Ультрафільтрація

 

 

ноосмотичецкие (гиперфильт.рационные) ацетатцеллю- лозные мембраны марки МГА используются во многих отраслях народного хозяйства. Наиболее распростра- ненная мембрана марки МГА-95 работает при pH 5—8 и температуре 10—50 °С.

Ультрафильтрационные мембраны марки  УАМ изготовлены на основе ацетатов целлюлозы.

В последние  годы созданы обратноосмотические  мембраны марки МГП и ультрафильтрационные марки УПМ на основе ароматического полиамида, характеризующегося высокой термической и химической стойкостью. Эти мембраны пригодны для работы в средах с широким диапазоном pH и при высоких температурах. В пищевой промышленности применяются мембраны из ароматических полиамидов марки УПМ-П на подложке из нетканого лавсанового полотна.

Основными изготовителями мембран в СССР являются НПО «Полимерсинтез» и ПО «Тасма». На основе выпускаемых мембран созданы установки мембранного разделения. Хорошо зарекомендовала себя отечественная установка «Родник-3» производительностью около 25 м³ в сутки и установки ЭДУ-50 и ЭДУ-100 производительностью соответственно 50 и 100 м³ в сутки.

В настоящее  время на пищевых предприятиях СССР эксплуатируется 17 промышленных и опытно-промыш- ленных установок для водоподготовки, осветления и стабилизации соков и напитков и концентрирования молочной сыворотки. На консервном заводе в г. Абин- ске Краснодарского края эксплуатируется мембранная ультрафильтрационная установка производительностью 1,5—2 т/ч для осветления и стабилизации фруктовых соков.

В Московском технологическом институте пищевой промышленности исследовалась зависимость степени осветления яблочного сока (после процеживания и сепарирования) на улУтрафильтрадионных мембранах «Владипор» от диаметра пор мембран. Полученные данные свидетельствуют о том, что мембраны с порами диаметром 0,025—0,045 мкм обеспечивают высокую степень удаления коллоидных веществ при сохранении в соке исходных количеств сахаров, витаминов и дрУ' гих ценных растворимых веществ. Мембраны с более крупными порами не обеспечивают необходимой степени осветления, с более мелкими — обладают низкой пропускной способностью.

В 1984 г. фирмой «Алби» (ФРГ) была смонтирована двухступенчатая установка для ультрафильтрации, в которой использованы трубчатые модули длиной 3 м, с внутренним диаметром 25 мм и площадью общей мембранной фильтрующей поверхности 0,2 м². В каждой ступени установлено 252 однотрубных модуля, расположенных в 12 вертикальных рядов по 21 трубе в каждом с площадью общей фильтрующей поверхности

8. м².

Процесс осуществляют по следующей технологической схеме. Свежеотжатый сок подвергают грубому фильтрованию на ситовом фильтре, затем отгоняют из него ароматические вещества, охлаждают до 55 °С и собирают в сборнике объемом 40 м³ с системой рециркуляции. Этот сборник одновременно служит для приемки сока после охладителя и питания ультрафильтра- ционной установки. Таких сборников установлено три, в них же производят обработку сока пектолитическими и амилолитическими (при необходимости) ферментами. Из последних двух сборников сок декантируют с осадка и подают в резервуар для рециркуляции, питающий ультрафильтрационную установку. В фильтрационной установке сок проходит последовательно первую и вторую ступени и собирается в сборном резервуаре, из которого подается в испарительную вакуум-установку,где концентрируется до содержания 70—72 % сухих веществ.

Ультрафильтрационная  установка работает непрерывно 10 ч со средней производительностью 14 м³/ч. Затем производят безразборную мойку установки водным раствором, содержащим 0,06—0,12 % едкого натра и 0,3 % гипохлорида натрия. Продолжительность мойки 1 ч, после чего установка вступает в новый цикл работы. Количество концентрированного осадка (ре- тенат) после каждого цикла составляет 2000 л, или 1.4 % от массы сока, и зависит от правильности подобранного диаметра трубчатых мембран и качества сока.

В процессе ультрафильтрации наблюдается изменение цвета яблочного сока от светло-желтого до золотисто-желтого; покоричневения сока вследствие окислительных процессов не обнаружено. Концентрат, полученный из сока, подвергавшегося ультрафильтрации, при хранении темнеет значительно меньше, чем сок осветленный традиционными способами.

Проведенные исследования и имеющийся опыт показывают, что ультрафильтрация является экономичным эффективным способом осветления, имеющим значительные преимущества перед традиционными способами. Однако соки должны быть хорошо подготовлены. Специальные исследования по определению влияния предварительной подготовки сока на скорость и фильтрующую способность мембранных ультрафильтрацион- ных установок при обработке яблочного сока показали, что наиболее эффективна обработка ферментами с последующей сепарацией. Дополнительное осветление яблочного сока желатином и кизельзолем перед ультрафильтрацией практически неэффективно.

