Способ регенерации ультрафильтрационных керамических мембранных элементов, используемых в технологии производства творога детского методом ультрафильтрации
Владельцы патента RU 2544701:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии) (RU)
Изобретение относится к способам регенерации ультрафильтрационных керамических мембранных элементов, используемых в молочной промышленности для производства творога. Регенерацию осуществляют следующим образом. Вытесняют остатки продукта из продуктового контура чистой водой, обрабатывают мембранный элемент 1,0-2,0%-ным раствором щелочного моющего средства, удаляют остатки щелочного раствора водой, обрабатывают 0,5%-ным водным раствором кислотного средства, удаляют остатки кислотного раствора, повторно производят щелочную обработку с последующим ополаскиванием продуктового контура от остатков щелочного раствора. Дезинфекцию элементов осуществляют непосредственно перед пуском установки. Изобретение обеспечивает высокую степень регенерации мембранных элементов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к способам регенерации ультрафильтрационных керамических мембранных элементов, используемых в технологии производства творога детского методом ультрафильтрации, и может быть использовано при производстве концентрата молочного белка из цельного молока и подсырной сыворотки, а также для отделения белково-жировых и механических включений из-под сырных рассолов способом ультрафильтрации.
Известен способ регенерации ультрафильтрационных полимерных мембранных элементов УПМ-П-450, используемых при концентрировании молочных сывороточных белков из подсырной сыворотки, включающий операции мойки при давлении 0,35±0,05 МПа: ополаскивания продуктового контура чистой водой в течение 30…35 минут при температуре 35…37°C, обработки 0,8÷1,0%-ным щелочным моющим раствором в течение 90÷120 минут при температуре 55÷58°C, повторного промывания водой для удаления остатков щелочного раствора, дезинфекции раствором гипохлорита (35…50 мг активного хлора в 1 л раствора) или дихлоризоцианурата натрия (25…50 мг активного хлора в 1 л раствора) при температуре 25…40°C в течение 10…15 минут; один раз в три дня после мойки щелочным раствором и промывки водой от его остатков осуществляют операцию обработки 0,5%-ным раствором азотной кислоты или 0,3%-ным раствором фосфорной кислоты в течение 30…35 минут при температуре 55…58°С, ополаскивании водой от остатков кислотного раствора в течение 15…20 минут и последующей дезинфекции, как указано выше [см. Фетисов Е.А., Чагаровский А.П. Мембранные и молекулярно-ситовые методы переработки молока. - М.: Агропромиздат, 1991. - 272 с: ил.].
Данный способ не позволяет осуществить полную регенерацию ультрафильтрационных керамических мембранных элементов.
Известен способ регенерации ультрафильтрационных мембранных элементов, используемых в технологии производства творога из подсквашенного сгустка (колье), включающий операции ополаскивания продуктового контура чистой водой в течение 15…20 минут при температуре 45…50°C, обработки 1,0…1,5%-ным раствором средства «Катрил-УФ» в смеси с 0,1…0,3%-ной добавкой «Катрил М» марки УФ в течение 50…60 минут при температуре 60…75°C и давлении 0,2 МПа, повторного промывания водой при температуре 60…75°C в течение 15…20 минут при давлении 0,2 МПа, обработки 0,5…1,2%-ным раствором кислотного средства «РОМ-ФОС для УФ» или 0,3…0,5%-ным раствором азотной кислоты в смеси с 0,1…0,3%-ной добавкой «Катрил М» марки УФ в течение 30…40 минут при температуре 60…75°C и давлении 0,25 МПа, затем промывания водой от остатков кислотного раствора и последующей обработки дезинфицирующим раствором непосредственно перед пуском установки на продукте [см. Кузина Ж.И., Маневич Б.В., Бурыгин О.П. Инструкция по санитарной обработке ультрафильтрационной установки фирмы «Тетра-Пак», укомплектованной керамическими мембранами трубчатого типа, 2004].
Данный способ позволяет произвести регенерацию ультрафильтрационных керамических мембранных элементов на 95-97%. Однако следует отметить, что добавка «Катрил М» марки УФ содержит анионное ПАВ из класса алкилбензолсульфонатов, относящееся к трудно разлагающимся в природе, а кислотное средство содержит фосфорную кислоту, способствующую зарастанию водоемов водорослями.
