Improvement of curd whey nanoconcentration process | Совершенствование процесса концентрирования творожной сыворотки нанофильтрацией

English. The aim of this work is to clarify the optimal parameters of the curd whey nanofiltration and to optimize the control scheme of the process. The experiments have been carried out with curd whey. Pressure, temperature, solids content and filtration rate have been recorded with a pressure gauge, thermometer, refractometer and flow meter, respectively. The maximum deviation from the mean values have not exceeded 5%. The research has shown that the pressure of the beginning of filtration is becoming significantly reduced (from 0.7 MPa to 4.4) while the temperature is increasing. The temperature increase has a positive effect on filtration rate and, consequently, on the process performance over the entire pressure range. As the whey concentration increases, the filtration rate decreases, due to the increased viscosity, the product density, and concentration polarization. The most important parameter, being under control in the nanofiltration process, is the mass fraction of solids in the concentrate. The experiments have been carried out in two modes. The first one is characterized by maintaining a constant pressure (P=const=2 MPa) and the second one - by maintaining a constant specific filtration rate (J=const=25 l/m2h). A scheme for automatic control of the nanofiltration process in a batch-type installation has been developed on the basis of the operating experience of the experimental setup. Taking into account the experimental data obtained, it can be concluded that the optimal concentration pressure is from 2, but not more than 2.5 MPa. To increase the service life of a membrane, one should not bring pressure to the 2.5 MPa, otherwise it can lead to membrane destruction. The concentrates obtained with indicated parameters, containing from 20 to 22% solids, are convenient for further use. The proposed scheme of the process control is convenient and easily adaptable for various operating conditions of the installation. It is also easy to fit the installation into the technological network of any enterprise.

Russian. Цель работы – уточнение оптимальных параметров нанофильтрации творожной сыворотки и оптимизация схемы управления процессом. Эксперименты проводились на творожной сыворотке. Давление, температура, содержание сухих веществ и скорость фильтрации регистрировались, соответственно, манометром, термометром, рефрактометром и расходомером, максимальное отклонение от средних значений не превышало 5%. Исследования показали: давление начала фильтрации существенно снижается (с 0,7 МПа до 4,4 МПа) при повышении температуры. Также повышение температуры оказывает положительное влияние на скорость фильтрации и, следовательно, производительность процесса во всем диапазоне давлений. По мере концентрирования сыворотки, скорость фильтрации снижается вследствие нарастания вязкости и плотности продукта, а также ввиду увеличения концентрационной поляризации. Наиболее важным параметром, контролируемым в процессе нанофильтрации, является массовая доля сухих веществ в концентрате. Эксперименты проводились в 2-х режимах: 1) поддержание постоянного давления равным 2 МПа; 2) поддержание постоянной удельной скорости фильтрации равной 25 л/кв.мхч. На основе опыта эксплуатации экспериментальной установки разработана схема автоматического управления процессом нанофильтрации на установке периодического действия. Из полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что оптимальным давлением концентрирования является диапазон от 2 до 2,5 МПа. Для увеличения срока службы мембран не следует доводить давление до 2,5 МПа, так как это может привести к ее разрушению. Полученные при указанных параметрах концентраты с содержанием сухих веществ от 20% до 22% удобны для дальнейшего использования. Предложенная схема управления процессом является удобной и легко адаптируемой для различных условий эксплуатации установки. Ее легко встроить в производственно-технологическую структуру любого предприятия.