Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 10
1.1. Молоко и его составные компоненты 10
1.2. Характеристика сточных вод молочной промышленности 12
1.2.1. Способы очистки сточных вод молочной промышленности 13
1.3. Сыворотка молочная 15
1.3.1. Общая характеристика 15
1.3.2. Состав и свойства молочной сыворотки 16
1.3.3. Современные способы переработки молочной сыворотки 21
1.4. Флокулянты 29
1.4.1. Виды флокулянтов 29
1.4.2. Свойства флокулянтов 32
1.4.3. Использование флокулянтов 36
1.5. Методы наращивания молекулярной массы флокулянтов 38
1.6. Флокуляция 45
Выводы по литературному обзору 48
ГЛАВА 2. Постановка эксперимента и методы исследований 50
2.1. Структура эксперимента 50
2.2. Характеристика объектов исследования 53
2.3. Методы исследования флокулянтов 56
2.3.1. Электронная микроскопия 56
2.3.2. Вискозиметрия 56
2.3.3. Спектрофотометрия 59
2.3.4. Кондуктометрия 60
2.3.5. Реологические исследования 62
2.3.6. Флокуляция суспензий оксида меди (II) 64
2.4. Стандартные методы анализа 65
2.4.1. Рефрактометрия 65
2.4.2. Поляриметрия 67
ГЛАВА 3. Результаты исследований и их анализ 69
3.1. Получение модифицированных флокулянтов 69
3.1.1. Подбор флокулянтов 69
3.1.2. Подбор модификаторов 72
3.2. Выбор оптимальных условий модификации 78
3.2.1. Концентрация исходных растворов флокулянтов 79
3.2.2. Определение оптимального расхода 79
3.2.3. Влияние температуры 80
3.2.4. Влияние скорости перемешивания на процесс модификации 81
3.2.5. Выбор времени модификации 82
3.3. Изучение физико-химических свойств модифицированных флокулянтов 84
3.3.1. Определение макромолекулярных характеристик 84
3.3.2. Спектрофотометрический способ изучения свойств полиэлектролитов 88
3.3.3. Электропроводность растворов флокулянтов 90
3.3.4. Реологические свойства флокулянта 93
3.3.5. Флокуляция стандартной суспензии оксида меди (II) 99
3.4. Установление механизма модификации 100
ГЛАВА 4. Определение оптимальных технологических условий выделения компонентов сыворотки 101
4.1. Влияние основных технологических факторов на процесс выделения компонентов сыворотки 101
4.1.1. Влияние концентрата рабочего раствора 101
4.1.2. Определение дозы флокулянта 102
4.1.3. Определение оптимального способа подачи 103
4.1.4. Влияние температуры 103
4.2. Выделения компонентов сыворотки 106
4.2.1. Выделение белка 106
4.2.2. Выделение жира 107
4.2.3. Выделение лактозы 108
4.2.4. Удельный расход флокулянта 109
ГЛАВА 5. Разработка технологической схемы выделения компонентов творожной сыворотки 110
5.1. Получение раствора модифицированного флокулянта 110
5.2. Выделение компонентов творожной сыворотки 111
5.3. Обработка выделенных компонентов 111
5.4. Описание технологической схемы 111
5.5. Пути использования сухого комплексного сывороточного продукта 112
Список используемой литературы
- Способы очистки сточных вод молочной промышленности
- Характеристика объектов исследования
- Выбор оптимальных условий модификации
- Выделение компонентов творожной сыворотки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Молочная сыворотка является сопутствующим продуктом при производстве сыра, творога и казеина. Она содержит около половины сухих веществ молока (лактозу, белки, жир, витамины, макро- и микроэлементы). На ее основе разработана технология множества продуктов пищевого и лечебного назначения. В последние годы широкое распространение начинает получать сушка сыворотки.
