Сделай Сам Свою Работу на 5

Альтернативный процесс ионного обмена

Для того чтобы снизить расходы на восстанавливающие химические соединения, а также улучшить состояние сточных вод деминерализующей установки, отдел исследований и разработок Шведской молочной ассоциации (SMR) разработал альтернативный процесс ионного обмена. В этом процессе установка работает так. Сыворотка сначала попадает в колонну анионного обмена, в которой находится слабоосновная смола, регенерированная в форме бикарбоната (HCO3), во время анионного обмена анионы сыворотки заменяются на анионы HCO3. После этого сыворотка попадает в катионную колонну, в которой содержится слабокислотная катионообменная смола, регенерированная в форме аммония (NH4+). При этом катионы сыворотки заменяются на ионы NH4+. Таким образом, после процесса соли сыворотки заменяются на бикарбонат аммония (NH4 HCO3). Суммарная реакция может быть выражена в приведенных ниже формулах, где NaCl представляет соли сыворотки, а R отображает нерастворимую смолу.

Анионный обмен: R – HCO3+ Na+ + Cl — R – Cl + Na+ + HCO3

Катионный обмен: R – NH4+ Na+ + HCO3 — R – Na + NH4 + HCO3

NH4HCO3 – это термолитическая соль, которая распадается на NH3, CO2 и H2O при нагреве. Затем эти компоненты улетучиваются при последующем выпаривании сыворотки, что дает возможность восстанавливать NH2 и CO2, удаленные из сыворотки, и изготовить из них новый регенерирующий раствор (NH4HCO3). Часть неиспользованного раствора, содержащего избыток NH4HCO3, собирается для выделения в дистилляционной колонне (используется около 100% NH4HCO3).

Схема полного процесса SMR. Сыворотка сначала направляется в колонну анионного обмена в форме HCO3, затем в колонну катионного обмена в форме NH4. Ионообменные системы работают в паре: одна работает, другая регенерируется. Время полного цикла составляет 4 часа. После прохождения ионообменной колонны (1) охлажденная сыворотка используется для рекуперации тепла в колонне абсорбции и в качестве хладагента в конденсаторе (2), соединенном с дистилляционной колонной (9). Затем сыворотка попадает в выпарной аппарат (3), после чего деминерализованный концентрат сыворотки подается в распылительную сушилку (10). Конденсат из выпарного аппарата на стадии 2, насыщенный аммиаком, отделяется от других потоков конденсата, и далее направляется в абсорбционную башню (4), где образует жидкую фракцию, которая используется в дальнейшем для изготовления регенерационного раствора. Конденсаты, полученные из выпарных аппаратов на стадиях 1 и 2, используются для чистки ионообменных смол.



Большая часть аммиака утилизируется. Большая часть углекислого газа, выделенного при выпаривании, отводится в газообразной форме с помощью механического вакуумного насоса выпарного аппарата. Этот газ направляется непосредственно в нижнюю часть абсорбционной колонны, где он полностью поглощается другим входящим потоком и образует NH4HCO3. Восстановление этих химикатов не полное, поэтому абсорбционная колонна снабжена линиями для инжекции 25% раствора NH3 и CO2.

Часть восстанавливающего раствора, насыщенного NH4HCO3, собирается в танк (8), где осаждаются фосфаты при добавлении хлористого магния после небольшой коррекции рН с помощью едкого натра. Когда образуется осадок магниево- аммониевого фосфата (MgNH4PO4), надосадочная жидкость перекачивается в верхнюю часть дистилляционной башни (9) и по пути туда нагревается в пластинчатом теплообменнике (не показан), в котором жидкость из нижней части используется в качестве нагревающей среды. Около 10% жидкости отделяется в виде испарений, которые, в свою очередь, конденсируются сывороткой, прошедшей ионный обмен.

Процесс SMR имеет следующие особенности:

Низкая стоимость производства вследствие восстановления регенерирующих химических препаратов

Малые потери твердых веществ сыворотки и вдвое меньшее количество соли в отработанной воде по сравнению с классическим процессом ионообмена

Малые колебания рН в ходе ионного обмена (6,5–8,2), что приводит к минимальной потере сывороточных белков

Высокая эффективность деминерализации (свыше 90%)

Низкая рабочая температура (5–6°С), благодаря чему значительно снижается количество бактерий в конечном продукте

Высокий выход твердых веществ сыворотки по сравнению с классическими методами ионного обмена и электродиализа

Оптимальная утилизация тепла.

Производственные ограничения и затраты

В большинстве случаев в зависимости от стоимости химических реагентов производственные расходы процесса SMR на 30–70% ниже стоимости расходов при классическом ионном обмене. Подобно всем системам деминерализации, электродиализу и традиционному ионному обмену, этот процесс чувствителен к высокому содержанию кальция в подаваемом потоке сыворотки, поэтому в качестве предварительных шагов перед деминерализацией рекомендуется проводить регулирование рН и нагрев. При использовании этой технологии из кислой сыворотки может быть осаждено и очищено для использования в кормах для животных, а также для нужд человека 80% фосфата кальция. Установка для осуществления данного процесса включает больше компонентов, чем используемая для классического ионного обмена, что объясняет ее высокую капитальную стоимость, однако характеризуется улучшенными условиями эксплуатации и низкими эксплуатационными расходами.

