Интенсификация и научное обоснование процесса ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки в производстве сычужных сыров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Родионов Дмитрий Александрович

• Родионов Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Родионов Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературных данных по очистке и концентрированию технологических растворов при производстве сычужных сыров

1.1 Классификация технологических растворов, получаемых в процессе переработки молока на продукты

1.2 Классические методы разделения технологических растворов

1.2.1 Гидромеханические методы

1.2.2 Тепловые методы

1.2.3 Биологические методы

1.2.4 Физико-химические методы

1.2.5 Центробежные методы

1.2.6 Мембранные методы обработки

1.3 Математические модели, используемые для описания кинетики баромембранного разделения растворов, получаемых в производстве пер ер аботки молока

1.3.1 Эмпирическая модель ультрафильтрационного концентрирования белка в подсырной сыворотке

1.3.2 Получение молочных белков путем мембранной ультрафильтрации с раздельным отводом потока концентрата

1.3.3 Математическая модель ультрафильтрации с учётом гелеобразования в условиях периодической очистки мембраны

1.3.4 Моделирование процесса мембранного концентрирования белков молочного сырья

1.3.5 Уравнения массопереноса и гидродинамики при баромембранном р азделении р астворов молочного пр оизводства

1.4 Аппаратурно-технологическое оформление баромембранных процессов

1.5 Методы расчета технологических и прочностных характеристик баромембранных аппаратов и установок

1.6 Выводы по главе и формулировка цели и задач исследования

2

Глава 2. Техника экспериментальных исследований

2.1 Объекты исследований

2.1.1 Мембраны

2.1.2 Пр омышленные р астворы

2.2. Методика и установка для исследования структурных характеристик мембран

2.3. Методика исследования сорбционной емкости ультр афильтрационных мембран

2.4. Методика и экспериментальная установка для исследования диффузионной проницаемости

2.5 Методика и экспериментальная установка для исследования гидродинамики течения раствора в мембранном канале

2.6 Методика и экспериментальная установка для исследования коэффициента задержания и удельного выходного потока

2.7 Методики определения водородного показателя и плотности раствора, электропроводимости и концентрации растворенных солей

2.8 Выводы по второй главе

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований и их анализ

3. 1 Исследования и анализ структурных характеристик мембран

3.2 Исследования и анализ сорбционной емкости мембран

3.3 Исследования и анализ диффузионной проницаемости ультр афильтрационных мембран

3.4 Исследования гидродинамической структуры течения раствора в ультрафильтрационном канале

3.5 Коэффициент задержания растворенных веществ на ультрафильтрационных мембранах

3.6 Исследования и анализ удельного выходного потока в процессе ультрафильтрационного разделения подсырной сыворотки

3.7 Водородный показатель, плотность раствора, электропроводимость и концентр ации р астворенных солей

3.8 Выводы по третьей главе

Глава 4. Математическая модель процесса ультрафильтрационной очистки и концентрирования технологических растворов в производстве сычужных сыров

4.1 Методика построения математической модели

4.2. Математическая модель массопереноса в процессах ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки.. ..102 4. 3 Пр оверка адекватности математической модели

4.4 Инженерная методика расчета ультрафильтрационного процесса концентрирования подсырной сыворотки

4.5 Выводы по четвертой главе

Глава 5. Технологическое оформление процесса ультрафильтрационной очистки и концентрирования подсырной сыворотки

5.1 Разработка конструкций ультрафильтрационных аппаратов

5.2 Разработка технологической схемы ультрафильтрационной очистки и концентрирования подсырной сыворотки

5.3 Расчет экономической эффективности ультрафильтрационной очистки и концентрирования технологических растворов

5.4 Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Методики проведения анализов, определение массовой

доли белка в сыром и питьевом молоке

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Протокол проведения серии опытов

ПРИЛОЖЕНИЕ В Программа по расчет эмпирических параметров для коэффициента задержания баромембранного концентрирования

подсырной сыворотки

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Пример расчета адекватности предложенной

математической модели

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Пример методики инженерного расчета ультрафильтрационного процесса концентрирования подсырной

сыворотки

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Пример расчета экономической эффективности ультрафильтрационной очистки и концентрирования технологических

растворов

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Результативность экспонирования научных разработок в

области концентрирования подсырной сыворотки

ПРИЛОЖЕНИЕ З Акты производственных и образовательных внедрений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация и научное обоснование процесса ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки в производстве сычужных сыров»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. С ростом молочной промышленности в России наблюдается рост производства молочных продуктов. Производство сыров в России в 2019 году достигало значений в 521,3 тыс. тонны это на 10,0% больше, чем в 2018 году, а за 5 лет по отношению к 2014 году оно выросло на 38,1%. При производстве сыра образуется достаточное количество отходов, таких как сырная сыворотка. Небольшая ее часть используется в пищевой промышленности, но вторичное молочное сырье имеет короткий срок годности и требует скорейшего применения. По этой причине сыворотка после производства сыра чаще всего сливается в канализацию, что является неправильным по отношению к окружающей среде. Сброс вторичного молочного продукта создает экологическую проблему для окружающей среды из-за ее загрязняющей способности, которая в 500-1000 раз выше, чем у бытовых сточных вод. В большинстве стран мира слив в стоки запрещен и криминализирован. Стоимость очистки сточных вод, загрязненных молочным предприятием, которое перерабатывает 100 тонн молока в день, эквивалентна затратам на очистку сточных вод в городе с населением 80 тысяч человек.

Степень разработанности темы. Значительный вклад в развитие теории и практики по мембраной очистки и концентрировании технологических растворов пищевых производств внесли ведущие ученые Платэ Н. А., Храмцов А.Г., Липатов Н.Н., Дытнерский Ю.И., Кретов И.Т., Семенов А.Г., Гаврилов Г.Б., Шапошник В.А., Котов В.В., и другими [5, 11, 12, 13, 31, 36, 42, 45, 46, 52, 60, 94, 99, 100, 105, 109, 112, 117, 118, 119, 123 128].

Работа выполнена при поддержке гос. задания проект №10.4798.2017/БЧ, гранта РФФИ №2 20-38-90036 «Интенсификация и научное обоснование процесса ультрафильтрационного концентрирования вторичного молочного сырья после производства сычужных сыров» и областного гранта

для аспирантов образовательных организаций высшего образования и научных организаций №№1028 от 17.12.2020.

Цель работы: Разработка и научное обоснование исследований по структурно-кинетическим и гидродинамическим характеристикам ультрафильтрационного процесса концентрирования подсырной сыворотки на мембр анных элементах типа БТУ 05/2.

Задачи работы:

1. Разработать методики для исследования структурных характеристик и гидродинамической структуры потока в мембранном канале фторопластовых (Ф), полисульфон (ПС), полиэфирсульфоновых (ПЭФС) мембран на основе физических методов термогравиметрии, дифференциально сканирующей калориметрии, и рентгеноструктурного анализа.

2. В зависимости от температуры, трансмембранного давления, скорости течения потока и физико-химических свойств мембран экспериментальным путем получить данные по структурным, сорбционным, диффузионным и гидродинамическим характеристикам.

3. Получить данные по коэффициенту задержания, удельному выходному потоку, водородному показателю, электропроводимости подсырной сыворотки, плотности, концентрации растворенных солей на трубчатых мембранных элементах типа БТУ 05/2.

4. Провести исследования по гидродинамике, получить критериальное уравнение и численные значения эмпирических коэффициентов для расчета коэффициента продольного перемешивания в зависимости от трансмембранного давления от 0,05 МПа до 0,3 МПа и массовом расходе подсырной сыворотки от 0,36 м3/ч до 1,8 м3/ч в трубчатых мембранных элементах типа БТУ 05/2.

5. Модифицировать математические выражения для расчета сорбционной емкости, диффузионной проницаемости, коэффициента задержания и удельного выходного потока. Получить численные значения эмпирических коэффициентов для прогнозирования и теоретического расчета

7

кинетических характеристик ультрафильтрационного процесса концентрирования.

6. Модернизировать метод по поиску эмпирических параметров, в частности, для коэффициента задержания по экспериментальным данным, используя свободную систему компьютерной алгебры Maxima.

7. Разработать математическую модель, основанную на решении уравнений конвективной диффузии, уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности потока. Проверить адекватность разработанной математической модели путем сравнения расчетных и экспериментальных данных по удельному выходному потоку.

8. Разработать методики инженерного расчета технологических характеристик позволяющих рассчитывать основные параметры для проектирования ультрафильтрационных аппаратов по концентрированию подсырной сыворотки.

9. Разработать и запатентовать конструкции мембранных аппаратов плоскокамерного, трубчатого и рулонного типов позволяющих интенсифицировать ультрафильтрационный процесс концентрирования подсырной сыворотки.

10. Усовершенствовать технологическую схему линии концентрирования подсырной сыворотки для ООО «ЧС «ВЕРО» и ООО «ВЕКША» и обосновать её экономическую эффективность.

Научная новизна. Исследованы и получены экспериментальные данные по сорбционным, диффузионным, гидродинамическим и структурным хар актеристикам в зависимости от темпер атуры, тр ансмембранного давления, скорости течения потока в мембранном канале и физико -химических свойств мембран. Получены данные по коэффициенту задержания, удельному выходному потоку, водородному показателя, электропроводимости подсырной сыворотки, плотности, концентрации растворенных солей.

Модифицированы математические выражения для расчета сорбционной емкости, диффузионной проницаемости, коэффициента

8

продольного перемешивания, коэффициента задержания и удельного выходного потока. Для ультрафильтрационного процесса концентрирования подсырной сыворотки получены значения эмпирических коэффициентов для расчета и прогнозирования кинетических характеристик.

Для расчета коэффициента пр одольного перемешивания выполнены экспериментальные исследования по гидродинамике с использованием турбулизаторов в виде спирали и трубки Вентури. Получено уравнение и значения эмпир ических коэффициентов для в зависимости от трансмембранного давления от 0,05 МПа до 0,3 МПа при массовом расходе подсырной сыворотки от 0,36 м3/ч до 1,8 м3/ч на трубчатых мембранных элементах типа БТУ 05/2.

Модернизирован метод поиска эмпирических параметров применительно для коэффициента задержания по экспериментальным данным, используя свободную систему компьютерной алгебры Maxima. На вычислительные эксперименты по методу получено свидетельство на пр ограмму для ЭВМ №№ 2015614888 [1].

Разработана математическая модель на основе решения уравнений конвективной диффузии, уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности потока. Проверена адекватность разработанной математической модели путем сравнения расчетных и экспериментальных данных по удельному выходному потоку.

Практическая значимость. Разработана методика инженерного расчета пр оцесса ультрафильтрационного концентр ирования подсырной сыворотки на аппарате плоскокамерного типа. Методика позволяет определять рабочую площадь, производить секционирование аппарата, находить температуры нагрева и рассчитывать энергозатраты.

Спроектированы и разработаны многофункциональные мембранные аппараты плоскокамерного, трубчатого и рулонного типов. Аппараты позволяют осуществлять одновременно технологический пр оцесс в трех режимах - концентрирование, очистка и нагрев или охлаждение подсырной

9

сыворотки. Техническая чистота решения подтверждена патентами №2668866 RU, № 2685091 ЯИ, № 2671723 ЯИ [2, 3, 4]. Спроектированные мембранные аппараты предложены к реализации на ООО «ЧС «ВЕРО» и ООО «ВЕКША».