Большие исследования по изысканию различных способов переработки сыворотки, созданию технических и технологических решений на ее основе, разработке продуктов из сыворотки проводятся в Северо-Кавказском государственном техническом университете (А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, П.Г. Нестеренко, B.C. Жидков, С.А. Рябцева, СВ. Василисин, Е.А. Чеботарев и другие), во Всероссийском научно-исследовательском институте маслодельной и сыродельной промышленности (Ю.Я. Свириденко, Э.Ф. Кравченко, П.Ф. Крашенинин и другие), в ГУ «Ярославский государственный институт качества сырья и пищевых продуктов» (Г.Б. Гаврилов), что указывает на важность этой проблемы.
Академик Н.Н. Липатов считал, что переработка сыворотки является одной из актуальнейших проблем молочной промышленности.
Однако до настоящего времени около половины получаемой сыворотки не перерабатывается и сливается в канализацию. Этим наносится экономический ущерб промышленности и создается опасность для экологии окружающей среды.
Это связано с наличием большого количества мелких и средних по мощности молочных предприятий, их слабой технической базой, недостаточным интересом к переработке сыворотки со стороны руководителей отрасли.
Академик А.Г. Храмцов и доктора наук И.А. Евдокимов и П.Г. Нестеренко считают, что материальные потери только на утилизацию
сливаемой сыворотки на очистных сооружениях России оценивается в 12-15 млрд. рублей в год. Кроме того, ужесточаются требования контролирующих организаций за сброс стоков в очистные сооружения.
В современных условиях переработка сыворотки, выделение ее составных компонентов, очистка сточных вод приобретает еще большую актуальность. Этой проблеме посвящена настоящая работа.
Целью работы является разработка нового способа и технологии выделения компонентов творожной сыворотки с помощью специально полученных модифицированных флокулянтов.
Предмет исследования - молочная творожная сыворотка, исходные и модифицированные аминокислотами полиакриламидные флокулянты, технологические процессы и технологическая схема выделения компонентов сыворотки в их присутствии.
Основные задачи исследований;
-разработать способ и технологию получения новых полиакриламидных флокулянтов, модифицированных заменимыми и незаменимыми аминокислотами, способных оперативно выделять в процессе флокуляции пищевые сывороточные белки, жиры и частично углеводы;
-определить основные макромолекулярные и физико-химические свойства полученных модифицированных флокулянтов, с помощью которых предложить механизм модификации исходного матричного полиакриламида выбранными аминокислотами;
-исследовать технологические особенности процесса выделения компонентов сыворотки в процессе флокуляции с использованием модифицированных флокулянтов, для чего определить следующие оптимальные параметры и условия этого процесса: дозу флокулянта, концентрационные зоны устойчивости и осаждения компонентов сыворотки, температуру, время осаждения, состав полученного осадка, предложить механизм выделения каждого компонента сыворотки;
-разработать принципиальную технологическую схему выделения компонентов сыворотки.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Способ получения модифицированных флокулянтов на основе
полиакриламида с использованием заменимых и незаменимых аминокислот.
Характеристика макромолекулярных и физико-химических свойств модифицированных флокулянтов.
Технологические особенности выделения пищевых компонентов из молочной сыворотки при использовании процесса флокуляции с помощью полиэлектролитов, модифицированных аминокислотами.
4. Технологическая схема выделения пищевых компонентов из молочной
сыворотки с использованием модифицированных флокулянтов.
