Способ подготовки керамической мембраны для ультрафильтрации молочной сыворотки

Изобретение относится к мембранной технологии и, в частности, касается керамических мембран, которые могут быть использованы для ультрафильтрации молочной сыворотки. Сущность изобретения заключается в том, что перед фильтрацией молочной сыворотки производят подготовку керамической мембраны путем нанесения на пористый носитель мембраны слоя суспензии, в качестве которого используют 0,3% спиртовой раствор молочного жира, причем последний готовят при температуре 38-40°С и наносят под давлением 0,3 мПа в течение 350-360 минут. Изобретение позволяет ускорить процесс фильтрации и повысить его эффективность, а также увеличить срок службы мембран. 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к мембранной технологии и, в частности, касается керамических ультра- и нанофильтровальных мембран, которые могут быть использованы для ультрафильтрации биологически активных сред в микробиологии, фармацевтической и пищевой промышленности, для очистки сточных вод, холодной стерилизации сред и воздуха, обессоливания минерализованных сред и, возможно, газового разделения.

Уровень техники.

Известен способ подготовки керамической мембраны для ультрафильтрации биологически активных сред на основе ультрадисперсионного порошка, включающий нанесение керамического или металлического порошка на поверхность пористого проницаемого носителя из керамики или металла и термообработку на воздухе, при этом наносят сухой однородный ультрадисперсный порошок, после чего его подпрессовывают до получения на поверхности слоя порошка толщиной около 1 мкм, термообработку ведут при температуре, равной 0,25-0,60 температуры плавления материала мембраны (см. пат. №2054311, кл. B01D 69/00, 71/02).

Недостатком данного изобретения является невысокая эффективность процесса.

Известен способ изготовления керамической мембраны, заключающийся в том, что на пористый носитель наносят слой суспензии, твердая фаза которой включает неплавящийся наполнитель и стеклосвязку, сушат и обжигают полученную заготовку, при этом на носитель наносят слой суспензии, твердая фаза которой состоит из частиц не плавящегося при обжиге наполнителя, покрытых оболочкой из стеклосвязки (см. пат. №2128544, кл. B01D 67/00).

Недостатком данного изобретения является невысокая эффективность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является способ изготовления керамических фильтрующих элементов путем изготовления пористой керамической подложки и последовательного нанесения слоев тонкомолотых суспензий для образования мембранного покрытия, сушки и обжига полученной заготовки, при этом целью является снижение брака по дефектам мембранного покрытия и повышение фильтрующих свойств, сначала наносят водную суспензию с содержанием 3-10% твердой фазы, а затем - 20-50% (см. пат. №1661167, кл. С04В 38/00).

Недостатком данного способа является энергоемкость трудозатрат для получения пористой мембраны, а также вещество, используемое для достижения лучшего результата фильтрации.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа подготовки мембраны для ультрафильтрации молочной сыворотки, с помощью которой производится ускорение и повышение эффективности процесса ультрафильтрации, а также повышение срока службы керамических мембран.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к ускорению, повышению эффективности процесса фильтрации и повышению срока службы мембран.

Технический результат достигается с помощью способа подготовки керамической мембраны для ультрафильтрации молочной сыворотки, заключающийся в том, что на пористый носитель мембраны наносят слой суспензии, при этом в качестве суспензии используют 0,3% спиртовой раствор молочного жира.

Сущность изобретения заключается в том, что перед фильтрацией молочной сыворотки производят подготовку керамической мембраны путем нанесения на пористый носитель мембраны слоя суспензии, в качестве которого используют 0,3% спиртовой раствор молочного жира, причем последний готовят при температуре 38-40°С и наносят под давлением 0,3 мПа в течение 350-360 минут.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА ПОДГОТОВКИ КЕРАМИЧЕРКОЙ МЕМБРАНЫ ДЛЯ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИИ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ.

Пример 1

Из питающего резервуара с мешалкой в установку для фильтрования через чистую мембрану подают 100 литров молочной сыворотки. Указанная установка содержит керамический фильтр ПАРТ №34/07 ОСТ 1482-99, имеющий поверхность 0,5 м² и средний размер пор 50 нм. Процесс фильтрования происходит при температуре 38-40°С. Скорость поперечного потока 3,5-4 м/с. Опыт проводят в течение 360 минут при давлении Р=0,3 МПа. Путем подачи свежей сыворотки, при концентрации К=1,67 л, компенсируют удаляемый объем пермеата так, что концентрация дисперсной фазы оставалась постоянной в течение 360 мин. В результате опыта пропускаемость мембран составляет Q=24-25 кг/м²-ч.

Пример 2

Из питающего резервуара с мешалкой в установку для фильтрования через мембрану, предварительно пропитанную 0,2% спиртовым раствором молочного жира, подают 100 литров молочной сыворотки. Указанная установка содержит керамический фильтр ПАРТ №34/07 ОСТ 1482-99, имеющий поверхность 0,5 м² и средний размер пор 50 нм. Процесс фильтрования происходит при температуре 38-40°С. Скорость поперечного потока 3,5-4 м/с. Опыт проводят в течение 360 минут при давлении Р=0,3 МПа. Путем подачи свежей сыворотки, при концентрации К=1,67 л, компенсируют удаляемый объем пермеата так, что концентрация дисперсной фазы остается постоянной в течение 360 мин. В результате опыта пропускаемость мембран составляет Q=27-28 кг/м²-ч.

