CC BY
18
628.3:66.067.38
ОБРАТНООСМОТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УЛЬТРАФИЛЬТРАТОВ ПЕРВЫХ СМЫВНЫХ ВОД
к. к. ПОЛЯНСКИЙ, Н. С. РОДИОНОВА Воронежский технологический институт
Ультрафильтрационная очистка позволяет практически полностью извлечь жир и белок из смывных вод предприятий молочной промышленности, образуемых при ополаскивании оборудования.
Однако существенная концентрация лактозы, присутствие протеинов и липидов обусловливают высокие значения химического потребления кислорода ультрафильтрата ХПК. Это делает невозможным непосредственный сброс ультрафильтрата в окружающую среду или использование его в замкнутом водообо-роте. Следовательно, для достижения приемлемого уровня ХПК и создания системы замкнутого водо-оборота необходимы дополнительные мероприятия по доочистке ультрафильтратов смывных вод с технологического оборудования.
Мы исследовали обратноосмотическую обработку ультрафильтратов, а также основные технологические режимы процесса.
Ультрафильтрат — раствор, прошедший через полупроницаемую мембрану, представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, состав и некоторые физико-химические свойства которой в зависимости от массовой доли жира в концентрате приведены в табл. 1.
Таблица 1
Массовая доля жира в кон цент-рате, % Массовая доля ХПК, мг/кг Плот- ность, кг/нл pH Кис- лот- ность, о
жира, «г % белка, % лак- тозы, %
3,5 2,3 0,060 0,500 840 1000 6,40 3,0
6,0 3,5 0,062 0,500 1320 1000 6,40 3,0
10,0 4,8 0,065 0,450 1444 1000 6,40 3,0
20,0 5,5 0,068 0,430 1400 1000 6,40 3,0
35,0 6,0 0,070 0,430 1350 1000 6,40 2,5
40,0 7,1 0,071 0,400 1200 1000 6,40 2,0
55,0 8,0 0,073 0,300 1200 1000 6,40 2,0
65,0 9,0 0,075 0,300 1380 1000 6,40 2,0
Как видно из таблицы, фильтрат незначительно изменяет свои свойства при концентрировании. Находящиеся в фильтрате липиды, вероятно, представлены растворимыми в воде жирными кислотами с короткой углеводородной цепью, белки — низкомолекулярными растворимыми пептидами, способными проникнуть через полупроницаемую мембрану. Малая величина концентраций липидов и протеинов свидетельствует о высокой эффективности ультрафильтрации как метода очистки от трудно-окисляемых веществ. Степень снижения ХПК составляет 90—95%. В то же время следует отметить, что ХПК фильтрата имеет высокие значения. Вероятно, это связано с тем, что основным компонентом раствора является лактоза, концентрация которой колеблется в пределах 0,3—0,5%.
Минеральный состав фильтрата (табл. 2) в основном сформирован тремя источниками: 1 — минеральными компонентами воды для ополаскивания;
2 — минеральными элементами, находящимися в ос-
татках молочного сырья; 3 — ионами, десорбированными с металлической поверхности оборудования во время ополаскивания. Относительный рост массовой доли минеральных элементов в фильтрате обусловлен увеличением концентрации.
Исследования проводили по методике [1] на установке обратного осмоса с рулонным фильтрующим элементом.
Таблица 2
Массовая доля жира в концентрате, % Массовая доля
Си Ре | Мп | 2п мкг % Ыа К мг % Са
3,2 9,30 50 141 79 0,80 0,84 1,29
6,0 10,0 52 130 95 0,68 0,49 1,17
8,0 10,1 38 126 88 1,12 0,44 1,16
13,0 10,0 48 150 78 1,18 0,83 1,24
19,0 10,9 52 113 73 1,37 0,78 1,42
36,0 11,5 40 112 77 1,41 0,51 1,52
52,0 11,7 48 103 74 1,32 1,28 1,73
61,0 12,0 56 113 75 1,48 1,11 1,74
76,0 14,0 62 108 87 1,54 1,33 1,80
Концентрат обратного осмоса направлялся в ем
кость исходного раствора и вновь подвергался обратноосмотической обработке. Таким образом, осуществлялась очистка ультрафильтрата от лактоз-но-солевых компонентов с одновременным их концентрированием.
