Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 1

Подождите немного. Документ загружается.

Глава

12 Оборудование для сортирования и обогащения сыпучих продуктов 361

измельчения пищевых сред

случае необходимости производят регулировку

угла

наклона вибратора 10

путем

поворота опорной плиты 9.

Включают

вибратор 10 и раствор, например буровой раствор из скважины, че-

рез приемный коллектор 4 поетупает на приемную сетку 19, где происходит пер-

вичная

очистка раствора от крупных частиц шлама, которые сбрасываются в каналы

сетки 75 за пределами рассекателей 16. Кроме

того,

раствор благодаря ограниченной

высоте крышки 5 равномерно распределяется по ширине, а, следовательно, и по ка-

налам сетки 75.

случае наличия

газа

в растворе последний по воздухоотводам 6, 7 выводится

за пределы рабочей зоны. Таким образом, обеспечивается взрывобезопасность в зоне

работы вибрационного сита.

Очищенный от крупных частиц шлама раствор поступает через приемную сетку 19

в зазоры между рассекателями 16 и разделительной сетки 75. Очищенный раствор

стекает в поддон и далее в отсек циркуляционной системы, а шлам по нижней по-

верхности каналов сетки 75 сползает вниз, комкуется и направляется в отвал.

Вибрационное сито отличается тем, что разделительная сетка установлена в

виброкорпусе с образованием одного или нескольких V- или U-образных каналов, в

последних

размещены рассекатели, при этом боковые стенки каналов расположены

под

углом

к вертикальной плоскости,

края

разделительной сетки закреплены в на-

тяжных валиках, и разделительная сетка

зафиксирована

относительно виброкорпуса

откидывающейся прижимной рамкой, а виброкорпус установлен на раме посредст-

вом четырех пружин, выполненных в виде петли со свободными концевыми участ-

ками, закрепленными один на раме, а другой

—

на виброкорпусе, причем петля пру-

жины надета на установленный на раме валик. Вибрационное сито отличается тем,

что

рассекатели установлены с возможностью вертикального перемещения относи-

тельно

разделительной сетки. Вибрационное сито отличается тем, что выше разде-

лительной

сетки установлена приемная сетка

* *

В этой главе наиболее важными являются следующие моменты.

1. Механизм процесса сепарирования разнородных по технологическим

свойствам компонентов определяет

способы

сортирования и обогащения

сыпучих продуктов измельчения пищевого сырья.

2. Анализ факторов, влияющих на производительность оборудования и

энергоемкость

процесса сортирования и обогащения сыпучих продуктов из-

мельчения

пищевого сырья, показывает

пути

развития соответствующих

систем процессов и систем

машин.

3. Эффективная эксплуатация, ремонт и обслуживание

машин

для

сор-

тирования и обогащения сыпучих продуктов измельчения пищевого сырья

требует

знания

не только их устройства и принципа действия, но и

осо-

бенностей процесса в

каждой

из них.

12*

Зак. 624

362

Часть

II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

КОНТРОЛЬНЫЕ

ВОПРОСЫ

1. Какие

факторы

влияют на эффективность и производительность сортирования продуктов в рас-

севах?

Как устроены и

какие

функции выполняют двери

рассева?

3. Каково устройство и

каков

принцип действия

рассева?

Чем определяется радиус траектории колебаний рассева и от чего он зависит?

5. В чем заключаются принципы построения различных типов технологических схем?

Какие

факторы

влияют на производительность и эффективность работы рассевов?

7. Как производится балансировка

рассева?

8. В чем состоит сущность процесса обогащения в ситовеечной машине?

9. Как регулируют воздушный режим в ситовеечной машине?

10. Какое влияние на процесс обогащения в ситовеечной машине оказывает

угол

направления ко-

лебаний? Как его регулируют?

Каково устройство и

каков

принцип действия ситовеечной машины?

12.

Каковы основные направления совершенствования конструкций сортирующих машин?

13.

Какие функции выполняют сортирующие машины и какое место в машинно-аппаратурных

схемах

они занимают?

14. Как устроена и работает вымольная

машина?

Как регулируют ее производительность?

15. Какова схема привода виброцентрофугала

РЗ-БЦА

каков

характер движения основных рабо-

чих органов?

