§9 Основные схемы полупроницаемых мембранных аппаратов.

Разработано множество мембранных аппаратов, которые работают по различным схемам. Основные требования:

1. достаточно большая площадь поверхности мембраны на единицу объема аппарата.

2. Максимально равномерное распределение жидкости над поверхностью мембраны.

3. Высокая скорость течения жидкости для предотвращения загрязнения раствором поверхности мембраны.

4. Минимально возможный градиент давления в аппараты.

5. Прочность и герметичность.

6. Удобство сборки, монтажа и замены мембраны.

Мембранные аппараты бывают:

1. С плоским мембранным элементом:

Через параллельно-собранные плоские мембраны на высокой скорости течет исходный раствор, переходя через все мембраны, остаток концентрата вытекает из выходной трубки. Жидкость (растворитель) проникает через мембрану и собирается в поддоны.

Исходный

раствор

концентрат

фильтр

1

2

2

2

b

=0,5…5 м/с;

B = 0,5…5 мм.

Такие аппараты просты в изготовлении, но они малопроизводительны.

2. С трубчатыми мембранными элементами:

а) с внутренней поверхности мембраны

3

2

б) с наружной поверхности мембраны

1

фильтр

3

1 – мембрана;

2 –пористый тренажный каркас;

3 – кожух аппарата.

в) аппараты с мембранами рулонного типа

г) с мембранами в виде полых волокон

§10 Основы массообменных процессов пищевых производств.

Для получения продуктов питания в концентрированном виде необходимо обеспечить их эффективное извлечение из сырья, в котором данный продукт содержится в небольших количествах. Для осуществления этой цели основную роль играют массообменные процессы. Они зависят от многих факторов, поэтому их классифицируют по различным признакам:

- по агрегатному состоянию контактирующих веществ

- по способу контакта фаз

- по характеру взаимодействия фаз

По агрегатному состоянию:

1. Дистилляция (стекание капель)- это процесс испарения жидкости с последующей конденсацией паров. Различают разные виды дистилляции: а) простая (частичное испарение и конденсация паров компонента в холодильнике); полученный конденсат называют дистиллятором, а оставшийся неиспарившийся компонент жидкости кубовым остатком; б) фракционная дистилляция (разделение многокомпонентных жидких смесей на компоненты, которые отличаются по составу); процесс основан на испарении легко-летучих компонентов с последующей конденсацией паров (дефлигмация); в) равновесная- процесс, когда испарившийся компонент жидкости находится в контакте с жидкостью достаточно долгое время (до достижения фазового равновесия). Затем насыщенная равновесная фаза попадает в сепаратор- происходит механическое разделение жидкости и газа; г) молекулярная- основана на разделении жидких многокомпонентных смесей путем их свободного испарения в глубоком вакууме (0,01..0,0001 мм рт. ст.) при температуре ниже точки кипения. При этом поверхности испарения и конденсации располагают очень близко (на расстоянии меньше длины свободного пробега молекулы смеси жидкости). В этом случае вакуум предотвращает столкновение молекул и обеспечивает свободное движение конденсирующей поверхности. Изменение состава пара по отношению к жидкости определяется интенсивностью испарения компонентов. Процесс используется для разделения высокомолекулярных веществ. Например: выделение витаминов из рыбьего жира.

2. Ректификация- процесс разделения жидкой многокомпонентной смеси на чистые компоненты, путем различных температур кипения и многократного испарения жидкостей и конденсации паров.

3. Абсорбция- процесс поглощения компонента из газообразной смеси жидкостью.

4. Десорбция- удаление из жидкости газов.

5. Сушка (увлажнение)- процесс перехода жидкого растворителя из фазы в фазу.

6. Сублимация- процесс, который характеризуется переходом из твердого состояния в газообразное, практически без образования жидкой фазы. Процесс сублимации протекает с поглощением большого количества тепла. Во многих продуктах питания свежие овощи, фрукты являются носителями жидкости. При подводе тепла к поверхности происходит перенос жидких частиц из глубины на поверхность, с последующим удалением в газовую фазу. Этот процесс называется сублимационная сушка.

7. Адсорбция- переход компонента газовой фазы на поверхность твердого тела. В том случае, когда газовая фаза представляет собой многокомпонентные системы, которые могут адсорбироваться на поверхность тела (адсорбент), то мы имеем разделение газовой смеси методом фракционной адсорбции.

8. Экстракция- процесс извлечения вещества из раствора или из сухой измельченной смеси посредством специального растворителя (экстрагента). Причем экстрагенты не смешиваются с исходным раствором. Процесс экстракции можно разделить на три последовательные стадии: а) смешение исходного раствора с растворителем (экстрагентом); б) механическое разделение образовавшихся фаз (в результате получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенты и остаток исходного раствора); в) удаление экстрагента из обеих фаз (с последующей регенерацией для повторного использования).

9. Экстрагирование- процесс извлечения вещества из твердого тела с использованием специального растворителя.

На практике встречаются процессы, при которых происходит переход вещества из жидкости в твердое тело. При этом различают: а) если вещество из жидкости переносится на поверхность твердого тела, то процесс называется адсорбция или ионный обмен; б) если вещество переносится в объеме твердого тела, то называется обратная экстракция (экстрагирование).

По способу контакта фаз массообменные процессы бывают:

1. процессы с непосредственным контактом фаз;

2. без определенной четкой границы фаз;

3. процессы через механические границы;

По характеру взаимодействия фаз:

1. периодические;

2. непрерывные;

Эти процессы взаимодействия можно организовать в различных комбинациях и направлять в зависимости от конкретных технологий (прямоточные, противоточные, перекрестные, комбинированные и др.).