Введение к работе
Актуальность темы. В промышленности достаточно распространены процессы разделения и концентрирования пищевых сред. Это обусловлено тем, что в процессе переработки пищевого сырья на промежуточных стадиях или при получении готовых продуктов образуются неоднородные системы, которые необходимо подвергать обработке. В молочной промышленности наиболее часто применяется концентрирование обезжиренного молока, выделение наиболее ценных составных частей из молочной сыворотки, в частности, белка.
Баромембранные методы являются наиболее перспективными методами обработки молочного сырья, позволяющими с новых позиций решать вопросы, связанные с организацией производства молочных продуктов высокого качества при снижении материальных и энергетических затрат. Кроме того, применение мембранных методов для переработки молочного сырья открывает широкие возможности получения ценных компонентов в нативном виде, производства новых видов продуктов с заданным химическим составом и высокой биологической ценностью. Внедрению мембранных технологий в пищевую промышленность препятствует низкая производительность существующего оборудования вследствие образования на поверхности мембраны слоя с повышенным содержанием задерживаемых веществ.
Для увеличения производительности применяют как стандартные (турбу-лизапия потока за счет увеличения его скорости, использования турбулизи-рующих вставок, введения дисперсной фазы и пр.), так и не традиционные методы. Один из них основан на использовании явления концентрационной поляризации. При таком подходе отводят часть пограничного диффузионного слоя с более высокой концентрацией задерживаемых веществ по отношению к основному потоку. Однако с течением времени происходит накопление осадка на поверхности мембраны, что приводит к снижению скорости процесса. Для поддержания скорости на высоком уровне целесообразно производить удаление слоя осадка. В этой связи актуальной задачей является разработка мембранного оборудования с возможностью осуществления промежуточной очистки.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка мембранного аппарата, позволяющего проводить периодическую чистку для интенсификации процесса мембранного концентрирования молочных сред.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
разработка математической модели процесса мембранного концентрирования с учетом периодической очистки;
разработка конструкции мембранного аппарата, позволяющего проводить периодическую чистку;
экспериментальные исследования новой конструкции мембранного аппарата;
определения влияния технологических параметров на концентрацию отводимого слоя и проницаемость;
- нахождение гидравлического сопротивления и толщины осадка, образующегося на мембране.
Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая -процесс мембранного концентрирования, позволяющая определять изменение проницаемости мембраны в условиях периодической чистки мембраны.
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 и проницаемость мембраны. Определены их рациональные значения при обработке обезжиренного молока и творожной сыворотки. Рассчитано гидравлическое сопротивление и толщина слоя осадка, образующегося на мембране.
Практическая значимость и реализация. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана конструкция мембранного аппарата с отводом диффузионного пограничногб слоя, которая позволяет осуществлять промежуточную очистку, техническая новизна которого защищена патентом РФ.
Проведены испытания опытно-промышленного аппарата на ООО НПО «Скоморошка», которые показали его эффективность.
Предложена технология производства кисломолочных напитков с использованием концентратов сыворотки, полученных 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 применением периодической чистки мембраны; математическую модель процесса мембранного концентрирования; результаты экспериментальных исследований разработанного аппарата.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях КемТИППа (2001 - 2005); 4-ой международной научно-технической конференция «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2001); Международном симпозиуме «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, 2002); Межрегиональной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2002-2003); Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ, 2003-2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них 1 в центральном журнале, 1 депонированная рукопись, 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состой* из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 103 страницах машинописного текста. Работа включает 37 рисунков, 7 таблиц. Список литературы содержит 145 наименований. Приложения представлены на 20 страницах.
Похожие диссертации на Разработка и исследование ультрафильтрационного аппарата для концентрирования молочных продуктов с применением промежуточной очистки мембраны