Пример 3

Из питающего резервуара с мешалкой в установку для фильтрования через мембрану, предварительно пропитанную 0,3% спиртовым раствором молочного жира, подают 100 литров молочной сыворотки. Указанная установка содержит керамический фильтр ПАРТ №34/07 ОСТ 1482-99, имеющий поверхность 0,5 м² и средний размер пор 50 нм. Процесс фильтрования происходит при температуре 38-40°С. Скорость поперечного потока 3,5-4 м/с. Опыт проводят в течение 360 минут при давлении Р=0,3 МПа. Путем подачи свежей сыворотки, при концентрации К=1,67 л, компенсируют удаляемый объем пермеата так, что концентрация дисперсной фазы остается постоянной в течение 360 мин. В результате опыта пропускаемость мембран составляет Q=32-34 кг/м²-ч.

Пример 4

Из питающего резервуара с мешалкой в установку для фильтрования через мембрану, предварительно пропитанную 0,4% спиртовым раствором молочного жира, подают 100 литров молочной сыворотки. Указанная установка содержит керамический фильтр ПАРТ №34/07 ОСТ 1482-99, имеющий поверхность 0,5 м² и средний размер пор 50 нм. Процесс фильтрования происходит при температуре 38-40°С. Скорость поперечного потока 3,5-4 м/с. Опыт проводят в течение 360 минут при давлении Р=0,3 МПа. Путем подачи свежей сыворотки, при концентрации К=1,67 л, компенсируют удаляемый объем пермеата так, что концентрация дисперсной фазы остается постоянной в течение 360 мин. В результате опыта пропускаемость мембран составляет Q=31-33 кг/м²-ч.

Пример 5

Из питающего резервуара с мешалкой в установку для фильтрования через мембрану, предварительно пропитанную 0,5% спиртовым раствором молочного жира, подают 100 литров молочной сыворотки. Указанная установка содержит керамический фильтр ПАРТ №34/07 ОСТ 1482-99, имеющий поверхность 0,5 м² и средний размер пор 50 нм. Процесс фильтрования происходит при температуре 38-40°С. Скорость поперечного потока 3,5-4 м/с. Опыт проводят в течение 360 минут при давлении Р=0,3 МПа. Путем подачи свежей сыворотки, при концентрации К=1,67 л, компенсируют удаляемый объем пермеата так, что концентрация дисперсной фазы остается постоянной в течение 350-360 мин. В результате опыта пропускаемость мембран составляет Q=29-30 кг/м²-ч.

Пример 6

Из питающего резервуара с мешалкой в установку для фильтрования через мембрану, предварительно пропитанную 0,6% спиртовым раствором молочного жира, подают 100 литров молочной сыворотки. Указанная установка содержит керамический фильтр ПАРТ №34/07 ОСТ 1482-99, имеющий поверхность 0,5 м и средний размер пор 50 нм. Процесс фильтрования происходит при температуре 38-40°С. Скорость поперечного потока 3,5-4 м/с. Опыт проводят в течение 350-360 минут при давлении Р=0,3 МПа. Путем подачи свежей сыворотки, при концентрации К=1,67 л, компенсируют удаляемый объем пермеата так, что концентрация дисперсной фазы остается постоянной в течение 360 мин. В результате опыта пропускаемость мембран составляет Q=26-27 кг/м²-ч.

Результаты опытов приведены в таблице 1

Таблица 1
Номер опыта №	Температура t	Скорость поперечного потока V	Время Т, в течение которого проходил опыт	Давление Р	Пропитанность мембраны спиртовым раствором молочного жира	Пропускаемость мембран Q
°C	м/с	минута	МПа	%	кг/м2-ч
1	38-40	3.5-4	360	0.3	0	24-25
2	38-40	3.5-4	360	0.3	0.2	27-28
3	38-40	3.5-4	360	0.3	0.3	32-34
4	38-40	3.5-4	360	0.3	0.4	31-33
5	38-40	3.5-4	360	0.3	0.5	29-30
6	38-40	3.5-4	360	0.3	0.6	26-27

Как видно из таблицы, применение 0,3% спиртового раствора молочного жира приводит к значительному увеличению проницаемости мембран (т.е ускорению процесса ультрафильтрации) и повышению качества процесса ультрафильтрации. В то же время применение мембраны, пропитанной 0,4 и 0,5 процентным спиртовым растворам молочного жира (опыт 4 и 5), не ведет к существенному повышению скорости и качества процесса ультрафильтрации. Таким образом, для наиболее качественного и ускоренного процесса ультрафильтрации необходимо применить мембрану керамического фильтра, пропитанную 0,3 процентным спиртовым раствором молочного жира.

По сравнению с прототипом процесс повышения качества и скорости ультрафильтрации происходит за счет образования слоя суспензии (он образуется при пропускании 0,3% спиртового раствора молочного жира), к которому не абсорбируется белок, тогда как в прототипе этот процесс достигается нанесением на мембранную поверхность неплавящегося наполнителя и стеклосвязки, что приводит к существенному снижению скорости ультрафильтрации.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- ускорение процесса ультрафильтрации белковых растворов;

- повышение эффективности процесса ультрафильтрации белковых растворов;

- экологическая чистота окружающей среды.

Способ подготовки керамической мембраны для ультрафильтрации молочной сыворотки, заключающийся в том, что на пористый носитель мембраны наносят слой суспензии, отличающийся тем, что в качестве суспензии используют 0,3%-ный спиртовой раствор молочного жира, причем последний готовят при температуре 38-40°С и наносят под давлением 0,3 мПа в течение 350-360 мин.