Д/з Составить кроссворд «Мембранная обработка молочного сырья»
Урок 29. Характеристика полупроницаемых мембран
Цель: изучить характеристики полупроницаемых мембран, способы их изготовления, материал и основные требования к ним.
Полупроницаемая мембрана — определенным образом упорядоченная фаза, разделяющая две другие фазы и действующая как активный или пассивный селективный барьер в процессе переноса вещества между этими двумя фазами. Исходя из этого формулируют признаки, характеризующие мембрану.
1. Процесс разделения, для которого мембрана предназначена, т. е. какие фазы она разделяет. По этому признаку можно выделить три группы:
• жидкофазные (баромембранные, диализ, электродиализ);
• газофазные (диффузионное разделение газов);
• фазоинверсионные (первапорация, мембранная дистилляция, мембранная экстракция, мембранное сатурирование).
2. Материал мембраны, т. е. из чего образована фаза самой мембраны. По этому признаку мембраны разделяют на следующие группы:
Ø материалы биологического происхождения (стенки внутренних органов, клеточные оболочки);
Ø полимеры растительного происхождения (целлюлоза, продукты ее модификации и переработки;
Ø полимеры синтетические;
Ø силикатные стекла;
Ø металлы (чистые и сплавы);
Ø углеродные материалы (графит, сажа);
Ø керамические материалы (оксиды, карбиды, нитриды и др. соединения металлов);
Ø водонерастворимые жидкости (углеводороды, липиды, с добавками комплексонов, ПАВ и др.);
|
|
|
Ø комбинированные и композиционные материалы (полимер-полимер, керамика-графит, керамика-металл, жидкость-полимер).
3. Внутренняя структура мембраны, т. е. каким образом упорядочена мембранная фаза и что обеспечивает ее селективные свойства.
По этому признаку выделяются три типа мембран, рис.1:
Ø пористые;
Ø сплошные (непористые);
Ø сплошные с паромным эффектом .
Рис.1. Схематическое изображение трех типов мембранных структур
По внутренней структуре мембраны разделяются на изотропные и анизотропные. У первых свойства сохраняются по толщине пленки, у вторых они существенно различаются в тонком слое на поверхности и в остальном объеме - плотность, размер пор. Элементом внутренней структуры является также армировка мембран. Этот прием упрочнения используется в основном для полимерных мембран. В качестве армировки применяют сетки, ткани, нетканые полотна (войлоки), разобщенные волокна из полимеров, металлов, углерода.
4. Способ изготовления мембраны. Для каждой группы материалов существуют свои способы.
Полимерные мембраны:
• полив на гладкую поверхность и разравнивание в виде пленки раствора или расплава полимера;
|
|
|
• экструзия, т. е. формование выдавливанием через фильеру раствора или расплава полимера;
• формование пленки распылением раствора на подложку;
• выщелачивание из пленки материала для формования пор;
• химическая, механическая или физико-химическая модификация предварительных заготовок.
Металлические мембраны:
• литье из расплава, прокатка, вытяжка;
• использование технологии порошковой металлургии;
• прессование металлических волокон (войлок).
Керамические и углеродные мембраны:
• приготовление формовочных смесей из порошкообразных материалов и их экструзия;
• золь-гель технология из водных растворов солей.
Стеклянные мембраны:
• экструзия из расплава шихты.
Композиционные мембраны:
• полимеризация мономера на поверхности из другого материала;
• склеивание двух слоев;
• формование любым из перечисленных способов одного слоя на поверхности другого;
• осаждение из раствора частиц одного материала на поверхность другого (динамические мембраны).
5. Внешняя форма мембраны:
• плоская мембрана (полотна, листы, ленты);
• трубчатая мембрана (цилиндры диаметром от 5 до 15 мм и длиной до 2 м);
|
|
|
• капиллярная мембрана (тонкие трубочки диаметром до 2 мм бесконечной длины);
• волоконная мембрана (полое волокно диаметром от 20 мкм до 300 мкм и бесконечной длины).
Плоская мембрана Трубчатая мембрана
Капиллярная мембрана Волоконная мембрана
Основные требования к мембранам:
1. Задерживающая или разделяющая способность (селективность). Обычно требуется высокая величина R (18), но она всегда привязана к конкретному компоненту.
2. Удельная производительность.
3. Механическая прочность. При эксплуатации мембран могут возникать гидравлические удары при включении насоса, силы трения протекающего потока, колебательные деформации за счет турбулентности, при других способах снятия поляризационных явлений.
4. Химическая стойкость. Основным разрушающим действием обладает гидролиз, в который вовлекаются прежде всего функциональные группы на молекуле полимера. Нужно также учитывать действие кислот, щелочей и других моющих компонентов, которые используются в период регенерации мембран.
|
|
|
5. Биологическая стойкость. Материал мембран часто служит субстратом для микроорганизмов, которые разрастаются колониями. Если материал биологи чески нестоек, приходится вводить ингибиторы роста микроорганизмов в мембрану, либо в исходный поток.
6. Тепловая стойкость. Проблемы могут возникнуть при обработке горячих смесей, либо при паровой стерилизации оборудования.
7. Санитарные требования. При использовании мембран в пищевой промышленности они сертифицируются на предмет вымывания из них компонентов, используемых в процессе изготовления мембран (мономеры, остатки растворителя, компоненты поливочного раствора или формовочной смеси и т. п.).
8. Временной ресурс работы мембран. Ресурс мембран - это время, в течение которого мембрана сохраняет работоспособность. Ресурс мембраны будет довольно длительным, при условии рационального выбора мембранного процесса и мембран, конструкции мембранного аппарата, организации правильной обработки исходного сырья и создании оптимальной технологической схемы для минимизации проблем поляризации и отложений на мембранах.
Мембранные процессы могут использоваться для решения следующих задач производства.
1. Получение обессоленной и очищенной воды (в производстве молочных продуктов - получение деминерализованной молочной сыворотки).
2. Фракционирование смесей.
3. Очистка продукта от сопутствующих примесей.
4. .Концентрирование продукта.
5. Регенерация ценных компонентов для повторного использования.
6. Холодная стерилизация.
7. Решение экологических проблем.
Полупроницаемая мембрана является главным элементом мембранных аппаратов. От свойств и характеристик полупроницаемых мембран зависит эффективность мембранных процессов. Поскольку полупроницаемые мембраны изготавливают из различных материалов, то при эксплуатации важно определить влияние на свойства мембран pH обрабатываемого раствора, температуры и давления при которых происходит разделение растворов.
Задания
1. Составить план-конспект темы
2. Ответить на контрольные вопросы
1. Назовите признаки, характеризующие мембрану
2. Какой материал применяется для изготовления мембран, используемых при фильтрации молочного сырья?
3. Что применяется в качестве армировки мембран?
4. От чего зависит способ изготовления мембран?
5. Допишите определение: «Время, в течение которого мембрана сохраняет работоспособность – это _________________».
Д/з Составить кроссворд «Мембранная обработка молочного сырья»
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!