автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Концентрирование и очищение растворов биополимеров пищевого предназначения ультрафильтрацией

Мастерство ocbîth Укра!ни - •• Укра1нський дэркавний ун!верситэт

ПЦАШ Baieplâ Мнхайловяч

КЩЦЙЕГРУВАННЯ ТА ОЧЩШКЯ РОЗЧИНГВ Б10П0ЛШЕР1В Х1РЧОВОГО ПРЕЗНАЧШШ УЛЬТРАМЛЬТИйЦЕЮ

CneuiaJibHîcTb 05.18.12 - "Процеси та апарати

харчових виробнвдгв"

Автореферат дисертацИ на здобуття наукового ступеня доктора техн!чвих наук

харчових технологий

На правах рукошеу

КЯ1в - 1936

ДисэртацЗею е рукозшс.

Робота ввконана в Укра1нському державному ун!верситет1 харчови технолог Ш.

Науховий консультант: доктор. техн!чних наук, професор

академик УААН

гаш I.e.

0ф1ц1йв1 опоненти: доктор техн!чшх наук, професор

БУЛЯВДРА О.Ф.

доктор х!м1чша наук, професор БРИК Ы.Т.

доктор техн!чних наук, професор ЕГАНГЕ€В в.о.

Пров1даа орган!зац1я: Технолог1чний 1нститут молока та м'яс

УААН, ы.Ки1в.

Заткет дасертацП в!дбудегься G MjytftagiA 99<? р. о 14 го, на зас1данн! спец1ал1зоваяо! вчено! Ради Д 01.15.04 Укра1нсь кого державного ун!верситету харчових технолог» за адресов 252601, м. Ки1в - 33, ДСП, вул. Володимирська, 68, корпус А ауд. А-311.

3 дасертац1ею мокаа ознайошгтися у б1бл1отец1 Укра!нськог держанного ун!верситвту харчовнх технолога.

Автореферат роз!слано " 4 " 199^ р.

Секретер сшц!ал1зовано1 вчено! Рада, кандидат техн1чних наук, доцент

В.Л.ЗАВ'ЯЛО!

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРА ПИКА РСБОТИ

Ахтуальн1сть проблеш. Дисертац1йна робота присвяченв розробц1 нових ефективних процэс!в концентруваиня та очищения термолаб!льних б1опол1мар!в харчового призначення, таких як фермента, застосован! в харчов!й промисловост!, келатини 1 молочн! сироваточн! б!лки методом ультрйф!льтрац1I кр!зь яапЗвпровжсн! пол!мерн1 мембрана. Такий нау-ково-техн1чвий нацрямок сьогодн! визвачае техн1чний прогрес в харчо-в1й. м1кро01олог!чнЗй, хЫ1чаШ та Шшх галузях промисловост!, сприпс збереженню якост! продукт!в та зникенню витрат на 1х внроб-нвдтво.

Ыата робота полягае в подалкШ розробц! та удосконалевн! мето-д!в досл1д±ення процес!в масообм!ну в мэмбранних нап!рних каналах, розробц! на 1х основ! ефектявних технологи! одержання харчових та м!кроб!олог!чних продукт!в застосуванням мэтоду улътраф1льтрац!I, ново1 мембранно! аларатури, сучзсякх метод!в розрахунку та прогнозу-вання рез®м!в II експлуатацИ.

Наумова новизна. Вггершэ показано, що вар!ац!йн! метода мокуть бути застосован! для знаходжэння розв'язк!в суттево нел!н1йнЕХ задач мембранно! п!д тиском технолог!I.

Створено метод шзначальво! апроксямац!! як моди5!кац1ю методу Вубнова-ГалъоркЕва для чисельно - анал1тичного розв'язання одно- I двовим!рвнх нестацюнарнгх 1 квазхстацЮнарнкх задач; розроблево конструкц!! поля концентрации в нап!рних мембранввх каналах.

Для шбудови математачнях моделей процес!в ковдентрування 1 очищения розчин!в б1опол!м9р!в харчового призначення ультраф!льтрз-ц!ею в!дпрацьовая! методики 1 вперае вим!ршо осмояпвий тиск 1 ксе-ф!ц!ент взаемодифузН розчин±в р!зних вад1в »елатшЗв залешо в!д 1х концентрац!!; внм1ряно такса коефЩ1ентк х±ваматично! в'язкост! 1 густина розчшИв деяких фэрмэнтшх лрепарат!в харчового призначення 1 келатин!в.

За розрсбленими математачнзми моделями виконано розрахунки про-цес!в конвднтрування 1 очищения розчин1в б1опол!мэр!в харчового лра-значения та 1х прогнозування. Назначено коеф1д1енти масов1ддач1 1 коеф!ц!ентя прогшкнсс?! полЗэлернах мембран в щ!линному 1 кш!лярному (лам!наршй -рэгсвд) та трубчастому (турбуяэнтнпй режим) нащрних каналах, в також д!йсну 1 уявну селективное?! пол!меряих мембран на основ1 ацетат!в целмози, пол!в!н!лхлорвду, пол!сульфону, нол!ам!ду 1 фторопласту в процэс! улыреф!льтрац! I розчин!в б!опол!мвр!а харчового призначення.

S метою розрооки технолог! î рогеыерацп пол!мерних мембран вив-чано ефектавн1сть Пдрод1зу макромолекул,ях! затримуються мембраною, кислотами, лугами 1 ферментами препаратами.

Достов1ря1сть робота. Достов1рв!стъ одержаша результата, нау-коеи! положень î висвовк£в заоезлачено засгосуванням сучаснш ыэто-д!в досл1даевъ I апаратура, засоОГв о0числввалъно1 техн1ки 1 метод!в оОробкн резулътат1в експэриыант1в.Вона п!дтвордгена також достатньою для 1нхенерво1 практики точн!стю розрахунк!в за матеыатнчнши моделями, лаборатораши 1 нроыисловими вапрооуваннями розроблево1 апара-тури î технолога. Оц£кка експлуатацШш. показник!в ультраф!льтра-цШы установок проводилась в досл!дно-пронислових та промислових

умовэх.

Практична ц1ш1сть va реадЛааЩя результата робота. Результата науковнх досл1даень, одергаяих в днсертацИ, застосоваво на практиц! та викораставо при розроОц! :

- досковал1шх мэтод!в розрахунку процес!в 1 апаратура для роз-д1лення 01сшол1лэр1в харчового празначевня методом ультраф1льтрад11;

- новех конструкта ыэмбраннах модул 1в 1 установок на основ! плоских, трубчастих 1 капишрши ультраф1льграц1йнях елвмент!в;

- новах ефектавшя технологий концентрувавня та очищения фер-ыэнт!в харчового срианачення l es латан 1в;

- - ефектнвни1 регенерувалшах композицШ для в1дновлвння проник-eoctî та салэктивяЕх властнвостаг дал1и8ршх маыбран у процесах уль-траф!льтрац11 OionojilwapiB харчового призваченЕя.

PoapoOJiaHî в дисертацпш12 робот! ыатематнчв! ыодел! були вако-ристен! при розрахувках технолог 1чинх npouecîB концентрувавня î очи-Евиня розчнну ыолокозс1даого фериентного препарату Руссул1н î розчи-ну ферментного препарату духио! протеазн, продес!в концэнтрування р!зн2х вндЗв гелатин!в 1 пронесу видШння 6V&Ï& 1з сирно! сироват-кв.

Вузов перетоку за а.с. & 696018 сув внкорасташй 1нститутоы ЕВДШШаз при розробц! зворотноосшгичвого апарату для очвдання CTÎ4HSX вод в!д хлорбензолу. Еконоы1чни2 ефэкт в!д впровадаання роз-робкн на ЧэрнорГчзшськсыу хШчксшу кш31ват1 становив 328,7 тис.крО. На основ! цього вузла Оула розроблена установка УФП-12/îO з апара-тш, який складався з 80-îk круглнх ф1льгрувальних елемэйт1в з ш~ верхве» шыбрав 0,1 о«2 ксшзв. ЕкониЛчвай ефект в!д впровадаензя ц1-б! установка в технологи одэргання иолокозсЦдаого ферментного nps-

гарату Руссулй (а.с. й 883174) на £фрем!вському О!ох!м!чному за-юд1 становкв 79,6 тис.кро.на тону препарату.

На баз! модШв МТК з трубчастими ф!льтрувальшми елемеитада !арки БТУ-0.5/2-Ф1 розроблено установки УМТ з циркуляц!йвим контуром, пшй складаеться з двох,трьоа вбо чотирьох модул!в (залэжно в!д продукту î технолог!! його концентрування ). Установку УМТ-10 було впро-¡адаено у виробництво харчового î фотограф!чного келатин!в (патент >ос!йсы<о1 ФедерацИ # 2025476 1 позитивне рЗшвння на видачу патенту гкра!ни за заявкою Л 95290031 в!д 22.09.95) на Казанському желатино-юму завод! "Полййерфото". Економ!чний ефект в!д I! екснлуатвц!! з .04.91 р. по 1.04.92 р. при вироОншдтв 1 аелатину харчового становнв ¡11,4, фотогреф!чного - 43,9 тис. кро.

П!лотн! установки Уга-1/SGIî I УФ-1/80П з кап!лярнями ф!лътру-)альшша элементами УВА-200 î UPTA-1,5 бут вяпробуван! в лроцес! даржЕння сшц!альних ввд!в яелатину î розд!левня сирно! сировзтки ia КММЗ Л 2 та рекомендован! для в!дпрацшвння в!дпов!дню твхноло-•Î2 ! напрацювання дослЩшх парт!й продукт!в. Установка УФ-1/80П 1ксплуатуеться в п!лотному режим! на AT "Галактон" (м.Ки!в).

Науков! й практичн! результата, вХдоорааен! в дасертац!!, увМ-т в навчально-иетодичну л!тературу УДУХТ.а тахок у нормативно-тех-¡!чну докуыентац!» на нов! вида технйш ! технолог!! харчових 1 м!к-юб!олог!чних вяробшцтв п!дприемств УкраХни та Рос!йсько1 Федерац!!.

Апробац1я робота. Основе! положения дисертацййо! робота допо-¡Хдались на ПЬУ Всесоюзна! ковференц!ях з мемОранних метод!в розд!-1бння сум&шй (1981-1991 pp.), I-IX Укра1нсышх республйсанських се-iîaapax з мембран 1 ыембраших технолога (1984-1994 pp.), I-Ш Рес-[ублйсанських ковференц!ях з мембран ! мэмбраяних технолога (м. Кн-:в, 1987 р.,1991 р.,1995 р.).Першому Всесв!тньому конгрэс! z мембран : мемОранних процас!в (м.ТокЮ, 1987 р.), 29-му м!нросшяюз!ум! з [акромолекул (м.Прага, 1986 р.), у 2-Ш ! 9-!й Л!тн1х школах евро-гайського товариства з науки про мембраяи ! меморанн! технолог!! (м. 'данськ,1988 р. 1 м.Звенигород, 1991 р.), на IV Сшпоз!ум! соц!ал!с-шних край з б!отехнолог!1 (м.В8рна,1986 р.), ВсеукраЗйсышх на-гково-тохн!чних конференц!ях "Розробка та впровадаэкня нових техно-юг!« î оОладнання у харчову та переробну промислов!сть" (m.KbIb, 993 р ., 1995 р. ) та ÎH.

Розробка "Алараг для эворотного осмосу ! ультрвф!льтрац!!" в 988 р. дэмовсгрувалвсь на ЕДНГ УРСР ! в!дзначена дипломом I ступеня.

Тематика досл!джень входала до план!в науково-досл!дша роб!т Мвського технолог!чного ^статуту хврчово! промисловост! (КТПП),

Всесоюзного шуково-досл!дного б!отехн!чного 1нституту (ВЩЦбЮтех-н!ка), Всесоюзного вауково-досл1дного Институту х!м!чного машинобу-дування (ВШШОШаа), Ш1ан1в ново! техн!ки и!дприемств харчово! та м!кроб!олог!чно1 галузай проигсловост!.

Досл1даэння дасертанта е складовою частино» роб!т, проведете в1дпов1дно до Дэркавяо1 нбуково-тэхн1чно1 програми УкраТни 04.СХ "Еколопчно чиста энергетика та ресурсозбор1гаш1 технологи" (проект 04.02.05/004-92 "Досл!даення ! оптаы!зац!я масообм±ну в пршем-Оранному шар! та створешя новнх ефектавних розд1лявч2х пристро!в Н£ на основ! пол1м8рних мембран"), а також в!дпов!дно до р1шення екс-пертно! Рада М!нвузу УкраЗни з продовольства (наказ & 65 в!д 23.03. 1990 р., завдавня: "Розробити техяо.гог!чв! прсцеси переробки сирови-ни рослшзного та тваринного походаеяня на основ! мембранних метод!Е для п!двщення 01олог1чно! 1 харчово! цйзнос?! цродукг!в"). Окрем! досл!даоная буж виконан! сп!льно з угорською ф!рмо» ТагаЬапуа1 Ва-пуак УаИаШ в!дпов1дно до протоколу в!д 2.02.90 р., Я 1/90.

Досл!дно-прожслова апробац!я 1 впровадаэння в промислов!сть результвт1в роботи проводились на експераменталъшх заводах Знсти-гут!в АН УРСР, УкрВДШ'ясомолпрому, ВВДШЫМашу, 6фрем!вськсму б!о-х!мзавод!, Ладавипськсму завод! ферментних препаратов, Казанському желатиновому завод! "ПолЕмерфото", у Дзеркинськ1й ф!лII ДХШ та !н.

У Дйсвртац1йн£г робот! уэагальиено досл1даення, виконан! дисер-тантом у 1980-1995 рр. Автор глиСоко вдячний зав!дувачу кафедри ыа-иан та апарат!в харчовнх вироОнвдтв УДУХТ академику В.О.Ан!стратен~ ку, науковвы кол8ктивам проблемноI лабораторИ, кафедри процес!в 1 апарат!в та кафедри тезнолог1чного обладнання харчовнх виробнщтв УДУХТ , в тахож сШвавторам !з 1ешйх уставов 1 орган!зац1й за спри-яння у винояакн! дясартадИйо! робота.

ЦугШкадИ. Наукоза новизна,теоретична 1 практична ц±вк1сть результат робота захщен! в!сьмома авторськими св!доцтвами на вина-хода, одаш патентом Рос1йсько1 ФедерацИ те одним дозитивним решениям на видачу .патенту УкраХни. За матер!алами дисертац!йво1 роботк автором опубдйсована одна броиура, 80 статте® та тез допов!дей.

Структура 1 ебеяг робота. Дисертац1я складаеться з вступу, де-в'ята роздЫ1в, внсновкЛв, списку викорисгаио! л!тератури ! додат-к!в. Загальяий обсяг робота стаяовнть с. основного машинописного тексту, вклшаэти рисунк1в, таблвдь 1 список л!тератури з 466 ваменувань.

