Спосіб освітлення харчових рідин полімерними флокулянтами

Спосіб освітлення харчових рідин полімерними флокулянтами, що включає введення флокулянта у рідкий продукт і його гідродинамічну обробку безпосередньо перед надходженням у відстійник, який відрізняється тим, що гідродинамічна обробка суміші освітлюваної рідини разом з флокулянтом полягає в тому, що ця суміш пропускається через проточний елемент у турбулентному режимі течії і числом Рейнольдса, не більшим ніж 7000. (19) (21) u201008323 (22) 05.07.2010 (24) 10.03.2011 (46) 10.03.2011, Бюл.№ 5, 2011 р. (72) ПОГРЕБНЯК ВОЛОДИМИР ГРИГОРОВИЧ, ПЕРКУН ІРИНА ВОЛОДИМИРІВНА, НАУМЧУК МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ (73) ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ І ТОРГІВЛІ ІМЕНІ МИХАЙЛА ТУГАНБАРАНОВСЬКОГО 3 числом Рейнольдса не більшим ніж 7000. Потрапивши у такий потік макромолекули флокулянта, наприклад поліетиленоксиду, у пульсуючому режимі змінюють свою конформацію з клубкоподібної до витягнутого еліпсоїда, або до розтягнутого ланцюга. Величина градієнту швидкості () при цьому повинна бути не меншою ніж критична (кр =103 с-1). Згідно з механізмом флокуляції, вірогідність зв'язування колоїдних частинок у флокули у даному разі стає більшою - деформована макромолекула тепер контактує з більш віддаленими одна від одної колоїдними частинками. Окрім того, змінюється адсорбційна здатність полімера (флокулянта) внаслідок напруженого стану розгорнутого макромолекулярного ланцюга, що призводить до посилення сили зв'язування окремих дрібних колоїдних частинок полімерним флокулянтом у великі флокули. Таким чином, меншою кількістю флокулянта зв'язується більша кількість колоїдних частинок. Крім того, утворення флокул більшого розміру призводить до збільшення швидкості їх осадження і зменшення часу відстоювання рідини для її освітлення. Турбулентність наступає, як відомо, при досягненні числом Рейнольдса критичного значення (Rекp=2300). Але для виникнення в такому потоці пульсуючих зон з закритичними значеннями у необхідно мати певну геометрію потоку і певну швидкість рідини. При збільшенні числа Рейнольдса до 50007000 інтенсивність турбулентності збільшується, в потоці утворюються зони з закритичними значеннями . Але при подальшому зростанні числа Рейнольдса інтенсивність турбулентності стає такою, що може привести до зворотнього ефекту - зменшення ефективності флокулянта. Напруження деформацій зростають настільки, що вірогідність дезінтеграції флокул перевищує вірогідність їх інтеграції. Для реалізації даного способу необхідно в конструкціях обладнання для освітлювання рідини мати проточні елементи, в яких на освітлювальній розчин з флокулянтом здійснюється вплив гідродинамічного силового поля з поздовжнім і поперечним градієнтом швидкості. Таким потоком є турбулентний потік. Конструкції таких проточних елементів можуть бути різноманітними. Наприклад, гідродинамічне поле турбулентного характеру з поздовжнім і поперечним градієнтом швидкості утворюється у трубі певного діаметра при певній величині швидкості. Або в коаксіальному зазорі між двома циліндрами, один з яких обертається. Число Рейнольдса в таких потоках повинно бути більшим за 2300, що відповідає турбулентному режиму течії, але меншим ніж 7000. Приклад конкретного виконання У освітлювану рідину, наприклад, яблучний сік, після його грубої фільтрації, вводять дозовану кількість флокулянту - поліетиленоксиду (ПЕО) з 6 молекулярною масою 310 , розчиненою у попередньо освітленому яблучному соку. Суміш перемішують і виливають у довгий хімічний стакан для відстою, прокачуючи її або через спеціальний канал в ламінарному або в турбулентному режимі. 