Книжки по товарознавству

Обладнання для баромембранних процесів в молочній промисловості

Єресько. Технологічне обладнання молочних виробництв

Фізико-хімічні основи й основні закономірності баромембранних процесів
Баромембранні процеси — це процеси фільтрації рідин через фільтри (мембрани) з порами розміром менше 0,5 мкм. Такі мембрани володіють молекулярноситовим ефектом, тобто затримують відносно великі молекули і пропускають більш дрібні.
Баромембранні процеси можна поділити на мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, нанофільтрацію, зворотний осмос і мембранну дистиляцію.
При мікрофільтруванні не відбувається розділення розчину на молекулярному рівні. В цьому процесі зфозчину видаляються дрібнодисперсні частинки твердої фази з розміром більшим 0,2 ÷ 0,45 мм, а також гелі, віруси, бактерії та колоїди.
У процесі ультрафільтрації мембрана затримує лише високомо-лекулярні сполуки, а низькомолекулярні речовини і розчинник вільно проходять через пори мембрани.
При ультрафільтрації селективність мембрани за низькомолекулярними речовинами близька до нуля і концентрація цих речовин у розділюваному розчині і в пермеаті приблизно однакова. Нанофільтраційні мембрани вже мають певну селективність за низькомолекулярними речовинами.
При зворотному осмосі затримуються як високомолекулярні, так і велика частина низькомолекулярних речовин, а через мембрану проходить більш-менш чистий розчинник.
Мембранна дистиляція — це процес розділення розчинів органічних і неорганічних речовин крізь порувату мембрану, матеріал якої не змочується розчинником, під дією тиску парів розчинника по обидва боки мембрани. Процес відбувається шляхом випаровування розчинника в об'єм пори мембрани з наступним конденсуванням парів на протилежному боці цієї мембрани.
Всі ці методи концентрування знайшли використання в молочній промисловості. Мікрофільтрацію використовують для відділення бактерій, наприклад термофільних, при виробництві сирів.
Ультрафільтрація використовується для згущення сироватки (до 25% сухих речовин), при виробництві деяких видів сирів, сухого сироваткового концентрату, а також для згущення маслянки.
Нанофільтрація — для мінералізації сироватки.
Зворотний осмос — для виробництва згущеної сироватки і лактози.
Мембранна дистиляція — для виробництва лактози.
Таким чином, обробка молочної сироватки з використанням мембранної дистиляції дала змогу отримати концентрат, який містить 300 г/л лактози.
Отже, ультрафільтрація є способом концентрування високомоле-кулярних сполук з одночасним їхнім очищенням від низькомолекулярних речовин, а зворотний осмос — способом концентрування всіх речовин, що знаходяться в оброблюваній рідині в розчиненому виді чи у вигляді суспензії. Мембрани, що застосовуються для барометричних процесів, розрізняються лише за розміром пор.
Рушійною силою баромембранних процесів є тиск, що прикладається до поверхні оброблюваної рідини. Мінімальне теоретичне значення тиску повинно бути таким, щоб хімічний потенціал розчинника в оброблюваній рідині дорівнював хімічному потенціалу розчинника у фільтраті. Тобто мінімально можливий тиск фільтрації має дорівнювати осмотичному тискові оброблюваної рідини відносно фільтра. Швидкість фільтрації при такому тиску мала, тому на практиці використовують тиск, що перевищує осмотичний у 2 ÷ 100 раз. Надлишок тиску забезпечує, з одного боку, прийнятну швидкість масопередачі через мембрану, а з іншого — затрачається на подолання гідродинамічного опору мебрани.
У процесах ультрафільтрації зазвичай використовують тиск в межах від 0,2 до 0,8 МПа, а в процесах зворотного осмосу — від 2 до 10 МПа. Такий тиск в ряді випадків призводить до ущільнення, зниження пористості мембрани, отже, до зміни залежності швидкості фільтрації від тиску.
Напівпрониклі мембрани
В основі класифікації напівпропрониклих мембран лежать способи отримання мембран, фазовий стан і матеріал мембран, властивості мембран, структура мембран, область їх застосування. Для класифікації напівпрониклих мембран в молочній промисловості використовують наступну найпростішу: мембрани першого, другого і третього поколінь.
В основі такої класифікації лежать зміни властивостей матеріалів, з яких виготовлені напівпрониклі мембрани, отже, і їх характеристик під дією основних параметрів експлуатації (температуpa, pH оброблюваного розчину, тиск).
Така класифікація найбільш повно відображає історію створення та розвитку мембранних процесів в цілому. Тому під мембранами першого покоління слід розуміти мембрани, що були виготовлені з полімерів ацетатцелюлози, другого покоління — з ароматичних полімерів (поліаміда, полісульфона, поліетилентеерфталака та ін.) і третього покоління — з мінеральних речовин, металокераміки та ін.
