Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ SINH HỌC
TIỂU LUẬN MÔN:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA
ĐỀ TÀI:
PHƯƠNG PHÁP LỌC MEMBRANE
GVHD: THS. LÊ VĂN NHẤT HOÀI
SVTH: NHÓM 27
LỚP: ĐHTP5
Hồ Chí Minh, tháng 4, năm 2014
1
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Mục lục
Ch ng 1: Gi i thi uươ ớ ệ 3
Ch ng 2: N i dungươ ộ 5
2.1 m t s v t li u s n xu t membrane.ộ ố ậ ệ ả ấ 5
2.2C s khoa h c c a quá trình phân riêng b ng membraneơ ở ọ ủ ằ 9
2.3 các quá trình phân riêng membrane 14
2.3.1.Quá trình phân riêng gián đ an:ọ 14
2.3.2.Qúa trình phân riêng liên t c:ụ 16
2.4 ánh giá ch t l ng membrane.Đ ấ ượ 18
2.5.Các y u t nh h ng ế ố ả ưở đ n hi u qu quá trình phân riêng b ng membrane:ế ệ ả ằ 20
2.5.1.B n ch t c a membrane:ả ấ ủ 20
2.5.2.B n ch t c a nguyên li u c n phân riêng:ả ấ ủ ệ ầ 22
2.5.3.Các thông s k thu t:ố ỹ ậ 22
2.6.M t s mô hình thi t b membrane:ộ ố ế ị 23
2.6.1Mô hình ng (tubular module)ố 23
2.6.2.Mô hình s i(hollow fiber module):ợ 24
2.6.3.Mô hình b ng/t m (plate module)ả ấ 25

2.6.4.Mô hình cu n xo n (piral- wound module):ộ ắ 26
2.6.5. L a ch n mô hình: ự ọ 28
Ch ng 3: k t lu nươ ế ậ 29
2
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Chương 1: Giới thiệu
Từ thập niên 70 của thế kỷ trước, kỹ thuật phân riêng bằng membrane đã
bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong công ngệ thực phẩm, đặc biệt trong công
nghiệp chế biến sữa. Điểm đặt biệt của ký thuật phân riêng bằng membrane là có
khã năng tách các cấu tử có kích thước vô cùng nhỏ trong huyền phù hoặc tách các
cấu tử hòa tan có phân tử lượng khác nhau trong dung môi
Phương pháp phân riêng bằng membrane cho phép chúng ta tách các cấu tử
ra khỏi một hỗn hợp ở mức độ phân tử hoặc ion. Hiện nay quá trình phân riêng
bằng membrane bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm,công
nghệ hóa học, xử lý môi trường…
Công nghệ thực phẩm là một trong những lĩnh vực đầu tiên áp dụng các
thành tựu khoa học membrane vào thực tiễn sản xuất . Từ những năm 1970, các
quá trình phân riêng bằng membrane bắt đầu sử dụng trong ngành công nghệ sữa
để thay thế các quá trình phân riêng truyền thống
Cơ chế của quá trình phân riêng bằng membrane là dưới tác động của các yếu tố
như áp lực, điện trường thì các cấu tử có đường kính nhỏ hơn đường kính mao quản
của membrane sẽ đi qua membrane và được gọi là dòng permeate, còn các cấu tử
không đi qua membrane được gọi là dòng retentate
Trong quá trình phân riêng bằng membrane, các yếu tố ảnh hưởng khả năng
phân riêng là thành phần và tính chất của nguyên liệu, cấu trúc và tính chất của
membrane, các thông số vận hành và mô hình thực hiện.
Tính chất của nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phân riêng. Người ta
quan tâm đến các tính chất như tỷ trọng, độ nhớt, thành phần hoá học, tính ưa nước
hay kị nước và kích thước của các cấu tử có trong nguyên liệu

Dựa vào kích thước của mao quản, người ta chia membrane thành 4 nhóm theo
đường kính giảm dần như sau: vi lọc (microfiltration: MF), siêu lọc
(ultrafiltration: UF), lọc nano (nanofiltration: NF) và thẩm thấu ngược (reverse
osmosis: RO). Kỹ thuật MF thường được ứng
dụng để loại bỏ vi sinh vật, kỹ thuật
UF dùng để tách các cấu tử có khối lượng phân tử trong
khoảng từ 1.000 Da đến
trên 100.000 Da, kỹ thuật NF dùng để tách các cấu tử có khối lượng phân tử khoảng
100 Da đến 1.000 Da (các muối đa hóa trị, glucose,…), còn kỹ thuật RO thì dùng
để tách các muối đơn hóa trị
Lọc (filtration) là một trong những phương pháp phân riêng thườg gặp
trong sản xuất thực phẩm. Tiến hành lọc hệ huyền phù, ta sẽ thu được sản phẩm
dịch học (filtrate) – chủ yếu là pha lỏng, còn phần lớn là pha rắn sẽ bị giữ lại trên
mặt vật ngăn ( màng lọc). Động lực của quá trình lọc có thể là trọng lực hoặc áp
suất.
Phương pháp phân riêng bằng membrane có một số điểm tương tự như
phương pháp lọc. Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng các cấu tử.tuy
nhiên áp suất là động lực duy nhất trong kỹ thuật phân riêng bằng membrane. Do
sự phân riêng được thực hiện ở mức độ phân tử hay ion nên đối tượng của quá
trình thường không phải là hệ huyền phù mà là những dung dịch chứa các cấu tử
hòa tan có phân tử lượng khác nhau. Kết quả của quá trình phân riêng bằng
membrane sẽ cho ta hai dòng sản phẩm:
3
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
- Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate.
- Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate.
Phân riêng bằng phương pháp sử dụng membrane
Một điểm khác biệt nữa cần lưu ý là quá trình lọc có thể thực hiên trong
điều kiện hở (trong điều kiện áp suất khí quyển), ngược lại quá trình phân riêng

