Дослідження процесу ультрафільтраційного концентрування сколотин та його апаратурне оформлення - Автореферат

Серед них особливу роль відіграють мембранні методи, зокрема ультрафільтрація (УФ), промислове застосування яких розпочалося в шістдесяті роки минулого сторіччя і які на сьогодні використовуються практично в усіх галузях промисловості. Застосування УФ в харчовій промисловості є особливо перспективним, оскільки вона дозволяє здійснювати очищення та концентрування харчових рідин без впливу температури, що сприяє зберіганню нативних властивостей харчових нутрієнтів, підвищувати ступінь використання окремих компонентів сировини, знижувати енергоємність процесів, отримувати продукти харчування підвищеної харчової цінності. Насамперед це повязано з відсутністю обєктивної інформації стосовно характеристик, властивостей та режимів експлуатації сучасних УФ мембран, недосконалістю конструкцій вітчизняних промислових УФ установок, відсутністю ультрафільтраційних модулей малої потужності. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до основних напрямків наукових досліджень Харківського державного університету харчування та торгівлі за темою № 10-03-06 Б “Удосконалення процесів та обладнання для переробки харчової сировини на підприємствах харчування“, а також за госпдоговірною тематикою “Дослідження процесу ультрафільтрації сколотин з метою розробки технології мякого морозива” (№ держреєстрації 0102V003971). встановити раціональні параметри технологічних режимів процесу УФ сколотин з вібраційним перемішуванням та з пульсуючою подачею вихідної сировини;Дослідження процесу ультрафільтрації сколотин проводили: в тупиковому режимі - за загальноприйнятою методикою, в режимах з вібраційним перемішуванням та з пульсуючою подачею вихідної сировини - за методикою, що враховує запропоновані конструктивні особливості УФ пристроїв. При цьому коефіцієнт розраховували за формулою: , (3) де g - коефіцієнт форми часток (зерен) матеріалу; П - пористість матеріалу мембрани;n - кінематичний коефіцієнт вязкості фільтруючого середовища, м2/с; dз - середній діаметр часток (зерен), м; g - прискорення вільного падіння, м/с2. З метою запобігання утворення гель-шару на поверхні напівпроникної мембрани оцінювали товщину потоку рідини d (м) над її поверхнею, де необхідно створити турбулентний рух, за формулою: , (4) де l - характерний розмір потоку рідини, м; Re - число Рейнольдса для турбулентного потоку, що омиває мембрану; x - коефіцієнт гідравлічного тертя. Було визначено коефіцієнт усадки мембран, значення якого складають для мембрани ГР61ПП 0,40...0,45, мембрани ГР81ПП - 0,20...0,25. З метою запобігання утворення поляризаційного шару високомолекулярних сполук на поверхні напівпроникних мембран запропоновано проводити процес УФ сколотин з їх вібраційним перемішуванням над поверхнею мембрани та з пульсуючою подачею вихідної сировини. залежність продуктивності напівпроникних мембран, що досліджувались, від тиску процесу УФ сколотин за різних режимів (температура сколотин 200С).На підставі аналізу науково-технічної літератури, комплексних патентних досліджень було зроблено висновок про те, що використанню мембранних технологій в харчових галузях промисловості України перешкоджає відсутність комплексних наукових досліджень процесів мембранної обробки харчових систем, зокрема УФ, та їх апаратурного оформлення. Це зумовлює необхідність проведення досліджень технічних характеристик сучасних напівпроникних мембран, визначення раціональних параметрів технологічного процесу ультрафільтраційного концентрування окремих видів сировини, розробки невеликих за продуктивністю ультрафільтраційних модулей для забезпечення потреб харчових підприємств малої та середньої потужності. Визначено вплив тиску, температури, РН середовища на продуктивність мембран, запропоновані найбільш раціональні баричні, температурні та хімічні параметри процесу ультрафільтрації з їх застосуванням. Встановлено, що величина коефіцієнта усадки мембран, який враховує нестабільність їх продуктивності в початковий період експлуатації, складає для мембрани ГР 61 ПП 0,40...0,45, для мембрани ГР 81 ПП - 0,20...0,25. Встановлено, що процес УФ сколотин з вібраційним перемішуванням необхідно проводити за значень тиску 0,4...0,5 МПА, температури 40...500С, швидкості пульсуючих потоків 1,5...1,7 м/с; процес УФ з пульсуючою подачею вихідної сировини - за значень тиску 0,5...0,6 МПА, температури 40...500С, частоти пульсуючої подачі 90...100 хв-1.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. На підставі аналізу науково-технічної літератури, комплексних патентних досліджень було зроблено висновок про те, що використанню мембранних технологій в харчових галузях промисловості України перешкоджає відсутність комплексних наукових досліджень процесів мембранної обробки харчових систем, зокрема УФ, та їх апаратурного оформлення. Це зумовлює необхідність проведення досліджень технічних характеристик сучасних напівпроникних мембран, визначення раціональних параметрів технологічного процесу ультрафільтраційного концентрування окремих видів сировини, розробки невеликих за продуктивністю ультрафільтраційних модулей для забезпечення потреб харчових підприємств малої та середньої потужності.

2. Отримано відомості про структуру та властивості ультрафільтраційних мембран другого покоління типу ГР. Визначено вплив тиску, температури, РН середовища на продуктивність мембран, запропоновані найбільш раціональні баричні, температурні та хімічні параметри процесу ультрафільтрації з їх застосуванням. Встановлено, що величина коефіцієнта усадки мембран, який враховує нестабільність їх продуктивності в початковий період експлуатації, складає для мембрани ГР 61 ПП 0,40...0,45, для мембрани ГР 81 ПП - 0,20...0,25.

3. Доведено, що за швидкістю фільтрації, селективністю по білку і лактозі, іншими характеристиками мембрани типу ГР є перспективними для здійснення процесу УФ сколотин. Визначені раціональні технологічні параметри процесу УФ сколотин в тупиковому режимі. Встановлено, що робочий тиск процесу повинен дорівнювати 0,4...0,5 МПА, температура фільтрації - 40...500С.

4. Підтверджено, що ефективність експлуатації ультрафільтраційних установок під час концентрування молочної сировини (сколотин) знижує утворення на поверхні напівпроникної мембрани поляризаційного шару високомолекулярних сполук. Запропоновано для запобігання утворення поляризаційного шару проводити процес УФ сколотин з їх вібраційним перемішуванням над поверхнею мембрани та з пульсуючою подачею вихідної сировини.

5. Визначені раціональні технологічні параметри процесу УФ сколотин з використанням заходів його інтенсифікації. Встановлено, що процес УФ сколотин з вібраційним перемішуванням необхідно проводити за значень тиску 0,4...0,5 МПА, температури 40...500С, швидкості пульсуючих потоків 1,5...1,7 м/с; процес УФ з пульсуючою подачею вихідної сировини - за значень тиску 0,5...0,6 МПА, температури 40...500С, частоти пульсуючої подачі 90...100 хв-1. Доведено, що зазначені конструктивні особливості та технологічні режими дозволяють інтенсифікувати процес ультрафільтраційного концентрування сколотин порівняно з УФ в тупиковому режимі відповідно в 2,0 та 1,6 рази.

6. Розроблені дослідно-експериментальні зразки ультрафільтраційних модулей з плоскими фільтрувальними елементами: з вібраційним перемішуванням рідини над поверхнею мембран та з пульсуючою подачею вихідної сировини. Визначені основні техніко-економічні показники роботи модулей, створений комплект конструкторської документації на їх виробництво.

7. Здійснено комплекс заходів із впровадження результатів досліджень в практику. Дослідно-промислові зразки ультрафільтраційних модулей пройшли промислову апробацію в умовах ВАТ “Галактон”, м. Київ, комплект конструкторської документації на їх виробництво передано на АТВТ “Донецький завод “Продмаш”. Розроблені та затверджені практичні рекомендації “Підвищення продуктивності промислових ультрафільтраційних установок при ультрафільтраційному розділенні сколотин та їх використання в технологіях мякого морозива на молокопереробних підприємствах середньої та великої потужності. Економічна ефективність від впровадження результатів досліджень складає 80,24 тис. грн. на рік.

1. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Теоретичний розгляд гідравлічних явищ під час ультрафільтрації // Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічне обґрунтування у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб. наук. пр. - Ч. 1. - Харків: ХДАТОХ, 2001. - С. 261-265.

Здобувачем проаналізовано гідравлічні явища під час ультрафільтрації, які впливають на рівень концентраційної поляризації високомолекулярних речовин на поверхні напівпроникних мембран.

2. Юдіна Т.І., Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Дослідження хімічного складу білкового концентрату сколотин, одержаного методом ультрафільтрації // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Вип. 7.- Донецьк: ДОНДУЕТ, 2002. - С. 171-174.

Здобувачем досліджено хімічний склад УФ концентратів сколотин з різним фактором концентрації.

3. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Розробка промислового модуля для ультрафільтраційної обробки біологічних рідин // Науковий вісник Полтавського університету споживчої кооперації України. Серія “Технічні науки”. - 2002. - №3(7). - С. 66-68.

Здобувачем запропоновано принципову схему ультрафільтраційної установки для УФ обробки біологічних рідин.

4. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Розробка принципово нового промислового модуля для ультрафільтрації знежиреної молочної сировини (сколотин) // Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх економічне обґрунтування у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі: Зб. наук. пр. - Ч. 1. - Харків: ХДАТОХ, 2002. - С. 249-253.

Здобувачем розроблено промисловий ультрафільтраційний модуль з вібраційним перемішуванням рідини над поверхнею мембран.

5. Дейниченко Г.В., Мазняк З.А. Интенсификация ультрафильтрации пахты // Молочная промышленность. - 2003.- №6 - С.58-59.

Здобувачем запропоновано шляхи інтенсифікації і наведено раціональні параметри процесу ультрафільтрації сколотин.

6. Дейниченко Г.В., Поперечний А.М., Мазняк З.О. Спосіб концентрування білка із вторинної молочної сировини (сколотин) // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр.- Вип. 9.- Донецьк: ДОНДУЕТ, 2003. - С. 92-96.

Здобувачем досліджено спосіб концентрування білка із вторинної молочної сировини (сколотин).

7. Деклараційний патент 54980 А Україна, МКВ В 01 D 61/00. Пристрій для ультрафільтрації біологічних рідин / О.І. Черевко, Г.В. Дейниченко, З.О. Мазняк, А.М. Поперечний, Т.І. Юдіна (Україна). - №2002064643; Заявл. 06.06.02; Опубл. 17.03.03, Бюл. №3. - 3 с.

Здобувачем практично втілено та випробувано промисловий ультрафільтраційний модуль з перфорованими вібруючими пластинами.

8. Деклараційний патент 55902 А Україна, МКВ В 01 D 61/00. Ультрафільтраційний модуль з пульсуючою подачею вихідної сировини / Г.В. Дейниченко, З.О. Мазняк, А.М. Поперечний, А.М. Михайлова (Україна). - №2002075997; Заявл. 19.07.02; Опубл. 15.04.03, Бюл. №3. - 3с.

Здобувачем практично втілено та випробувано промисловий ультрафільтраційний модуль з пульсуючою подачею вихідної сировини.

9. Мазняк З.О. Ультрафільтраційна установка для концентрування знежиреної молочної сировини // Праці 67 Наук. конф. студентів, аспірантів і молодих вчених НУХТ. - Ч. 2. - К.: НУХТ. - 2001. - С. 23.

Здобувачем надано опис УФ установки для концентрування знежиреної молочної сировини.

10. Поперечний А.М., Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Удосконалена ультрафільтраційна установка для мембранної обробки біологічних рідин // Праці Міжнар. наук.-техн. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”. - Словяногірськ: ДОНДУЕТ. - 2001. - С. 88-89.

Здобувачем запропоновано шляхи модернізації апаратурного оформлення мембранної обробки біологічних рідин.

11. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Ультрафільтраційний модуль для згущення біологічних рідин // Праці VII міжнар. наук.-техн. конф. “Пріоритетні напрямки впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання і нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення”. - К.: НУХТ. - 2001. - С. 163-164.

Здобувачем встановлено технічні характеристики ультрафільтраційного модуля з віброперемішуванням вихідної сировини.

12. Мазняк З.О. Дослідження процесу ультрафільтраційного концентрування сколотин // Праці Міжнар. наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів “Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості”. - Ч. 2. - К.: НУХТ. - 2002. - С. 35.

Здобувачем досліджено вплив тиску на швидкість концентрування сколотин та фактор концентрації.

13. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О., Єфімова В.О. Промисловий ультрафільтраційний модуль із роликовою системою регулювання подачі первинної сировини // Праці IX міжнар. наук.-практ. конф. “Машиностроение и техносфера XXI века”. - Донецьк: ДНТУ. - 2002. - С. 180-183.

Здобувачем запропонований промисловий ультрафільтраційний модуль із роликовою системою регулювання сировини.

14. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Про баромембранні методи розділення молочної сировини // Праці Міжнар. наук.-метод. конф., присвяченої 35-річчю ХДАТОХ “Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв і торгівлі”. - Харків: ХДАТОХ. - 2002. - С. 181-182.

Здобувачем розглянуті особливості окремих баромембранних методів розділення молочної сировини.

15. Дейниченко Г.В., Мазняк З.О. Визначення оптимального температурного режиму при ультрафільтраційному концентруванні сколотин // Праці Міжнар. наук.-техн. конф. “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка”. - Святогірськ: ДОНДУЕТ. - 2003. - С. 80-82.

Здобувачем визначено оптимальний температурний режим при ультрафільтраційному концентруванні сколотин.

Размещено на .ru