Ультрафільтрація

трубі модуля. Між мембранами розміщений шар сет-чатого матеріалу, який збільшує відстань між мембранами і викликає відому турбулент-ність поточної рідини. При виготовленні модуля мембранні  кишені з пористими і сітчастими шару ¬ ми в них навивають у  вигляді рулону навколо відвідної  труби, яка перфорована.Отриманий  рулон діаметром 12 см і довжиною 90 см потім поміщають в циліндр.

В рулонних модулях турбулентність фільтрованої рідини хороша, вони компактні  і витрачають мало енергії, при пошкодженні  мембрани легко замінити. Недоліки модулів - в значній втраті тиском-ня.

Модулі з порожнистих волокон  складаються з полі-мірних порожнистих  волокон, зібраних в пучки, покладених в циліндр і закріплених з  обох сторін пластинами.Внутрішній діаметр  порожнистих волокон від 0,6 до 2 мм. Активний фільтруючий шар може бути з внутрішньої або зовнішньої сторони полого волокна, в зв'язку з чим фільтрування може проходити  двома способами: з-середини - назовні через подачу рідини для фільтро-вання в порожнисті волокна або зовні - всередину шляхом подачі рідини для фільтрування в циліндр між пучками волокон, при цьому фільтрат відводиться з внутрішніх порожнин волокон. Ці модулі мають хо-рошую компактність; рух рідини в них лами-Нарнії; волокна швидко забруднюються і їх дуже працю-но очищати; при заміні одного волокна необхідно змінити весь модуль, не підходять для обробки жид-кісток, що містять тверді частинки.

Модулі випускають з різною фільтрує поверх-ностью, вони можуть мати одну, дві, три і більше сек ¬ цій, включених паралельно, послідовно або  змішано.

Установка для ультрафільтрації або  зворотного ос-Моса включає приймальний  резервуар для продукту, що підлягає фільтруванню, що живить насос, цирку-ляційний насос, систему модулів, теплообмінник  і контрольно-вимірювальні прилади (тиску і темпе-ратури).

Фільтрування через мембрани (УФ, 00) може здійснюватися трьома способами: періодичним, підлозі ¬ безперервним і безперервним.

 

Рис. 28. Схема періодичного способу  ультрафільтрадіі:

j - фільтруючі патрони, 2 - фільтр, 3 - насоси; 4 - резервуар

 

Періодичний спосіб (рис. 28), незважаючи на високу продуктивність, простоту і  низьку вар-тість установки, має  обмежене застосування вві-ду тривалої рециркуляції і затримки продук-та протягом усього часу фільтрування, що може привести до фізико-хімічними  та мікробіологічними змін . Крім того, при цьому способі необхід  ¬ мо мати великий резервуар.

Полунепреривним спосіб менш тривалі-вальний; продукт безперервно подається  в резервуар для рециркуляції, і це знижує час знаходження продукту в'ультрафільтраціонной установці. Вироб-дітельность  способу трохи нижче періодичного, але трохи вище безперервного. Установка  дешева і нескладна.Установки по ультрафільтрації соків і напоїв працюють за цим способом.

Безперервний спосіб здійснюється найчастіше при двох і більше установках для УФ. Продукт знаходиться в  установці всього декілька хвилин. Произ-водітельность способу нижче  перших двох, а вартість вища.

В сокової промисловості мембранна  технологія знайшла застосування для  різних цілей: ультрафільтри-ція - для  освітлення соків, зворотний осмос - для концентрування соків, електродіаліз - для знижено-ня кислотності, мікрофільтрація - для фільтрува-ня соків. Найбільш широко впроваджується ультрафільт-рація, для  якої промислові установки випуску-ються  багатьма фірмами. Найбільш часто ультрафільт-

рація застосовується при виробництві  освітлених кон-центрованих яблучних соків.При цьому ультра-фільтрація замінює не тільки сепаратор, кизельгур-вий  і пластинчастий фільтрпресі, а  й обробку освітлюючими речовинами.

