Bài giảng màng lọc
- 1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CHƢƠNG 7 CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC 2011
- 2. GiỚI THIỆU CHUNG CÔNG THẦM THẤU LÝ THUYẾT NGHỆ NGƯỢC, SIÊ MÀNG LỌC MÀNG U LỌC, VI LỌC LỌC CÁC LOẠI MÀNG 2
- 3. T SÔ T NGƢ RIÊNG ng c - membrane m u - osmosis ch m ( c trong) – permeate m u c (reverse osmosis - (filtrate) RO) ch c – retentate (concentrate) c nano (nanofiltration – NF) Dung ch – solution Siêu c (ultrafiltration –UF): Dòng lưu chất ban u – feed Vi c - (microfiltration – MF) c vuông c (dead-end filtration) c p n (crossflow filtration) c - filtration 3
- 4. I. I M VÊ NH LỌC MÀNG ng c – o n ngăn ch a c pha, n chê sư n n qua i a c cơ t t ch n c. • u c i ng c không i ng • Mang n ch âm/dương • Trung a vê n ch nh n n t t qua ng: Do tư n ng Do ng đô Do p t 4
- 5. CƠ CHÊ C NG-PHƢƠNG PHÁP LỌC TIẾP TUYẾN (CROSSFLOW FILTRATION) • ng y theo 2 ng : vuông c va p n i bê t a ng • Permeate (filtrate)– ng m( c trong) = ng n m đi qua ng • Retentate – ng cô c ( ch c) = ng ng n m không đi qua ng. 5
- 6. ʱÂ I C NH C NG c nh a t n ch ( ch c phân tư, c nh a ly, n c a c phân tư…) ng c n c t qua ng c nh i ng ch c a c n tư so i ch c a lô c…. ƢU M A CÔNG NGHÊ NG C Công nghê ch va dê n nh thê thay thê c u nh a ly n ng: c, chưng t, trao i ion o ra n m t ng cao n i cho c t kê ng hê ng nh linh t cao 6
- 7. ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT MÀNG LỌC CNTP: lọc trong/xử lý nước uống cô đặc nước trái cây, sữa CNMT: xử lý nước thải khư ng va m m c, khư u va c t u cơ a tan CNSH: thu hoạch sinh khối cô đặc/ phân tách tế bào protein CNHH: tách dầu, trích ly dầu tách muối loại kim loại nặng thu hồi chất xúc tác Y học: cô đặc chất kháng sinh trong dung môi hữu cơ 7
- 8. II. ʱÂ I NG C Phân i theo u u c ng ng c u c t ng ng Phân i theo nh ng ng ng nh tru Phân i theo n ng u cơ (polymer) t a c ng vô cơ (ceramic) 8
- 9. C NH A T SÔ I NG C Màng hữu cơ Màng vô cơ Cellulose acetate (CA) Polyamide Polysulfone Ceramic • Tmax (oC) ≤35 40 • Tmax (oC) ≤ 50 • Tmax (oC) ≤ • Tmax (oC) ≤ 350 • pH = 3 8 • pH= 3 11 75 • pH= 0,5 13 • ưa c, • m n hơn i • pH =1 13 • trơ i c a • ng nh lô c chlorine • n i t như acid, m, thê dao ng t • ng permeate dê chlorine chlorine ng t n c n u p c • kha dê vơ • gia nh p m • gia nh cao, • m n i c t • ky c • ng nh lô mao y a công p như n n (d> 10-2 µm) chlorine, • dê phân y sinh c 9
- 10. ĐẠI LƢỢNG ĐẶC TRƢNG CỦA MÀNG LỌC Đường kính lỗ mao dẫn Mật độ mao dẫn: tỷ lệ phần trăm giữa tổng diện tích mặt cắt các ống mao dẫn trên toàn bộ diện tích bề mặt màng Độ xốp: tỷ lệ phần trăm giữa tổng thể tích các ống mao dẫn và thể tích màng Khả năng chịu nhiệt Khả năng chịu dung môi Độ bền sinh học Độ vô trùng Độ dày Độ tro: hàm lượng tro tính theo phần trăm so với tổng khối lượng chất khô trong màng Tính ưa nước/ kỵ nước Độ chiết: tỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng chất chiết được so với tổng lượng chất khô trong màng. Độ chiết thể hiện mức độ tinh sạch của màng. Khả năng phân riêng Tốc độ qua màng của dòng permeate 10
- 11. YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT LỌC Dòng lưu chất ban đầu: nồng độ, thành phần, kích thước phân tử, điện cực các phân tử, độ nhớt, pH Đặc tính, cấu tạo của màng lọc: ưa nước, kỵ nước…. Tương tác ions, điện cực giữa lưu chất ban đầu và màng lọc Điều kiện vật lý, động lực học của quá trình: áp suất qua màng, vận tốc lọc, nhiệt độ Yêu cầu chất lượng của dịch sau khi lọc (permeate) 11
- 12. MỘT SỐ ĐẠI LƢỢNG ĐẶC TRƢNG CHO QUÁ TRÌNH LỌC 1.Vận tốc tiếp tuyến Uc (m/s): Uc = Q/ S Q – lưu lượng dịch đặc (retentate) (l/h) S – diện tích màng lọc (m2) 2. Hằng số Reynolds (Re) Re = Uc*p*d/ µ*T µ - độ nhớt của lưu chất ban đầu(Pa.s) p- khối lượng riêng của lưu chất ban đầu (kg/m3) d – đường kính trong của màng (m) 3. Định luật Darcy tại thời điểm t Jo = Ptm/ µ*Rm = Lp * Ptm Rm= 32*X/e*d2 Jo – dòng thấm (l.h-1.m-2) hoặc m.s-1 (1m .s-1=3,6.10-6 l.h-1.m-2) Ptm – áp suất qua màng (bar hoặc atm) Rm – trở kháng nội tại của màng (m-1) Lp – tính thấm nước của màng X – bề dày của màng (m) d – đường kính lỗ lọc (m) e – độ rỗng của màng (m) 12
