автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.13, диссертация на тему:Баромембранные процессы в производстве концентрированных плодоовощных соков и других жидких пищевых сред

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ :> '' ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

2 4 ШР 1337

На правах рукописи

ТИМКИН Виктор Андреевич

УДК 66418/.9.036.53

БАРОМЕМБРАННЬЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПЛОДООВОЩНЫХ СОКОВ И ДРУГИХ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ СРЕД

Специальность 05.18.131 Технология консервированных пищевых продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре Машин и аппаратов пищевых производств Уральского государственного экономического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Л.А.Минухин

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ю.И.Новокшенов

- кандидат технических наук, доцент И.Л.Кесельман

Ведущая организация - Уральский центр стандартизации

и метрологии

Зашита состоится " ма^ь* 1997 года в часов

на заседании специализированного Совета К.063.45.04 при Московском государственной заочном институте пищевой промышленности по адресу: 10Э803, Москва, Земляной Вал, 73, МГЗИПП. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГЗИПП. Автореферат разослан "/<Г" 1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук,

доцент И.Д.Белоусова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расширение ассортимента продуктов питали я, повышение их качества, пищевой и биологической ценности, экологической безопасности являются основной задачей пищевой промышленности России. Приоритетным направлением является совершенствование технологии переработки жидких пищевых сред, поскольку они пользуются большим потребительским спросом. К таким средам, в частности, относятся плодоовощные соки и питьевая вода, которые широко применяются в консервной промышленности для производства различных продуктов питания.

Как показывает мировой и отечественный опыт, наиболее перспективной технологией переработки многих жидких пищевых сред является мембранная технология, которая позволяет разделять, очищать, фракционировать и концентрировать подобные среды при температурных условиях окружающей среды, без фазового перехода жидкости, при минимальных энергетических затратах. Ведущая роль, при этом, принадлежит баронембранным процессам (обратный осиос, ультрафильтрация). Применение бароменбранных процессов в производстве концентрированных плодоовощных соков позволяет сохранить в концентрате полную гамму ценных компонентов сока. Появляется возможность получения натуральных пищевых красителей на основе плодоовощных соков содержащих красящие пигменты. Также, баромембранные процессы позволяют эффективно снижать солесодер-жание питьевой воды, что имеет очень ванное значение ввиду того, что воды большинства регионов России, в особенности Уральского региона, по причине техногенных и природных факторов исключительно засолены. Общее солесодержание потребляемой воды превышает санитарно-гигиеническую норму в 1,5-7,0 раз.

Совершенствование технологии переработки жидких пищевых сред на основе бароиембранных методов является одной из насущных проблей и требует неотложного разрешения наряду с другими народнохозяйственными задачами. Из-за недостаточной экспериментальной и теоретической базы в области баромембранных процессов применительно ко многим пищевым средам, в том числе плодоовощным сокам и воде, сдерживается их широкое применение б пищевых производствах.

Целью работы является экспериментальное исследование основных закономерностей процессов разделения плодоовощных соков и природных вод Уральского региона с применением баромембранных методов, разработка на основе полученных опытных данных оптимальных режимов обратноосмотического концентрирования и ультрафильтрационного осветления соков, оценка возможности очистки соков от ионов тяжелых металлов и радионуклидов, определение неизвестных физико-химических параметров соков, исследование и разработка очистки природных вод от ионов бора, разработка математической модели расчета обратноосмотических установок.

Научную новизну составили:

- определение универсального отношения ш = Рер/Рео > 3,5, выполнение которого обеспечивает проведение процесса обратно-осмотического концентрирования плодоовощных соков в оптимальном режиме;

- новые экспериментальные данные по выделению из -плодоовощных соков ионов тяжелых металлов и радионуклидов;

- определенные значения физико-химических параметров плодоовощных соков: осмотического давления, коэффициента диффузии, вязкости и плотности;

- разработка режимных параметров процесса обратноосмо-тической очистки воды от ионов бора;

- разработка математической модели расчета мембранных установок с рулонными фильтрующими элементами.

