CC BY
25
12. Р u s с h W. Measurements techniques of transport through membranes//Desalination. —1986.—59.— P. 105.
-13. Г e p а с и м о в Я. И. Курс физической химии.— М.: Химия, 1970.— С. 592.
14. Нахмедов Ф. Г. Технология кофепродуктов.— М.: Лег. пром-сть, 1984.— С. 184.
15. Ересько Г. А., Ильяшенко Т. И., Буртовая 3. Н., Цапюк Е. А. Обоснование усло-
вий измерения осмотического давления сгущенных молочных продуктов сложного состава//Молочная пром-сть.— 1987.— № 5.— С. 12.
16. А. с. 1464071 СССР. Способ регулирования хранимо-способности сгущенных молочных продуктов сложного состава/Г. А. Ересько, Т. И. Ильяшенко, 3. Н. Буртовая. Е. А. Цапюк.— Опубл. в БИ.— 1989.— № 9.
Отдел физической химии мембран Кафедра пищевых добавок
Отдел технологии
цельномолочных продуктов Поступила 17.02.89
637.1.004.8
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННОГО КОНЦЕНТРАТА СМЫВНЫХ ВОД МОЛОКОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
к. К. ПОЛЯНСКИЙ, Н. С. РОДИОНОВА Воронежский технологический институт
Перспективность применения мембранных методов для обработки разбавленных молочных растворов обусловливает необходимость разработки соответствующего аппаратурного и технологического оформления. Для осуществления инженерных расчетов необходимы исходные данные, характеризующие физические и технологические свойства обрабатываемых систем.
Сложный химический состав разделяемого раствора и специфические свойства белково-жировых эмульсий, представляющих собой коллоидную систему, затрудняют теоретическую оценку их физических свойств в процессах мембранного разделения.
В связи с этим получены экспериментальные данные о закономерностях изменения плотности и вязкости в рабочем диапазоне концентраций и температур мембранного концентрирования.
Плотность растворов с концентрацией жира 2—50% определяли денсиметрическим методом при ( 10—50° С. Влияние массовой доли жира Сж на плотность в сторону ее уменьшения обусловлено плотностью жира, величина которой составляет 931 кг/смъ [1], что меньше плотности растворителя. Влияние / на р обусловлено удельным расширением молочного жира, которое прямо пропорционально зависит от < [2].
В результате обработки экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость
р =1001,8 —4,95• 10-1 Сж—2,26-10-1/—6,68-10_3
(1)
Вязкость разделяемого мембранными методами раствора играет важную роль при массопереносе через полупроницаемую мембрану. Кинематическая вязкость в совокупности со скоростью течения и высотой межмембранного канала определяет гидродинамический режим в аппарате, который характеризуется критерием Рейнольдса. Как известно, создание развитого турбулентного режима движения в аппарате способствует снижению концентрационной поляризации, отрицательно сказывается на процессе гелеобразования на мембране, что приводит к увеличению проницаемости и селективности мембраны. Это особенно важно для ультрафильтрации, так как при осуществлении этого процесса наблюдаются большие конвективные потоки по направлению к мембране и требуются более жесткие
условия для снижения концентрационной поляризации, чем при обратном осмосе. При неизменности высоты межмембранного канала и скорости течения потока разделяемого раствора в нем снижение вязкости является основным средством влияния на гидродинамический режим, концентрационную поляризацию и условия массопереноса в аппарате.
Вязкость разделяемой эмульсии с концентрацией жира 3—60% определяли на реовискометре Геппле-ра при 30—50° С. Концентрат, представляющий собой водный раствор сливок, является дисперсной системой, которая при сцеплении частиц образует пространственный каркас, обусловливающий резкое повышение вязкости. При осуществлении мембран-
Рис. 1. Значения t, °С: 1—30, 2—40, 3—50
Лас
20
Рис. 2. Значения кривых по рис. 1
ного разделения структура разделяемой системы находится в разрушенном состоянии, и работа внешней силы затрачивается на преодоление вязкости разрушенной структуры, близкой к ньютоновской. Зависимость динамической вязкости ц от концентрации жира Сж и температуры t показана на рис. 1 и 2. Жир существенно влияет на вязкость системы, Исследованный диапазон / охватывает интервал температуры плавления жира. С увеличением жирности раствора изменение вязкости, вызванное влиянием температуры, возрастает, что подтверждается кривыми рис. 2.
- По данным [3, 4], течение сливок с содержанием жира до 30% приближенно подчиняется закону Ньютона. Сливки жирностью 30—60% представляют собой структурную жидкость, а с жирностью 60% и выше переходят в категорию твердообразных тел, однако с повышением температуры режим течения твердообразного тела может смениться режимом структурированной и ньютоновской жидкости. При массовой доле жира 60—62% наблюдается особенно резкое увеличение вязкости, так как при этой кон-
центрации жировые шарики приходят в сопрк косновение с сольватными слоями.
В результате обработки экспериментальных дан ных получена эмпирическая зависимость динами ческого коэффициента вязкости разрушенной струн туры от температуры и концентрации жира
(х=ехр (1,02- 10"3С^ +8,4- Ю“4Су +3,7- Ю“3СЖ-—4- 10“^ — 1,ЗС2/-5,7). (5
Ж ' '
Широкий диапазон изменения вязкости концентра тов обусловливает изменение гидродинамическог режима в мембранном канале. Анализ изменени числа Ие в процессе ультрафильтрационного ко! центрирования жиробелковой фракции смывных во с Сж 3—60% на установке плоскорамного тип при постоянной скорости потока в различных изс термических условиях показывает, что турбулет ный режим течения сохраняется при повышении t с 40 до 55° С.
Зная зависимость вязкости раствора от темш ратуры и концентрации и размер молекул раствс ренного вещества, можно определить значение коэ<} фициента диффузии при данных условиях по и: вестной формуле:
блгА/ц,'
где N — число Авогадро;
R — универсальная газовая постоянная; г — радиус диффундирующих частиц; jj, — вязкость среды [5].
Относительно крупные размеры молекул белк и жировых шариков обусловливают их низкую ди({ фузионную подвижность. Увеличение вязкост среды в процессе концентрирования препятствуе диффузионному переносу вещества в гранично слое.
Полученные результаты могут быть использ( ваны для инженерных расчетов мембранных аппг ратов, а также оценки процесса массоотдачи.
ВЫВОД
В процессе ультрафильтрационного концентр* рования водно-сливочной эмульсии значительн изменяются ее физико-химические и структурнс механические характеристики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тепел А. Химия и физика молока.— М.: Пии пром-сть.— 1979.— 623 с.
2. Гуляев-Зайцев С. С. Физико-химические основ производства масла из высокожирных сливок.— М Пищ. пром-сть.— 1974.— 132 с.
3. Андрианов Ю. П., Т в е р д о х л е б Г. В. Tei лофизические показатели сливок различной жирности/ Известия вузов, Пищевая технология.— 1967.— № в.-c. 25.
4. S h о е г е п Т., Daman А., К I о к N. The visci sity of skim-milk concentrates//Netherland Milk an Dairy.— 1982,— N 36,— P. 305—306.
5. Дытнерский Ю. И. Баромембранные npouecci
Теория и расчет.— М.: Химия, 1986.— 272 с.
Кафедра технологии молока и молочных продуктов
Поступила 30.10.fi