ОСНОВНКИ SJICT РОБОТИ

1. Стан витання. Завдгвня досд!джень 1 розробок

У перпюму розд!л! наведено основн! дан! про процеси ыасоперено-у в нал!рнш ультраф!льтрац!йних каналах, ёого натематичне модел»-ання 1 сучасн! метода розрахунку. Проанал!зовано метода знаходкення исельно-анал1тичних розв'язк!в початково-крайових задач в технШ Я ехнолог!ях, а такозк метода ! в!дом1 результата вим!р!в основних ф1-ико-х!м!чних характеристик розчин!в б!опол!мер!в харчового призна-ення. Розглянуто конструкц! I основних мэмбранних п!д тиском модул!в апарат!в та схеми 1х з'еднання. Наведено також рецептури основних згенерувальних композецМ для в!дновлення проникност! i селектквних ластивостей пол1мврннх мембран та дан! про резкими 1х рвгенераци.

Математичвому моделвваннв та прогнозуваннг одновим!ряих проце-!в ультраф!льтрац!1 та зворотного осмосу присвячен! науков! робота .и.дитнэрського, М.Г.Брика, В.0.Лял!на, О.П.Чагаровського, В.Л.Куд-шгава, Р.Л.Голдсм!са, П.ДеЯмеха, А.А.Св!тцова, Л.С.Лукавого та !н., зовим!рних - В.Д.Волг±аа, £.А.Дмитр1ева, Т.К.Шервуда, П.Л.Брайна, .Л.Ыарсона ! Л.Ф.ДзЛнет! та Гн.

Анал!з сучасного стану технйси I технолог!® концэятруваяня 1 шщення б!опол!мер!в харчового призначення ультраф!лырац!ею пока-1B, що цей метод у промислових уловах здеб1льшго ефективнИний н!ж, шриклад, метод вакуум-випаргаання, але потребуе подальшого науко->го обгрунтування, створення сучасного обладнання 1 ефективного 1Хнолог!чного забезпечення.

2. Дося1дауван1 об'екта i систекя. Обладнання, пршшда 1 матер1аж. Метода досл1ддвнь 1 анад1зу

Об'ектами досл!даень були промислов! розчшш фэрменПв, в тому сл! м!кроб!ального замйшка молокозс!дного ферменту Руссулй родуцент - ввдий оаз!д1альний гриб Ruasulo бесЫогапз), р-галахто-дази (продуцент - Оак?ер!я Ischerlhia coll), гликоам!лази (продукт- др!зджопод!бний гриб Endcmlcqpsls Ызрсга)*, ос~ам!лази (продукт - пл!снявий гриб Asp.batata)*, фосфатази (продуцент - Ш11снявва яб Азр.саютоП)* (дал! для цих об'ект!в символом шзначено ре-льтати обробки зкепариментальних даних, одержаних В.Л.Кудряшовим, ВО р.), промкеловяй розчин кл!тншюго в!там!ну В)2, сирна сироват-, а такоз вода! розчини жэлатин!в:!нертного 1 фотограф!чного зг!д-з ТУ-6-44-1548-91 га харчових - за ГОСТ 11293-89. Модельн! розчи-зазначених продукт!в готуваляся на дистильован1й вод! в концентрах до 25%, у д!апазон! яких досл!дкуван! розчини е ньютон!всь-

ними р1динами. Бокрема для водних розчжпв желатин!в, ця концентра-ц!я не повинна переввдувати 15...18 % №..7.Сгооте,1955 р.). Викорис-товувались такох модельн! розчини в чисельнвз экспериментах, як! ха-рактеризувалися усередненими для дано! групи 01огю.л1мер1в показника-ми, наприклад модельнай розчин ферментного препарату (розчин б!лк!в з м.м. 40000...60000 Да). Модельн! розчини б!опол!мер1в харчового призначення, як! використовувалися в чиселъних експериментах, в!дпо-в!дали ф!знчн!й модел!, зг!дно з яко» розчинен! в цих розчшах речо-вини складааться з трьох груп:

- макромолекула (фермента, жала-лини, молота! Охлки та 1н.), як! говя!ст» затримувться мембраною в мэках всього д!апазону концентрации Для таких макромолекул £-5=1;

- макромолекула, як! частково затршуються мембраною (поб!чн! б!лки в розчвнах ферментвих лрепараИв, фрагмента макромолекул жела-тш!й, молочних б!лн!в I т.£н.). Для таких макромолекул 0<й<1,0<г<1;

- низышмолекуляра! речовини (м!неральн! сол!, цродукти метабо-л!зму ы1кроорган1зм!в, кислота, луги, в!там!нй та !в.), як! повн!стх> проходять кр!зь мэмОрану. Для таких речовин й=0, 5=0.

Розроблено методику для прямого Бш1рювання осмотичного тиску розчин!в б!опол!мер!в за допомогож мэмбранг ЫГА-100 ТУ-6-05-221-322-77 (рис.7,а). Установка складаеться 1з зворотноосмотичного рулонного елемента ЕРО-ЕГ-3,0/400 (ТУ 6-05-221-862-86) 1; плунжерного насосу 2 з плавним регулюзанням подач!; м!сткост! для термостатованого розчшу 3; ротаметр!в 4, Б; кап!лярно1 трубки 9 для вязвачення моменту перехода зворотного осмосу в пряж®; зап!рно! арматури 6 та контрольна прилад!в 7,8. Установка дае змогу вшГргаатн осмотачний тиск розчш!в б!опол!шр!в та 1х пэрмеат!в в д!апазон! до 2,5 МПа за температур 293...325 К.

Густину розчш!в у д!аназон! температур 283...353 К вш!ривали ареометрами АОН-1 ГОСТ 18481-81,1х коэф1ц!енти к±номатичво! в'язкос-т! - в!скозиметрами ВПЖ-2 ГОСТ 10028-81 з д!аматрами кал1ляр!в 0,56; 0,99; 1,31 1 2,37 мм.

КоефОДент взаемодифузП сксгемк вода-б!опол!мер на приклад! системи вода-желатин вкзначався опипшим 1нтерфэренц1йнЕм мйфомето-дом, що застосовуеться для досл!даэння дифузП в редких ! аггор<|шх пол&аерах. Оптнчна схема йтерферодатра подана на ркс.1 ,а. Иого да-фузхйною ком!ркою е плоский кап!ляр клиновидно! форш, створзний шюснопаралельнами пластана?® з оптечного скла. Дифузйшу ком!рку термостатували в кювет! в £атервал1 температур 293...333 К з точн!с-тю ± 0,5 К. 3 25%-го желатинового розчину готувалл пл!вки, як! за-

тискали mîx пластинами для одерхешгя над!йного оптичного контакту. П!д час пропускания через ком!рку монохроматичного паралельного пуч-чка св!тла в!д лампи 2 î лазерного променя в!д даерела 9 кр!зь те-лескоп!чну систему 8 на задн!й ст1нц! верхнього скла спостер!галась за допомогою оптичного м!кроскопа 13 !нтерференц!йна картина.

Молвкулярно-масовгг розпод!л (НИР) гелатину визначався методом гель-ф!льтрац!1 на ко. цц! д!аметром 1,6 см î висотою 92 см, напов-нен!Я сефарозою CL-AB при температур! (35±0,2)°С. Елюентом Оув 0,2 M розчин хлориду натр!», ивидк!сть елвдП становила 0,7 мл/хв.

Bmîct окремих сироваткових Oîjîkîb та !х !дентиф±кац!1) в сирн!й сироватц! визначали за допомогов SE-HPIC хроматограф! ï на р!динному хроматограф! "ЯТШЕЙ". Застосовувалась колонка GF-250 (9,4 мм»250 мм) з сил!коном Зорбакс д!ол ÏÏR 1364. Хроматограф!я проводалася в буфер! 0,07 M натрШ фосфат - 1,5 SDS {рН 7,3) при довжин! хвил! ультраф!о-летового випром!ншання 220 нм ! швядкост! елюц!! 0,4 мл/хв.

Для досл1даневь проникност! 1 селективних властивостей пол!мер-них мембран та характеристик масооОм!ну в нап!рних ультраф!льтрац!й-нпх каналах при концентруванн! та очиценн! розчин!в б!опол!мор!в харчового празначення були розроблэн!: лабораторна установка з ко-м!ркою д!амэтром 90 мм ! об'емом 0,5 л; експэриментальна установка з плооким ультр8ф1льтрацИ0шм модулем для досл!даення масообм!ну в на-п1рному канал! 250*80» (0,5.. .5) км з двоб1чшм розташуванвям мембран; експерженгальна установка для досл!дхень масообм±ну в кап!ляр-них мембранах ВЕУ-15ПА на основ! пол!ам!ду (фен!лону) ! PSP-30-î ,2 на основ! пол!сульфону; експериментальна установка для досл!даэнь масообм!ну в труСчастих мембранах 0-1 на основ! фторопласту в склад! ультрвф1льтру ЕГУ-0,5/2. Схема установки для досл!джень масообм!ну в мембранах Ф-1 наведено на рис.1,0. До II складу входили: трубчаст! ультраф!льтрац!йн! елэментн 2; реактори 1,8; пристрШ 5 для внм!рю-вання об'емно! швидаост! в нап!рних трубчастих каналах; царкуляц!й-аий насос 4 з байпасом, регулювальна арматура га контрольн! прилади.

У процес! експеримеят!в зам!ряли концэнтрацИ розчин!в Ср ! lepwsaTîB Сп; 1х температуру Т; град!ент тиску вздовж нап!рного ка-iany АРа ! на мембран! ДРЫ (тиск пермвату щшймався одааковш з ат-юсфернш) ; об'емну швидк!сть пермеату С^ i розчину Q; густину пер-¿!ат!в рп ! розчнн!в р та îx коеф!ц!енти к!нэматично1 в'язкост! vn,v.

За результатами експеримэнт!в за в!дпов1дшшя методика!.® розра-совувалися: коеф!ц!ент проникност! мембрани за розчпнншсом (вода) гв; за розчиЕом йх; питома продуктавнШь мэмбраии за розчипником

1 розчняом I; д1йсн& Я I уявна Б селектавност! ыембрани, Я=1 -с^/с^ 1 5=1-Сп/Ср.

Рис.1. Оотична схемв 1нтерф8рсметра (а) 1 схема ехсперименталь-но! установки для дослздаэнъ масообмшу в трубчаетих ультрафильтрах БГУ-0,5/2 (б)

Технолопчн! анал!зи прошслоБжх розчзш!в б!ояол1мвр1в харчово-го призначення та к!нцевих цродук?1в визначэли сп1льно з спэц1ал1с-тами заводських лабораторий I галузевих йститут!в за методиками, прийнятими у в1доов1дшзх галузях промисловост! на час проведения ексшрйшят1в.

У теоретичап дослЗдаэннях застосовувалися вар!ац1йя1 метода, метод ДЕскрвтизацИ за часом (метод Роте), 1терац1йниЕ ыатод та 1н. Для розрахунк!в за розробденши програмами застосовували ЕШ серИ ЕС (ЕС-1022,ЕС-1055) та ПЕШ сер!! Ш РС.

Обробка результата експершентальнЕх та чисэльних данях зд!й-снювалася за допомогою прохран ЕигеЪа, Мс4, Роз%гарЬ, ЕигосПгап та 1н. Дцэкватя1сть одержана! кораляиШшх залешостей оцШвалась ыак-симальним васолвтаим, в!дностш та середньоквадратичнш вцщшвннями экспериментально! величине в!д розрахунково!.

3. Одеогаш1ря1 задач! в системах ультрзф1льтрац11 тз зворотного осмосу

Особлив!ст» пропонованого п!дходу до постановки 1 розв'язання розглядуваних задач е визначення поля концвнтрац!® в нап!рних каналах р!зноТ геометрично! форм!, обмеиених вап!впроникною мембраною, 1 за його допомогою - осноених характеристик процесу розд!лення: швад-кост! ультраф!льтрац11 (зворотного осмосу) 1 селективних властивос-тей мембран.

Розглядаюгься н0стац!онарн! задач! масопереносу в нап!рних мем-Зраннлх каналах для найб!льш погирэних схем з циркуляцию розчину зерез реактор ! контур (рис.2),як! базуються на Ытегральних р!внян-*ях балалс!в розчинешх рочовян в об'см! нвп!ряих канал!в 1 в уств-говц! в ц!лому з урахувалням зыГяи параметр!в розд!лення за 1х дое-шною.

Мал.2. Принципов! схема установок: з циркуляре» розчшу, через реактор (а) ! контур (О)

Новям П1дходом до розв'язання задач давого клаоу е застосувазвя проксимац!! поздовгнього проф!лю концентрат I як неперервно! функ-II один раз дафэренцШвннми ламаними л!н!яш. Зг!дно з ц!ею апрок-имац!ею одновим!рне нестзцЮнарне поле концентрации С{х,ч) тс вэг-яд (рис.3)

э С[х^,х)—значения С{х,%) у вузлових точках наШрного каналу [0,11;

= , 1=07^, - крзг. одном!рао1 с!тки координат вздовж осЗ

аналу; х{ (х)-ф!н!тн1 функцП-кришвчки. Враховукчи значения С(х{,т), а визнэчаеко поле кош;ентрац!й (1), а через яього - швидк!сть нро-эсу, наприклад за феяомэнолог£чЕим с1г1вз!дкошення>,1, заиропонованЕм .Л.Брааном (1953 р.)

(1)

КС) = й (С)(АР - М„(С))

в

м

(2)

концентрац!» пермеату

Сг.(С) = (1 - 3(С))С,

и

де ЛРм ! Дхм - град!елта в!дпов!дно г!дроданам!чного 1 осмотичного тиск!в на мембран!; ftß - коефШеит проникност! мембрани за розчин-ником; S(С) - уявна селективн!сть мембрани. Функц!я S(С) в дан!й робот! вважаеться в!додаю для системи мембрана-розчин або з теор!1,або з эксперименту. у ( \

1

У//)

Xfi)

W)

*Н xi t0'a Xj *«-f

a

V*)

J0(x) X,(x) X2(x)

"Vi

!

(vA

Мал.З. Кусково-л!н1йн! ф!н!тн1 фушаШ-кршечкн (о) та граф!ки функц!й у>0{х), хг(х) (б)

В раз!, ноли 8-2 (дав.рис.3,0) поле концентрац!й запишеться у вигляд!

0(х,1) =J C^.T^jix) = С(0,1)Х0(х) + C(l/Z,l)x, ix) + Cil,l)x2(x),

або, поставивши в!дпов!дн! значения x0ix), х^х) ! х2(х), одержимо 5(х,т) = С< 0,f)(1-2x/ï) + 2C(l/2,T)x/Z, XÇ[0,1/21,

С(2,Т) = 2C(ï/2,T)(1-X/l) + 0(1,4)[(2x/I)-1], .zetl/2,1].

(4)

Система fft-i р!ваянь для визначення С(х{,т) для схеш з циркуляре» розчину через реактор (рис.2, а) запишеться у вигляд!

р(0,т)С(0,1) = (1 -й0 ;1(гд)(Е)р(г(,г)С(11д) +

+ ¿of X(xft)pn(r,t)Vn(x,T)dx, 1=1,...,Л\* р(0,0) = р(0,т)(1 - Сi fäxß(x,i.)clx)C(0,г) +

(Б)

о о

ч 7

Л. Л

+ се, /йг(1(г,т)р1Т(г,п;)С (x,i)üx. v о о

Тут /Q£ï- параметр задач!, який виражае в!дношення об'ем-

но1 швидкост! розчиншка кр!зь мембрану п!д тиском АР г до об'емно!