Известен способ регенерации ультрафильтрационных металлокерамических мембранных элементов от белковых загрязнений на мембранах, но он относится к решению задачи гидролиза рыбных белков [см. Боева Н.П., Бочкарев И.А., Кузина Ж.И. Способ регенерации ультрафильтрационных мембранных элементов. Патент РФ №2362614 от 06.03.2007 г.].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации ультрафильтрационных керамических мембранных элементов, используемых в технологии производства творога из подсквашенного сгустка (колье), включающий операции ополаскивания продуктового контура чистой водой в течение 15-20 минут при температуре 45-50°C, обработки 2-4%-ным раствором щелочного средства «Дивос 124» в смеси с 0,02-0,04%-ной добавкой «Дивос АДД-3» в течение 20-24 минут при температуре 80-85°C и давлении 0,2 МПа, повторного промывания водой при температуре 80-85°C в течение 15-20 минут при давлении 0,2 МПа, обработки 0,9-1,1%-ным раствором азотной кислоты в течение 28-32 минут при температуре 55-57°C и давлении 0,25 МПа, обработку водой от остатков кислотного раствора в течение 15-20 мин при температуре 80-85°C, заполнения щелочным раствором на ночь, затем промывания водой от остатков щелочного раствора и последующей обработки дезинфицирующим раствором непосредственно перед пуском установки на продукте [см. Маневич Е.Б. Регенерация мембран ультрафильтрационных установок // Молочная промышленность, 2012. - №10. - С.33-34].
Данный способ также не позволяет произвести полную регенерацию ультрафильтрационных керамических мембранных элементов. Периодически требуется проведение дорогостоящей обработки специальным ферментным раствором.
Технологической задачей заявленного изобретения является разработка способа регенерации ультрафильтрационных керамических мембранных элементов после проведения технологии производства творога детского методом ультрафильтрации с использованием экологически чистых моющих средств.
Поставленная задача достигается следующим способом: ополаскивание продуктового контура чистой водой в течение 10-15 минут при температуре 20-25°C и отсутствии рабочего давления, обработку раствором щелочного средства с концентрацией 1,0-2,0% в течение 30-40 минут при температуре 70-72°C и давлении 0,1 МПа, повторного промывания водой в течение 15-20 минут при температуре 20-25°C и давлении 0,1 МПа, обработку 0,5-0,7%-ным кислотным моющим раствором в течение 20-22 минут при температуре 50-55°C, обработку водой от остатков кислотного раствора в течение 15-20 мин при температуре 20-25°C и повторную мойку тем же раствором щелочного средства в течение 15-20 минут при температуре 70-72°C, промывание чистой водой от остатков щелочного раствора в течение 12-15 минут при температуре 20-25°C и последующая обработка дезинфицирующим раствором непосредственно перед пуском установки на продукте.
Первоначальное ополаскивание продуктового контура (концентратной линии) ультрафильтрационной установки проводят после окончания процесса выработки творога. Целью данной операции является вытеснение остатков продукта из концентратной линии, а также частичное удаление рыхлого слоя молочного белково-жирового отложения с поверхностей мембран. Мойку осуществляют через промежуточный бачок, входящий в контур ультрафильтрационной установки. Приготовление раствора щелочного средства 1,0-2,0%-ной концентрации осуществляют в воде, предварительно нагретой до температуры 70-72°C. Процесс регенерации проводят в течение 30-40 минут при постоянных параметрах (70-72°C и давлении 0,1 МПа). Необходимая степень регенерации мембранных элементов обеспечивается их устойчивостью к воздействию щелочных агрессивных сред и высоких температур, специфичностью химического состава применяемого щелочного моющего средства и его концентрацией, например, «Регмэл-Щ», а также продолжительностью температурной обработки и величиной применяемого рабочего давления.
Средство «Регмэл-Щ» представляет собой жидкую смесь щелочных экологически чистых компонентов, в том числе и комплексообразователя, общей щелочностью 42-44%, со 100%-ной биоразлагаемостью смачивающих поверхностно-активных веществ (ПАВ) из класса полиглюкозидов.
