Разработка и исследование мембранного аппарата с постоянным отводом диффузионного слоя для концентрирования обезжиренного молока

• Автор: Пашкевич, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНОПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Мембранные процессы характеристики, классификация,

применение

1.2 Конструкции мембранных аппаратов состояние и перспективы

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА В МЕМБРАННОМ АППАРАТЕ.

2.1 Анализ применения теории передаточных функций.

2.2 Математическое моделирование объекта

2.2.1 Определение передаточных функций по каналам воздействия исходной концентрации на концентрацию растворов на выходах системы.
2.2.2 Определение передаточных функций по каналам воздействия давления на концентрацию растворов на выходах системы.
2.2.3 Определение передаточных функций по каналам воздействия скорости течения на концентрацию растворов на выходах системы.
2.2.4 Определение передаточных функций по каналам воздействия температуры на концентрацию растворов на выходах системы
2.2.5 Оценка адекватности математической модели
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕМБРАННОГО АППАРАТА С ПОСТОЯННЫМ ОТВОДОМ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ
3.1 Разработка конструкции мембранного аппарата.
3.2 Описание экспериментальной установки
3.3 Методика проведения экспериментальных исследований
3.4 Экспериментальные исследования мембранного аппарата.
3.5 Исследование внутренней струкгуры диффузионного слоя с помощью электронного микроскопа.
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ В МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
4.1 Преимущества применения процесса улы рафильтраиии при производстве молочных продуктов.
4.2 Технология производства биотворога для детского питания с применением ультрафильтрации сквашенного сгустка
ВЫВОДЫ.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА


К наиболее распространенным промышленным мембранным процессам относятся обратный осмос, ультра-, микро- и нанофильтрация, диализ, электродиализ, мембранная дистилляция, испарение через мембрану (перваиорация) и мембранное разделение газов [, II, , , , , , , , 2, 6, 8, 1, 9, 0, 2]. Кроме того необходимо упомянуть разделение на жидких мембранах (транспорт с переносчиком) и многочисленные процессы, протекающие на биологических мембранах [9, , , , ]. Для мембранных процессов характерно использование нетупиковой схемы организации потоков, что характерно для механической фильтрации (рис. Ниже приведена классификация мембранных процессов, связанная с характером движущих сил электромассопереноса [, , ]. Рис. При одновременном действии нескольких сил процессы могут быть, например, электробаромембранными (электроосмотическими) и др. Из баромембранных процессов наиболее распространены: газовая эффузия, микро-, ультра- и нанофильтрация и обратный осмос. Эти процессы применяют для газо- и жидкофазного разделения на пористых мембранах. Газовая эффузия - течение газа через пористую перегородку под действием разности давлений. Понятие вакуума, как известно, относительное. Вакуум представляет собой такое разрежение газа, при котором средняя длина свободного пробега молекул больше размера содержащего газ сосуда. Поэтому, чем меньше размеры сосуда, в котором находится газ, тем при больших давлениях в нем создаются условия вакуума. Гак, для газа, находящегося в пористых средах с размерами пор 2+3 нм, атмосферное давление является вакуумом. Скорость преодоления молекулами пористой перегородки зависит от скорости их движения, а более легкие молекулы всегда обладают большей скоростью, что и приводит к разделению. Промежуточное положение между обычной фильтрацией и мембранными процессами занимает микрофильтрация [, , , ]. Принято считать, что поры микрофильтрационных мембран имеют средний размер от 0,1 до мкм. В этих процессах могут отделяться как мельчайшие частицы механической примеси, так и отдельные клеточные организмы и частицы клеток, как, например, дрожжевые клетки в процессах микрофильтрации продуктов брожения. Процессы микрофильтрации осложняются образованием гелеобразных слоев на поверхности фильтрующей перегородки. Ультрафильтрация — это процесс разделения, фракционирования и концентрирования растворов с помощью полупроницаемых мембран. При этом жидкость непрерывно подается в пространство над мембраной под давлением 0,1. МПа. Процессы ультрафильтрации выполняют на мембранах со средним диаметром пор от 0, до 0,1 мкм, называемых ультрафильтрационными мембранами. Ультрафильтрацию используют для разделения растворов, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Обычно при ультрафильтрации коллоидные и высокомолекулярные вещества отделяются от низкомолекулярных. В отличие от процессов микрофильтрации ультрафильтрация может сопровождаться адсорбцией растворенных веществ на поверхности пор мембраны и даже межмолекулярным взаимодействием. Все это в значительной степени осложняет расчет процессов ультрафильтрации. Фильтрат проходит сквозь мембрану и удаляется через дренажную систему, а высокомолекулярный продукт концентрируется. Ультрафильтрация позволяет выделять молочные белки из вторичных продуктов молочной промышленности и ценные вещества из других пищевых растворов, получать дополнительные резервы производства продуктов питания. Ультрафильтрация успешно используется при пастеризации пива. Стоимость обработки пива ультрафильтрацией в 2,5 раза ниже, чем пастеризацией. Нанофильтрацию или низконапорный обратный осмос применяют для задержки частиц с размерами порядка нанометра. Обратный осмос - баромембранный процесс разделения истинных растворов. Движущая сила процесса . Р - ДП) > 0, где Р - давление над исходным раствором, ДП = П1 - П2 - разность между осмотическими давлениями исходного раствора и фильтрата. Для полупроницаемых мембран П2 = 0, так как в фильтрате отсутствуют растворенные вещества.