Научная новизна работы;
- впервые получены образцы модифицированных полиэлектролитов на
основе анионного полиакриламида с использованием в качестве
модификаторов ряда заменимых и незаменимых аминокислот, входящих в
состав белков молока : глицина, аланина, лейцина, валина, изолейцина,
пролина, серина, треонина. Установлена сравнительная модифицирующая
активность выбранных модификаторов по отношению к макромолекулам
анионного полиэлектролита «Магнафлок» - 919 (М-919). Выбраны
оптимальные модификаторы — серии и треонин;
изучены макромолекулярные свойства полученных
модифицированных полиэлектролитов и рассчитаны их характеристики: молекулярная масса, гибкость макромолекул, размер молекулярных клубков, расстояние между концами макромолекул;
- определены сравнительные особенности физико-химических свойств
(электропроводность, оптическая плотность, вязкость, флокуляционная
активность) полученных модифицированных флокулянтов по отношению к
его немодифицированным образцам;
- впервые выявлены специфические особенности реологических свойств
флокулянтов, модифицированных оксиаминокислотой - серином;
установлено особое поведение макромолекул этого модифицированного
флокулянта при повышенной скорости деформации во время реологических
исследований на ротационном вискозиметре «Реотест - 2», которое
характеризуется резким снижением величины напряжения сдвига при
определенной скорости деформации, что объясняется сменой структурной
самоорганизации макромолекул и проявлением молекулярного коллапса;
- установлено увеличение удельной электропроводности растворов
флокулянтов при их модификации, что указывает на особую
белковоподобную структурную организацию макромолекул флокулянта
модифицированного оксиаминокислотами;
на основании проведенных физико-химических исследований предложен механизм модификаций полиакриламида оксиаминокислотами — серином и треонином, основанный на образовании водородных связей с одновременным структурированием макромолекул;
впервые определены технологические особенности выделения компонентов сыворотки в виде осадков в процессе их осаждения при флокуляции полиэлектролитами, модифицированными аминокислотами;
- установлен факт выделения лактозы в процессе флокуляции, который
объясняется взаимодействием альдегидной формы лактозы с аминогруппами
модифицированного полиэлектролита;
- предложен механизм выделения сывороточных белков за счет
образования интерполимерных комплексов.
Практическая значимость работы:
- получены новые виды модифицированных флокулянтов, для которых в качестве модификаторов использованы заменимые и незаменимые аминокислоты, входящие в состав молочных белков;
-доказана возможность выделения с их помощью основных ценных пищевых компонентов сыворотки (белков, жиров и углеводов);
-разработаны способ и технологическая схема выделения основных компонентов молочной сыворотки;
- ожидаемый эколого-экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии в зависимости от региона составляет 0,5 - 1,2 млн. руб./т.
Способы очистки сточных вод молочной промышленности
Наиболее опасны для экосистем компоненты сточных вод, содержащие азот и фосфор. Они являются важными питательными веществами для растительного и животного мира окружающей среды. Такие соединения попадая в воду, способствуют биологическому росту водорослей, что вызывает снижение эстетической ценности водоемов и приводит к гибели живых организмов и рыбы [140]. Таким образом, целесообразность рационального использования молочной сыворотки, как одного из видов вторичного молочного сырья, не имеет альтернативы и обоснована, как с экономической, так и с экологической точки зрения. 1.2.1. Способы очистки сточных вод молочной промышленности Сточные воды молочной промышленности, как было представлено в табл. 1.1, имеют сложный многокомпонентный состав. При невозможности выделять отдельные компоненты их обезвреживают и очищают, т.к. сброс подобных неочищенных сточных вод в водоемы вызывает их гниение, брожение, при котором выделяются высокотоксичные соединения, пагубно влияющие на флору и фауну, загрязняющие дополнительно и воздушный бассейн. Поэтому их очистка является необходимой технологической стадией [30, 108,98].
Для очистки сточных вод молочной промышленности используются различные методы, основанные на физико-химическом, химическом и биологическом воздействии [1, 2, 9, 10, 22, 27, 90, 127]. При этом возможно два варианта: полное разрушение и безвозвратная потеря пищевых компонентов или их выделение. Так описано использование метода простой [35, 17, 18] и осложненной [16, 23, 24, 26, 29, 31, 33, 51, 143] флотации, с помощью которых из сточных вод выделяются жиры и биологические компоненты. Для организации такой очистки требуются специальные дорогостоящие аппараты (флотаторы, флотационные машины). Для обезвреживания высокотоксичных сточных вод молочной промышленности, т.е. для разрушения компонентов, содержащихся в них, используют процессы биологической очистки с применением специальных биологических систем, состоящих из бактерий или ферментов, способных деструктировать жиры, белки, углеводы в аэробных и анаэробных условиях [26, 29, 163, 129, 99, 104-106]. При этом происходит безвозвратная потеря ценных пищевых продуктов.