Практическая ценность:

- определены оптимальные режимные параметры процессов об-ратнооскотического концентрирования и ультрафильтрационного осветления плодоовощных соков, подобраны мембраны с лучшими характеристиками для разделения данных сред;

- разработана технологическая схема процесса очистки воды от ионов бора методой обратного осмоса и проведена ее апробация в промышленных условиях;

- разработана математическая модель расчета мембранных установок с рулонными фильтруюшини элементами, позволяющая проводить проектные, поверочные и оптимизационные расчеты, составлена программа компьютерного расчета;

- полученные данные могут быть использованы в перерабатывающей промышленности и общественном питании, в учебном процессе при чтении курсов лекций "Процессы и аппараты пищевых производств" и "Технология консервирования", а также при дальнейшем проведении научных исследований.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международном семинаре-выставке "Чистая вода Урала-95" (Екатеринбург, 1995г. ); Международной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности" (Могилев, 1995г. ); Международном научном конгрессе "Молодежь и наука - третье тысячелетие" (Москва, 1996),где автор был отмечен дипломом 1 степени лауреата конгрес-

са; Всероссийской научно-практической конференции "Экономическая реформа в России: проблемы, дискуссии, пути развития" (Екатеринбург, 1936г. ); Межрегиональной научно-практической конференции "Пищевая промышленность 2000" (Казань, 1996г. ); Международной научно-практической конференции "Энергоресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья" (Шнек, 1996г. ); Международной конференции "Холод и пищевые технологии" (Санкт-Петербург, 1996г. ).

Публикации, По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.

Обьем и структура работы. Диссертация изложена на 219 сгр. машинописного текста, включающего 41 рисунок и 26 таблиц. Состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы (144 наименования работ) и приложений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- экспериментальные данные по оптимальным режинным параметрам процессов обратноосмотического концентрирования и ультрафильтрационного осветления плодоовощных соков;

- результаты оценки выделения баромембранными методами из плодоовощных соков ионов тяжелых металлов и радионуклидов;

- определенные значения физико-химических параметров плодоовощных соков: осмотического давления, коэффициента диффузии, вязкости и плотности;

- неубранный метод очистки воды от ионов бора, с разработкой технологической схемы;

- модель расчета обратноосмотической установки с рулонными фильтрующими элементами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, ее научное и практическое значение.

В первой главе проведен литературный анализ современного состояния вопроса в области разделения водных сред бароненбран-ными методами. Рассмотрены теоретические основы и технологические аспекты бароменбранных процессов, влияние режимных параметров на основные характеристики иенбран, методы оптимизации процесса обратного осиоса. Проведен обзор основных направлений и перспектив применения бароменбранных процессов в пищевой промышленности, проанализированы современные методы очистки природных вод, рассмотрены работы по определению осмотического давления водных сред.

На основании анализа сведений, приведенных в данной главе, обоснованы и сформулированы цель и задача исследований настоящей работы.

Во второй главе изложены результаты исследований баромем-бранных процессов разделения плодоовощных соков. Описаны опытные установки и методики экспериментальных исследований обратноосмо-тнческого концентрирования и ульграфильтрационного осветления соков, а также методика исследования очистки соков от ионов тяжелых металлов и радионуклидов. Относительная погрешность в определении параметров не превышала 52 при доверительной вероятности 0,95. В качестве исследуемых сред использовались соки -свекольный, морковный, яблочный и черносмородиновый, диапазон физико-химических свойств которых охватывает практически все известные виды плодоовощных соков.

Предварительные эксперименты с неосвещенными соками показали, что при пребывании сока под давлением 5 МПа и выше, что характерно для процесса обратного осмоса, происходят изменения в структуре сока, проявляющиеся в его объемном желеобразовании, и, как следствие, резком повышении вязкости - более чем на порядок. Причем, этот эффэкт тем более значителен, чем выше концентрация сухих растворенных веществ в соке (рис.1). Объемное желеобразование, на наш взгляд, вызвано достаточно большим содержанием высокомолекулярных веществ в исследуемых соках. Повышение вязкости сока приводит к тому, что процесс разделения обратным осмосом практически прекращается, проницаемость кембран стремится к нулю. Эксперименты в тех же условиях с осветленными соками показали удовлетворительные результаты, что позволило сделать вывод о необходимости процесса осветления перед обратноосмотическим концентрированием.