Низька межа пропускання ультрафільтраційних-них  мембран (наприклад, молекулярна маса 18 000 для трубчастих мембран фірми  «Абкор») гарантує повне відділення нативних білків, навіть якщо вони на-ходяться в стані колоїдного розчину. Полісу-харидов, такі, як пектин, крохмаль і деякі  тан-Ніни, також відокремлюються, якщо розміри їх молекул більше значення межі пропускання мембрани. Ho деякі  олігосахариди, які пройшли через  ультра-фільтраційну мембрану, можуть полимеризоваться під час хр Аненій, викликаючи утворення вторинного помутніння, що можна попередити шляхом поперед-редньо обробки соку.

Поліфеноли, неполимеризованного  або не з'єднаний-ні в макромолекули, проходять через мембрану. У соку нестійкі фенольні сполуки можуть по-лімерізоваться, утворюючи таніни, які, взаємодій-ству з білками, сприяють появі вторинного помутніння. При традиційних способах фільтрува ¬ ня ці сполуки зазвичай видаляють шляхом обробки бентонітом. При ультрафільтрації цю проблему ре-шают видаленням одного з компонентів  реакції - бел-ка. Тому при виборі мембран  для освітлення со ¬ ков необхідно  забезпечити видалення білків.

Крім розчинених і зважених в  розчині мак-ромолекул, при ультрафільтрації повністю видаляють бактерії, дріжджі, цвілеві гриби та їх спори. По-цьому  фільтрат, отриманий при ультрафільтрації, є стерильним. Однак при розливі  такого со ¬ ка можливо вторинне інфікування соку при про-ходінні  через розливально-закупорювальне устаткування, тому процес пастеризації виключати не можна, якщо не забезпечені  асептичні умови розливу.

Ультрафільтраційні мембрани, затримуючи кол-Лоіді, пропускають всі цінні  компоненти соків - са-хара, органічні  кислоти, мінеральні речовини, розчинні вітаміни і амінокислоти, тому їжі-вая  і біолотіческая цінність соку не знижується (табл. 11).

Освітлений сік

Показники I: Ходна

сік ультр а-фільтрація традиційними ¬

онний

спосіб *

 

 

 

 

Сухі розчинні речовини, г/дм3

Екстрактивні речовини без са ¬  хара, г/дм3

Загальний вміст цукрів, г/дм3 У  тому числі: сахароза глюкоза фруктоза Кислоти (по яблучної кислоти), г/дм3

Аскорбінова кислота, мг/дм3 pH

Загальні поліфеноли, мг/дм3

Фосфор, мг/дм3

Калій, г/дм3

Кальцій, мг/дм3

Магній, мг/дм3

Натрій, мг/дм3

Зола, г/дм3

Пролін, мг/дм3

Колір (420 нм)

152,3 15 (H) i 147,42

29,01 30,99 33,38

123,29 119,62 114,04

35,62 31,35 30,36

20,90 22,02 19,69

66,77 66,25 63,99

7,7 7,6 7,0

39 33 23

3,25 3,26 3,39

- 583,5 554,0

68 66 65

1,29 1,26 1,26

67,5 67,5 117,5

53,6 54,0 118,4

5,3 22,8 22,3

2,66 2,65 2,99

46 45 42

0,244 0,287

 

 

ноосмотічецкіе (гіперфільт.раціонние) ацетатцеллю-Лозне мембрани марки  МГА використовуються в багатьох галузях народного господарства. Найбільш поширеною-ненная мембрана марки  МГА-95 працює при pH 5-8 і температурі 10-50 ° С.

Ультрафільтраційні мембрани марки  УАМ з-готую на основі ацетатів целюлози.

В останні роки створені обратноосмотичні мембрани марки МГП і Ультрафільтраційні марки УПМ на основі ароматичного поліаміду, характери-зующіхся високої  термічної та хімічної стійко-стю. Ці мембрани придатні для роботи в середовищах  з широким діапазоном pH і при  високих температу ¬ рах. У  харчовій промисловості застосовуються мембра ¬ ни з ароматичних поліамідів марки УПМ-П на підкладці з  нетканого лавсанового полотна.

Основними виробниками мембран  в СРСР є-ются НВО «Полімерсінтез»  і ПО «Тасма». На основі випускаються мембран створені установки мембранно  ¬ го поділу. Добре зарекомендувала  себе вітчизняні-жавна установка  «Родник-3» продуктивністю око ¬  ло 25 м3 на добу і установки Еду-50 і Еду-100 вироб ¬ водітельность  відповідно 50 і 100 м3 на добу.