- 13. III. C PHƢƠNG P C NG 13
- 14. • Gia nh i ng RO> NF>UF>MF 14
- 15. nh u c màng lọc i ng Vi c Vi p i ng Cellulose nitrate or Microfiltration (symmetric microporous) acetate, polyvinylidene (MF) difluoride (PVDF), polyamides, polysulfone, polytetrafluoroethylene (PTFE) Siêu c Vi p không i ng Polysulfone, Ultrafiltration (Asymmetric microporous) polypropylene, PTFE, (UF) polyvinyl chloride (PVC) c nano Thin-film membrane Cellulose acetate, aromatic Nanofiltration(N polyamide F) m u c Asymmetic skin-type Cellulose acetate, aromatic Reverse osmosis polyamide (RO) 15
- 16. 1.VI C (MICROFILTRATION – MF) • ch lọc ng n tư ch c, phân tư i khá n so với các quá trình màng khác như: c vi n, vi sinh t, c t lơ ng kha nho, c phân tư phân tư ng n, c t sơn trong công nghê sơn phun…..kích thước của các phần tử này d = 0,1 10 µm 2.SIÊU C (ULTRAFILTRATION – UF) Sử dụng màng hoặc để phân tách dòng chất lỏng hoặc để loại các phân tử hòa tan có trong dòng. Loại trừ vi khuẩn, một vài loại protein, thuốc nhuộm và các cơ chất có phân tử lượng lớn hơn 10.000dalton, và các hạt có kích từ 10-1000Å. Hiệu quả UF phụ thuộc vào khối lượng của phần tử muốn tách và kích thước của chúng UF rất hữu hiệu trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ. 16
- 17. 3.LỌC NANO (NANOFILTRATION –NF) Sử dụng màng để tách dòng chất lỏng hoặc các phân tử chất có trong dòng. Có khả năng giữ các phân tử đường, muối kim loại hóa trị II, vi khuẩn, proteins, các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ ,các phần tử hòa tan có khối lượng phân tử lớn hơn 1000daltons. Hiệu quả của NF chịu ảnh hưởng bởi điện tích phân tử, các hạt có điện tích càng lớn thì càng dễ bị giữ lại. M U C (REVERSE OSMOSIS -RO) • Loại bỏ các loại ion ,vi sinh vật, khoáng chất, đường, protein, thuốc nhuộm, đặc biệt là các muối vô cơ (phân tử lượng 150-250 daltons, kích thước 1-10Å) • Sản xuất nước tinh khiết đóng chai • Tái sử dụng (lọc lại) nước tiểu của các nhà du hành vũ trụ thành nước uống trên các trạm vũ trụ • Lọc nước biển thành nước ngọt 17
- 18. CƠ CHẾ CỦA M U C (REVERSE OSMOSIS -RO): m u (osmosis): m u c (reverse osmosis): 18
- 19. 19
- 20. Ҿá đoạn QUÁ TRÌNH ʱÂ RIÊNG BẰNG MEMBRANE Liên tục
- 21. QUÁ TRÌNH ʱÂ RIÊNG GIÁN ĐOẠN a. Mô hình hồi lƣu toàn phần retentate 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- thiết bị lọc 4- thiết bị membrane 5- van điều chỉnh 6- thiết bị trao đổi nhiệt
- 22. QUÁ TRÌNH ʱÂ RIÊNG GIÁN ĐOẠN b. Mô hình hồi lƣu một phần retentate 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- bơm hồi lưu 4- thiết bị membrane
- 23. QUÁ TRÌNH ʱÂ RIÊNG LIÊN TỤC a. Mô hình đơn giản 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- thiết bị membrane
- 24. QUÁ TRÌNH ʱÂ RIÊNG LIÊN TỤC b. Mô hình hồi lƣu một phần retentate retentate 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- bơm hồi lưu 4- thiết bị membrane
- 25. QUÁ TRÌNH ʱÂ RIÊNG LIÊN TỤC c. Mô hình nhiều giai đoạn 1- bồn nguyên liệu 2- bơm nguyên liệu 3- bơm hồi lưu 4- thiết bị membrane 5- van điều chỉnh
- 26. MÔ HÌNH ỐNG THIẾT BỊ MÔ HÌNH MÔ HÌNH CUỘN SỢI MEMBRANE XOẮN MÔ HÌNH BẢNG/ TẤM
- 27. 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) d =12,5 75 mm l = 0,6 6,4 m 27
- 28. 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) 28
- 29. 1.MÔ HÌNH ỐNG (TUBULAR MODULE) 29
- 30. MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) d =2,5 12,7 cm d =0,2 3 mm l = 18 120 cm d =0,04 mm 50 3000 sợi 30
- 31. MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) 31
- 32. MÔ HÌNH SỢI (HOLLOW FIBER MODULE) 32
- 33. MÔ HÌNH BẢNG/TẤM (PLATE MODULE) 33
- 34. MÔ HÌNH CUỘN XOẮN (SPIRAL - WOUND MODULE) 34
- 35. 35