Исследования влияния режимных параметров (гидродинамических условий над мембраной, рабочего давления, температуры и концентрации ) на характеристики обратноосмотических мембран - селективность ч> и скорость потока пермеата показали (рис.2), что процесс обратного осмоса целесообразно проводить при температуре t = 20°С, достигая максимальной концентрации сока С = 50%СВ, а

8

"Ус

свекольного сока от времени т, при Р = 7 МПа, t = 20°С 1,2,3 - неосвегленный сок; 4,5,6 - осветленный сок.

1,2,7,8 - Со=5%СВ; 1,4 - Со=5;0:В;

3,4,3,10 - Со=15£СВ; 2,5 - С°=15;£СВ;

5,6,11,12 - Со=30ДГВ; 3,6 - 0=30£СВ 13-18 - по уравнению Пуазейля

1,2,5,6 - Р = 10 МПа; 3,4,7,8 - Р = 14 МПа Рис.2. Зависимость скорости потока пернеата о и селективности р зт рабочего давления Р(а,б ),температуры Цв)и концентрации С(г )

9

также, что существуют оптимальные режимные параметры Р и п, при которых величины и р достигают максимальных значений.

Из анализа проведенных исследований следует, что селективность обратноосмотических мембран во многом зависит от скорости потока пермеата. При отсутствии потока через мембрану <Р=0; е=0) ее селективность стремится к нулю, так как стационарное состояние может в этом случае установиться только при равенстве концентраций по обе стороны мембраны. Выравнивание концентраций осуществляется за счет диффузионного переноса растворенных веществ через поры мембраны. Селективность резко падает и в случае больших скоростей потока пермеата, что связано с возрастающим при росте » влиянием концентрационной поляризации, а такие увлечением молекул растворенных веществ в поры мембраны. Установление оптимальной зависимости <р(&) и определение значений режимных параметров, позволяющих ее обеспечить, явилось задачей оптимизации обратноосмотического концентрирования плодоовощных соков.

Как показали результаты исследований, зависимость *>0) имеет участки на которых селективность достигает максимальных значений (рис.3), причем,наиболее значимым фактором, влияющим на р, являются гидродинамические условия над мембраной. Полагая, что эффективность обратноосмотического разделения может быть определена отношение» « = РеР/Рео, нами было получено, что при выходе мембраны на режим работы с максимальной селективностью выполняется универсальное отношение о> > 3,5, справедливое для любых концентраций всех типов соков, использованных в опытах. При повышении значений ш область максимальных значений р расширяется, значения селективности становятся менее чувствительными к изменениям скорости потока прмеата э-. Падение значений вызванное ухудшением перемешивания и увеличением толщины пограничного слоя

10

<5, приводит к снижению селективности и к •• более острым максимумам на кривых р(в). Анализ полученных данных показал, что при концентрировании плодоовощных соков до значений С s 30%СВ, рабочее давление должно поддерживаться в пределах Р=8,5-9,5 МЛа. При концентрировании соков до значений С > 30/SCB, необходимо создание гораздо более высоких значений рабочего давления - Р=12-15 МЛа. Экспериментальные значения рабочего давления, при оптимальном режиме концентрирования, удовлетворительно аппроксимируются уравнением

2

Р = 32 9 fjp h/(m dp , (1)

расхождение составляет не более 5%.

Полученное отношение а> > 3,5 позволило определить значения скорости потока пермеата и гидродинамических условий над мембраной при оптимальном режиме концентрирования (табл.1). Как видно из полученных результатов, диапазон оптимальных значений скорости & существенно сужается с росток концентрации разделяемого сока, что может быть связано с более значительным влиянием концентрационной поляризации при увеличении С. Гидродинамический режим над мембраной должен быть развитым турбулентным.

Рис.3. Зависимость селективности мембраны р от скорости потока пермеата & 1,2,7,8 - Со = 5%СВ; 3,4,9,10 - Со = 15ШЗ; 5,6,11,12 - Со = ЗО'/СВ.