швидкост! розчину на вход! в напЗрний канал QBX; QB • =PL ' ; F - загальна поверхня мембран в установи!.

Для схеми установки з циркуляцию розчину через контур (дав. зис.2,0), система $+2 р!внянь для визначення С(х{,1) запишеться у гакому вигляд!:

(1 + ге)/5(0,'х)3(0,1) = (1 эе - ы' ■ $ 1(хгх)с&)р(х,т)П(л: ,т) + _ и о

г(

+ сЧ3^Ъ(х,ч)ра(х,%)би(х,'с)(&:. 1=1...../М,

(1 + ж)р(0,т)С(0,т) = жрП,т)2(2,г) + р(0,а)С, (т),

р(0,0) = (1 - а^р.(х,х)дх)р10,х)1!Ах) + (б)

"о о

т '

(1 + ае)р(0,т;)3(0л) - (1 + х - ссА2(х,п:)ах)р(1,т:)^(1,'с) +

"о

1_ -

) ос' - параметр задач!, ф!зичниЯ зм!ст якого аналог!чней ф!зпчному

|!сту ксефШента «0 1з задач! (5), =Сд

Розглядаеться процес розд!лення для внпадку апарату идеального ¡!иування - повне перэмйЕузання розчину в об' ем! нап!рного каналу 1 актор!. Ксеф1ц!ент прошкност! мембранв за розчинником (вода) 1?в загальному вшадку залежить в!д А?м, а у вшадку забивки пор мемб-ни молекулами розчкнетах речонин або створення на II поверхн! ге-- в!д часу процесу х.

Параметрами матекатичнях моделей, побудоваяих на системах р!в-зь (5), (6), е: 1,зе,0вх,0к.Г,г./.<1в,т,п (/-шоща попереч-

но перетяну нап!ряого'каналу; й0 - його екв!валентний д!аметр; п -иьк!сть посл!довно з'еднанпх модул!в; т - к!льк!сть ларалельно ;дн8них-наШрнЕХ канал!в в коязому модул!). Кезалезш! зм!нн1 модв-4: 0(0,1), С(х{,т), 1=1,...,»-1, С(1,т), зм1нн!, що розра-

$усться на основ! незалежих, - 1в(хд), Ъ(.х,х), ил(х,%),

:,х),!ки(х,х),%в(х,х),1Лх,х),й(х,х),р(х,х),рп(х,х),}ги(х),кд(х). Тут г) - коеф!ц!ент змешэння початкового об'ему розчину,

й(т) = о^{й/Г(х,1)£й; (?)

о

г) - ковф!ц!ект розд!лэнЕл (ошщення) початкового роэчину

т

йя(1) = [ос /р(0,0)]/с!х]ТДхл)р (лг.пОйг. (8)

V 0 0 и и

Було розроблено блок-схеми алгоритм!в розв' язання систем р!в-нянь (5) 1 (6), побудоваво в!дпов!дн1 математичн! модел! та программ розрахунк!в за ними - Reactor i Contur. П1сля розрахунку вузлових значень концентрацМ С(х(,т) одновям!рне нестад!онарне поле концентрации визначиться за формулою (1), к!нетичн! параметри розд!лешя -за формулами (2),(3),(7),(8).

Розроблен! математичн! модел! можуть Оуги застосован! в пере-в!рних i проектних розрахунках процес!в розд!лення розчин!в методом ультраф!льтрац!1, а також для !х прогнозування 1 управл!ння.

4. Теоретачн! досл!дееннн игсооби1ну в вш1рвих ывыбраввнх каналах. Двонкм1рн1 задач! в системах ультраф1льтрац11 та зворотного осаосу

Особлив!стю побудови розв'язкЗв двовим!рних початково-крайових задач мэмбранно! п!д тиском технолог!!, як! розглядаються в дисерта-ц11, е застосування вар!адШшх метод!в, що дае моклив!сть звести ц! суттево нел!н1йя1 задач! для диференциальниз. р!внянь з частшними пох!дними до систем звичайних велГнШлих р!внянь першого порядку.

Поперечн! проф!л! концентрации в нап!рних ультраф!льтрац1йних каналах щ!линно! та трубчасто! (кап!лярно1) форм в ламЗвардому ! турбулентному режимах теч!1 розчину, наведено на рис.4.

ЩО) Ц(х) %(х)*С(лп,0)

то) ч>(х) %(х)

~h,R <

C(OhJS) f,(x) Рг(х)

%(хП(х„,0)

¿(X) МС(х,7)/д2

»уШ)-Цх),Ш

Ъ(*)~С1>с,;ДЯ) фАц) щ 9г(х) f„(x)-C(x,M) ф№Н(*)

Мал.4. Поперечн! проф!л! кондентрацШ в напГрних ультраф!льтрац!йних каналах в лш!нарному (а) ! турбулентному (б) режимах течП розчину: ф(г) - концентрац1я розчину 61 ля новерхн! мембрани; ф(лг) - концентрата розчину на ос! нап!рного каналу; cp(£) =0(2,2); ф(х)= С(х,0); lv [x,z); v lx,z)] - поле шввдкостеЕ в канал!; 0(х) - товадана дйфу-

з1йного граничного шару

Розчин за температуря Т рухаеться в вап!рному канал! з поздога-ньою швидк!стю vx{x,г) п!д тиском Д?м(х) (тиском пермаату нехтуемо). Пот1к розчкнено! речовини, який приводиться до мембрани конвекц!ею, дор!внюе vz(x,z)C(x,z). Мембрана, характеризована нал!вцроникшши властивостями.частково чи повн!стю затрямуе розчинэну речовину, кон-

центрац1я C{x,z) яко! б!ля И поверхн! зростае, спричиняючи зворот-пкЯ дкфузШшй пот1к розчинено! речовинн Db6C{x,zy/dz в!д поверхн! мембрани в ядро потоку розчину.Коли реагм тэчИ встановлюеться, фор-муеться певниа попэрачннй проф!ль ковдентрацИ С(x,z> (дав. рнс.4), який значною м!рою внзначае проникн!сть мембрани за розчикником та П селективя! властивост!.

Система р!внянь для визначегая поля концвктрацй! розчинено2 ре-човини в об'ем! nanípnoro ультраф1льтрац£йвого каналу, поля швидкос-Т8й I поля температур при шстйшому тяску вапшеться у вкгляд!

р(С.Т)Ш = - n(C,T)&Ü, dtud = О,

(0х

¡g + 0,graüC) = dli>(DBfgra№), Ц = cPálvgraú?,

дэ Aí5 = gra&ilvv-rotroiv; )i(C,T) t p(C,T) - ковф!ц1еят данач!чяог в'язкост! розчину i його густина; as->JCpp - коеф!ц1ент тешературо-пров1дкост! серэдовнща; К 1 Ср - в!даов!дно коеф!ц1ент тегоюлров!д-eoctí середовища 1 toro твш!оемн1с?ь при постИйому таску.

У первому набликавн!, коли густана та коеф!ц1ент динш1чео1 в'язкост! розчину не залегать в!д кондентрзц!! та температура, або коли ц! р1вняяня розглядагзться в таких д!апазонах змй ц ! Г, до 1х юша ввааати шсгШм, г!дродин8М!чяа задача в систем! (9) моеэ бути розв'язана окремо (А. Eepsaa, 1953;С.Psrípep,1S60;Р.Тер!л,1?S4).

Поля Евидкостей (vs(x,z,т>, t>zix,z,i)) 1 ковцентрац!й C{x,z,%) в лам£яарному нестац!онарзому рвжам! теч11 розчину, як! Юнуэть в в нап1рнгог ульзрафЬпьгрздтяих каналах установок з циркулянте» роз-чшу кр!зь реактор 1 контур, подан! на рис.5.

Янщо цроф1ль козцевзрацП е розвинутим в точц! х=0, задача для оператора k{C,vs,\>v) для такого каналу (П = (О,I)*(0,zn), xeíO.Il.

sgto.z 3) мае зкгляя

fl

W,VS,V ) = JL jg) - vs g - § - Я , 0 в о.

z

С(я,2,0) = CQ{x,z), i >'0; С = Cjíz.t), х = О;

С = С2(г,т), 2=1', Щ = О, z=Q; J)B(C)gf = ЦС) (С-СП(С)),

НО) = йвФ(С)(ЛРы-Л^), СП=(1-Я)С, 2=2п.

Тут Я- д!йсиа селективн!сть мэмбрани; z=¡j,z0¿h, кот п=0 1 z=r, Zj-Rj , коли Л--1; Ti - половина висотз ншГрного каналу'; R¡ - рад!ус трубчастого (капШрного) нал!рного каналу.

Для плоского з одаоб!чнкм розтааувэстям мембрани (дав.рис.5,0} ДЕфэренц!альнэ р!вшшня конвективно! ди®уз11 з система (10) розв'я-зуеться в облает! 0= (0.3)«(Q,Zh), агеСОДЗ, zetQ.Zhl.

имсат \ ¿„(л)

Псрмйп 1(1). С,(1)

/¡¡рига* 1(л], с, (я)

Мал.5. Поля швндкостей I концентрац!й для ламинарного нестад1онарно-го регшу течИ розчнну: о - плоский з двоб!чннм розташуваяням иеыб-ран чи труСчастш (кап!ляршай) напЗрнвй канал; о - плоский з одно-спешен розташуванням мембран ная!рнш канал.

Поля швздкостей {V {х,г)г)) 1 ковдентрац1Я С(х,г) в лам1-нарному кваз1стац1онарному рееим! течП розчину, як! е в нап1рнш каналах посл!довно з'еднаних ультраф1льтрацхйнах апарат!в з пром!ж-ниш реактора?® (нш!внеск!нчезикй канал), зобрааен! на рио.6.

Коли проф!ль концентрац!! вке сформований в точц! х=0, задача для оператора А(С,г>в,ив) для такого каналу (0=(0,ю)*(0,гп), хеГО.ю), 2€С0,гп)) набувае вигляду

- 1 Уг^ §) - V, § - ье §§ = 0 в о, С = С0(X), х=0; = 0, 2=0; ЯВ(С)§§ = 1(С)(С-СП(С)),

Оя=(1-Я)С.

(11)

ЦС) = йвФ(С)(АРи - А*^), СЯ=(1-Д)С, г=2п.

Для плоского з одаоб!чним розташуванням ыэыбрани (див.рис.6,б) диференц!альнв р!вняння конвэктивно1 дефузН 1з система (11) розв'я-зуеться в облает! П=(0,ю)»(0,2Л), хеЮ,»), уао,2М.

Поставлен! задач! через 1х суттеву нвл!н1йн1сть не мають точного розв'язку. Для 1х розв'язання розроблено метод изначально! ап-рокешац!!, який е модафйсац1ею методу Бубнова-Галерк!на.

Розв'язки задач (10), (11) иукаються у вигляд!:

«V

С(х,г,%) г С(г,2,г) = (12)

де ф(х,т), ф(х,г),... - значения концэнтрацШ розчину у в1дпов1дних вузлах с!тки координат по г (визначальн! функцИ).

Розроблено конструкцН проф!л!в, як! побудован! на алтобра!чних 1 транецэндентыих функц!ях та повн!стю задовольнявть зг!дно з методом визначально! апроксимацП вс! граяячн! умова задач (10), (11). При цьому у вшадку кваз!стад!онарних задач в конструкц!ях проф!л1в в!дсутний час т. Серед них

С(х,гл) = Ф(х.г) + «р(2,т> -

Т|(ф,ф,z) = znD~' (ф)(Ь(ф) - Cn(tp))/(<f> - ф), î - z/zni

•Ш T

C{X,Z,t) = ф(2,Т) + - ф(ЛГ,1))C0S( - ),

2 ZWzn tpfs.t; - Cnf<p)

t

z/z. tl

(14)

Пермиn l(t),C,tij 0

îltputaa //», Cl {•}

Мал. 6. Поля швидкостзй 1 концентрации для л&чЗяариого квазИствц!-онаршго решку течИ розчину: а - плоский з двоб!чзш розтаяувазням мембран чи трубчастий (капШрниа) Hanîpaî квнаян; 0 - плоский з од-ноб1чнЕМ розтаэуванвям макбрави HanîpsEÈ канал

Розв'язки задач (10) 1 (11) шукашь, вямагаячи дотршання умов ортоговальност! вев'язки, яка одерауеться при п1дстановц! коаструк-цй£ типу (13), (14) в оператор А(С) посл1довно до bcîz пробннх функций ЬЛх,г)

*п

(А(С),Ъ,(х,г)) = Г А(С)й.(z,z)dz = 0, t = 1.....S. (15)

о '

П1сля йгаегрування (15) одэрхуемо систему S зшчайннх нелЗнЗЗ-ннх даф8ренц1альних р!внянь в!даосно фувкц£й <р(х,т), ф(х,т>,...

де &=1,...,ЛГ.

функцИ <р(х,х), ф(х,'с),... вираатаэ через Iz значения у вузлах cîtkh [0,1] за дошмогою фШтних фувкц^-крншэчон

<р(Х,т) а | фА(1)^(3:), ф(Х,т) й | ф>(т)хА№), (17)

у вузловш точках

Ь—О ~ " &=0

де ф4(т),. фА(т),... - значения ф(х,г), ф(я,т), с1тки [0,13; xk=Hhf, k=ïïT3, хи=1; П^Ь'Ш - крок cItkh; xA(.r) - Ф1_ hîthî функц!ï-кришечки.

П1сля постановки функц!й <р(х,ъ), ф(г, т),... в рЬашшня (10) та виконання вишг оргогональност! результат^ постановки до функцй!-крипечок %ь(х) (перехресний метод), пригодао до тако! система р!в-шшь для назначения фушсц!й :

.....

це £=07??. розв'язок яко! за вШов1дних початкових ушв може

бута сдергано одним 1з чисалъшх методíb, наприклад, методом Pj ге-Кутта. /

При знаходаэнн! розв'язку кваз!стац!онарно! задач! !нтегрував оператора А(С) разом з проСшш фунхц!ями b{(x,z) проводиться т!л ки один раз. У результат! одергуемо систему N звичайних нел!нШ р!внянь в!дносно функций <f>Ur), ф(х),...

FJtt¡pU),(})U),...,9a.(a:)Iti)jr(i),...] = О, п=1,...Д, (1

розв'язок яко! за в!дпов1днш початкових умов може бути одержано ы тодом РуЕге-Кутта.

Вастосування пробних функц!2, що входять в конструкцйэ розв'я ку роэглянутих задач 1 задовольняють вс! граничн! умонз задач, д шелив!сть з достатньою для йшэнернш: розрахунк!в точн!стю застое вати як вззвачальв! т!льки да! функцН: <р(г,т) (<р(г)) - концежграц розчину на ос! каналу 1 ф(аг,г) (ф(г)) - концентрацЬо розчину 61 повэрхн! меыбрани. Останне значно спрозцуе в!дпов!дн! матеыатичн! м дел! та програми розрахунк!в.