Для ультрафильтрационных элементов трубчатого типа БТУ 05/2 с активным слоем мембран из фторопласта при трансмембранном давлении от 0,1 МПа до 0,25 МПа и с активным слоем из полиэфирсульфона и полисульфона при трансмембранном давлении 0,25 МПа экспериментальным путем определены рациональные условия промышленной реализации процесса ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки.

Для получения сухого сывороточного концентрата, включающая модернизированную ультрафильтрационную установку концентрирования предложена усовершенствованная технологическая схема и для ООО «ВЕКША» и ООО «ЧС «ВЕРО». Усовершенствованный технологический процесс получения сухого сывороточного концентрата предложен к внедрению на ООО «ВЕКША». Экономический эффект от внедрения технологической линии по получению сухого сывороточного концентрата составит 4200 тыс. руб. для ООО «ВЕКША» и 980 тыс. руб. для ООО «ЧС «ВЕРО» в год в ценах 2021 года.

На защиту выносятся:

1. Методика для исследования состояния воды и трансформации надмолекулярной структуры поверхностных слоев фторопластовых (Ф), полисульфоновых (ПС), полиэфирсульфоновых (ПЭФС) мембран на основе физических методов термогравиметрии, дифференциально сканирующей калориметрии, и рентгеноструктурного анализа. Усовершенствованная методика исследования гидродинамической структуры потока в трубчатом мембранном канале для изучения коэффициента продольного перемешивания в процессе ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки.

2. Экспериментальные данные по сорбционным, диффузионным, гидродинамическим и структурным характеристикам, в зависимости от

10

темпер атуры, трансмембранного давления, скорости течения потока и физико-химических свойств мембран.

3. Данные по коэффициенту задержания, удельному выходному потоку, водородному показателю, электропроводимости подсырной сыворотки, плотности и концентрации растворенных солей.

4. Критериальное уравнение по гидродинамике и численные значения эмпирических коэффициентов для расчета коэффициентов продольного перемешивания в зависимости от трансмембранного давления и скорости течения раствора в межмембранном канале.

5. Модернизированный метод по поиску эмпирических параметров для коэффициента задержания с использованием свободной системы компьютер ной алгебры Maxima. Свидетельство на программу для ЭВМ №2015614888 для проведения вычислительных экспериментов по поиску эмпирических параметров.

6. Модифицированные математические выражения для расчета сорбционной емкости, диффузионной проницаемости, коэффициента задержания и удельного выходного потока. Полученные численные значения эмпирических коэффициентов для прогнозирования и теоретического расчета кинетических характеристик ультрафильтрационного процесса.

7. Математическая модель на основе решения уравнений конвективной диффузии, уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности потока. Проверка адекватности разработанной математической модели.

8. Методика инженерного расчета технологических и конструктивных характеристик.

9. Конструкции мембранных аппаратов плоскокамерного, трубчатого и рулонного типов, обладающих патентной чистотой.

10. Усовершенствованная технологическая схема и обоснованная экономическая эффективность линии концентрирования подсырной сыворотки в производстве сычужных сыров для ООО «ЧС «ВЕРО» и ООО «ВЕКША».

Методики и методы диссертационного исследования. Для

диссертационного исследования применялись физические методы, гравиметрический, кинетический, гидродинамический,

термогравиметрический и дифференциально-сканирующий калориметрии и метод рентгеноструктурного анализа. В диссертационной работе применялось математическое моделирование, основанное на явлениях массопереноса в ультрафильтрационных мембранах. Проверка адекватности результатов исследования осуществлялась методом наименьших квадратов.

Степень достоверности. Степень достоверности научных положений и выводов диссертации обосновывается применением физических методов исследования, математическим моделированием, воспроизводимостью данных эксперимента, согласованностью результатов автора с литературными данными. Расхождение результатов экспериментальных исследований с расчетными данными по кинетическим и технологическим характеристикам метода ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки лежало в пределах ± 15 %.

Личный вклад автора. Автор сформулировал цель и задачи исследования, выполнил выбор объектов исследования, экспериментальных установок и методик проведения исследования. Соискателем проведены экспериментальные исследования и проанализированы данные по структурным и кинетическим характеристикам ультрафильтрационных мембран; модифицированы математические уравнения для теоретического расчета коэффициента задержания, удельного выходного потока, коэффициентов распределения и диффузии; разработано критериальное уравнение для определения гидродинамической структуры потока в межмембранном канале; разработаны методики расчета технологических параметров аппаратов; решена математическая модель процесса ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки; разработаны обладающие патентной чистотой баромембранные аппараты плоскокамерного, трубчатого и рулонного типов; на основе разработанных

12

аппаратов предложена технологическая схема и обоснована ее экономическая эффективность концентрирования подсырной сыворотки в производстве сычужных сыров.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: международной молодежной научной конференции «Поколение будущего: взгляд молодых ученых» (г. Курск, 2018), международная научно-практическая конференция «Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн» (г. Тамбов,

2018), международном научно-техническом семинаре «Сушка, хранение и переработка продукции растениеводства» (г. Москва, 2018), международной научно-инновационной молодёжной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (г. Тамбов, 2018), международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов организаций в сфере сельскохозяйственных наук «Перспективные исследования и новые подходы к производству и переработке сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» (г. Углич,

2019), всероссийской конференции с международным участием «Импортозамещающие технологии и оборудование для глубокой комплексной переработки сельскохозяйственного сырья» (г. Тамбов, 2019), международной научно-инновационной молодёжной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (г. Тамбов, 2019), международной научно-практической конференции «Новая парадигма устойчивого развития территориально-отраслевых систем в условиях цифровизации» (г. Тамбов, 2020), международной научно-инновационной молодёжной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (г. Тамбов, 2020).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, изложены в 21 публикациях, из них: 4 статей в WoS и Scopus

входящих в и Р2, 8 статей в журналах рекомендуемых ВАК, и 3 патентах РФ и 1 свидетельство на программу для ЭВМ.

Автор выражает благодарность заслуженному деятелю науки РФ д.т.н., профессору Полянскому Константину Константиновичу; коллективу кафедры «Механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «ТГТУ»; д.т.н., профессору Абоносимову Олегу Аркадьевичу; к.х.н., доценту Головину Юрию Михайловичу; к.т.н., доценту Хорохориной Ирине Владимировне за научные консультации при выполнении данной работы.

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ОЧИСТКЕ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЫЧУЖНЫХ СЫРОВ

1.1 Классификация технологических растворов, получаемых в процессе

переработки молока на продукты

При производстве масла, творога, сыра и других молочных продуктов, не обходятся без образования вторичного молочного сырья. При выделении сливок образуется обезжиренное молоко, при переработке сливок в масло или сметану образуется пахта, а при производстве сыра образуется подсырная сыворотка. Стоит отметить, что, объемы, образовываемых продуктов, вторичного сырья, процентный переход компонентов из цельного молока во вторичные продукты представлен в таблице 1.1 [5].

Таблица 1.1 - Процентные объемы перехода вторичного продукта из цельного молока

Сырье Массовая доля, %

Сухих веществ Белков Жиров Углевод ов Воды Золы Минеральн ых веществ

Цельное молоко 12,3 2,9 3,2 4,7 88,4 0,7 0,7

Обезжиренное молоко 8,9 3.37 0,18 4,86 90,84 0,75 0,75

Пахта 9,1 3.31 1,07 4,79 90,13 0,89 0,7

Подсырная сыворотка 6,3 1 0,1 4 94 0,7 0,6

После внесения сычужных ферментов и образования сырного сгустка, остается подсырная сыворотка, в которой остается до 50% всех сухих веществ молока. Сухие вещества подсырной сыворотки преимущественно составляют углеводы и белки, при этом на долю углеводов и белков от общего содержания в исходном сыром молоке приходится до 90% и 35% соответственно. Большая

доля белков, которая переходит из сырого молока в подсырную сыворотку является сывороточной [6]. В меньшей степени в подсырную сыворотку переходит молочный жир 3%, отличающийся высокой дисперсностью от 0,5 мкм до 1,0 мкм.

Помимо основных компонентов молока во вторичное сырье переходят витамины, макроэлементы и микроэлементы, представленные в таблицах 1.21.4 [7, 8].

Таблица 1.2 - Витаминный состав вторичного молочного сырья

Витамины, мг А, Ретинол Бета Каротин В1, тиамин В2, рибофлавин В4, холин В5, пантотеновая В6, пиридоксин С, аскорбиновая Витамин РР, НЭ

Цельное молоко 0,02 0,01 0,04 0,15 23,6 0,38 0,05 1,3 0,8

Обезжиренное молоко 0,001 0,007 0,045 0,182 5,6 0,357 0,037 0,094

Пахта 0,013 0,001 0,034 0,154 7,7 0,275 0,034 1 0,058

Подсырная сыворотка - - 0,03 0,11 4 0,34 0,12 0,5 -

Жирорастворимые витамины таких как A, D, E, во вторичном молочном сырье значительно ниже исходного их содержания в молоке. Однако стоит обратить внимания, что некоторые витамины группы B из-за деятельности молочных бактерий увеличили свои показатели в сравнении с исходным молочным сырьем [7 - 12].

Таблица 1.3 - Макроэлементный состав вторичного молочного сырья

Макроэлементы, мг Калий, K Кальций, Ca Магний, Mg Натрий, № Сера, S Фосфор, Ph Хлор, а

Цельное молоко 146 120 14 50 29 90 110

Обезжиренное молоко 156 122 11 42 33.7 101 -

Пахта 151 116 11 148 33.1 89 -

Подсырная сыворотка 125 60 6 40 10 71 67

Стоит отметить, что 85% всех солей переходят из молока в подсырную сыворотку. Помимо минеральных солей молока, в сыворотку так же попадают соли, вносимые дополнительно для производства продукта (сыр, творог). Таблица 1.4 - Микроэлементный состав вторичного молочного сырья

Микроэлементы, мкг Железо, Fe нч « О « Кобальт, ^ Марганец, Mn Медь, ^ Молибден, Mo Селен, Se Фтор, F Хром, ^ Цинк, Zn

Цельное молоко 100 9 0,8 6 12 5 2 20 2 400

Обезжиренное 30 - 3 13 - 3,1 3,1 - 400

молоко

Пахта 50 - - 2 11 - 2 4 - 390

Подсырная 100 8 0,1 - 4 12 - - - 400

сыворотка

Проанализировав таблицу 1.4, можно сделать вывод, что наибольший объем веществ, переходящих в подсырную сыворотку, составляет железо, йод, цинк и, примерно, одна треть меди.

С точки зрения питательной функции вторичное молочное сырье, такое как подсырная сыворотка, творожная сыворотка, пахта и обезжиренное молоко, обладает значительно меньшей энергетической ценностью по сравнению с цельным молоком. Энергетическая ценность продуктов вторичного молочного сырья представлена в таблице 1.5 [13].

Таблица 1.5 - Энергетическая ценность молочного сырья

Сырье Энергетическая ценность

ккал %

Цельное молоко 60 100

Обезжиренное молоко 35 58,3

Пахта 40 66,6

Подсырная сыворотка 21 35

Изучая вопрос физико-химических свойств вторичного молочного сырья, можно сделать вывод, что по сравнению с цельным молоком, при применении вторичного молочного сырья в процессе производства пищевых продуктов, необходимо учитывать различия в физико-химических свойствах.

Так, например, содержание влаги в подсырной сыворотке больше, чем в сыром молоке. Показатели по вязкости и плотности свидетельствуют о том, что подсырная сыворотка по своему составу мало отличается от цельного молока. Данные по физико-химическим свойствам вторичного молочного сырья приведены в таблице 1.6 [13, 14].

Таблица 1.6 - Некоторые физико-химические свойства молочного сырья

Сырье Плотность, кг/м3 Вязкость, Па*с*10-3 Теплоемк ость, кДж/кг*К Поверхностное натяжение, Па*с Кислотность

Титруема я, °Т Активна я, (рН), ед.

Цельное молоко 1026-1033 1,10-2,0 3,91 50 16-18 6,7-6,5

Обезжирен ное молоко 1029-1031 1,71-1,75 3,97 52 16-20 6,5-5,7

Пахта 1030-1035 1,60 3,95 41 18-50 6,6-4,9

Подсырная сыворотка 1018-1027 1,50-1,60 4,81 51 15-25 6,3-4,3

1.2 Классические методы разделения технологических растворов

1.2.1 Гидромеханические методы

Для снижения влияния патогенных и вегетативных форм микроорганизмов на молоко и вторичные молочные продукты применяют традиционный способ-пастеризацию. На наряду с эффектом обеззараживания молока и молочных продуктов, метод тепловой обработки приводит к

термодиструктивным процессам и снижает биологическую ценность продуктов из молока и вторичного молочного сырья.

На данный момент времени перспективным методом удаления нежелательной микрофлоры является гидромеханический способ, сущность метода заключается в обработке молока и вторичного молочного сырья давлением газообразного азота с последующим резким кратковременным сбросом деления до атмосферного. За счет резкого перепада давления пузырьки газа в клетках микроорганизмов резко увеличиваются в объеме, за счет этого оболочка растягивается или разрывается, что в свою очередь, приводит к нарушению структуры клетки и достижению снижения уровня бактерий в молоке и вторичном молочном сырье [15, 16].

1.2.2 Тепловые методы

Изменяя содержание свободной воды в молоке и вторичном молочном продукте, можно добиться уменьшения объема молочного продукта, что положительно скажется на транспортировке, а также сокращении расходов по упаковке. При этом стоит отметить, что при концентрировании молочных продуктов можно увеличить срок годности и сконцентрировать определенные компоненты. [17,18].

На данный момент времени есть несколько способов удаления свободной воды методами температурного воздействия, например, криоконцентрирование путем вымораживания лишней влаги и выпаривания. При любом используемом способе сгущения молока и вторичного молочного

сырья процесс должен проходить без необратимых изменений свойств и состава исходного сырья [19, 20].

Криоконцентрирование

При воздействии отрицательной температуры на подсырную сыворотку протекает процесс криоконцентирования. Путем раздельного вымораживания удается отделить большую часть жидкости от белкового концентрата [20 - 22]. Исследования процесса криоконцентирования проходят при температурах от -4 °С до +7 °С при этом потери сухих веществ составляли от 37,7% до 27,4% соответственно [23].

Выпаривание

Поскольку большая часть подсырной сыворотки составляет жидкость, то имеются проблемы с транспортировкой из -за больших объемов сырья. Таким образом для снижения транспортных затрат и удобства хранения, уменьшают объем подсырной сыворотки, путем выпаривания лишней влаги. Путем подбора оптимальных параметров температуры и времени удается сгустить подсырную сыворотку в 2-15 раз с массовой долей сухих веществ до 75% [24 - 28].

1.2.3 Биологические методы

При добавлении в подсырную сыворотку дрожжей можно получить ряд полезных продуктов от кваса и биозаменителей цельного молока до спирта [12, 29 - 31].

1.2.4 Физико-химические методы

Коагуляция

На данный момент актуальными способами коагулирования подсырной сыворотки являются два процесса: тепловая коагуляция и химическая.

Тепловая коагуляция проходит при тепловом воздействии 92° С, затем подсырная сыворотка отстаивается и подпресовывается, во время процесса происходит следующие реакции: денатурация глобул и образование агломератов. В процессе тепловой коагуляции сывороточные белки теряют полезные свойства по сравнению с нативными белками [32 - 35].

В своей работе А.Г. Храмцов экспериментально и теоретически показал способы химической коагуляции [36]. Стоит отметить, что наиболее эффективный процесс коагуляции проходил при внесении 30% обезжиренного молока с кислотностью 120 °Т.

При добавлении в раствор мелких частиц, находящихся во взвешенном состоянии (флоакулянтов), происходит процесс флокуляции. [37 - 39]. В своей работе авторы наглядно показывают результаты добавления флокулянта фирмы «Ciba» марки «Magmflok 919» с добавлением глицина [40].

1.2.5 Центробежные методы

В процессе переработки молока в сыр, в подсырную сыворотку переходит от 0,2% до 0,6% молочного жира [41]. Для удаления молочного жира из подсырной сыворотки применяют сепараторы комбинированного

типа, которые позволяют отделить не только молочный жир, но и казеиновую пыль. Такой результат достигается за счет использования двух типов тарелок, между которыми в свою очередь располагается межсекционная тарелка [42 -44].

1.2.6 Мембранные методы обработки

На ряду с температурным воздействием на молоко и подсырную сыворотку используются так же баромембранные методы. В отличии от криоконцентрирования и выпаривание применение баромембранной технологии менее энергозатратно, поскольку основные затраты энергии приходятся исключительно на электродвигатель. При этом с использованием мембранных методов концентрирование можно поэтапно выделять или очищать молоко и вторичное молочное сырье [45 - 49].

Микрофильтрация

Микрофильтрационная мембрана с размером задерживаемых частиц от 0,05 мкм - 10 мкм и низким рабочим трансмембранным давлением от 0,03 Мпа - 0,2 Мпа. К задерживаемым частицам относятся жировые шарики молока, бактерии, и крупные мицеллы казеина, то есть растворимые вещества проходят сквозь мембрану, а не растворимые задерживаются, образуя концентрат. Таким образом, основным направлением микрофильтрации является снижение количества микроорганизмов, тем самым, продлевая срок хранения молочной сыворотки [50 - 55].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Родионов Дмитрий Александрович, 2021 год

исх>

1

1—exp J

1

ны

C(x,R)-f1(x) = D

dc(x,R) ду

1—exp J

НЫ

C(x, -R) - f2(x) = D

dc(x,—R) д у

(4.62)

(4.63)

(4.64)

(4.65)

4.3 Проверка адекватности математической модели

Для решения, полученной, математической модели и определения адекватности путем сравнения экспериментальных и расчетных данных, использовали средства инженерного математического программного

обеспечения PTC Mathcad 14. Оценка адекватности определялась путем сравнения экспериментальных данных, полученных в ходе исследований по определению удельного выходного потока растворителя сквозь поровое пространство от величины трансмембранного давления, с расчетными данными, полученными в ходе решения математической модели. Адекватность математической модели оценивалась для всех ультрафильтрационных мембран типа БТУ 05/2 с материалом активного слоя фторопласт (Ф), полисульфон (ПС), полиэфирсульфон (ПЭСФ). Расчётные и экспериментальные данные по изменениям удельного выходного потока растворителя в зависимости от тр ансмембранного давления представлены на рисунке 4.2.

1,2 1,1 1

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

J*-6, m3/m2*c

ф э ф р

пс э пс р пэсф э пэсф р

Р, МРа

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

Рисунок 4.2. - Сопоставление экспериментальных и расчетных данных удельного выходного потока растворителя для мембраны с активным слоем

из фторопласта (Ф), полисульфона (ПС), полиэфирсульфона (ПЭСФ) от трансмембранного давления (сплошная линия - экспериментальные данные,

пунктирная - расчёт).

Результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных показали, что отклонение теоретических значений от экспериментальных не

превышает 10% что свидетельствует об адекватности, усовершенствованной, математической модели баромембранного процесса.

4.4 Инженерная методика расчета ультрафильтрационного процесса концентрирования подсырной сыворотки

Масса вещества переносимая с пермеатом в одной трубке:

М = С1- У(х) - = У(х) -(1-к)-С0- (4.66)

где Сю - концентрация растворенного вещества у поверхности мембраны и в ядре потока, кг/м3; У(х) - средняя проницаемость по длине мембранного элемента, м/с; к- средний коэффициент задержания; Р1 - площадь одного трубчатого мембранного элемента, м2. Средняя проницаемость по длине мембраны:

~ Л I

]/(х) = К1-1{0 Р(х)-ах, (4.67)

где К1 - коэффициент водопроницаемости мембраны м /(Па с); Ь -длина мембранного элемента, м; Р(х) - распределение давления по длине аппарата, Па;

Из уравнения расхода найдены выражения для распределения давления по длине аппарата:

N _ (Рп-созк(А-х)-з1пЛ (А-Ь)-Рп-созк(А-Ь)-з1пЛ(А-х)+Р^-з1пЛ(А-х))

( ) = з1пк(А-Ь) ' ( . )

А = (4.69)

где Рп,к - давление в начале и конце канала, Па; ¡и - динамическая вязкость раствора, Па с; Я - радиус аппарата, м.

С другой стороны, масса вещества, переносимого к мембране:

М = ^1-(С1- С0) = р1 - (кр - Со - С0), (4.70)

109

где кр - коэффициент распределения; Р1 - коэффициент массоотдачи, м/с.

М = р1-С0(кр-1), (4.71) Приравняем (4.66) и (4.71):

9(х) .(1-к)-С0-Р1 = Р1-С0- (кр - 1), (4.72)

После преобразования получим выражение для рабочей площади мембраны:

рм = МЬ-!, (4.73)

Коэффициент массоотдачи можно определить как:

, (4.74)

йЭ

где Ыи - диффузионный критерий Нуссельта; Эо - коэффициент диффузии в растворе, м2/с; dэ - диаметр трубчатой мембраны, м. Критерий Нуссельта можно р ассчитать из выражения:

Ыи = 1,67 * - Рг0'33, (4.75) Диффузионный критерий Прандтля:

о0-р

Рг=-^, (4.76)

где р - плотность раствора, кг/м3. Критерий Рейнольдса:

(4.77)

Средняя скорость раствора в аппарате:

и = — • - у2) -йу-^, (4.78)

йР(х) йх

Производная давления:

гг—;-:т:т [Р-з1пк(А-х)-з1пк(А-Ь)-Р„-созк(А-х)-созк(А-Ь)+Ръ-созМА-х) , . _„ч

= - к - а - Я2 —--—-—\----—1 ,(4.79)

Количество трубок в аппарате:

п

п = ^, (4.80)

где Ор - заданный расход пермеата, м/с.

