Mục đích, yêu cầu: Bản chất là phân riêng hỗn hợp không đồng nhất qua lớp lọc.. Dùng để tách hỗn hợp khó lắng, là quá trình trung gian giữa lọc-lắng-ly tâm Mục đích: Khai thác: Sản xuấ
Trang 12.3 Quá trình lắng (Clarification)
2.3.1 Mục đích, yêu cầu
Phân riêng một hỗn hợp không đồng nhất bằng trọng
lựchoặc lực ly tâm
Mục đích:
Khai thác: Tách tinh bột khỏi dịch bào
Chuẩn bị: Trước khi lọc, lọai bớt tạp chất
2.3.2 Vật liệu và quá trình biến đổi
Khí – rắn
Lỏng – rắn
Lỏng – lơ lửng (huyền phù; nhũ tương; bọt)
Lỏng - khí
Chỉ biến đổi vật lý (tách pha)
Không biến đổi hóa học, hóa
lý, sinh hóa
Chất lượng tăng lên do loại được tạp chất (cảm quan)
Vật liệu
???
Các yếu tố ảnh hưởng
ρ của 2 pha Kích thước pha phân tán
Độ nhớt pha liên tục
Tốc độ lắng theo định luật Stocks
(ở t.thái tĩnh)
Khối lượng của phần
tử rơi trong chất lỏng
r : Bán kính phần tử
ρ1: Khối lượng riêng phần tử rơi
ρ2: Khối lượng riêng chất lỏng
µ : Độ nhớt động lực học môi trường
(N.s/m 2 )
η : Độ nhớt động học môi trường
(kg/m.s)
g : Gia tốc trọng trường (m/s 2 ) Nhận xét
2 công thức ???
Ví dụ : Tính khối lượng và vận
tốc lắng của hạt có đường kính
trung bình 5μm, ρ s = 970,
1200kg/m 3, khối lượng riêng ρl
= 1020 kg/m3, η = 1,42.10 -3 ,
1.89.10- 3 kg/m.s Từ CT trên
ta kết luận điều gì ?
Hạt có kích thước > 0.1
μm Không phải hệ keo
Kích thước > 10-4cm
Lắng ko ở trạng thái tĩnh phụ thuộc vào Re
V r
L
H
W Lắng dòng (Re<0.2): Đluật Stock Lắng quá độ (Re:0.2-500)
Lắng rối (Re:500-150.000)
Cr: Trở lực môi trường
Thời gian lưu và thời gian lắng của hạt trong thiết bị
QT lắng hiệu quả cao
Trang 2Bài toán: Huyền phù đi vào TB lắng (H=0.8m, W=2m,
L=5m) có V r =0.1m/s, độ nhớt của MT là µ=1.5x10 -3
N.s/m 2 Bán kính hạt là r=0.2mm, ρ r =1210kg/m 3 , ρ l =
998kg/m 3
Tính thời gian lưu và thời gian lắng của hạt huyền phù.
V r
L
H W
F: tiết diện bể (đường ống) D: chu vi thấm ướt
Các phương pháp tăng khả năng tốc độ lắng
Xử lý NL trước lắng, hạt k/thước lớn, đồng đều
Nâng nhiệt độ dung dịch đến nhiệt độ sôi
Dùng chất trợ lắng: poliacrilamit, separan AP-30…
Cấu trúc chất polime trợ lắng
Chất trợ lắng
-+
CaCO3 Cầu nối
Lượng chất trợ lắng cho vào
A B C D
Khối lượng phân tử chất trợ lắng poliacrilamit
A : 5.000.000 DVC
B : 2.000.000 DVC
C : 1.000.000 DVC
D : 500.000 DVC
2.3.3 Sản phẩm sau lắng
I : Bọt
II : Lỏng
III : Rắn
Lỏng được tháo bằng ống siphon
Tăng bề mặt lắng
Lắng liên tục trong bể chứa
Lắng liên tục trong
bể chứa có tấm ngăn nằm ngang
Lắng liên tục trong
bể chứa có tấm ngăn nằm nghiêng
Lắng gián đoạn trong bể chứa
2.3.3 Phương pháp thực hiện
Lắng bằng trọng lực: Bể lắng, thùng lắng, thiết bị lắng Dorr
Trang 3Lắng bằng lực ly tâm: Cyclon
Năng suất= V
T
(m 3 /h)= 3600.F.v (m 3 /h)
F: Tiết diện lắng, m2 v: Tốc độ lắng, m/s T: Thời gian lắng (h) V: Lượng dung dịch thu được (m3)
2.4 Quá trình lọc:
2.4.1 Mục đích, yêu cầu:
Bản chất là phân riêng hỗn hợp không đồng nhất qua lớp lọc
Dùng để tách hỗn hợp khó lắng, là quá trình trung gian giữa lọc-lắng-ly tâm
Mục đích:
Khai thác: Sản xuất bột Chuẩn bị: Lọc trong nước ép quả
2.4.2 Vật liệu và quá trình biến đổi
Không tan lẫn vào nhau và có khả năng tách khỏi nhau
Vật liệu gồm: khí, bụi, lỏng, rắn
Biến đổi: Vật lý
Trong
Màu sắc
Có khả năng lọc được VSV (sinh học)
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lọc
C : Tốc độ lọc
T
Huyền phù Bã h1
Dung dịch
V
V=f(Δp,T,F,l,r,n,η)
Δp : Hiệu số p giữa 2 đầu lọc
T : Thời gian lọc
F : Diện tích bề mặt lọc
l : Chiều dài ống mao quản
r : Bán kính ống mao quản
n : Số ống mao quản
η : Độ nhớt dịch lọc
Mà C=dV/(F.dT) (m/s)
C=f(Δp,n,r,l,η) Hay C=f(Δp,ρl,h1,h2)
ρl : Trở lực lớp bã
h1 : Chiều cao lớp bã
h2: Chiều cao lớp vật ngăn
Trang 4Bã nén được
bị biến dạng
Tính chất bã lọc
Bã không nén được không bị biến dạng,
ở dạng tinh thể
Các phương pháp
làm tăng tốc độ lọc
Lọc nóng (Làm giảm được độ nhớt dung dịch)
Dùng chất trợ lọc (diatomit)
Bã lớn
Diatomit
Mao quản
Bã nhỏ
Vải lọc
2.4.3 Phương pháp thực hiện
Lọc áp suất không đổi
Lọc với tốc độ không đổi
Lọc nhiệt độ cao, thấp, thường Lọc nhiệt độ cao (độ nhớt cao) Lọc nhiệt độ thấp (sp dễ biến đổi khi nhiệt độ cao)
Lọc nhiệt độ thường (độ nhớt không cao)
Lọc liên tục
Lọc gián đoạn: Chuẩn bị lọc, lọc, rửa bã và cạo bã
Nhận xét
Thiết bị lọc khung bản (Filter press)
Trang 5Thẩm thấu
Lọc nano
Siêu lọc
Vi lọc
Giới thiệu
về màng
membrane
Độ dày nhỏ, vài trăm μm
Lỗ mao dẫn rất nhỏ, 10 -4 -10μm
Cấu trúc đẳng hướng Cấu trúc bất đẳng hướng
10 -4 μm
0.05-0.2 μm
10 -4 μm 0.1-0.5 μm
100-200 μm
học của membrane Trong công nghiệp sữa người ta
dùng màng từ cellulose acetate, polyamide, polysulfone, ceramic
và một số loại polyme khác
Độ phân riêng (Rejection)
Cpnồng độ cấu tử dòng permeate
CRnồng độ cấu tử dòng retentate
R = [0,1]
Lưu lượng dòng qua membrane (dòng permeate)(mô
hình Hagen-Poiseuille)
ɛ: độ xốp bề mặt membrane
dp: đường kính mao dẫn
Δx: chiều dài mao dẫn
µ: độ nhớt mẫu
N: số mao dẫn trong membrane
S: d.tích bề mặt hoạt động membrane
Pt: áp lực qua membrane
Hiện tượng tập trung nồng độ (Concentration polarization) Hiện tượng tắc nghẽn mao dẫn (fouling)
Khuấy đảo Giải hấp phụ
Trang 6Ưu điểm Khuyết điểm
Membrane bằng vật liệu ceramic
Trơ về mặt hóa học
Khoảng nhiệt độ rộng (T max <350 0 C)
Khoảng pH rộng (0.5-13)
Có thể dùng hơi để vô trùng TB
Dễ vỡ Giá thành cao Đường kính lỗ mao dẫn >10 -2 μm
T/c đánh giá membrane
Đkính lỗ mao dẫn
Mật độ mao dẫn
Độ xốp
Khả năng chịu nhiệt
Khả năng chịu
dung môi
Bền sinh học
Độ vô trùng
Độ dày
Độ tro của
membrance
Độ chiết
Tính ưa nước/ky khí ĐK/năng
phân riêng
Tốc độ qua màng dòng permeate
Một số dạng membrane thường dùng trong công nghiệp sữa
Dạng xoắn cuộn (Spiral wound)
Giá thành thấp
Nguyên liệu
Miếng đệm
Membrane
Permeate
Retentate
Retentate Ống trụ nhỏ
