Введение к работе
Актуальность темы. В молочной промышленности актуальна проблема увеличения переработки вторичного молочного сырья, объемы которого ежегодно возрастают. С этой точки зрения выгодно использовать мембранные методы, применение которых позволяет получать ценные компоненты в нативном виде, а также создавать принципиально новые технологии продуктов с минимальными энергетическими и материальными затратами.
Основным недостатком мембранных методов является концентрационная поляризация. Для снижения данного явления на поверхности мембраны в типовых конструкциях используют различные способы. Однако они либо недостаточно эффективны, либо их использование невозможно из-за негативного влияния на качество получаемого продукта. Поэтому в последнее время разработаны мембранные аппараты, использующие явление концентрационной поляризации. Анализ этого оборудования показывает, что в нем происходит снижение производительности по отводимому фильтрату вследствие того, что с течением времени образуется неподвижный слой задерживаемых веществ на поверхности мембраны и возникает необходимость ее очистки.
В конструкциях, где предусмотрена промежуточная очистка мембраны, происходит увеличение вспомогательного времени и уменьшение основного, что также снижает производительность. В этой связи перспективным направлением в мембранной технологии является разработка оборудования, позволяющего совместить процессы отвода диффузионного слоя и очистки от неподвижного слоя, находящегося непосредственно на мембране.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка ультрафильтрационного аппарата, позволяющего совместить процесс концентрирования молочных сред с очисткой мембраны для увеличения производительности.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
разработка математической модели формирования диффузионного слоя в процессе ультрафильтрации;
разработка конструкции мембранного аппарата, позволяющей проводить очистку одновременно с отводом диффузионного пограничного слоя;
экспериментальные исследования новой конструкции мембранного аппарата и изучение влияния его технологических параметров процесса на концентрацию отводимого диффузионного слоя и проницаемость мембраны, с целью нахождения их рациональных значений при обработке молочных сред;
определение рациональных параметров очистки и выбор оптимального режима работы аппарата;
сравнительный анализ разработанной конструкции с другими видами оборудования.
Научная новизна. Разработана математическая модель формирования диффузионного слоя в процессе ультрафильтрации. Модель описывает процессы формирования диффузионного слоя на мембране и изменение производительности мембраны по фильтрату с учетом времени.
Предложены уравнения регрессий процесса мембранного концентрирования для обезжиренного молока и творожной сыворотки, учитывающие влияние технологических параметров процесса на массовое содержание сухих веществ в отводимом диффузионном слое, проницаемость мембраны, найдены их рациональные значения.
Определены и изучены основные параметры очистки, влияющие на проницаемость мембраны, получены уравнения регрессии, характеризующие их взаимосвязь, найдены рациональные значения.
Проанализирован алгоритм совместной работы аппарата в режиме концентрирования и очистки мембраны при обработке обезжиренного молока и творожной сыворотки, найдено их оптимальное соотношение, позволяющее добиться наибольшей производительности процесса.
Практическая значимость и реализация. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработаны две конструкции мембранных аппаратов с отводом диффузионного пограничного слоя, техническая новизна которых защищена патентами РФ.
Проведены испытания опытно-промышленного аппарата на ООО МПО «Скоморошка», которые показали его эффективность.
Предложена технология производства молочно-сывороточных напитков с использованием концентрата сыворотки, полученного на новом мембранном аппарате.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» ГОУ ВПО КемТИПП в дипломном и курсовом проектировании.
Автор защищает. Новую конструкцию мембранного аппарата с совмещенным отводом диффузионного пограничного слоя и очисткой мембраны; математическую модель формирования диффузионного слоя в процессе ультрафильтрации; результаты экспериментальных исследований разработанного аппарата.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях КемТИППа (2005 - 2007); Международной научно-технической конференции «Повышение качества продукции и эффективности производства» (Курган, 2006);VIII Всероссийском форуме молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территорий и предприятий во взаимозависимом мире» (Екатеринбург, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Образование для новой России: опыт, проблемы, перспективы» (Юрга, 2005); Межрегиональной научно-практической конференции «Здоровое питание — основа жизнедеятельности человека» (Красноярск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликована 16 работ, из них 1 в центральном журнале, 2 депонированные рукописи, 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 105 страницах машинописного текста. Работа включает 34 рисунка, 12 таб-
лиц. Список литературы содержит 135 наименования. Приложения представлены на 14 страницах.
Похожие диссертации на Разработка и исследование ультрафильтрационного аппарата с совмещенным отводом диффузионного пограничного слоя и очисткой мембраны