Таблица 1

Значения п, Кем при оптимальном режиме осратноосмотического концентрирования плодоовощных соков (ь = 20 °С)

С,ДОЗ 9x10 6, М/С п, МИН-1 йен

5 2,5 < < 6,8 > 675 > 26928

15 2,4 < & < 5,6 > 745 > 13Э20

30 2,4 < < 4,0 > 775 > 4579

45 2,3 < а < 3,3 > 850 > 1585

Исследование влияния режимных параметров (рабочего давления, тенпературы, концентрации и гидродинамических условий на; мембраной) на характеристики ультрафильтрационньх мембран - проницаемость и селективность (рис.4), позволили определить оптимальные режимные параметры процесса ультрафильтрационнои осветления плодоовощных соков: скорость потока сока над поверхностью мембраны и>1,5 м/с; рабочее давление процесса Р=0,3 МПа; температура процесса ь=20°С; максимальная концентрация высокомолекулярных веществ в концентрате Су=40/£ВМВ.

Как показали эксперименты, лучшими характеристиками сред1 исследованных ультрафшьтраиионных и микрофильтрационных менбра? обладают мембраны полисулъфонанидные УПМ-50, УФМ-100 и керамическая, на основе корунда а-МгОэ, с нанесенным селективным слоем асе, названная - мембраной РХТУ. Установлено, что мембранг РХТУ может быть рекомендована как наиболее предпочтительная, пс сравнению с другими ультрафильтрационными мембранами, для осветления плодоовощных соков.

Р=0,25 МПа; ь=20 С; Соу=15%ЕКВ

р. ил»

01 ч* й! а« 4=1,5 М/с; 1=20°С; Соу=15%ВМВ

1-

д V

ф -щпбрии РХ№. « - УЛН-Й: о - «ФН-/М;

С*«*

-4- -

— —и.

1>

.. IVх

П

Ю ¡0 # 4(7 с,.

Ж

» 40

ПТУ; е- ЦПЦ'1о;а-урп.,а0ч

ч=1,5 и/с; Р=0,3 МПа; и=1,5 и/с; Р=0,3 МПа; ъ=20 С

1 - Соу=15ЖМВ; 2 - Соу =10%ВМВ; 3 - Оу=20*/.ВМВ; 4 - Соу=5%ВМВ

Рис.4. Зависимость проницаемости б и селективности ру от скорости и(а ),давления Р(б,в ),температуры *Лг,д) и концентрации Су(е,ж).

13

Проведенные исследования по очистке плодоовощных соков о1 токсичных веществ - тяжелых металлов и радионуклидов показали что баромембранные процессы позволяют достигать высокой эрк тивности при выделении из соков таких веществ как свинец и мышьяк, получая соки, соответствующие по этим показателям международным стандартам. В то же время, отмечена относительно низказ эффективность при выделении таких веществ, как цинк, медь, стронций и цезий С табл. 2).

Таблица 2

Результаты исследований по очистке плодоовощных соков от солей тяжелых металлов и радионуклидов

Тяжелые металлы, Радионуклиды, Продукты, Концект- мг^л кБк-т, способ получения рация Со, _

%СВ РЬ 2п Си Аэ М3г '37Сэ

Свежеотжатый сок Фильтрование: осадок фильтрат

Ультрафильтрация: концентрат осветленный сок Обратный осмос: концентрат пермеат Международный стандарт

5,0 5,5 72,5

5,0 7,2 74,2

5,0 4,7 59,7

5,2 23,4 168,5

4,9 0,03 32,5

30,0 0,19 194,5

0,2 0,0 0,0

0,3 5,0

52,5 4,0 7,5 230,0

55,8 4,9 12,7 278,5 45,2 3,5 4,9 220,4

163,2 17,5 6,5 286,8 15,7 0,01 4,5 203,8

93,7 0,05 20,75 997,5 0,0 0,0 1,25 33,05

5,0 0,2 -

Третья глава посвящена определению физико-химических параметров плодоовощных соков - осмотического давления, коэффициента диффузии, вязкости и плотности. Определение плотности и вязкости осуществлялось по известным методикам - соответственно методом пикнометра и методом капилляра. Для определения осмотического давления и коэффициента диффузии потребовалась разработка специальных методик. Методика определения осмотического давления основана на динамическом методе, описанном в литературе, с внесением уточняющих поправок, учитывающих влияние капиллярно-осмотического потока, концентрационной поляризации и селективности мембраны. Методика определения коэффициента диффузии основана на предположении аддитивности известных значений коэффициентов диффузии растворенных веществ соха. Относительная погрешность в определении параметров не превышала 5% при доверительной вероятности 0,95.