16. Как регулируют подсос воздуха в энтолейторе РЗ-БЭР?

17. Какие

факторы

влияют на производительность и эффективность работы энтолейтора?

18. Каково устройство основных

узлов

деташера

А1-БДГ?

19.

Каково устройство и

каков

принцип действия дробильно-сортировочно-очистительной маши-

ны для какао-бобов?

20. Какие

факторы

влияют на повышение эффективности работы дробильно-сортировочно-

очистительной

машины для какао-бобов?

УПРАЖНЕНИЯ

Предложите

в виде эскизов Ваши решения инженерных задач, связанных с развитием конструкций:

рассева;

ситовеечных машин;

вымольных машин и виброцентрифугалов;

энтолейторов и деташеров;

дробильно-сортировочных машин.

Эти

решения должны предполагать совершенствование и модернизацию оборудования. Они на-

правлены на:

повышение производительности;

повышение

качества

продукции;

улучшение условий труда рабочего с точки зрения эргономики, техники безопасности и охраны

труда;

экономию времени на санитарное обслуживание оборудования;

экономию времени на техническое обслуживание оборудования;

экономию энергоресурсов;

экономию конструкционных материалов;

повышение технологичности конструкции с точки зрения изготовления и ремонта;

улучшение

дизайна

оборудования;

снижение себестоимости продукции другими, кроме перечисленных выше, путями.

Вместе

с этими, преимущественно машиноведческими, аспектами рассмотрите возможность раз-

вития конструкций машин и

аппаратов

с точки зрения повышения

качества

самих технологических про-

цессов,

которые реализуются этим оборудованием. Речь идеТ об увеличении точности, устойчивости,

надежности, управляемости и стабильности технологических процессов, а

также

о снижении их чувст-

вительности

к возмущающим

факторам

окружающей среды.

По

результатам Вашей работы сделайте заключение о том, в какой мере Ваши предложения повы-

шают готовность машин и

аппаратов

к эффективной автоматизации данных технологических процессов.

Люди перестают мыслить, когда перестают читать.

ДИДРО

ДЕНИ

(1713-1784),

французский

философ,

просветитель,

писатель

Глава

ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ

РАЗДЕЛЕНИЯ

ЖИДКООБРАЗНЫХ

НЕОДНОРОДНЫХ

ПИЩЕВЫХ

СРЕД

Разделение жидкообразных неоднородных пищевых сред проводится путем от-

стаивания, фильтрования, центрифугирования и сепарирования.

Отстаивание - процесс разделения неоднородных жидких смесей на

фракции,

различающиеся по плотности, в

поле

гравитационных сил.

Фильтрование - процесс разделения суспензий при помощи пористых, фильт-

рующих

перегородок, которые задерживают осадок и пропускают осветленную

жидкость.

Центрифугирование - процесс разделения неоднородных суспензий на

фракции

поле

центробежных сил. Различают отстойное и фильтрационное центрифугирование.

Сепарирование - процесс разделения неоднородных жидких смесей на

фракции,

различающиеся по плотности, в

поле

действия центробежных сил.

13.1

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКООБРАЗНЫХ

НЕОДНОРОДНЫХ ПИЩЕВЫХ

СРЕД

Жидкообразные

неоднородные пищевые среды представляют

собой

мутную

полидисперсную

систему, состоящую из грубых и мелкодисперсных частиц,

колло-

идных веществ. Для их осветления применяют отстаивание, фильтрование, центри-

фугирование и сепарирование.

Отстойное

центрифугирование используется для разделения

плохо

фильтрую-

щихся

суспензий с малой концентрацией, а

также

для классификации суспензий по

крупности

удельному

весу частиц.

Фильтрационное

центрифугирование применяется для разделения суспензий,

имеющих

дисперсионную

фазу

кристаллической или зернистой структуры, а

также

для

обезвоживания влажных материалов, поры которых целиком или частично за-

полнены

жидкостью.

Фильтрационное

центрифугирование

получило

распространение в сахарной

промышленности

для фуговки утфеля.

Утфель

представляет

собой

двухфазную вязкую массу, содержащую 45...60 %

по

объему кристаллов

сахара

и межкристальный раствор.

Процесс

фуговки осуществляется за счет действия центробежной силы на ут-

фель,

загруженный в цилиндрический перфорированный ротор центрифуги,

вра-

щающейся с окружной скоростью 50...90 м/с (рис.

