МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ БИОКОН ДЛЯ УЛЬТРА- И МИКРОФИЛЬТРАЦИИ.

ПРИМЕНЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЕННОСТИ.

Представлены результаты многолетних разработок в области конструирования установок для микрофильтрации и ультрафильтрации в поперечном потоке. В качестве фильтрующих элементов используются трубчатые керамические мембраны из оксида алюминия с селективным слоем из карбида кремния и мембраны рулонного типа из полисульфонамида.

Приведены многочисленные примеры использования этих установок в фармацевтической, пищевой и молочной, топливно-энергетической промышленностях и  водоподготовке.

Показаны некоторые результаты исследований по концентрированию коровьего и соевого молока, а также микрофильтрации обезжиренного молока с применением новых керамических мембран.

 

Содержание:

1.      Введение.

2.      Конструкция и принципы работы мембранных систем БИОКОН.

3.      Применений мембранных систем БИОКОН.

3.1. Фармацевтическая и микробиологическая  промышленности.

3.1.1.     Рибофлавин.

3.1.2.     Эритромицин.

3.1.3.     Витамин В₂.

3.1.4.     Лизин.

3.1.5.     Ферменты.

3.2. Молочная промышленность.

3.2.1.     Концентрирование молока.

3.2.2.     Концентрирование сыворотки  и лактозы.

3.2.3.     Микрофильтрация молока.

3.3. Пищевая промышленность.

3.3.1.     Соевое молоко.

3.3.2.     Напитки, экстракты, сиропы.

3.3.3.     Вина.

3.3.4.     Водоподготовка при производстве пива.

3.4. Топливно-энергетическая промышленность.

 

1.      Введение.

Мембранные процессы фильтрации и, в частности,  ультрафильтрация и микрофильтрация   являются сепарационными процессами, которые протекают под давлением с использованием пористых полимерных или неорганических материалов. Эти процессы за последние 30 лет  нашли широкое применение в различных отраслях промышленности для очистки или концентрирования жидких сред.

Объем продаж мембран и мембранного оборудования непрерывно увеличивается с  ежегодным темпом роста примерно на 10-12 %. Например, в 1986г. мембранный рынок составлял $3,2 млрд., в 1990г. – $6,1 млрд., а в конце 90-х годов должен был составить по оценкам экспертов около $10-11 млрд. /1, 2, 3/.

Производство мембран и оборудования на их основе сосредоточено главным образом в трех регионах: США, Западная Европа и Япония, на долю которых приходится около 97 % всего производства и 75 % закупок, связанных с мембранной техникой. В настоящее время в этих регионах в мембранной промышленности занято около 100 фирм и предприятий, причем только 60 из них производят собственно мембраны и мембранные модули, а остальные осуществляют проектирование оборудования с использованием мембран в качестве элементов промышленных установок /4, 5/.

      Россия, главным образом, импортирует  мембранную технику, таких западных фирм как, «Миллипор» (США), Палл (Германия), «Кюно» (Франция), «Мембрафлоу» (Германия) и некоторых других компаний.

     Однако в России имеется, хотя и недостаточно развитая, отечественная мембранная отрасль промышленности. Из производителей полимерных мембран в России следует отметить, в первую очередь,  ЗАО НТЦ «Владипор» (г. Владимир, листовые и рулонные мембраны), ГП ВНИИПВ (г. Мытищи, полые волокна), ГНИИ «Кристалл» (г. Дзержинск, трубчатые мембраны).

       Конкурентно способное производство мембранного оборудования в России относится, в основном, к процессам водоподготовки, где часто используются зарубежные мембраны и компоненты мембранного оборудования (компании «Национальные водные ресурсы» г. Москва, «Медиано-Фильтр» г.Москва и др.) а также к процессам ультрафильтрации с использованием полимерных мембран в медицинской промышленности, например, фирмы «Владисарт» (г. Владимир).

       В 70-х годах на рынке мембран Европы, США и Японии появились ке­рамические мембраны. Керамические мембраны, создаваемые обычно на основе оксидов, нит­ридов и карбидов ряда металлов, предназначались для микро- и ультра­фильтрации различных жидкостей, агрессивных по своей природе или тре­бующих для осуществления эффективных процессов разделения их нагрева до температур свыше 100 градусов Цельсия, где полимерные (органичес­кие) мембраны теряют свои свойства или разрушаются. Кроме высокой тем­пературной стабильности, существует еще целый ряд характерных для ке­рамических мембран свойств, которые позволяют выделить их в отдельное направление коммерческой и научно-технической деятельности, получившее за рубежом название "бизнес керамических мембран".

       Среди таких свойств следует в первую очередь отметить:

- механическую стабильность;

- стойкость к химическому и микробиологическому воздействию;

- стабильность создаваемых структурных пор и возможность ак­тивного управления ими в процессе производства мембран;

- возможность использования обратных потоков через мембрану;

- высокая пропускная способность мембран;

- большой срок службы.

       За счет перечисленных преимуществ использование керамических мембран по сравнению с полимерными мембранами позволяет снизить эксплуатационные расходы (в основном за счет большего срока службы), уменьшить габари­ты и вес фильтровальной установки, что также несколько снижает величи­ну капитальных затрат /6, 7/.

      Несмотря на доминирующие позиции полимерных мембран в биотехноло­гических секторах промышленности на Западе, керамические мембраны начинают постепенно проникать в эти отрасли благодаря тому, что они в меньшей степени воздействуют на свертывание белков на поверхности мембран, а также позволяют многократно проводить их стерилизацию па­ром. Широкое применения керамические мембраны находят при фильтрации промышленных сточных вод, в частности в Германии, где сильно развита металлообрабатывающая промышленность.

      Объем продаж керамических мембран в 1988г. составил $32 млн.,  в 1993г. - $40 млн. В 1991г. эксперты предсказывали в 90-е годы бурный рост объемов продаж неорганических мембран. Ожидалось, что  объем продаж должен был составить в 1999г. около $450 млн. /8, 9/. Однако этого не произошло, что было обусловлено высокой стоимостью керамических мембран, превышавшей в 3-5 раз стоимость полимерных мембран (для керамических мембран цены составляли - $1800 - $2500  за 1 кв. метр поверхности мембраны).  Последующие оценки были более скромные. Предсказывают, что объем продаж неорганических мембран  в 2003г. составит $228 млн. при доле керамических мембран  70 %

/ 10 /.

      В России в настоящее время существуют небольшие производства (300-500 м²/год) конкурентно способных по качеству неорганических мембран, например, ООО «НПО «Керамикфильтр» (г. Москва, трубчатые керамические мембраны) и ГУП НПЦ «Ультрам» (г.Москва, листовые металлокерамические мембраны).

2.   Конструкция и принципы работы мембранных систем БИОКОН.

      Базовые фильтрационные системы БИОКОН представляет собой два вида однотипных изделий - фильтрационные аппараты и фильтрационные модули, отличающиеся, главным образом, своими масштабными показателями (размером и весом).

       В качестве фильтрующего материала (фильтрационного элемента) используются полимерные мембраны в виде рулонных мембранных элементов (тип ЭРУ-100-1016, ЗАО «Владипор», г. Владимир) или керамические мембраны в виде одноканальных трубчатых керамических элементов (типа КМФЭ, ООО «НПО «Керамикфильтр», г. Москва). Размер пор или порог задержки фильтрующего материала составляет:                                                                                    

                                  для керамических мембран:         0.03 мкм,  0.2 мкм, 0.8 мкм, 1.2 мкм,

                                  для  полимерных  мембран:          500, 10000, 20000, 50000 дальтон.

      Керамические мембраны типа КМФЭ представляют собой трубки длиной 800 мм с внутренним диаметром 6 мм и внешним диаметром 10 мм, выполненные из пористого оксида алюминия, на внутренней поверхности которых нанесен селективный слой их нитевидных кристаллов карбида кремния (толщина кристаллов около 0.1 мкм).

      Полимерные мембраны типа ЭРУ-100-1016 представляют собой мембранные элементы рулонного типа длиной 1016 мм и внешним диаметром 100 мм с мембраной из полисульфонамида.

      Фильтрационный аппарат состоит из цилиндрического корпуса с торцевыми фланцами, выполненными из нержавеющей стали.  Внутрь корпуса  вставляются  трубчатые керамические фильтрующие элементы или рулонные мембранные элементы. Герметизация  фильтрующих элементов в аппарате осуществляется в торцевых фланцах за счет резиновых колец. На корпусе фильтрационного аппарата и торцевых фланцах имеются патрубки и штуцера для подвода фильтруемой среды, отвода фильтрата и концентрата.

     

Фильтрационный модуль состоит из одного или нескольких фильтрационных аппаратов, циркуляционного насоса (центробежного типа), питающего насоса, теплообменного устройства, входного и выходного коллекторов, несущей рамы, вентилей, манометров, расходомеров, вспомогательной емкости (по необходимости), соединительной быстросъемной арматуры, силового пульта. 

         Фильтрационный модуль построен по принципу циркуляционной петли для создания режима фильтрации в поперечном потоке (тангенциальной фильтрации).

        Фильтруемая жидкость подается в модуль питающим насосом. Внутри модуля фильтруемая жидкость под действием циркуляционного насоса непрерывно прокачивается по циркуляционному контуру, образуемому соединенными последовательно (для керамических мембран) или параллельно (для полимерных мембран) несколькими фильтрационными аппаратами, теплообменником и циркуляционным насосом.

        Часть жидкости и частицы, размер которых меньше размера пор, под действием давления (0,5 – 3,5 кгс/см²) проходят через мембранную поверхность фильтрационных элементов и непрерывно выводятся из модуля. Эта часть жидкости называется пермеатом.  Дефицит жидкости  в модуле восполняется постоянной подпиткой новой фильтруемой жидкостью.

         Частицы, размер которых больше размера пор, задерживаются селективным слоем и накапливаются внутри циркуляционного контура. Эта часть потока называется концентратом. Осадок, образующийся над мембраной, непрерывно смывается циркуляционным потоком, скорость которого составляет 4-7 м/с для керамических мембран

 и 1-1,5 м/с для полимерных мембран.

          Промышленные системы БИОКОН проектируются из нескольких фильтрационных модулей, управляющих вентилей и системы автоматического контроля. Компания БИОКОН располагает «ноу-хау» по проектированию крупных промышленных систем с учетом оптимального выбора типа мембраны и масштабов фильтрационной системы для конкретного продукта.

 

 

          Компания БИОКОН производит широкую гамму фильтрационных систем.

          Поверхность фильтрации базовых модулей составляет:

-         для керамических мембран: 0,5; 1,1; 4; 8; 10; 20 м²;

-         для рулонных мембран:  5, 10, 20, 40, 80, 90, 150, 240 м².

         Накопленный опыт применения керамических мембран и рулонных элементов показывает, что они наиболее эффективны при  высоких температурах:

-         для керамических мембран: 40-90 ⁰ С;

-         для рулонных элементов:  40-55 ⁰ С,

при этом срок службы составляет для керамических  мембран – 3-5 лет, для рулонных элементов – 0,5 – 1 год.

3.    Применений мембраннных систем БИОКОН.

3.1.            Фармацевтическия и микробиологическая  промышленности.

3.1.1. Рибофлавин.  Культуральная жидкость продуцента витамина В₁₂ (рибофлавина) подвергается микрофильтрации на керамических мембранах  размером пор 0,2 мкм при температуре более 110 ⁰ С для отделения биомассы от растворенного при такой температуре витамина В₁₂. Скорость фильтрации составляет 400 л/м²/ч. Используется установка с поверхностью фильтрации 20 м².