110

Площадь аппарата:

РА = Р1-п, (4.81)

Из уравнений материального баланса запишем выражение, позволяющее найти концентрацию на выходе из секции:

Ск = Со - ( V , (4.82)

Qo-п-—-)0 v(x)-dx

где С0 - концентрация на входе в мембранный канал, кг/м3; к -коэффициент задержания мембраны, п - количество мембран в модуле, ¥м - площадь одной мембраны.

Пр оницаемость на гр анице мембраны можно записать как:

( ) = з1пЛ(А-Ь) ' ( . )

А = /з^, (4.84)

где Я - радиус аппарата. Количество секций в каскаде:

N = (4.85)

где 1(СК) - длина секций, позволяющих получить заданную концентрацию на выходе.

Расчет ведется методом последовательных приближений, задавая различные длины, и выходя на заданную концентрацию.

4.5 Выводы по четвертой главе

1. На основе решения конвективной диффузии, уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности потока с учетом кинетики массопереноса и гидр одинамики течения потока подсырной сывор отки разработана

математическая модель процесса ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки с учетом величины осмотического давления раствора подсырной сыворотки, позволяющей рассчитывать значения концентрации и объемы пермеата и ретентата в промежуточных камерах и на выходе из трубчатого ультрафильтрационного аппарата. Проверена адекватность математической модели путем сравнения экспериментальных и расчетных кинетических зависимостей удельного выходного потока от трансмембранного давления в ультрафильтрационном процессе концентрирования подсырной сыворотки. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями не превышало 10%.

2. Разработана методика инженерного расчета баромембранного аппарата трубчатого типа для реализации разделения подсырной сыворотки в производстве сычужных сыров, позволяющего учитывать гидродинамику и направление движения подсырной сыворотки, а также оптимизировать существующие технологические схемы на промышленных предприятиях.

Глава 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА УЛЬТРАФИЛЬТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

ПОДСЫРНОЙ СЫВОРОТКИ

5.1 Разработка конструкции ультрафильтрационного аппарата плоскокамерного, трубчатого и рулонного типов

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого раствора

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для очистки, разделения и концентрирования растворов электрогиперфильтрационным и электронанофильтрационным методами. Применение возможно в химической, микробиологической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности [2].

Технический результат - осуществление улучшенного охлаждения разделяемого раствора; снижение температурной нагрузки на мембраны; увеличение степени турбулизации, разделяемого раствора.

На рисунке 5.1 показана часть вида и разреза электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа; Рисунок 5.2 - главный вид; Рисунок 5.3 - вид сбоку; Рисунок 5.4 - вид А-А; Рисунок 5.5 - вид сзади; Рисунок 5.6 - вид Б-Б; Рисунок 5.7 - сетки электроды.

Рисунок 5.1. - Часть вида и разреза электробаромембранного аппарата

плоскокамерного типа.

Рисунок 5.2. - Главный вид.

Рисунок 5.3. - Вид сбоку.

Рисунок 5.4. - вид А-А.

Рисунок 5.5. - вид сзади.

Рисунок 5.6. - вид Б-Б.

Рисунок 5.7. - сетки электроды.

Работа электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого (исходного) раствора происходит по следующему принципу. Подсырная сыворотка под давлением поступает через штуцер 18 (р исунок 5.1, 5.3), входной канал 20 в большом фланце 2 и входной канал 21 в прокладке 40 и заполняет камеру разделения 22 (рисунок 5.1, 5.4), образованную в пространстве между кр аевым фланцем 1 и большим фланцем 2 и ограниченную с одной стороны ионообменной мембраной 34 и пластиной-электродом 35, а с другой перегородкой 50 камеры охлаждения 38. Далее он проходит через выходной канал 23 в прокладке 40, переточный канал 24 в большом фланце 2, переточный канал 25 в малом фланце 3, входной канал 26 в прокладке 40 и заполняет камеру разделения 49, образованную в

пространстве между большим фланцем 2 и малым фланцем 3 и ограниченную по аналогии с камерой р азделения 22 с одной стороны ионообменной мембраной 34 и пластиной-электродом 35, а с другой перегородкой 50 камеры охлаждения 38, но вышеупомянутые элементы расположены в зеркальном отражении. Затем после прохождения выходного канала 27 в прокладке 40, переточного канала 28 в малом фланце 3, переточного канала 29 в межкамерном фланце 4 и переточного канала 30 в большом фланце 5 движение подсырной сыворотки осуществляется аналогично движению через камеры разделения 22 и 49 вплоть до его попадания в выходной канал 31 в малом фланце 12, откуда он поступает в выходной штуцер 19 и выводится из аппарата в виде ретентата. Параллельно процессу протекания разделяемой подсырной сыворотки через камеры разделения происходит электролитическая диссоциация его компонентов за счет нахождения в каждой камере разделения подключенных к электрической сети по одной пластине-электроду 35, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока, и одной левой или правой сетке-электроду 36 или 37, соответственно, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока. При этом часть разделяемой подсырной сыворотки вместе с продуктами электролитической диссоциации в виде прианодного или прикатодного пермеата, в зависимости от схемы подключения электрического тока, проникает через ионообменные мембраны 34, анионообменные или катионообменные, в зависимости от схемы подключения электрического тока, и пластины-электроды 35, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока, в камеры сбора прианодного или прикатодного пермеата 32 и выводится через выходные каналы 33 прианодного или прикатодного пермеата, в зависимости от схемы подключения электрического тока.

Охлаждение подсырной сыворотки осуществляется использованием камер охлаждения 38, в которые через входные штуцеры 43 и каналы ввода-вывода охлаждающей воды 39 поступает водопроводная вода и выводится

116

через другие каналы ввода-вывода охлаждающей воды 39 и выходные штуцеры 44, тем самым обеспечивая постоянную смену охлаждающей воды. Теплообмен между всеми камерами разделения, 22, 49 и остальные, и камерами охлаждения 38 происходит через перегородки 50, которыми с двух сторон отделены камеры охлаждения 38. Для подключения электрических проводов к пластине-электроду 35 имеются проточки 42 диаметром 1,5-2 мм (рисунок 5.1, 5.2) по одной в краевых фланцах 1 и 13 и по две в межкамерных фланцах 4, 7 и 10, которые заполнены герметизирующей композицией и расположены по центру на уровне соответствующей пластине-электроду 35. Левые 36 и правые 37 сетки-электроды имеют конфигурацию в виде десяти, равномерно удаленных друг от друга, прутьев диаметром 1,5-2 мм, изогнутых в форме синусоиды и припаянных каждый в шести местах к прямым прутьям такого же диаметра, причем два из этих прямых прутьев имеют удлинение с правой или левой стороны в зависимости от того правой или левой является сетка-электрод, и за счет них подключаются к устройству для подвода постоянного тока 45 (рисунок 5.5, 5.6, 5.7) через проточки 46 в прокладках 40, проточки 47 и 48 в больших 2, 5, 8, 11 и малых 3, 6, 9, 12 фланцах. Также данные выступающие элементы, по 2 у каждой сетки-электрода, позволяют закрепить все сетки-электроды в неизменном положении путем выполнений проточек 47 такого же диаметра, что и выступающие элементы сеток-электродов 36 и 37, а также за счет заполнения проточек 48 герметизирующей композицией.

При эксплуатации электробаромембранного аппарата с плоскими фильтрующими элементами без наложения на электроды электрического потенциала, разработанной конструкции, будут протекать баромембранные процессы.

Электробаромембранный аппарат трубчатого типа

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов трубчатого типа и может быть использовано для осуществления процессов

мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электроосмофильтрации [3].

На рисунке 5.8 показана часть вида и разреза электробаромембранного аппарата трубчатого типа; Рисунок 5.9 - главный вид; Рисунок 5.10 - вид сбоку; Рисунок 5.11 - вид А-А; Рисунок 5.12 - вид Б; Рисунок 5.13 - вид В;

Рисунок 5.8. - часть вида и разреза электробаромембранного аппарата

трубчатого типа.

11 V 1

Рисунок 5.9. - главный вид.

Рисунок 5.10,- вид сбоку. Б(4:1)

6_-

20_ з:

4 8 22 15

Рисунок 5.11.- вид А-А. В(4:1)

25 27

25

26

Рисунок 5.12. - вид Б.

Рисунок 5.13. - вид В.

Разработанный электробаромембранный аппарат трубчатого типа, работает следующим образом. Через штуцер ввода исходного раствора 10 с помощью центробежного насоса, внутреннее пространство аппарата заполняется подсырной сывороткой, цилиндрический корпус изготавливается с ответными фланцами 1. Для протекания электробаромембранного процесса на систему через клеммы для подачи электрического тока 9 (рисунок 5.8, 5.9, 5.9) подают постоянное напряжение. Электроды 5, 6 крепятся к основанию щупов 21, 22 с помощью сварного соединения. Анод и катод, в свою очередь, расположены в шахматном порядке, такое положение электродов позволяет максимально эффективно использовать электробаромембранный потенциал. Поскольку при электробаромембранном концентрировании создаются два

раствора пермеата, то для смешения разнополярных пермеатов используется трубная решетка 3, в зависимости от находящегося электрода во внутреннем пространстве трубки 25 мембрана становится прианодной или прикатодной 27, 26 соответственно. Поскольку в подсырной сыворотке остается достаточное количество растворенных солей, то, протекая в корпусе электробаромембранного аппарата (рисунок 5.8, 5.11, 5.12, 5.13) под давлением, превышающем осмотическое, пермеат замыкает цепь с электродами и растворенные соли под действием диссоциируют на ионы. Под действием электрического тока анионы и катионы проникают через прианодные и прикатодные мембраны 27, 26 соответственно в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус». Затем отфильтрованные растворы самотеком поступают в сборники прианодного и прикатодного пермеата 7, 8 (рисунок 5.8). Емкости для сбора прианодного и прикатодного пермеата выполнены за счет образовавшегося зазора в 7 мм между монополярными электродами и трубными решетками. Образовавшийся пермеат можно собрать через штуцера 12, 13 вкрученные на резьбе в прижимные решетки 4 (рисунок 5.8). Поскольку при протекании электрического тока на электродах, подсырная сыворотка будет нагревается для предотвращения процесса брожения и нежелательной термодеструкции молочных белков, через штуцер ввода охлаждающей жидкости 28 по трубкам 20 исходный раствор будет охлаждаться. Увеличенный диаметр трубки 25 в два раза и расположение трубчатых мембранных элементов в шахматном порядке позволило увеличить удельную площадь мембран в два раза при том же объеме электробаромембранного аппарата. Установленные трубки для охлаждения в мембранном пространстве без потери удельной площади мембран позволяют как охлаждать, так и нагревать исходный разделяемый раствор. Из -за отсутствия сеток турбулизатора в межмембранном пространстве удалось снизить гидравлическое сопротивление и тем самым позволить свободно циркулировать подсырной сыворотке (рисунок 5.8, 5.11, 5.12, 5.13). Разработанный электробаромембранный аппарат трубчатого типа

120

может работать без наложения электрического поля, вследствие этого будет протекать процесс баромембранной очистки или концентрирования. Данный аппарат можно использовать при работе с растворами химических, машиностроительных и пищевых производств.