Розроблено алгоритм для знаходаення розв'язк!в систем р!вня (10), (11), побудовано двовш!рн! матеыатичн! ьадел! процес!в кваз стац!онарного розд!лэння розчин!в б!опол!кер!в харчового призначен в целинному 1 грубчастому (кап!лярноиу) нап!рних каналах, програ ceplñ PBDG 1 ЙШ для в!дпов!днкх розрахунк!Е.

Розроблен! матеыатичн! модел! ыожуть бути застосован! в пер Blpaaz 1 проектних розрахунках процес!в розд!лення розчин!в б!опол мер!в харчового ггризначення методом ультраф1льтрац! I, а таков для прогнозування 1 оптвы1зац11. Подальше розробка двовин!рно1 нестад!' нарно! задач! ультраф!дьтрац!! Mosa стати основою окрешго науково: досл1деэння.

5. Ёкспергшнтольн1 досл1деапня пронакност1 та сагектгввгх властнвостэа noJtiiíepHHS шьгбран, ф1зшю-х1н!чзих вхастввосте@ розчш1в С1сяол1кар1в харчового щнзнячення i к1ЕатичЕах характеристик. процас1в 1х ультрЕф1аьтрац11

Для побудош математичних моделей процес!в концентрування очищения розчин!в б!опол!мэр1в харчового призначення методом ультр ф!льтрад!! були визначен! деяк! 1х ф!зико-х!м!чн1 характеристик] По-перше, було ввм!ряно 1х густину ! коеф!ц!енти кЗвематично! в'я: кост!. Показано, що залэш!сть коеф!д!ент!в к!нематично1 в'язкос: розчин!в та Ix. пермеат!в моауть бути описан! экспонентов в!д пол: нома другого ступеня за кондентрац!ею 1 експоненто» в!д зворотне велмши абсолютно! температуря

vlC.T)

1,004.10~ьехр

[l869g, - ¿J

+ afC +

c^C2], м2/с, (19)

да а,. a2

вмп1ричн1 коеф1ц!енти. Наприклад. для розчину харчового желатину п.2359, який кояцвнгруеться кр!зь мембрану УПМ-П, значения кореляцШих коефШент!в з точн1стг 6,15% становлять: а; = 0,4356 (мае.*)-', а2= -7,72-10""л(мас.%Г2. Густина розчин!в б!опол1мер1в, як! концентруються ультраф!льтрац1ею, мохе бути визначена за такою кореляц£йнов формулою:

р(С,Г) = 1999,7 -+0,4349.10~3(2В32 - Г2)]ехр(ЬС), кг/т3, (20) де b - еш1ричниЯ коефШент. Наприклад, для розчину ферментного препарату Itosaula décolorons значения b з точн!стю 0,2% становить 0,0039 (мае.Ж)-'. Густина пермэат1в практично дор!внюе густин! води за однаково1 температуря.

За допомогою методики, викладено1 в другому роздШ, вим!ряно осмотичпий тиск водних розчин!в р1зниз ВИД1В Еэлаткн1в, як! концент-ругться ультраф1льтрац!ею, та 1х пермеат!:в. Результата наведено на рис.7,а. Одержан! результата були апроксимован! за класичними формулами:

-.4 _ -,>rri , п р з

V»---- m- . _ тг2 ^ ^ {тЭ Ша_

^(С.ГМО"

^(Dn.T)«10- = *22Kn + c^2 + eti4.n.

(21) (22)

jr-io.Mna | 1 1 о/

i j /

I /

I I А [ .

/ ... Я s!

!

I :, 7.

Рис. 7. Схема установки для вим!рювання осмотичного тиску (а) та йо-го залежн!сть в!д концентрацИ для розчин1в желатин!в р!зшзх марок

(б): 1 - коицеятрованиЯ розчин; 2 - пермеат.

Значения кореляцМних коеф!ц1еят!в для водного розчину харчового желатину п.2823 становили (наведено без розм!рностей): с*:,=0,6021; а3 = =-4,98; а =0,46 (точн!сть - 5,0795);

сС'г2=0,4241 ;

18,89;

(точн1стъ - 3,88%). Значения кораляцийшх коэф!ц!ент1в у формулах (21) 1 (22) для сирно! сироЕатки та II пермеат!в становили:с^=10,39;

¿.,=-339,0; 0^=16.57 (точнЮть: ¿7,915'10"еШа); ^=0,6403*; сС33= =-1,148*; 0^=0,001689* (точн!сть:±0,042 МПа, * - за*даними ВЛ.Дол-н!ковського, 1990 р.).

Другий 1 гретой в!р!альн! коефШенти у в!дпов!дних розвиненях осмотичного тиску досл!дненнх розчин1в за степенями 1х концентрац!й враховують взашод!» макромолекул м!ж собою.

ХнтеренфврещШнлм онтичним м!кроштодом (див. розд!л 2) шзна-начено концентрац!Ян! залезшосг! каеф!ц!ента взаемно1 дифузИ £в си-стеми розчин-б!опол!мер на приклад! водних розчин!в гедатин1в. Показано, що концентрации! залешост! £ в гомогенних водних розчинах пол!електрол!тних макромолекул келатан!в однаков!,як 1 для нейтральна макромолекул сянтетичвях полимер 1в за те та-умов: величина 1>в зменшуеться 1з зростанням концентрацИ в розбавленому режим! 1 зрос-тое - у нап!врозОавлвному реким!. На взаемодафузйэ у водних розчинах гелатин!в у д!апазоя! концентрацИ 0...25% I температур 293...328 К суттево можуть вллияути ковформаЩйн! перехода С!опол!мера, як! пря-водять до ф!зичного гелеутворення.Рухом1сть клубк!в макромолекул желатину за р!зшх температур в разбавленому резким! адекватно опису-еться законом Стокса-Ейнштейна I) о= кУ/бирЛ разом з температурною залекяхстю ефективно! в'язкост! розчинника зг!дао з законом Андраде ©грСГ^/КЛ, аде при б!льшх пор!вняно з водою значениях уяв-но! енерг!! акгивац!! Ври цьому функц!я р о е ун!версальною 1 Ее залетать в!д характеристик розчиненого желатину.

Залехност! коеф!ц!снга взземодифузН в!д концентрацИ для Ьзертного зелатину (п.59) ! двох партШ харчового желатину (п.2823 ! п.2868) подан! на рис.8.

Для описування залеаност! коеф!ц!ента взаемодифузП система вода-желатин у фужкцЛ 1>В(С,Т) необх!дно враховувати квадратннй член, вклад якого може бути пов'язашй з п1двиденою моб!лъя1стю пол!елек-трол!тних макромолекул желатину за в!даосно високих його концентрацИ як результат моаливого зшшшння ефективвого тертя. Точн!сть ап-роксшацИ залекносг! 1)ъ а(С,Т) для желатину в д!апазон! концентра-ц!й 0.. .25% 1 температур 293.. .328 К пол!номом другого степеня -3,96&, юлйюыом третьего стетаня - 2,81%. Середн! значения Вв для скствми вода-жэлатнн зм!ншгься в д!апазон! 0,3-10~~'с. ..1,53>10-,° м2/с.3алвкн!сть коеф!ц!ента взаемодифузИ води ! желатина за неск!н-ченного разбавления розчшу алроксимована функц!ею О (Т) = сГ « *ехр(-Ъ/Т), а=0,0012 м2/с,Ь=6937К. Значения коеф!ц!ента Ъ б!льше н!а

втрое перэвщуе вЩювШу вэлпчину для вода: Ь=192СК, що южна поясним залэЕН1стю г!дроданач!чшго рзд!уса клубк!в в!д температуря, а такоя п1двящэяою в'язк1стю розчкну.

Рис.8. З&яэагПсть коеф!ц!ента взаемодифузП в систем! вода-яелатнн в!д концентрацИ желатину за р!знях температур (1 - 2S3K; 2 - 303... 309 К; 3 - 309...313 К; 4 - 323 К): а - хэлатин п.59; б - желатин

п.2823; б - желатин п.2868.

Анал!з фазових д!аграм систем гель аелатяну-вода показав, що при застосуванн! ультраф!льтрац!1 для ховдентрування I очищения se-латннових розчин!в тешература нроцесу повинна бута не низчою за верхню критнчну температуру зиЬлуввшя (ЕКГЗ), яка мае р!зн! значения залезио в!д виду га парт!1 зэлатину (деш.рис.8). Ця температура для досл!даэних яелатинових розчин!в не повинна бута мэншоп за 308 К.

Значения Z»B для водних розчин!в форментних препарат!в, одер-ван! за результатами непряиих досл!дкень, становилз: препарат fías-aula üecolorana - 3,661*10"" мг/с, препарат End. bispora -1,6» «10~? 1 M2/cst, препарат Asp. batata - 3,055»Ю-' 1и?/с*, препарат Asp. auxMorl - 4,11*10_,,м2/с*.

На лабораторному та пилотному обладнанн! (див.розд1я 2) викона-но досл1дз8ННЯ проникност! та селективних властивсстей пол!мерних мембран у процес! концэнгрування та очищения розчин!в б!опол!мер1в харчового призначення. Ц! дан! необх!дн! для одеркання кореляцМних залажностей, як! замикаоть в1дпов!дн! математнчн! модел! процес!в ультраф!льтрац!I.

Непряма методика визначення град!ента осыотачного тяску розчи-ну Ь%и на мембран! та II коеф!ц!ента проникност! за розчинсм kL, яка булэ запропонована В.Л.Кудряиовим (1980р.), пошрзна на ±нш1 розчини

фзрьюнткях препарат1в, аалатини та молочну сироватку.На розвиток ц1-/'е! мэтодики показано, що значения Д*^ 1 кь шкуть визначатися за к1-нетнчшша характеристиками процесу ультраф!льтрац!I як в турбулентному, так 1 в ланОарвшу режимах; значения Ьх^ 1 къ при осмотнчно р1ввова£н1й концантрацП резчицу (Ь=0) при цьшу е однакоковшй. Значения коефЩ1ент!в проншшост! полЬвэрних мембран у процэс! ультра-ф1льтрац11 розчнн!в ферментннх препарат 1в 1 прэцес! концонтрування

Рис.9. Вала£н1сть в!д концентрадИ розчш!в ферментних препа-

рат!в, хлориду натрйз î кп1тинного в!там1ну В)2 б!ля поверхн! мембрана (a), a Tairas залэгност! I в!д логарзвщ р!зниц1 концентраций розчину 1 пермаату (О)

Тут: 1 - система мембрана МПА-100-водниа розчин хлориду натр!» (Поляков C.B. га Зи.,1982 р.); 2 - система мембрана УАМ-100-розчин Виз-sula décolorons; 3 - система мембрана ШХ-ЗОО-розчин клИинкого в1-там!ну В)2; 4 - система мембрана УАМ- 15Ш-розчин End.btspcra*; S -система мембрана У1И- 15Ш-розчнн Asp.batata*; 6 - система мембрана У1Ы-15Ш-розчин Âsp.aumori*.

Sa невеликих значень Си к!льк1сть макромолекул б!ля позерхн! мембрани значно ыенша за число 11 пор. Тому зростання велнчнни Сы призводить до пропорц1йного зб1шззення к!лькост1 пор, як! первкрива-ються, що 1 спрачшяе р!зке знижевня коеф!ц1ента проникност! мембрани При досягненн! певао! концентрац!! вс! пори мембрана nepîo-дично екрануються макромолекулами, як1 затримуються, а подальше зростання 0и зб1льшуе не т!лыш к1кьк1сть пор, як! перекрнваиться, а й частоту îz перекрить. Це викликае послабления залешост! в£д Сы, яка з достатньо» для 1нгенерно1 практики точн1стю може бути ап-

роксимована формулою (1 -к*, ) . Тут (враховуючи позначеяня до

рис.9): 2 - =0,876, р,=-0,354; 3 - <*?=0,185, р?=-2,79; 4 -0,00846, р,=-7,570; 5 - <^=0,3097, ,989; 6 - <*;=0,04941, р,=

= -1,504. Для системи мембрана ВПУ-15ПА-харчовий желатин п.2823: <*( = =70,68, р;=-0,3574; для системи мембрана К>Г-30-1,2-харчовий желатин П.2868: а=2,269, р}=-1.054.

Таким чином,формула для моделвввння проникност! мембрани у иро-цес! ультраф!льтрац1Т розчин!в б!ошл1мер!в харчового нризначення мае вигляд

1<С«-^'АРМ'Г> = <йв + РА + РХ>(1 + «ГЧ/'А -

Т.(*'гСм - а2гСп) - с^С2 - а/% + а33(^ + л/м2тод. (23)

У робот! було досл!даено зм!ни коеф!ц!ента масов!ддач! р в!д поверхн! мембрани в ядро потоку, що рухаеться в нап!рному канал!.Величина р визначалася як тангенс кута нахилу криво! залезшост! питомо1 продуктивност! мембрани за розчином в!д логарифма р!зниц! концентрац® розчину ! пермэату (рис.9,0), да: 1 - система трубчаста мембрана Ф-1-розчин желатину л. 2117 (гурбулэнтний режим);2 - система кап!лярна мембрана Й5!Р-30-12 - розчин желатину п.1605; 3 - система кап!лярна мембрана ВПУ-15ПА - розчин желатину п.2823 ; 4 - система грубчаств мембрана йЕА-180-розчин Карбоваксу 20 М, турбулентная режим {И.Ь.СоЮзтМП, 1971 р.); 5 - гака ж система, як 1 в п.4, лам±нарний эеаим; 6 - система кап!лярна мембрана ВПУ-15ПА-сирна сяроватка.

Як видно !з граф!к!в, зображених на рис.9,б, коеф!ц!ент масо-¡!ддач! в процес! концевтрування розчин!в б!опол!мер1в харчового [ризначення в Щлинному, трубчастому 1 кап!лярному нап!рних каналах (алишаеться яостйшим ! становить залежао в!д коеф!ц!ента водопро-ткност! мембрани для розчин!в К8латин!в: ¡ц!линний нап!рний канал з ^=4.6 мм ! &°=1610... 1500 л/М^ГОД'Ша - 5,72 ...2,97 кг/м^год; :ал!лярний нап!рний канал з йэ=0,85 мм 1 й£=1100 ...810 л/м2•год -,15...5,ю кг/м^'год (ламйарний реки?/ точ!! розчнну); трубчастай ап!рний канал з <2Э=13 мм ! й°=3600 л/м^год-Ща - 18,7 кг/м2• год турбулентной реетм течИ розчину). Для сирно! сироватки в нап!рному анал! кап!лярно1 мембрани з к°=840 л/м2-год -Ша коеф!д!ент масов!д- ' ач! р становить 2,49 кг/м^год. ЛостШе значения коеф!ц!ента р оке бути зумовлэне зростанням коеф!ц!ента взаемодифузИ в облает! ап!врозбавлених розчин!в макромолекул (як у розчинах зшлатин!в), що 3!льшуе молекулярне перенесэння в!д шверхн! мембрани ! стаб!л!зуе звною м!рою величину коеф!ц!ента р.

