Обоснование параметров проточной микрофильтрационной установки с керамическими мембранными элементами : на примере осветления яблочного сока

• Автор: Алюханова, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 231 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л Значение в питании человека, химический состав и структура различных видов яблочного сока
1.2 Современные технологии и оборудование для производства консервированного яблочного сока

1.2.1 Технологии извлечения сока из плодов

1.2.2 Технологии обработки (осветления) яблочного сока

1.2.3 Технологии консервирования

1.2.4 Требования к качеству готовой продукции

1.3 Реологические свойства пищевых сред, методы их изучения и описания

1.4 Баромембранные технологии разделения и концентрирования пищевых сред
1.4.1 Конструктивные особенности мембранных элементов и модулей
1.4.2 Поляризационные явления на мембранах и способы снижения их влияния на скорость фильтрации
1.4.3 Математические модели процессов мембранного разделения
1.5 Классификация мембранных установок и принципы их проектного расчета
1.6 Цели и задачи исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕМБРАННОГО МОДУЛЯ ПРИ МИКРОФИЛЬТРАЦИИ ЯБЛОЧНОГО СОКА
2.1 Разработка нестационарной математической модели проточной микрофильтрации
2.1.1 Выбор и обоснование реологической модели суспензии яблочного сока
2.1.2 Основные допущения, граничные условия и уравнения модели
2.1.3 Описание алгоритма и программы «Simulation CFM-Microfiltration» численного решения задачи нестационарной проточной микрофильтрации
2.2 Теоретический анализ нестационарного процесса тупиковой микрофильтрации яблочного сока
2.3 Теоретический анализ нестационарного процесса проточной микрофильтрации яблочного сока
2.4 Обоснование энергоэффективных параметров функционирования мембранного модуля
2.5 Анализ распределения частиц дисперсной фазы яблочного сока в напорном канале мембранного модуля
Выводы по главе

З МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
3 Л Описание устройства и принципа работы комбинированного
вискозиметра ВРК-1 с компьютерной системой управления
3.2 Методика исследования зависимости вязкости яблочного сока от 92 концентрации растворенных веществ, температуры и скорости сдвига
3.3 Описание установки для ферментного осветления сока с
компьютерной системой управления
3.4 Методики исследования процессов ферментного осветления
яблочного сока
3.4.1 Методика исследования процесса ферментации методом прямого
внесения препарата
3.4.2 Методика исследования процесса ферментации методом 99 иммобилизации на носителях
3.5 Методика исследования размеров частиц дисперсной фазы и но
сителя ферментного препарата
3.6 Методика определения физических характеристик суспензии яб
лочного сока
3.7 Описание пилотной мембранной установки с компьютерной сис
темой управления
3.8 Методики исследования процесса микрофильтрации яблочного
сока
3.8.1 Методика исследования нестационарного процесса тупиковой 113 микрофильтрации
3.8.2 Методика исследования процесса проточной микрофильтрации
3.9 Методика расчета ступенчатой микрофильтрационной установки 118 непрерывного действия
Выводы по главе
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 125 ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Зависимость динамической вязкости сока от концентрации сухих 125 веществ, температуры и скорости сдвига
4.2 Результаты исследования процесса ферментации яблочного сока
4.2.1 Результаты исследования процесса ферментации методом
прямого внесения препарата
4.2.2 Результаты исследования процесса ферментации методом
иммобилизации на носителях
4.3 Физические характеристики суспензии яблочного сока
4.4 Результаты исследования размеров частиц дисперсной фазы и но
сителя ферментного препарата
4.5 Результаты исследования микрофильтрации суспензии яблочного 139 сока на мембранной установке
4.5.1 Результаты исследования нестационарного процесса тупиковой

микрофильтрации
4.5.2 Результаты исследования процесса проточной микрофильтрации
4.5.3 Результаты проверки адекватности математической модели
4.6 Результаты расчета микрофильтрационной установки для осветле
ния яблочного сока
Выводы по главе
5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ 159 ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ОСВЕТЛЕНИЯ ЯБЛОЧНОГО СОКА
5.1 Рекомендации по повышению эффективности функционирования 159 микрофильтрационной установки
5.2 Технологическая схема и состав промышленной линии для про
изводства осветленного яблочного сока
5.3 Расчет экономической эффективности
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
- теоретический анализ протекания процесса при варьировании определяющих параметров для установления его особенностей и прогнозирования результатов его практической реализации;
- сокращение длительности и удешевление этапа физического моделирования в научных лабораториях;
- построение методик расчета для решения задач анализа, синтеза и оптимизации параметров создаваемых мембранных установок.
Известные модели и методики расчета мембранных процессов можно разделить на три класса.
1. Модели, основанные на уравнениях переноса и энергии гидратации ионов [100, 106, 31]. Модель применима только для расчета обратноосмотических процессов концентрирования ньютоновских однокомпонентных растворов при условии, что параметр переноса растворенного вещества не зависят от концентрации и гидродинамических условий потока.
2. Модели, базирующиеся на сочетании уравнений материального баланса, гидродинамических уравнений с эмпирическими уравнениями, характеризующими зависимость селективности и скорости фильтрации от концен-j трации растворенных веществ [100; 106; 128; 193; 213, с. 1919-1551; 188, с. 194-207]. Недостаток - допущения об отсутствии гелеобразования на мембране и ньютоновском характере течения разделяемых потоков.
3. Модели, базирующиеся на дифференциальных уравнениях Навье-Стокса, турбулентности, конвективной диффузии, сохранения энергии и реологических уравнениях. Этот поход является, очевидно, наиболее строгим и верным, поскольку его реализация предполагает минимизацию количества допущений, позволяет получать обобщенные зависимости и рассчитывать мембранных процессы и аппараты без проведения предварительных экспериментов. Практическая реализация строгих моделей стала возможной после появления в последнее десятилетие высокоуровневых интегрированных программных комплексов «ANSYS» и «SolidWorks» приложениями.
Однако подавляющее большинство известных математических моделей