13.1).

Для

лучшего

отделения

Нет ничего страшнее деятельного невежества.

ГЁТЕ ИОГАНН ВОЛЬФГАНГ

(1749-1832),

немецкий

поэт,

мыслитель,

естествоиспытатель

364

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Утфель

Кристаллы |

сахара

Рис. 13.1

Схема

работы

центрифуги

С?

——— межкристального оттёка и

задержания

кристаллов

сахара

внутри ротора центрифуги устанавливают

подкладочные и фильтрующие сита.

Процесс

фуговки утфеля делится на три пе-

риода: образование осадка, уплотнение и механи-

ческая сушка осадка. Первый период - обычная

фильтрация, причем давление обусловливается

гидравлическим напором под действием центро-

бежных сил.

Во

время второго периода центрифугируемая

масса представляет

собой

двухфазную систему,

причем вначале твердые частицы имеют мини-

мум

точек

касания.

дальнейшем происходит сближение частиц

с уменьшением объема пор массы и выжимание

жидкой

фазы

из этих пор. На межкристальную

жидкость оказывают давление твердые частицы и центробежные

силы.

С течением

процесса"

сжатия

осадка

число

точек

касания

между частицами увеличивается. Од-

новременно давление на жидкость, вызванное действием поля центробежных сил,

падает

вследствие уменьшения гидравлического напора по мере удаления межкри-

стального

раствора. Когда уровень жидкости опускается до дренирующего

слоя,

начи-

нается третий период.

началу третьего периода на поверхности кристаллов и в местах их соприкос-

новения остается межкристальная патока, удерживаемая капиллярными и

молеку-

лярными силами. Этот период характеризуется стеканием патоки по незаполненным

порам с поверхности кристаллов до тех пор, пока силы

молекулярного

сцепления

оставшейся пленки патоки на кристаллах уравновешиваются центробежными сила-

ми.

Чтобы

удалить оставшийся на поверхности кристаллов раствор, их промывают

водой

и сушат паром

(пробелка).

Одной

из характеристик центрифуг является ускорение центробежного

поля,

создаваемого ими. Отношение центробежной силы к

силе

тяжести является факто-

ром

разделения Ф

Ф,

= ^R/g.

Рабочим

органом сепаратора, в котором происходит процесс разделения, явля-

ется барабан.

Принцип действия сепаратора-разделителя (рис. 13.2, а) заключается в

следую-

щем.

Исходная гетерогенная система по центральной трубке поступает в тарелко-

держатель, откуда по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается

вверх комплект тарелок и растекается между ними. Под действием центробежной

силы

легкая

фракция

оседает на верхнюю поверхность нижележащей тарелки. По

этой

поверхности легкая

фракция

движется к центру барабана, далее по зазору меж-

ду

кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимается вверх барабана и отводится

по

коммуникациям.

Тяжелая

фракция

в межтаре-лочном пространстве оттесняется к нижней по-

верхности тарелки. По этой поверхности

фракция

движется к периферии тарелки и

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных

неоднородных пищевых сред

365

а)

б)

Рис.

13.2. Схема барабанов тарельчатых сепараторов:

а - сепаратора-разделителя; б - сепаратора-осветлителя

—-*

- исходный продукт; ——< - легкая

фракция;

—•

- тяжелая

фракция;

сосоо

- осадок.

по

зазору между разделительной

тарелкой и крышкой барабана

поднимается вверх барабана, от-

куда отводится по специальным

коммуникациям.

Сущность

процесса осветле-

ния (рис. 13.2, б) заключается в

следующем.

Продукт, подвергае-

мый очистке, по центральной

трубке

поступает в тарелкодержа-

тель,

из которого направляется в

шламовое

пространство между

кромками

пакета

тарелок и крыш-

кой.

Затем жидкость поступает в

межтарелочные пространства. По

зазору между тарелкодержателем

и верхними кромками тарелок

поднимается вверх и через прорезь выходит из барабана. Процесс очистки начинается

в шламовом пространстве и завершается в межтарелочных. Процесс разделения гете-

рогенных систем осуществляется, главным образом, в межтарелочном пространстве.