На  практике яблочный сок чаще всего  перед ультрафильтрацией обрабатывают ферментами и сепарируют или фильтруют в зависимости от используемого типа ультрафильтрационной установки.

МИКРОФИЛЫРАЦИЯ

Этот  способ занимает среднее положение  между ультрафильтрацией и традиционным фильтрованием через асбестоцеллюлозные пластины. Мембраны для микрофильтрации  пропускают все растворенные вещества и растворитель, удерживая частицы размером 0,1—20 мкм. Процесс проходит без изменения состояния продукта, при низкой температуре и повышенной скорости движения потока.

В течение  последних 10—15 лет мембранные фильтры для микрофильтрации начали применять в разных отраслях пищевой промышленности.

При микрофильтрации  преобладает поверхностное (типа сита) разделение, т. е. все вещества, размер частиц которых больше пор мембраны, задерживаются на фильтрующей поверхности, как и при фильтровании на пластинчатом фильтре преобладают разделение и адсорбция в глубинных слоях. Микрофильтрация меньше зависит от влияния разных неполадок (неожиданное повышение давления, увеличение скорости движения потока, попадание воздуха и т. п.) и гарантирует высокую надежность процесса.

Мембранные фильтры  для микрофильтрации разли« чаются по конструкции и производительности. В пищевой промышленности преимущественно используют фильтры свечного типа с размером пор от 0,02 до8мкм. Свечные фильтры просты по устройству и состоят из следующих фильтрующих и опорных пластин (снару- _жИ — внутрь свечи): предохранительная и опорная пластмассовая сетка; слой пористого материала (бумага и др.) для опоры и грубого фильтрования; мембрана (гетерогенная, двойная); опорный слой. Для увеличения фильтрующей поверхности последовательно установленные слои сильно плиссированы. Полученный слоистый материал сворачивают в цилиндр, в верхней части которого устанавливают внутреннее отводное сетчатое ядро свечи. Длина таких свечей равна 250 мм, но могут быть свечи длиной 500 и 750 мм, 1 м с площадью фильтрующей поверхности 0,2; 0,4; 0,6 и 0,8 M² соответственно. Из свечей готовят модули. Одну или более фильтрующих свечей ставят в цилиндр из нержавеющей стали, который герметично закрывают.

В последние  годы предложено заменить фильтрование через фильтркартон микрофильтрацией, для чего применяют мембраны с более крупными порами. Микрофильтрацию применяют и для стерилизации воздуха при асептическом консервировании. Размер пор в таких фильтрах не превышает 0,5 мкм. Для резервуаров объемом 25 м³ применяют свечной фильтр «Милли- пор», установленный в тубус из нержавеющей стали длиной 80 см. Производительность фильтра 1,5 м³/мин воздуха при разнице в давлении 0,01 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УЛЬТРАФІЛЬТРАЦІЇ

Ультрафільтрація є одним з  видів мем-лайливої технології, що застосовується в харчовій промисловості. Різні  види 'мембранної технології різняться  між собою в залежності від  величини пір застосовуваних мембран (табл. 10).

M і до р про ф і ль  ТІР а ц і я - процес відділення  зва-шенних часток, частин клітин  та ін від рідкої або газо-подібної  середовища шляхом пропуску через  мембрани.

Ул'трафільтрація - • процес поділу рідкого середовища на високо-і низькомолекулярні  сполуки за допомогою мембран, які  пропускають низько-молекулярні  з'єднання і затримують високомоле-кулярние, в тому числі колоїдно-розчинні мікро-молекули, такі, як полісахариди і протеїни.

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕМБРАН

Показники Мі кро-фільтра-ція (МФ) Ультра-фрльтра-цин (УФ) Зворотній

осмос

(OO) Електро-

діаліз

(ЕД)

розмір пор мемб ¬ ран, мкм 0.02-8,0 0; 002-0,2 -

Кордон поділу по молекулярній масі 500 150

робочий тиск, МПа 0,01-0,5 0,1-1,5 1-10

Механізм розділі ¬ ня Ефект  проссівапія Дифузія

(Молеку ¬

лярні

сито) Різні

електричні

елементи

Структура сіммет ¬

ковий Асиметрична Іонообмін ¬

ная

Застосування Фильтро ¬

вання,

стерилізації ¬

зація

(Повітря,

води) Концент-рірова ¬ ня, освітл * ня, стер ¬ зація, фракція-вання Концент  ¬

рірова ¬

ня Демінералі-зація, вос-становлення

 

Зворотний осмос - процес відділення розчини ¬ теля від розчиненого  в ньому речовини за допомогою  мем ¬ бран, які пропускають  молекули розчинника, а частинки, молекули і іони розчинених речовин за ¬  витримують. Близько 99,5% солей і низькомолекулярних речовин (молекулярна маса 100) залишається  в кон ¬ рате.