Используются методы химического взаимодействия, основанные на применении щелочей, окислителей, электрохимической обработки сточных вод. Эти методы являются экономически затратными по применяемым реактивам. Кроме того, при их использовании полностью теряются полезные компоненты сточных вод (жиры, белки, углеводы) [40, 41].
В последнее время широко применяются такие технические вспомогательные вещества, как коагулянты и флокулянты, позволяющие за один технологический прием осадить основные ценные пищевые компоненты сточных вод [20, 27, 28, 48]. Однако степень очистки сточных вод при этом невелика.
Особое место в сточных водах молочной промышленности занимает молочная сыворотка. Объемы получаемой в молочной промышленности сыворотки достигают 90 % от перерабатываемого на белково-жировые концентраты молока. Осуществляемые мероприятия по ее сбору и промышленной переработке на различные пищевые, кормовые и технические продукты недостаточны, отличаются низкой степенью безотходности и различными показателями экономической эффективности. В настоящее время около 70 % сыворотки в сезон производства молочной продукции скармливают животным или сливают в канализацию, нанося при этом значительный экологический ущерб [137-139].
Впервые об уникальности молочной сыворотки заговорили советские (российские) ученые. Однако широкомасштабные исследования ее состава и свойств, как уникального вида биологической жидкости, начали проводиться в Японии — единственной в мире стране, где сохранение и приумножение здоровья нации возведено в ранг долгосрочной государственной политики [58]. Японских ученых и промышленников много привлекает в молочной сыворотке. Во-первых, то, что молочная сыворотка - это биологическая жидкость животного происхождения, стоящая в трофической цепи на ступень выше по биологической ценности, чем биологические жидкости растительного происхождения, например, соки плодов и овощей. Во-вторых, ее богатый компонентный состав возможность использования большинства нутриентов сыворотки. В-третьих, огромные объемы и относительная дешевизна - ее не надо специально производить, она - побочный продукт. В-четвертых, сыворотка является удобным с физической точки зрения объектом для исследований и промышленной переработки: легко транспортируется, перекачивается насосами, достаточно устойчива к температурным воздействиям, в отличие от молока намного легче поддается мембранной обработке и микробиологическому воздействию [49, 60, 54].
Характеристика объектов исследования
Объектами исследований в работе являлись флокулянты, на основе полиакриламида (ПАА), бифункциональные органические модификаторы -аминокислоты восьми видов, модельные стандартные суспензии оксида меди (II), творожная сыворотка, производитель «Деревенский молочный завод» по ТУ 9224-011-00427678-00, Кемеровская обл., р.п. Промышленная.
Флокулянты. В качестве флокулянтов были выбраны два вида анионных полиэлектролитов на основе ПАА марки «Магнафлок» английской фирмы «Ciba» со степенью анионности (70%) и молекулярной массой (30 млн а.е.м.) - ММ-919 и ММ-156 со степенью гидролиза (40%) и молекулярной массой (15 м.л.н. а.е.м.), являющиеся в настоящее время лидерами продаж на мировом рынке флокулянтов. Они доступны и имеют набор свойств, позволяющих качественно вести процессы флокуляции различных микрогетерогенных систем. Таблица.2.1.
Раствор исходного флокулянта готовили по методу точной навески химического вещества. Модификацию осуществляли в растворе флокулянта с его концентрацией - 0,5 % путем введения оптимального количества модификатора. Рабочие растворы (0,032%) исходных модифицированных флокулянтов готовились путем разбовления исходных растворов (0,5%).
