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 φи 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 dмол / dпор > 0,5, в котором селективность имеет высокие значения, обычно удовлетворяющие требованиям по качеству разделения.
Определим отношение dмол / dпор для приведенных выше мембран. Условию dмол / dпор > 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 φи = 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.