 

3.1.2. Эритромицин. Культуральная жидкость продуцента эритромицина разбавляется в два раза водой затем подвергается микрофильтрации на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм при температуре 40 ⁰С. Скорость фильтрации составляет 60-80 л/м²/ч.  Выход антибиотика на стадии микрофильтрации увеличивается на 17-21 % по сравнению с прежней заводской технологией с использованием фильтр-прессов. Продолжительность процесса мойки и регенерации керамических мембран составляет 30 мин. В настоящее время используется установка с поверхностью фильтрации 110 м² . Полная проектная мощность установки составит 290 м². 

3.1.3  Витамин В₂..  Очищенный от биомассы раствор культуральной жидкости концентрируется путем нанофильтрации с использованием рулонных элементов ЭРН-100-1016 в 40 раз. Скорость фильтрации составляет 8-10 л/м²/ч.

3.1.4. Лизин. Для получения кристаллического лизина культуральная жидкость продуцента лизина подвергается процессу предварительной очистки от биомассы путем  микрофильтрации на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм при температуре 50 ⁰С. Скорость фильтрации составляет 120-160 л/м²/ч. По технологии 75 % получаемого очищенного раствора направляется для получения кристаллического лизина, а концентрат биомассы  (25 %) направляется  для производства кормового лизина. Проектная мощность установки составляет 160 м².

3.1.5.     Ферменты.   Спиртовой (70%) экстракт белков и ферментов очищается на установке с поверхностью фильтрации 1,1 м² с использованием керамических мембран с размером пор 0,2 мкм. Скорость фильтрации составляет  130 л/м²/ч.

 

3.2.     Молочная промышленность.

Ультрафильтрация – наиболее часто применяемый мембранный процесс при переработке молочного сырья. УФ подвергают цельное молоко, обезжиренное молоко, предварительно сквашенное молоко, а также сыворотку.

Задачами УФ являются:

        а) предварительное концентрирование белков в молоке для производства традиционных видов сыров;

        б) значительное изменение соотношения между белками и другими компонентами для создания  новых видов сыров;

        в) нормализация молока по белку для обеспечения однородности и воспроизводимости свойств получаемого сыра независимо от сезонности;

        г) выделение сывороточных белков из сыворотки с целью получения белковых концентратов и лактозного раствора.

3.2.1. Концентрирование молока.

         Предварительное концентрирование молока путем УФ увеличивает массовую долю сухих веществ в среднем с 12,5% до 16% и позволяет удвоить производительность последующих стадий. При концентрировании цельного молока в 2 раза в технологическую цепочку включается только УФ – система, а основные операции производства сыра осуществляются по общепринятой технологии.

         При дальнейшем концентрировании молока до фактора концентрирования 3-5 (до 40% СВ) для получения и обработки белкового сгустка требуется специальное оборудование.

        Использование УФ молока повышает выход сыра, например, в производстве сыра Фета расход молока сокращается с 8,5 до 6,5 кг/кг сыра. Кроме того, УФ концентрирование позволяет сократить расход молоко свертывающего фермента (до 60%) и бактериальной закваски, уменьшить  время созревания сыра и продолжительность технологического процесса, а также автоматизировать процесс производства и контроля.

          В опытах пилотного масштаба цельное коровье молоко с молокозавода нагревали до 60 ⁰С затем охлаждали до 50 ⁰С. Средний состав молока приведен ниже:

n     Сухие вещества ....... …………              10,5  %

n     Белок .................…………..                     2,8  %

n     Жир .......................... ……….                  3,1 %

n     Зола ........................………….                 0,6 %

n     Лактоза ………….. ....... …………          4,0  %

 

       В испытаниях использовалась пилотная мембранная установка БИОКОН (внутренний объем  - 7 л), включающая:

n     фильтрационный аппарат  типа АРС-5  с ультрафильтрационным рулонным элементом типа ЭРУ-100-1016 с поверхностью 5 м² с мембраной из полисульфонамида с порогом задержки 50 кДа.

n     центробежный циркуляционный  насос (расход 5 м³/ч при напоре 5 кгс/см²);

n     питающий насос;

n     циркуляционную емкость (30 л)

n     теплообменник.

