Совершенствование баромембранного разделения молочной сыворотки путем интенсификации диффузионных процессов

• Автор: Яковлев, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БАРОМЕМБРАННЫХ СРЕДСТВ РАЗДЕЛЕНИЯ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ

1.1.Модели баромембранного разделения растворов органических веществ

1.2.Технологии и конструкции аппаратов для разделения молочной сыворотки.

1.3.Методы интенсификации баромембранного разделения молочной сыворотки

1.4.Постановка задач исследования.

2. ВОЗМОЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИИ

2.1.Аналитическое моделирование процесса диффузии.

2.1.1 .Стационарная модель диффузии.

2.1.2.Нестационарная модель диффузии

2.2.Численное моделирование процесса диффузии.
2.2.1.Возможности численного моделирования процесса диффузии
2.2.2.Влияние на процесс переменного коэффициента диффузии
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИИ.
3.1.Объекты исследования
3.2.Измеиекие свойств молочной сыворотки при воздействии физическими полями.
3.3.Изменение гидродинамики процесса при воздействии физических полей
4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ДИФ
4.1.Выявление рациональных режимов воздействия физических полей на молочной сыворотки.
4.2.Разработка технологического оборудования для интенсификации баромембранного разделения молочной сыворотки
4.3.Возможности оценки ресурсосбережения разработанных рекомендаций
5 .ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6.ЛИТЕРАТУР А
7. П РИЛОЖЕНИЯ
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
У плотность потока диффузии
х координата в направлении нормали к поперечному сечению с концентрация вещества И коэффициент молярной диффузии
В подвижность частиц
У7сила
к постоянная Больцмана
Т абсолютная температура т динамическая вязкость среды
радиус частиц
и скорость потока разделяемого раствора в канале искорость прохождения раствора через мембрану
О коэффициент диффузии растворенного вещества в растворителе с нормированная концентрация
И половина высоты канала
х координата параллельная мембране
у координата нормальная к поверхности мембраны.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из тенденций развития отраслей пищевой промышленности, связанных с переработкой сельскохозяйственного сырья и производством продуктов питания, является всемерное удовлетворение потребностей потребителя при одновременном снижении затрат и уменьшении экологической нагрузки на окружающую среду. По данным отечественных и зарубежных исследователей, реализация этой тенденции осуществляется при возрастающем потреблении легкой, полноценной и ищи и вытеснении из рациона продуктов питания с использованием необработанного пищевого сырья. Одновременно все больше внимания оказывается очистке отработанной технологической воды, являющейся по сути пищевой эмульсией и содержащей большое количество ценных веществ малой концентрации, пригодных при их выделении для повторного использования в пищевых целях.
Такое положение в рыночной ситуации обусловлено, повидимому, с одной стороны неуклонно сокращающимися затратами физического труда в общественном производстве, с другой постоянной работой по созданию новых сбалансированных по основным пищевым веществам продуктов питания получаемых промышленными методами, а также заботой о бережном отношении к таким важным ресурсам как вода.
В году предприятиями Российской Федерации было произведено около 5,4 тыс. т сыра и творога, что по расчетам экспертов соответствует выработке около 5,8 млн т натуральной сыворотки. По расчетам Международной молочной ассоциации, из 0 млн т. сыворотки, получаемой в мире, до сливается сточными водами в канализацию. На территории России, по экспертным оценкам, этот процент достигает .
Молочная сыворотка содержит около сухих веществ молока, поэтому практикуемый на сегодня повсеместный ее слив в канализацию эквивалентен ежегодной потере 1,5 млн т молока.
Скрытой формой прибыли являются возможные потери молочных предприятий от штрафных санкций за слив сыворотки, оцениваемые в потенциале млрд. руб. в год.
Слив молочной сыворотки создает экологическую проблему для окружающей среды, т.к. ее загрязняющая способность превышает аналогичный показатель для бытовых сточных вод в 0 раз. В большинстве стран мира се слив запрещен и уголовно наказуем.
Затраты па очистку сточных вод, загрязненных молочным предприятием, перерабатывающим 0 т молока в сутки, равноценны затратам на очистку сточных вод города с населением тыс. человек.
Европейские страны использует глубокую переработку сыворотки. Это реализуется за счет больших экономических возможностей предприятий, отлаженной технологии, стимуляции нормативными актами, запрещающими избавляться от сыворотки путем слива и т.д.
На сегодняшний день из сыворотки возможно извлечь сухие вещества до такой степени, что останется дистиллят вода, который можно пустить на Iмойку оборудования от английского i I , в переводе очистка на месте.
По мнению экспертов, опрошенных компанией , российский рынок переработки молочной сыворотки имеет свою специфику
в России производят такой продукт как творог, и как результат получают творожнокислую сыворотку, которая по составу более минерализована, чем подсырная
в России работает большое количество малых предприятий, производящих творог в относительно небольших количествах, что затрудняет территориально централизовать переработку сыворотки.
По данным ГНУ ВНИИМ, около предприятий молочной отрасли не имеют очистных сооружений. Изза недостатка финансовых средств обновление парка основного технологического оборудования не превышает в год, т.е. продолжается процесс старения активной части производствен
пых фондов. Доля основного технологического оборудования, отвечающего уровню современных требований, не превышает . Все это приводит к достаточно существенным удельным экономическим затратам применяемых технологических процессов и аппаратов.
Существенная ресурсоемкость переработки пищевого сырья остро ставит проблемы сокращения его отходов и выделения из отработанной воды на основных технологических процессах вторичного сырья в виде ценных пищевых веществ, что одновременно позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Решение затронутых вопросов невозможно без проведения исследований не только по созданию новых процессов и аппаратов для переработки пищевого сырья, но и технических средств по выделению из воды технологических загрязнений, в частности белковолипидных фракций. Этим исследованиям, затрагивающим проблемы как фундаментального, так и прикладного характера посвящены работы значительного числа отечественных и зарубежных специалистов. Задачи фундаментального характера рассмотрены в трудах Ребиндера П.А., Товбиной З.М., Кука Г.А., Горбатова , Маслова
.М., Дытнерского Ю.И., Панфилова В.А., Лепилина В.Н., Кретова И.Т., М.С., , i Прикладные исследования по созданию новых технологий и оборудования для пищевых производств освещены в работах Арета В.А., ХрамцоваА.Г., Мачихина С.А., Бредихина С.А., Стабникова
.Н., Колодязной , Антипова С.Т., Острикова А.Н., Борисенко И.И., Тишина В.Б., Лонсдейла Х.К.
На сегодняшний день очевидно несоответствие между рыночными тенденциями потребления продуктов питания, в предварительно обработанных промышленными методами до степени полуфабрикатов видах, и эксплуатацией в пищевых производствах высокоресурсоемких технологий и аппаратов для переработки целого ряда продуктов питания, особенно на стадиях тепловой обработки сопровождающейся большим количеством промывной и технологической воды. Необходимо системное рассмотрение вопросов сбереже
ния ресурсов при обработке пищевого сырья, в первую очередь содержащихся в таких водах, с учетом достижений фундаментальных и прикладных исследований.
Таким образом, рассматриваемая в настоящей работе задача совершенствования ресурсосберегающих процессов и аппаратов переработки пищевого сырья путем улучшения баромембранного разделения молочной сыворотки, как наиболее перспективного 5, для воды технологического происхождения на межоперационных стадиях и предполагаемых отходов, представляется весьма актуальной.
Актуальность


