2020-05-12
620
Цель: изучить основные характеристики применяемых в молочной промышленности аппаратов для мембранной фильтрации молочного сырья.
Мембранный аппарат - это устройство, состоящее из корпуса, мембраны, дренажного узла, крепежных деталей, конструктивных элементов для ввода исходного раствора и выхода концентрата и фильтрата, перемешивания.
Для мембранного разделения применяют четыре типа аппаратов:
ü пластинчатые;
ü трубчатые, основанные на полимерах;
ü трубчатые, основанные на керамике;
ü рулонные (спиральные);
ü волоконные
Промышленные мембранные аппараты представляют собой пакеты, блоки, комплексы мембранных элементов: ячеек, секций, модулей. Мембранный аппарат обычно является частью мембранной установки периодического или непрерывного действия, в которую входят также насосы, дозирующие устройства, емкости для исходного раствора, фильтрата, концентрата и моющих растворов, соединительные трубопроводы и контрольно-измерительные приборы.
1. 
В пластинчатых фильтрующих аппаратах мембраны закреплены между пластинами, собранными в пакеты идентично пластинчатым теплообменникам (рис. 20). 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. Между опорными пластинами эллипсоидной формы с помощью специальных колец крепится фильтрующая мембрана. Если опорные пластины имеют прямоугольную форму (плоскорамные), то фильтрующие мембраны между ними крепятся с помощью резиновых уплотнений (рис. 21, а). Кроме того, фильтрующие опорные пластины могут быть круглой формы (дисковые) (рис. 21, б).
|
|
|
Общей особенностью фильтрующих опорных пластин является наличие в них дренажа и системы выводящих каналов, расположенных внутри пластин, через которые удаляется фильтрат, прошедший через полупроницаемую мембрану.
Фильтрационный модуль поделен на отсеки, в каждом из которых движется поток разделяемого раствора между парами мембран. Отсеки отделены опорной пластиной, в которой одно отверстие закрыто запорным диском, направляющим поток в противоположную сторону и обеспечивающим его последовательное продвижение по секторам.
2. Трубчатые фильтрационные модули, основанные на полимерах представляют собой трубчатые элементы, внутрь которых помещена сменная трубчатая вставка-мембрана. Трубчатые элементы выполнены из нержавеющей стали и способны выдержать необходимое давление. Эти трубки служат несущей основой или дренажем для полупроницаемых мембран (рис. 22).
|
|
|
Полупроницаемые мембраны изготавливают из пористых полимерных материалов, синтетических волокон, стекловолокна, синтетических нитей на каркасе. Трубчатые фильтрационные модули, основанные на полимерах, применяют в молочной промышленности для ультрафильтрации и обратного осмоса.
3. Более современным фильтрационным модулем является трубчатая фильтрационная система с керамическими мембранами (рис.23).
|
Опорным материалом в качестве подложки служит крупнозернистая керамика. Тонкие стенки полупроницаемой мембраны выполнены из мелкозернистой керамики. Такие модули применяют для микрофильтрации и ультрафильтрации молочного сырья. При микрофильтрации обезжиренного молока в целях удаления бактерий в модуль снизу подается обезжиренное молоко, сверху выводится ретентат — насыщенное бактериями обезжиренное молоко (5% всего количества); кроме того, отводится фильтрат (95% всего количества), который представляет собой очищенное от бактерий обезжиренное молоко.
4. Рулонный спиральный фильтрующий аппарат состоит из одного или более «конвертов», в каждый из которых, входят два слоя мембраны, разделенные пористым материалом, способным пропускать фильтрат (рис. 24).
Рис. 24. Рулонный фильтрующий аппарат:
1 – сборник фильтрата; 2 – полупроницаемая мембрана; 3 – сетка-разделитель; 4 – пористая подложка
Три края мембраны герметизированы и образуют «конверт». Открытый край конверта герметично присоединен к перфорированной трубе для сбора фильтрата. Затем весь узел навинчивается на перфорированную трубу для сбора фильтрата в целях формирования спиральной мембраны. Последняя оборудована противосдвиговым устройством, которое препятствует выскальзыванию слоев под воздействием напора обрабатываемой жидкости. Мембраны и пористый материал изготавливают из полимерных материалов. Фильтрационные модули спиральной конструкции можно использовать для обратного осмоса, нанофильтрации и ультрафильтрации.
5. Мембранные аппараты на основе полых волокон представляют собой патроны, содержащие пучки элементов из полого волокна – от 45 до 3000 штук в каждом патроне. Расположение полых волокон в фильтрующем модуле может быть различным. В молочной промышленности получили распространение аппараты с параллельным расположением волокон. Волокна уложены параллельно друг другу, их концы зафиксированы в полимерном материале и помещены в сборную трубу для фильтрата, изготовленную из эпоксидной смолы (рис. 25). Аппарат можно рассматривать как комплект трубчатых элементов. Наружная сторона полого волокна имеет грубую структуру и служит в качестве опоры. Поток обрабатываемой жидкости движется внутри этих волокон, фильтрат собирается снаружи и удаляется через верхний отдел трубы. В таких аппаратах мембраны изготовлены из полимерных материалов.