57600 4 Цей канал у даному випадку конкретного виконання являє собою зазор між двома коаксіальними циліндрами, один з яких з'єднаний з двигуном і обертається з певною швидкістю. Реалізація запропонованого способу схематично пояснюється фіг. 1. Пристрій для реалізації запропонованого способу підвищення ефективності процесу флокуляції полімерними флокулянтами складається із ємності 1 для рідини, яку необхідно освітлити, ємності 2 для розчину флокулянту, змішувача 3, проточного каналу 4, який уявляє собою зазор між статором 5 з вхідним 6 і вихідним 7 патрубками і ротором 8 кінематично зв'язаним з електродвигуном 9. Рідина, що освітлюється флокулянтом після обробки в коаксіальному зазорі ротора і статора потрапляє у ємність 10, де відбувається відділення осаду від освітленої рідини. Реалізація способу підвищення ефективності процесу флокуляції полімерними флокулянтами з використанням даного пристрою відбувається наступним чином. Рідина з домішками колоїдних частинок, які необхідно від неї відділити, потрапляє у змішувач (3), де вона змішується з дозованою кількістю флокулянта, наприклад, з 0,002 % розчином поліетиленоксиду молекулярної маси 3106. Звідти розчин потрапляє у проточну камеру (4), у якій відбувається активізація флокулянту і основна доля процесу флокуляції. Це відбувається завдяки тому, що знаходячись у турбулентному потоці, де реалізується течія з інтенсивними зонами зсувної течії і течії з розтягуванням, макромолекули флокулянта змінюють свою конформацію з клубкоподібної до розтягнутого еліпсоїда. Зміна конформації приводить до посилення взаємодії полімернеполімер та послаблення взаємодії полімеррозчинник. Одтак, розтягнуті і напружені полімерні макромолекули сильніше зв'язують колоїдні частинки у флокули. До того ж наявність зсувної течії сприяє збільшенню вірогідності контактів макромолекул з колоїдними частинками. Але разом з процесом флокуляції турбулентна течія призводить і до зворотного процесу - дезінтеграції утворених флокул. Зі збільшенням інтенсивності турбулентного потоку дезінтегруючий фактор стає переважаючим і може звести нанівець ефективність такого способу підвищення процесу флокуляції полімерними флокулянтами. Порівняльні результати процесу освітлювання рідини з колоїдними домішками при використанні пристрою з турбулізуючим проточним каналом для підвищення процесу флокуляції полімерними флокулянтами наведені у таблиці. Контрольованим параметром тут є швидкість осаджування границі розділу освітленого і неосвітленого соку у ємності для відстоювання – l/t. У якості з колоїдними домішками використовувався яблучний сік, після його грубої фільтрації. У якості флокулянта використовувався поліетиленоксид (ІІЕО) з молекулярною масою 3106. Витратна швидкість суміші соку з розчином флокулянта через проточний канал складала 50 мл /с. 5 57600 6 Таблиця Концентрація ПЕО в суміші, 3 мг/дм 20 40 60 80 100 150 Re=0 l/t, мм/хв. 10 20 35 50 60 65 Оброблений сік в Оброблений сік в Оброблений сік в Оброблений сік в потоці з Re=2000 потоці з Re=4000 потоці з Re=7000 потоці з Re=10000 l/t, мм/хв. l/t, мм/хв. l/t, мм/хв. l/t, мм/хв. 10 35 50 20 20 60 70 50 35 80 100 60 130 150 70 50 60 150 155 70 65 150 160 90 З наведених результатів видно, обробка суміші соку і флокулянта в проточному каналі приводить до збільшення швидкості освітлення соку і зменшення витрати флокулянту лише при турбулізації потоку. При чому існує межа числа Re, як характеристики ступеню турбулізації, за якою ефективність даного способу підвищення ефективності процесу флокуляції полімерними флокулянтами знижується. У даному випадку це Re = 7000. Таким чином, застосовуючи наведений спосіб для обробки рідин з домішками колоїдних частинок можна знизити витрати флокулянту, інтенсифікувати процес флокуляції та збільшити ступінь очищення рідини, що освітлюється. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 57600 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601