Переработка лактозы

Гидролиз лактозы

Лактоза представляет собой дисахарид, состоящий из моносахаридов, глюкозы и галактозы. Лактоза существует в двух изомерных формах, °-лактоза и °-лактоза. Они отличаются друг от друга расположением гидроксильной группы по отношению к атому углерода в молекуле глюкозы и также, помимо прочего,

Растворимостью

Формой кристаллов

Температурой плавления

Физиологическим эффектом.

Лактозу можно расщепить гидролитически, то есть соединением с водой, или с помощью ферментов.

Расщепляющий лактозу фермент бета-галактозидаза принадлежит к группе гидролаз.

Лактоза не такая сладкая, как другие типы сахаров. Гидролиз лактозы приводит к значительному повышению сладости продукта. У некоторых людей в организме отсутствует фермент, который расщепляет лактозу, поэтому они не могут потреблять молочные продукты в больших количествах. Это называется “нетерпимостью к лактозе”. Высокоценные белки, витамины, присутствующие в молочных продуктах, поступают к таким людям при потреблении молочных продуктов, содержащих гидролизованную лактозу.

Некоторые пороки, например, песчанистость мороженого (кристаллизация лактозы) при гидролизе лактозы практически устраняются.

Ферментативный гидролиз

Процесс ферментативного гидролиза лактозы в сыворотке. Предварительная обработка, такая как деминерализация, не имеет существенного значения, но она улучшает вкус конечного продукта. После гидролиза сыворотку выпаривают. Результатом такой обработки является сироп с содержанием сухих веществ 70–75%. 85% лактозы в этом сиропе гидролизовано и может использоваться в качестве подсластителя в хлебопекарном производстве и производстве мороженого.

В ходе производства фермент инактивируется при тепловой обработке или при регулировке рН. Он не может использоваться повторно. Вместо использования ферментов сейчас можно применять ферменты с водорастворимыми и нерастворимыми носителями.

Такие системы с иммобилизованными ферментами могут использоваться для непрерывного гидролиза лактозы. Фермент, являясь дорогостоящим продуктом, не потребляется и может использоваться для гидролиза больших объемов продукта.

Благодаря этому повышается прибыльность производства. Данная технология еще не получила широкого применения.

Кислотный гидролиз

Лактозу можно расщепить также при помощи кислот вместе с термической обработкой или при пропускании через катионный обменник в водородной форме, при температуре около 100°С. Требуемая степень гидролиза определяется по уровню рН, температуре и времени выдержки. Поскольку продукт в ходе гидролиза приобретает коричневый цвет, рекомендуется обработка активированным углем.

Химические реакции

Было определено, что небелковые азотистые соединения могут использоваться как частичная замена натуральных белков в питании жвачных животных, поскольку определенные микроорганизмы, живущие в рубце крупного рогатого скота, могут синтезировать белок из мочевины и аммиака. Тем не менее, для того чтобы получить сбалансированное питание по азоту и энергетической ценности, мочевина и аммиак должны быть трансформированы в более подходящие формы, которые медленно высвобождают азот в рубце и тем самым улучшают синтез протеинов.

Лактозил-мочевина и лактат аммония являются подобными продуктами, изготовляемыми из сыворотки.

Лактозил-мочевина

В общих чертах технология производства выглядит следующим образом.

После сепарирования сыворотка концентрируется до 75% сухих веществ, чаще всего в два этапа. После добавления мочевины и пищевой серной кислоты концентрат сыворотки выдерживается при температуре 70°С в течение 20 часов в изолированном баке, снабженном мешалкой. В этих условиях протекает реакция между мочевиной и лактозой с образованием лактозил-мочевины.

После реакции продукт охлаждается и транспортируется на предприятие по производству концентрированного корма (например, в виде таблеток) или непосредственно фермерам.

Лактат аммония

Технология процесса включает ферментацию лактозы, содержащейся в сыворотке, в молочную кислоту и поддержание уровня рН с помощью аммиака, что приводит к образованию лактата аммония. После концентрирования до 61,5% содержания сухих веществ продукт готов к использованию.

Сгущенное молоко

Метод консервирования молока путем стерилизации сгущенного молока в герметичных контейнерах был разработан в начале 1880-х гг. Но еще до этого, предположительно в 1850 году, метод сохранения сгущенного молока путем добавления сахара был изобретен в Америке. Производство сгущенного молока, основанное на этих методах, разрослось до промышленных масштабов.

Различают два типа сгущенного молока: несладкое (концентрированное) и подслащенное. Несладкое сгущенное молоко (также называемое молоком двойной концентрации) – это стерилизованный продукт светлого цвета, напоминающий по внешнему виду сливки. Этот продукт имеет широкий рынок сбыта, используется везде, где отсутствует свежее молоко, например, в тропических странах, употребляется в армии, при пребывании на море. Несладкое сгущенное молоко также используется как заменитель грудного молока. В этом случае добавляют витамин D. Это молоко используется также в кулинарии в качестве сливок для кофе и т.д. Продукт обычно изготавливается из цельного, обезжиренного молока или восстановленного молока, полученного из таких типичных составляющих, как обезжиренное сухое молоко, обезвоженный молочный жир, вода (смотри также главу 18 “Регенерированные молочные продукты”).



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.