Мембрани першого покоління. Незважаючи на способи утворення, структура мембран першого покоління однакова і складається з тонкого (до 0,1 мкм) мікропористого фільтрувального шару і макропористої основи товщиною від 100 до 1000 мкм. Основну роль в процесах розділення рідких сумішей відіграє мікропористий фільтрувальний шар. Саме він характеризує такі показники мембрани, як швидкість фільтрації та селективність.
Ацетатоцелюлозні мембрани є першими мембранами, що знайшли широке застосування в молочній промисловості. Вони порівняно дешеві та допущені до контакту з харчовими продуктами. Експлуатуються в діапазоні температур 0 ÷ 50 °С і рН 3÷8. Недоліками є вузький робочий температурний діапазон і діапазон рН, що створює значні труднощі при регенерації першопочаткових властивостей мембрани.
Мембрани другого покоління мають більш широкий робочий діапазон температур і рН, ніж ацетатцелюлозні мембрани. їх можна експлуатувати в діапазоні температур від 0 до 80 °С і рН від 2 до 12. Ці мембрани стійкі до дії дезінфікуючих властивостей розчинів хлору, стискання під дією тиску.
Структура мембран другого покоління аналогічна структурі аце-татцелюлозних мембран.
Мембрани третього покоління виготовляються з металокераміки, скла, оксидів металів та інших аналогічних матеріалів. Цим мембранам притаманна висока механічна міцність, термостійкість (до 200 °С і вище), хімічна стійкість (рН 0 ÷ 14), стійкість до тиску, зносостійкість, корозійна стійкість. Все це виключає проблеми з миттям та дезінфекцією подібних мембран. В молочній промисловості найбільш розповсюджені мембрани Carbosep та Membralax, виготовлені французькими фірмами. Ці мембрани виготовлені з оксиду цирконію, нанесеного на основу з агломерованого вуглецю. Деякі фірми виготовляють подібні мембрани з кристалів оксиду алюмінію різних розмірів.
Способи отримання мембран третього покоління різні — спікання порошків, вилуговування компонентів сплаву, напилення тонких плівок у вакуумі.
Апарати для проведення барометричних процесів
Ультрафільтраційні й зворотноосмотичні установки складаються з ємності для оброблюваної рідини, фільтрувального апарата, насоса для подачі розчину, що згущується, та створення робочого тиску фільтрації, насоса для омивання поверхні мембран потоком фільтрувального розчину, комплекту сполучних трубопроводів і вентилів, що регулюють тиск у фільтрувальному апараті, ємності для збору фільтрату, комплекту контрольних вимірювальних і регулювальних приладів для вимірювання і контролю температури фільтрації, тиску фільтрації, масової частки сухих речовин у концентраті, швидкості потоку фільтрувального розчину та пульта керування.
Основним елементом усіх мембранних установок є фільтрувальний апарат, в якому закріплені напівпрониклі мембрани.
Пласкорамні апарати типу «фільтр-прес»
Пласкорамні фільтрувальні апарати випускають двох типів: з вертикальним розташуванням і омиванням фільтрувальним розчином напівпроникних мембран, і горизонтальним. Фільтрувальні апарати з вертикальним розташуванням мембран призначені для ультрафільтраційної обробки молочної сировини з високим вмістом сухих речовин (знежиреного і незбираного молока, маслянки). їх використовують і для ультрафільтрації сироватки. На відміну від апаратів з горизонтальним розташуванням мембран вони мають трохи менший гідродинамічний опір, і омивання поверхні мембран у вертикальному напрямку сприяє зниженню явища концентраційної поляризації і товщини гелевого білково-мінерального шару.
Головним елементом фільтрувальних апаратів плоскорамного типу є несуча опорна пластина, що виконує роль підставки, на якій кріпиться дрібнопориста підкладка і напівпроникна мембрана. Є багато конструкцій опорних пластин, що розрізняються між собою особливостями кріплення мембран, розмірами і геометричною формою. За своєю формою фільтрувальні пластини бувають: круглі; еліпсоподібні і прямокутні. Загальною особливістю опорних пластин є наявність в них дренажу і системи вивідних каналів, розташованих у середині пластин, через які відводиться фільтрат, що пройшов крізь напівпроникну мембрану.
Фільтрувальний плоскорамний апарат являє собою набір пластин, між якими розташовані напівпроникні мембрани, закріплені за допомогою спеціальних герметизуючих прокладок. Відстань між пластинами, а отже, і мембранами залежно від конструкції знаходиться в межах 0,5 ÷ 5 мм.
ПО «Ростпродмаш», НПО «Продмаш» та Ліпецький завод гумово-пластмасових виробів випускають ультрафільтраційні установки, призначені для концентрування молока, молочної сироватки. До складу установок А1-ОУВ входять фільтрувальні модулі з вертикальним розташуванням мембран, а в установках А1-ОУС і А1-ОУП — з горизонтальним розташуванням ультрафільтраційних мембран.
Схема фільтрувального апарата, опорної пластини, а також розподіл потоків ультрафільтраційних установок А1—ОУП та А1-ОУС наведені на рис. 24.

Ви бачите тільки 30% питання.

Текст смс:
kkdtk2
на номер
4345

Щоб отримати доступ до матеріалів сайту надішліть смс з текстом kkdtk2 на номер 4345. Після цього введіть номер мобільного, з якого ви надіслали смс. Вартість смс — 3 грн.