       В каждом опыте вначале концентрировали молоко до фактора концентрирования (ФК) - 3 или 5 раз по объему, после чего пермеат возвращали в циркуляционную емкость и проводили процесс ультрафильтрации при постоянном  ФК в течение 5 часов. Температура процесса ультрафильтрации составляла 42-55 ⁰С. Результаты опытов приведены в табл. 1.

       Очистка и регенерация мембран проводилась по стандартной методике, отработанной для 

коровьего молока с использованием раствора едкого натра с добавлением гипохлорита натрия до первоначальной водопроницаемости мембранного элемента  210 – 240 л м^-2 ч^-1 .

      Опытные работы по концентрированию молока на пилотной установке проводились в течение 3-х месяцев на одном и том же рулонном элементе с периодичностью 1 раз в неделю. При этом были получены результаты, аналогичные приведенным выше.

      Для концентрирования молока в 2-5 раз используются ультрафильтрационные установки с рулонными мембранными элементами с порогом задержки 50 кДа. Установки имеют поверхность фильтрации 240 м², состоят из двух ступеней (150 м² и 90 м²) и работают в автоматическом режиме.

 

 

 

 

 

                                                                                                                              Таблица 1

  Результаты ультрафильтрации и концентрирования молока на пилотной установке с рулонным мембранным элементом ЭРУ-100-1016.

 

 

3.4.1.     Концентрирование сыворотки  и лактозы.

Опыты по концентрированию подсырной  сыворотки и раствора лактозы, полученного после предыдущего процесса ультрафильтрации, проводили на пилотной установке, описанной в п. 3.2.1. Для концентрирования сыворотки использовали рулонные мембранные элементы ЭРУ-100-1016 с порогом задержки 20 кДа, а для концентрирования лактозы – с порогом задержки 400-500 Да. Ниже приведен расчет процесса ультрафильтрации сыворотки, основанный на полученных опытных данных, для производства мощностью 100 т сыворотки в сутки.

            3.2.2.1. Расчет процесса ультрафильтрации при концентрировании сыворотки.            

       А) Тип мембраны: полимерная мембрана рулонного типа ЭРУ-100-1016 (порог задержки 20 кДа)

       Б)  Исходные данные:  Объем сыворотки в сутки      -    100000 л;

                                         Время процесса: фильтрация   -   20 час

                                                                      Регенерация   -   4 час

                                         Циклограмма работы: 10 час + 2 час (мойка)

                                         Производительность:     -  по сыворотке     -  5000   л/ч;

                                                                                  -   по пермеату       -  4200  л/ч;

                                                                                  -   по концентрату  -   800  л/ч;

                                                                                  -   выход по концентрату и фильтрату – непрерывный.

                                         Фактор концентрирования: 6  по отношению к исходному объему.

                                         Температура процесса:  50-52 ⁰С.

 

     В)  Схема процесса концентрирования.

                                                                                                                                                                                                                                               

80 м2      х  2,08

100 м2         х 2

100 м2        х 1,5

                                                                                                                                                  Концентрат 800 л/ч

Сыворотка  5000 л/ч                           

                                      

 

 

                                                                                                                                             Пермеат 4200 л/ч

 

 

 

 

       Г)  Объемы продуктов в сутки: Исходная сыворотка – 100000 л

                                                             Белковый концентрат – 16000 л  (41 % чистоты,  добавка в кисло-

                                                                                                                молочные продукты)

                                                             Пермеат (р-р лактозы) – 84000  л (на концентрирование)

       Д)  Состав:

 

 В результате ультрафильтрации при ФК=6 получается жидкий концентрат сывороточных белков близкий по своему составу к молоку пониженной  жирности, который может быть использован после пастеризации в качестве добавки при производстве кисло-молочных продуктов.

