ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МОЛОКА МЕМБРАННЫМИ МЕТОДАМИ

К мембранным методам обработки молока относят ультрафильтрацию, обратный осмос и электродиализ.

Сущность всех мембранных методов — это разделение и концентрирование молочного сырья в процессе фильтрации через специальные мембраны под действием давления (ультрафильтрация и обратный осмос) или электрического поля (электродиализ).

Ультрафильтрацию используют для выделения белков из молока и молочной сыворотки; при обратном осмосе происходит концентрирование молочного сырья, так как через мембраны проходит только вода; электродиализу подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации.

Исполнительный орган установок для фильтрации и обратного осмоса — полупроницаемая мембрана на основе ацетата целлюлозы и пористых полимерных материалов. Для ультрафильтрации применяют мембраны с размерами пор 5ОО...1ООнм. Такие мембраны задерживают молекулы с размерами большими, чем размеры пор, и пропускают мелкие молекулы. Процесс ультрафильтрации проводят под давлением 0,1...0,5 МПа. Для обратного осмоса используют полупроницаемые мембраны с размерами пор менее 50 нм, процесс ведут при давлении 1...10 МПа.

Мембранный аппарат — это устройство, состоящее из корпуса, мембраны, дренажного узла, крепежных деталей, конструктивных элементов для ввода исходного раствора и выхода концентрата и фильтрата, перемешивания и др. Для мембранного разделения применяют четыре типа аппаратов: плоскорамные, трубчатые, рулонные и с полыми волокнами. Промышленные мембранные аппараты представляют собой пакеты, блоки, комплексы мембранных элементов: ячеек, секций, модулей. Мембранный аппарат обычно является частью мембранной установки периодического или непрерывного действия, в которую входят также насосы, дозирующие устройства, емкости для исходного раствора, фильтрата, концентрата и моющих растворов, соединительные трубопроводы и контрольно-измерительные при- . боры.

Ультрафильтрационная установка состоит из фильтрующего аппарата, насоса для подачи в аппарат продукта, насоса для проталкивания продукта через мембранные фильтры, соединительных трубопроводов и регулирующих вентилей.

Главной частью фильтрующего аппарата является полупроницаемая мембрана — тонкая пористая пленка, размеры пор которой менее 0,5 мкм. Пленка помещается на макропористую подложку, усиливающую ее механическую прочность. Обычно в качестве подложки применяется пористая нержавеющая листовая сталь толщиной 0,5...3 мм с порами 0,5... 10 мкм.

На первой стадии в результате ультрафильтрации получают концентрат, содержащий от 3 до 15 % белка и лактозно-солевой раствор. На второй стадии лактозно-солевой раствор пропускают через обратноосмотическую мембрану и получают концентрированный раствор лактозы (10...20 %) и фильтрат, который представляет собой 1%-ный раствор солей.

Конструкции ультрафильтрационных установок для обработки молочных и пищевых продуктов разнообразны. В наиболее совершенных, например в системе «Сартокон-2», фильтруемая жидкость проталкивается с помощью насоса через тонкие каналы между двумя фильтрами. Часть жидкости проходит через мембранные фильтры, а остальная попадает в емкость с исходным продуктом, чтобы вновь рециркулировать через систему. Непрерывный тангенциальный поток вдоль поверхности фильтра приводит к эффективной фильтрации, так как не позволяет задержанным частицам или веществам осесть на поверхности фильтров и блокировать их. Эффект очистки усиливается благодаря использованию в узком канале между фильтрами специальной сетки, вызывающей турбулентность потока.

В системе применяются модули «Микросарт» с мембранными фильтрами из ацетата целлюлозы или полиолефина с порами размерами 0,1; 0,3; 0,45 мкм или модули «Ультрасарт» с ультрафильтрами из триацетата целлюлозы или полисульфона с номинальной селективностью по молекулярной массе 300 000, 100 000, 30 000, 10 000 и 5000.

Производительность системы «Сартокон-2» зависит от числа установленных в ней модулей, площадь поверхности которых может изменяться в пределах 0,7...4,9 м² при ультрафильтрации и 0,7...4,2 м² при микрофильтрации.