Введение к работе
Актуальность темы. В результате научно - технического прогресса в
последние десятилетия наблюдается рост числа физических, химических и иных факторов, оказывающих негативное влияние на состояние окружающей среды и здоровье человека. Вследствие ухудшения экологической обстановки уровень содержания токсичных химических соединений, радионуклидов, биологических агентов, микроорганизмов в продуктах питания способствует нарастанию негативных тенденций в состоянии здоровья населения Кузбасса.
Для изменения создавшегося положения требуется оснащение предприятий современной техникой, создание принципиально новых технологий, обеспечивающих комплексную безотходную переработку сырья и организацию производства экологически безопасных и полноценных комбинированных продуктов питания. При этом нужно учитывать потребности различных возрастных групп и состояние здоровья населения.
Как в пищевой, так и во многих других отраслях народного хозяйства довольно широко распространены процессы разделения и очистки различных жидких сред. Уровень развития машин и аппаратов, используемых в настоящее время для этой цели недостаточен. Особенно это относится к выделению высокомолекулярных соединений, таких как белки, которые имеют важное значение в здоровом питании человека. Белки молока являются полноценными, так как содержат все незаменимые аминокислоты. Выделив их, можно синтезировать разнообразные белковые пищевые продукты.
Для реализации данного процесса целесообразно использовать мембранные методы, в частности, ультрафильтрацию. Так как для интенсификации процесса ультрафильтрации технические возможности усовершенствования (турбулизация потока за счет увеличения его скорости, использования турбули-зирующих вставок, введения дисперсной фазы и пр.) практически исчерпаны, остается искать другие, нетрадиционные подходы. Один из них основан на использовании явления концентрационной поляризации. При таком подходе непрерывно осуществляют отвод поверхностного диффузионного слоя с более высокой концентрацией задерживаемых веществ по отношению к основному потоку. В данном направлении был разработан ряд конструкций аппаратов, которые можно условно разделить на две группы, отличающихся отводом диффузионного слоя из разных областей аппарата. При этом общим и наиболее существенным их недостатком является небольшая величина отводимого слоя (производительность). Поэтому разработка высокоэффективного оборудования для осуществления мембранных процессов является актуальной научной задачей. Для интенсификации процесса целесообразно использовать комбинированную конструкцию, сочетающую положительные стороны обеих групп.
Цель и задачи исследований. С учетом вышеизложенного целью работы является разработка аппарата с комбинированным отводом диффузионного слоя для интенсификации процесса мембранного концентрирования молрчцых сред.
РОС НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА і СПетср«у?Г f/Q \
оэ паи wlfrf \
*т*
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: создание математической модели формирования диффузионного слоя на поверхности трубчатой мембраны; разработка конструкции аппарата с комбинированным отводом диффузионного слоя; определение рациональных удельных объемов отводимого слоя из различных областей аппарата; экспериментальные исследования влияния технологических режимов мембранного концентрирования с использованием нового аппарата с целью нахождения их рациональных значений при обработке молочных продуктов.
Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая формирование гелевого и диффузионного слоев (ДС) на поверхности трубчатой мембраны и позволяющая оценить профиль концентрации в ДС; усовершенствована классификация мембранных аппаратов, где деление на классы производится по признаку отношения к явлению концентрационной поляризации и возможности проведения очистки мембраны; получены экспериментальные данные о влиянии основных технологических режимов мембранной переработки молока и творожной сыворотки на массовое содержание сухих веществ в отводимом ДС и определены их рациональные параметры.
Практическая значимость и реализация. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана новая конструкция мембранного аппарата с комбинированным отводом диффузионного слоя, техническая новизна которого защищена патентом РФ. Найдены значения рациональных удельных объемов отводимого слоя из различных областей аппарата, при которых концентрация и количество его максимальны. Разработанный аппарат прошел опытную проверку на Гормолзаводе № 2 г. Кемерово. Полученный при этом концентрат творожной сыворотки был использован для производства десерта «Фантазия». Предложена технологическая схема производства адаптированной детской смеси с использованием разработанного мембранного аппарата.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» КемТИПП при подготовке бакалавров и магистров.
Автор защищает. Новую конструкцию мембранного аппарата с комбинированным отводом диффузионного слоя, позволяющую интенсифицировать процесс мембранного концентрирования молочных сред; математическую модель формирования гелевого и диффузионного слоев на поверхности трубчатой мембраны; результаты экспериментальных исследований разработанного аппарата.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на ежегодных науч. конф. КемТИППа (2000 - 2003); науч.-техн. конф. «Молодые ученые -пищевым и перерабатывающим отраслям АПК (технологические аспекты производства)» (Москва, 2000); 4-ой межд. науч.-техн. конф. «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2001); межд. симпозиуме «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, 2002).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, из них 1 в центральном журнале, 1 депонированная рукопись, 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 113 страницах машинописного текста. Работа включает 30 рисунков, 7 таблиц. Список литературы содержит 113 наименований. Приложения представлены на 13 страницах.
Похожие диссертации на Разработка и исследование мембранного аппарата с комбинированным отводом диффузионного слоя