При

этом траектория частиц дисперсной

фазы

состоит из двух стадий. Легкая

фракция

дисперсной

фазы

движется к оси вращения (рис. 13.3,

а),

а тяжелая - к периферии

(рис.

13.3,6).

Саморазгружающиеся сепараторы разделяются на две основные группы: с не-

прерывным и пульсирующим отводом осадка.

сепараторах с непрерывным отводом осадка последний удаляется вместе с

частью жидкой

фазы

через сопла в виде концентрированной тяжелой

фракции.

сепараторах с пульсирующим отводом осадка последний выбрасывается из

барабана при перемещении подвижного элемента, открывающего разгрузочные ще-

ли

на периферии барабана.

При

полной разгрузке периодически прекращается поступление продукта на се-

парирование, разгрузочные щели барабана открываются и все его содержимое, т. е.

выделенный осадок и

жидкая

фаза,

выбрасывается в приемник.

Основные конструктивные факторы, которые оказывают существенное влияние

на эффективность процесса сепарирования, вытекают из формул для определения

производительности сепараторов. К этим факторам относятся частота вращения ба-

рабана, размеры барабана и тарелок, расстояния между тарелками.

Движущей силой фильтрации является разность давлений на входе в фильтр,

состоящем

из фильтрующей перегородки и слоя осадка, и на выходе из

него.

Для

создания разности давлений на одной стороне фильтрующего слоя должно

быть

избыточное давление или вакуум, в

любом

случае фильтрат (очищенная жид-

кость)

поступает в сторону пониженного давления.

качестве фильтрующих перегородок используют ткани (хлопчатобумажные,

бязь,

лавсан, бельтинг, капроновые, нейлоновые), ацетатцеллюлозу, полисульфон,

листовой

картон, металлокерамику, намывные фильтры (диатомитовые, керамиче-

ские, гравиевые), патронные фильтры.

366

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Таким образом, процесс

фильтрации основан на

задержа-

нии твердых взвешенных

частиц

фильтрующими перегородками,

способными

пропускать только

жидкость и

задерживать

частицы

твердой

фазы.

При прохождении

а)

о)

Рис.

13.3 Схема

движения

частиц

дисперсной

фазы

в межтарелочном пространстве сепараторов

с подачей жидкости:

а - в сепараторе-разделителе; б - в сепараторе-осветлителе

суспензии через пористую пере-

городку

за счет разности давле-

ний до и

после

перегородки

жидкая

фаза

проходит через по-

ры перегородки и собирается в

виде освобожденного от твердых

примесей фильтрата, а твердые

частицы задерживаются на по-

верхности фильтрующей перего-

родки, образуя

слой

осадка. Об-

разующийся на поверхности пе-

регородки

слой

осадка используется как фильтрующая среда: исходная суспензия,

проходя через пористые каналы слоя осадка, частично освобождается от примесей.

Для

уменьшения его гидравлического сопротивления необходимо периодически

удалять

большую

часть осадка с фильтрующей перегородки.

Характер и толщина слоя осадка, отлагающегося на поверхности фильтрующей

перегородки, являются важными параметрами, определяющими эффективность

фильтрации.

Различают два

типа

осадков:

несжимаемые - получаемые из недеформируемых (кристаллических) частиц;

сжимаемые - получаемые из деформируемых (аморфных) частиц.

Скорость

фильтрования суспензий, образующих несжимаемые осадки, растет с

увеличением

давления на жидкость, а при одном и том же давлении зависит только

от

толщины слоя осадка.

При

образовании сжимаемых осадков с повышением давления осадок сжимается,

поры его уменьшаются и скорость фильтрации снижается. Следовательно, в этом

слу-

чае скорость фильтрации растет не пропорционально разности давлений, а имеет не-

которое

отставание. Более

того,

скорость фильтрации при некоторой разности давле-

ний не только не увеличивается, а наоборот, уменьшается вследствие

сжатия

осадка.

Исходя

из

этого,

процесс фильтрования ведут двумя способами: при постоян-

ном

давлении суспензии и уменьшающейся скорости фильтрования; при постоянной

скорости фильтрования и переменно возрастающем давлении.

На скорость фильтрации влияют следующие основные факторы: перепад давле-

ния, действующего на суспензию; толщина слоя осадка на фильтре; структура и ха-

рактер

осадка; состав, вязкость и температура суспензии.