Пермеат, полученный после ультрафильтрации сыворотки, представляет собой высокоочищенный раствор лактозы, который  может быть сконцентрирован 2-2,5 раза с использованием рулонных мембран для нанофильтрации (порог задержки 400-500 Да) до содержания лактозы 9-10 % и содержания сухих веществ 10,6-11,0 %, при этом скорость фильтрации составляет 7 –10 л/м²/ч. После этого полученный концентрат высушивается на распылительной сушилке и может быть использован в пищевой промышленности при производстве напитков, мороженого или в фармацевтической промышленности для питательных сред.

   

3.2.3.     Микрофильтрация молока на керамических мембранах.

Микрофильтрация молока – относительно новый, применительно к молоку мембранный процесс, при котором, как и при ультрафильтрации, разделение компонентов молока протекает под действием давления в проточном режиме при скоростях жидкости над мембраной 5 - 7 м/сек.

Применение керамических мембран с порами 0,2 – 0,8 мкм позволяет удалять из молока бактерии. При микрофильтрации цельного молока удаляется одновременно и большая часть жира, при этом, мембраны с размером пор 0,2 мкм удаляют 99,9 % жировых частиц, а мембраны с размером пор 0,8 мкм  - 90-98 % жира. Содержание бактерий в молоке, профильтрованном через мембраны с размером пор 0,8 мкм, снижается на два порядка без заметной задержки протеинов.

Микрофильтрация обезжиренного молока протекает при значительно большей скорости, по сравнению с аналогичным процессом для цельного молока. Например, при использовании керамических мембран КМФЭ-150/80 с размером пор 0,8 мкм микрофильтрация цельного молока (при 55⁰С) протекает при скорости 500 - 700 л/м²/ч, а для обезжиренного молока – при скорости фильтрации 2500 – 3500 л/м²/ч при этом удаляется  99,6 % бактерий из снятого молока.

Микрофильтрация обезжиренного молока может быть использована для высокоэффективной стерилизации молока, особенно в случаях сильной обсемененности молока.

Фирмой «Альфа-Лаваль» (Швеция) разработан процесс стерилизации молока, названный «Бактокеч», при котором обезжиренное молоко подвергается микрофильтрации через керамические мембраны с размером пор 0,8 – 1,4 мкм, а полученный  в процессе концентрат, составляющий  5-10 % от общего объема молока смешивается с жировым концентратом и подвергается высокотемпературной обработке при 130⁰С/4 сек,  после чего смешивается в нужной пропорции с микрофильтратом молока / 11 /. Данная технология позволяет значительно повысить уровень пастеризации молока  и снизить денатурацию белков по сравнению с  обычной тепловой пастеризацией.

Ниже приведены опытные данные, полученные при микрофильтрации обезжиренного молока на керамических мембранах КМФЭ с различным номиналом пор по размеру. Опыты проводили на пилотной установке, аналогичной по составу, приведенной в п.3.2.1, вместо аппаратов с рулонными мембранами, использовались по два аппарата с одиночными трубчатыми керамическими мембранами КМФЭ-150/80 (поверхность фильтрации 0,015 м²).

Результаты опытов приведены в табл. 2.  Как следует из данных, приведенных в табл. 2, керамическая мембрана с размером пор 0,2 мкм удаляет значительное количество сухих веществ из обезжиренного молока, что, по-видимому, связано с большой задержкой казеиновых белков (около 90-95 %). Керамическая мембрана с размером пор 1,2 мкм  показывает относительно сильное падение скорости фильтрации в течение 2 часов работы и, кроме того, многие бактерии могут проскочить в фильтрат при таком размере пор. Оптимальной для молока с точки зрения скорости фильтрации и задержки бактерий является керамическая мембрана с размером пор 0,8 мкм.

                                                                                                                                   Таблица 2

                     Результаты микрофильтрации молока на керамических мембранах.

 

 

Примечание. В таблице приведены средние данные по 2-3 повторным опытам.

Для удаления микроорганизмов из обезжиренного молока используются микрофильтрационные установки с керамическими мембранами КМФЭ-150/80 (размер пор – 0,8 мкм) с поверхностью фильтрации 8 м².

3.3.       Пищевая промышленность.

3.3.3.     Соевое молоко (растительный экстракт сои).

Соевое молоко получается путем высокотемпературной экстракции (90 ⁰C) бобов сои в воде. Получаемый горячий экстракт центрифугируют на шнековом декантере для отделения окары (остатков соевых бобов). Соевое молоко содержит ценные высокомолекулярные вещества: растительные белки (2,2-3,7 %) и жиры (1,1-2,5 %), а также нежелательные низкомолекулярные вещества содержание которых - около 2,4 % (олигосахариды, ингибитор трипсина, липозидаза). Низкомолекулярные вещества могут быть удалены путем ультрафильтрации соевого молока в сочетании с диафильтрацией.

Ультрафильтрация – относительно новый процесс для индустрии соевых продуктов. В отличие от традиционных методов концентрирования, например, вакуум-выпаривания, ультрафильтрация позволяет получать разнообразное сочетание компонентов в соевых продуктах. В процессе ультрафильтрации высокомолекулярные вещества задерживаются мембраной и концентрируются, а низкомолекулярные вещества уходят с пермеатом, при этом  содержание сухого вещества (СВ) в соевом молоке повышается с 7,5-8 %  до 12 – 22 %. Добавление воды в процессе ультрафильтрации (так называемый процесс диафильтрации) позволяет уменьшить концентрацию низкомолекулярных веществ до требуемого уровня, например 1,1-1,2 %.  Получаемый в процессе ультрафильтрации концентрат соевого молока с одержанием белка 57-60 % и жира – 30 –34 % может быть использован при производстве творога, майонеза, сливок, сыров различной жирности и других продуктов.

Концентрирование соевого молока проводили с использованием керамических мембран с размером пор 0,2 мкм и 0,8 мкм на пилотной установке, описанной в разделе 3.2.1.

Поверхность фильтрации керамических мембран составляла 0,28 м² в каждом аппарате.   Исходный объем молока – 60 л, при температуре 70 ⁰С, концентрировали в два раза по объему (ФК=2), затем добавляли 30 л дистиллированной воды и концентрировали  от 2,5 до 4 раз в различных опытах. Были получены соевое концентраты с содержанием     СВ = 12,4 %

( ФК=2,5),  16,4 % (ФК=3),  20,2 % (ФК=4). При этом содержание сухих веществ в пермеате снижалось за счет диафильтрации до 1,16-1,24 %. Скорость фильтрации для керамических мембран с разным размером пор была различной и составляла по мере концентрирования - 69 – 27 л/м²/ч (для размера пор 0,2 мкм) и  99 – 41 л/м²/ч (для размера пор 0,8 мкм) при температуре 60-80 ⁰С и трансмембранном давлении 1,1 кгс/м².

Проведены расчеты различных технологических схем концентрирования/диафильтрации соевого молока на керамических мембранах для производительности установок 1000 л/ч и 2000 л/ч.    

3.3.4.     Напитки, экстракты, сиропы.

При осветлении напитков, плодово-ягодных экстрактов и сиропов используются керамические мембраны с размером пор 0,2 мкм. Установки имеют поверхность фильтрации 1,1 м² и 4 м². Скорость фильтрации составляет в зависимости от продукта 60 – 100 л/м²/ч. Микрофильтрация плодово-ягодных экстрактов и сиропов протекает при температурах 70 – 80 ⁰С.  Микрофильтрация используется при производстве сиропов калины, шиповника, клюквы, облепихи, боярышника и др.  

    Для очистки растительных экстрактов на основе кукурузы при производстве красных красителей используется микрофильтрационная установка с поверхностью 4 м² и размером пор 0,2 мкм. Производительность установки  по пермеату составляет 700 – 800 л/ч.

   После микрофильтрации очищенный раствор подвергается концентрированию в 3-8 раза путем нанофильтрации на рулонных мембранах ЭРН-100-1016. Поверхность фильтрации в установке составляет 80 м².  Средняя производительность нанофильтрационной установки – 700 л/ч.

   Очистка минеральной воды, получаемой из скважины,  протекает на установке с поверхностью керамических мембран 2 м² с производительностью по пермеату 1800 л/ч.

По заключению НПО пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности из минеральной воды после микрофильтрации удаляются ионы железа, а остальной химический состав остается неизменным.

3.3.5.     Вина.

При микрофильтрации вино-материалов на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм опробовано  более 20 различных видов сухих, крепленых и столовых вин, а также коньячный напиток (36 ⁰ об.). По данным ЦЗЛ и оценке виноделов (АО «Агрофирма «Абрау-Дерсо», «Крымсовхозвинпром» и отдельных заводов) качество фильтрации очень высокое, органолептические показатели полностью соответствуют установленным для данных марок вин требованиям, содержание сахара и спирта не изменяется, обеспечивается удаление 99,99 %  микроорганизмов. Для очистки вин используются установки с поверхностью фильтрации 4 м², 10 м² и 20 м². Средние скорости фильтрации (8 час работы) составляют для сухих вин – 150 – 250 л/м²/ч, для крепленых вин – 60-100 л/м²/ч, для коньячного напитка – 300 –500 л/м²/ч.

3.3.6.     Водоподготовка при производстве пива.

При производстве пива важное значение имеет степень очистки воды от посторонних примесей, микроорганизмов, железа и  солей жесткости. В небольших по мощности производствах с объемом водопотребления 5-6 м³ в сутки при одно сменной работе применяется комплексная водоочистительная установка, включающая блок микрофильтрации с керамическими мембранами (с поверхностью фильтрации – 5 м³) и блок умягчения воды. Использование микрофильтрации необходимо в случаях, когда в артезианской воде имеется  повышенное содержание микроорганизмов, а также железа. Регенерация керамических мембран происходит за счет импульсов обратного тока фильтрата в процессе фильтрации и периодической (1-2 раза в неделю) мойки щелочным раствором с добавлением гипохлорита натрия.

Блок умягчения обеспечивает объем умягченной воды между циклами регенерации – 5,25 м³ при общей жесткости  8 мг-экв./л. Регенерация блока умягчения проводится 10 % -ным раствором поваренной соли в автоматическом режиме.

 

3.4.       Топливно-энергетическая промышленность.

3.4.1. Регенерация отработанного трансформаторного масла.

Утилизация отработанного трансформаторного масла представляет собой серьезную проблему для энергетической отрасли промышленности.

С помощью процесса микрофильтрации на керамических мембранах возможно очистить отработанное трансформаторное масло от взвешенных веществ и воды и довести показатели чистоты трансформаторного масла до требуемых нормативов по удельному сопротивлению.

Установка по регенерации трансформаторного масла включает блок микрофильтрации с керамическими мембранами (поверхность фильтрации – 4 м²) и блок обезвоживания. Удаление воды из трансформаторного масла происходит за счет создания разрежения в зоне выхода пермеата над развитой внешней поверхностью трубчатых керамических фильтров. Установка позволяет повысить чистоту регенерированного трансформаторного масла с 14-го до 7-го класса, уменьшить влагосодержание с 3000 г/т до 20 г/т и существенно поднять электрическое сопротивление масла с 0 до 24,5 кВ/см. Производительность установки по очищенному трансформаторному маслу -  1200 л/ч.

 

 

 

[главная]     [продукция]      [преимущества]      [применение]      [наши клиенты]