РОЗДІЛ 2
ОБ'ЄКТИ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1 Об'єкти і предмети досліджень
При виконанні дисертаційної роботи в якості об'єкта досліджень обрано процес ультрафільтраційного концентрування знежиреної молочної сировини, а саме сколотин, та його апаратурне оформлення.
Предметами дисертаційних досліджень, що розглядаються, були:
- напівпроникні ультрафільтраційні мембрани другого покоління;
- ультрафільтраційні модулі з плоскими фільтрувальними елементами;
- вихідна молочна сировина (сколотини), а також продукти її ультрафільтраційного розділення - УФ-концентрати з різним фактором концентрування та пермеат.
В дисертації використовували напівпроникні ультрафільтраційні мембрани типу ГР - ГР61ПП та ГР81ПП виробництва МІФІЛ, м. Мінськ.
В дослідженнях використовували сколотини, отримані методом перетворення високожирних вершків, які одержували на Куп'янському молочному комбінаті Харківської області протягом 2000...2003 років ?143?.
2.2.1 Лабораторна установка для проведення досліджень
Для дослідження процесу ультрафільтрації сколотин як в тупиковому, так і з пульсуючою подачею вихідної сировини режимі використовували лабораторну установку напівперіодичної дії з внутрішнім рециклом, схема якої наведена на рис. 2.1.
Ультрафільтраційна установка напівперіодичної дії складається з наступних конструктивних елементів: ємності 1 з рідиною, що обробляється, ультрафільтраційного модуля 3, двох живильних клапанів 2 та 6. Живильний клапан 6 призначений для регулювання подачі рідини в ультрафільтраційний модуль за допомогою перистальтичного насоса 7, а живильний клапан 2 - для регулювання виведення вихідної рідини. Тиск в модулі регулюється за допомогою манометра 5. Конструкцією передбачається кран 4 для відключення виводу рідини, що обробляється і рефрактометр 8 для регулювання вмісту сухих речовин у концентраті.
Рис. 2.1 Схема ультрафільтраційної установки напівперіодичної дії:
1 - ємність з рідиною, що обробляється; 2,6 - живильні клапани; 3 - ультрафільтраційний модуль; 4 - кран; 5 - манометр; 7 - перистальтичний насос; 8 - рефрактометр
Ультрафільтраційна установка працює наступним чином. Рідина, що розділяється, знаходиться в ємності 1, з якої подається в ультрафільтраційний модуль 3 насосом 7. Пермеат виводиться з рециклу, а концентрат, що утворився, буде надходити назад в ємність 1 до тих пір поки не буде містити потрібний вміст сухих речовин, який контролюється за допомогою рефрактометра 8. Концентрат, що відводиться у вихідну ємність, знов насосом подається до рециклу. Перевагою такої системи є те, що за допомогою перистальтичного насосу в ній утримується високий рівень тиску.
2.2.2 Лабораторна ультрафільтраційна установка на основі фільтруючого модуля з вібраційним турбулізатором.
Принципова схема лабораторної установки надана на рис. 2.2, а зовнішній вигляд - на рис. 2.3.
Установка являє собою фільтруючий апарат 1, виконаний із нержавіючої сталі, внутрішній об'єм якого дорівнює 5 л. До нижньої та верхньої основ приварені фланці, до яких за допомогою стяжних болтів кріпиться нижня 6 та верхня 5 кришки. Герметичність кріплення кришок забезпечують гумові прокладки 14. На нижній кришці, яка має наскрізні радіально просвердлені отвори для виходу пермеату, кріпиться напівпроникна мембрана 15. У верхню кришку вмонтовано манометр 3 для контролю за тиском процесу, сальник 4, який забезпечує підтримку необхідного тиску фільтрації за повної герметичності, та термопару 18, з'єднану із потенціометром КСП-4 17. На верхній кришці також розташований кран для підводу та скидання тиску 10, через який за допомогою компресора 11 утворюється усередині модуля необхідний тиск. На верхній кришці за допомогою стійок закріплений електродвигун 2, вал якого за допомогою ексцентричної муфти поєднаний із вібраційним турбулізатором 13. Для утворення необхідної гідродинамічної обстановки над поверхнею мембран кількість обертів електродвигуна можна змінювати за допомогою ЛАТРа - 1М 16, через який електродвигун підключається до напруги. Точна кількість обертів електродвигуна вимірюється тахометром. Фільтруючий апарат має водяну рубашку, температура води в якій регулюється за допомогою ультратермостата УТ - 15 12. В нижній частині фільтруючого модуля є кран 7 для відведення ультрафільтраційного концентрату рідини, а пермеат за допомогою штуцера 8 збирається в ємність 9. Робоча поверхня мембран установки складає 0,024 м2.
Процес ультрафільтрації на даній установці здійснюється наступним чином. Фільтруючий апарат заповнюють рідиною, яка фільтрується (сколотинами), створюють за допомогою компресора 11 необхідний тиск та здійснюють процес ультрафільтрації. Для дослідження впливу турбулізації на
Рис. 2.2 Принципова схема лабораторної установки: 1- корпус фільтруючого апарата; 2- електродвигун; 3-манометр; 4-сальник; 5-верхня кришка; 6-нижня кришка; 7-кран для відведення ультрафільтраційного концентрату; 8-штуцер відведення пермеату; 9-ємність для збору пермеату; 10-кран для підводу та скидання тиску; 11-компресор; 12-ультратермостат; 13-вібраційний турбулізатор; 14-гумова прокладка; 15-напівпроникна мембрана; 16 - ЛАТР-1М; 17 - потенціометр КСП-4; 18 - термопара
Рис. 2.3 Зовнішній вигляд ультрафільтраційної установки на основі фільтруючого модуля з вібраційним турбулізатором
процес ультрафільтраційного розділення сколотин вмикають вібраційний турбулізатор, частота руху якого регулюється за допомогою електродвигуна 2 та ЛАТРа - 1М 16. В процесі ультрафільтрації крізь мембрану проходить пермеат, який збирається за допомогою воронки 8 у спеціальну ємність 9. Ультрафільтраційний концентрат сколотин за досягнення необхідного значення фактора концентрування відбирається з фільтруючого апарата за допомогою крана 7.
2.3 Методи дослідження процесу ультрафільтрації сколотин.
Під час проведення експе