Е л е кт р о д і а л  і з - процес, при якому іоно-генні  речовини розділяються при проходженні  через іонообмінні мембрани під  дією різниці в електричних потенціалах.

На рис. 26 схематично показано дію  мембран при зворотному осмосу, ультрафільтрації та мікро-фільтрації.

Мембрани. За формою мембрани можуть бути пло ¬ кі, трубчасті і з  порожнистих волокон. Мембрани виготов  ¬ ляють з ацетату целюлози, синтетичних полімерів (полісульфід, полікарбонати, поліакрилату | идр,),, кераміки і металу.Ацетатцелюлозних мембрани мають меншу довговічність і  хімічну устой-чивость порівняно  з мембранами із синтетичних полімерів, менш стійкі до підвищених темпера-турах.

В останні роки стали виготовляти  та використовувати інтерполімерних, мінеральні (керамічні) та металевих  мембрани. Керамічні мембрани име  ¬ ють хорошу хімічну, термічну і  механічну стійкість (20 МПа) і тривалий термін експлуатації.Найбільш перспективними є металеві-кі мембрани. Їх виготовляють з металевого по-рошка або тонкого  металевого (а-алюміній) лис ¬ та, перфорованого лазером.

Мембрани характеризують за двома  основними поки-показника: продуктивності (пропускної способнос ¬ ти) і  селективності (вибірковості). Продуктивність мембрани Q дорівнює кількості фільтрату  У, що пройшов за одиницю часу t через  одиницю робо-чий поверхні F мембрани:

Q = V I {Ft).

Селективність характеризує розділяє спосіб-ність мембрани і виражається  в процентному співвідношенні-ванні  концентрації речовини в розчині  з обох сторін мембрани. Селективність  мембран визначають найчастіше по розчинів хлориду натрію та цукру.

При традиційному способі потік  рідини, біля-жащей фільтруванню, подають  вертикально у верхню частину  фільтру. Фільтрування відбувається в  глибині шару, а зверху на фільтруючу поверхню нашаровуючись-ється товстий  шар осаду, що утруднює фільтрува-ня. При мембранному фільтруванні потік  фільтру ¬ емой рідини подають  горизонтально і вздовж мембра ¬  ни, і внаслідок турбулентного  руху рідини на ефективний фільтраційний  шар мембрани майже не осідає осад, який міг би засмічувати пори. Цей  спосіб фільтрування відомий під  назвою тангенціальне фільтрування (рис. 27).

При тангенціальному фільтруванні речовини, які не пройшли через  мембрану, захоплюються тангенці-альних рухом потоку рідини і в круговороті  фільтрованої середовища безперервно  концентруються.

Мембрани виготовляють з певними, одно-рідними за величиною порами, від чого залежить їх раз-виділяється  здатність. Розділяє здатність мем-бран для ультрафільтрації характеризують молекуляр-ної масою (ММ) речовин, які  проходять через їх

V00OO00 o ^ O00oO0O ° о0о0ов ° о «о SO QOO OQOO OQQOO О О О О О Q О О

ішм

Рис. '2 (7. Схема потоку фільтрованої рідини при фільтруванні:

а - традиційним способом; б - тангенціальному

пори. В даний час виготовляють мембрани для ультрафільтрації, що розділяє спроможність яких знаходиться  в межах між 500 і 1 ТОВ ТОВ ММ.

Модулі. Мембрани монтують в різні  за конст-рукції фільтрувальні пристрої «модулі». В на-варте час створено чотири типи модулів: пластин-чатие, трубчасті, рулонні і з порожнистих волокон.

Пластинчасті рамні модулі побудовані за принципом пластинчастих апаратів; виготовляються прямокутної, круглої  або елліпсовіднимі форми з горизонтально  або вертикально поставленими плас-тинами. Основний їх недолік - тривалий час  для заміни пошкоджених мембран  і високі втрати тиску; рух рідини переважно лами-Нарнії.

Трубчасті модулі побудовані за принципом  трубчастих апаратів; мають труби  з внутрішнім діа-метром 12,5-25,4 мм, довжиною 5 м. Мембрана знаходиться з внутрішньої  сторони труби, через яку тече фильтруемая рідина. Модуль може складатися з од-ної або декількох (2-18) труб. Переваги трубчастого модуля - зручна та проста форма, інтенсивність-пасивного  турбулентний рух рідини, невисока ступінь забивання пор мембрани, легкі контроль процесу і очищення; недоліки - велика витрата електроенергії і низька компактність.

Рулонні модулі складаються з так  званих мембранних кишень, в яких знаходяться  шари по-Рісто матеріалу для підведення фільтрату до відвідної