CC BY
44
УДК 66.067.38.62
Лабораторные установки мембранной фильтрации в бродильной промышленности
А. И. Ключников, канд. техн. наук, доцент; Г. В. Агафонов, д-р техн. наук, профессор
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Ключевые слова: керамические мембраны; мембранный модуль; пилотная установка; тангенциальная микро- и ультрафильтрация.
Keywords: ceramic membranes; membrane module; pilot plant; the tangential micro- and ultrafiltration.
Необходимое условие развития производства в современных экономических условиях — создание и освоение высокоэффективных технологий, к которым предъявляются ряд принципиально новых требований. Прежде всего, эти технологии должны быть ресур-со- и энергосберегающими, а также экологически безопасными. Этим требованиям во многом соответствуют мембранные технологии [1].
Вот далеко не полный перечень основных направлений использования мембранных технологий в бродильной промышленности:
• очистка и кондиционирование воды;
• обеспложивающая фильтрация напитков в условиях холодно-стерильного розлива (альтернатива пастеризации);
• получение безалкогольного пива;
• микробиологическая стабилизация плодово-ягодных вин, соков;
• комплексная технология переработки послеспиртовой барды;
получение промежуточных продуктов с прогнозируемым составом (напитки функционального назначения и т. д.); очистка ферментных препаратов и микробиологических растворов; обработка промывочной воды и моющих растворов для повторного использования; стерилизующая фильтрация воздуха, углекислоты;
Мембраны INSIDE CeRAM™ ©
Внешний диаметр, мм 0- = 1178 мм*) 10 10
Количество каналов, шт. 1 7
Гидравлический диаметр, мм б 2
Поверхность фильтрации, м2 0,02 0,0б
Назначение** МФ, УФ, финишная УФ
КШб
Carter & Starter KIT 60 TAMI Deutschland
• «полирующая» фильтрация лике-
роводочных изделий;
• очистка сточных вод.
Решение большинства вышеперечисленных технологических задач связано с усовершенствованием технологии получения целевого продукта, его анализом, испытанием, а также получением результатов, необходимых для проектирования промышленной мембранной установки. Это важное промежуточное звено исследований между теоретическими изысканиями и их промышленным оформлением осуществляется на пилотных установках [2].
В дальнейшем будут рассматриваться пилотные установки мембранной фильтрации, предназначенные для определения основных условий организации процесса, проведения различных аналитических работ и моделирования новых и совершенствуемых процессов; получения данных для оценки процесса и составления регламента для проектирования промышленных мембранных установок; для выработки небольших партий основных и побочных продуктов исследуемых процессов.
МН1 КШ8 Д КШ1 МН2 КШ5
Л
КШ2
X-
„ КШ10
нх
КШ9
. КШ4
-CXI
КШ3
KPM 50 SPERONI
* Могут выпускаться длиной 580, 850, 1000, 1020, 1178 мм.
** МФ — микрофильтрация; УФ — ультрафильтрация.
Рис. 1. Работа установки в режиме концентрирования:
КШ1...КШ10 — кран шаровой; МН1...МН2 — манометр
Carter & Starter KIT 60 TAMI Deutschland
КШб ^
т\
МН1 КШ8 АКШ1 Д
Концентрат
KPM 50 SPERONI
Рис. 2. Работа установки в режиме разделения :
КШ1...КШ10 — кран шаровой; МН1...МН2 — манометр
КШ7 IX-
Г "
КШб
Carter & Starter KIT 60
TAMI Deutschland
МН1 КШ8
МН2 КШ5
КШ2
-сх-
КШ1 А КШ10
ЧХ-,
КШ9
Г
, КШ4
КШ3
т
KPM 50 SPERONI
Рис. 3. Работа установки в режиме обратной промывки:
КШ1...КШ10 — кран шаровой; МН1...МН2 — манометр
Данные установки, созданные на кафедре технологии бродильных производств и виноделия Воронежского государственного университета инженерных технологий, чрезвычайно разнообразны, поскольку различны задачи, для решения которых они предназначены.
