
Характеристика аппаратов для мембранной фильтрации
Для мембранной фильтрации в молочной промышленности используются фильтрационные модули следующих конструкций:
- пластинчатые, трубчатые, основанные на полимерах;
- трубчатые, основанные на керамике;
- спиральные и волоконные;
В пластинчатых фильтрующих аппаратах мембраны закреплены между пластинами. Несущая опорная пластина является главным элементом фильтрующего аппарата и выполняет роль подложки, на которой крепится полупроницаемая мембрана. Через опорную пластину выводится фильтрат обрабатываемого раствора, прошедший через полупроницаемую мембрану
Конструкции опорных пластин различаются между собой особенностями крепления мембран, размерами и геометрической формой:
- эллипсоидную;
- прямоугольную (крепятся резиновыми уплотнниями);
- круглую форму;
Общей особенностью фильтрующих опорных пластин является наличие в них дренажа и системы выводящих каналов.
Трубчатые фильтрационные модули, основанные на полимерах представляют собой трубчатые элементы, внутрь которых помещена сменная трубчатая вставка-мембрана. Эти трубки служат несущей основой или дренажем для полупроницаемых мембран.
Полупроницаемые мембраны изготавливают из:
- пористых полимерных материалов;
- синтетических волокон, стекловолокна;
- синтетических нитей на каркасе.
Более современным фильтрационным модулем является трубчатая фильтрационная система с керамическими мембранами.
Мембранные аппараты на основе полых волокон представляют собой патроны, содержащие пучки элементов из полого волокна — от 45 до 3000 штук в каждом патроне. В молочной промышленности получили распространение аппараты с параллельным расположением волокон.
Характеристика полупроницаемых мембран
Полупроницаемые мембраны изготавливают из различных материалов. При эксплуатации важно определить влияние на свойства мембран рН обрабатываемого раствора, температуры и давления, при которых происходит разделение растворов.
Типы применяемых мембран
Показатель |
Поколение фильтрационных мембран |
||
1-ое |
2-ое |
3-е |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
Основной материал мембран |
ацететцеллюлоза |
полисульфон. полиамиды, сополоамиды |
фильтры из металлокерамики, ядерные фильтры |
Рабочий диапазон температур, 0С |
0- 50 |
0-80 |
0-200 |
рН раствора |
3-8 |
2-12 |
1-14 |
Продолжение таблицы
1 |
2 |
3 |
4 |
Прочность |
слабая |
удовлетворительная |
высокая |
Основные характеристики полупроницаемых мембран — предел (селективность) и скорость разделения, проницаемость.
Предел разделения (селективность) выражает задерживающую способность мембран по конкретному компоненту молочного сырья (жир, белок, лактоза, минеральные вещества и т.д.):
R=(rc-rф) / rc,
где rc – массовая доля определяемого компонента в исходном сырье;
rф - массовая доля определяемого компонента в фильтрате;
Предел разделения мембран зависит:
- минимальной молекулярной массой молекулы;
- форма отделяемой частицы;
- наличие гелевого (белково-минерального) слоя при пропускании молочного сырья;
- размытостью или определенностью предела разделения
- от диаметра пор в фильтрующем слое и диаметра молекулы задерживаемого вещества;
Скорость разделения компонентов молочного сырья при мембранной фильтрацией зависит от:
- характеристики используемых мембран (толщина, площадь и диаметр пор мембраны);
- параметров эксплуатации фильтрационных модулей (давление, рН, температура и др.)
Проницаемость g (в кг/(м2 ×ч)) характеризуется их удельной производительностью и определяется по формуле:
g=
,
где М- масса разделяемой жидкости, в кг;
S-рабочая поверхность мембраны, м2;
- продолжительность
разделения, часы.