Ống trụ lớn Kênh dẫn dạng xoắn ốc
Dạng ống
12.5-75mm
Dễ vệ sinh, thay thế membrane
Dễ bảo trì
Cồng kềnh Tốn nhiều NL Chiếm S nhà xưởng
Dạng sợi
Chiếm ít S nhà xưởng
Ít tốn năng lượng Sợi dễ hỏng Thay thế tốn kém, phức tạp
Trang 7Dạng tấm
Tbị đơn giản, dễ tháo lắp vệ sinh,
dễ thay thế
Permeat Tấm đỡ
Membrane
Miếng đệm
Retentate
2.5 Quá trình ly tâm 2.5.1 Mục đích, yêu cầu
Là quá trình phân riêng các cấu tử có ρ khác nhau trong một hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực
ly tâm Mẫu có thể dạng nhũ tương hoặc huyền phù
Tách chất
Lactose
Tách béo Tách vi sinh vật
Mục đích:
Chuẩn bị: tách tạp chất, trước lọc làm giảm áp lực lọc
Khai thác: Thu nhận sản phẩm, thu hồi sản phẩm
Công thức tính vận tốc lắng khi ly tâm
d đường kính hạt rắn (m)
ρρkhối lượng riêng hạt rắn (kg/m 3 )
ρl khối lượng riêng pha lỏng (kg/m 3 )
g gia tốc trọng trường (9,81 m/s 2 )
r bán kính quay (m)
ω tốc độ vòng (m/s)
n số vòng quay trong 1 phút
Ví dụ :Tính vận tốc lắng khi ly tâm của hạt béo có đường kính
trung bình 5μm, ρρ= 970kg/m3, khối lượng riêng ρl= 1020
kg/m3, η = 1,42.10-3kg/m.s, r=0,2m, n=5500v/p ? Từ CT trên
ta kết luận điều gì ? Thời gian lưu và nhiệt độ thì sao?
Không gian trống Lỏng A
Lỏng B ρ A >ρ B
2.5.2 Vật liệu và quá trình biến đổi
Vật liệu : Hỗn hợp không đồng nhất khí- lỏng- rắn
Rắn- lỏng:
Lỏng- lỏng:
Sản phẩm sau li tâm chỉ biến đổi vật lý → chất lượng sp tăng
Có thể tách được tạp chất hòa tan không phải dạng tinh thể
Sản phẩm được rửa nhiều lần
Tránh VSV phát triển do MT là dung dịch bao quanh
Trang 82.5.3 Phương pháp thực hiện
Ly tâm lắng: Hỗn hợp có
chênh lệch khối lượng
riêng nhỏ
Ứng dụng
Ly tâm lọc: Hỗn hợp
có chênh lệch khối lượng riêng lớn
Chu kì li tâm gồm 4 giai đoạn
v
T T1 T2 T3 T4
Phân li hỗn hợp
Hoàn thiện (rửa)
Phanh và xả sp
Mở máy, nạp liệu
T 2 =f(s,m,K,σ,v,D)
T 3 =f(s,m,K,β,D,v,q)
s : chiều dày sản phẩm trên thùng quay
m : hệ số hổng sp
K : hệ số lọc
σ : hệ số phụ thuộc kích thước thùng quay
v : Vận tốc quay
D: Đường kính thùng
β : hệ số phụ thuộc nồng độ chất khô dung dịch và khối lượng riêng
q : Lượng nước rửa
v
T
Ti
M1 M2 M3
Hệ thống 3 máy li tâm chạy cùng 1 lúc
Phân loại
TB li tâm
Phương thức
làm việc
Cấu tạo Tốc độ
Liên tục
Bán liên
tục
Gián
đoạn
3 chân
Ngang
Đứng Treo Thường
Siêu
tốc
Cao
tốc
Năng suất
Phương pháp xả
Xả tự động
Xả tay
Thiết bị ly tâm
Ly tâm làm sạch sữa Sữa sạch
Sữa vào
Chất rắn,VSV
Ly tâm tách béo
SP tỉ trọng cao
SP tỉ trọng thấp
Trang 9Ly tâm tách béo và VSV
SP tỉ trọng cao
SP tỉ trọng thấp
Sữa vào
Chất rắn,VSV
Mặt cắt ngang đĩa máy ly tâm
Lỗ đĩa
20-102cm
2.6 Quá trình phối chế, đảo trộn (Mixing) 2.6.1 Mục đích, yêu cầu
Phối chế:Pha trộn 2 hay nhiều cấu tử
Đảo trộn:Cơ học nhằm phân bố đều các cấu tử
Mục đích:
Tạo sản phẩm mới (Hòan thiện) Tăng chất lượng
sản phẩm (Khai thác)
Hỗ trợ các quá trình (Chuẩn bị)
Horrible: Thực phẩm chức năng
từ xác trẻ em ???