bằng membrane bắt buộc phải thực hiện trong thiết bị kín dưới một áp lực nhất
định.
4
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Chương 2: Nội dung
2.1 một số vật liệu sản xuất membrane.
Membrane có cấu trúc vi xốp. Người ta chia membrane thành hai nhóm
theo cấu trúc của chúng : đẳng hướng và bất đẳng hướng.
Cấu trúc đẳng hướng : khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử, membrane
với cấu trúc đẳng hướng bao gồm một lớp màng duy nhất với độ dày trung bình
0.05÷0.2 µm. Các ống mao dẫn trên membrane có đường kính không đổi, được bố
trí song song với nhau và cùng vuông góc với bề mặt membrane.
Cấu trúc bất đẳng hướng : membrane được cấu tạo từ hai lớp màng kết dính
vào nhau. Lớp trên cùng được gọi lớp bề mặt có độ dày từ 0.1÷0.5 µm. Đường
kính các mao dẫn của lớp bề mặt thường rất nhỏ. Lớp bên dưới có độ dày dao
động trong khoảng 100÷200 µm. Đường kính các lỗ mao dẫn của lớp này khá lớn.
Lớp bên dưới có chức năng làm tăng độ bền cơ học cho membrane.
Các membrane có thể được sản xuất từ những vật liệu khác nhau. Trong
công nghiệp chế biến sữa, người ta thường sử dụng membrane được làm từ
cellulose acetate, các polyamide, polysulfone, ceramic và một số loại polymer
khác .
Cellulose acetate là polymer của các phân tử β-glucose lien kết với nhau
bởi β-1,4glucoside và được acetyl hóa chủ yếu tại vị trí –OH của C2,C3 hoặc C6
vòng hexose. Cellulose acetate được sản xuất bằng phương pháp acetyl hóa
cellulose với acetic anhydric, acetic acid và sunfuric acid. Sau phản ứng, nếu có
hơn 92.5% gốc hydroxyl-OH tự do trong phân tử cellulose bị acetyl hóa thì sản
phẩm thu nhận được gọi là cellulose triacetate. Các sản phẩm triacetate thương
mại có độ polymer hóa từ 100÷300, tương đương với phân tử lượng khoảng
25000÷80000.

Cellulose
Cellulose triacetate
Công thức cấu tạo của cellulose và cellulose triacetate
5
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Membrane được sản xuất từ cellulose acetate có ưu điểm là ưa nước, đường
kính lỗ mao dẫn có thể dao động một khoảng rất lớn và giá thành thấp. Tuy nhiên,
chúng có một số nhược điểm như khoảng nhiệt độ và pH hoạt động khá hẹp
(T
max
≤35÷40
O
C, pH=3÷8), kém bền với các chất tẩy rửa công nghiệp như chlorine
và dễ bị phân hủy sinh học.
Nhóm polyamide: bao gồm các polyme có lien kết amide (-CONH-) trong
phân tử, phổ biến nhất là poly acryamid; nylon X,Y; polyurethane;
polybenzimidazole.
Polyacryamide
Polyurethane
6
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Polybenzimidazple
Một số polyamide được sử dụng trong sản xuất membrane
Nhìn chung, các membrane polyamide có khoảng nhiệt độ và pH hoạt động
rộng hơn các membrane cellulose triacetate (T
max
≤50
O

