Интенсификация процесса переработки творожной сыворотки в мембранном аппарате с гидродинамической вставкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Стефанкин, Антон Евгеньевич

• Стефанкин, Антон Евгеньевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Стефанкин, Антон Евгеньевич

Выводы по главе 1.................................................................................................33

Глава 2 Математическое моделирование...........................................................34

2.1 Разработка математической модели процесса мембранного концентрирования методом пространства состояний.......................................35

2.2 Алгоритм расчета гидродинамических условий по длине конической вставки................................................................................................................43

2.2.1 Определение скорости потока и потерь давления по длине конической вставки.............................................................................................................43

2.2.2 Алгоритм расчета гидродинамических условий по длине вставки и его реализация программными средствами.................................................47

Выводы по главе 2 ................................................................................................. 49

Глава 3 Разработка и экспериментальные исследования мембранного аппарата..................................................................................................................50

3.1 Разработка мембранного аппарата с перфорированной конической вставкой...............................................................................................................50

3.2 Методика экспериментальных исследований мембранного аппарата......52

3.3 Определение рациональных значений конструктивных параметров мембранного аппарата ....................................................................................... 53

3.4 Определение рациональных значений технологических параметров процесса мембранного концентрирования ..................................................... 59

3.5 Сравнительные исследования мембранного аппарата.............................62

Выводы по главе 3.................................................................................................64

Глава 4 Модели процесса переработки творожной сыворотки в мембранном

аппарате с перфорированной конической вставкой .......................................... 65

4.1 Параметрическая идентификация математической модели процесса мембранного концентрирования ...................................................................... 65

4.2 Разработка комплекса математических моделей мембранной переработки творожной сыворотки.................................................................68

4.3 Методика расчета конструктивных параметров опытно-промышленного аппарата..............................................................................................................74

Выводы по главе 4 ................................................................................................. 79

Глава 5 Технология производства желированных продуктов на основе концентрата творожной сыворотки.....................................................................80

5.1 Применение творожной сыворотки при производстве желированных продуктов ............................................................................................................ 80

5.2 Разработка технологической схемы производства желе с добавлением творожной сыворотки ....................................................................................... 82

5.3 Примеры рецептур желе на основе творожной сыворотки.....................89

Выводы по главе 5 ................................................................................................. 94

Список литературы...............................................................................................95

Приложения.........................................................................................................111

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация процесса переработки творожной сыворотки в мембранном аппарате с гидродинамической вставкой»

ВВЕДЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Молочная сыворотка - вторичный молочный продукт переработки молока на сыр, творог и казеин, который является ценным пищевым сырьем. Сыворотка содержит не менее двухсот жизненно необходимых биологически активных и питательных веществ. В настоящее время молочная, и в частности творожная, сыворотка широко применяется при производстве продуктов питания, поскольку она проста в переработке, что упрощает производство широкого ассортимента продукции.

Биологическая ценность сыворотки обусловлена наличием в ее составе белковых веществ, а также витаминов, гормонов, органических кислот, иммунных тел и микроэлементов. Несмотря на высокую биологическую ценность, около 80% сыворотки до настоящего времени не перерабатывается, поэтому вопрос ее переработки остается актуальным.

Комплексная переработка сыворотки предполагает использование мембранных методов - микрофильтрации, ультрафильтрации и обратного осмоса, которые позволяют выделить ценные компоненты сыворотки в нативном виде. Оценка эффективности современного мембранного оборудования показывает, что необходимо дальнейшее развитие его аппаратурного оформления.

В связи с этим разработка и исследование мембранного аппарата, позволяющего интенсифицировать процесс переработки творожной сыворотки, является актуальной научной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Научной базой в области мембранных технологий являются работы отечественных и зарубежных ученых - М. Мулдера, С-Т. Хванга, Ю.И. Дытнерского, А.П. Чагаровского, М.Т. Брыка, Г.Г. Каграманова, Е.А. Цапюка, Е.А. Фетисова, К. Каммермейера, Г.Б. Гаврилова, И.А. Евдокимова. Значительный вклад в изучение и развитие мембранных процессов вносит научная школа под

руководством доктора технических наук, профессора ФГБОУ ВО «КемТИПП» Лобасенко Б.А.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВО КемТИПП «Исследование процессов мембранной переработки жидких пищевых сред животного происхождения» (№ государственной регистрации АААА-А16-116042810062-7).

Объектом исследования являлась оценка параметров работы мембранного аппарата с гидродинамической вставкой при переработке творожной сыворотки.

Предметом исследования являлось установление закономерностей, определяющих влияние технологических и конструктивных параметров на процесс мембранного концентрирования творожной сыворотки.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в разработке и исследовании мембранного аппарата с гидродинамической вставкой для переработки творожной сыворотки с улучшенными техническими показателями.

Достижение цели осуществлялось путем решения следующих задач:

• разработка конструкции мембранного аппарата с гидродинамической вставкой;

• разработка математической модели процесса мембранного концентрирования методом пространства состояний;

• разработка алгоритма расчета гидродинамических условий по длине вставки;

• изучение влияния технологических и конструктивных параметров на производительность аппарата с целью определения их рациональных значений при переработке творожной сыворотки;

• параметрическая идентификация математической модели;

• разработка комплекса математических моделей и методики расчета, позволяющих определить конструктивные параметры аппарата;

• разработка технологии производства желе на основе творожной сыворотки с использованием разработанного мембранного оборудования.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса мембранного концентрирования методом пространства состояний, которая позволяет оценить производительность мембранного аппарата в зависимости от значений технологических параметров процесса.

Предложен алгоритм расчета гидродинамических условий по длине конической вставки, позволяющий определить потери мощности.

Разработан комплекс взаимосвязанных математических моделей, который позволяет оценить динамику процесса мембранного концентрирования творожной сыворотки с учетом его технологических параметров и конструктивных особенностей мембранного аппарата.

Выполнена программная реализация комплекса в среде Ма1ЪАВ и разработана методика расчета, которые позволили установить рациональные значения конструктивных параметров опытно-промышленного оборудования на основе разработанного мембранного аппарата.

Теоретическая и практическая значимость. Разработана конструкция мембранного аппарата с гидродинамической вставкой (патент на полезную модель №152198 от 24.01.2014).

Получено свидетельство на программу для ЭВМ №2016617768 «Расчет гидродинамических условий среды при движении в цилиндрическом канале с перфорированной конической вставкой».

Проведены успешные испытания опытно-промышленной мембранной установки на основе разработанного аппарата на ООО «Биотек», которые показали ее эффективность за счет увеличения производительности и улучшения органолептических показателей концентратов творожной сыворотки.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Технологическое проектирование пищевых производств»

ФГБОУ ВО «КемТИПП» при подготовке магистров направления 15.04.02 -Технологические машины и оборудование.

Методология и методы исследования. При организации и проведении экспериментов применялись общепринятые методы сбора, сравнительного анализа и систематизации научной информации, стандартные методы лабораторного анализа, общепринятые методы сенсорного анализа, результаты которых обрабатывались с использованием современных программных продуктов.

Положения, выносимые на защиту: математическая модель процесса мембранного концентрирования; новая конструкция мембранного аппарата с гидродинамической вставкой; программная реализация алгоритма расчета гидродинамических условий по длине вставки; методика расчета конструктивных параметров оборудования; результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса концентрирования в мембранном аппарате.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных средств и методов исследований, обоснованных теоретическими положениями. Основные теоретические положения диссертационной работы и заключения подтверждены результатами экспериментальных исследований. При выполнении экспериментальных исследований использовались положения теории измерений, планирования эксперимента и математической обработки результатов исследований.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на: Инновационном конвенте «Кузбасс: образование, наука, инновации» (г. Кемерово, 2013); XII Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием «Наука и производство: состояние и перспективы» (г. Кемерово, 2014); Международной научной конференции «Пищевые инновации и биотехнологии» (г. Кемерово, 2014); Х Международной научно-

практической конференции «Наука и инновации -2014» (Польша, 2014); Х Международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники - 2014» (Польша, 2014); международной научной конференции «Пищевые инновации и биотехнологии» (г. Кемерово, 2015); Международной научной конференции «Современные научные исследования: проблемы и перспективы» (г. Уфа, 2015); Международной научной конференции «Современное состояние и перспективы развития научной мысли» (г. Уфа, 2015); Международной научно-практической конференции «Естественно-научные исследования и народное хозяйство, современные технологии и технический прогресс» (г. Воронеж, 2015); Proceedings of the 9th European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences. «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH (г. Vienna, 2015); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения» (г. Юрга, 2015); Х Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (г. Новокузнецк, 2015).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 110 страницах машинописного текста. Работа включает 36 рисунков, 10 таблиц. Список литературы содержит 130 наименований. Приложения представлены на 15 страницах.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР

1.1 Молочная сыворотка: состав и полезные свойства

Молочная сыворотка является ценным биологическим продуктом питания. В молочной промышленности вырабатывается два вида молочной сыворотки: кислая и сладкая. Кислая сыворотка является побочным продуктом производства творога и казеина, сладкая сыворотка -производства сыра.

Состав молочной сыворотки представлен в таблице 1.1.1.

Таблица 1.1.1 - Состав молочной сыворотки

Компоненты Содержание в 100 г сыворотки

Углеводы, г 4,55

Жиры, г 0,36

Белки,г 0,89

Аминокислоты, мг 873

Макроэлементы, мг,

Кальций 84

Магний 10

Калий 102

Хлор 77

Витаминоподобные вещества, мг

Остеопонтин следы

Ь-карнитин, мг/100 мл 30-50

холин 24

10 Продолжение таблицы 1.1.1

Компоненты Содержание в 100 г сыворотки

Микроэлементы, мг

Алюминий 35

Кремний 14,3

Цинк 280

Железо 47

Витамины, мг

A 0,003

B6 0,07

B12, мкг 0,23

B2 0,14

Bl 0,035

C 1,17

E 0,03

PP 0,05

Сухое вещество, г 6,34

Органические кислоты, г 0,016

Минеральные вещества, г 0,7

Вода, г 93,66

В молочную сыворотку переходит примерно половина сухих веществ молока, поэтому для нее часто используют определение «полумолоко». На состав подсырной сыворотки влияет вид сыра, его жирность. Состав творожной сыворотки определяется жирностью творога и способом его производства. Состав казеиновой сыворотки зависит от вида вырабатываемого казеина. Таким образом, состав молочной сыворотки, как

правило, варьируется.

Молочная сыворотка имеет меньшую энергетическую ценность по сравнению с обезжиренным молоком, однако их биологическая ценность примерно одинакова. Это обуславливает перспективность ее применения при производстве молочных и молокосодержащих продуктов диетического назначения. Продукты, выработанные из молочной сыворотки, считаются в соответствии с ТУ и ГОСТ биологически ценными продуктами с диетическими и лечебными характеристиками, обеспечивающими защиту внутренней микрофлоры организма человека [22].

В соответствии с постулатами лактоомики в молочной сыворотке принято выделять следующие природные кластеры: белковые (глобула сывороточных белков и мицелла казеина), липидный (молочный жир), изомер лактозы (молочный сахар), фермент р-галактозидаза, вода [106].

Белковый кластер молочной сыворотки представлен в основном сывороточными белками: а-лактальбумин (25%) и Р-лактоглобулин (65%), также присутствует альбумин (8%). Аминокислотный состав белков оптимально сбалансирован, преимущественно за счет серосодержащих аминокислот (цистин, метионин), что, например, определяет их возможности для восстановления гемоглобина, белков печени и белков плазмы крови. Благодаря присутствию в составе важных аминокислот, существует возможность их использования при производстве продуктов детского питания [3, 40].

Молекулярные массы а-лактальбумина, Р-лактоглобулина и альбумина составляют соответственно 14кДа, 18кДа и 69кДа. Средний размер сывороточных белков колеблется от 3 до 6 нм. Температура денатурации а-лактальбумина составляет 95°С, Р-лактоглобулина 70-75°С.

Липидный кластер молочной сыворотки формируется молочным жиром. Размер жировых шариков и их распределение по фракциям

следующее: количество жировых шариков с диаметром менее 2 мкм -72,6%, от 2,5 до 4,7 мкм - 25,5%, более 4,7 - 1,9% [10]. Молекулярная масса от 10кДа до 1МДа.

Сыворотка относится к категории биологически ценных пищевых продуктов за счет содержания значительного количества лактозы. В соответствии с номенклатурой углеводов ее относят к дисахаридам. Средний диаметр дисахаридов в составе молочной сыворотки находится в пределах от 0,8 до 1 нм, молекулярная масса от 0,2 до 0,4кДа.

Пищевую ценность молочной сыворотки можно охарактеризовать безвредностью, достаточной калорийностью, физиологической и биологической полноценностью, оптимальным соотношением питательных веществ. Показатель ее усваиваемости за счет преобладания лактозы и сывороточных белков превышает 98%.

Подсырная сыворотка имеет специфический привкус, поэтому по органолептическим показателям относится к категории удовлетворительных. Творожную сыворотку относят к категории оптимальных, так как она в нативном виде пригодна к употреблению.

Энергетической ценность молочной сыворотки составляет 36% ценности исходного молока, что необходимо принять во внимание при ее промышленной переработке.

Состав молочной сыворотки обуславливает ее полезные свойства. Молочная сыворотка восстанавливает слизистую желудка, нормализует микрофлору кишечника, способствует лечению гастрита и колита. Ее потребление способствует нормализации водно-солевой баланса в организме человека, очищает его от токсинов и шлаков. Молочную сыворотку используют как атеросклеротическое средство, так как она препятствует формированию холестериновых бляшек на стенках сосудов. Сыворотка

оказывает благотворное влияние на сердечно-сосудистую систему, нормализует кровяное давление и способствует освобождению инсулина.

Состав и свойства молочной сыворотки во время ее сбора и хранения могут измениться, качественные показатели ухудшиться [38]. Это вызвано развитием молочнокислых бактерий и посторонней микрофлоры, которые попадают в сыворотку при производстве основного продукта, а также в процессе сбора, хранения и переработки. Под действием микроорганизмов происходит молочнокислое брожение лактозы с образованием молочной кислоты. Это приводит к потерям лактозы и повышению титруемой кислотности. Также происходит гидролиз белков и жира, изменяется вкус сыворотки, могут накапливаться нежелательные и даже вредные вещества. Поэтому рекомендуется перерабатывать молочную сыворотку в течение 1 -3 часов после ее получения. Если переработка откладывается, то с целью сохранения исходных свойств ее подвергают тепловой обработке или консервированию.

1.2 Основные направления переработки молочной сыворотки с применением мембранных технологий

Переработка молочной сыворотки предполагает либо комплексное использование сухого остатка, либо извлечение отдельных компонентов [7, 8, 20, 21, 34, 37, 79, 95, 96, 114, 124, 127]. По первому способу предполагается полное выделение сухих веществ сыворотки, поэтому данный способ наиболее перспективен с позиции утилизации побочных продуктов молочного производства. Способ основывается на концентрировании сыворотки, что более эффективно с точки зрения сохранения ее полезных свойств.

На основании литературного обзора современных отечественных и зарубежных источников в области переработки молочной сыворотки следует выделить возможные направления производства:

• сгущенная и сухая сыворотка [80];

• молочный сахар [46];

• напитки [2, 27, 30, 62, 78, 102, 105];

• желированные продукты (желе, муссы и др.) [60, 66];

• функциональные продукты питания [63, 66, 97, 115];

• другие молочные продукты [6, 83, 103].

Молочная сыворотка используется в небольшом количестве при производстве майонеза, соуса, косметических и моющих средств, а также лекарственные препараты.

Важная роль отводится комбинированным продуктам на основе натурального растительного сырья и молочной сыворотки, которые могут восполнить дефицит жизненно необходимых питательных веществ. Молочно-растительные продукты в полной мере соответствуют составу сбалансированного питания. Использование молочной сыворотки в качестве главного компонента продуктов диетического питания обусловлено следующими причинами: доступность сыворотки, многокомпонентность ее состава, низкая себестоимость, легкое фракционирование, возможность модификации свойств.

В настоящее время одним из перспективных направлений при переработке молочной сыворотки является производство желированных продуктов, имеющих диетическое и лечебно-профилактическое назначение. Ценность данных продуктов заключается в повышенном содержании белковых веществ в нативном виде.

Создание концентратов молочной сыворотки, содержащих важные и полезные компоненты в естественном виде, невозможно без использования мембранных технологий [5, 9, 14, 24, 25, 35, 41, 45, 47, 55, 57, 89].

К мембранным методам разделения жидкостей относятся баромембранные (микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос), электромембранные (электродиализ), термомембранные и диффузионные [17, 49, 53, 54, 56, 68, 93, 112, 116, 130].

Микрофильтрация широко применяется в технологиях переработки молочного сырья, благодаря ее высокой эффективности и обеспечению микробиологической чистоты молока, сыворотки и продуктов их переработки. Эффективность удаления микроорганизмов при использовании микрофильтрации составляет 99,8 %, при этом температура обрабатываемого продукта не превышает 10-12°С.

Широкое распространение в молочной промышленности получил процесс ультрафильтрации [32, 50, 118]. Он используется для концентрирования высокомолекулярных компонентов (молочные и сывороточные белки), для нормализации молока по содержанию белка при выработке сыра, казеина, творога, при получении «свежего» сыра и творога. Ультрафильтрации подвергается очищенная от казеиновых частиц и жира сыворотка, представляющая собой чистый раствор водорастворимых сывороточных белков (альбумина и глобулина) и молочного сахара (лактозы) [15, 29, 33, 90]. Применение ультрафильтрации для обработки молочной сыворотки позволяет получить концентрат сывороточных белков и фильтрат - идеальное сырье для производства лактозы или напитков [1, 4, 42, 51].

Процессы обратного осмоса и нанофильтрации направлены на концентрирование молочного сырья [64, 65, 67, 69, 119, 120]. При обратном осмосе используются мембраны с минимальным размером пор, по сравнению с другими баромембранными процессами, что позволяет наиболее эффективно удалять воду из молочного сырья [84, 88, 122, 123, 129]. В процессе обратного осмоса практически 100 % сухих веществ молочной сыворотки переходят в концентрат (до 20 % сухих веществ, что соответствует удалению 70 % воды из исходной сыворотки). Другой продукт, получаемый в процессе обратного осмоса, фильтрат, представляет собой

воду с содержанием сухих веществ около 0,1 %. Получаемая вода может быть использована на предприятии для мойки и на другие технические цели.

Нанофильтрация - процесс, промежуточный между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Данный процесс позволяет как сконцентрировать молочное сырье, так и частично выделить из него минеральные вещества, т.е. произвести частичную деминерализацию до 30 % [13, 23, 26, 28, 61, 81, 113].

Обратный осмос и нанофильтрация являются экономически выгодными процессами, с точки зрения концентрирования молочного сырья.

Мембранные процессы в молочной промышленности представлены и электромембранным процессом - электродиализом. Основное назначение электродиализа в молочной промышленности - деминерализация молочного сырья (молочной сыворотки, фильтрата после ультрафильтрации). В отличие от нанофильтрации электродиализ позволяет проводить деминерализацию молочного сырья до уровня 95 %. При этом большим преимуществом процесса электродиализа является возможность регулирования кислотности молочного сырья, что очень актуально при переработке кислой молочной сыворотки - творожной, казеиновой. Удаление молочной кислоты обеспечивает снижение времени кристаллизации и улучшение процесса сушки, понижение гигроскопичности сухой сыворотки, повышение степени ее растворимости, т.е. позволяет значительно улучшить ее технологические свойства с целью дальнейшей переработки и использовании. Использование процесса электродиализа позволяет организовать на молочном предприятии переработку на пищевые цели любого вида молочной сыворотки как сладкой или соленой подсырной, так и кислой - творожной и казеиновой [12, 19, 109].

Мембранные процессы осуществляются на мембранных установках, где основными рабочими элементами являются специальные полупроницаемые мембраны с различными размерами пор, пропускающими или задерживающими те или иные компоненты сырья в зависимости от цели получаемого продукта [128].

По литературным данным средний размер пор обратноосмотической мембраны составляет менее 1 нм, ультрафильтрационной от 1 до 100 нм, микрофильтрационной от 100 нм до 5 мкм, нанофильтрационной от 1 до 30 нм. Ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны также характеризуют отсечением по молекулярной массе. Данный показатель для ультрафильтрационных мембран находится в пределах от 1 до 100 кДа, для нанофильтрационных от 0,1 до 1 кДа.

Характерной особенностью процессов обратного осмоса и ультрафильтрации является повышение концентрации задерживаемых веществ у поверхности мембраны, которое называют «концентрационной поляризацией». С точки зрения производительности мембраны по фильтрату данное явление считают негативным, поскольку образование и уплотнение слоя осадка приводит к снижению эффективности мембранных процессов. В большинстве случаев осуществляют снижение «концентрационной поляризации» различными методами, в том числе за счет изменения гидродинамики потока [11, 31, 82, 98, 99, 108, 121, 125, 126].

В то же время слой осадка задерживаемых веществ на мембране исполняет роль дополнительной «динамической» мембраны, размер «пор» которой значительно меньше размера пор полупроницаемой мембраны. Поэтому существует возможность более тонкого разделения исходной среды [82, 94].

При переработке молочной сыворотки методом ультрафильтрации мембраной удерживается белковый кластер, пропускается лактоза минеральные соли, вода. Таким образом, указанный мембранный процесс позволяет отделить высокомолекулярный компонент сыворотки от низкомолекулярного компонента и растворителя (воды) [100, 101].

Метод ультрафильтрации позволяет получить концентрат молочной сыворотки с содержанием сухих веществ до 60% масс. [10, 15].

При переработке молочной сыворотки мембранными методами на производительность мембраны по фильтрату оказывают влияние плотность и

вязкость среды. Указанные характеристики изменяются в процессе концентрирования за счет отвода фильтрата в соответствии со следующими зависимостями (1.2.1) [54] и (1.2.2) [107].

р = 1055,319 - 1,986 ■ С - 0,204 ■ Т +

+0,143 ■ С2 + 0,0012 ■ Т2 (1.2.1)

77 = 1,87 - 0,0358 ■ Т + 0,00644 ■ С + +0,00408 ■ С2 + 0,000605 ■ Т2 - 0,0023 ■ Т ■ С (1.2.2)

Приведенные зависимости справедливы в интервале температур от 20 до 60°С для сыворотки с массовой долей сухих веществ от 6,5 до 30% масс.

1.3 Мембранные аппараты для переработки молочных сред

Для переработки молочной сыворотки с помощью мембранных технологий создан ряд аппаратов.

Известен мембранный аппарат, включающий трубчатую керамическую мембрану с внутренним селективным слоем [16]. Аппарат состоит из мембраны, помещенный в корпус с патрубками для ввода исходной среды и отвода конечного продукта и фильтрата. Недостатком является образование на поверхности мембраны слоя задерживаемых веществ, что значительно снижает производительность аппарата.

Авторами [74] разработан мембранный аппарат с направленными потоками, который состоит из корпуса с патрубком ввода исходной среды, патрубков вывода очищенной жидкости и жидкости с осадком (рисунок 1.3.1).

Конструкция мембранного аппарата включает фильтродержатель 4, в котором закреплены фильтрующие элементы 6. Перфорированное распределительное устройство 5 установлено в центральной части фильтродержателя 4. Зажимная плита 7 расположена в верхней части аппарата. По внешнему диаметру обечайки 1 закреплен профильный элемент 8, который выполнен с образованием сужающегося зазора по отношению к фильтрующим элементам 6. В его узкой части каналы 13 для отвода высококонцентрированного потока жидкости.

Рисунок 1.3.1 - Мембранный аппарат с направленными потоками 1 - обечайка; 2 - эллиптический верх корпуса; 3 - днище корпуса; 4 - фильтродержатель; 5 - распределительное устройство; 6 - фильтрующие элементы; 7 - зажимная плита; 8 - вспомогательный элемент; 9 - опоры; 10 - ввод исходной среды; 11 - вывод среды с осадком; 12 - фланцевое

соединение

Работа мембранного аппарата с направленными потоками осуществляется следующим образом. Исходную среду подают в перфорированное распределительное устройство 5 через патрубок 10, которое формирует струи жидкости, омывающие по касательной поверхность фильтрующих элементов 6. При этом образуется поток жидкости, который поступает в сужающийся зазор между поверхностями фильтрующего элемента 6 и профильного элемента 8. По ходу движения потока внутри уменьшающегося зазора происходит увеличение его скорости. Благодаря этому происходит очистка поверхностей фильтрующих элементов от образующегося осадка. В области зазора, которая имеет наименьшую площадь поперечного сечения, встречные потоки сталкиваются, при этом образую зоны интенсивной турбулизации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Стефанкин, Антон Евгеньевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алыбаева, М.И. Сравнение эффективности методов выделения сывороточных белков из творожной сыворотки / М.И. Алыбаева // В сборнике: Актуальные вопросы развития науки сборник статей Международной научно-практической конференции: в 6 частях. Ответственный редактор А.А. Сукиасян. - 2014. - С. 68-70.

2. Арсеньева, Т.П. Разработка пивоподобного напитка на основе пермеата молочной сыворотки / Т.П. Арсеньева, Е.В. Борздая, О.Н. Стрижнева // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2015. - № 3. - С. 136-141.

3. Байдалинова, Л.С. Сокосодержащие напитки на основе творожной сыворотки / Л.С. Байдалинова, А.С. Роина // Известия КГТУ. -2013. - № 29 (29). - С. 123-132.

4. Богомолов, В.Ю. Методика оценки периода эффективной работы ультрафильтрационной мембраны УАМ-150 / В.Ю. Богомолов, С.И. Лазарев, А.Е. Стрельников // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ. - 2014. - Т. 7. - № 7-1 (66). - С. 35-38.

5. Брык, М.Т. Мембранная технология в пищевой промышленности / М.Т. Брык, В.Н. Голубев, А.П. Чагаровский // К.: Урожай. - 1991. - 220 с.

6. Варивода, А.А. Молочная сыворотка мембранной обработки в технологии плавленых сыров / А.А. Варивода // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2014. - № 47. - С. 148-153.

7. Вторичное сырье молочной отрасли: современное состояние и перспективы использования / М.Б. Ребезов, О.В. Зинина, Г.Н. Нурымхан, А.Н. Нургазезова, Ф.Х. Смольникова // АПК России. - 2016. - Т. 75. - № 1. -С. 150-155.

8. Гаврилов, Г.Б. Комплексная переработка сыворотки с целью создания продуктов нового поколения // Молочная промышленность. 2005. -№12.-С. 42. 202

9. Гаврилов, Г.Б. Технологии мембранных процессов переработки молочной сыворотки и создание продуктов с функциональными свойствами: Монография М: Изд-во Россельхозакадемии. - 2006. - 134 с.

10. Гаврилов, Г.Б. Современные аспекты переработки молочной сыворотки мембранными методами / Г.Б. Гаврилов. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. - 160 с.

11. Горбатюк, В.И. Уменьшение толщины не перемешиваемого слоя при наложении пульсаций давления в межмембранном пространстве / В.И. Горбатюк, З.М. Старов // Химия и технология воды. - 1987. - с.3-6.

12. Деминерализация молочной сыворотки электродиализом с ионообменными мембранами / В.А. Шапошник, В.С. Мацнева, К.К. Полянский, А.А. Бунин // Сорбционные и хроматографические процессы. -2004. - Т. 4. - № 1. - С. 44-50.

13. Диафильтрация творожной сыворотки в процессе нанофильтрации / Н.Я. Дыкало, Е.А. Фиалкова, Д.М. Костюков, В.Н. Шохалова // Сыроделие и маслоделие. - 2013. - № 2. - С. 26-27.

14. Дубовик, М.О. Определение качественных показателей творожной сыворотки после ультрафильтрации / М.О. Дубовик, Е.А. Мишта // В сборнике: Инновационные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции в условиях ВТО В 2-х частях. Материалы международной научно-практической конференции. Под редакцией В.Н. Храмовой. - 2013. - С. 293-295.

15. Дубовик, О.М. Влияние процесса ультрафильтрации на качественные показатели творожной сыворотки / О.М. Дубовик, Е.А. Мишта // В сборнике: Современные технологии и управление сборник научных трудов II Международной научно-практической конференции. Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (Филиал в р. п. Светлый Яр Волгоградской области). - 2013. -С. 185-186.

16. Дытнерский, Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей / Ю.И. Дытнерский // М.: Химия. - 1975. - 232 с.

17. Дытнерский, Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация / Ю.И. Дытнерский // М.: Химия. - 1978. - 352 с.

18. Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2 ч. Ч. 2. Массообменные процессы и аппараты / Ю.И. Дытнерский. -Москва: Химия, 1995. - 368 с. 111.

19. Евдокимов, И.А. Переработка молочной сыворотки с использованием электродиализа / И.А. Евдокимов, Н.Я. Дыкало // Молочная промышленность. 2006. - №.10 - С. 73.

20. Евдокимов, И.А. Современное состояние и перспективы переработки молочной сыворотки // Молочная промышленность. 2006. - №2. -С. 26-28.

21. Емельянова, Л.С. Основные направления переработки творожной сыворотки / Л.С. Емельянова, В.Н. Гетманец // В сборнике: Молодые ученые - сельскому хозяйству Алтая сборник научных трудов. Барнаул. - 2014. - С. 51-52.

22. Жукова, Э.Г. Обоснование использования растительных добавок при разработке молочных пищевых продуктов функционального назначения на основе вторичного молочного сырья / Э.Г. Жукова, Л.П. Жукова // Агропродовольственная экономика. - 2016. - № 7. - С. 28-39.

23. Закономерности концентрирования творожной сыворотки методом нанофильтрации / Д.М. Костюков, В.Г. Куленко, Н.Я. Дыкало, Е.М. Костюков, В.А. Шохалов, В.Б. Шевчук // Молочнохозяйственный вестник. -2012. - № 1. - С. 32-36.

24. Закономерности концентрирования творожной сыворотки методом прямого нагрева / А.М. Попов, Н.Н. Турова, Е.И. Стабровская, А.С. Мамонтов // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 4-0. - С. 125-129.

25. Изучение особенностей микрофильтрации молочной сыворотки с использованием керамических мембран / И.А. Евдокимов, Е.Р. Смирнов,

М.И. Шрамко, Е.А. Гостищева // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2013. № 5 (38). С. 48-52.

26. Изучение процесса сушки НФ-концентратов творожной сыворотки / Д.М. Костюков, В.Г. Куленко, Н.Я. Дыкало, Е.А. Фиалкова, В.Б. Шевчук, В.А. Губин // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2013. - № 4 (37). - С. 46-49.

27. Инулинсодержащая композиция для молокосодержащих продуктов / А.Н. Пономарёв, Е.И. Мельникова, Е.В. Богданова, М.А. Самойлова // Молочная промышленность. - 2012. - № 8. - С. 80-81.

28. Исследование буферной емкости концентратов творожной сыворотки, полученных методом нанофильтрации / В.Н. Шохалова, А.А. Кузин, Н.Я. Дыкало, В.А. Шохалов, Д.М. Костюков // Молочнохозяйственный вестник. - 2013. - № 4 (12). - С. 86-92.

29. Исследование кинетики ультрафильтрации творожной сыворотки / А.Н. Пономарёв, А.И. Ключников, А.А. Мерзликина, О.В. Пронина, К.К. Полянский // Молочная промышленность. - 2016. - № 4. - С. 78-79.

30. Каткова, Н.Н. Напиток «Кефирный» с творожной сывороткой / Н.Н. Каткова, В.В. Морозова, И.И. Силко // Молочная промышленность. -2014. - № 11. - С. 57-58.

31. Ключников, А.И. К вопросу регенерации мембран в процессах микро- и ультрафильтрации технологических жидкостей пищевых производств / А.И. Ключников, А.И. Потапов, К.К. Полянский // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. -2016. - Т. 21. - № 1. - С. 312-315.

32. Ключников, А.И. Экономические аспекты переработки творожной сыворотки ультрафильтрацией / А.И. Ключников, А.И. Потапов, К.К. Полянский // В сборнике: Общество и экономическая мысль в XXI в.: пути развития и инновации Материалы юбилейной IV Международной научно-практической конференции. - 2016. - С. 102-107.

33. Концентрирование аминокислот молочной сыворотки баромембранными методами / В.А. Лазарев, В.А. Тимкин, Г.Б. Пищиков, О.А. Мазина // Аграрный вестник Урала. - 2016. - № 1 (143). - С. 33-36.

34. Коростелёв, А.А. Актуальность переработки молочной, подсырной и творожной сыворотки на молокоперерабатывающих предприятиях / А.А. Коростелёв, М.И. Бабьева // В сборнике: Пятая международная научная конференция Ирана и России по проблемам развития сельского хозяйства. - 2010. - С. 482-484.

35. Котляров, Р.В. Моделирование процесса мембранного концентрирования молочных сред и разработка аппаратурных схем установок: Дис. канд. техн. наук: 05.18.12. Кемерово. - 2009.

36. Кравченко, Н.С. Методы обработки результатов измерений и оценки погрешностей: учебное пособие / Н.С. Кравченко, О.Г. Ревинская; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2011. - 88 с.

37. Кравченко, Э.Ф. Прогрессивные технологии переработки молочной сыворотки / Э.Ф. Кравченко // Молочная индустрия - 2006: Сборник тезисов материалов международной научно-практической конференции. - М.: ДНО «Молочная промышленность». - 2006. - С. 30-31.

38. Кравченко, Э.Ф. Переработка молочной сыворотки в России / Э.Ф. Кравченко, Ю.А. Незнанов // Молочная промышленность. 2006. - №6. -С. 6-8.

39. Крохалев, А.А. Математическая модель гидродинамических условий при обтекании жидкостью конической поверхности в цилиндрическом канале / А.А. Крохалев, Р.В. Котляров, Л.Р. Хачатрян // Техника и технология пищевых производств. - 2015. - № 1 (36). - С. 92-96.

40. Кучнова, О.А. Обогащение молочных продуктов функциональными ингредиентами / О.А. Кучнова // Актуальные проблемы и пути их решения в производстве, хранении и переработке

сельскохозяйственной продукции: материалы научно-практической Интернет-конференции. - 2015. - С. 62-65.

41. Лазарев, В.А. Баромембранное концентрирование аминокислот молочной сыворотки / В.А. Лазарев, Т.А. Титова // В сборнике: продовольственный рынок: состояние, перспективы, угрозы Сборник статей Международной научно-практической конференции. Ответственный за выпуск О. В. Феофилактова. - 2015. - С. 124-128.

42. Лазарев, В.А. Переработка молочной сыворотки методом ультрафильтрации на керамических мембранах / В.А. Лазарев, Т.А. Титова // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. - 2015. -№ 10-1. - С. 77-79.

43. Липатов, Н.Н. Информационно-алгоритмические и терминологические аспекты совершенствования качества многокомпонентных продуктов питания специального назначения / Н.Н. Липатов, О.И. Башкиров, Л.В. Нескромная // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - №9. - С. 25-28.

44. Лобасенко, Б.А. Математическое моделирование процесса мембранного концентрирования на основе кибернетического подхода / Б.А. Лобасенко, Р.В. Котляров, Е.К. Сазонова // Фундаментальные исследования. - 2016. - № 2-1. - С. 70-75.

45. Лобасенко, Б.А. Мембранное концентрирование обезжиренного молока на аппарате с принудительным движением диффузного слоя / Б.А. Лобасенко, А.А. Механощина // Хранение и переработка сельхоз сырья. -2005. - №6. - С. 25-27.

46. Лобасенко, Б.А. Определение концентрации растворенных веществ в пограничном слое на поверхности мембраны / Б.А. Лобасенко, В.А. Павский. // Пищевая технология. Известия Вузов. - 2001. - №2-3. - С. 68-70.

47. Лобасенко, Б.А. Процессы гидромеханического разделения пищевых сред / Б.А. Лобасенко, Ю.В. Космодемьянский. - Кемерово: КемТИПП. - 1999. - 103 с.

48. Лобасенко, Б.А. Разработка математической модели процесса мембранного концентрирования на основе методов информационного моделирования / Б.А. Лобасенко, А.С. Шушпанников, Р.В. Котляров // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4. - С. 89.

49. Лобасенко, Б.А. Состояние и развитие мембранной техники / Б.А. Лобасенко, Ю.В. Космодемьянский, О.С. Болотов. - Кемерово, 1998. - 10 с. -Деп. в ВИНИТИ 03.09.98., № 2738 - В98.

50. Лобасенко, Р.Б. Теоретические и практические аспекты процесса ультрафильтрации молочных сред: дис. канд. тех. наук: 05.18.12 / Лобасенко Р.Б. - Кемерово. - 2005.

51. Лялин, В.А. Эффективное производство творога -ультрафильтрация творожного сгустка / В.А. Лялин, С.В. Симоненко, В. Рушель // Молочная промышленность. - 2016. - № 1. - С. 36-37.

52. Мартынов, Г.А. К теории мембранного разделения растворов. Анализ полученных решений / Г.А. Мартынов, В.М. Старов, Н.В. Чураев // Коллоидный журнал. - 1980. - №4. - с.657-664.

53. Мембранные процессы разделения / С-Т. Хванг, К. Каммермейер: пер. с англ. - М., 1981. - 464 с.

54. Мембранные и молекулярноситовые методы переработки молока / Е.А. Фетисов, А.П. Чагаровский. - М.: Агропромиздат, 1991. - 272 с.

55. Мембранная фильтрация - технология будущего для молочной промышленности // Переработка молока. - 2013. - № 2 (158). - С. 16-17.

56. Мембранные технологии в решении экологических проблем / А.Г. Первов, А.П. Андрианов, Т.П. Горбунова, А.С. Багдасарян // Мембраны и мембранные технологии. - 2011. - Т. 1. - № 2. - С. 83-91.

57. Мембранные технологии переработки молочной сыворотки: синтез науки и практики / И.А. Евдокимов // Материалы V Международной

конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», Северо-Кавказский государственный технический университет. - 2011. - С. 258-259.

58. Методика расчета геометрических и конструктивных параметров электроультрафильтрационного аппарата / И.В. Хорохорина, С.И. Лазарев, К.К. Полянский, К.С. Лазарев, М.А. Кузнецов // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2015. - Т. 20. - № 2. - С. 494-497.

59. Моделирование мембранной ультрафильтрации вторичного молочного сырья / В.М. Седелкин, А.Н. Суркова, О.В. Пачина, Л.Н. Потехина, Д.А. Машкова // Мембраны и мембранные технологии. - 2016. - Т. 6. - № 1. - С. 99-110.

60. Муслимова, Н.Р. Разработка технологии яблочного желе из подсырной сыворотки с желатином / Н.Р. Муслимова, Б.К. Асенова, Б,М. Кулуштаева, А.К. Игенбаев // Молодой ученый. - 2015. - №10.3. - С. 26-28.

61. Нанофильтрация творожной сыворотки: теоретические и практические аспекты / В.Н. Шохалова, А.А. Кузин, Н.Я. Дыкало, В.А. Шохалов, Д.М. Костюков // Молочная промышленность. - 2014. - № 11. - С. 65-66.

62. Неповинных, Н.В. Кислородный коктейль на основе творожной сыворотки с полисахаридами / Н.В. Неповинных, Н.М. Птичкина, В.Н. Грошева // В сборнике: Технология и продукты здорового питания Материалы V Международной научно-практической конференции. Под редакцией И.Л. Воротникова; ФГБОУ ВПО "Саратовский ГАУ". - 2011. - С. 36-37.

63. Новокшанова, А.Л. Использование творожной сыворотки в индустрии спортивного питания / А.Л. Новокшанова, Е.В. Ожиганова // Молочнохозяйственный вестник. - 2013. - № 4 (12). - С. 80-85.

64. Обоснование мембранных способов разделения молочной сыворотки / А.А. Майоров, Н.М. Сурай, С.Ю. Бузоверов // Вестник

Алтайского государственного аграрного университета. - 2012. - № 5 (91). - с. 104-107.

65. Огнева, О.А. Мембранные методы переработки молочной сыворотки / О.А. Огнева, Л.В. Пономаренко, М.П. Коваленко// Молодой ученый. - 2015. - №15. - С. 140-144.

66. Огнева, О.А. Применение молочной сыворотки в производстве функциональных продуктов питания / О.А. Огнева, Л.В. Донченко, О.О. Гладкая, Э.И. Попова // Евразийское научное объединение. - 2016. - №2(14).

- С. 22-25.

67. Осмотическое давление молочной сыворотки и лактозы / В.А. Тимкин, В.А. Лазарев, О.А. Мазина // Научно-технический и производственный журнал «Молочная промышленность». - 2014. - №10. - С 38-39.

68. Основные процессы и аппараты химической технологии / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.:Химия. - 1991. - 375 с.

69. Особенности концентрирования творожной сыворотки мембранными методами / В.Г. Куленко, Е.А. Фиалкова, Д.М. Костюков, М.С. Золоторева, И.А. Евдокимов, В.Б. Шевчук // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2013. - № 3 (36). - С. 132-136.

70. Особенности описания потока пермеата творожной сыворотки через нанопористые мембраны / С.П. Бабенышев, П.С. Чернов, Д.С. Мамай, Д.В. Харитонов // Техника и технология пищевых производств. - 2012. - Т. 1.

- № 24. - С. 93-97.

71. Особенности описания потока пермеата творожной сыворотки через полупроницаемые мембраны / С.П. Бабенышев, А.Г. Скороходов, М.В. Скороходова, Д.С. Мамай // НаукаПарк. - 2010. - № 1 (1). - С. 85-88.

72. Патент 2234360 Российская Федерация. МПК7 ВОЮ63/06 ВО8В9/027. Аппарат для мембранного концентрирования / Лобасенко Б.А., Силков Д.М., Семенов А.Г., Благочевская Н.А.; заявитель и

патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - №2002113873/12; заявл. 27.11.03; опубл. 20.08.04. 1000

73. Патент 2252815 Российская Федерация. МПК7 В0Ю63/06 Мембранный аппарат со струйными потоками / Кретов И.Т., Востриков С.В., Ключников А.И., Ключникова Д.В.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия -№2004113915/15; заявл. 05.05.20042007; опубл. 27.05.2005.

74. Патент 2331456 Российская Федерация. МПК7 В0Ю27/08 (2006.01), В0Ш63/06 (2006.01). Мембранный аппарат с направленными потоками / Ключников А.И., Шахов С.В., Потапов А.И., Марков А.А., Огурцов А.В., Колиух С.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) - №2007106333/15; заявл. 19.02.2007; опубл. 20.08.2008.

75. Патент 2238794 Российская Федерация. МПК7 В0Ю63/06. Мембранный аппарат с импульсным режимом фильтрации / Кретов И.Т., Востриков С.В., Ключников А.И., Ключникова Д.В.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) - №2003133159/15; заявл. 13.11.2003; опубл. 27.10.2004.

76. Патент 2174432 Российская Федерация. МПК7 В0Ю63/06. Мембранный аппарат с нестационарной гидродинамикой / Кретов И.Т., Шахов С.В., Ключников А.И., Ряжских В.И.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) - №2000130308/12; заявл. 04.12.2000; опубл. 10.10.2001.

77. Патент 2113893 Российская Федерация. МПК7 В0Ю63/06. Устройство для осуществления процессов мембранного разделения жидких

сред / Муштаев В.И., Трифонов С.А., Пахомов А.А., Палеев Д.Л., Колпаков В.А., Тырин Н.В.; заявитель и патентообладатель Московская государственная академия химического машиностроения - №96119499/25; заявл. 30.09.1996; опубл. 27.06.1998.

78. Попов, A.M. Технология производства гранулированного киселя на основе молочной сыворотки / A.M. Попов, Е.А. Литвина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 1. - С. 39-40.

79. Пьянкова, Л.Г. Целесообразность использования молочной сыворотки в пищевых целях / Л.Г. Пьянкова // В сборнике: технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Сборник научных трудов. Благовещенск. - 2014. - С. 75-78.

80. Создание и исследование ультрафильтрационных полимерных мембран для выделения белка из творожной сыворотки / О.В. Пачина, В.М. Седелкин, Л.Ф. Рамазаева, А.Н. Суркова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 9. - С. 70-73.

81. Состав НФ-концентратов творожной сыворотки / В.Н. Шохалова, А.А. Кузин, Н.Я. Дыкало, В.А. Шохалов // Молочная промышленность. -2014. - № 12. - С. 56-57.

82. Старов, В.М. Формирование гель-слоев на поверхности ультрафильтрационных мембран (теория и эксперимент) / В.М. Старов, А.Н. Филиппов, В.А. Лялин, И.В. Усанов // Химия и технология воды. - 1990. - Т. 12. - №4. - С. 300-305.

83. Творог и творожные изделия с молочной сывороткой и ее компонентами / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, В.А. Михнева, М.С. Золотарева, М.В. Головкина, В.М. Клепкер, Г.С. Санисимов // Молочная промышленность. - 2011. - № 11. - С. 62-63.

84. Теория разделения растворов методом обратного осмоса / Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев, Г.А. Мартынов, В.М. Старов // Химия и технология воды. - 1981. - №2. - с.99-104.

85. Теория автоматического управления / В.А. Лукас. - М.: Недра, 1990. - 416 с.

86. Технология молока и молочных продуктов / Г.Н. Крусь, А.Г. Храмцов, З.В. Волокитина, С.В. Карпычев; Под ред. А.М. Шалыгиной. - М.: КолосС. - 2006. - 455 с.

87. Технология продуктов на основе желирования молочной сыворотки [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://milk-industry.ru.

88. Тимкин В.А. Определение осмотического давления многокомпонентных растворов пищевой промышленности / В.А. Тимкин,

B.А. Лазарев // Мембраны и мембранные технологии. - 2015. - Т. 5. - № 1. -

C. 48

89. Тимкин, В.А. Производство концентрата молочной сыворотки баромембранными методами / В.А. Тимкин, В.А. Лазарев // Журнал «Переработка молока». - 2014. - №5 (176).

90. Тимкин, В.А. Разработка нанобиомембранной технологии производства лактозы как фактор продовольственной безопасности Уральского региона / В.А. Тимкин, О.А. Мазина, Г.Б. Пищиков // Известия Уральского государственного экономического университета. - 2014. - № 3-4. - С. 47-49.

91. Тимофеев, А.Е. Разработка математической модели процесса мембранного концентрирования на основе передаточных функций / А.Е. Тимофеев, Б.А. Лобасенко, Р.В. Котляров // Техника и технология пищевых производств. - 2013. - Т. 1. - С. 102А-106.

92. Ткаченко, И.К. Молочная сыворотка и ее компоненты как ингредиенты в продуктах функционального питания / И.К. Ткаченко, Н.А. Шапаков // В сборнике: Инновационные направления развития в образовании, экономике, технике и технологиях Международная научно-практическая конференция: сборник статей в 2-частях. под общей редакцией В.Е. Жидкова. - 2014. - С. 324-329.

93. Фазуллин, Д.Д. Утилизация отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей мембранными методами / Д.Д. Фазуллин, Г.В. Маврин, М.П. Соколов / Химия и технология топлив и масел. - 2015. - № 1 (587). - С. 56-58.

94. Френкель, В.С. Мембранные технологии: прошлое, настоящее и будущее / В.С. Френкель // Водоснабжение и санитарная техника. - 2010. - № 8. - С. 48-54.

95. Харитонов В.Д. Проблемы и перспективы молочной промышленности XXI века / В.Д. Харитонов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - №11. - С. 16-18.

96. Харитонов, В.Д. Тенденции, особенности и перспективы развития молочной промышленности России / В.Д. Харитонов, Ю.А. Незнанов // Молочная промышленность. - 2004. - №4. - С.8-10.

97. Харитонов, В.Д. Продукты лечебного и профилактического назначения: основные направления научного обеспечения / В.Д. Харитонов, О.Б. Федотова // Молочная промышленность. 2003. - №12. - С. 34-38.

98. Химическая очистка нанофильтрационных мембран после разделения молочной сыворотки / Ю.Г. Змиевский, И.И. Киричук, В.Г. Мирончук, Д.Д. Кучерук // Мембраны и мембранные технологии. - 2014. - Т. 4. - № 2. - С. 149.

99. Хмелев, В.Н., Сливин А.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Шалунов А.В. Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности. - Бийск: Изд-во: Алтайский государственный технический университет. - 2010. - 203 с.

100. Храмцов, А.Г. Инновации в переработке и использовании молочной сыворотки / А.Г. Храмцов // Журнал «Переработка молока». -2014. - № 2 (172). - 68-69.

101. Храмцов, А.Г. К вопросу ресурсосберегающей и экологощадящей переработки молочного сырья / А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - №10. - С. 12-13.

102. Храмцов, А.Г. Напитки из сыворотки с растительными компонентами / А.Г. Храмцов, А.В. Брыкалов, Н.Ю. Пилипенко // Молочная промышленность. - 2012. - № 7. - С. 64-65.

103. Храмцов, А.Г. Продукты из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки / А.Г. Храмцов, Э.Ф. Кравченко, К.К. Петровский и др. Под ред. А.Г. Храмцова и П.Г. Нестеренко. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

104. Храмцов, А.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки: Учебное пособие / А.Г. Храмцов, П.Г, Нестеренко // М,: ДеЛи принт. - 2004. - 578 с.

105. Храмцов, А.Г. Функциональные напитки из молочной сыворотки / А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, О.А. Суюнчев и др. // Молочная промышленность. - 2006. - №6. - С. 89.

106. Храмцов, А.Г. Гармонизация кластеров молочной сыворотки в технологии продуктов функционального питания / А.Г. Храмцов // Молочная промышленность. - 2015. - №6. - С. 36-38.

107. Чеботарев, Е.А. Вязкость молочной сыворотки и продуктов из нее / Е.А. Чеботарев, П.Г. Нестеренко, Л.Е. Давыдяйц, Н.И. Михайлова, Н.Г. Чеботарева // Молочная промышленность, 1983. - №2. - С. 26-27.

108. Черкасов, А.Н. О влиянии соотношения размеров частицы и поры на селективность мембраны / А.Н. Черкасов, В.П. Жемков, Б.В. Мчедлишвили и др. // Коллоидный журнал. - 1978. - Т. 40. - №6 - С. 11151166.

109. Чернюшок, О.А. Изменения микробиологических показателей творожной сыворотки под воздействием электроискровых разрядов / О.А. Чернюшок, О.В. Кочубей-Литвиненко // В сборнике: Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья Материалы III Международной научно -практической конференции, посвященной 20-летнему юбилею ГНУ

КНИИХП Россельхозакадемии. ГНУ КНИИХП Россельхозакадемии, ООО «Издательский Дом - Юг». - 2013. - С. 342-345.

110. Чупин, А.В. Автоматизация технологических процессов и производств / А.В. Чупин, С.Г. Пачкин. - Кемерово: КемТИПП, 2003.

111. Шавалиев, М.Ф. Гидродинамика инокулятора со спиральным движением потока / М.Ф. Шавалиев, Э.Д. Латыпов // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 19. - С. 108-109.

112. Шапошник, В.А. Мембранные методы разделения смесей веществ / В.А. Шапошник // Соросовский образоват. журн. - 1999. - № 9. - С. 27-32.

113. Экспериментальное исследование влияния высокого давления на эффективность процесса нанофильтрации молочной сыворотки при использовании мембран ОПМН-П / В.Г. Мирончук, И.О. Грушевская, Д.Д. Кучерук, Ю.Г. Змиевский // Мембраны и мембранные технологии. - 2013. -Т. 3. - № 1. - С. 3.

114. Эффективный способ переработки творожной сыворотки / В.А. Михнева, М.С. Золоторева, А.С. Бессонов, Д.Н. Володин, М.И. Шрамко, И.А. Евдокимов // Молочная промышленность. - 2011. - № 1. - С. 45-46.

115. Юдина, С.Б. Технология продуктов функционального питания / С.Б. Юдина // М.: ДеЛи принт. - 2008. - 280 с.

116. Ярославцев, А.Б. Мембраны и мембранные технологии / А.Б. Ярославцев // М.: Научный мир. - 2013. - 612 с.

117. Ярощук, А.Э. Зависимость селективности мембраны от давления в рамках ситового механизма / А.Э. Ярощук, Е.В. Мещерякова // Химия и технология воды. - 1990. - №11.

118. Baldasso, C. Concentration and purification of whey proteins by ultrafiltration / C. Baldasso, T.C. Barros, I.C. Tessaro // Desalination. - 2011. - № 278. - р.381-386

119. Chota, Y. Advanced reverse osmosis process with automatic sponge ball cleaning for the reclamation of municipal seawage / Y. Chota, M. Kenji //

Water life: Proc. Int. Congr. Desalin. and Water Re-Use K. C. Channalasappa Mem. - 1980. - V.3 - p. 391-398.

120. Cohen, R. Col1oidal fouling of reverse osmosis membranes / R. Cohen // J.Colloid and Interface Sci. - 2009. - №1. - p.194-207.

121. Deqian, R. Cleaning and regeneration of membranes / R. Dequan // Desalination. - №62. - p. 363—371.

122. Eid, J.C. Effects of acceleration on particulate fouling in reverse osmosis / J.C. Eid, G.B. Andeen // Desalination. - 1983. - V. 47. - p. 191-199.

123. Gil Row, J. Analysis of laminar flow precipitation fouling on reverse osmosis membranes / J. Gil row, D. Hasson // Desalination. - 2011. - №1. - p.9-24.

124. Gnanasekar R., Balaraman N. Utilization of whey in dairy rations a review // Indian Journal of Dairy Science. - 2001. - V. 54. - P. 3-9.

125. Graham, S. Improving reverse osmosis performance through periodic cleaning / S. Graham, R. Reitx // Desalination. - 2012. - №2. - p.113-124.

126. Kessler, H. Reinigung von Membraneen / H. Kessler // Chem. Ing. -2012. - №3. - p. 244-245.

127. Lock, J. Interest revives in membrane technology / J. Lock // prof. Eng. - 2005. - №5. - p.36-37.

128. Performans of a membrane pilot plant / J.S. Taylor, L.A. Milford, S.J. Duranceau, W.M. Barrett // J.Amer. Water Works. Assoc. - 2009. - №11. - p.52-60.

129. Ridgway, H. Biological fouling of reverse osmosis membranes: the mechanism of bacterial adhesion / H. Ridgway // Future Water. - 2011. - p.1314-1350.

130. Trennung von Stoffgemischen mit Membranen / Gui11ot Genevieve // Ernahrungsindustrie. - 2009. - №6. - p. 6-13.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Блок-схема алгоритма расчета гидродинамических условий по длине перфорированной конической вставки

Б

2 PVi+12

,2p

V = О 95 —

OTBl _

A p2¿ = 0,71

2

P^OTBÍ

Автор(ы): Стефанкин Антон Евгеньевич (1111), Котляров Роман Витальевич (Я11)

Приложение 4

Регрессионный анализ влияния конструктивных параметров на производительность при концентрировании молочной (творожной)

сыворотки

Матрица планирования эксперимента при исследовании творожной (молочной) сыворотки

№ опыта Факторы Производительность

Ь, мм N Э, мм G•106, м3/(м2с)

1 2 3 0,5 5,513

2 10 3 0,5 3,194

3 2 15 0,5 7,655

4 10 15 0,5 5,336

5 2 3 2 4,928

6 10 3 2 2,609

7 2 15 2 7,070

8 10 15 2 4,751

9 0,6 9 1,25 7,654

10 11,4 9 1,25 4,516

11 6 1 1,25 3,750

12 6 17 1,25 6,648

13 6 9 0,25 6,205

14 6 9 2,25 5,412

15 6 9 1,25 6,583

16 6 9 1,25 6,585

17 6 9 1,25 6,585

Параметры уравнения регрессии

Параметр Значение параметра

Ьо 6,584

Ь1 -1,159

Ьп -0,272

Ь12 0

Безразмерные коэффициенты Ьхз 0

Ь2 1,071

Ь22 -0,756

Ь23 0

Ьз -0,292

Ьзз -0,423

Дисперсия воспроизводимости 82 8 восп 0,00000046

Г Гвосп 2

10 39799

11 5805

111 876

112 0

Расчетный критерий Стьюдента 113 0

12 5361

122 2434

123 0

1з 1465

133 1363

Критический критерий Стьюдента 1кр 4,3

Дисперсия адекватности 8 ад 0,00000012

Г Гад 10

Критерий Фишера Р 1 расч 4,04

Р 1 кр 4,1

Продолжение приложения 4

Регрессионный анализ влияния технологических параметров на производительность при концентрировании молочной (творожной)

сыворотки

Матрица планирования эксперимента при исследовании творожной (молочной) сыворотки

№ опыта Факторы Производительность

Т, °С Р, МПа G•106, м3/(м2с)

1 20 0,15 7,80135

2 50 0,15 8,59335

3 20 0,25 7,54045

4 50 0,25 8,33245

5 17 0,2 7,772

6 53 0,2 8,7224

7 35 0,14 8,144108

8 35 0,26 7,831028

9 35 0,2 8,294

10 35 0,2 8,2472

11 35 0,2 8,156

Параметры уравнения регрессии

Параметр Значение параметра

Безразмерные коэффициенты Ь0 8,23064

Ь1 0,40318

Ьп 0,0155

Ь12 4,44 10-16

Ь2 -0,13281

Ь22 -0,1817

Дисперсия воспроизводимости 82 8 восп 0,00493

Г ^восп 2

Расчетный критерий Стьюдента 10 384,23

11 14,79

111 0,36

112 1,26 10-14

12 4,87

122 4,28

Критический критерий Стьюдента 1кр 4,3

Дисперсия адекватности 8 ад 0,02071

Г Гад 7

Критерий Фишера ^ расч 4,2049

^ кр 4,7

Приложение 5

Листинг программы расчета гидродинамических условий по длине перфорированной конической вставки

function dp=Hydrodinamics(x);

Dstart=x(1); %начальный (наибольший) диаметр вставки

Dend=x(2); %конечный (наименьший) диаметр вставки

L=x(3); %длина вставки

Lo=x(4); %расстояние между рядами отверстий

Do=x(5); %диаметр отверстия

No(1)=x(6); %количество рядов отверстий P(1)=1000000*x(7); %давление в Па

w(1)=x(8); %скорость потока среды

visc=x(9); %динамическая вязкость

dens=x(10); %плотность

alfa=atan((Dstart-Dend)/(2*L)); %расчет угла сужения конфузора

i=1; %начальное значение индекса массива

fin=L; %вспомогательная переменная - выход из цикла

d(1)=Dstart; %начальное значение диаметра

while fin > 0 %цикл по расчету гидродинамических параметров

d(i+1)=d(i)-2*(Lo+Do)*tan(alfa); %расчет следующего значения диаметра Lokr(i)=pi*(d(i+1)); %расчет длины окружности

%расстояние между отверстиями в ряду if (Lokr(i)-No(i)*Do)/No(i)>0.0005

No(i+1)=No(i); else

No(i+1)=No(i)-1; end;

S=S+No(i); %расчет общего количества отверстий

N(i)=(d(i)/d(i+1))*(d(i)/d(i+1)); %расчет степени сужения конфузора

%расчет значения скорости на выходе конфузора w(i+1)=w(i)*(d(i)/d(i+ 1))*(d(i)/d(i+1));

%расчет критерия Рейнольдса на выходе конфузора Re(i+1)=(w(i+1 )*d(i+1)*dens)/visc;

%расчет коэффициента гидравлического трения if Re(i+1)>2300

lambda(i+1)=1/((1.8*log10(Re(i+1))-1.5)*(1.8*log10(Re(i+1))-1.5)); else

lambda(i+1)=64/Re(i+1); end

%расчет потерь давления в конфузоре

P1(i)=(lamЬda(i)/(8*sin(alfa/2)))*(1-1/N(i))*(1-1/N(i))*dens*w(i+1)*w(i+1)/2;

%расчет давления в конце конфузора, т.е. давления на отверстии Р(1+1)=Р(1)-Р1(1);

%расчет скорости истечения из отверстия wotv(i+1)=0.95* sqrt(2 *P(i+1)/dens);

%расчет потерь давления при истечении из отверстия Р2(1+1 )=(0.71*dens*wotv(i+1 ))/2;

%расчет давления в начале следующего конфузора Р(1+1)=Р(1+1)-Р2(1+1);

%расчет общих потерь на участке Р3^+1)=Р1^+1)+Р2^+1);

%расчет потерь мощности насоса 0=0.00075*Р3^+1);

i=i+1; %закон изменения индекса массива

йп=йп-Ьо-Оо; %закон изменения вспомогательной переменной

end

х(1)=Б; х(2)=0; dp=x;

%вывод количества отверстий %вывод потерь мощности насоса

р1о1(Р1); р1о1(Р2); р1о1(Р3); р1о1(Р);

%график изменения потерь давления на участках конфузора %график изменения потерь давления на отверстиях %график изменения суммарных потерь %график изменения давления по длине вставки

Директор ООО «Биотек» Карчии Константин Валерьевич

АКТ

приемки мембранной опытно-промышленной установки для проведения опытных испытаний по концентрированию

молочных сред

Составлен комиссией: Председатель:

Директор ООО «Биотек» Карчин К. В. Члены комиссии:

Главный технолог ООО «Биотек», Изгарышев A.B.

Доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов и АСУ»,

к.т.н. Котляров Р.В.

Аспирант ФГБОУ ВО КемТИПП, Стефанкин А.Е.

В период с 8 февраля 2016г. по 24 июня 2016г. На базе ООО «Биотек» были проведены приемочные испытания и на основании соответствующего протокола считает предъявленную опытно-промышленную установку для мембранного концентрирования молочных сред выдержавшей испытания при заданных технологических условиях.

Приложение: протокол приемочных испытаний опытно-иромышленной установки для мембранного концентрирования молочных сред от 29 июня

2016г.

Директор ООО «Биотек» Главный технолог ООО «Биотек» Доцент кафедры, к.т.н. Аспирант

УТВЕРЖДАЮ

и.о. ректора КемТИГШ

УТВЕРЖДАЮ Директор ООО «Биотек»

концентрирования молочных сред

Составлен комиссией: Председатель:

Директор ООО «Биотек» Карчин К. В. Члены комиссии:

Главный технолог ООО «Биотек», Изгарышев A.B.

Доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов и АСУ»,

к.т.н. Котляров Р.В.

Аспирант ФГБОУ ВО КемТИПП, Стефанкин А.Е.

Комиссия провела производственные испытания опытно-промышленной установки с мембранным аппаратом и оригинальной вставкой (авторы: Стефанкин А.Е., Котляров Р.В.) в период с 8 февраля 2016г. по 24 июня 2016г.

Испытания проводились с целью определения технических возможностей мембранной установки и установления оптимальных технологических режимов ее работы. В качестве исследуемой среды использовалась молочная сыворотка. Во время испытаний проводились следующие операции:

1. Концентрирование творожной сыворотки на оборудование традиционного типа, характеризующегося отводом фильтрата через мембрану.

2. Концентрирование сыворотки с использованием нового оборудования.

3. Сравнение полученных результатов.

Площадь мембранных аппаратов была одинакова и равнялась 0,03 м2. Качество концентратов творожной сыворотки оценивали по химическому составу и органолептическим свойствам (содержание растворенных веществ, белка, жира, плотность и кислотность). Результат приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Состав концентратов творожной сыворотки

Плотность, г/см3 Кислотность, оу Растворенные вещества Белок, % Жир, %

Исходная творожная сыворотка 1017 48 4,00 1,4 0,9

Концентрирование традиционным методом 1024 45 19,64 2,7 0,8

Концентрирование предложенным методом 1024 45 27,71 3,6 0,8

Фильтрат 1026 32 2,85 0,2 0,02

Анализ результатов сравнительных испытаний показывает, что при одинаковом исходном объёме (100 л.) и одинаковом времени обработки (6 часов) концентрирование на предложенной установке позволяет получить

концентрат с более высоким содержанием, растворенным веществ и белка, по сравнению с типовым способом.

Концентрат, полученный предложенным методом, имеет лучшие органолепгические показатели, в частности, ярко выраженную белую окраску, чем концентрат, полученный традиционным способом.

На основании результатов производственных испытаний комиссия считает целесообразным внедрение установки для мембранного концентрирования на ООО «Биотек».

ПОСТАНОВИЛИ:

Директор ООО «Биотек» Главный технолог ООО «Биотек» Доцент кафедры, к.т.н. Аспирант