Использованный щелочной раствор вытесняют, непрерывно подавая в ультрафильтрационную установку чистую воду до получения нейтральной реакции смывной воды (с помощью универсальной индикаторной бумаги для измерения pH от 0 до 12 ед.). На данном этапе ополаскивание проводят для удаления остатков щелочного раствора с поверхности технологического оборудования и мембранных элементов, после чего осуществляют контроль степени регенерации. Затем в воде, предварительно нагретой до температуры 50-52°C, готовят кислотный моющий раствор, например, «Регмел-К» концентрацией 0,5-0,7%. Регенерацию кислотным моющим раствором осуществляют при постоянной температуре (50-52°C) в течение 15-20 минут и давлении 0,1 МПа с продолжительностью 20-22 минуты. Необходимая степень регенерации мембранных элементов обеспечивается их устойчивостью к воздействию кислотных агрессивных сред и высоких температур, специфичностью химического состава применяемого очищающего раствора и его концентрацией, а также продолжительностью температурой обработки и поддержанием стабильного рабочего давления 0,1 МПа во время регенерации.
Препарат «Регмэл-К» представляет собой жидкую смесь 3-х экологически чистых органических кислот и комплексообразователя из класса глюкогептонатов и ПАВ из класса поликарбоксилатов.
Затем использованный раствор удаляют и проводят ополаскивание оборудования чистой водой до нейтральной реакции смывной воды, после чего осуществляют контроль степени регенерации мембранных элементов. С целью релаксации (восстановления проницаемости) мембран проводят повторную щелочную обработку продуктового контура при том же режиме, каком осуществлен первый этап щелочной мойки, но при концентрации щелочного раствора 1,0-1,2% в течение 20 минут.
Следующий этап заключается в удалении щелочного раствора до нейтральной реакции смывной воды. Заявленный способ позволяет проводить регенерацию мембранных элементов со степенью не менее 98-99%.
Пример 1. Подготовленный молочный сгусток кислотностью 70°Т и (pH 4,4) концентрируют на ультрафильтрационных керамических мембранных элементах. После вытеснения в течение 10 минут остатков продукта из продуктового контура ультрафильтрационной установки проводят ее ополаскивание чистой водой, имеющей температуру 22-25°C при отсутствии рабочего давления. Затем в течение 40 минут мембранные элементы обрабатывают 1,0%-ным раствором щелочного средства при температуре 70°C и давлении 0,1 МПа. Использованный раствор удаляют и в течение 20 минут проводят повторное промывание продуктового контура ультрафильтрационной установки чистой водой при температуре 20-25°C. Проводят контроль качества регенерации мембранных элементов. После этого в течение 20 минут при температуре 50°C и давлении 0,1 МПа проводят их обработку 0,5% кислотным моющим раствором с последующим ополаскиванием чистой водой температурой 22-25°C в течение 15-20 мин. Затем проводят повторную мойку раствором щелочного средства при тех же режимах, что и при первом этапе, но в течение 20 мин с последующим ополаскиванием продуктового контура от остатков щелочного раствора чистой водой температурой 22-25°C в течение 12-15 мин.
Проводят контроль качества регенерации мембранных элементов. Степень регенерации составляет не менее 98%. Последующую обработку дезинфицирующим раствором проводят непосредственно перед пуском установки на продукте.
Пример 2. Предварительно очищенный на фильтре грубой очистки от крупных механических частиц солевой раствор из-под сыра, используемый для его посолки, очищают на ультрафильтрационных керамических мембранных элементах. Очищенный рассол с фильтратной линии направляется вновь для использования в ванны для посолки сыра, а концентратную линию очищают от механических и молочно-белково-жировых отложений. Для их удаления продуктовый контур ультрафильтрационной установки в течение 12 минут ополаскивают чистой водой, имеющей температуру 25°C, при отсутствии рабочего давления. Затем в течение 35 минут мембранные элементы обрабатывают 1,5%-ным щелочным моющим раствором при температуре 72°C и давлении 0,1 МПа. Использованный моющий раствор удаляют и в течение 18 минут проводят повторное промывание продуктового контура ультрафильтрационной установки чистой водой при температуре 20-25°C. Проводят контроль качества регенерации мембранных элементов. После этого в течение 20 минут при температуре 55°C и давлении 0,1 МПа проводят их обработку 0,7%-ным кислотным моющим раствором. Затем проводят повторную мойку 1,5%-ным раствором щелочного средства при температуре 70-72°C в течение 20 минут и с последующим ополаскиванием продуктового контура от остатков щелочного раствора чистой водой температурой 22-25°C в течение 12-15 мин. Последующую обработку дезинфицирующим раствором проводят непосредственно перед пуском установки на продукте.