Электробаромембранный аппарат рулонного типа с низким гидравлическим сопрот ивлением

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электрогиперфильтрации [4].

На рисунке 5.14 показана часть вида и разреза электробаромембранного аппарата рулонного типа; Рисунок 5.15 - главный вид; Рисунок 5.16 - вид сбоку; Рисунок 5.17 - вид сзади; Рисунок 5.18 - вид А-А; Рисунок 5.19 - вид Б-Б; Рисунок 5.20 - вид В-В; Рисунок 5.21 - вид Е-Е; Рисунок 5.22 - вид Г-Г; Рисунок 5.23 - вид К-К; Рисунок 5.24 - вид Д-Д; Рисунок 5.25 - вид Ж-Ж; Рисунок 5.26 - вид М-М;

Рисунок 5.14. - часть вида и р азреза электробаромембранного аппарата р улонного типа.

Рисунок 5.15. - главный вид.

Рисунок 5.16. - вид сбоку.

Рисунок 5.17. - вид сзади.

Рисунок 5.18. - вид А-А.

Рисунок 5.19. - вид Б-Б.

Рисунок 5.20. - вид В-В.

Рисунок 5.21. - вид Е-Е.

Рисунок 5.22. - вид Г-Г.

Рисунок 5.23. - вид К-К.

Рисунок 5.24. - вид Д-Д.

Рисунок 5.25. - вид Ж-Ж. Рисунок 5.26. - вид М-М.

Аппарат работает следующим образом. Подсырная сыворотка под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, подается через штуцер подачи исходного раствора 10 (рисунок 5.14, 5.15, 5.17), далее чер ез сквозную пр оточку в центр е кр ышки 39 (рисунок 5.14) под перфорированную трубку 14, разделенную на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 43, прокачивается в ней и через эллиптические проточки 33, по периметру которых расположены полуокружности 52, выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, (рисунок5.14, 5.24) поступает в пространство, где расположена сетка-турбулизатор 20, по разные стороны от которой расположены прианодные и прикатодные мембраны 49, 22, образующие межмембранный канал по всей длине которого циркулирует подсырная сыворотка, поступающий по эллиптической щели 31 (рисунок 5.15) во внутрь внутренней трубки 27, (рисунок 5.20, 5.21) далее отводится по внутреннему пространству штуцера для отвода ретентата 38, (рисунок 5.14). В этот же момент времени к дренажным сеткам, являющимся катодом 23 и анодом. 48 (рисунок 5.20) включением устройства для подвода электрического тока 24 (рисунок 5.14) через электрические провода 29, соединенными через герметизирующую заливку 46 внешней отводной трубки 50, которые проходят через коллекторы для отвода прианодного, прикатодного пермеата 44, 45, (рисунок 5.20), далее

проходящие через отверстия 41 в фиксирующей прокладке 40, исполненной в виде равносторонних треугольников, (рисунок 5.19, 5.25). Затем между перегородкой 26 (рисунок 5.20), внешней и внутренней трубками 25, 27 соответственно и полимерными перфорированными перегородками 28 через отверстия 34, (рисунок 5.20, 5.21) к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока. Подсырная сыворотка, двигаясь турбулизируется при помощи сетки-турбулизатора 20 (рисунок 5.20, 5.22, 5.23, 5.24), установленной в межмембранном канале около поверхности прианодных и прикатодных мембран 49, 22 в зависимости от схемы подключения дренажных сеток, являющихся анодом 48 и катодом 23 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус». В межмембранном канале (рисунок 5.22, 5.23), растворенное в подсырной сыворотке вещество диссоциирует на ионы, - анионы и катионы и под действием электрического тока и градиента давления проникают совместно с растворителем сквозь поры прианодных и прикатодных мембран 49, 22 соответственно и подложки мембран 21 попадая в пространства, где расположены дренажные сетки, являющиеся анодом 48 и катодом 23 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус» соответственно. Полученный таким образом прианодный и прикатодный пермеат самотеком отводится через отверстия 34 (рисунок 5.21) в полимерной перфорированной перегородке 28, на которую уложены концы дренажных сеток, являющихся анодом 48 и катодом 23, (рисунок 5.20) в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус» попадая в коллекторы для отвода прианодного и придаточного пермеата 44, 45 соответственно, далее отводятся через отверстия 41 в фиксирующей прокладке 40 исполненные в виде равносторонних треугольников (рисунок 5.19, 5.25) по продолжающимся коллекторам для отвода прианодного и прикатодного пермеата 44, 45 и выводятся через штуцера для отвода прианодного и прикатодного пермеата 37, 36, (рисунок 5.17) в виде кислот и оснований соответственно. Одновременно с подачей подсырной сыворотки, через штуцера для ввода и

125

вывода охлаждающей воды 4, 13, (рисунок 5.14, 5.16) расположенные от горизонтальной оси в сечении под углами п/2 и 3п/2 соответственно, а от торцевых поверхностей корпуса аппарата 1, глухой и разъемной на расстоянии 95 мм от края, заполняется коллектор для протекания охлаждающей воды, образованный между корпусом аппарата 1 изготовленным в виде цилиндрической обечайки одна из торцевых поверхностей которого глухая, пленкой 19 имеющей насечки углубленные в половину от ее толщины, составляющих по форме ромбы, внешних трубок 25, пер форированной трубки 14 и крышки 39, (рисунок 5.14, 5.18). Подсырная сыворотка, протекая по всему межмембранному каналу, где расположена сетка-турбулизатор 20, (рисунок 5.20, 5.22, 5.23, 5.24) очищается от катионов и анионов, попадая через эллиптические щели 31, (рисунок 5.20) внутрь внутренней трубки 27 и штуцера для отвода ретентата 38, (рисунок 5.14, 5.19) и выводится в виде ретентата. Снижение гидравлического сопротивления в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата и увеличение производительности и качества разделения растворов при конструктивном исполнении электробаромембранного аппарата рулонного типа, (рисунок 5.14), по сравнению с аппаратом прототипом достигается, за счет исполнения перфорированной трубки 14 с перфорацией в виде эллиптических проточек 33 по периметру которых расположены полуокружности 52, выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, отверстия 41 в фиксирующей прокладке 40 исполнены в виде равносторонних треугольников, (рисунок 5.19), внешние и внутренние трубки 25, 27 соответственно изготовлены большими в 2 раза диаметрами, внешние отводные трубки 50, которые с торцевой поверхности герметично припаяны к штуцерам для отвода ретентата 38 так же выполнены большими 2 раза диаметрами, как и штуцера для отвода прикатодного, прианодного пермеата 36, 37, (рисунок 5.14), внешняя и внутренняя трубки 25, 27 перфорированы эллиптической щелью 31, 32 соответственно, по периметру которых расположены полуокружности 52, 51, выполненные на расстоянии 5 мм и 10 мм друг от друга, (рисунок 5.14) соответственно, пленки 19, (рисунок

126

5.26), имеющие насечки углубленные в половину от ее толщины, составляют по форме ромбы, толщина сетки-турбулизатора 20, (рисунок 5.22, 5.23) увеличена на 20%. За счет этого конструктивного исполнения и р асположения элементов в аппарате происходить увеличение межмембранного канала на 20% на пути потока разделяемой подсырной сыворотки, что приводит к снижению гидравлического сопротивления в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата и увеличению производительности и качества разделения растворов. На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата рулонного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например обратный осмос, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, микрофильтрацию.

5.2 Разработка технологической схемы ультрафильтрационной очистки и концентрирования подсырной сыворотки

По результатам расчета установки для ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки, исходя из объемов ее образования в технологическом цикле ООО «ВЕКША» и ООО «ЧС «ВЕРО», для концентрирования подсырной сыворотки в непрерывном цикле можно применять три последовательно подключенные ультрафильтрационные установки, содержащие мембранные аппараты с рассчитанными характеристиками (см. Приложение В). Схема такой линии представлена на рисунок 5.27.

ЕпоГ а! ау пиаГЭГоёа

2

3

4

I Г ёГ -И и ё

хед

Ч аадхёда!I ау пи а! д1 оеа

гС V /

> / -|

г '

У

/ф <1

+

Аа! е1 адаёёдГаа!I ау I' I ё! т| ау пи а! д! оеа '->

! тёпо! и а п!! доха! еу

I ад! аао I а I тёпа и а пГ I доха! еу

ЕГ I оа1 одао пи а! дГ оГ т|! Ц

ааёеа

5 6

Рисунок 5.27. - Схема получения концентрата сывороточного белка из подсырной сыворотки, образованного в процессе переработки молока в сычужный сыр: 1 - сепаратор; 2 - исходная емкость; 3 - каскад ультрафильтрационных модулей; 4 - емкость для сбора пермеата; 5 -электродиализатор; 6 - распылительная сушилка.

1

Схема работает следующим образом, подсырная сыворотка направляется в сепаратор 1 для отделения казеиновой пыли и молочного жира для снижения закупорки мембран, затем обрат собирается в исходной емкости 2, из исходной емкости с помощью центробежного насоса отсепарированная подсырная сыворотка направляется в каскад ультрафильтрационных модулей подключенные последовательно 3, где она разделяется на два потока пермеат который идет на дальнейшую доочистку, и р етентат возвращается в исходную емкость, по достижению концентрации 15-20% в исходной емкости концентрат направляется в электродиализную установку 5 для деминерализации подсырной сыворотки до 80-90%, затем деминерализованная подсырная сыворотка направляется в распылительную сушилку где с помощью насоса для горячего воздуха, суспензия становится

порошком и на выходе мы имеем концентрат сывороточного белка с деминерализацией 80-90%.

В схеме применяется трубчатый ультрафильтрационный аппарат (патент № 2685091 Яи) [3], принятый к разработке на ООО «ЧС «ВЕРО». Рассчитана себестоимость производства концентрата. Ожидаемый экономический эффект от внедрения линии составит 4200 тыс. руб. для ООО «ВЕКША» и 980 тыс. руб. для ООО «ЧС «ВЕРО» в год в ценах 2021 года.

Технологическая схема принята к внедрению на ООО «ЧС «ВЕРО».

5.3 Расчет экономической эффективности ультрафильтрационной очистки и концентрирования технологических растворов

Молокоперерабатывающие предприятия Тамбова и Тамбовской области ООО «ВЕКША» и ООО «ЧС «ВЕРО», в смену могут перерабатывать до 5000 л и 1500 л молока соответственно. На данных предприятиях производство сыра построено по классической схеме производства сычужных сыров. С применением данной технологии переработки молока в сыр образуется до Усыв = 90% подсырной сыворотки от исходного объема молока. Таким образом мы можем вычислить объем образованной сыворотки на предприятиях:

Усыв = ^мол * 100о/о' (5.1)

В процессе переработки из молока в подсырную сыворотку переходит примерно ^мжир = 0,1% молочного жира. Молочный жир является нежелательным продуктом в процессе ультрафильтрационного концентрирования поскольку способствует к ускоренной закупорки пор, для извлечения молочного жира и казеиновой пыли используют технологию

129

сепарирования производительностью Щ.еп = 5000 л/ч, потребляемая

мощность сепараторов Рсеп = 7,5 кВт, время работы сепаратора можно рассчитать по формуле:

Т сеп ТС , (5.2)

™сеп

Массу образуемого молочного жира можно вычислить по формуле:

V =]/*Умжир ^ ^

*мжир *сыв 100о% (5.3)

Средняя стоимость кВт энергии составляет 7 рублей, таким образом мы можем рассчитать стоимость сепарирования:

Ссеп = ?сеп * Рсеп * 7 руб, (5.4)

Стоит отметить, что полученный молочный жир в последствии можно использовать в производство поскольку он не чем не отличается от молочного жира в исходном молоке [179].