Залежн!сть м!ж кэаф1ц1ентом проншшост! ыамбрани за розчином й í коеф!ц!вн?ом масов!ддач! р мае такий вигляд:

103в ,„r, R

ъ = _ к . щ л

(*§")• (24)

де Л - коефШевт концентрацию I поляр1звц11, Л.=См/Ср.

При постШюму в процес! ультраф!льтрац!1 коеф!ц1еят! р коеф!-ц!ент проншшост! кемЗраш за розчином зменшуеться в результат! змэшення логарифма в!д коефШента концентрацИШо! поляризацИ X, оск!льки досл!дауван! дШсна Л I уявна 5 селективност! пол!мерних мембран у процес! ультраф!льтрац11 змйшоться нвсуттево (Оуде показано ниэте).

Зг1дко 1з запролонованою ф!зичвою модаллв багатокоыпонентвого розчину б!опол1.мвра харчового призначення (див. розд!л 2), для його концентрування 1 очищения п!докра»гься мемораян з практично повною селвктивн!стю (й=1, 5=1) для пераоI груш макромолекул (ц!льов! б 1л-ки, фермента та 1н.). Але сел9ктивн!сть за загально» масоя розчине-них речовин в таких розчинах нйсоли не досягае единиц! й може змйт-ватися за рахунок пврерозпод!лу розчинених рачовин друго! груш м!ж розчином i перш атом.

Показало, що д£йсна та уявна сэлективност! ультраф!льтрац!йних. мэглбран у процзс! концентрування б!опол1шр!в харчового призначення суттево не залекаггь в!д град!ента тиску на мембран! АР , ивидкост! руху розчину в нап!рному какал! v, концентрацИ розчину 1 його температуря Т. Середа! значения дшсно! R 1 уявно! S селектавностей у д!апазон! досл!джен2х параметрíb процесу ультраф!льтрац!1 становн-ли: для системи мембрана УАМ-ЮО-фериентшй розчин Ruasula decoloraos - R~0,904, S=C,7U; для систеш мембрана УАЫ-15QU-Endamyccp3ís Ызрсга*- i?=0,834, S=0,714; для систеш мембрана УАМ-1 bWt-Asp.batata*- ñ=0,842, S=0,718; для систеш мембрана УАМ-1 БШ-yisp. awamort* -й=0,800, S=604; для систеш мембрана ПВХ-ЗГО-розчин кл!тинного в!та-м!ну В12 - fi=0,634, S=0,758; для системи мембрана ВПУ-1 БПА-желатин п.2823 - Е=0,9901,5=0,ЭВ13; для системи мембрана PSJ-30-1,2-желатин н.2868 - й=0,9552, 5=0,9493;для системи мембрана ВШМБПА-сирна сиро-ватка - Я=0,7089,S=0,4165.

Для оц!вки селективвих властивостей ультраф!льтрац!йних мембран щодо молочних сироваточниз б!лк!в розроблено "Методику назначения бм!сту окремих сироваточних б!лк!в та 1х !дэнтЕф!кац1! в сирн!й си-роватц! та 0!жових концентратах за допомогою S'E-HPIC хроматогра-ф!1" (реестрацШшй номер УкрШГЕ1 0195Ü003312, '1995 р.), а такох в!дпов!дн! резекш хроматограф!I. Досл!даення б!лк!в сирно! скроватки

токазали, що в н!Я м!стяться нативн! форми п'яти основних груп б!л-с1в. в т. ч.: 1муноглобул!яи (м.м.>95000 Да)- 0,78...5,40$; альбум!н Зичий сироваточний (м.м. 67000 Да) - 1,53... 9,472; протеозопептони (м.м. 45000...35000 Да) - 3,6Ш; р-лактоглобул!н (м.м. 35000 Да) -31,2...62,2%; й-лактзльОумй (м.м. 14400 Да) ! протеозопептони (м.м.

20000...8000 Да) - 35,3___54,85. Таким чином, для найповншюго виуп-

пення б!лк!в !з сирно! сироватки необх!дно використовувати мембрани, ¡¡о затримують сЯлки э м.м. 14000 Да. Так! вимоги задовольняють кад!-пярн! мембрани на основ! ароматичного пол!ам!ду (фен!лону), як! ха-эактеризуються уявною селекгявн!ст» за б!лком - кал!брантом з м.м. 12500 Да на р!вн! 942.

На експериментальнГй установи! для досл!дження масообм!ну в грубчастих ультраф!льтрах БТУ-0,5/2 (див. розд!л 2) показано, що грубчаста мембрана Ф-1 на основ! фторопласту з й^=500 л/м2-год-Ша

Ц=20±2°С) мае 98___92%-ну уявну селективн!сть за келатнном у д!апа-

}он! концентрацМ 4... 16%. Для аелатиновях розчш!в з концентрацию 4,8...10,0% зм!на л!н!йно! швндкост! течИ в трубчастому нап!рному санал! з <1=13 мм в!д 1,7 м/с до 5,1 м/с не викликае протягом 2... 1,1 год. зм!н величини коеф!д!ента динам!чно! в'язкост!. За пгоидкос-г! 6,13 м/с мае м!сце деструкц!я макромолекул келатину в 15%-кому эозчин!: за ультраф!льтрац!! протягом 4,6 год. коеф!ц!ент динам!чно! з'язкост! яелатинового розчину змевшився з 52,6 мПа«с до 25,3 мПа-с. (онцентраЩя фрагментов деструктованих макромолекул у пермеат! при дьсму зросла з 2,4% до 6,0%. Розрахункове значения тангенц!ального 1апрукення в шар! желатинового розчину б!ля поверхн! мембрани при дьому становило 99,2 Па.

6. Розрахунои 1 прогнсзувашя зес?ац1онарш2 1 кваз1стац1онарнях процес!з копцэнтруваная 1 очщвння розчш!в б1сшал1мвр1в гарчовэго прязначешя уяьтраф!льтрац1ею

0дном!рне нестац!ояарне поле концентрац!й досл!даувалося для сдельного розчину фермеятних препарат 1в харчевого призначення (роз-шну б!лк!в з м.м. 40000.. .60000 Да), який зПдно з ф!зичною моделлю (див. розд!л 2) м!стив 20% (в!д маси розчинених речовин) ц!льового 5!дка 3 м.м. 40000...60ООО Да (Д=5=1 для мембран УАМ-100, ВПУ-15ПА) 1 10% б1лк±а, як! частково затримуютъея Шею мембраною (поб!чн! б!л-<и в розчшах ферментних препарат!в, фрагмента макромолекул аелати-:т1в, молочних б!лк!в). Розпод!л макромолекул друго! 1 третьо! груп розчкном ! пзрмеатом додатксво шзначався значениям осмотичного гаску розчину зг!дно з корзляцйними коефОДент&чи в формул! (21) (наведен! без розм1рностей):й2=0,3'10~5; а3= 0,4«Ю-3; ¿4= 0,2-10~Л

Чисельний експеримент було поставлено за програмою Reactor, Кого параметри: V0=5 и3, А°=100...1000 л/м2-год-ЫПа; С0=5%;1=5...25 м; ЛРМ ,=0.4 Ша; QBI=0.002 н3/с\ Т=290 К. Об'емне зобрагення поля концентрат® залвжно в!д доетини кап!рного каналу z ! часу ультраф!льт-рац11 побудоваяо за допомогою програми Faxgraph 1 наведено на рис.10.

Прогнозування ггроцесу ультраф1льграц1! розчин!в б!опол!мер!в харчового призначення на приклад! модельного розчину ферментних препарат 1в харчового призначення показало, що, для системи модельний розчин б!лку з м.м. 40000...60000 Да-ультраф1дьтрац!йна мембрана у щ!линнному нал!рному канал! з = 100...200 л/м^год-МПа (мембрани марок УАМ-100, УАМ-150, ВЕУ-15ПА, ПСА-1 í Ф-1 з &°<200 л/м2.год.ЫПа

Рис.10. 0дном1рне нестац!онарне поле кониенграцСй в нап!рному канал! з двоб!чним розташуванням мембран УАМ-100 в процес! ультраф!льтрац!1 модельного розчину ферментних препарат!в:

а = 200 л/мг-год4Ша; 1= 10 м; б = 1000 л/м2*год-Ша; 2=1 Ом;

В £

в - й£ = 200 л/м2тод>МПа; 1= 20 м; г = 200 л/м^год-МПа; 1=25м

В в

та 1н.) проф!ль концентрац!! в налЗрному канал! довкиною до Юм протягом всього часу концентрування до осмотично р!вноваяно! концен-трац!! 3ö8ptrae л£н!йн1сть, в математичних моделях може бути викори-станий в так!й форм!: сил) = С(0,т;)+(С(1,г) - С(o,t))x/l. При Ъ° = =200...600 л/м2-год-Ша (мембрани марок УАЫ-300, УАМ-500, ВПУ-100ПА, ESF-30-1,2, ПСА IM з к°<600 л/м^год-МПа та 1н.) поздовзшВ! про-ф!ль концентрац!! стае нел!н!£нш,а при &£>800 л/м^-год-Ша (мембрани УАМ-500, ВПУ-100ПА, RS?-30-1,2 за температуря експлуатац!! б!ль-

по!, п!з 50°С, ПСА 1 ©-1 з й°>еоо л/м2.год.?Ша га 1л.) ивл!н!Ян!сть

О

мае н!сце иве при т-0. Результата чисельного експорзкэнту, як!''були поставлен! для ультр,(5ф1льтрадЗйно! кэмСраян з й® = 200 л/м^год-МПа при зм!н! добшеи вап!риого каналу в£д 5 до 25 и показали, що иоз-довзн!й проф!ль концентрацИ залпзаеться лйИйшл па початок процэсу кощеитрузания для вс!х довзшв неп!рянх канал!в, на кйщэвому !нтер-вал! кондонтрувашя лй11йп!сть збер1гветься т1лькн до 15 м.

Для прогнозуваяяя процвс!в концентрування 1 очищения розчзн!в б!опол!мэр!в харчового прязначэнвя булн поставлен! чисельн! експерн-менти з кодельнЕМ розчшом для устаношЕ з позархпоп мамЗрвк 32 к2 1 його цярхуляц!е® через реактор (одном!рна Евстац!онараа модель ульт-раф1льтрац11, лрограма Пгасгог). 1х результати показали, що концентрування ультр8ф!льтрац!еп б!лковнх розчия!в з С0>5% вэдоц!лъне, ос-к!лыш град!ент оскотичного тиску вге при 10£-нШ кснцентрацИ розчнну (за ЕИС01ИХ значень Е 1 Б) становить 402. в!д робочого (0.4 МПа), а для концентрування, наприкяад, 5 м3 розчину в!д до 72% 1 в!д 20% до 22% потр!бен практично однаковий час.

Зб!льиення початксво! концэнтрзц!! розчнну у процес! ультрв-ф!льтрац!1, як правило, зменпуе його ковф1ц!евт до, в свою черту, змэЕнуе ефект очищеввя розчину Так, ларалельна ультраф!льт-рац!я модэльягх розчин!в з С0=1% 1 Сс=10% на мембран! з А°=100 л/м2-год.Ша до .^=0,8 знизуе ефект очищения другого розчину в 1,4 раза. В таког^у випадку л!сля ультраф!лътрац!1 необх!дно провести де~ к!лька д18ф1льтрад1й.

У м!ру концентрування модельного розчину ультраф!льтрац!ев та-кож суттево знижуеться питона продуктнвн1сть мэмбракн, що вишшвае з формула (23): зб!лыауеться град!ент осмотнчного таксу на мембран! (дев.рис.7,б) 1 зменауеться И коеф!ц1ент лроннниост!' за розчжном (дав. рис.9,а). Заязгшост! Ъ=Ъ(С) для модельного розчину I рэзчзну сирно! сироватки (п!лотна установка УФ-1/80П, кап!ляря! мембрани БПУ-15ПА.) наведено на рис.11.

Як видно з грэф1ц1:в, поданих на рнс.11, характер змйи пнтсмо! продуктивност! ульрзфЬяьграцЯйних мембран для модельного розчину (С0=5%) 1 сирно! сироватки(С0=5.12...5.73Ж) збй-аэться.

Обробка дшшх чисельних експэримзнт!в показала, що залеапост! стушзня концентрування початкового розчину С, в!д град!ента таску на мембран! ДРЦ г 1 коеф!ц!ента П проншсюст! за розчжшшком спрям-лявться в нап1влогарифм!чшх координатах

С,№°,ЛРЫ>1)= -/ а(Ч)етр1Ь1(%) ДР^, + (25)

а залеш!сть стушил концоатрувашш ,в!д коэф!ц!енто змешення об'ему мае ствшневий характер /

СЛ* )

1 1 V

(1 - * ) V

(26;

1 ~ > ч ,

N ч ч >

\ \ > \ \ \ _i

«о и вою но эоо 7-Sït

Рис.11. Залежност!: а - питомо! продуктивной! мембрани в процес! ультрафЬпьтоацИ модельного розчину б!опол!мера харчового призначен-ня (1 - С0= 1 Ж; 2 ~ С0=5%; 3 - Ср=10%; 4 - CQ=15Х; 5 - Со=20%); б -

сзрно1 снроватки (мембрана БПУ-15ПА) при виготовлен! знениреного сиру (0) I сиру Эй-но! кирыост!(Д)

Эокреыа, для системи мембрана ОДМОО-розчин ферментного препарату Ruasula décolorons cd=0.8676, точн!сть апроксимацИ - 0.1Ж.

Для псрЗвняння ефектикност! експлуатац!! установок з циркуляц!-ею розчину кр!зь реактор га контур (дав.рис.2) в процес! улыраф!ль-трац!! модельного розчину б1опол1мера харчового призначення було ви-конано чисельн! експерименти за програмами Reactor та Ccntvr. Щоб об'емн! шввдкост! в циркуляцТОтш контурах обох установок були одна-ковими, у лор!вняльних розрахунках прийналося, що Оц^+О^. =0^(1 + +зе)/аЕ]=0вх. Було встановлэно, що при эе»1, тобто, коли серед-

ня концентрац!я в цирхуляц!йному контур! шревизцуе сере дню концент-рацйо в прямоточному контур!, а час т, необх!дний для досягнення од-наково! кощентрацН V1 в реактор!, на 4,4..'. 4,6$ перевищуе час Ч для установки з прямоггочниы контуром, проте при эе<5 циркуляц!йний контур працюе ефективнйзе, а оптимальне значения œ перебувае в маках 2<ав<5.

Як в!домо, найб!льш ефективниш е безперервн! кваз!стац!онарн! схеми концентрування та очищения розчин!в б!опол!мэр!в харчового призначення, в тому числ! й ультраф!льтрац!ею.

Схема технолог!чно! л!н!1, яка реал!зуе цей процес, складаеться з посл!довно-паралально з'еднанях нап!рних кавал!в через пром!жн!

реактори. Щхзкти на вход! 1 виход! з кокного пап!рного каналу, як правило, не враховуються, а град!ент тиску по довкин! кокного нап!р-ного каналу ЛРа забезпечуеться пост!йким за рахунок посл!довного зменшення довиши нап!рних канал!в в кожному модул! чи апарат!.

