ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ РЕЖИМІВ БЕЗПЕРЕРВНОГО ТА ПЕРЕРИВЧАСТОГО РОЗБАВЛЕННЯ ПІД ЧАС ДІАФІЛЬТРАЦІЙНОГО ОЧИЩЕННЯ БУРЯКОВОГО ЕКСТРАКТУ САХАРОЗИ
Анотація
Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення ресурсоефективності очищення бурякових екстрактів і зменшення втрат сахарози на мембранних стадіях виробництва. Ультрафільтрація дає змогу видаляти високомолекулярні нецукри за помірних температур, однак частина цільового компонента залишається в концентраті та втрачається разом із ним. Застосування діафільтрації створює передумови для додаткового вилучення сахарози, проте ефективність процесу істотно залежить від режиму подавання води, частки відібраного пермеату та кількості ступенів розбавлення. Тому порівняння безперервного і переривчастого режимів діафільтрації та встановлення раціональних параметрів їх проведення є актуальним науково-практичним завданням для розроблення енерго- та ресурсоефективних технологій цукрового виробництва. В роботі використано експериментальні дані ультрафільтрації інвертованого бурякового екстракту на мембранах з відсікаючою здатністю по молекулярній масі (Cut-off) 10 та 50 кДа. у лабораторній установці непроточного типу. Ефективна площа мембран становила 1,38·10⁻³ і 3,42·10⁻³ м². Нові мембрани ущільнювали фільтруванням дистильованої води протягом 2 год за тиску 0,8 МПа. Діафільтрацію оцінювали за матеріальними балансами цільового компонента для постійного об’єму та ступінчастого концентрування. Фактор проникності мембрани за сахарозою визначено експериментально-розрахунковим методом; для мембрани 10 кДа він становив 0,55. Встановлено, що на першому ступені частка відібраного пермеату не повинна перевищувати 0,50 початкового об’єму через накопичення сухих речовин у концентраті. Після кожного наступного розведення допустимий відбір може бути підвищений до 0,80, а на завершальному ступені – до 0,90. За сумарного співвідношення Vp/V0 = 3,0 розрахункові втрати сахарози з концентратом становили 1,9% для чотириступінчастого переривчастого режиму та 19,2% для безперервного режиму. Безперервне розбавлення потенційно забезпечує вищу питому продуктивність через нижчу концентрацію розчинених речовин, але утворює більш розбавлений пермеат і потребує більших енерговитрат на подальше концентрування. Переривчасте чотириступінчасте розбавлення є раціональним режимом вилучення сахарози з концентрату мембраною (Cut-off) 10 кДа. Наукова новизна полягає у встановленні кількісної залежності залишкових втрат сахарози від режиму подавання діафільтраційної води та ступеня відбору пермеату. Запропонований режим може бути використаний під час проєктування ресурсоефективної технології очищення бурякових екстрактів.
Посилання
2. Bhattacharya P. K., Agarwal S., De S., Rama Gopal U. V. S. Ultrafiltration of sugar cane juice for recovery of sugar: analysis of flux and retention. Separation and Purification Technology. 2001. Vol. 21. P. 247–259.
3. Seres Z., Gyura J., Eszterle M., Djuric M. Separation of non-sucrose compounds from syrup as a part of the sugarbeet production process by ultrafiltration with ceramic membranes. European Food Research and Technology. 2006. Vol. 223, No. 6. P. 829–835.
4. Hakimzadeh V., Razavi S. M. A., Piroozifard Mir Kh., Shahidi M. The potential of microfiltration and ultrafiltration process in purification of raw sugar beet juice. Desalination. 2006. Vol. 200. P. 520–522.
5. Loginov M., Loginova K., Lebovka N., Vorobiev E. Comparison of dead-end ultrafiltration behaviour and filtrate quality of sugar beet juices obtained by conventional and “cold” PEF-assisted diffusion. Journal of Membrane Science. 2011. Vol. 377. P. 273–283.
6. Zhu Z., Mhemdi H. Dead end ultra-filtration of sugar beet juice expressed from cold electrically pre-treated slices: effect of membrane polymer on fouling mechanism and permeate quality. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2016. Vol. 36. P. 75–82. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ifset.2016.05.016.
7. Li W., Ling G.-Q., Shi C.-R., Li H. Pilot demonstration of ceramic membrane ultrafiltration of sugarcane juice for raw sugar production. Sugar Tech. 2017. Vol. 19. P. 83–88. DOI: https://doi.org/10.1007/s12355-016-0434-1.
8. Luo J., Hang X., Zhai W., Qi B., Song W., Chen X., Wan Y. Refining sugarcane juice by an integrated membrane process: filtration behavior of polymeric membrane at high temperature. Journal of Membrane Science. 2016. Vol. 509. P. 105–115. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.02.053.
9. Sjölin M., Thuvander J., Wallberg O., Lipnizki F. Purification of sucrose in sugar beet molasses by utilizing ceramic nanofiltration and ultrafiltration membranes. Membranes. 2020. Vol. 10, No. 1. Article 5. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes10010005.
10. Zhang H., Luo J., Liu L., Chen X., Wan Y. Green production of sugar by membrane technology: how far is it from industrialization? Green Chemical Engineering. 2021. Vol. 2, No. 1. P. 27–43. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gce.2020.11.006.
11. Сизоненко О. І., Змієвський Ю. Г., Крапивницька І. О., Мирончук В. Г. Дослідження процесу ультрафільтраційного очищення інвертованого бурякового екстракту. Science and Education a New Dimension. Natural and Technical Sciences. 2015. Vol. III(6), Issue 54. С. 67–69.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