Изменение ХПК разделяемого раствора (кривая 3) и фильтрата (кривая /), а также проницаемости О (кривая 2) и селективности ср (кривая 4) обратноосмотической мембраны в зависимости от концентрации лактозы Л показано на рис. 1.
Концентрирование обратным осмосом проводили до достижения массовой доли лактозы 4—5%, что позволяет осуществлять дальнейшую переработку
по известным технологиям. Селективность обратно-осмотической мембраны по ХПК составила 99— 99,5%. Однако высокие значения ХПК концентрируемого раствора при данном уровне селективности определяют и высокие значения ХПК фильтрата — от 100 до 250 мг О г/л. Это показывает необходимость продолжения обратноосмотической обработки фильтрата. Фильтрат, прошедший сквозь полупроницаемую мембрану, направляли на следующее разделение, не допуская его смешивания с концентратом.
На рис. 2 показан характер изменения селективности (кривая 2), проницаемости мембраны (кривая 3) и снижение ХПК фильтрата (кривая 1) в зависимости от кратности пропускания п его через полупроницаемую мембрану [Р = 4,5 МПа, /=40° С). Как видно из рис. 2, наиболее значительное снижение ХПК наблюдается при 1—2-кратном прохождении фильтрата через мембрану. При дальнейшей обработке степень снижения ХПК изменяется меньше. Кроме того, заметно некоторое снижение селективности. Вероятно, это объясняется тем, что с извлечением крупномолекулярных компонентов при первом и втором пропускании фильтрата через высокоселективную по данным веществам мембрану, в разделяемом растворе увеличивается относительное содержание низкомолекулярных ионов, селективность по которым ниже. Снижение концентрации солей в растворе в процессе его фильтрации сопровождается понижением осмотического давления раствора Р, увеличением движущей силы и скорости процесса. После 7—8-кратной фильтрации уровень ХПК снижается до 2—6 мг/кг, что значительно ниже допустимого значения ХПК питьевой воды (15 мг/кг). Результаты оценки качества очистки ультрафильтрата обратным осмосом позволяют сделать вывод о ее высокой эффективности. Очищенный обратным осмосом ультрафильтрат смывных вод может быть направлен в производственный цикл в качестве технологической воды, образуя замкнутый водооборот на предприятии.
Наиболее важными показателями эффективности работы установки обратного осмоса являются производительность, скорость и качество очистки. Производительность определяется проницаемостью мембраны, а качество очистки — ее селективностью. СиешивносИьЛэбратнооемотической мембраны имеет выЯакие значения — 95—99,5% по химически окисляемую веществам, что свидетельствует о высоком качестве очистки фильтрата.
Рис. 3 иллюстрирует характер изменения удельной проншДемости й при увеличении рабочего давления процесса Р.
Рис. 3. Значения /, ° С и ХПК, мг Оч/л соответственно: / — 30 и 1000; 2 — 40 и 1000
При увеличении Р от 1 до 5 МПа при ^ 40° С уде. пая проницаемость й возрастает от 9 -10 1 27 -10—3 м3/ж2 ч. Под действием Р мембрана проя ляет вязкоэластичные свойства [2]. Установле] что рациональным следует принять рабочее давлет
3,5—4 МПа, так как дальнейшее увеличение его I вышает энергоемкость процесса без существеннс увеличения его производительности.
Рис. 4. Значения Р, МПа и ХПК, мг Ое/л соответственно: 1, 5 — 4 и 1500; 2 — 4 и 800; 3 — 4 и 150; 4 — 2 и 1500
На рис. 4 изображены кривые изменения прон цаемости мембран О от температуры ( при раздел нии ультрафильтратов смывных вод. Анализ данн] о влиянии / на процесс показывает, что с повышени' / в исследуемом материале от 20 до 50° С проницг мость увеличивается пропорционально снижен! вязкости жидкости. В результате исследований р бочей t процесса целесообразно принять 30—40° При данной температуре обрабатываемый раств имеет пониженную вязкость, а материал мембра! не претерпевает нежелательных изменений. Кро того, поддержание указанной ^ не требует сг^циа.г ного подогрева или охлаждения ультрафильтрате так как ультрафильтрация осуществляется п 40—4» С.
