Характеристика методов мембранной обработки

Метод мембранной обработки	Диаметр пор мембран, мкм	Основные параметры процесса обработки		Концентрат	Пермеат
		давление, МПа	температура ºС
Обратный осмос	от 0,001 до 0,0001	3-6	20	всех компонентов	вода, ионы Na+,K+, Cl-
Нанофильтрация	0,01 до 0,001	2-4	50	молочный жир, мицеллы казеина, сывороточные белки, лактоза часть солей	ионы, частично минеральные соли
Ультрофильтрация	0,01 до 0,1	0,1-1,0	50-55	молочные белки и жиры, витамины, частично лактоза	ионы, минеральные соли, лактоза вода
Микрофильт рация	1,0-10		ниже 50-55	бактерии, молочный жир

 

    Частным случаем ультрафильтрации является – диафильтрация при которой, полученный в результате ультрафильтрации белковый концентрат разбавляют деминерализованной водой и вновь подвергают ультрафильтрации до исходной массовой доли сухих веществ. В результате диафильтрации получают сывороточный белковый концентрат, который обладает эмульгирующими, пенообразующими и гелеобразующими свойствами, широко используется при производстве детских молочных продуктов

 

Характеристика аппаратов для мембранной фильтрации

Для мембранной фильтрации в молочной промышленности используются фильтрационные модули следующих конструкций:

- пластинчатые, трубчатые, основанные на полимерах;

- трубчатые, основанные на керамике;

 - спиральные и волоконные;

В пластинчатых фильтрующих аппаратах мембраны закреплены между пластинами. Несущая опорная пластина является главным элементом фильтрующего аппарата и выполняет роль подложки, на которой крепится полупроницаемая мембрана. Через опорную пластину выводится фильтрат обрабатываемого раствора, прошедший через полупроницаемую мембрану

Конструкции опорных пластин различаются между собой особенностями крепления мембран, размерами и геометрической формой:

- эллипсоидную;

- прямоугольную (крепятся резиновыми уплотнниями);

- круглую форму;

Общей особенностью фильтрующих опорных пластин является наличие в них дренажа и системы выводящих каналов.

Трубчатые фильтрационные модули, основанные на полимерах представляют собой трубчатые элементы, внутрь которых помещена сменная трубчатая вставка-мембрана. Эти трубки служат несущей основой или дренажем для полупроницаемых мембран.

Полупроницаемые мембраны изготавливают из:

- пористых полимерных материалов;

- синтетических волокон, стекловолокна;

- синтетических нитей на каркасе.

Более современным фильтрационным модулем является трубчатая фильтрационная система с керамическими мембранами.

Мембранные аппараты на основе полых волокон представляют собой патроны, содержащие пучки элементов из полого волокна — от 45 до 3000 штук в каждом патроне. В молочной промышленности получили распространение аппараты с параллельным расположением волокон.

 

Характеристика полупроницаемых мембран

 

 Полупроницаемые мембраны изготавливают из различных материалов. При эксплуатации важно определить влияние на свойства мембран рН обрабатываемого раствора, температуры и давления, при которых происходит разделение растворов.

Типы применяемых мембран

Показатель	Поколение фильтрационных мембран
	1-ое	2-ое	3-е
1	2	3	4
Основной материал мембран	ацететцеллюлоза	полисульфон. полиамиды, сополоамиды	фильтры из металлокерамики, ядерные фильтры
Рабочий диапазон температур, 0С	0- 50	0-80	0-200
рН раствора	3-8	2-12	1-14

 

 

Продолжение таблицы

1	2	3	4
Прочность	слабая	удовлетворительная	высокая

 

 

Основные характеристики полупроницаемых мембран — предел (селективность) и скорость разделения, проницаемость.

Предел разделения (селективность) выражает задерживающую способность мембран по конкретному компоненту молочного сырья (жир, белок, лактоза, минеральные вещества и т.д.):

 

R=(r_c-r_ф) / r_c,

 

где r_c – массовая доля определяемого компонента в исходном сырье;

  r_ф - массовая доля определяемого компонента в фильтрате;

Предел разделения мембран зависит:

 - минимальной молекулярной массой молекулы;

 - форма отделяемой частицы;

 - наличие гелевого (белково-минерального) слоя при пропускании молочного сырья;

- размытостью или определенностью предела разделения

- от диаметра пор в фильтрующем слое и диаметра молекулы задерживаемого вещества;

Скорость разделения компонентов молочного сырья при мембранной фильтрацией зависит от:

 - характеристики используемых мембран (толщина, площадь и диаметр пор мембраны);

- параметров эксплуатации фильтрационных модулей (давление, рН, температура и др.)

Проницаемость g (в кг/(м² ×ч)) характеризуется их удельной производительностью и определяется по формуле:

 

g= ,

где М- масса разделяемой жидкости, в кг;

S-рабочая поверхность мембраны, м^2;

 - продолжительность разделения, часы.