В даний час на харчових підприємствах  СРСР експлуатується 17 промислових  і дослідно-промисло-лених установок  для водопідготовки, освітлення та стабілізації соків та напоїв і концентрування молочної сироватки. На консервному  заводі в м. Абін-ську Краснодарського  краю експлуатується мембранна ультрафільтраційних  установка продуктивністю 1,5-2 т / год  для прояснення і стабілізації фруктових  соків.

У Московському технологічному інституті  харчової промисловості досліджувалася залежність ступеня освітлення яблучного  соку (після проціджування і се-парирування) на улУтрафільтрадіонних мембранах  «Владіпор» від діаметра пор мембран. Отримані дані свідчать про те, що мембрани з пора ¬ ми діаметром 0,025-0,045 мкм  забезпечують високий ступінь видалення  колоїдних речовин при збереженні в соку вихідних кількостей цукрів, вітамінів і дру 'гих цінних розчинних  речовин. Мембрани з більш великими порами не забезпечують необхідної сте-пені освітлення, з більш дрібними - володіють  низькою пропускною здатністю.

У 1984 р. фірмою «Албі» (ФРН) була смонтірова ¬ на двоступенева установка для  ультрафільтрації, в якій використані  трубчасті модулі довжиною 3 м, з  внутрішнім діаметром 25 мм і площею загальною ме-мбранной фільтруючої  поверхні 0,2 м2. У кожного ступеня  встановлено 252 однотрубних модуля, распо-лежання в 12 вертикальних рядів  по 21 трубі в каж-дом з площею загальної фільтруючої поверхні

100,8 м2.

Процес здійснюють за наступною  технологічне-кою схемою. Свіжовіджатий  сік піддають грубому фільтруванню на ситової фільтрі, потім відганяють з нього ароматичні речовини, охолоджують до 55 ° С і збирають у збірнику обсягом 40 м3 з системою рецір-спекуляцій. Ця збірка одночасно служить для при-емкі соку після охолоджувача та харчування ультрафільтри-ционной установки. Таких збірників встановлено три, в них же роблять обробку соку пектолітіческімі і амилолитическими (при необхідності) ферментами. З останніх двох збірок сік декантирують з облог-ка і подають в резервуар для рециркуляції, що живить ультрафільтраційну установку. В фільтраційної установки сік проходить послідовно першу і вто-рую щаблі й збирається в збірному резервуарі, з ко-торого подається в випарну вакуум-установку, де концентрується до вмісту 70-72% сухих ве ¬ ществ.

Ультрафільтраційних установка працює неперервним-ної 10 год з середньою  продуктивністю 14 м3 / ч. Потім проводять  безрозбірного мийку установки  вод-ним розчином, що містить 0,06-0,12% їдкого нат ¬ ра і 0,3% гіпохлориду  натрію.Тривалість мийки 1 год, після  чого установка вступає в новий  цикл роботи.Кількість концентрованого  осаду (ре-тенат) після кожного циклу  складає 2000 л, або 1.4% від маси соку, і  залежить від правильності подоб-ранного  діаметра трубчастих мембран та якості соку.

В процесі ультрафільтрації спостерігається  зраді-ние кольору яблучного соку від світло-жовтого до золо-Тісти-жовтого; покоричневінню соку внаслідок окисли ¬ тільних процесів не виявлено. Концентрат, статтю ¬ чений з соку, що піддавався ультрафільтрації, при  зберіганні темніє значно менше, ніж  сік освітлений традиційними способами.

Проведені дослідження і наявний  досвід показують, що ультрафільтрація є економіч-ним ефективним способом освітлення, які мають зна-ве переваги перед традиційними спосо-бами. Однак  соки повинні бути добре підготовлені. Спеціальні дослідження з визначення впливу попередньої підготовки соку на швидкість і фільт-рующую здатність  мембранних ультрафільтраційних-них  установок при обробці яблучного  соку показу ¬ ли, що найбільш ефективна  обробка ферментами з подальшою  сепарацією. Додаткове прояснений ¬  ня яблучного соку желатином і  кізельзолем перед ультрафильтрацией  практично неефективно.

На практиці яблучний сік найчастіше перед ульт-рафільтраціей обробляють ферментами і сепарують-ють або  фільтрують в залежності від використовуваного  ти ¬ па ультрафільтраційний установки.