C, pH=3÷11) nhưng lại kém
bền hơn với chlorine và trong quá trình sử dụng, dòng permeate dễ bị nghẽn tắc
hơn.
Nhóm polysulfone: là polymer của các đơn vị diphenylene sunfone với
nhóm –SO
2
trong phân tử. Phổ biến nhát là polysulfone (PS),
polyphenylenesulfone, polyethersulfone (PSE)…
Polysunfone
Polyethersulfone
7
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Polyphenylenesulfone
Nhóm polysulfone- vật liệu trong sản xuất membrane
Membrane polysulfone có khoảng nhiệt độ và pH hoạt động khá rộng
(T
max
≤75
O
C, pH=1÷13) và bền với chlorine. Tuy nhiên, các vật liệu PS và PES
chịu áp lực kém và do tính kỵ nước nên trong quá trình sử dụng , dòng permeate
dễ tắc nghẽn.
Ceramic: các membrane ceramic được chế tạo theo từng module riêng biệt.
Các module thường có hình trụ, bên trong gồm nhiều kênh dạng ống được xếp
song song theo suốt chiều cao than trụ của module. Người ta sử dụng ceramic làm
membrane và một số vật liệu khác làm chất mang để tạo nên các kênh cho dòng
vào, dòng ra retentate và permeate trong module. Các thong số kỹ thuật như chiều
cao của module, độ dày lớp màng ceramic, kích thước lỗ mao quản … sẽ được và
thiết kế theo yêu cầu của người sử dụng.

Membrane từ vật liệu ceramic có rất nhiều ưu điểm: trơ với các hóa chất
như acid, kiềm, chlorine, … khoảng nhiệt độ và pH hoạt động rất rộng
(T
max
≤350
O
C, pH=0.5÷13), do đó ta có thể sử dụng hơi để vô trùng thiết bị. Tuy
nhiên, chúng khá dễ vỡ bởi những va chạm cơ học, giá thành cao và đường kính lỗ
mao dẫn các membrane ceramic hiện nay không thể nhỏ hơn 10
-2
µm
8
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
.
Module phân riêng với membrane ceramic.
2.2Cơ sở khoa học của quá trình phân riêng bằng membrane
Membrane thường có độ dày rất nhỏ so với các màng lọc thông thường, dộ
dày tối đa của membrane chỉ lên đến vài trăm µm. Đường kính các lỗ mao dẫn
trên membrane cũng rất nhỏ từ 10
-4
µm đến 10 µm. Do đó các cấu tử rắn và các
phân tử kích thước lớn khó có thể chui qua được membrane. Dưới áp lực của dòng
vào, chúng sẽ bị cuốn đi và thoát ra khỏi hệ thống tạo nên dòng retentate.
Cơ chế của quá trình phân riêng bằng membrane là dưới tác động của các
yếu tố như áp lực, điện trường thì các cấu tử có đường kính nhỏ hơn đường kính
mao quản của membrane sẽ đi qua membrane và được gọi là dòng permeate, còn
các cấu tử không đi qua membrane được gọi là dòng retentate
Hiện any, kỹ thuật phân riêng bằng membrane rất đa dạng và có thể ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô sản

xuất công nghiệp.
Bảng các quá trình phân riêng bằng membrane
STT Qúa trình Động lực Sản phẩm retentate
Sản phẩm
permeate
1
Thẩm thấu
(osmosis)
Thế năng
hóa học
Nước, chất tan Nước, phân tử nhỏ
2
Vi lọc
(microfiltrat
ion)
Áp lực
Nước, cấu tử lơ
lửng
Nước, chất tan
3 Siêu lọc
(ultrafilltrati
Áp lực Nước, phân tử lớn Nước, phân tử nhỏ
9
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
on)
4
Lọc nano
(nanofilltration)
Áp lực

Nước, acid phân
ly, muối hóa trị II,
phân tử nhỏ
Nước, ion đơn hóa
trị, acid không
phân ly…
5
Thẩm thấu ngược
(reverse osmosis)
Áp lực
Nước, tất cả các
chất tan
Nước
6
Thẩm tích
(dialysis)
Chênh
lệch nồng
độ
Nước, phân tử lớn Nước, phân tử nhỏ
7
Điện thẩm tích
(electrodialysis)
Điện Thế
- dòng
điện
Nước, chất tan
không ion hóa
Nước, chất tan ion
hóa

8
Tách các cấu tử
bay hơi bằng
membrane
(pervaporati
on)
Áp lực
Nước, phân tử
không bay hơi
Nước, phân tử nhỏ
dễ bay hơi
Trong công nghiệp chế biến sữa, chỉ có bốn quá trình được sử dụng: vi lọc
(microfiltration-MF), siêu lọc (ultrafilltration- UF), Lọc nano (nanofilltration-NF)
và thẩm thấu ngược (reverse osmosis - RO).
10
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
- Màng lọc thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis Membrane)
11
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Thẩm thấu ngược là một kỹ thuật hiệu quả cao tựa như quá trình thoát nước suối,
tập trung hoặc tách các phân tử, các chất trong dung dịch, hoặc làm sạch nước
thải. Công nghệ này có khả năng tập trung tất cả các chất rắn hòa tan, thường được
sử dụng cho việc khử mặn nước biển.
- Màng lọc Nano NF (Nanofiltration Membrane )
Lọc Nano được chọn khi Thẩm thấu ngược và siêu lọc không phải là sự lựa chọn
chính xác cho quá trình phân ly các chất. Kỹ thuật này có thể thực hiện các ứng
dụng tách, loại bỏ và khử mặn, có khả năng lọc các phân tử nước ra khỏi dung môi
và nhiên liệu sinh học. Đây là một giải pháp tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả để