Это реализуется за счет больших экономических возможностей предприятий, отлаженной технологии, стимуляции нормативными актами, запрещающими избавляться от сыворотки путем слива и т. На сегодняшний день из сыворотки возможно извлечь сухие вещества до такой степени, что останется дистиллят вода, который можно пустить на Iмойку оборудования от английского i I , в переводе очистка на месте. России работает большое количество малых предприятий, производящих творог в относительно небольших количествах, что затрудняет территориально централизовать переработку сыворотки. По данным ГНУ ВНИИМ, около предприятий молочной отрасли не имеют очистных сооружений. Изза недостатка финансовых средств обновление парка основного технологического оборудования не превышает в год, т. Доля основного технологического оборудования, отвечающего уровню современных требований, не превышает . Все это приводит к достаточно существенным удельным экономическим затратам применяемых технологических процессов и аппаратов. Существенная ресурсоемкость переработки пищевого сырья остро ставит проблемы сокращения его отходов и выделения из отработанной воды на основных технологических процессах вторичного сырья в виде ценных пищевых веществ, что одновременно позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Решение затронутых вопросов невозможно без проведения исследований не только по созданию новых процессов и аппаратов для переработки пищевого сырья, но и технических средств по выделению из воды технологических загрязнений, в частности белковолипидных фракций. Этим исследованиям, затрагивающим проблемы как фундаментального, так и прикладного характера посвящены работы значительного числа отечественных и зарубежных специалистов. Задачи фундаментального характера рассмотрены в трудах Ребиндера П. А., Товбиной З. М., Кука Г. М., Дытнерского Ю. И., Панфилова В. А., Лепилина В. Н., Кретова И. Т., М. С., , i Прикладные исследования по созданию новых технологий и оборудования для пищевых производств освещены в работах Арета В. А., ХрамцоваА. Г., Мачихина С. А., Бредихина С. Н., Колодязной , Антипова С. Т., Острикова А. Н., Борисенко И. И., Тишина В. Б., Лонсдейла Х. На сегодняшний день очевидно несоответствие между рыночными тенденциями потребления продуктов питания, в предварительно обработанных промышленными методами до степени полуфабрикатов видах, и эксплуатацией в пищевых производствах высокоресурсоемких технологий и аппаратов для переработки целого ряда продуктов питания, особенно на стадиях тепловой обработки сопровождающейся большим количеством промывной и технологической воды. Таким образом, рассматриваемая в настоящей работе задача совершенствования ресурсосберегающих процессов и аппаратов переработки пищевого сырья путем улучшения баромембранного разделения молочной сыворотки, как наиболее перспективного 5, для воды технологического происхождения на межоперационных стадиях и предполагаемых отходов, представляется весьма актуальной. Актуальность решаемой задачи подтверждена Концепцией государственной политики в области здорового питания населения Российской федерации и научнотехнической программой Научные исследования высшей школы по приортетным направлениям науки и техники, а также Перечнем критических технологий Российской Федерации утвержденным Президентом Российской Федерации В. Путиным мая г. Технологии экологически безопасного ресурсосберегающего производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания. Пели и задачи исследований. Цель работы решение задачи создания ресурсосберегающего процесса и аппарата за счет совершенствования баромембранного разделения молочной сыворотки на основе интенсификации диффузионного разделения воды и содержащихся в ней белковолипидных фракций при использовании в процессе переработки пищевого сырья. Научная новизна исследований заключается в разработке некоторых гидравлических принципов взаимодействия воды, отходов пищевого сырья, контактирующих с ним рабочих органов и получаемого пермеата в условиях применения широкого спектра предварительной подготовки молочной сыворотки и материалов используемых мембран.