2.6.2 Vật liệu và quá trình biến đổi
Vật liệu khác nhau về các tính chất (Vật lý, hóa học, cảm quan …)
Có thể cùng pha hay khác pha nhau Cho ví dụ ????
Khí – rắn
Lỏng – khí
Rắn – rắn
Vật liệu và quá trình biến đổi
trạng thái, hệ số dẫn nhiệt
dung riêng, độ hòa tan, tốc độ trao đổi nhiệt
- Hóa sinh: thêm các chất bảo quản như vitamin
pH thấp khi phối chế các chất có axit làm ức chế
sự phát triển của vi sinh vật như quá trình nhúng nước giấm.
Trang 10Biến đổi về mặt vật lý:
Thay đổi ρhh Thay đổi Chh Thay đổi chất khô n%
ρhh= Ghh
Vhh
m1
ρ1
ρhh= 100m
2
ρ2
mn
ρn
Chh= G1.C1+G2.C2+…+Gn.Cn
Ghh
nhh= G1.n1+G2.n2+…+Gn.nn
Ghh
Sự biến đổi trạng thái:
Độ nhớt
Độ đặc
m: Tĩ lệ các cấu tử tính theo % khối lượng
nB=40%, CB=5.16 kJ/kgoC và chất lỏng C có
ρC=1150kg/m3 , GC=600kg , nồng độ nC=55%,
CC=5.56 kJ/kgoC Tính ρhh, nhiệt dung riêng
Chh và nồng độ nhh? Nhận xét các kết quả
ρhh=1106 kg/m3
Chh= 5.31 kJ/kgoC
nhh = 50.8 %
2.6.3 Phương pháp thực hiện
Cần phối chế 2 dung dịch có thành phần chất khô là a%
và b% (% trọng lượng), để thu hồi 1 hỗn hợp có nồng độ
chất khô m% Tính tỉ lệ từng loại dung dịch ???
a Phương pháp toán học
a%.A + b%.B = m%.(A+B) A
B
m - b
a - m
Ví dụ: Phối trộn 2 loại nước quả có độ khô 15% và 12%
để thu được hỗn hợp có độ khô 13% Tỉ lệ 2 loại nước
quả là bao nhiêu ???
A
B
13 - 12
15 - 13
2
=
b Phương pháp đường chéo (hình sao)
a
b m
m - b
a - m
a - b
+
ĐK : a > m > b
Lượng dung dịch A =
Lượng dung dịch B =
m - b
a - b
a - m
a - b
A B
m - b
a - m
=
Trộn có khác khuấy không ???
Trang 11c Phương pháp đồ thị
Trong quá trình sản xuất đường, khi nấu đường non
có độ tinh khiết 70% người ta dùng mật chè có độ tinh
khiết 90% và mật B có độ tinh khiết 50% Tính lượng
mật chè và lượng mật B để nấu 1T đường non
% hỗn hợp
Tính độ đồng nhất của hỗn hợp 1 2 | % |
m
Q Q
Q n
là hàm lượng tương đối của các cấu tử nào
đó trong mẫu thử |%|;
C là hàm lượng cấu tử trong mẫu thử (%)
C0hàm lượng cấu tử đó trong toàn bộ hỗn hợp (%)
m - số mẫu thử cùng một thời điểm
100 0
C
C
Q
Xét (kiểm tra) độ đồng nhất của hỗn hợp gồm
30kg đường và 70kg nước sau khi phối trộn.
Lấy 4 mẫu trong 4 vị trí khác nhau của hỗn hợp.
25%, C2= 27%, C3= 23%; C4= 20%.
Ví dụ
2.6.4 Phân loại máy trộn
Máy trộn có cánh Máy trộn thùng quay Máy trộn vít tải