khô hoà tan, thay đổi sức căng bề mặt, thay đổi tỷ trọng... (hình 12.14).

Cho nên để xác định diện tích bề mặt lọc cần thiết của các vòng tuần hoàn, các đại lượng độ thấm trung bình trong mỗi vòng tuần hoàn K1 , K2 và K3 được xác định bằng đồ thị khi biến đổi mức độ cô tương ứng từ n0 đến n­1, từ n1 đến n2 và từ n2 đến n3.

Diện tích bề mặt màng (m2) của mỗi vòng tuần hoàn:

F i = Q cti K i F i = Q cti K i size 12{F rSub { size 8{i} } = { {Q rSub { size 8{"cti"} } } over {K rSub { size 8{i} } } } } {}

Tính toán thuỷ lực của máy

Tính toán thuỷ lực chủ yếu là xác định sức cản thuỷ lực của tổ màng và cột áp cần thiết của bơm tuần hoàn. Để thực hiện điều đó cần phải biết các thông số sau: chiều cao rãnh giữa các màng h, bề rộng của rãnh b, chiều dài rãnh giữa các màng l, số lượng rãnh giữa các màng n, tốc độ dòng dung dịch trong rãnh giữa các màng v, độ nhớt động học của dung dịch chứa enzim , tỷ trọng của dung dịch enzim .

Hệ số ma sát của các rãnh có tiết diện chữ nhật với các cạnh b và h:

f ms = K hh Re f ms = K hh Re size 12{f rSub { size 8{"ms"} } = { {K rSub { size 8{"hh"} } } over { bold "Re"} } } {}

trong đó : Khh - hệ số phụ thuộc vào tỷ số các kích thước hình học của rãnh;

Re - chuẩn Reynolds, Re = vdqdρμvdqdρμ size 12{ { { ital "vd" rSub { size 8{"qd"} } ρ} over {μ} } } {}

ở đây: dqd - đường kính tiết diện quy đổi ( dqd = 2h).

Đối với trạng thái chảy tầng của dung dịch thì sức cản thuỷ lực của các tổ máy:

ΔP = ρ v 2 2 1 + f ms L qd d qd + ∑ ξ + ρ gH ΔP = ρ v 2 2 1 + f ms L qd d qd + ∑ ξ + ρ gH size 12{ΔP=ρ { {v rSup { size 8{2} } } over {2} } left (1+ { {f rSub { size 8{"ms"} } L rSub { size 8{"qd"} } } over {d rSub { size 8{"qd"} } } } + sum ξ right )+ρ ital "gH"} {}

trong đó : Lqd - chiều dài quy đổi của rãnh, m , (Lqd = l);

 - sức cản cục bộ của tổ máy (thường lấy  = 0);

H - chiều cao nâng dung dịch đối với tổ máy, m.