В основе рассматриваемых установок находятся керамические мембраны INSIDE CeRAM™ фирмы TAMI Deutschland GmbH, которые по сравнению с полимерными имеют значительные преимущества:
• стойкость к избыточному давлению (свыше 100 бар);
• использование инертного материала;
• высокая механическая прочность, в том числе к воздействию абразивных частиц и бактерий;
• работа при более высоких температурах;
• гарантируемая с высокой достоверностью производительность;
• возможность использования моющих средств с величиной рН от 0 до 14, за исключением некоторых кислот [3].
Основные рабочие характеристики керамических мембран INSIDE CeRAM™ фирмы TAMI Deutschland GmbH приведены в таблице.
Пилотная установка с одним мембранным модулем (рис. 1-3) — это лабораторная установка, предназначенная для испытаний применимости тангенциальной микро- и ультрафильтрации в широком диапазоне рабочих условий. Установку можно использовать для оценки керамических мембран разных типов при различных рабочих параметрах (трансмембранное давление, скорость, температура фильтрации, обратная пульсация), изучения режимов мойки и дезинфекции, а также выявления закономерностей образования концентрационной поляризации на мембранной поверхности.
Установка позволяет организовать исследования процессов концентрирования или разделения биологических жидкостей в зависимости от требований решаемой технологической задачи.
В связи с ежегодным ухудшением окружающей среды качество воды, используемой для технологических целей, — одна из проблем отраслей спиртовой промышленности.
3 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ
29
Поэтому одним из направлений исследовательской работы стало изучение процессов сбраживания зернового сусла спиртового производства с использованием воды, обработанной методами дистилляции, ионного обмена, ультрафильтрации и замораживанием с последующей дефростацией.
Лабораторную установку применяли для ультрафильтрации водопроводной воды перед ее последующим замораживанием. Использовали керамическую ультрафильтрационную мембрану длиной 1178 мм, разрешающей способностью 150 кДа, количеством каналов, равным семи.
В качестве критериев оценки интенсивности сбраживания модельных растворов различных сахаров на водопроводной, дистиллированной, умягченной и талой водах использовали интенсивность выделения диоксида углерода и динамику накопления спирта.
Опытное сбраживание в лабораторных условиях проводили на модельных растворах глюкозы, фруктозы и сахарозы.
При сбраживании модельных растворов глюкозы к 72 ч брожения объемная доля спирта составила для водопроводной воды 6,4%, для дистиллированной 4,9, для умягченной 6,3 и для талой 7,0%.
Из результатов исследования видно (рис. 4 и 5), что при сбраживании модельных растворов, приготовлен-
ных на талой воде, максимальное накопление спирта достигалось быстрее, чем при сбраживании растворов, приготовленных на других видах воды.
Поскольку водопроводная вода, используемая в настоящее время многими производствами, состоит из разнородных молекул, значительная часть которых не участвует в обмене веществ из-за несоответствия размеру мембран клеток, то это и приводит к замедлению химических реакций, происходящих при сбраживании. В талой воде размер молекул изменен и они полностью подходят размеру мембран клеток, что позволяет ей легче вступать в реакции с различными веществами и дрожжам, не требуется затрачивать дополнительную энергию на переориентацию молекул. Это связано с тем, что ставшие однородными молекулы не мешают друг другу, а движутся в резонансе, «работают» в одной и той же частоте, вырабатывая в результате большее, чем при хаотическом движении, количество энергии.
Таким образом, талая вода оказывает лучшее влияние на процессы сбраживания дрожжевых субстратов по сравнению с водопроводной водой.
Пилотная установка с двумя мембранными модулями (рис. 6) — лабораторная установка, предназначенная для тангенциальной микро-и ультрафильтрации биологических
жидкостей как при последовательном, так и при параллельном подключении мембран с различным размером пор.
В спиртовом производстве использование зерновой барды в жидком состоянии крайне ограничено, и поэтому согласно Федеральному закону № 102-ФЗ от 21.07.2005 г. данный продукт должен быть полностью переработан и (или) утилизирован на очистных сооружениях.
Одно из направлений исследований в этой области — изучение применимости процесса ультрафильтрации фугата послеспиртовой барды в технологии ее комплексной переработки.
Исходную послеспиртовую барду освобождали от грубых твердых частиц на декантере, затем обрабатывали на разделительной центрифуге с получением промежуточного продукта, который и подвергали последовательной ультрафильтрации на керамических мембранах с разделительной способностью от 100 до 150 кД.