Модификаторы. Модификаторы - вещества, вызывающие направленное изменение свойств полимеров при их введении в состав макромолекул в малых количествах. В качестве модификаторов использовались аминокислоты. Выбор модификатора не случаен. Он определяется необходимыми химическими свойствами - наличием двух химически активных функциональных групп (гидроксильная и аминогруппа), способных к взаимодействию с функциональными группами флокулянтов (карбоксильная, карбамидная) за счет образования ковалентных или водородных связей [152]. Основные характеристики используемых модификаторов представлены в таблице 2.2. [130]. Выбор этих видов аминокислот еще в доопытный период (a priori) неслучаен. Были подобраны наиболее растворимые в воде аминокислоты, в состав которых дополнительно входят неполярные (гидрофобные) углеводородные заместители: метил, изопропил, изобутил и полярные (гидрофильные) группы - гидроксильные и гетероциклическая аминокислота (пролин). Наличие дополнительных заместителей - это присутствие, дополнительных функциональных групп, способствующих ускорению модификации выбранных полиэлектролитов.
Модельные растворы. Суспензия оксида меди (II). В качестве модельного раствора для установления степени осветления и скорости осаждения взвешенных частиц, в работе использовалась стандартная суспензия - оксид меди (II) - (ТУ 6-01-1049-92).
Раствор творожной сыворотки. Использовалась свежая творожная сыворотка производитель: «Деревенский молочный завод» г. Промышленная, Кемеровская область, ТУ 9224-011-00427678-00.
Электронный микроскоп - это оптический прибор для получения увеличенных изображений небольших частиц или малых областей объектов. Изображение образуется пучком электронов, который проходит через линзу из электростатических и магнитных полей. Он использовался для получения микрофотографий порошка флокулянта.
Изображение переводят в видимую форму с помощью флюорисцирующего экрана или фотографическим путем.
Предел разрешения для электронного микроскопа составляет несколько десятых долей нанометра: (увеличение в 1000 раз) [46, 127].
Электронно-микроскопические исследования флокулянта проводили на растровом электронном микроскопе TESLA-BS 340 по стандартной методике [45, 128]. Вискозиметрия — это физико-химический метод, предназначенный для определения вязкости растворов флокулянтов, основанный на измерении времени перемещения растворов полиэлектролитов в калиброванных капиллярах (капиллярные вискозиметры). У метода имеется два положительных достоинства: простота и малое время анализа [86].
Капиллярные вискозиметры применяются для измерения вязкостных характеристик материалов, обладающих относительно небольшой вязкостью. Идея капиллярных вискозиметров заключается в том, что, измеряя расход, перепад давлений, длину и диаметр капилляра, по которому течёт материал, можно рассчитать меру сопротивления материала сдвиговому течению, т.е вязкость. Особенно проста задача для ньютоновских жидкостей, ламинарное течение которых в капилляре описывается уравнением Пуазейля : т1 = яК4Ар, (2.1) где л — коэффициент динамической вязкости, Пах; R - радиус капилляра, м; Др - перепад давления на длине капилляра, Па;
Теория капиллярной вискозиметрии основывается на том, что поток в приборе ламинарный, скольжение на стенке отсутствует.
В качестве капилляра используют калиброванные трубки диаметром от долей до 2 - 3 мм. Их применяют для измерения вязкости ньютоновских и не очень вязких неньютоновских жидкостей. Получаемые результаты не зависят от диаметра трубки. Для высоковязких неньютоновских жидкостей и пластично - вязких систем диаметр капилляра может достигать нескольких десятков миллиметров, а результаты измерений часто зависят от его диаметра. В двух названных случаях диаметр капилляра входит в теоретически полученные формулы для соответствующих моделей тел.
Выбор оптимальных условий модификации
Из табличных данных следует, что в результате модификации характеристическая вязкость и молекулярная масса полиэлектролитов увеличилась в 2-2,1 раза; а наибольший эффект наблюдается при использовании серина. Доказана принципиальная возможность модифицирования ПАА выбраными аминокислотами.