Розрахунки процесу кваз!стац!онарно1 ультраф!льтрац!1 розчину ферментного препарату Russula décolorons з концентрацию 0,8$ в целинному з двоб!чним розташуванням мембран (2h«b=1«400 мм) I кап!ляр-ному (Я = 1 мм) нал1внеск!нченних нап!рних каналах вкконан! за прог-рамами PROG I ГШ для мембрани УАМ-100 з коеф!ц!ентом проникност! за водою й°=50 л/к2-топ 1 д!йсною селективн!стю Я=0,904. Парамэтри процесу ультраф!льтрац!1: v м/с, АРМ=0,5 МПа, Т=290К. Розрахунко-в! значения концэнтрацМ розчшзених речовзш на початку нап!рного каналу б!ля поверхн! мембрани становшш ф(^г0)=2,2Б%, на ос! - ф(х0)= = 0,44ï. Результата розв'язку ц!е! задач! Кош! методом Рунге-Кутта (програма РЯОС-1 для ЕОМ ЕС 1022) наведено на рис.12,а. Там (суц!ль-ною лШею) позначено: 1 - середня по перер!зу нап!рного каналу кон-центрац!я розчину; 2 - його концентрац!я б!ля поверхн! мембрани; 3 -концентрац!я пермеату; 4 - питома продуктивн!сть мембрани УАМ-100, Пунктирною лЫ!ею позначено те z саме, але для каШлярного каналу.

ис.12. Кйзетичн! параметри процесу розд!лення для систем: а - ием-рана УАМ-100 - розчин ферментного препарату Russula decolorans; б -ембрана МГА-100 - водний розчин хлориду натр!ю

Як видно з результатов чисэльного експерименту, наведених на ис.12,а, коеф!ц!ент концентрацШо! поляризацН X в цроцес! ультра-!льтрац!1 зменшуеться в!д 2,8 до 1, концентрац!я розчину б!ля по-ерхн! мембрани Cw(x) наближаеться до середньо! концентрац!! С (г) î ри осмотично р!вяоважя!й кониентрацИ ср,осм=24»5^ В0Е® стаеть од-аковими, а питома продуктавн!сть мембрани - нульовою.При цьсму гра-

д!ент г!дроданам1чного тиску розчину на мембран! дор!внюваткме гра-д!енту його осмотичного тиску.

Показано, що питома продуктивн!сть мембран та II 1стинна селек-тивн!сть при концэнтруванн! й очщенн! розчин!в б!опол!мер!в у ква-зЮтацЮнарному рекам! ультраф!лътрац!1 можуть бути описан! експо-ненц1альними залешостями в!д довжини нап!рного каналу Цх)=10-аехр(Ъх); 10=26,2лЛ12-год, аИО.ЭлА^-год, ь-о,ооз7м-1; (2?; точн!сть апроксимац! I - 4,0%;

Сп(х) = а,елр(Ь,г); а;=0,2*, Ъ,=0,02м~', (28)

точн!сть апроксимац!I- 11,6Ж.

Зг!дно з розрахунком для концентрування розчину ферментного препарату Еиззи1а ЗасоЪогапа в!д 0,8$ до 62 необх!дно 56,8 м2 площ! мембрани УАМ-100, а ефокт його очищения в!д баластних речовин ста-новитиме 46,8^.

Для оц1нке ефективност! експлуатац!! техволог!чних л!нЫ концентрування розчин!в 01опол!мер1в харчового призначення, побудованих на кваз!стац!онарних процесах, паралельно виконано розрахунки для Ш]!вково! та кап!лярно! мембран. При цьому було прийнято, що Д7=?Л, а Ь=тсР.(. Результата наведено на рис. 12,а з якого видно, що л!н!я з кап!лярними модулями пор!вняно !з ц!линннми потребуе на 12,3% б!ль-шо! поверхн! мембран.

За програмою РЕОО 3 виконано розрахунок та прогнозування проце-су концентрування водного розчину хлориду натр!ю на мембран! МГА-100 з й°=1,67 л/м^год-МПа при 7=29®. Д!йсна селективн!сть мембрани МГА-100 за 0,5%-ним розчином ЯаЫ становить й=0,987 при ЛРЦ=5 МПа. Результата розрахунк!в, як! наведено на рис. 12,6 (позначення однако-в! для обох рисунк!в), показукть, що на в!дстан! 72 м в!д входу в нап!рний канал конценграц!я ХаС1 досягее для прийнятого рекиму про-цесу осмотично р!вновакного значения - 5,98«.

Таким чином, за допомогою наведених одно- ! двовим!рних матема-тичних моделей процес!в концентрування розчин!в б!опол1мер!в харчового призначення, а такоа водного розчину НаС1, можна з високою точ-н!стю розраховувати процеси !х ультраф!льтрац!1 та зворотного осмосу 1 прогнозувати роботу цих систем в ц!лому.

Для оц!нки ефективност! роботи ультраф1льтрац1йних модул!в у процесах концентрування 1 очищения 0!олол!мер1в харчового призначення запропоновано г1дроданам!чний коеф!ц1ент, зг!дно з якин з трьох тип!в розглянутих ультраф1льтрац!йних модул!в (щ!лшний, трубчастий I кап!лярний) найб!льЕ эфективним е модуль з кал1лярними ф!льтру-вальними елементами Ч?ТА-1,5.

Надзвичайно вазишвшл в експлуатацн ультраф!лътрац!йнпх систем е визначення рении1в, за якях мозошва пэредгелева експлуат8ц1я мембран. У дисергац1йн£й робот! показано, напркклад, ею в процзс! ульт-раф!льтрац!1 розчину фэрзлентного препарату Авр.ЬагаХа в трубчастих ультрафильтрах БТУ-0,5/2 в лам!нарному регам! до концентрацП гелэ-утворення (£?д = 21 £ при t=Z0oC) пэрздгелев! регдаз ульгреф!льграц11 не реал!зувться, а в щ!линному нап!рному канал! з <Зр=4 ш реал!зу-ют-ься при швидкостях и>3,2 м/с; за таких самих умов для аелатинового розчину в зрубчасгих улыграф!льтрах БТУ-0,5/2 пэредгелев! рванин до Сд=38% прп {=40°С козлив! при и>1,2 м/с, а щ!линному нап!рному канал! - при и>0,4 ГА/С.

7. Розробкл та шпрсбувашш изйЗрашшх иод7л1з, апарат!в 1 установок па 1х основ! для ультр£ф1ль1?рпц1.1 розчлн1в б1сисл11шр1в

На основ! експернментальних досл!даень та розрахунк!в, вакона-них в дисертац1йн1й робот 1, булн розроблвн! ф!льтрувальн! мембранн! елементи з вузламя переток!в I герметизацП мембран та апарати на 1х основ! (а.С. Я 695018, Я 768040, & 784054, № 739779 1 Я 1017361), а такоз орнпШальтй спос!б проведения процесу ультраф1льтрац!1 розчи-н!в б!опол!),!0р1в (а.с.й 790405).

Був спроектовавий 1 ваготозлеЕпй мембранний аяарат з круглимз ф!льтрувальнши элемент аки (а.с. $ 695018), суттевою-новизною конст-рукцИ якого е вузол перетоку, що складаеться з дзох щы!ндро-кон!ч-них втулок, в якях зроблено отвори для перетеку розчину. Установка на основ! цього апарату була впровадаена в досл!дно-прошслове ви-робництво м!кроб!8льного заиГгстака молокозс!дного ферменту Руссул!н на 6фрем!вському б!ох!мзавод!.

3 метою зменшення г!дравл!ш5го опору нап!рнах канал!в, що мае !стотне значения для концэнтрування розчин!в б!опол!мвр1в ультра-ф!льграц!ею,були розроблен! модул! ШМ 1 МКМ, як! складавться з шести паралельно з'еднаних трубчасгих улътраф!льтр!в БТУ-0.5/2-Ф1 чи кал!лярних ф1яьтрувальннх елемент!в СГРТк-1,5 (УВА-200). 0соблив!ст» цих конструкц!й е 1х центральна СЕметр1я, цо забезпечуе р!вном!рни2 розпод!л розчину по нап!рних каналах, а таков нигн1й вузол гериети-зацИ, який забезпечуе термокошенсац!® по дованн! модул!в без пору-шення 1х гермегачносг! в д!апазон! тзск!в до 0,5 Ша ! тешерагур до 343 К.Град!ент тнеку на одннщ» повархя! мембран у модул! МТМ-3,5 при течИ води в нш!рвих каналах з у = 3,85 м/с (г =35°С) становив 0,027 МПа/м2; в дадул! ШШ-9,0 при течП води з у=2,0 м/с а=18°С) -0,0067 Ша/м2.

На основ! трубчастнх модул!в УТМ розроблено контурну ультра-ф!льтрац!йну установку для концэктрування I очщвшя розчин!в б!ого-л!мер!в харчового призначенЕЯ. В контур! м!ститься (залежяо в!д продукту I технолог!! його коицентрування) в!д двох до чотарьох модул!в як! з'еднуються госл!довно.3агалъний вигляд контурно! трубчасто! установки УМТ.ОП-7 з двома модулями ЫТМ-3,5 наведено на мал. 13,а. Кое-ф!ц!ент масов!ддач! в!д повэрхн! мембран Ф-1 у модулях ЫТМ при кон-цвЕтрузанн! вэлатинових розчин!в становив 18,7 кг/м^год, г!дродина-ы!чней коеф!ц!ент, який харакгеризуе ефактшш!сть 1х експлуатац!!, -0,38.10®.

Модул! 'на основ! ф!льтрувалъшх елемент!в ЮТЛ-1,5 (МКЫ-9,0) 1 УВА-200 (ЫКЫ-12,0) буяа взшробован! в технолог!! концешрування 3£9-

а б

Мал.13. Загальн! вигляда контурно! трубчасто! установки УМТ.ОП-7 (а) 1 п!лотно1 установки УЗМ-1 /60П з капхлярними ф!льтрувальшшз елемен-тами (б)

латин!в. Коеф!д1ент масов!дцач! в модул! МКЫ-9,0 склав 5,1 кг/м2-год, в модул! МКМ-12,0 - 5,15 кг/м2-год;г!дродинам!чний коеф!ц!ент - в!д-пов!дно 28,7-10® I 11,5И0е. Модул! моана рекомендувати для застосу-вання в конструкц!ях промислових ультраф!льтрац!йних установок з по-верхнею кап!лярних мембран в!д 38,0 м2 для концентрування ! очищения б!опол1мер1в харчового призначення.

Для в1дпрацгоаяня технологи! концентрування 1 очищения б!опол!-мэр!в харчового призпачэння та напрацювання досл!диих парт!й продукта розроблэно п!лотн! установки з квп!ляршш ф1льтрувальшши элементами з об'емом порэробки сировинн 60 л (УШ-1/6Ш) 1 80 л (УФ-1/80П). Загальний вигляд установки УСМ-1/60П наведено на мал .13, б. В установках шредбачено рэгулпвання температуря розчгну та Еого ивидкост! руху в вап!рних каналах ф!льтрувальнпх елемент!в, окрвме збирання мйсро- 1 ультраф!льтрату, мозлвв1сть концентрування розчи-н!в б!опол1мер1в з низьков та влсокою в'язк!стякн. Установки Оуло випробувано в технолоПях одерзшшя спец!альшх вид!в гэлатан!в 1 технолог!ях внд!лення б!лк!в з молочно! сароватки. Установка УФ-1/8Ш експлуатуеться в п!лотиому рвзшм! на АТ "Галактон" (н.КиТв).

8. Розробка тэшолог1й одарззння деякнх б1огог1чпо шгаавнах рачошга 1 галатпн1в 1з застостваЕнпа иэтоду ультрвф1яьтрац11

Експеришнтальн! досл!дження процес!в концентрування 1 очищения розчин!в деяких 01опол1ы9р1в харчового призначэння 1 прогнозування за розробленими матэматичними моделями парач8гр!в процес!в !х ульт-раф!льтрац!1 дали моалив!сть заиропонувагл ультрафЬльтрац!» як су-часну 1 ефектнвну альтернативу традиц!йнзм методам концентрування 1 очищения, застосовуваним у простсловост!, (вакуум-вшарввання, осад-гепня орган!чниш розчинникачи, сепарування, цвнтргфугувапня та 1н.).

Було розроблэно I впровадаево в досл!дно-прсмислове взробництво технолог!» одер^ання м!кроб1ального замйника молокозс!дного ферменту РуссулЗл (а.с. & 883174) 1з застосуванням ультраф1льтрац1!, що п1двищяло питому акгивн!сть ферменту в 2,2...3,6 раза 1 його влх!д з культуральноГ р!дши - до 88,8...95,62.

Розроблэно таког технолог!® одервання кл!тшного в!там!яу В1г 1з застосуванням ультраф!льтрац!! (а.с. Я 760520),що дало ноялив!сть зб!лыпити в препарат! концентрац!п б!олог!чно актившгх форм в!тем!ну В}2 на 8,1...83,9» залезко в!д часиш кл!тшного в!там!ну в початко-в!й М9ТЭЕОВ1Й брзвд!.

Розроблено технолог!» одержання харчового 1 фотограф!чного ге-лаиш!в !з застосуванням ультроф!льтрац!1 (патент Рос!йсько1 Федера-ц!1 Л 2025476 1 позитивне р!шення на видачу патенту Укра1ни за заявкою М 95290031 в!д 22.09.95р.), до дало шкливЮть п1двищити на 7,63 ...28,7% св!тлочутлив!сть фотсграф!чних емулъс!й 1 ввадати !нертний У-яелатнн новим видом 1нертши Еэлатин1в, як! розмйцуються м!ж зви-чайними !нвртними 1 дэ!он!зовашми аолатнн&чя. За допомогою ультра-ф1льтрац!1 з однШ 1 т!е! з партII гелагивового бульйону виробля-

еться харчовяЗ зюлатан на одну марку ваздо пор!вняно з базовою технологию, до дае могляз1с?ь на одгШ тонн! товарного аелатину одерзати прибуток в розм1р! 400...450 крб. (у ц!нах 19Э1 р.), екихлуатацШ!! нитрата при цьояу эмэншуються в серэдньоиу на 1000 крб .

9. До&н1дй£еш1 Тфоазо1в хШ<£но1 1 фарьзэкуажвзю! дострукцю иагфс&ояакул б1сзаоя1шр1в. Розробка рагвЕзруз^их ксатокщШ 1 тахнахогШ регекарацИ пм1шрквх шшбран

Одам 1з шлях1в в1даовлення проникност! та селективних властиво-стей полЬлернш. мембран у процэс! ультраф!льтрац11 розчин!в б!опол1-мер!в харчового заризначення е забеззгечезня дэструкцИ макромолекул до фрагмэнт1в, як! в!льно проходить кр!зь пори мембрани.

