Мембранные установки

Мембранные установки работают в периодическом и в непрерывном режиме. Технологическая схема простой установки периодического действия изображена на рисунке 35.

Продукт из емкости подается в модуль. Фильтрат выводится из рецикла, а продукт поступает обратно в емкость. Этот процесс продолжается до тех пор, пока продукт не достигнет заданной концентрации. Недостаток этого метода заключается в том, что продукт продолжительное время вынужден находиться при высокой температуре.

Поэтому во многих случаях применяется метод полупериодического действия. У этой системы (рис. 36) имеется небольшой уравнительный бак, через который постоянно вновь поступает продукт в количестве, равном выводимому из рецикла фильтрату. При этом частичный поток продукта отводится прямо во всасывающий трубопровод циркуляционного насоса.

Рис. 35. Мембранная установка периодического действия

То количество продукта, которое отводится в исходную емкость питательным насосом, подается в рецикл. Преимущество этой системы заключается в том, что с помощью питательного насоса удерживается более высокий уровень давления.

Рис. 36. Мембранная установка полупериодического действия

Крупногабаритные мембранные установки, имеющие в большинстве случаев постоянную производительность, за счет предварительно и дополнительно включенных установок выполнены как установки непрерывного действия. Здесь продукт не отводится опять в исходную емкость, а выводится из процесса. При этом устанавливается определенное соотношение между подачей и выходом продукта, и тем самым регулируется его заданная концентрация (рис. 37).

Существует также возможность определять концентрацию непосредственно на выходе, например, рефрактометром.

Рис. 37. Мембранная установка непрерывного действия

Применение ультрафильтрации в молочной промышленности

Перспективность применения мембранных методов в молочной промышленности обусловлена минимальным денатурирующим воздействием их на белки.

При ультрафильтрации мембрана задерживает только высокомолекулярные соединения и пропускает с фильтратом вещества, образующие «истинный» раствор. Так, при ультрафильтрации обезжиренного молока и молочной сыворотки задерживается (концентрируется) белок, а в фильтрат уходят соли и лактоза. Содержание витаминов в концентрате такое же, как и в исходном сырье.

На рисунке 38 изображена технологическая схема метода ABCOR / MEGGLE для обработки кислой сыворотки. Молоко сквашивается до заданной величины pH и затем сепарируется. Стекающая сыворотка, получающая еще большую часть сывороточных белков, нагревается до температуры ультрафильтрации и концентрируется до получения сухого вещества, равного невызревшему сыру, выходящему из сепаратора. Этот концентрат сывороточного протеина смешивается затем с невызревшим сыром. Это является очень ценным использованием сывороточных белков в экономическом отношении и с точки зрения физиологии питания.

В связи с этим концентрат из кислой сыворотки можно добавлять также к другим кисломолочным продуктам.

В молочной промышленности в настоящее время на основе ультрафильтрации выпускают концентрат сывороточных белков (КСБ-УФ), а также концентрат обезжиренного молока  жидкий (ДМБ-1) и сухой ДМБ-1-60.

Технология остальных видов молочно-белковых концентратов предусматривает ультрафильтрационное концентрирование с последующей диафильтрационной обработкой. Такими продуктами являются растворимый сывороточный белок (РСБ), добавка молочно-белковая жидкая (ДМБ-2 и ДМБ-3) и сухая (ДМБ-2-70 и ДМБ-3-70), концентрат белков творожной сыворотки жидкий и сухой (К.БТС) и белки сухие пищевые молочные к/с.

Все вышеописанные виды молочно-белковых концентратов используют в качестве добавок при производстве различных видов молочных продуктов. КСБ-УФ применяют при производстве кефира «Особый», «Утро», сметаны с наполнителем, сыра «Особый», напитка из пахты «Лето», пахты «Городская», сухих молочных каш для детского питания «Новинка» и «Колосок», мороженого «Снегурочка», молочных детских продуктов «Бифидолакт», майонеза столового «Провансаль» и др.

Растворимый сывороточный белок РСБ используют в детском питании для получения продукта «Ладушка-1». Молочно-белковые добавки ДМБ используют в производстве масла «Столовое».

Рис. 38. Технологическая схема обработки кислой сыворотки

Электробаромембранные методы успешно применяют в технологических процессах очистки и концентрирования промышленных стоков. Так, разработан способ очистки сточных вод молочных предприятий, включающий в себя обратноосмотическую или ультрафильтрационную очистку от растворенных веществ.

Сущность способа (рис. 39) заключается в следующем. Сточная вода из емкости 1 поступает в фильтр предварительной очистки 2, где вода очищается от взвешенных частиц и поступает в мембранный аппарат 3 (ультрафильтрационный и обратноосмотический), где поток делится на пермеат (очищенный) и концентрат. Пермеат, проходя адсорбционную доочистку 4 и станцию хлорирования 5, можно повторно использовать в процессе производства для хозяйственных нужд. Ретентат  сконцентрированный раствор, поступает на биологическую очистку, в качестве биологической очистки можно ипользовать аэротенки, биофильтры или пруды биологической фильтрации. После биологической очистки концентрат можно использовать для вторичных нужд в процессе производства. Наиболее качественной является обратноосмотическая очистка на полисульфоноамидной мембране ОПМ-К.

1

2

ретентат на

биологическую очистку

4

5

3

Очищ. использ.

в проц. пр-ва

Рис. 39. Технологическая схема очистки сточных вод молочных предприятий обратным осмосом и ультрафильтрацией

Рассмотренные группы оборудования участвуют во многих технологических процессах молочных предприятий. Знание принципов их устройства, работы, эксплуатации позволит грамотно принять решение в конкретной производственной ситуации.

Гомогенезаторы предназначены для жидких молочных продуктов, для раздробления жира в молоке, смесях для мороженого и сливках. При этом жир не отстаивается, а изменяются лишь некоторые физические свойства продуктов (повышается вязкость) и улучшается вкус.

Питательная ценность гомогенизированного продукта повышается, так как тонкодиспергированный молочный жир легче усваивается в организме человека.

После гомогенизации значительно замедляется отстаивание жира в жидких молочных продуктах, что особенно важно при хранении. Скорость всплытия , м/с жировых шариков молока можно определить по формуле Стокса

, (12)

где  плотность молочной плазмы, кг/м³;

 средняя плотность жирового шарика, кг/м³;

  коэффициент динамической вязкости плазмы, Па·с;

 радиус жирового шарика, м.

Из приведенной формулы видно, что скорость всплытия пропорциональна квадрату радиуса шарика. При гомогенизации крупные жировые шарики уменьшаются примерно в 10 раз, скорость всплытия поэтому должна уменьшиться в 100 раз. Этим и объясняются лучшие показатели хранения гомогенизированного продукта.

В молочной промышленности применяют гомогенизаторы почти исключительно клапанного типа. В них осуществляется одно-, двух- и трехступенчатая гомогенизация. Другие виды оборудования (эмульсоры, вибраторы), используемые для дробления жировых шариков, менее эффективны.

Гомогенизаторы клапанного типа (рис. 40) обладают высокой степенью раздробления. Так, при гомогенизации цельного молока средний размер жировых шариков уменьшается с 3,5…4 до 0,7…0,8 мкм.

Рис. 40. Гомогенизатор: