Влияние рабочего давления и концентрации модельных растворов амилосубтилина ГЗх на селективность и проницаемость полиамидных мембран Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

№1,2000

Таблица 2

К

,1

,1

,3

,4

,7

,3

,2

,2

,9

>,5

1,8

',6

, Алексеев

[авкие спла-

, Марцин-

ристем жир-Ья. - 1998.

f.A. Расчет (ых жирных - 1996, —

.322.067.1

:арактери-/дем пола-минарная

водили на на верти-ротор со іствора от щит мгно-

зсти коли-загрузки [ия ротора рифугиро-I яблочной

ичные на-зуя их за 750, 1500 і раствора,

отделившегося в единицу времени. Результаты трех опытов представлены в таблице.

Таблица

1 2

h, мм

п,

об/мин

Зависимость выхода сока, мл, от времени центрифугирования, с

1 2 3

20 40 60 20 40 60 20 40 60

18 18,7 19,4 18,3 21,3 22,7 30,8 34,5 37,3

18 19,1 19,2 25,5 29,1 29,7 31,5 37,1 39,5

20 21,1 22,2 26,5 29,2 31,5 43,5 48,5 51,5

25 750

50 1500

75 3000

Количество раствора, отделившегося от слоя мезги, определяется зависимостью

в = к^п/тиг, (2)

б — масса вращающегося стакана с яблочной мезгой, кг;

К, — коэффициент фильтрации; к — средний радиус вращения, к =

= 0,130 м; я — частота вращения, 1 /с;

Н — высота слоя продукта, м;

Т7 — площадь сечения стакана =

где

= 1,59-10 )

м

По результатам экспериментов построена зависимость и = G(n) при различном времени центрифугирования (/ — 20, 2 — 40, 3 — 60 с). Как видно из рисунка, получена линейная графическая зависимость, поэтому справедливо выражение

G = КфАп, (3)

где А — опытный коэффициент, кг/м.

А = G.R/mhF. (4)

Тогда справедливо выражение

= (5)

где а —угол наклона прямой, град.

п,

об /мин

2250

1500

750

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 в, мл/с

В результате расчетов получены следующие значения ЛГф яблочной мезги для разного времени центрифугирования, с:

20

40

60

20,62

54,60

90,16

Таким образом, скорость выхода сока возрастает прямо пропорционально увеличению частоты вращения и времени центрифугирования. Соответственно с течением времени увеличивается коэффициент фильтрации, значение которого важно учитывать при расчетах процессов разделения яблочной мезги.

ЛИТЕРАТУРА

Белобородов В.В., Корганашвили Л.Д.

Б.А. // Журн. прикл. химии.

Вороненко

1979. — 52. — № 10.

С. 2233.

Белобородов В.В., Корганашвили Л.Д. Определение коэффициента фильтрации подсолнечного шрота / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1981. — № 2. — С. 97-99.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 17.03.99 г.

, 66.067.38.62-278

ВЛИЯНИЕ РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ АМИЛ ОСУ Б ТИЛИНА ГЗх НА СЕЛЕКТИВНОСТЬ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОЛИАМИДНЫХ МЕМБРАН

тем самым обеспечить более качественное осаха-ривание.

На модельных растворах ферментов нами исследована проницаемость и селективность мембран УПМ-200, УПМ-100 и УПМ-50М, дана их сравнительная оценка. Выбор этих мембран обусловлен тем, что мембраны на основе ароматических полиамидов обладают высокой стойкостью к воздействию pH и температуры.

Для исследования характеристик мембран использовали ультрафильтрационную установку, состоящую из емкости, оснащенной мешалкой, центробежного насоса, плоскокамерного модуля с площадью поверхности мембраны 0,042 м" и термоста-

С.В. ВОСТРИКОВ, С.Ю. БОЛДЫРЕВ

Воронежская государственная технологическая академия

Одним из мероприятий, позволяющим значительно снизить себестоимость спирта, является более рациональное использование дорогостоящих ферментов.

На большинстве отечественных спиртзаводов осахаривание разваренной массы осуществляется ферментными препаратами амилосубтилин и глю-каваморин. Применение процесса ультрафильтрации на стадии осахаривания позволяет увеличить время и эффективность использования ферментов,

та. В качестве модельных использовали растворы ферментного препарата амилосубтилин ГЗх с массовой долей сухих веществ 0,1; 0,4 и 0,7%. В емкость установки поочередно заливали модельные растворы, включали циркуляционный контур и, изменяя давление на выходе из мембранного модуля, изучали проницаемость и селективность мембран. В процессе эксперимента определяли амилолитическую активность фермента в емкости и пермеате. Опыты проводили при условиях оса-харивания, принятых в производстве этилового спирта; температура 55°С, pH среды 5,0-5,5.

На основании полученных данных было установлено, что с увеличением начальной концентрации фермента в разделяемом растворе и давления от 0,1 до 0,3 МПа селективность мембран возрастает, но в разных диапазонах. У мембран УПМ-200, УПМ-100 и УПМ-50М селективность изменяется соответственно от 32 до 57, от 63 до 87 и от 78 до 95%. Различия в селективности мембран можно объяснить тем, что они имеют различные диаметры пор. Мембрана УПМ-50М характеризуется самым маленьким диаметром пор (не более 0,005 мкм), что позволяет ей практически полностью задерживать амилазу и глюкоамилазу. Изменение селективности с увеличением давления от 0,1 до 0,3 МПа связано с тем, что при воздействии высоких давлений происходит уплотнение мембраны. Дальнейшее увеличение давления незначительно влияет на селективность, что объясняется достижением постоянной концентрации растворенного вещества на поверхности мембраны, не зависящей от давления.

Графики изменения селективности мембран УПМ-200, УПМ-100 и УПМ-50М во времени, представленные соответственно на рис. 1, 2 и 3 (массовая доля фермента, %; А — 0,1 — 0,4; □ —

0,7), показывают, что с увеличением продолжительности работы мембран их селективность возрастает. Так, в первые 5 ч идет заметное увеличение селективности мембраны УПМ-200 (рис. 1). В дальнейшем вид кривой приобретает более пологий характер. При массовой доле фермента в растворе 0,1% селективность мембраны по ферменту возрастает от 32 до 58%. При дальнейшем увеличении концентрации разделяемого раствора селективность возрастает. Для раствора с массовой долей фермента 0,4% она изменяется в пределах от 35 до о 1,5%, а для растворов с концентрацией 0,7% — от 39 до 64%. Соотношение селективности с увеличением концентраций ферментов изменяется не прямо пропорционально. Так, соотношение селективности для растворов с концентрацией 0,4-0,7% изменяется от 1:1,11 до 1:1,04, а для растворов с концентрацией 0,1-0,4% — от 1:1,09 до Ы,06. Графики изменения селективности для мембраны УПМ-100 — схожей конфигурации (рис. 2). Однако показатели селективности имеют другие значения. Для растворов с массовой долей фермента 0,1; 0,4 и 0,7% селективность изменялась соответственно от 62,5 до 81; от 65 до 85 и от 74,7 до 89%. У мембраны УПМ-Ю0 селективность в среднем увеличивается на 18%.

В период возрастания селективности происходит образование на поверхности мембраны пограничного слоя, состоящего из высокомолекулярных веществ. У мембраны УПМ-50М (рис. 3) селективность во времени изменяется в более узких пределах и на 7-й ч разность в показаниях селективно-

Вроа, ч

Рис. 1

Время, ч

Рис. 2

100

і

с

!

и

75 I-- ---1--------1--------»-------------- —і--------1

Г 2 3 4 5 6 7

-) Время, ч

Рис. 3

сти для растворов с концентрацией 0,1 и 0,7% составляет 5,2%.

Исследование влияния рабочего давления (х — 0,1;о — 0,15; А — 0,2;<>— 0,25;□— 0,3 МПа) и времени эксплуатации на проницаемость мембран УПМ-200, УПМ-100, УПМ-50М (рис. 4, 5, 6) показало, что для мембраны УПМ-200 с увеличением давления от 0,1 до 0,3 МПа проницаемость возрастает от 30 до 52,5 л/(м2-ч). С увеличением продолжительности работы мембраны проницаемость в первые 5 ч снижается, после чего практически не изменяется и остается на постоянном уровне.

1

■

(у-

г Ь і

!«

і

]

<

1

■

Ни 7-к т

аептілп

ЙТЙ 1 Ч

и.] ад

НибДІСЕ. (топ^ 0

Я.ЧС ЦТ I

.упМ щ

мСс/к о я/ (м:,ч!

Уй’нСі|і£іІ

резу.'Ь”.;

/

Е Д. УМ]

ІЗ гро н ПИ якосн фикты. I

Ц]]Х'ШІЄ

редачл

Из-!*:"’*

ИЗМЕНЯЙ

СОСгОніЦ гйрелхс і

К4ПС.ІЬ і

І

■у

* К. >

Й

’іХ

І

Ы

V

I

, V 1,2000

У 0 0:7%

(е.1яя{х — 0.!: МПа) к

• тэ

. 1 г]) ии=-:я-мЙгч^^ёи |10-.'УЬ -1иУ|^-1енисм мр(1-|.-1К1[аеногг1| 1[.^ц-пческ^. ион у^г^йв-:

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1, 2000

1 2 3 4 5 6 7

... ■,■■*• 1 • Вряи, ч . . , _. . , .. .

рис. 5

На 7-й ч работы мембраны достигается постоянная величина проницаемости. При давлении 0,3 МПа эта величина составляет 28 л/(м -ч), при давлении

0,1 МПа — 12,3 л/(м2-ч). Похожая зависимость наблюдается у мембран УПМ-100 и УПМ-50М (рис. 5 и 6). Однако величины проницаемости имеют различные значения. Так, у мембраны УПМ-100 в 1-й ч работы проницаемость в зависимости от давления изменяется от 22,5 до 39 7 л/(м2-ч), у мембраны УПМ-50М — от 11,3 до 19,8 л/(м2-ч). Снижение проницаемости у всех трех мембран в первые 5 ч объясняется тем, что в результате воздействия высокого давления на по-

61

О *■

1 2 3 А $ 6 ч! 7 *

Время, ч

Рис. 6

лупроницаемые мемораны наблюдается остаточная деформация и усадка мембраны. Достижение мембраной постоянной величины проницаемости связано с тем, что при достаточно высокой скорости перемешивания концентрация раствора в объеме неизменна и толщина пограничного слоя остается постоянной. ,: ,

; • ВЫВОДЫ

1. Наилучшей селективностью по ферменту ами-лосубтилин ГЗх обладают мембраны УПМ-50М и УПМ-100. Значения селективности при использовании этих мембран составили 95 и 87% соответственно.

2. С увеличением давления от 0,1 до 0,3 МПа происходит возрастание селективности. Для мембраны УПМ-200 на 25%, УПМ-100 на 24%, УПМ-50М на 18%.

3. Мембраны приобретают постоянные значения проницаемости после 5 ч работы, что связано с их усадкой, а также с образованием пограничного слоя постоянной толщины.

4. Увеличение давления на выходе из мембранного модуля приводит к возрастанию проницаемости. Наибольшую проницаемость имеет мембрана УПМ-200 — 28 л/(м2-ч).

Кафедра технологии бродильных производств и виноделия '

Поступила 06.10.98 г.

66.048.37

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ НА ПРОЦЕСС РАЗДЕЛЕНИЯ В СПИРТОВОЙ КОЛОННЕ

Е.Д. УМРИХИН, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ

Кубанский государственный технологический университет

В процессе тепло- и массопереноса на контактной тарелке ректификационной колонны на поверхности раздела фаз происходят термические эффекты, представляющие собой конденсацию и испарение. Их влияние на эффективность массопе-редачи исследовано достаточно подробно [1, 2]. Известно также, что поверхностное натяжение изменяет химический потенциал [3] и в системе, состоящей из пузырей и капель, при барботаже на тарелке происходят процессы испарения мелких капель и больших пузырей и конденсация мелких

пузырей и больших капель, оказывающие влияние на эффективность тарелки. Вместе с тем, неизвестно влияние термических эффектов и эффектов, обусловленных поверхностным натяжением, на процесс разделения в конкретной колонне.

Возникла задача построения модели спиртовой колонны, учитывающей влияние термических эффектов и эффектов поверхностного натяжения в процессе массопередачи на тарелке. Для расчета величины эффективности тарелки, необходимой для решения этой задачи, была использована модель [2], модифицированная с учетом влияния эффектов поверхностного натяжения. При этом в математическое описание [21 включено уравнение

2 5 4 5 6 7

Время, ч

Рис. 4