Анализ зависимости ) (рис.5а ) показал, что осмотическое давление плодоовощных соков имеет величины находящиеся между значениями осмотического давления глюкозы и сахарозы. Характер зависимостей ь>(.с) и с(С) (рис.56 ) соответствует уже известным зависимостям данных параметров для других ¡кидких пищевых сред. Из приведенных зависимостей видно, что осмотическое давление и вязкость плодоовощных соков имеют тенденцию резкого роста при концентрации сухих растворенных веществ сока С г ЗОДОЗ. Такое повышение значений п и ь> является определяющим фактором, ограничивающим возможную степень обратноосмотического концентрирования соков. Кроме того, повышение вязкости усиливает влияние концентрационной поляризации и поэтому является фактором, который определяет эффективность баронембранных процессов.

20 ¡0 40 10 С,%С8

Л 3\ 1 | 5

ц.Н о д оО - т 1 -вд

\

V к

У Г )

0 531

Рис.5. Зависимость осиотического давления (а), коэффициента кинематической вязкости и коэффициента диффузии (б) плодоовощных соков от концентрации сухих растворенных веществ 1 - черносмородиновый сок; 2 - яблочный сок; 3 - морковный сок; 4 - свекольный сок.

Определенные физико-химические параметры явились основой для исследования и анализа закономерностей баромеибранных процессов разделения плодоовощных соков.

В четвертой главе изложены результаты исследований баромен-бранных процессов очистки природных вод Уральского региона, направленные на определение технологических режимов процесса обратного осмоса, с целью очистки воды от бора. Описана опытная установка и методика экспериментальных исследований. Относительная погрешность в определении параметров не превышала 5% при доверительной вероятности 0,95.

— -- N

-у / \ %

( \

\ ш \ и/

\

!А Д А - ма-ПТ-от - СРМ"К ■ - 0*0,25$

1 1 1 Д 0

А • - 0=0,!2"Х

№

" г 4 $ в ю ц ц

Рис.6. Зависимость селективности обратноосмотической нембраны по отношению к ионам бора от скорости потока пермеата.

Исследования показали (рис. 6 ), что изменение скорости потока пермеата е через мембрану приводит к существенному влиянию на ее селективность по отношению к ионам бора. В области значений в = (2 - 6 МО-е м/с, которая обычно используется на практике при очистке воды (рис.6 штриховая кривая), селективность мембран по бору низкая - р 5 0,15. Увеличение скорости потока пернеата до значений в > 10-з м/с приводит к за-

метнону повышению селективности обратноосмотической мембраны по отношению к ионам бора. Такую закономерность можно объяснить заметно отличающимися (примерно в два раза) значениями коэффициента диффузии бора, по сравнению с коэффициентами диффузии других растворенных в воде веществ, что, согласно известным закономерностям мембранного разделения, приводит к различным положениям максимумов зависимости ?>(э) для разных компонентов раствора.

Установлено, что наксимальный эффект разделения природных вод от ионов бора достигается при скорости потока пернеата & = (12 - 14М0-6 м/с. На основании полученных результатов определены оптимальные режимные параметры процесса обратного осмоса при очистке воды от ионов бора: рабочее давление Р = 13,5 - 15 МПа; объемный поток на ЭРО не менее о = 0,2 мз/ч.

17

Положительные результаты исследований по выделению из воды ионов бора позволили разработать технологическую схему очистки воды с применением процесса обратного осмоса. На основе предложенной технологической схемы, спроектирована и внедрена на "Плодоовощной консервном заводе" Екатеринбурга промышленная об-ратноосмотическая установка для очистки воды. Очищенная на установке вода соответствует ГОСТ 2874-62 "Вода питьевая".

В пятой главе приводится математическая модель расчета обратноосмотических установок с рулонныни фильтрующими элементами. Разработанная модель позволяет определить необходимую поверхность мембран для проведения процесса обратноосмотического разделения.