На основе анализа многочисленных экспериментальных работ можно считать,

что

движение фильтруемой среды при протекании через поры осадка и через поры

фильтрующей

перегородки носит ламинарный

характер

вследствие малого

размера

пор и небольшой скорости движения жидкости. Поэтому скорость движения жидко-

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных 367

неоднородных

пищевых сред

сти в порах v (м/с) можно определить из известного

закона

ламинарного течения -

уравнения Пуазейля

v =

Apd

/(32\u),

где

Ар - перепад давления в фильтре, Па; р - динамическая вязкость суспензии,

Пас;

/ - длина пор, м; d- диаметр пор, м.

Тогда,

объем фильтра V

(м

)

за время

рассчитывается по формуле

= VFT

где

v - скорость движения жидкости в порах, м/с; F- площадь сечения пор фильтра, м

Если

в вышеприведенной формуле принять F = 1 м

, то уравнение фильтрации

запишется в виде

V/x = Apd

/(Ъ2\х1).

Таким образом, скорость фильтруемой среды, проходящей через единицу по-

верхности фильтрующей перегородки и единицу поверхности несжимаемого осадка

на фильтре,

выражается

уравнением

dV/dx

= F

(Р

)/[р(р

А +

рА)],

где

Fo - общая поверхность фильтра, м

; РфиР

- соответственно падение давления при

прохождении суспензии через фильтрующую перегородку и через

слой

осадка, Па; hi и

h - толщина фильтрующей перегородки и

слоя

осадка, м; р] и р - коэффициенты сопро-

тивления фильтрации соответственно фильтрующей перегородки и

слоя

осадка;

р,

= 8а,

/(п

Пг

р=Ъа/(пПг

здесь а и ai - поправочные коэффициенты, учитывающие криволинейность капил-

ляров соответственно фильтрующей перегородки и

слоя

осадка; г к г\ - радиус пор

фильтрующей

перегородки и осадка, м; п и щ

—

число капилляров (пор) на фильт-

рующей

перегородке и в осадке на 1 м

поверхности фильтра.

Применение мембранных методов в пищевой промышленности позволяет про-

водить очистку и концентрирование растворов без подогрева и

выпаривания.

Они

используются

также

для подготовки технологической воды, стабилизации, безалко-

гольных

напитков и виноградных вин, концентрирования натуральных соков, пасте-

ризации, извлечения ценных компонентов из технологических стоков различных

производств, очистки промышленных стоков и т. д. Применение мембранных про-

цессов в пищевой технологии позволяет значительно снизить энергоемкость про-

цессов обезвоживания фруктовых и овощных соков, сиропов, экстрактов по сравне-

нию

с процессами

выпаривания

или вымораживания, улучшить качество и повысить

выход получаемых продуктов.

Мембранные

процессы классифицируют по среднему размеру пор на обычную

фильтрацию, микрофильтрацию, ультрафильтрацию и обратный осмос (рис.

13.4).

процессам обычного фильтрования принято относить гидромеханические про-

цессы,

не осложненные физико-химическими явлениями. На рис. 13.4 такие процессы

проходят на фильтрующих перегородках с диаметром пор от 1 мкм и

более.

368

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Обратный осмос

Испарение через

мембрану

Микрофильтрация

Ультрафильтрация

Диализ

Обычная

фильтрация

Электродиализ

Средний диаметр пор

0,0003

0,01

100

0,1

1000

10 мкм

100 000 А

Рис.

13.4 Классификация мембранных процессов

Микрофильтрация.

Промежуточное положение между обычной фильтрацией

и мембранными процессами

занимает

микрофильтрация. Принято считать, что поры

микрофильтрационных мембран имеют средний

размер

от 0,1 до 10 мкм. В этих

процессах могут отделяться как мельчайшие частицы механической примеси, так и

отдельные

клеточные организмы и частицы клеток, как, например, дрожжевые клет-

ки в процессах микрофильтрации продуктов брожения. Процессы микрофильтрации

осложняются

образованием гелеобразных слоев на поверхности фильтрующей пере-

городки,

которую в дальнейшем будем

называть

микрофильтрационной мембраной.