По возможности увеличения вязкости растворов флокулянтов (по активности) используемые аминокислоты расположились в ряд:
Глицин аланин валин лейцин изолейцин пролин треонин серии. Анализируя полученный ряд активности этих модификаторов, сделаны выводы: - активность модификаторов возрастает с увеличением объема и массы неполярного заместителя, что указывает на дополнительные гидрофобные взаимодействия при «сшивке» двух макромолекул флокулянта или двух его сегментов; - наибольшую модифицирующую силу имеют оксиаминокислоты, что может объясняться образованием дополнительных водородных связей за счет полярного радикала; - наиболее высокая активность серина по сравнению с треонином указывает на совместное действие в нем полярной группы - ОН (за счет водородной связи) и гидрофобные взаимодействия (за счет радикала - СН3).
Для управления технологическими процессами и их понимания необходима информация о структурной организации полученных ассоциатов макромолекул: расстояние между концами макромолекул (h), гидродинамический объем (VM), гибкость (Г). Они определены расчетным путем по известным зависимостям (табл. 3.3). m = h / h0 , n = Г I Г0 , р = v[f I V 0 , где h0 ; Г0 ; V 0 - соответствующие величины для исходных флокулянтов.
Установлено, что в результате модификации расстояния между концами макромолекул увеличились в пределах 1,5-1,7, гидродинамический объем — в 5,7-7,2 раза при незначительном снижении гибкости. Полученные данные указывают на разворот и стабилизацию исходных клубковых структур макромолекул за счет их химической сшивки молекулами модификаторов. 3.2. Выбор оптимальных условий модификации
Процесс модификации основан на химическом взаимодействии функциональных групп флокулянта и модификатора.
Реакции сшивки цепей полимеров - это образование поперечных химических связей между макромолекулами, приводящее к получению полимеров пространственного строения. Известно, что процесс модификации исходных электролитов можно проводить двумя способами: - модификация в растворе («мокрый» способ); - модификация твёрдой формы флокулянта (порошок при его предварительной пропитке) в отсутствии воды («сухой» способ) с последующим набуханием и растворением в воде [147]. Наибольшее количество вариантов получения модифицированных флокулянтов найдено для первого способа. Нами выбран первый способ модификации в растворе.
Известно, что на процесс такой модификации влияет значительное количество физико-химических факторов: концентрации флокулянта и модификатора, продолжительность процесса, скорость перемешивания реагентов, температура и др. [133]. флокулянтов Она выбралась на основании литературных данных [151, 153] и собственных экспериментальных исследований. Известно, что в практике промышленного производства концентрации исходных растворов составляет 0,5 - 1 % (масс) [154]. Нами выбран нижний предел концентрации в связи с высокой вязкостью полученных исходных растворов и с возможным ее увеличением в процессе модификации.
Исследования влияния концентрации модификатора на процесс модификации проводился в широком (5-50 %) интервале концентраций. Контроль за эффективностью процесса модификации в присутствии различных количеств модификатора осуществлялся вискозиметрически, т.к. увеличение вязкости объективно указывает на увеличение молекулярной массы макромолекул флокулянта. На рис.3.3 показана зависимость кинематической вязкости раствора от концентрации модификатора (на примере модификатора серина).
Из рис.3.3. следует, что при увеличении концентрации модификатора до 15 % кинематическая вязкость раствора монотонно возрастает, и далее при увеличении дозировки модификатора удерживается на постоянном значении, поэтому оптимальная концентрация модификатора составляет 15 - 25%.
Выделение компонентов творожной сыворотки
Было установлено, что при полном выделении жира и белка имеется некоторое превышение их суммарной массы (см. табл.4.3.). Из таблицы следует, что оно существует в случае использования, как модифицированных, так и немодифицированных растворов. При использовании растворов модифицированных флокулянтов превышение массы (Am) значительно выше.
Аналитический контроль фильтрата поляриметрическим методом доказал снижение концентрации лактозы. Известно, что лактоза является дисахаридом, входящим в состав молока и полностью переходящим при получении творога в сыворотку [110].
Ее состав неоднороден. Она состоит из двух оптических изомеров а- и (3- формы, находящихся в динамическом равновесии, и переходной формы лактозы с открытой альдегидной группой. Изомеры отличаются друг от друга пространственным расположением гидроксильной группы у первого углеродного атома молекулы глюкозы (структурного элемента лактозы)[129].