Анализ процесса разделения на элементе с полупроницаеной

мембраной позволил полчить уравнения, описывающие зависимость

селективности, проницаемости и перепада давления вдоль элемента,

от режимных параметров процесса обратного осмоса:

2

V = V® (1 - ч* а Сн ); (2)

12 = Э1(рн - Э2 Сн)с1 - ехр(-аэ ¡.н)]; (3)

Рн - Рк = х 1н С1 - (1 - а ) 1/а , (4)

где у-селективность выделенного элемента длины канала при наличии концентрационной поляризации; ^, -щ, а«., аг, аэ, * - эмпирические коэффициенты.

Для проведения расчетов предлагается предварительно экспериментально установить зависимости у(Рн, ы, Сн), 1(Рн, 1н, Сн), ШРн, 1н, ОО и аппроксимировать их уравнениями (2), (3), (4). Получены значения эмпирических коэффициентов для различных типов ЭРО, при проведении расчетов обратноосмотических установок для очистки воды и концентрирования плодоовощных соков.

Сравнение результатов экспериментов с рассчитанными по приведенной модели параметрами процесса обратного осмоса показали удовлетворительные результаты - расхождение составляет не более 5%. С использованием приведенной методики составлены алгоритм и программа для компьютера типа гвм рс, предусматривающая возможность проведения проектных, поверочных и оптимизационных расчетов обратноосмотических установок с рулонными фильтрующими элементами.

ВЫВОДЫ

1.Установлено, что процесс обратноосмотического концентрирования плодоовощных соков невозможен без предварительного их осветления. Неучет этого фактора приводит к изменению структуры сока, проявляющегося в его обменном гелеобразовании, что ведет к резкому повышению вязкости сока и практически останавливает процесс обратноосмотического разделения.

2.Исследования влияния основных режимных параметров (рабочего давления, температуры, концентрации и гидродинамических условий над мембраной) на характеристики обратноосмотических мембран (скорость потока пермеата и селективность) показали, что процесс концентрирования плодоовощных соков целесообразно проводить при температуре ь = 20°С, достигая максимальной концентрации сока С = 50%СВ.

3.Получено, что при выходе обратноосмотической мембраны на реаодм работы с максимальной селективностью выполняется универсальное отношение « = Рер^Рео >3,5 , справедливое для любых концентраций всех типов плодоовощных соков, использованных в исследованиях. На основе этого отношения определены оптимальные

значения режинных параметров (Р, йен ) процесса обратноосноти-ческого концентрирования плодоовощных соков, в диапазоне концентраций 5 < Со < 45?£СВ.

4.Определены оптимальные режимные параметры процесса ультрафильтрационного осветления плодоовощных соков: скорость потока сока над мембраной и г 1,5 кус-, рабочее давление Р = 0,3 МПа; температура ъ = 20°С. Установлено, что процесс ультрафильтрации можно эффективно использовать до достижения концентрации высокомолекулярных веществ в соке Су = 40%ВМВ. Определено, что лучшими характеристиками обладает керамическая мембрана РХТУ, которая ножет быть рекомендована как наиболее предпочтительная для осветления плодоовощных соков.

5.Проведена оценка возможности очистки шюдоовопкых соков от токсичных веществ - солей тяжелых металлов и радионуклидов, с применением баронембранных процессов. Установлено, что барокем-бранные процессы позволяют достигать высокой эффективности при выделении из соков таких веществ, как свинец рь и мышьяк лб, получая соки, соответствующие по этим показателям международным стандартам. В то же время, отмечена относительно низкая эффективность баронембранных процессов при выделении из плодоовощных

30

соков таких веществ, как цинк 2п, медь си, стронций £г и це-

(37

зий Сз.

6.Разработаны методики по определению осмотического давления и коэффициента диффузии плодоовощных соков. Методика определения осмотического давления основана на динамическом методе, с внесением уточняющих поправок, учитывающих влияние капиллярно-осмотического потока, концентрационной поляризации и селективности мембраны. Методика определения коэффициента диффузии основана на предположении аддитивности коэффициентов диффузии инди-

20

видуальных компонентов сока.

7.Определены физика-химические параметры плодоовощных соков - осмотическое давление, коэффициент диффузии, вязкость и плотность, значения которых необходимы при анализе баромеибран-ных процессов.