thay thế cho các kỹ thuật chưng cất hiện tại.
- Màng siêu lọc UF (Ultrafiltration Membrane )
12
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Siêu lọc là một quá trình phân đoạn có chọn lọc bằng cách sử dụng áp lực lên đến
145 psi (10 bar). Siêu lọc được sử dụng rộng rãi trong quá trình làm sữa và sữa
gầy. Nó tập trung chất rắn lơ lửng và chất tan có trọng lượng phân tử lớn hơn
1.000.
- Màng lọc vi sinh (Microfiltration Membrane )
Lọc vi sinh là quá trình mà dòng nước sẽ được chảy qua màng tế dưới áp suất để
tách các hạt khoảng 0,05-10 micron, thường được sử dụng cho quá trình lên men.
Ưu điểm là khả năng loại tách chất rắn cao.
13
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Kích thước cấu
tử µm
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100
Phân tử lượng
Da
100 1000 10000 100000 500000
Tính chất các
cấu tử
Ion Phân tử Đại phân tử Tế bào + vi hạt
Các cấu tử
trong sữa
Nấm men, nấm sợi
Hạt cầu béo
Protein huyết thanh sữa

Thanh sữa
ION
Vi khuẩn
Casein (micelle)
Muối
Khối đông protein của huyết thanh sữa
Vitamine
Lactose
Phương
pháp
phân
riêng
MF
NF
Lọc truyền thống
UF
RO
Hình : Thành phần hóa học của sữa và khả năng ứng dụng phương pháp phân
riêng bằng membrane trong công nghiệp chế biến sữa.
Tùy thuộc vào nguyên liệu là sữa tươi hay huyết thanh sữa và mục đích
phân riêng, chúng ta sẽ chọn membrane và phương pháp phân riêng thích hợp.
2.3 các quá trình phân riêng membrane
Quá trình phân riêng membrane có thể được thực hiện gián đoạn hoặc liên tục.
2.3.1.Quá trình phân riêng gián đọan:
Mô hình hồi lưu toàn phần retentate:
Thiết bị trao đổi nhiệt
Thiết bị lọc
14
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài

Đây là mô hình đơn giản nhất. Nó thường được sử dụng ở quy mô phòng
thí nghiệm và quy mô pilot khi chúng ta muốn tách các hợp chất phân tử lượng
nhỏ và làm tăng nồng độ các chất phân tử lượng cao trong mẫu khảo sát. Hệ thống
gồm nhiều thiết bị membrane, một bồn chứa nguyên liệu, một bơm, một thiết bị
lọc và một thiết bị trao đổi nhiệt. Bơm sẽ đưa nguyên liệu qua thiết bị lọc để tách
các tạp chất thô rồi cho vào thiết bị membrane. Dòng ra permeate sẽ được thu hồi
riêng, còn dòng ra retentate sẽ đi qua một thiết bị trao đổi nhiệt để ổn định nhiệt độ
rồi được hồi lưu toàn phần về bồn chứa nguyên liệu . Qúa trình sẽ được tiếp diễn
cho đến khi nồng độ các cấu tử trong retentate tăng đến giá trị mong muốn.
Mô hình này cho phép chúng ta cô đặc mẫu khảo sát trong một khoảng thời
gian ngắn nhất và tiết kiệm diện tích membrane sử dụng. Trong công nghiệp chế
biến sữa, người ta sử dụng để cô đặc sữa hoặc huyết thanh sữa để thu nhận chế
phẩm protein.
15
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Mô hình hồi lưu một phần retentate:
Ở mô hình này, một phần retentate sẽ được cho hồi lưu trở lại thiết bị
membrane nhờ một bơm hồi lưu riêng. Qúa trình sẽ tiếp diễn cho đến khi nồng độ
các cấu tử trong dòng retentate đạt được giá trị mong muốn. Mô hình này cũng chỉ
thích hợp cho quy mô phòng thí nghiệm hoặc quy mô pilot.
2.3.2.Qúa trình phân riêng liên tục:
Mô hình đơn giản :
trong mô hình này, nguyên liệu từ bồn chứa sẽ được bơm vào thiết bị
membrane. Chúng ta thu được hai dòng sản phẩm ra là permeate và retentate. Khi
đó, thời gian lưu của các cấu tử trong thiết bị membrane là ngắn nhất. Thật ra, mô
hình này chỉ thích hợp khi không đòi hỏi tốc độ dòng cao và các cấu tử trong
nguyên liệu không tương tác với vật liệu membrane, dẫn đến hiện tượng nghẹt các
lỗ mao dẫn.
Mô hình hồi lưu một phần retentate:

16
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
khác với mô hình đơn giản trong phân riêng liên tục, ở đây một phần
retentate sẽ được bơm hồi lưu đưa trở lại thiết bị membrane. Như vậy, chúng ta sẽ
cần hai bơm : một bơm cho nguyên liệu để tạo ra một áp lực chung cho hệ thống
và một bơm cho phần retentate – là động lực đẩy các cấu tử qua màng tạo nên
dòng permeate.
Hình : phân riêng liên tục- mô hình hồi lưu một phần retentate.
Mô hình này thường được sử dụng ở quy mô công nghiệp với diện tích
membrane trong hệ thống thiết bị từ 100m
2
trở lên.
Mô hình nhiều giai đọan:
Hình : phân riêng liên tục- mô hình ba giai đoạn
17
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
ở quy mô công nghiệp, người ta sử dụng mô hình từ 3÷8 giai đoạn. Số bơm
hồi lưu sử dụng sẽ bằng với số giai đoạn trong mô hình. Ở giai đoạn đầu, tốc độ
dòng đạt giá trị cao nhất nhưng nồng độ cấu tử trong dòng retentate thấp nhất.
Ngược lại, ở giai đoạn cuối tốc độ dòng thấp nhất nhưng nồng độ cấu tử trong
retentate đạt giá trị cao nhất.
Trong sản xuất, các mô hình phân riêng lien tục có thể hoạt động trong suốt
24h. Sau khoảng thời gian này, chúng ta nên tạm ngưng hoạt động để tẩy rửa và vệ
sinh thiết bị. Nếu không, sự tắc nghẽn các lỗ mao dẫn trong membrane dễ xảy ra.
Một số vi sinh vật được hấp thụ trong membrane sẽ phát triển dễ làm hư hỏng sản
phẩm.
2.4 Đánh giá chất lượng membrane.
Để đánh giá chất lượng các membrane sử dụng trong công nghiệp, ngưới ta

thường dựa vào những chỉ tiêu và tính chất dưới đây:
-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 membrane
-Độ xốp : tỷ lệ phần trăm giữa tổng thể tích các ống mao dẫn và thể tích
membrane.
-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 membrane.
-Tính ưa nước/ kỵ nước.
-Độ chiết: tỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng chất chiết được so với tổng
lượng chất khô trong membrane. Độ chiết thể hiện mức độ tinh sạch của
membrane.
-Khả năng phân riêng .
-Tốc độ qua màng của dòng permeate.
Đường kính lỗ mao dẫn là nột trong những thong số quan trọng của
membrane mà các nhà sử dụng quan tâm nhất. Nó thường được biểu diễn bằng
đơn vị đo chiều dài (µm) hoặc đơn vị đo trọng lượng phân tử (Da). Ví dụ , một
membrane có đường kính lỗ mao dẫn 1000 Da được hiểu là các chất hóa học có
phân tử lượng từ 1000Da trở lên sẽ không thể chui xuyên qua được membrane
này. Hàm lượng của chúng trong dòng retentate sẽ bằng với các hàm lượng của
chúng trong dòng vào.
Trong thực tế sản xuất, để xác định đường kính lỗ mao dẫn của membrane, người
ta sử dụng các cấu tử chuẩn có phân tử lượng khác nhau đã biết trước. Tiến hành phân
riêng các cấu tử chuẩn bằng membrane và xác định giá trị độ phân riêng cho từng cấu tử.
Độ phân riêng là tỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng cấu tử trong dòng ra retentate và hàm

18
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
lượng cấu tử trong dòng vào. Kết quả thu được trình bày trong đồ thị biểu diễn mối quan
hệ giữa độ phân riêng và phân tử lượng các cấu tử cần phân riêng
Hình : Mối quan hệ giữa phân tử lượng (kích thước
cấu tử) và độ phân riêng của membrane
Thông thường người ta sẽ chọn giá trị phân tử lượng của nhóm cấu tử có độ
phân riêng 90% làm đại diện để thông báo về đường kính lỗ mao dẫn membrane
cho nhà sử dụng.
Các cấu tử chuẩn hiện nay rất đa dạng, Những nhà sản xuất membrane chưa
thống nhất với nhau trong việc chọc cấu tử chuẩn và phương pháp xác định độ
phân riêng. Do đó có thể xảy ra trường hợp đường kính lỗ mao dẫn theo hai nhà
19
Dộ phân riêng %
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
sản xuất membrane có thể trùng nhau nhưng trong thực tế độ phân riêng của chúng
lại khác nhau.
Những thông tin do nhà sản xuất membrane cung cấp thực ra chỉ mang tính
khái quát ban đầu. Để triển khai ứng dụng membrane trong thực tế, chúng ta cần
tiến hành thực nghiệm trực tiếp trên mẫu cần phân riêng để xác định khả năng
phân riêng cũng như kiểm tra lại các tính chất khác nhau của membrane như khả
năng chịu nhiệt, chịu dung môi, độ bền sinh học … Từ kết quả thực nghiệm, ta sẽ
chọn được membrane và cấu hình cho từng trường hợp cụ thể.
2.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình phân riêng bằng membrane:
Qúa trình phân riêng được đánh giá là đạt hiệu quả cao khi dòng permeate
được dịch chuyển qua membrane với tốc độ nhanh và phân riêng đạt giá trị cao.
Theo thời gian sử dụng, tốc độ dòng permeate sẽ giảm dần. Đó là do một số
cấu tử đã được hấp phụ trên bề mặt membrane hoặc tương tác với một số nhóm