К = [р-лактоза] / [а-лактоза] = 62,25 / 37,75 = 1,65 Из представленных данных следует, что наибольшая доля лактозы приходится на ее р - форму. При переходе одного вида лактозы (а - формы) в другую (Р - форма) и наоборот образуется альдегидная форма. Связывая эту форму за счет специфических реакций с аминогруппами полиакриламида можно образовывать сложные комплексы типа: Альдегидная формула лактозы - ПАА. Это объясняется тем, что аминогруппы, входящие в состав ПАА и в состав модификатора, легко реагируют с альдегидной группой лактозы по возможной схеме: О R-C/X +NH2-R, - HO-R-CH2-NH-R, ЧН (лактоза) (ПАА, аминокислота) (сложный комплекс)
Подобная реакция может проходить между аминокислотой, ПАА и альдегидной группой промежуточной формы лактозы [110]. Этот сложный комплекс соосаждается при флокуляции совместно с белковой фракцией. С повышением температуры равновесие сдвигается в сторону а — лактозы (влево по реакции), с понижением температуры — вправо (в сторону Р лактозы) [130]. На основании экспериментальных данных определен оптимальный расход раствора фдлокулянта с концентрацией 0,032%. Он составляет 20-25 л на 1м3 сыворотки или (6-8 г/м" ) ПАА. Экспериментально установлено, что при выделении компонентов сыворотки ПАА распределяется между осадком и фильтратом в следующем соотношении: 60 % на осадке (3,6 - 4,8 г), 40 % в фильтрате (2,4 — 3,2 г). Остаточное содержание ПАА в фильтрате составляет 2,4 - 3,2 мг/л. По экологическому сертификату безопасности (см. приложение III) величина ПДК на ПАА в сточных водах составляет 2 мг/л. Масса выделившегося осадка компонентов сыворотки составляет 10 кг на 1 м3 сыворотки. Количество осадка может увеличиться, а содержание остаточного флокулянта в фильтрате уменьшиться при промывании полученного на фильтре осадка дополнительным объемом свежей сыворотки.
Разработанная нами технологическая схема для выделения компонентов сыворотки представлена на (рис. 5.1). Ее принципиальный вариант состоит из трех узлов: 1 — узел получение модифицированных флокулянтов (узел приготовления концентрированных и рабочих растворов модифицированного флокулянта); 2 - узел осаждения компонентов сыворотки (узел выделения целевого продукта); 3 - узел конечной обработки (фильтрование, сушка, упаковка).
Для целевого выделения компонентов сыворотки необходимо знать основные технологические условия проведения этого процесса. В процессе участвуют два технологических сырьевых потока - раствор модифицированного флокулянта и свежая творожная сыворотка, которая на молокоперерабатывающем заводе является готовым исходным сырьем. Водный раствор модифицированного полиэлектролита М-919 получается с учетом технологических параметров, найденных ранее: - концентрация исходного флокулянта - 0,5%; - концентрация модификатора (серина) — 25-30% от массы исходного флокулянта; - температура модификации - 30С; - время модификации - 40- -50 мин; - угловая скорость перемешивания - 30- 40 мин"1; - концентрация рабочего раствора - 0,032%.
При получении исходного раствора флокулянта необходимо соблюдать особые условия. Они связаны со свойствами сухой и гелеобразной форм флокулянта М-919. У сухого ПАА имеется повышенная способность к образованию комков в присутствии влаги или при его неравномерном попадании в воду. Для решения этой технологической проблемы используется специальный смеситель, описанный ранее в известной литературе [31, 133]. Для успешного проведения процесса модификации и сохранения полученной сложной структуры макромолекул следует использовать мешалки особой конструкции с малым гидравлическим сопротивлением - рамные или якорные. Для нагрева рабочего раствора флокулянта необходим реактор с рубашкой, в которой происходит циркуляция горячей воды.