8.Установлено, что эффект разделения воды от ионов бора достигается при скорости потока пермеата & = (12-14 МО-« м^'с. Определены оптимальные режимные параметры процесса обратного осмоса при очистке воды от бора: рабочее давление Р=13,5-15 МПа; объемный поток на мембранный элемент не менее о = 0,2 мз/ч,

9.На основе разработанной технологической схемы, спроектирована и внедрена на "Плодоовощном консервном заводе" Екатеринбурга промышленная обратноосмотическая установка для очистки воды.

10.Разработана математическая модель расчета мембранных об-ратнооснотических установок с рулонными фильтрующими-элементами, позволяющая определять необходимую поверхность мембран для проведения процесса разделения.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

С - концентрация сухих растворенных еемаств, %СЪ; Су - концентрация высокомолекулярных веществ, JffiMB; d - коэффициент диффузии, мг/с; g - проницаемость мембраны, мзЛыгч ); Р - давление, Па; Q - объемный поток, мз/ч; t - температура, С; п ~ осмотическое давление, Па; ¿ - расход раствора, мз/с; п - частота вращения перемешивающего стержня, нин-i; и - продольная скорость потока над мембраной, и/с; ® - скорость потока пермеата, м/с; z - индекс течения; « - отношение расходов пермеата и исходного раствора; <5 - толщина пограничного слоя, м; v - коэффициент кинематической вязкости, н2/с; р - плотность, кг/МЗ;т - время, с; w - отношение внутреннего и внешнего критериев Пекле- селективность обрат-ноосмотической иембраны; w - селективность ультрафильтрационной мембраны.

2

Безразмерные числа: кем = nd« sv\ Пекле - Peo = s ó/do; Pep = в h/(m Dp );

Индексы: о - ядро потока; i - у поверхности мембраны;г - перме-ат; р - в поре иембраны; к - конечное; и - начальное; « - перемешивающий стержень;

Аббревиатуры: ВМВ - высокомолекулярные вещества; СВ - сухие растворенные вещества; ЭРО - элемент рулонный обратнооснотичес-кий.

основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.0братноосмотическое концентрирование различных водных систем. В.А.Тимкин, Л.А.Минухин. Тезисы Международного семинара-выставки "Чистая вода Урала-95", Екатеринбург: УрО РАН, 1995. с.30.

2.Концентрирование плодоовощных соков с применением мембранных процессов. Л.А.Минухин, В.А.Тимкин. Тезисы Международной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс б пищевой промышленности". Могилев: НТИ, 1995. с.63.

3.Мембранная технология производства экологически чистых продуктов питания. Л.А.Минухин.В.А.Тиикин. Тезисы Всероссийской научно-практической конференции"Экономическая реформа в России: проблемы, дискуссии, пути развития", Екатеринбург: Изд-во УрГЭУ,

1995. с.3-4.

4.Исследование мембранных процессов концентрирования плодоовощных соков. Л.А.Минухин, В.А.Тимкин. Тезисы Межрегиональной научно-практической конференции "Пииевая промышленность 2000", Казань: КГТУ, 1996. с.167.

5.Мембранной концентрирование жидких пищевых сред. В.А.Тимкин. Л.А.Минухин. Тезисы Международною научного конгресса студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука - третье тысячелетие", М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996. с.193-198.

6.Разработка мембранных процессов переработки жидких пищевых сред. В.А.Тимкин, Л.А.Минухин. Тезисы докладов Международной научно-практической крнферениии "Знергоресурсосберегаюше технологии переработки сельскохозяйственного сырья", Минск: ВАТУ,

1996. с.120.

7.Бароиембранные процессы в производстве концентрированных плодоовощных соков, В.А.Тинкин, Л.А.Минухин. Тезисы докладов Международной конференции "Холод и пищевые технологии", Санкт-Петербург: АХПТ, 1996. с.49.

8.Минухин Л.А., Тимкин В.А. Определение осмотического давления плодоовощных соков -"V Хранение и переработка сельхозсырья, 1997, К 2, с.22-23.

/

У О П УрГЭУ, ВОСЬМОЕ МАРТА , 62 ТИРАЖ ШО.ЗАКАЗ ШО

г. ЕКАТЕРИНБУРГ