chức trong thành phần hóa học của membrane, từ đó dẫn đến hiện tượng nghẹt các
lỗ mao dẫn và làm giảm khả năng phân riêng của toàn hệ thống.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình phân riêng bằng membrane
bao gồm : tính chất của membrane sử dụng, bản chất của nguyên liệu cần phân
riêng và các thong số kỹ thuật của quá trình như nhiệt độ, áp suất…
2.5.1.Bản chất của membrane:
-Vật liệu membrane: membrane có thể được sản xuất từ những vật liệu ưa
nước (cellulose acetate, ceramic…) hoặc kỵ nước (polupropylene,
polytetrafluoethylene…). Thực tế cho thấy, nếu ta sử dụng membrane từ nhóm vật
liệu kỵ nước, chúng dễ tương tác với cấu tử kỵ nước trong nguyên liệu dòng vào.
Kết quả là các mao dẫn dễ bị tắc nghẽn, quá trình phân riêng chỉ diễn ra trong một
khoảng thời gian ngắn.
Trong công nghiệp chế biến sữa, do có thành phần chất béo trong nguyên
liệu, người ta sử dụng membrane từ những vật liệu ưa nước.
-Cấu trúc bề mặt membrane: đối với các membrane có bề mặt nhẵn đồng
nhất, những ống mao dẫn của chúng ít bị tắc nghẽn trong quá trình sử dụng.
Ngược lại,nếu membrane có bề mặt ghồ ghề, lối lõm, một số cấu tử trong nguyên
liệu dễ bị hấp phụ lên bề mặt membrane, từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate và
kéo dài thời gian quá trình phân riêng.
-Đường kính mao dẫn:nếu ta chọn membrane với mao dẫn có đường kính
lớn hơn kích thước các cấu tử trong nguyên liệu dòng vào thì chúng dễ bị tắc
nghẽn trogn quá trình sử dụng do một số cấu tử có thể chui được vào trong các
mao dẫn và bị kẹt lại ở đấy. Ngược lại, hiện tượng này sẽ không xảy ra nếu
membrane sử dụng với mao dẫn có đường kính nhỏ hơn kích thước các cấu tử.
Như vậy, tùy thuộc vào nguyên liệu, chúng ta phải chọn membrane với
đường kính lỗ mao dẫn tối ưu. Khi đó, quá trình phân riêng sẽ diễn ra nhanh và
hạn chế được hiện tượng tắc nghẽn membrane.
20
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài

Ảnh hưởng đường kính lỗ mao dẫn đến hiện tượng tắc nghẽn membrane
21
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
2.5.2.Bản chất của nguyên liệu cần phân riêng:
- Protein : protein sữa là một trong những cấu tử thường gây ra hiện tượng
tắc nghẽn mao dẫn membrane. Đó là do chúng có chứa một số nhóm chức kỵ nước
và một số nhóm chức tích điện. Các nhóm chức này có thể tương tác hoặc kết hợp
tạp phức với một số nhóm chức của membrane. Hơn nữa, với cấu hình không gian
phức tạp, trong một số trường hợp các phân tử protein sữa có thể chui vào mao
dẫn và làm tắc nghẽn dòng permeate.
- Lipid: với bản chất kỵ nước, lipid thường tạo ra một màng bao lên
membrane được sản xuất từ những vật liệu kỵ nước như: polyvinylidene fluoride,
polysulfone…, từ đó gây nên hiện tượng tắn nghẽn dòng permeate. Trong trường
hợp này, chúng ta nên sử dụng membrane ưa nước như vật liệu polyacrylonitrile
cải biến, được gắn lên một số nhóm chức ưa nước. Khi đó, sự tắc nghẽn dòng
permeate sẽ được hạn chế đáng kể.
- Muối: các muối trong sữa cũng là một trong những nguyên nhân gây tắc
nghẽn dòng permeate. Chúng có thể kết tủa và bám trên thành ống mao dẫn do độ
hòa tan kém hoặc tạo lien kết với các gốc tích điện của vật liệu membrane.
Một số tác giả cho rằng, ion Ca
2+
trong sữa có thể đóng vai trò cầu nối, liên
kết một số nhóm chức giữa membrane và protein sữa, từ đó làm giảm tốc độ dòng
permeate. Để khắc phục tình trạng này, chúng ta có thế tách canci ra khỏi sữa hoặc
huyết thanh sữa trước khi qua phân riêng bằng kỹ thuật membrane. Các phương
pháp tách canci thông dụng là ly tâm, điện thẩm tích hoặc trao đổi ion (Cheryan
M, 1998)
- pH: nếu giá trị pH của nguyên liệu khảo sát gần bằng giá trị pI của một số
cấu tử protein có trong nguyên liệu thì protein dễ bị đông tụ và sự tắc nghẽn