Ультрафильтрация

- это процесс разделения,

фракционирования

и концен-

трирования

растворов с помощью полупроницаемых мембран. При этом жидкость

непрерывно подается в пространство над мембраной под давлением 0,1... 1,0 МПа.

Процессы

ультрафильтрации выполняют на мембранах со средним диаметром пор

от

0,01 до 0,10 мкм, называемых ультрафильтрационными мембранами. В процессах

ультрафильтрации из исходной смеси отделяют самые мелкие бактерии и сфериче-

ские вирусы, крупные белковые

молекулы

и т. п. Эти процессы используют для сте-

рилизации жидких сред.

отличие от процессов микрофильтрации ультрафильтрация может сопровож-

даться адсорбцией растворенных веществ на поверхности пор мембраны и

даже

межмолекулярным

взаимодействием. Все это в значительной степени осложняет

расчет процессов ультрафильтрации.

При

ультрафильтрации исходный раствор разделяется на два принципиально

новых продукта: низкомолекулярный (фильтрат) и высокомолекулярный. Фильтрат

проходит сквозь мембрану и удаляется через дренажную систему, а высокомолеку-

лярный продукт концентрируется. Ультрафильтрация позволяет выделять молочные

белки

из вторичных продуктов молочной промышленности и ценные вещества из

других

пищевых растворов, получать дополнительные резервы производства про-

дуктов

питания.

Например, выход фруктовых

«соков

из исходного продукта при

ультрафильтрации увеличивается до

95...99

Ультрафильтрацией

обезжиренного молока получают молочный концентрат,

который используют в производстве различных видов сыров, творожных масс и ки-

сломолочных

продуктов, что увеличивает выход продукции.

Глава

13 Оборудование для разделения жидкообразных 369

неоднородных пищевых сред

Ультрафильтрация сырого сахарного сока позволяет получить чистый, свобод-

ный от коллоидов фильтрат, идущий непосредственно на кристаллизацию сахарозы.

Ультрафильтрация успешно заменяет пастеризацию

пива.

При этом из

пива

удаляются

бактерии и высокомолекулярные вещества, ухудшающие его качество и

снижающие стабильность. Стоимость обработки

пива

ультрафильтрацией в 2,5

раза

ниже, чем пастеризацией.

Обратный осмос. Мембраны для процессов обратного осмоса имеют поры,

средний диаметр которых не превышает 0,01 мкм. Так как на

практике

используют

обратноосмотическис мембраны с размерами пор значительно ниже указанной гра-

ницы, принято измерять средний диаметр пор в ангстремах.

Если

крепкий раствор

соли

отделить от

слабого

раствора полупроницаемой

мембраной, то вода немедленно начинает просачиваться сквозь мембрану от

слабого

раствора к крепкому.

Силу,

заставляющую воду проникать через микропоры мем-

браны, называют осмотическим давлением.

Если

приложить к сосуду с концентрированным раствором внешнее давление,

то

перенос воды через мембрану сначала уменьшится, а затем, когда внешнее давле-

ние станет равно осмотическому, вообще прекратится. Дальнейшее увеличение дав-

ления

заставит

воду проходить в обратном направлении, т. е. от концентрированно-

го

раствора к разбавленному. Это и есть обратный осмос.

Для

всех мембранных процессов характерно накопление на поверхности мем-

браны

частиц

веществ, которые не проходят через мембрану. Это явление

получило

название

концентрационной поляризации. Образующийся

слой

часто обладает

меньшей проницаемостью, чем

сама

мембрана. Чтобы разрушить

слой,

необходимо

перемешивать жидкость над поверхностью мембраны. Поэтому подавляющее

боль-

шинство мембранных

аппаратов

работает в проточном режиме.

Обработка виноградных вин обратным осмосом позволяет решить вопрос их

стабилизации. При использовании обратного осмоса через мембрану проходят вода

и этиловый спирт, а ионы калия и

винная

кислота остаются в концентрате, из кото-

рого

интенсивно

выпадает

винный камень.

После

фильтрования концентрата его

смешивают с фильтратом, что повышает его стабильность на длительный срок.

Обратным осмосом концентрируют яичный

белок.

При этом не происходит дена-

турирования протеинов и получают яичный

белок

с содержанием протеинов до 30 %.