При этом объем сепарированной подсырной сыворотки будет р авняться

^ссЫВ ^сыв VШжuр, (5.5)

В процессе переработки молока в сычужный сыр в подсырную сыворотку переходит до сомбел = 1%

Ммбел=УссЫв*^;о, (5.6)

Ультрафильтрационное концентрирование позволяет получить концентрат по массе белков до 15%, таким образом мы можем высчитать объем сконцентрированной подсырной сыворотки

у 15% _ Ммбел*100%о ^ ~

конц 15% , ( . )

Для расчета объема воды, которую нужно отделить для получения объема 15% по массе белка можно получить из выражения

^пер ^ссыв ^конц, (5.8)

Из данных требований к объему для обеспечения

ультрафильтрационного концентрирования мы подбираем насос с

подходящими характеристиками расход Снасос = 500 м3/ч, мощность

130

Рнасос=110 кВт/ч. Количество модулей. Таким образом процесс ультрафильтрационного концентрирования будет требовать времени

к

'•конц (с Тм

'конц "Тс Л7

А^уст '"модулей^/ ( /<

С *^эксп ^эксп

Сконц = Рконц * ^онц * 7 руб, (5.10)

Стоит отметить, что 85% всех солей переходят из молока в подсырную сыворотку. Помимо минеральных солей молока, в сыворотку так же попадают соли, вносимые дополнительно для производства продукта (сыр, творог). Как известно [86, 88, 180, 181] и подтверждено экспериментально что процесс ультрафильтрации не способен задерживать соли, то сконцентрированная подсырная сыворотка требует дополнительных мер по деминерализации, в предложенной нами схеме мы используем электродиализную установку поскольку преимуществами данной установки является деминерализация технологических растворов с высоким содержанием твердых веществ и вязкостью, такие как концентрированная сыворотка, желатин, сахарная патока, сироп цикория, глицерин и т.п.

Суммарное потребление мощность электродиализа Я,лектродиализ =2,9

кВт/ч.

Производительность выбранной электр одиализной установки позволяет сконцентрированный объем довести до уровня деминерализации 80% примерно за 1 час.

т = (511)

'-э.диализ „, '

'э.диализ

Стоимость электродиализа будет равна:

Сэ.диализ Рэ.диализ * ^э.диализ * 7 ру6, (512)

После получения высокодеминерализованной подсырной сыворотки следует стадия сушки, в качестве основного оборудования используется распылительная сушилка мощностью ^расп. суш= 125 кВт/ч и производительностью £расп.суш = 135 кг/ч, таким образом время, затраченное

на получение сухого концентрата сывороточного белка, можно рассчитать по формуле

Удиц.тер 1 л\

1 расп.суш г , (513)

"расп.суш

Стоимость распылительной сушилки будет равна:

Срасп.суш Ррасп.суш * ^ расп.суш * 7 рУб> (514)

Таким образом после распылительной сушилки мы получаем концентрат сывороточного белка с уровнем деминерализации 80%.

После описания всей технологической схемы мы можем рассчитать общую затраченную энергию на получение концентр ата сывороточного белка.

р _ Ссеп + Сконц+Сэ.диализ + Срасп.суш /с 1 г\

С1кг,ксб-80 _ й , (515)

Мбел

Годовую чистую прибыль можно рассчитать из выражения:

Сг.чист.приб. = (С1кг,ксб-80 — ^^ * Мбел * 247> (516)

Срок окупаемости проекта таким образом

_ ^оборудования /г л ¡-¡\

'•окуп "Т > (51 7)

Сг.чист.приб.

Результаты расчетов представлены в приложении В. Кроме того, очень важен тот факт, что подсырная сыворотка является побочным продуктом производства сыра. А это означает следующее. При вложении средств в концентрирование сыворотки, суммы вложений будут значительно выше, по сравнению с производством сыра, однако, эти вложения будут возвращены после продажи продукта. А при отказе от вложений и сбросе полученной сыворотки на очистные сооружения, придется оплатить услуги очистки таких стоков, а кроме того, и предусмотренные законодательством РФ платежи за негативное воздействие на окружающую среду. И эти средства уже не будут возвращены, а станут дополнительными издержками при производстве сыра.

5.4 Выводы по пятой главе

1. Разработаны и запатентованы (патент № 26668866 RU, №2 2685091 RU, №2 2671723 RU) [2-4] высокоэффективная конструкция ультрафильтрационных аппаратов плоскокамерного, трубчатого и рулонного типов для концентрирования и деминерализации подсырной сыворотки. Данные аппараты позволяют одновременно осуществлять три технологические операции (концентрир ование, деминерализацию и процесс охлаждения или нагрева сыворотки), что интенсифицирует процесс концентрирования и снижает себестоимость. Аппарат принят к применению ООО «ЧС «ВЕРО».

2. Усовершенствована технологическая схема линии концентрирования и для ООО «ВЕКША» и ООО «ЧС «ВЕРО» с получением сухого сывороточного концентрата, включающая ультрафильтрационный аппарат трубчатого типа. Схема принята к внедрению на ООО «ВЕКША».

3. Обоснована экономическая эффективность предложенной линии ультрафильтрационного концентрирования и деминерализации подсырной сыворотки для ООО «ЧС «ВЕРО» и ООО «ВЕКША». Ожидаемый экономический эффект от внедрения линии составит 4200 тыс. руб. для ООО «ВЕКША» и 980 тыс. руб. для ООО «ЧС «ВЕРО» в год в ценах 2021 года.

1. Разработана методика для исследования состояния воды и трансформации надмолекулярной структуры поверхностны слоев фторопластовых (Ф), полисульфон (ПС), полиэфирсульфоновых (ПЭФС) мембран на основе физических методов спектроскопии, термогравиметрии, дифференциально сканирующей калориметрии, и рентгеноструктурного анализа. Усовершенствована методика исследования гидродинамической структуры потока в трубчатом мембранном канале для изучения коэффициента продольного перемешивания в процессе ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки.

2. Трансформация надмолекулярной структуры аморфных образований в активном слое из полисульфонов наглядно проявляется на кривых ТГ и ДСК. На кривых ТГ, наблюдаются термические эффекты полимерных слоев в композиционной мембране, так в интервале температур от Т=32 0 С до Т=240 0 С проявляются термические свойства лавсана( ПЭТФ), а от Т=240 0 С до Т= 4500 С свойства полисульфонов. На кривых ДСК, темпер атура стеклования для полисульфона мембран увеличилась по сравнению с воздушносухим образцом с Тс =2350 С до Тс =2930 С, а для полиэфирсульфона мембраны уменьшилась с Тс =230 0 С до Тс =2240 С. На рентгенограмме образцов, полученной от активного слоя мембран по методу «на отражение», регистрируется широкий рефлекс при 20 ~ 17.5 что, указывая на аморфную структуру полисульфона, а для полиэфирсульфона, напротив, структура аморфной фазы испытывает разрыхление.

3. Получены экспериментальные данные по сорбционным и

диффузионным характеристикам, коэффициенту задержания и удельному

выходному потоку при концентрации 0,7 кг/м3 и изменении температуры от

25-35 0 С, при трансмембранном давления от 0,1 до 0,25 МПа и на мембранах

фторопластовых (Ф), полисульфон (ПС), полиэфирсульфоновых (ПЭФС)

134

трубчатого элемента БТУ 05/2. Получены данные по изменению водородного показателя подсырной сыворотки от 4,3 до 3,9 pH, электропроводимости от 2700 до 4500 EC, плотности 1014 до 1021 кг/м3, концентрации растворенных солей от 1180 до 1380 PPM, подсырной сыворотки при производстве сычужных сыров на Частной Сыроварне «ВЕРО», Тамбовской области, Бондарского района, село Пахотный угол и ООО «ВЕКША», г. Тамбов.

4. Проведены исследования по гидродинамике потока с использованием турбулизаторов трубок Вентури в виде петли и получено критериальное уравнение и численные значения эмпирических коэффициентов для расчета коэффициента продольного перемешивания в зависимости от трансмембранного давления от 0,05 до 0,3 МПа и массовом расходе подсырной сыворотки от 0,36 до 1,8 м3/ч на трубчатых мембранных элементах типа БТУ 05/2.

5. Модифицированы математические выражения для расчета сорбционной емкости на основе уравнения Фрейндлиха, диффузионной проницаемости на основе уравнения Фика, коэффициента задержания на основе уравнения конвективной диффузии и удельного выходного потока на основе закона Дарси. Получены численные значения эмпирических коэффициентов для прогнозирования и теоретического расчета сорбционной емкости, диффузионной проницаемости, коэффициента задержания и удельного выходного потока для ультрафильтрационного процесса.

6. Модернизирован метод для поиска эмпирических параметров применительно для коэффициента задержания по экспериментальным данным, используя свободную систему компьютерной алгебры Maxima. Метод позволяет качественно с аппроксимировать экспериментальных данных математической моделью. На вычислительные эксперименты метода для поиска эмпирических параметров с использованием свободной системы компьютерной алгебры Maxima получено свидетельство о регистрации пр ограммы для ЭВМ №№ 2015614888.

7. Разработана математическая модель на основе решения уравнений конвективной диффузии, уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности потока с учетом кинетики массопереноса и гидродинамики течения раствора, позволяющая определять удельный выходной поток и концентрацию подсырной сыворотки трубчатом мембранном модуле. Проверена адекватность математической модели путем сравнения расчетных и экспериментальных данных по удельному выходному потоку. Результаты проверки показали допустимое расхождение экспериментальных и расчетных значений по удельному выходному потоку, не пр евышающих 15%.

8. Разработана методика инженерного расчета ультрафильтрационного аппарата трубчатого типа для реализации разделения подсырной сыворотки в процессе производства сычужных сыров, позволяющие учитывать гидродинамику и направление движения раствора, а также оптимизировать существующие технологические схемы на промышленных предприятиях.

9. Спроектированы и разработаны конструкции ультрафильтрационных аппаратов плоскокамерного, трубчатого и рулонного типа, и на которые получены №22668866 RU, .№2685091 RU и .№2671723 ЯИ.

10. Усовершенствована технологическая схема линии концентрирования и для ООО «ВЕКША» и ООО «ЧС «ВЕРО» с получением сухого сывороточного концентрата, включающая ультрафильтрационный аппарат трубчатого типа. Схема принята к внедрению на ООО «ВЕКША». И обоснована экономическая эффективность предложенной линии ультрафильтрационного концентрирования и деминерализации подсырной сыворотки для ООО «ЧС «ВЕРО» и ООО «ВЕКША». Ожидаемый экономический эффект от внедрения линии составит 4200 тыс. руб. для ООО «ВЕКША» и 980 тыс. руб. для ООО «ЧС «ВЕРО» в год в ценах 2021 года.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

So - степень набухания мембран; тн - масса набухшей мембраны, кг; mo - исходная масса образца, кг; kv - коэффициент распределения;

Ст - концентрация растворенного вещества в мембране, кг/м3;

Сисх - концентрация растворенного вещества в подсырной сыворотке, кг/м3;

шм - масса растворенного вещества в мембране, кг;

VM - объем мембраны, м3;

5 - толщина мембраны, м;

Уисх - объем исходной подсырной сыворотки, м3; Pa - коэффициент диффузионной проницаемости, м2с-1; V2 - объем исследуемой подсырной сыворотки, м3; Fm - рабочая площадь мембраны, м2;

С1 - концентрации растворенного вещества в первой камере, кг/м3; С2 - концентрации растворенного вещества во второй камере, кг/м3; т - время проведения эксперимента, с; Pe - критерий Пекле; v - линейная скорость потока м/с; L - длинна аппарата, м;

Dl - коэффициент продольного перемешивания м2/с; Q - массовый расход подсырной сыворотки м3/ч; R - коэффициент задержания;

Спер - концентрация растворенного вещества в пермеате, кг/м3; J - удельный выходной поток, м3/(м2с); Упер - объем собранного пермеата, м3; Т - температура подсырной сыворотки, К;

1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015614888. Расчет эмпирических параметров для коэффициента задержания баромембранного концентрирования подсырной сыворотки/ Д.А. Родионов, А.Н. Пчелинцев, С.И. Лазарев, С.В. Мищенко. - 09.10.2019.

2. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого раствора // Патент РФ 26668866 С1. 2018. Бюл. №2 28 // Лазарев С. И., Ковалев С. В., Шестаков К. В. [и др.].

3. Электробаромембранный аппарат трубчатого типа// Патент РФ 2685091 С1. 2019. Бюл. №№ 11 // Лазарев С. И., Ковалев С. В., Родионов Д.А.

4. Электробаромембранный аппарат рулонного типа с низким гидравлическим сопротивлением// Патент РФ 2671723 С1. 2018. Бюл. №2 31 // Лазарев С. И., Ковалев С. В., Родионов Д.А. [и др.]

5. Храмцов, А. Г., Василисин С. В. Рациональное использование обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки: науч. -техн. рекомендации //Ставрополь: [б. и.]. - 2011.

6. Агаджанян, А. Е. и др. Комплексная переработка молочной сыворотки // Chemical Journal of Armenia. Химический журнал Армении. -2011. - Т. 64. - №2. 3. - С. 417-428.

7. Гунькова, П. И., Горбатова К. К. Биотехнологические свойства белков молока //СПб.: Гиорд. - 2015.

8. Банникова, А. В., Евдокимов И. А. Инновационный подход к созданию обогащенных молочных продуктов с повышенным содержанием белка //М. : ДеЛи плюс. - 2015.

9. Спиричев, В. Б., Шатнюк Л. Н. Обогащение пищевых продуктов микронутриентами: научные принципы и практические решения //Пищевая промышленность. - 2010. - №2. 4.

10. Mahdi Jafari S., Masoudi S., Bahrami A. A Taguchi approach production of spray-dried whey powder enriched with nanoencapsulated vitamin D3 //Drying Technology. - 2019. - Т. 37. - №№. 16. - С. 2059-2071.

11. Храмцов, А.Г. Молочная сыворотка [Текст] / А.Г. Храмцов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 240 с.

12. Храмцов, А.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки [Текст] /А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 587 с.

13. Храмцов, А.Г. Рациональное использование обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки: научно -технические рекомендации [Текст] /А.Г. Храмоцов, С.В. Василисин. - Ставрополь, 2001.

14. Mainardis, M. et al. Techno-economic feasibility of anaerobic digestion of cheese whey in small Italian dairies and effect of ultrasound pre-treatment on methane yield //Journal of environmental management. - 2019. - Т. 246. - С. 557563.

15. Кабанова, Т. В., Савинкова Е. А. Гидромеханическая обработка молока-сырья как способ снижения бактериальной обсемененности //Современные концепции развития науки. - 2019. - С. 55-57.

16. Kabanova, T. V. et al. The Influence of Fermented Mare's Milk Processing Under Pressure of Gaseous Nitrogen on the Quality of Koumiss //International Journal of Research in Pharmaceutical Sciences. - 2020. - Т. 11. -№. 2. - С. 2350-2354.

17. Короткий, И. А., Короткая Е. В., Мальцева О. М. Разделительное вымораживание при переработке обезжиренного молока //Вестник Кр асноярского государственного аграрного университета. - 2015. - №2. 10.

18. Самарин, Г. Н., Шилин В. А., Шилин Е. В. Альтернативные методы первичной обработки молока //Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2014. - №2. 3.

19. Meza, B. E., Verdini R. A., Rubiolo A. C. Effect of freezing on the viscoelastic behaviour of whey protein concentrate suspensions //Food Hydrocolloids. - 2010. - Т. 24. - №2. 4. - С. 414-423.

139

20. Soazo, M. et al. Effect of freezing on physical properties of whey protein emulsion films //Food Hydrocolloids. - 2013. - Т. 31. - №2. 2. - С. 256-263.

21. Короткий, И. А., Гунько П. А., Федоров Д. Е. Исследование процессов криоконцентрирования молочной сыворотки //Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2014. - №2. 1.

22. Korotkiy, I., Korotkay E., Neverov E. Prospects for using the method of separation freezing for whey processing //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2019. - Т. 395. - №2. 1. - С. 012070.

23. Гущин, А. А. Концентрирование творожной сыворотки разделительным вымораживанием //Вестник Красноярского государственного агр арного универ ситета. - 2017. - №2. 10.

24. Попов, А.М., Турова Н.Н., Стабровская Е.И., Васильченко Н.В., Коняев А.В. Особенности использования прямого нагрева при концентрировании сыворотки // Фундаментальные исследования. - 2015. - №2 2-10. - С. 2124-2128;

25. Tanguy, G. et al. Calcium citrate insolubilization drives the fouling of falling film evaporators during the concentration of hydrochloric acid whey //Food Research International. - 2019. - Т. 116. - С. 175-183.

26. Angélica, R. et al. Influence of Concentration on the Surface Tension of Milk and Whey by Vacuum Evaporation //Advance Journal of Food Science and Technology. - 2018. - Т. 14. - №2. 4. - С. 114-120.

27. Бузоверов, С. Ю., Сурай Н. М. Исследование влияния процесса сгущения подсырной сыворотки на выход готовой продукции // Вестник АГАУ. 2016. №25 (139).

28. Muvdi-Nova, C. J., Mora-García S. A., Cáceres -Roa S. A. Evaluating volume reduction of clarified acid bovine milk whey via falling film vacuum evaporation //Ciencia & Tecnología Agropecuaria. - 2021. - Т. 22. - №2. 1.

29. Залашко, М.В., Залашко Л.С. Микробный синтез на молочной сыворотке. - Минск: Наука и техника, 1976

30. Lara, B. R. B. et al. Water sorption thermodynamic behavior of whey protein isolate/polyvinyl alcohol blends for food packaging //Food Hydrocolloids. -2020. - Т. 103. - С. 105710.

31. Храмцов, А.Г. Феномен молочной сыворотки. - СПб.: Профессия,

2011.

32. Волкова, Т. Д., Кравченко Э. Ф. Альбуминная масса из подсырной сыворотки //Сыроделие и маслоделие. - 2007. - №2. 6. - С. 42-44.

33. Sokolova, Z.S., Lakomova L.I., Tinyakov V.T., The technology and products of cheese whey processing. M.: Agropromizdat, 1992.

34 Лазарев, В. А. и др. Концентрирование аминокислот молочной сыворотки баромембранными методами //Аграрный вестник Урала. - 2016. -№. 1 (143).

35. Валялина, С. А. Оптимальные режимы соосаждения белков из смеси первых смывных вод и молочной сыворотки //Молочная промышленность. - 2007. - №2. 4. - С. 79-79.

36. Храмцов, А. Г. Логистика формирования технологической платформы получения биокластеров жира и белков из молочной сыворотки //Техника и технология пищевых производств. - 2014. - №2. 2 (33).

37. Ye, A. et al. Dynamic gastric stability and in vitro lipid digestion of whey-protein-stabilised emulsions: Effect of heat treatment //Food chemistry. -2020. - Т. 318. - С. 126463.

38. Ульрих, Е. В. Влияние технологических факторов на выделение компонентов молочной сыворотки флокулянтами //Достижения науки и техники АПК. - 2016. - Т. 30. - №2. 12.

39. Тихонова, Г. Г., Шамуков С. И. Применение высокомолекулярных флокулянтов в процессах очистки сточных вод молочной промышленности //Переработка молока. - 2010. - №2. 5. - С. 42-43.

40. Шевченко, Т. В. и др. Особенности осаждения сывороточных белков флокулянтами //Современные наукоемкие технологии. - 2008. - №2. 2. - С. 67.

41. Вышемирский, Ф.А. Производство масла из коровьего молока в России [Текст] / Ф.А. Вышемирский. - Спб.: ГИОРД, 2010. - 288 с

42. Храмцов, А. Г. и др. Альтернативные варианты промышленной переработки молочной сыворотки //Молочная промышленность. - 2014. - №2. 11. - с. 44-48.

43. Chebotarev, E. et al. Study of centrifugal separation of milk whey and whey concentrates //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. -IOP Publishing, 2021. - Т. 677. - №№. 3. - С. 032081.

44. Чеботарев, Е. А., Малсугенов А. В., Борисов А. Т. Пути совершенствования процессов сепарирования молочного сырья //Евразийский Союз Ученых. - 2015. - №№. 10-2 (19).

45. Дургарьян, С. Г., Ямпольский Ю. П., Платэ Н. А. Селективно проницаемые полимеры и газоразделительные мембраны: структура и транспортные свойства //Успехи химии. - 1988. - Т. 57. - №2. 6. - С. 974-989.

46. Дытнерский, Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия, 1975. 252 с.

47. Baker, R.W. Membrane technology and applications / R.W. Baker. -Chichester: Wiley, 2004.

48. Zeman, L.J. Microfiltration and ultrafiltration: principles and applications / L.J. Zeman, A.L. Zydney. - New York: Marcel Dekker, 1996.

49. McGregor, W.C. Membrane separation in biotechnology / W.C. McGregor. - New York: Marcel Dekker, 1986.

50. Евдокимов, И. А. и др. Обработка молочного сырья мембранными методами //Молочная промышленность. - 2012. - №2. 2. - С. 34-37.

51. Золоторева, М. С. и др. Мембранные процессы в молочной промышленности-эффективно, современно, надежно //Сыроделие и маслоделие. - 2012. - №2. 4. - С. 44-46.

52. Храмцов, А. Г., Абдулина Е. Р., Евдокимов И. А. Использование микрофильтрации для биологической стабилизации молочной сыворотки //Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 1997. - №2. 1.

142

53. Тимкин, В. А. Баромембранные процессы в молочной промышленности //Аграрный вестник Урала. - 2017. - №2. 6 (160).

54. Варивода, А. А. Молочная сыворотка мембранной обработки в технологии плавленых сыров //Международный научно -исследовательский журнал. - 2014. - №№. 2-1. - С. 21.

55. Babenyshev, S. P. et al. Experimental determination of parameters for milk whey microfiltration process //Journal of Hygienic Engineering and Design. -2019. - Т. 28. - С. 85.

56. Тимкин, В. А. и др. Разработка баромембранной технологии переработки молочной сыворотки //Аграрный вестник Урала. - 2013. - №. 7

(113).

57. Haribabu, M. et al. Simulating the ultrafiltration ofwhey proteins isolate using a mixture model //Journal of Membrane Science. - 2020. - Т. 613. - С. 118388.

58. Тимкин, В. А., Лазарев В. А. Производство концентрата молочной сыворотки баромембранными методами //Переработка молока. - 2014. - №2. 5. - С. 32-34.

59. Бабенышев, С. П. и др. Основные аспекты получения напитков из молочной сыворотки с добавлением растительных полисахаридов на основе использования процесса ультрафильтрации //Техника и технология пищевых производств. - 2015. - №2. 3 (38).

60. Чагаровский, А. П., Липатов Н.Н. и др. Способ получения кисломолочных продуктов. - 1988.

61. Лазарев, В. А. Разделение и концентрирование молочной сыворотки на ультрафильтрационных и обратноосмотических мембранах //Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та. - 2015.

62. Chamberland, J. et al. Effect of membrane material chemistry and properties on biofouling susceptibility during milk and cheese whey ultrafiltration //Journal ofMembrane Science. - 2017. - Т. 542. - С. 208-216.

63. Тимкин, В. А., Лазарев В. А., Минухин Л. А. Баромембранная технология переработки молочной сыворотки как фактор продовольственной безопасности региона //Journal of new economy. - 2013. - №2. 3-4 (47-48).

64. Дубяга, В.П. Полимерные мембраны [Текст] / В.П. Дубяга, Л.П. Перепечкин, Е.Е. Каталевский. - М.: Химия, 1981. - 232 с.

65. Кузина, Ж.И. Инструкция по санитарной обработке оборудования, инвентаря и тары на предприятиях молочной промышленности [Текст] / Ж.И. Кузина, Б.В. Маневич. - Торжок.: АО «Формат». - 1998. - 108 с.

66. Лисин, П.А. Современное технологическое оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов: пастеризационные установки, подогреватели, охладители, заквасочники [Текст] / П.А. Лисин, К.К. Полянский и др. - СПб.: Гиорд, 2009. - 136 с.

67. Килкаст, Д. Стабильность и срок годности. Молочные продукты [Текст] / Д. Килкаст П. Субраманиам. - СПб.: Профессия, 2012. - 320 с.

68. Методы и средства очистки воды и технологических растворов: Часть 1. - М.: Химия, 1993. - 97 с.

69. Зобкова, З.С. Пороки молока и молочных продуктов и меры их предупреждения [Текст] / З.С. Зобкова. - М.: Молочная промышленность, 1998. - 76 с.

70. Fagbohungbe, M. O., Onyeri C. A., Semple K. T. Co-fermentation of whey permeates and cattle slurry using a partitioned up-flow anaerobic digestion tank //Energy. - 2019. - Т. 185. - С. 567-572.

71. Залашко, М.В. Биотехнология переработки молочной сыворотки [Текст] / М.В. Залашко. - М.: Агропромиздат, 1990. - 122 с.

72. Lagoa-Costa, B., Kennes C., Veiga M. C. Cheese whey fermentation into volatile fatty acids in an anaerobic sequencing batch reactor //Bioresource technology. - 2020. - Т. 308. - С. 123226.

73. Bedas, M. et al. Nanofiltration oflactic acid whey prior to spray drying: Scaling up to a semi-industrial scale //LWT-Food Science and Technology. - 2017. - Т. 79. - С. 355-360.

74. Куленко, В. Г. и др. Нанофильтрация молочной сыворотки //Переработка молока. - 2011. - №2. 3. - С. 20-21.

75. Мирончук, В. Г. и др. Экспериментальное исследование влияния высокого давления на эффективность процесса нанофильтрации молочной сыворотки при использовании мембран ОПМН-П //Мембраны и мембранные технологии. - 2013. - Т. 3. - №2. 1. - С. 3-3.

76. Костюков, Д. М. и др. Закономерности концентрирования творожной сыворотки методом нанофильтрации //Молочнохозяйственный вестник. - 2012. - №2. 1.

77. Шохалова, В. Н. и др. Нанофильтрация творожной сыворотки: теоретические и практические аспекты //Молочная промышленность. - 2014. - №2. 11. - С. 65-66.

78. Дыкало, Н. Я. и др. Диафильтрация творожной сыворотки в процессе нанофильтрации //Сыроделие и маслоделие. - 2013. - №2. 2. - С. 2627.

79. Дымар, О. В. Динамика процесса нанофильтрации молочной сыворотки //Молочная промышленность. - 2015. - №2. 7. - С. 27-30.

80. Майоров, А. А., Сурай Н. М., Бузоверов С. Ю. Обоснование мембранных способов разделения молочной сыворотки //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2012. - Т. 91. - №2. 5.

81. Варивода, А. А., Овчарова Г. П. Комплексная переработка молочной сыворотки мембранными методами //Сборник научных трудов Всероссийского научно -исследовательского института овцеводства и козоводства. - 2013. - Т. 3. - №2. 6.

82. Тимкин, В. А., Лазарев В. А., Минухин Л. А. Определение осмотического давления молочной сыворотки //Аграрный вестник Урала. -2014. - №2. 3 (121).

83. Menchik, P., Moraru C. I. Nonthermal concentration of liquid foods by a combination of reverse osmosis and forward osmosis. Acid whey: A case study //Journal ofFood Engineering. - 2019. - Т. 253. - С. 40-48.

145

84. Двинский, Б.М. «Второе пришествие» нанотехнологий в молочную промышленность России // Молочная промышленность. 2010. №2 1.

85. Евдокимов, И.А., Володин Д.Н., Бессонов А.С., Золоторева М.С., Поверин А.П. Реальные мембранные технологии // Молочная промышленность. 2010. №2 1.

86. Золоторева, М. С. и др. Электродиализ-наиболее эффективный процесс деминерализации молочной сыворотки //Молочная промышленность. - 2014. - №2. 3. - С. 37-38.

87. Золоторева, М. С., Володин Д. Н., Топалов В. К. Электродиализ-неотъемлемая часть технологии молочной сыворотки //Молочная промышленность. - 2014. - №2. 2. - С. 30-30.

88. Dufton, G. et al. Positive impact of pulsed electric field on lactic acid removal, demineralization and membrane scaling during acid whey electrodialysis //International journal of molecular sciences. - 2019. - Т. 20. - №2. 4. - С. 797.

89. Евдокимов, И. А., Дыкало Н. Я., Пермяков А. В. Электродиализ молочной сыворотки. - 2009.

90. Евдокимов, И. А. и др. Деминерализация подсырной соленой сыворотки методом электродиализа //Молочная промышленность. - 2006. - №2. 6. - С. 28-29.

91. Золоторева, М. С. Продукты переработки сыворотки в молочном производстве //Молочная промышленность. - 2014. - №2. 2. - С. 173.

92. Володин, Д. Н. и др. Электродиализные установки для переработки молочной сыворотки //Молочная промышленность. - 2010. - №2. 7. - С. 45-45.

93. Дымар, О.В. Применение процесса электродиализа при переработке молочной сыворотки [Текст] / О.В. Дымар, М.В. Зублик, И.В. Миклух // Актуальные проблемы животноводства, ветеринарной медицины, переработки сельскохозяйственной продукции и товароведения. - Воронеж, 2010. - С. 290 - 291.,

94. Храмцов, А.Г. Российская лактулоза - XXI век. Научные основы, производство и использование [Текст] / А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева и др. - М.: МИИТ, 2000. - 110 с.

95. Merkel, A., Ashrafi A. M., Ecer J. Bipolar membr ane electrodialysis assisted pH correction of milk whey //Journal of Membrane Science. - 2018. - Т. 555. - С. 185-196.

96. Старов, В.М. Концентрирование и очистка растворов высокомолекулярных соединений [Текст] / В.М. Старов // Химия и технология воды. - 1987. - Т. 9. - №№ 3. - С. 195-199.

97. Кунижев, С.М. Новые технологии в производстве молочных продуктов [Текст] / С.М. Кунижев, В.А. Шуваев. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 208 с.

98. Ключников, А.И. Высокоэффективная мембранная техника для нанофильтрации пищевых жидкостей [Текст] / А.И. Ключников, С.В. Востриков // Пищевая промышленность. - 2010. - №2 9. - С. 40 - 41.

99. Шапошник, В.А. Математическая модель электродиализа с ионообменными мембранами и инертными турбулизаторами потока [Текст] / В.А. Шапошник, О.В. Григорчук // Электрохимия. - 2010. - Т. 46, №10. - С. 1264-1271.

100. Шапошник, В.А. Явления переноса в ионообменных мембранах [Текст] / В.А. Шапошник В.И. Васильева, О.В. Григорчук // МФТИ, 2001. -200 с.].

101. Харитонов, В. Д., Будрик В. Г. Некоторые вопросы повышения эффективности производства молочных продуктов //Техника и технология пищевых производств. - 2012. - №2. 3 (26).

102. Nicolás, P., Ferreira M. L., Lassalle V. A review ofmagnetic separation of whey proteins and potential application to whey proteins recovery, isolation and utilization //Journal ofFood Engineering. - 2019. - Т. 246. - С. 7-15.

103. Шаталов, В. В., Савельева Т. И., Глухова Л. П. Применение электродиализа для получения регенерационных растворов в ионообменном

147

процессе деминерализации молочной сыворотки //Критические технологии. -2003. - .№. 3. - С. 38-40.

104. Володин, Д. Н. и др. Переработка молочной сыворотки: понятная стратегия, реальные технологии, адекватные инвестиции, востребованные продукты //Молочная промышленность. - 2015. - №2. 5. - С. 36-41.

105. Котов, В.В. и др. Электромассоперенос в системе «анионообменная мембрана-пектин содержащий раствор хлороводородной кислоты» //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2013. - Т. 13. -№. 3.

106. Bodyakina, I. M., Kotov V. V., Netesova G. A. Электромассоперенос сульфат и хлор -ионов через мембрану МА-40 из пектин содержащих растворов //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2013. - Т. 13. -№. 4.

107. Кривовязенко, Д. И. Энергосберегающая технология выделения белков из молочной сыворотки. - 2010.

108. Yukalo, V. et al. Gel filtration of cow milk whey proteins //Food Science and Technology. - 2018. - Т. 12. - №№. 4. - С. 72-78.

109. Храмцов, А. Г. Проблема полного и рационального использования молочной сыворотки в условиях рыночной экономики //Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 1994. - №2. 1-2.