membrane trong quá trình phân riêng dễ xảy ra. Như vậy, chúng ta nên chọn giá trị
pH cho mẫu cần phân riêng lệch xa điểm đẳng điện các protein có trong mẫu.
Phương pháp chỉnh pH cũng là nột vấn đề cần quan tâm. Xét trường hợp
mẫu huyết thanh sữa từ quy trình sản xuất phomai Cheddar. Do lượng calci trong
huyết thanh sữa khá cao, hiện tượng tắc nghẽn membrane xuất hiện sớm, đặc biệt
khi mẫu có pH=5.8. Theo Cheryan M (1998), nếu ta chỉnh nhanh pH, trong mẫu sẽ
xuất hiện cùng một lúc rất nhiều các kết tủa mịn Ca
3
(PO
4
)
2
và chúng là nguyên
nhân gây bít các ống mao dẫn. Ngược lại,nếu chúng ta thay đổi giá trị pH huyết
thanh sữa với tốc độ từ từ, các kết tủa sẽ xuất hiện từ từ và tốc độ dòng permeate
sẽ được cải thiện đáng kể.
- Chất phá bọt: trong một số trường hợp ta cần sử dụng chất phá bọt. Bọt
xuất hiện thường là do tác động của bơm lên các mẫu khảo sát có chứa protein.
Các chất phá bọt thường dung là polyoxyethylene, polyoxypropylene oleyl ether,
dầu silicone… Chất phá bọt cũng là nguyên nhân có thể gây tắc nghẽn mao dẫn
cho các membrane kỵ nước. Các membrane ưa nước ít bị tắc nghẽn hơn.
2.5.3.Các thông số kỹ thuật:
- Nhiệt độ: khi ta tăng nhiệt độ sữa, độ nhớt sẽ giảm, tốc độ khuếch tán của
các cấu tử qua mao dẫn membrane tăng, do đó tốc độ dòng permeate sẽ tăng.
22
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Tuy nhiên, nếu ta tăng nhiệt độ sữa lên quá cao (t >60
O
C), một số protein sẽ

bị biến tính,các kết tủa tạo thành được hấp phụ lên bề mặt membrane. Thực
nghiệm cho thấy khi ta tăng nhiệt độ trong khoảng 30÷60
O
C, sự hấp phụ một số
protein sữa trên membrane sẽ gia tăng.
Ngoài ra, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ hòa tan của các muối có trong
sữa nên tốc độ dòng permeate cũng sẽ bị ảnh hưởng.
Gía trị nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân riêng sẽ được xác định bằng xác
định bằng phương pháp thực nghiệm.
- Tốc độ dòng vào và sự chảy rối: nếu bơm nguyên liệu hoạt động với tốc
độ cao và bên trong thiết bị membrane có cánh khuấy để tạo nên sự chảy rồi thì
hiện tượng tắc nghẽn membrane được hạn chế ở mức tối đa và tốc độ dòng
permeate được cải thiện đáng kế.
Nếu tốc độ dòng nguyên liệu vào thiết bị quá chậm, sự trượt của các cấu tử
có phân tử lớn bị giới hạn. Khi đó, trên membrane thường xuất hiện hiện tượng
phân tầng với nhiều lớp cấu tử có kích thước khác nhau nằm xếp chồng lên nhau,
từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate.
-Áp lực qua màng: đây là động lực của quá trình phân riêng bằng
membrane. Áp lực qua màng (ΔP) được tính theo công thức sau:
ΔP=(P
F
-P
P
)-(π
F
-π
P
)
Trong đó:
P

F
: áp lực từ phía dòng vào (áp lực bơm)
P
P
: áp lực từ phía permeate trong thiết bị membrane
π
F
: áp lực thẩm thấu trong dòng nguyên liệu vào
π
P
: áp lực thẩm thấu trong dòng ra permeate
Áp lực thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ các cấu tử hòa tan trong dung
dịch. Dung dịch chứa các cấu tử phân tử lượng nhỏ với nồng độ càng cao thì áp
lực thẩm thấu của dung dịch càng lớn.
Trong quá trình vi lọc và siêu lọc, nguyên liệu dòng vào thường chứa các
cấu tử có phâ tử lượng cao. Do đó, giá trị áp lực thẩm thấu của dung dịch khá thấp.
Qúa trình phân riêng chỉ xảy ra khi áp lực qua màng ΔP>0. Nếu giá trị ΔP
càng lớn thì tốc độ dòng permeate qua màng sẽ càng cao.
Ngoài các yếu tố trên, hiệu quả quá trình phân riêng bằng membrane còn
phụ thuộc vào cấu hình thiết bị sử dụng và một số yếu tố khác.
2.6.Một số mô hình thiết bị membrane:
Hiện nay, có 4 mô hình phổ biến trong công nghiệp: Thiết bị dạng ống,
dạng bảng, dạng sợi, dạng cuộn xoắn.
2.6.1Mô hình ống (tubular module)
Thiết bị membrane có dạng hình trụ, bên trong chứa nhiều ống trụ nhỏ đặt
song song với nhau.Mỗi ống trụ nhỏ thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có
đường kính dao động từ 12.5÷75mm, chiều dài khoảng 0.6÷6.4mm và được đục
23
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài

các lỗ nhỏ trên than. Các membrane cũng có dạng hình trụ được lồng ép sát thành
trong của các ống trụ nhỏ trên.
Nguyên liệu sẽ được bơm từ một đầu của thiết bị và được phân phối vào
bên trong các ống trụ nhỏ. Dong ra retentate sẽ tiếp tục đi hết theo chiều dài các
ống trụ nhỏ và thoát ra ở đầu bên kia của thiết bị. Dòng ra permeate sẽ chui qua
các mao dẫn của membrane và thoát ra bên ngoài các ống trụ nhỏ, sau đó được tập
trung theo cửa ra chung nằm phía trên thân của thiết bị.
Thiết bị membrane : mô hình ống
Bên trong thiết bị membrane có thể được chia thành nhiều khoang, mỗi
khoang gồm một số ống trụ nhỏ song song nằm cạnh nhau. Đầu tiên nguyên liệu
sẽ được bơm vào một khoang trong thiết bị. Dòng retentate thoát ra khỏi khoang
này và đi tiếp vào khoang thứ hai,còn dòng retentate thoát ra từ khoang thứ hai sẽ
đi tiếp vào khoang thứ ba… Như vậy, dòng retentate thoát ra từ khoang cuối cùng
sẽ có nồng độ đạt yêu cầu.
Mô hình ống có ưu điểm là dễ tạo ra dòng chảy rối trong quá trình vận
hành, đơn giản khi vệ sinh, thay thế membrane sử dụng và bảo trì thiết bị. Tuy
nhiên, thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều không gian nhà xưởng và tốn nhiếu năng
lượng sử dụng do có sự tụt áp của dòng nguyên liệu trong các ống hình trụ nhỏ.
2.6.2.Mô hình sợi(hollow fiber module):
Mô hình sợi có cấu tạo tương tự như mô hình ống. Thiết bị mô hình
membrane được chế tạo bằng thép không rỉ có dạng hình trụ với đường kính
thường dao động trong khoảng 2.5÷12.7 cm, chiều dài 18÷120cm. Bên trong thiết
bị cứa bó sợi membrane. Mỗi module chứa từ 50÷3000 sợi, đường kính sợi thay
đổi từ 0.2÷3mm. TRong quá trình thẩm thấu ngược, đường kính sợi sử dụng có thể
giảm xuống 0.04mm. Thông thường chiều dày membrane từ 100÷400µm.
24
Trường ĐHCN TPCHM Nhóm : 27
Lớp: ĐHTP5 GVHD:Ths.Lê Văn Nhất Hoài
Khi hoạt động nguyên liệu được bơm vào bên trong thiết bị và chui vào
trong các sợi membrane. Dòng ra retentate sẽ đi hết theo chiều dài sợi và tập trung

thoát ra ở đầu còn lại của thiết bị. Dòng ra permeate sẽ chui qua các lỗ mao dẫn
membrane , thoát ra ngoài sợi rồi được tập trung ở cửa ra nằm trên thân của thiết
bị. Riêng hãng Dupont thiết kế một số thiết bị sử dụng trong kỹ thuật thẩm thấu
ngược đã cho dòng nguyên liệu đi vào khoảng không gian trống giữa các sợi
membrane. Khi đó, một số cấu tử sẽ chui qua mao dẫn membrane để vào bên trong
sợi và tạo nên dòng permeate.
Ưu điểm của mô hình sợi là thiết bị ít chiếm diện tích nhà xưởng dù diện
tích membrane sử dụng rất lớn, ít tốn năng lượng cho quá trình. Tuy nhiên,trong
quá trình vận hành,một số sợi membrane dễ bị tổn thương và việc thay thế chúng
sẽ tốn kém và phức tạp. Hơn nữa, do đường kính sợi membrane khá nhỏ, những
nguyên liệu dạng keo dễ gây tắc nghẽn membrane trong quá trình sử dụng.
2.6.3.Mô hình bảng/tấm (plate module)
Mỗi đơn vị cấu tạo nên mô hình bảng bao gồm một tấm đỡ, hai miếng đệm
và hai membrane được ép sát vào nhau như hình 2.26. Các tấm đỡ có dạng hình
hộp chữ nhật với độ dày rất mỏng, diện tích bề mặt từ 0.11÷0.35m
2
. Các miếng
đệm có cấu trúc vi xốp được ép sát và phủ kín bề mặt tấm đỡ. Các membrane dạng
tấm có diện tích bề mặt bằng đúng với diện tích bề mặt tấm đỡ và được đặt sát lên
miếng đệm.
25