Процеси хйг!чно1 та б!олог1чно! деструкц!» вивчалися на приклад! К8латш1в. Було показано, що вфэхттн1сть г!дрол1зу дугами зниау-еться в!д 1С до На на 22.4% 1 в!д На до К - на 24.8%. Ступ1нь дест-трукцИ лагфомолекул желатину 1з збЬшпэнням концентрацН НаОН в!д 0,05 до 52 пЗдавдуеться в!д 4,95...5,35 до 62,9. ..74,62. На рис. 14,а наведано залэ1£ност1 студэня дэструкц12 макромолекул желатину р1зниш фешентниш препаратами в!д часу фзргантол1зу (1 - проназн S.grise-из+А.8рес1ып; 2- лукяа протеаза; 3 - цротеаза С; 4 - нейтральна про-теаза; 5 - мзгалопротеЗназа; б - протосубт!л1н).

Рис. 14. Балэ&ност! ступэня дэструкц!! макромолекул ¡гелатину, % в!д часу фэр48ЕТ0л1зу, год (а) 1 кшэтикн цроцвсу з 1 дноБЛбння проншшнх властивостей кап1лярнох меыбран ВПУ-15ПА. реганерувальноа композзщ1ею СРК-1 п!сля ультр£ф1льтрац1Г сирно! еярозатки (о)

Як видно з графШв, найб1льш е^ктивнша дэетруктораш макромолекул гвлатжну (41,5...44,IX) до друго! години пр® t = 48...52°С

(концентрац!я розчину ферментного препарату - 0,95...1,05%, рй=10,6 ...10^3) е пронази 1з Б.^1эеиз I А.вресСит ; !з ферментних препарата,як! випускаються промислов!стю, найб!льшу ефективнЮть показали: лухна протеаза з активн!стю 350000 од/г (41.1...44.6%) при 1=58°С I протеаза С з активн!стю 283000 од/г (31.7... 34.5%) при 1=50°С.

РозроОлено 1 вяпробувано в лабораторию: 1 п!лотних умовах бага-токомпонентн! порошков! регенерувальн! композицН СРК-1 I СРК-2 на основ! фермэнтних препарат!в лукно1 протеази 1 протеази С. На рис. 14,0 наведено к!нетику процесу в!дновлення проникних властнвостей кап!лярно! мзмбрани ВПУ-15ПА п!сля ультраф1льтрац!! сирноГ сироват-ки регенеруючою кошгазвд!ею СРК-1 (1 - зниження водопронтгаост! мембран у процес! ультраф1льтрац!1; 2 - рэгенерац!я мембран; 3 - водо-проникн!сть мембран п!сля регенерацП. Таким чином, регенерац!я мем-брани ВПУ-15ПА синтетичною регенерувальною композиц!ею СРК-1 протя-гом години практично повн!стю в!дновлюе II проникн! властивост!.

Загалън1 висновки

1. Розроблений метод визначально! апроксимацИ як модиф!кац1я в!домого методу Вубнова-Галеркйа моке бути застосований для чисель-но-анал!тичного розв'язання двовим!рних нестац!онарних 1 кваз!стац!-онарних задач мембранно! п!д тиском технологи. Показано, що зг!дно з методом визначально! апроксимацИ для розв'язання цих задач можуть бути застосован! конструкцН проф!лю концентрац!й в нап!рному канал!, базован! на алгебра 1чних ! трансцендентных функц!ях.

2. 1з застосуванням 1нтерференц!йного мйсрометоду вим!рян! кое-ф!ц1енти взаемоднфузП в систем! вода-б!опол1мер на приклад! желати-н!в 1 встановлено, що величина £в зменшуеться !з зростанням ковден-трацН у разбавленому рэтам! та зростае в нап!врозбаленому; рухо-м!сть клубк!в макромолекул желатину при р!зних температурах у роз-бавленому режим! адекватно описуеться законом Стокса-Ейнштейна Dв 0= КГ/разом з температурной залекн!стю ефективно! в'язкост! роз-чинника у вигляд! закону Андраде ц(Г)=ц0ехр(ЕукТ), але при вещих, пор!вняно з чистою водою, значениях уявно! енергН активацН 1Л. При цьому функц1я 0В 0 е ун!версальною ! не заложить в!д характеристик розчиненого калатшу.

3. Встановлено, що усереднен! значения коеф!ц!ента взаэмодифу-311 в систем! вода-келатинн у д!апазон! концентрация 0...25% 1 температур 293...328 К, змйшвться в !нтервал! 0,3-Ю"'0.. .1,53- Ю-'0 м2/с; залежн!сть Д Л(Г) при яеск!яченному разбавленн! розчину асп-

В»С? 2

роксимована функЩев В^0(Т)=аТехр{-Ъ/Т), о=0,0012 иГ/с, Ъ=6937К.

Знэчення коеф!ц!ента Ь б!-льш н!ж утрич! перевнщуе в!дпов!дну величину для вода: Ь=19207..

4. Показано, ¡цо значення коеф!ц!енг1в проникност! розчин!в б!о-пол!мер1в харчового призначення кр!зь ультраф!льтрац1йн! мэмбрани, як! були визначен! данам1чшм методом, можуть бути з достатньою для 1нкенерно! практики точн!стю апроксимован! функц1ональною залежн1стю

&т=£(1+с(.с,) , а значнэ зменшенкя значення й, за високих концеит-

±1 В 7 Ы

рац!® б!опол!мера можэ бути пояснено не т!льки зб!льиенням к1лькост! пор у мембран!, що екрануються макромолекулами, а 1 частотою 1х пе-рекривань.

5. КоефШент масов!ддач! в щ!ливному,трубчастому I кап!лярному нап1рнш; каналах зм1наеться в меках 2,97..Л8,7 кг/м2■ год 1 е пос-тййюзо величиною, оск1льки 1з зб!льшенням концентрац!! макромолекул б!опол1мера в розчин!, наприклад, макромолекул желатину, коеф!ц!ент взаемодифуз!! Юв зростае в облает! нап!врозбавлених розчтИв, що збЬльшуе молекулярне перенесения в!д поверхн! мембрани 1 павною м!-рою стабШзуе величину коефШента масов!ддач! р.

6. Показано, що д!йсна та уявна селективност! ультраф!льтрац1й-них мембран у процес! концентрування прошелових розчин!в б!опол!мэ-р!в харчового призначення в д!апазон! досл!Д2С9Еих параметр 1в суттево не залегать в!д град!еягу тиску на мембран!, жвадкост! руху в нап!р-Еому канал!, концентрац!! розчину 1 його температури.1х середа! значення, наприклад, для системи мембрана ВПУ-15ПА-сирна сироватка ставовили: Й=0,7089,5--0,4165; для систэми м&мбрана РЗГ~30-1,2 -аелатин П.2868" - й=0,8Г>52, 5=0,9493.

7. Показано, що для системи розчин б!лка з м.м.40С00...60000 Да ультраф!льтрад1йна мзмОрало в щ!ланному нап!рному канал! з й^=100... 200 л/и2-год'Шз проф1мь концантради в лапЗрному канал! довашною до 10 м протягом всього часу концентрування до осмотично р!вноважно1 концентрац!! збер!гае я£н!ён1сть; в щ!лшшому нап!ряому канал! з 200...600 л/м2-год-НПа поздовгнЗй проф!ль концентрац!! у процес! концентрування розчину стае нелйКйим, а при &®>800 л/м2- год- МПа нел!н!йн1сть мае м!сце взе при 1=0; при зм!н! довжнни нап!рного каналу в!д 5 до 25 к для мембвани б й°=200л/^-год-ЫПа поздовжн!й

Б

проф!ль концентрац!! залшаегься л!е12ез!м на початку хояцентруванЕя для вс!х довжнн пап!ршх кенвл!в; на кйщевому !нтервал! концентрування л!н11н!сть зберЗгаеться т!льке до 15 м.

8. Показано, що ступ!нъ концентрування розчину б!оиол!ыера С, з нестац!онарному рэккм! улътр8ф1льтрац11 експакенШальво залзжить в!д град!ектя тиску на мембран! АР ! коеф!ц!ента !! проникност! за роз-

чинником (вода) а залехн!сть С( в!д коеф!ц!ента зменшення об'ему розчину kv мае степэн&вий характер.

9. Показано, що пнтома продуктивн!сть мембран та 1х селектив-н!сть у процес! ультраф!льтрац!1 розчин!в б!опол!мер!в харчового призначення в кваз!стац!он8рноиу режим! може бути описана експояен-ц!альними залекностями в!д довккни каналу. Розроблено методики роз-рахунку в1дпов1дних проц9с!в, ио грунтуються на двовим!рних кваз!-стац!онарних моделях. Показано, зокрема, що для концентрування розчину ферментного препарату Ru3sula decoloraría в!д 0,8% до 6% необ-бх!дно 56,8 м2 мембран, а ефект Яого очищения в!д баластних низь-комолекулярних речовин становитиме 46,8*.

10. Показано, що у процес! ультраф!льтрацИ розчину ферментного препарату Азр. batata в трубчастих ультраф!льтрах БТУ-0,5/2 в лам!-нарному реаим! до концентрац!1 гелеутюрення CR-Zl% (í=20°C) перед-гелев! реяими ультраф!льтрац! I не реал!зуються, а в щ!линному нап!р-ному канал! з <2в=4 мм реал!зуються при швидкостях и>3,2 м/с; за тих ке умов для желатинового розчину в трубчастих ультраф!льтрах БТУ-0,5/2 передгелев! реяими до Сд=38% (í=40°C) моялив! при i»1,2 м/с, а в ш!линному нап!рному нш!рному канал! - при у >0,4 м/с.

11. Досл!даено процеси х!м!чно! деструкц!! макромолекул б!опол!-мер!в на приклад! желатин!в. Бстановлено, що ефективн!сть г!дрол!зу лугами знижуеться в!д л!т!ю до натр!ю на 22,4% I в!д натр!ю до кал!ю на 24,8%. Ступ!нь деструкц!! макромолекулами желатину !з зб!лыпенням концентрацИ г!дроксиду натр!ю в!д 0,05 до 5% п!двзщуеться в!д 4,95. ..5,35 до 62,9.. .74,6%, наблигаючись до "повного" руйнування макромолекули (599 мг а-Шг груп на I г келатину по методу Л! 1 Та-кахаш! чи 203 мг амЮТого азоту по методу формольного титрування).1з ферлентних препарат!в найб!лыл ефективними деструкторами макромолекул желатину (41,5...44,1%) е пронази з S.griseus 1 A.apeolm, а !з ферментних препарат!в, як! виробляе промислов!сть,найб!льшу ефектив-BicTb показали: луяна прогеаза ! протеаза С. Розроблено та випробу-вано в лабораторши ! п!лотних умовах багатокомпонентн! порошкопо-д!бн! регенерувальн! композицИ CFK-1 I СРК-2 на сонов§ ферментних препарат!в лушо! протеази 1 протеази с.

12. На основ! результатов досл!да9нь розроблено технолог!! одер-аання молокозс!дного ферментного препарату Руссул!н (а.с. J& 833174), кл!тинного в!там!ну Bf2 (а.с. # 760520), фотогрвф!чного тяатину (патент Рос!йсько1 -ФедерацП й 2025476, позигивне р!шення на видечу патенту УкраТни в!д 22.09.95 р. за заявкою № 95290031) 1 харчового келатшу. Економ!чний ефект в!д вироснвдтва ферментного препарату

PyccyjitH б умовах гссл1дко-пршислового ЕИрОбНИЦТВЭ ефрем!вського б!ох1м1чного заводу становнв 73,6 ткс.крб. на' тонну препарату; еко-номтчшй бфект в!д вироОницгвв 16 тонн фотограф!чного желатину на Казанському желатиновому завод! нПэл1мерфото" становнв 43,9 тис.крб., 44 тонн харчового »елапшу - 2П,4 тас.крб. (у ц!нах 19Э1р.).

Зм1ст дасертацИ влкдадено в таких основних працях:

1. Гуцалюн В.I.Вариационные методы в решениях задач мембранной технологии. - Киев: Ввда школа, 1991. - 60с.

2. Гуцаман В.П., Еуйъга M.U. Разработка аппарата для мембранного разделения метановой бракки /'/Опыт внедрения и промышленная эксплуатация тепло-масссобшшшх аппаратов и реакторов: Тез. докл.У респ. конф. - Днепропетровск, 1980. - С. 49-51.

3. Гуьцхтк В.U., Казширов Р.К. Исследование процесса ультрафильтрации некоторых микробиологических растворов//Тез. докл.Ш Всесо-юзн.конф. по мембранным методам разделения смесей. - Владимир, 1981.-С.173-174.

4. Гуцалхх. В.М., Акиапратенко Б. А. 00 одной математической модели мембранного разделения методами обратного осмоса и ультрафильтрации. - В кн.: Дифф.ур-пия с частными произвол. в приклада, задачах. - Киев: Ин-т математики Ш УССР. - С.60-64.

5. Gutaalyvk У.М., Jntstratenbo, У.A. Fashion the ultrafiltration method oi separation microbiological solutlons//3ni Symposium oi socialist countries on biotechnology.- Bratislava,1983.-A4-2.

6. Gutaalyuk V.S., Jnlatrateriko V.A. Extraction the microbiological substitute oi rennet by means or ultraliltration//3rd. Symposium oi socialist countries on biotechnology.- Bratislava, 1983. - A2-3.

7. Tyaaxor. ВЛ., Лнисяихгяенко Б.А. Нелинейные интегральные уравнения нестационарного массопереноса в напорных каналах мембранных аппаратов. - В кн.: Нелинейные деф$еренц. уравнения в приклада, задачах. - Киев: Ин-т математики АН УССР, 1984. - С.99-104.

8. Гуирлюк В.М. Иатемзигческое моделирование нестационарных баро-мембранных процессов разделения. - Там же, - С.105-107.

9. Гуиризок В.М. Математическое моделирование поля концентраций в кольцевом мембранном канале//Повншше эффективности, совэрнепс-твованке процессов и аппаратов хим. пр-ва: Тез. докл. Всэсоюзн. науч.конф. - Харьков, 1S85. - С.54-56.

10. Гуцсток В.М. Массоперенос в трубчатом мембранном канале в режиме стационарного ламинарного течения. - В кн.: Дифференц. уравнения с частными произв. в приклада, задач ах.- Киев: Ин-т математики АН УССР, 1985. - С.43-48.

11. Gutsalyvk Y.H., Anistratenko V.A. Method for determining the membrane permeability//Synthetic Polymeric Membranes: 29-th Mlc-rosymposlum on macromolecules. - Praguer, 1986. - P9-1.

12. Туирлон B.Jf. Вариационная постановка задачи массопереноса в процессах разделения через мембраны под давлением //Применение мембранных методов в пром-сти: Тез. докл. IY Всесоюзн.конф.по мембранным методам разделения смесей. - Т.4. - М.,1987. - С.13-15.

13. Gutsalyuk V.U., Anistratenko V.A. A numerical analytical method lor the determination of the permeability oi membranes //Synthetic Polymeric Membranes. - Berlin - New Yortc: Walter de Gruy-ter. - 1987. - 1.673-681.

14. Гуицлюк В.Ы.,Кохарская И.В. Нестационарное разделение через мембраны под давлением в установке с циркуляцией раствора через расходную емкость // Мембраны и мембранная технология. Микро- и ультрафкльтрационные мембраны, микро- и ультрафильтрация: Тез. докл. I респ. ковф. - Г.2. - Киев, 1987. - С.54-56.

15. Гуцшаж В.М. Вариационная постановка задачи массопереноса в ба-ромембранных процессах разделения. - В кн.: Физ.-тех. приложения нелинейных краевых задач. - Киев: Ин-т математики АН УССР, 1987.

- С.33-37.

16. Gutsalyvk 7.U., Anistratenko У.A. Method lor determining the un-statlonary ileld oi concentrations in reverse osmosis and ultrafiltration chaimels//lntern.Congress on Membrane and Membrane Processes, Report 6-PS7. - ToKyo, 1937. - P.430-432.

17. Гун/шок B.S. Одноыерная нестационарная модель поля концентраций для баромембранных процессов в установке с циркуляцией разделяемого раствора через расходную емкость/ТПовышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов хим. np-ва. Ыассообмен в системах с твердой фазой: Тез. докл. YII респ.конф.-Ч.З.- Львов, 1S88. - С.36-37.

18. Гущтк В.М., DpoB D.U., Едигароба О.Г. Применение ультрафильтрации для концентрирования и очистки р-галактозидазы//Укр.бко-хш. журнал. - 1988. - Т.60, JS6. - С.75-78.

19. Гуишюх В.а. Трубчатнй мембранный модуль // Состояние и развитие мембранной техники: Тез. докл. Всесоюзв. науч. конф. - У.., 1989.

- С.28.

20. Гуирихж В.П., КуОря В.А. Характеристика препарата ß-галактозида-зы, полученного методом ультрафильтрации // Укр. биохим. курнал.

- 1989. - Т.61, М. - С.103-107.

21. Гуирлхж В.U Сравнение эффективности работы плоского и трубчатого мембранных напорных каналов в процессах ульграфильтравдонного конц9Нтраровашя ферментных растворов // Процессы и аппараты для микробиологических производств: Тез.докл. Всесовзн.ковф. - Грозный, 1989. - С.159-160.

22. Gutaalyuk, V.M. Ons-cLtaienslonal nonstatlonary model ol membrane separation process under pressure//Env.Prot.Eng. - 1989. - V.15, Л 3-4. - P.41-55.

.. 23. Гуурлхж В.М. Об одной математической модели нестационарного рав-делэния растворов через мембраны под давлением. - В кн.: Математическое моделирование физических процессов. - Киев: Ив-т математики АН УССР, 1989. - С.47-50.

24. Гуцалюх В.М. Двумерная краевая нестационарная задача для уравнения конвективной диффузии в напорном канале с полупроницаемой мембраной. - В кн.: Нелинейные краевые задачи математич. физики и их приложения.- Киев: Ин-т математики АН УССР,1990. - С.35-37.

25. Применение улътрафальтрации в технологии концентрирования фотографического и пищевого желалана/В.М.Гуцалпс,Н.В.Ушаков, В.Ф.Бобров и др.-В кн.: Современное состояние и перспективы развития производства желатина. - Казань: Тасма, 1991. - С.3-21.

26. О возможности применения капиллярных ультрафильтрационных модулей POEOPILT в технологии концентрирования келатина /Б.Корцил, И.Жнрай, М.Хидег, В.М.Гуцалнк и др. - Там se. - С.44-53.

27. Гуцаюк В.М. Метод определявшей аппроксимации решений задач дл* мембранной технологии. - В кн.: Нелинейные эволюционные уравнения в прикладных задачах. - Киев: Ив-т математики АН УССР, 1991.

- С.31-34.

28. Гуцамж Б.И., Уихшоб Н.В., Вобрав В.Ф. Трубчатая мембранная установка УЫТ.0П-7 в технологии концентрирования Еелатшовях бульонов методом ультрафильтрации // разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберег. технологий, оборудования и новых видов пищ. продуктов в перерабатив. отрасли АПК: Тез. докл. респ, науч.-тех. конф. - Киев, 1991. - С.37.

29. Гуцамж В.М., Опадниченко А.К. Ультрвфильтрация водных растворо] желатина через капиллярные мембраны ВПУ-15-ПА.-Там же.- С.83-84

30. Гуцамж В.М. Нестационарное разделение через мембраны под давлением в схеме с циркуляционным контуром // .Мембрана и мембранна:

технология: Тез. докл. II респ. конф. - Киев,1991. - С.103-105.

31. Восстановление проницаемых свойств капиллярных мембран не основе' фенилона растворами CMC в процессе ультрафильтрации растворов желатина/В.М.Гуцалпк, Г.М.Бандуренко, Г.Е.Зингер и др. - Там же.

- С.84-85.

32. Туирлок В.Ы., БанОуренно Г.М., Долншовский В.И. осмотическое давление желатиновых растворов // Мембранные методы разделения смесей: Тез. докл. Y Всесоюзн. конф. - Суздаль, 1991. - С. 11-12.

33. Гуцалхн В.М. ,Пично В.Б. .Костенхо D.B. .Иосковченко М.В. Ферментативный гидролиз келатина//Укр.биохим.журн. - 1991.- Т.63, Л 5.

- С.39-45.

34. TyvfiuooK В.Н. Математическая модель нестационарного процесса разделения растворов через мембраны в схеме с циркуляционным контуром.-В кн.: Асимптотическое интегрирование нелинейных дифференц. уравнений. - Киев: Ин-т математики АН Украины, 1992. - 0.45-48.

35. Гуцалхж В.М. Математические модели массопереноса в задачах мембранной технологии. - В кн.: Нелинейные проблемы дифференц. уравнений и математич. физики. - Душанбе, 1992. - с.47.

36. Гуца&ж В.М. Задачи конвективной диффузии процессов мембранного разделения растворенных веществ. - В кн.: Нелинейные краевые задачи математич. физики и их приложение. - Клев: Ин-т математики АН Украины, 1992. - С.48-52.

37. Молекулярно-массовое распределение фотожелатина, полученного с применением метода ультрафильтрации/С.П.Перевезенцева, Т.Ы.Боби-кова, Н.В.Ушаков, В.М.Гуцалкк и др.//Журн. прикл. химии. - 1992.

- Т.65, вып.10. - С.2389-2392.

38. Гуцатх В.М. Влияние осмотического давления растворов пищевых и микробиологических продуктов на процесс их концентрирования методом ультрафильтраоди//ПЕщ.пром-сть.- 1993.- Вып.36,- С.63-71.

39. Гуириоок В.И., Гулъсй 'A.C., Ибащешю U.E. Моделирование поля кон-концентраций в плоском ультр8$ильтрационном канале с односторонней мембраной. - В кн.: Нелинейные краевые задачи математич. физики и их приложения. - Киев: Ин-т математики АН Украины. -1993.

- С.45-47.

40. Гущлюн В.М., Гулый И.С., А60ее& H.H., ВасшъеЗ Г.И. Кинетические закономерности процесса взаимодиффузии в системе "вода-био-полклер'У/Укр.биохим.журн. - 1993. - Т.65, Л 6. - С.102-105.

41. Гулий I.C., Гуцсиюк В.М., Момасовсъкий B.I., Шитва. 1.1. Взае-модифуз!я 1 осмотичний тлех у воднш. розчинах харчових 01опол1-мер!в//Розробка та впровадгеняя новкх технологий î обладнання у

харчову та переробн! галуз! АПК: Тез. допов. м!гаь наук.-техн. конф. - Ки1в, 1993. - С.121.

42. Туцамон B.U., Тулий 1.С., 1всщенно M.U. Математичне моделювання та виб!р рац!онально! схеми нестац!онарного процесу ультраф!льт-рацП розчин!в. - Гам же. - C.I22-I23.

43. Гуцрлт В.U., Тулий I.C. Моделювання поля концентрации в нап!р-ному мембранному канал! //Науков! прац! Укра1нського державного ун!верситету харчових технологи. - 3993. - * I. - С.77-85.

44. Туцалюк В.Ы., Тулий I.С. 0дном1рн1 нестац!онарн! задач! ультра-ф!льтрац11 розчин!в б!опол!мер1в // Науков! прац! Укра!нського державного ун!вэрситету харчових технолог 1й. -1994. -J62. -С Л12-123.

45. Тущиюк В.М., Тульей Л.е., Булдовский А.Ж., Клиленко В.А. Задачи массопереноса в системах ультрафяльтрации и обратного осмоса. - В кн.: Нелинейные краевые задачи математич. физики и их приложения. - Киев: Ин-т математики НАНУ, 1994. - С.67-68.

46. Gutsalyuk, 7.Х., Gtily, I.S., iel'nlchsnko, Ун.В., Klepko, 7.7., Vasll'ev, G.I., Avdeev, W.X. Mutual diffusion in aqueous gel solutions. - Polymer International. - 1994. - V.33, J64. - P.359-365.

47. Математична модель процесу ультраф!льтрац!1 в нап!внеск!нченному трубчастому нал!рному канал! /В.Ы.Гуцалпк, 1.С.Гулий, 1.В.1волга та !н. //Розробка та впровадаэння прогресивних технолог!® та об-ладнання у харчову та переробну промислов!сть: Тез.допов.Всеукр. наук.-техн. конф. - Ки1в, 1995. - С.349.

48. Тухий I.C., Гупрлюк В.М., ЛолШкобсышй B.I., Шитова I.I. Вим!-рювання осыотжчного тиску розчин!в харчового 1 фотограф!чного желатин!в. - Таы as. - 0.353.

49. Туркова 1.В., Туцхсок В.Х., С1лса1на Т.О., Шчко В.Б. Кислотний та лужний г!дрол!з макромолекули желатину з метою розробки технологИ реганерацИ пол!мернш. мембран. - Там же. - С.371.

50. Туиржх В.М. Качественные показатели пищевого желатина, полученного с применением ультрафильтрадаи. - Пищ. пром-сть. - К.: Урожай, 1995. - ВЫП.40. - 0.70-78.

51. А.с. Л 695018 (СССР). Аппарат для обратного осмоса и ультрафаль-трации / Авт. изобр.: А.С.Дыченко и В.М.Гуцашзк. - Заявл. 31.01.78. й 2576260/23-26; Ы.Кл2. В01Д 13/00 // В01Д 31/00.

52. А.с. а 760520 (СССР). Способ получения кормового витамина BJ2 / Авт. изобр.: Н.А.Крутлов, В.Р.Куланченко, Е.Е.Каталевский и В.М.Гуцалж. - Заявл. 30.08.78. Я 2690056/30-15; М.Кл2. В01Д 31/00 // С12Д 5/06.

53. A.c. Я» 768040 (СССР). Аппарат для разделения жидких смесей / Авт. изобр.: В.И.Руденко и В.М.Гуцвлюк. - Заявл. 04.11.78. * 2680581/23-26; M.Kjf\ В01Д 13/00.

54. A.c. И 784064 (СССР). Мембранный аппарат / Авт. изобр.: В.М.Гу-цалик, В.И.Руденко, В.Р.Кулинченко и др. - Заявл. 25.05.79. Я 2770629/23-26; М.Кл3. В01Д 13/00.

55. A.c. Я> 790405 (СССР). Способ разделения растворов с помощью полупроницаемой мембраны / Авт. изобр.: В.М.Гуцалкк, В.И.Руденко, В.Р.Кулинченко и Е.Е.Каталевский. - Заявл. 12.07.79. JS 2794791/ 23-26; М.Кл3. В01Д 13/00.

56. A.c. % 799779 (СССР). ?^ембранный аппарат с трубчатыми фильтрующими элементамя/Авт. изобр.: В.М.Гуцалюк,В.И.Руденко,В.Р.Кулинченко и др. - Заявл. 10.04.79. » 2760655/23-26; Опубл. в Б.И., 1981, » 4; М.Кл3. В01Д 13/00.

57. A.c. J6 883174 (СССР). Способ получения молокосвертыващего ферментного препарата Руссулнн/Авт. изобр.: В.М.Гуцалпк, В.Р.Кулинченко, М.Н.Нудьга и др. - Заявл. 31.03.80. № 2903964/28-13; Опубл. в Б.К., 1981, Л 43; М.Кл? C12JÍ 9/50 // А23С 19/032.

58. A.c. * 1017361 (СССР). Мембранный аппарат / Авт. изобр.: В.М.Гуцалюк, Р.К.Казимиров и В.Р.Кулинченко. - Заявл. 08.01.82. Л 3378285/23-26; Опубл. в Б.И., 1983, М 18; М.Кл. В01Д 13/00.

59. Патент Л 2025476 (Российская Федерация). Способ получения фотографического желатина / Авт. изобр.: В.М. Гуцалюк (Украина), Е.Е.Каталевский, Н.В.Ушаков и др. (Россия). - Заявл. 12.05.91. * 4935589/13; Опубл. в Б.И., 1994, № 24; М.кл. С09Н 1/00, 3/02.

60. Спос1б одержання фотограф!чного желатину / В.М.Гуцалпк, е.е.Ка-талевський, М.В.Ушаков та ta. - Заявка Я 95290031 на одергання патенту УкраХни. - Позитивне р1шешя в!д 22.09.95.

Гуцсихж Б.Ч. Концентрирование и очистка растворов бнолашшеров пищевого назначения ультраЗш&трацнеЕ.

Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.<8.12. "Процессы и аппараты пищевых производств", Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 1996.

Защищается 81 научная работа и 10 изобретений, которые отрагают теоретические и экспериментальные исследования процессов концентрирования к очистки биополимеров пищевого назначения ультрафнльтрацнвй Решены одно- и двумерные нестационарные и квазистационарные задачи ультрафильтрацаи исследуемых обьектов, разработаны соответствующие математические модели, выполнен прогноз параметров разделения. Измерены основные характеристике системы полимерная мембрана - разделяемый раствор. Разработаны конструкции £нльтрущих элементов, модулей и установок для ультрафильтрации растворов биополимеров пищевого назначения, а также соответствующие технологии с применением метода ультрафнльтрации.Результаты работы внедрены на предприятиях соответ-ствувдих отраслей промышленности.

Gutsalyuk, Y.И. Concentration and purification the food blopolymers solutions by ultrafiltration.

Dissertation in the lonn of manuscript for competition lor the academic degree of doctor In technical sciences on speciality 05.18.12. "Processes and apparatus of lood production", Ulcralnlan State University oî Food Technologies, Kylv, 1996. 81 scientific works and 10 euthor's certificates are derended. They contain theoretical and ezperimantal Investigations of the processes of concentration and purification of food blopolymers by ultrafiltration. One-and two dimensions unstatioaary and kwazlatatlonary ultrafiltration problems of objects are solved. The corresponding mathematical models are dlslgned. The prediction of ultrafiltration parametes are fulfiled. The main caracterlstics of polymer membrane-solution systems are measured. The filtration elements, moduls and plants for ultrafiltration of food blopolymers, as well as corresponding technologies with ultrafiltration, are designed. The results of this work are inculcated at enterprises of corresponding brunches of Industry.

Ключов1 слова: Olonculjepu хардового призначеннл, ультрафиш-рацЫ, noAixepna. лелЯрана, каниртрудакня, очищения.