Проводят контроль качества регенерации мембранных элементов. Степень регенерации составляет не менее 99,99%.
Показатели процессов регенерации мембранных элементов представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| № п/п | Показатели | Известный | Предлагаемый |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Ополаскивание водой, мин | ||
| - температура, °С | 15-20 | 10-15 | |
| 45-50 | 20-25 | ||
| 2 | Обработка раствором щелочного средства: | ||
| - продолжительность, мин | |||
| - температура растворов, °С | 20-24 | 30-40 | |
| - давление в системе, МПа | 80-85 | 70-72 | |
| - концентрация раствора, % | 0,2 | 0,1 | |
| - концентрация добавки (ПАВ), % | 2,0-4,0 | 1,0-2,0 | |
| 0,02-0,04 | - | ||
| 3 | Промывка водой, мин | 15-20 | 15-20 |
| - температура, °С | 80-85 | 20-25 | |
| - давление в системе, МПа | 0,2 | 0,1 | |
| 4 | Обработка кислотным моющим раствором: | ||
| - продолжительность, мин | |||
| - температура растворов, °C | 28-32 | 20-22 | |
| - давление в системе, МПа | 55-57 | 50-55 | |
| - концентрация раствора, % | 0,25 | 0,1 | |
| - концентрация добавки (ПАВ),% | 0,9-1,1 | 0,5-0,7 | |
| 0,02-0,04 | - | ||
| 5 | Промывка водой, мин | 15-20 | 15-20 |
| - температура, °C | 45-50 | 20-25 | |
| 6 | Обработка раствором щелочного средства: | ||
| - продолжительность, мин | 20-24 | 15-20 | |
| - температура растворов, °C | 80-85 | 70-72 | |
| - давление в системе, МПа | 0,2 | 0,1 | |
| - концентрация раствора, % | 2-4 | 1,0-2,0 | |
| - концентрация добавки (ПАВ), % | 0,02-0,04 | - | |
| 7 | Ополаскивание водой, мин | 12-15 | |
| - температура, °C | 20-25 | ||
| 8 | Степень регенерации, % | 90-92 | 98-99,99 |
1. Способ регенерации ультрафильтрационных керамических мембранных элементов, используемых в технологии производства творога детского методом ультрафильтрации, включающий ополаскивание продуктового контура чистой водой, обработку раствором щелочного средства, повторное промывание водой, обработку кислотным раствором, обработку водой от остатков кислотного раствора, повторную мойку раствором щелочного средства, промывание водой от остатков раствора щелочного средства и последующую обработку дезинфицирующим раствором непосредственно перед пуском установки на продукте, отличающийся тем, что ополаскивание продуктового контура чистой водой осуществляют в течение 10-15 минут при температуре 20-25°C при отсутствии рабочего давления, обработку раствором щелочного средства с концентрацией 1,0-2,0% осуществляют при давлении 0,1 МПа в течение 30-40 мин при температуре 70-72°C, повторное промывание водой проводят в течение 15-20 мин при температуре 20-25°C, обработку 0,5-0,7%-ным кислотным раствором проводят в течение 20-22 минут при температуре 50-55°C, обработку водой от остатков кислотного раствора ведут в течение 15-20 мин при температуре 20-25°C, мойку раствором щелочного средства проводят в течение 15-20 минут при температуре 70-72°C, промывание водой от остатков раствора щелочного средства проводят при температуре 22-25°C в течение 12-15 мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора щелочного средства используют раствор, содержащий 1,0-2,0% средства «Регмэл-Щ».
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотного раствора при мойке мембранных модулей на подложке из двуокисей титана и циркония, а также двуокиси алюминия используют раствор, содержащий 0,5-0,7% «Регмэл-К».
