Выбор конструкционных материалов аппаратов

В первую очередь выбор конструкционных материалов производится исходя из коррозионной стойкости в рабочих средах, с учетом температуры, агрессивности среды, влажности окружающего воздуха. Выбранные конструкционные материалы не должны интенсивно коррозировать и подвергаться эрозии под воздействием потоков рабочих сред и внешней среды.

Так же необходимо учитывать и санитарно-гигиенические требования. Материалы, применяемые в оборудовании пищевых производств, должны подвергаться санитарно-гигиеническому и токсикологическому контролю. При неблагоприятных условиях отдельные материалы или содержащиеся в них элементы, низкомолекулярные соединения и различные составные части могут отрицательно влиять на здоровье людей и на качество пищевых продуктов. Неблагоприятное влияние на здоровье может выражаться как в виде острых отравлений, проявляющихся через несколько часов или дней, так и в виде хронических отравлений, проявляющихся в течение месяцев.

Пектиназа является средой с низкой коррозионной активностью, которая фактически равна коррозионной активности пресной воды. Для установки оптимально выбирать хромистые, хромоникелевые и хромоникельмолибденовые высоколегированные стали I группы по ГОСТ 5632-72 - нержавеющие стали, стойкие к атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной и другим видам коррозии.

В данном проекте в качестве основной стали на трубопроводы для концентрируемого раствора и установленное оборудование нами выбрана сталь Х18Н10Т, обладающая способностью работать в малоагрессивных и среднеагрессивных средах органических и неорганических веществ при любых температурах и концентрациях. При температуре порядка 20 °С коррозионное воздействие пектиназы на эту сталь не превышает 1∙ 10^-4 мм в год, что является самым лучшим результатом среди всех сталей данной группы. Эта сталь содержит 17…19 % хрома, достаточно хорошо штампуется и прокатывается. Эта сталь допущена органами Государственного санитарного надзора для соприкосновения с пищевыми продуктами. Основная форма выпуска – тонкий, толстый лист и трубы. Ее основным недостатком является ее высокая стоимость.

Для частей аппарата, непосредственно не контактирующих и раствором, выберем более дешевую и менее стойкую обычную сталь СтЗ сп (мартеновского «спокойного» способа выплавки). Основным свойством этой стали являются ее механические свойства (сталь А группы). Она используется при температурах до 400 °С, скорость коррозии от 0,1 мм в год (до 1 мм/год на паропроводах).

 

Технологический расчет установки

Расчет ультрафильтрационной установки

Выбор рабочей температуры и перепада давления через

Мембрану

 

В связи с тем, что высокие температуры пагубно влияют на органические вещества, приводят к их деструкции, примем в качестве рабочей температуры T = 17 °С.

При выборе давления следует учитывать, что ввиду малых коэффициентов диффузии ВМС концентрационная поляризация в процессе ультрафильтрации весьма значительна и может вызывать гелеобразование на мембране даже при обработке разбавленных растворов. Поэтому работа при высоких перепадах рабочего давления (более 0,3 МПа) хотя и обусловливает высокие начальные значения удельной производительности, но для длительной эксплуатации установки оказывается неприемлемой, приводя к резкому снижению удельной производительности во времени по мере нарастания слоя геля на мембране. Эффекты, связанные с уплотнением ультрафильтрационных мембран, также заметно проявляются при давлениях выше 0,3 МПа. С другой стороны, при давлениях ниже 0,1 МПа удельные производительности невысоки, что вызывает необходимость использования аппаратов с излишне большой поверхностью мембран. Поэтому рекомендуется выбирать рабочие давления в диапазоне 0,1…0,3 МПа.

Для дальнейших расчетов примем перепад рабочего давления через мембрану Δр = 0,2 МПа. [ 2, с 128]

 

Выбор мембраны

 

При выборе мембраны следует исходить из того, что она должна обладать максимальной удельной производительностью при селективности, обеспечивающей выполнение требований к качеству получаемого продукта. Кроме того, мембрана должна обладать высокой химической стойкостью по отношению к разделяемому раствору. По данным причинам выберем ацетат-целлюлозную мембрану. Характеристики ряда ацетатцеллюлозных ультрафильтрационных мембран, выпускаемых ЗАО НТЦ "Владипор", при Δр = 0,1…0,3 МПа и T = 20…25 °C, представлены в табл. П3.5.

Рассчитаем истинную селективность мембран φ_и по сывороточным белкам, исходя из их средней величины молекулярной массы М = 48 000 Да [6, c. 334] и используя приведенные в табл. П3.5 данные о размерах пор в мембранах.

Обратимся к графику зависимости селективности мембран по глобулярным ВМС от соотношения диаметров молекул и пор в мембранах (рис. П3.1). График построен для интервала d_мол / d_пор > 0,5, в котором селективность имеет высокие значения, обычно удовлетворяющие требованиям по качеству разделения.

Определим отношение d_мол / d_пор для приведенных выше мембран. Условию d_мол / d_пор > 0,5 отвечают мембраны УАМ-30П, УАМ-50П и УАМ-100П. Результаты сведем в таблицу 1.

Таблица 1. Основные характеристики мембран

Мембрана	Удельная проницаемость по воде, А∙102 кг/(м2∙с∙МПа)	Диаметр пор, нм	dмол / dпор	Истинная селективность
УАМ-30П	0,15		2,7	0,999
УАМ-50П	0,33		1,62	0,999
УАМ-100П	1,7		0,81	0,995

 

Расчеты начнем с более производительной мембраны – УАМ-100П. Из графика находим φ_и = 0,999. Приняв в первом приближении, что наблюдаемая селективность равна истинной, определим концентрацию растворенного вещества в пермеате по формуле:

(1)

Степень концентрирования К = 10. Тогда

или 1,21·10 ^-3 %.

Полученное значение меньше допустимого (10^-2 %), поэтому для дальнейших расчетов выбираем мембрану УАМ-100П.