Разделение

методами обратного осмоса и ультрафильтрации принципиально

отличается от обычного фильтрования. При обратном осмосе и ультрафильтрации

образуются

два раствора: концентрированный и разбавленный, в то время как при

фильтровании осадок откладывается на фильтровальной перегородке. В процессе

обратного

осмоса и ультрафильтрации накопление растворенного вещества у по-

верхности мембраны (вследствие концентрационной поляризации) недопустимо, т. к.

при этом резко снижаются селективность (разделяющая

способность)

и проницае-

мость

(удельная производительность) мембраны, сокращается срок ее

службы.

Мембрана

- это фильтрующая перегородка с размерами пор, приближающими-

ся к размеру

молекул.

Мембраны

изготовляют из различных материалов: полимерных пленок, стекла,

металлической

фольги и т. д. Наиболее распространены мембраны из полимерных

пленок.

Мембраны

должны обладать следующими свойствами: высокой разделяющей

способностью

(селективностью);

высокой удельной производительностью (проницае-

370

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

мостью);

постоянством своих

характеристик

в процессе эксплуатации; химической

стойкостью

в разделяющей среде; механической прочностью; невысокой стоимостью.

Полупроницаемые

мембраны бывают пористыми и непористыми. Через непо-

ристые мембраны растворитель и растворенные вещества проникают под действием

градиента концентрации в результате молекулярной диффузии. Поэтому эти мем-

браны

называют

диффузионными. Они представляют собой квазигомогенные

гели.

Скорость

диффузии

компонентов через эти мембраны

зависит

от энергии

активации

при взаимодействии

частиц

компонентов с материалом мембран.

Скорость

диффузии

также

зависит

от подвижности отдельных звеньев мем-

бранной матрицы и от размеров диффундирующих

частиц.

Скорость тем выше, чем

сильнее

набухает мембрана.

Скорость

диффузии

молекул

через диффузионную мембрану прямо пропорцио-

нальна-коэффициенту диффузии, который

зависит

от размеров

молекул

и их формы.

Диффузионные мембраны применяются для разделения компонентов с близки-

ми свойствами, но с молекулами различных размеров.

Так как диффузионные мембраны не имеют капилляров, они не забиваются и их

проницаемость остается постоянной в процессе разделения.

Диффузионные мембраны обычно применяют для разделения газовых и жидких

смесей

методом испарения через мембрану.

Для

проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации применяют

пористые мембраны, изготовляемые в основном из полимерных материалов.

Поли-

мерные мембраны могут быть анизотропными и изотропными.

Мембрана

с анизотропной структурой состоит из тонкого поверхностного слоя

на микропористой

«подложке».

Разделение происходит на поверхностном активном

слое,

практически

весь

перепад

давления приходится на этот

слой.

Изотропные

мембраны образуются при облучении тонких полимерных пленок

заряженными

частицами с последующим травлением химическими реагентами. Вы-

пускают изотропные мембраны на основе поликарбонатных пленок.

промышленности применяют следующие полимерные мембраны:

целлюлоз-

ные,

на основе

эфиров

целлюлозы,

акрилонитриловые, нейлоновые, поливинилхло-

ридные, изготовленные на основании поликарбонатов и полисульфонов.

Наиболее

широко распространены в различных промышленных производствах

полимерные

мембраны. Эти мембраны, изготовленные из различных полимеров,

имеют ряд преимуществ: достаточную механическую прочность, равномерность

размеров пор, высокую химическую стойкость. Фильтрующая перегородка из

поли-

мерных мембран может иметь

любую

форму. Изготовляют полимерные мембраны в

виде плоских пленок и лент, цилиндрических пленок на пористой цилиндрической

основе

и полых волокон.

По

назначению различают полимерные мембраны для разделения газов и

жид-

ких смесей. Внутри этих двух групп мембраны различают в зависимости от кон-

кретного процесса. Например, мембраны для жидкостей делятся на микрофильтра-

ционные, ультрафильтрационные, обратноосмотические, диализные и т. д.

Полимерные

мембраны по устройству можно<разделить на три группы: симмет-

ричные и асимметричные мембраны и полые волокна.

Симметричные мембраны имеют одинаковые по размеру поры, пронизывающие

мембрану в одном направлении. Эти мембраны, получаемые методом бомбардиро-