В результате предварительных исследований тангенциальной ультрафильтрации фугата барды получен пермеат, в котором наблюдалось снижение следующих показателей: БПК — в два, ХПК — в девять, белка — в шесть раз.
Однако предстоит еще выяснить ряд вопросов, касающихся эксплуатационного ресурса керамических
S
S
8т
6-
43-
1-
~г 50
~г 60
н 70
Талая
Продолжительность брожения, ч Умягченная Водопроводная Дистиллированная
Рис. 4. Накопление спирта при сбраживании модельных растворов глюкозы на воде, обработанной различными методами
I i
20 40 60 80 100
Продолжительность брожения, ч
120
• Талая « Умягченная Водопроводная Дистиллированная
Рис. 5. Выделение диоксида углерода при сбраживании модельных растворов сахарозы на воде, обработанной различными методами
0
0
0
КШ13 (Отбор пробы)
Carter & Starter KIT 60
TAMI Deutschland
КШ2
КШ15
СХЗ
МН4
КШ18
Л
КШ19
Рис. 6. Пилотная установка с двумя мембранными модулями:
КШ1...КШ19 — кран шаровой; МН1...МН4 — манометр; Р1...Р2 — расходомер
мембран в этом процессе. Также применительно к промышленным условиям необходимо провести расчеты количества промывных вод, образующихся при мойке и дезинфекции мембранных модулей, определить расход моющих и дезинфицирующих средств, число регенераций в сутки и продолжительность работы установки между ними.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мембранная технология в промышлен-ности/М. Т. Брык [и др.]. — К.: Тэхника, 1990. — 247 с.
2. Мулдер, М. Введение в мембранную техноло-гию/М. Мулдер; пер. с англ. — М.: Мир, 1999.
3. Основные направления мембранных технологий при переработке молочной продукции/А. Н. Пономарев [и др.]. — Воронеж: Изд-во «Истоки», 2011. — 356 с.
Компания «Очаково» стала участником Всероссийского съезда специалистов здравоохранения
Компания Ü4J- AííAf^lfiA kobo» приняла уча- " алЯЕЩрЯпг
стие в XI Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей, проходившем в Москве с 29 по 30 марта. Напитки «Очаково» были представлены на тематической выставке, организованной в рамках съезда. На съезде выступил главный санитарный врач Геннадий Онищенко, в беседах с которым специалисты «Очаково» обсудили актуальные проблемы здравоохранения, а также проблемы пивоваренной отрасли РФ: обострившаяся борьба чиновников с пивоварением в угоду производителям крепкого алкоголя.
В съезде приняли участие крупнейшие специалисты стран бывшего Союза, среди которых главные врачи стран содружества. Основной целью съезда стало подведение итогов государственной деятельности в области гигиены и здравоохранения за последние пять лет, а также перспективы развития этих направлений. Второй день съезда открыло выступление главного санитарного врача Российской Федерации Геннадия Онищенко.
По окончании выступления состоялась пресс-конференция для журналистов, на которой главный врач еще раз подчеркнул свою тоталитарную позицию в отношении производителей пива, назвав их огромной, циничной, хамской мафией. В то же время Геннадий Онищенко уверил собравшихся, что уже к концу года правительство примет закон, который позволит вернуть пиво на стадионы, в связи с чем выразил свое сожаление. На вопрос, заданный представителем компании «Очаково», — будут ли предприняты жесткие меры по отношению к производителям крепкого алкоголя или продолжится давление только на пивоваренную отрасль, Онищенко не дал прямого ответа, хотя и заметил, что все-таки основной вред населению России наносит крепкий алкоголь. Он обещал и впредь поддерживать всяческие инициативы регионов по запрету продажи алкоголя, а также призвал вводить массовые категорические запреты для курильщиков, вплоть до увольнения с рабочих мест.
В рамках проходившей на съезде выставки «Современные решения в обеспечении санитарного благополучия: исследования, разработки, технологии» компания «Очаково» представила лимонады на основе натуральных сиропов и квасы, приготовленные по традиционной технологии двойного брожения, оказывающие оздоровительное действие на организм человека. Впервые отдельно гостям выставки был представлен музей «Очаково».
3 • 2012 ПИВО и НАПИТКИ