Анализ кривых на рис. 3, 4 и кривых изменения проницаемости на рис. 1, 2 показывает, что с уменьшением концентрации химически окисляемых веществ в растворе удельная проницаемость увеличивается. Следует отметить, что при увеличении концентрации лактозно-солевой фракции изменение проницаемости имеет практически постоянный градиент убывания в отличие от кривых изменения проницаемости ультрафильтрационных мембран при концентрировании белково-жировой фракции [3, 4]. Это отличие обусловлено отсутствием процесса формирования белково-липидной динамической мембраны, который имеет место при ультрафильтрацион-ном выделении белково-жировой фракции. В данном случае снижение проницаемости происходит в результате увеличения осмотического давления концентрируемого раствора и уменьшения движущей силы процесса.
Полученные результаты дают основание считать, что двухстадийная мембранная технология очистки смывных вод с обратноосмотической обработкой их ультрафильтратов на отечественных установках рулонного типа при температуре 30—40° С, давлении
3,5—4,0 МПа позволяет использовать смывные воды в системе замкнутого водооборота.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полянский К. К., Шаяхметов А. Ш., Родионова Н. С. Мембранная технология в переработке смывных вод//Молочная и мясная пром-сть.— 1988.— № 2.— С. 33.
2. Родионова Н. С., Полянский К. К., Шаяхметов А. Ш. Концентрирование и разделение растворов обезжиренного молока обратным осмосом// Известия вузов, Пищевая технология.— 1988.— № 6.— С. 56.
3. Чагаровский А. П. и др. Ультрафильтрационная обработка молочного сырья и тенденции дальнейшей его переработки.— М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1986.— 57 с.
4. Ж е м к о в В. П., Ч е р к а с о в А. Н., И в а н о в Н. Б., С а мо хин а Г. Д. Переходный режим концентрированной поляризации в ультра- и микрофильтрации// IV Всесоюз. конф. по мембранным методам разделения: Тез. докл.— М.: 1987.— Ч. 2.— С. 62.
Кафедра технологии молока
и молочных продуктов Поступила 13.11.89
665.3.094.173.022.237
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА НА ПАЛЛАДИЕВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Н. В. КОМАРОВ, В. М. ФРОЛОВ, Р. И. ТЕР-МИНАСЯН, О. П. ПАРЕНАГО, В. X. ПАРОНЯН,
А. В. НОВИКОВА
Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева АН СССР Всесоюзный заочный институт пищевой промышленности
Настоящая работа посвящена исследованию процесса гидрирования подсолнечного масла на мелкодисперсных палладиевых катализаторах, разработанных совместно ИНХС АН СССР и ВЗИПП,
Гидрирование подсолнечного масла с целью получения саломасов пищевого назначения проводили в реакторе объемом 2 дм3, снабженном турбинной мешалкой, электрообогревом, кранами для отбора проб и слива продукта, патрубком для загрузки сырья и катализатора, барботером водорода и термометром. Температура процесса гидрирования 160-^190° С, постоянный расход водорода
3 л/мин, давление атмосферное. Загрузка масла во всех опытах составляла 1 кг, частота вращения турбины мешалки — 700 мин~{.
Для гидрирования использовали рафинированное подсолнечное масло со следующими характеристиками: кислотное число К. '/. = 0,4 мг КОН/г; йодное число Й. ч.= 140,5 г Ь/100 г; показатель преломления при 60° С п60= 1,4610; жирно-кислотный состав: Сіб:0= 6,6%; С18;0=4,5%; С (8;, = 15,4%; С18:2=
= 73,5%.
Для изучения кинетики процесса через определенные промежутки времени отбирали пробы продукта. Контроль за ходом процесса гидрирования осуществляли по изменению показателя преломления продукта. Отобранные пробы анализировали на жирно-кислотный состав и содержание трансизомеров ненасыщенных кислот. Метиловые эфиры жирных кислот получали по ускоренной методике [1], жир-но-кислотный состав определяли методом газожид-
костнои хроматографии, содержание трансизомеров— методом ИК-спектроскопии [1].
Катализатор получали иммобилизацией палладия на поверхности высокопрочного минерального носителя с малой удельной поверхностью. Содержание палладия в катализаторе — 0,1 масс. %, во всех опытах содержание катализатора в масле было 0,001 масс. % в пересчете на палладий.
Скорость гидрирования триацилглицеридов лино-левой кислоты остается постоянной до остаточного содержания 10-Ь 15% линолевой кислоты в масле
Рис. 1. Изменение жирно-кислотного состава в процессе гидрирования подсолнечного масла на палладиевом катализаторе: 1 — стеариновая кислота; 2 — олеиновая
кислота; 3 — линолевая кислота
