Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время особое значение приобретает здоровый образ жизни, в основе которого лежит правильное и сбалансированное питание. Качество продуктов питания напрямую зависит от сырья для их производства. Наиболее перспективными с этой точки зрения являются натуральные составляющие растительного и животного происхождения, сохранившие в себе все первоначальные свойства. К такому сырью могут быть отнесены комбинированные продукты на молочной основе, в частности, сыворотка, характеризующаяся уникальным составом белковых компонентов, который включает: в-лактоглобулин, а-лактальбумин, иммуноглобулины, бычий сывороточный альбумин, гликомакропептид, лактоферрин, лактопероксидаза, лизоцим.
Чаще всего для их выделения и дальнейшего использования при получении различных пищевых продуктов используют мембранные методы, в частности, ультрафильтрацию. Это обусловлено рядом преимуществ, по сравнению с традиционными процессами. И одним из них является меньшая инактивация белковых веществ. При этом сохранение нативного состояния белков во многом зависит от продолжительности мембранной переработки. Таким образом, повышение производительности мембранного оборудования является приоритетной задачей.
Одним из направлений её решения являются появившиеся в настоящее время мембранные аппараты с отводом части пограничного слоя с повышенной концентрацией задерживаемых веществ. Их можно разделить на конструкции, производящие отвод слоя и аппараты, в которых наряду с этим осуществляется периодическая или непрерывная очистка мембраны.
Оценка их работы показывает, что технические пути совершенствования далеко не исчерпаны и имеются конструктивные возможности их модернизации.
В этой связи разработка и исследование ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя является актуальной научной задачей.
Работа выполнялась в рамках государственного задания НИР ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», № проекта 7.2715.2011 «Разработка высокоинтенсивных процессов получения комбинированных продуктов питания с использованием вторичного сырья».
Объектом исследования являлась оценка параметров работы ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя при концентрировании молочной сыворотки.
Предметом исследования было установление закономерностей, определяющих механизм процесса отвода примембранного слоя от технологических режимов и конструктивных параметров ультрафильтрационного аппарата.
Цель и задачи исследований. Цель работы состоит в разработке и исследовании ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя для переработки молочной сыворотки с улучшенными технико-экономическими показателями.
Достижение цели выполнялось посредством решения следующих задач:
разработка конструкции ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя;
разработка математической модели процесса концентрирования молочной сыворотки с помощью передаточных функций;
изучение влияния технологических и конструктивных параметров на концентрацию отводимого слоя, с целью определения их рациональных значений при переработке молочной сыворотки;
параметрическая идентификация математической модели;
разработка технологии производства гранулированных киселей с использованием разработанного мембранного оборудования.
Научная новизна. На основе передаточных функций разработана математическая модель, которая позволяет определять концентрацию отводимого примембранного пограничного слоя в зависимости от значений технологических режимов процесса и конструктивных параметров ультрафильтрационного аппарата.
Методами планирования эксперимента получены регрессионные модели, отражающие взаимосвязь содержания задерживаемых веществ в концентрате от технологических режимов и конструктивных параметров ультрафильтрационного аппарата. Определены их рациональные значения, обеспечивающие максимально возможное содержание задерживаемых веществ в отводимом продукте.
Практическая значимость и реализация. Разработана конструкция ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя (заявка на изобретение №2011144272 от 01.11.2011).
Проведены испытания опытно-промышленной мембранной установки на основе разработанного аппарата на ООО НПО «Здоровое питание», которые показали ее эффективность за счет увеличения производительности и улучшения органолептических показателей концентратов молочной сыворотки.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Процессы и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО Кем- ТИПП в дипломном и курсовом проектировании.
Автор защищает конструкцию ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя, математическую модель процесса концентрирования и результаты экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на: Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2010-2012); Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (г. Кемерово, 2010); Инновационном конвенте «Кузбасс: образование, наука, инновации» (г. Кемерово, 2011); Международной молодежной конференции «Биокаталические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования» (г. Кемерово, 2012).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ, из них 3 статьи в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 100 страницах машинописного текста. Работа включает 27 рисунков, 11 таблиц. Список литературы содержит 137 наименований. Приложения представлены на 15 страницах.
Похожие диссертации на Разработка и исследование ультрафильтрационного аппарата с отводом примембранного пограничного слоя
