121 research outputs found
Élelmiszeripari emulziók membrántechnikai diszpergálással történő előállításának vizsgálata
No full textEstimation of overall mass transfer coefficient in osmotic distillation for gentle sour cherry juice concentration
No full text
Influence of turbulence promoter type on the improvement of membrane filtration of milk proteins
No full textU radu je ispitivana mogucnost unapređenja membranske filtracije mleka primenom promotora turbulencije razlicitog geometrijskog oblika i dimenzije. Eksperimentalna istraživanja su izvedena na keramickoj membrani velicine 100 nm koja se najcešce koristi u procesu mikrofiltracije mleka. Istraživanja su obuhvatila ispitivanje uticaja promotora helikoidne geometrije (uvrnuta traka i Keniks mikser) i geometrije u obliku seciva (Koflo mikser) razlicitih karakteristicnih dimenzija na fluks permeata, prljanje i selektivnost membrane. Efikasnost primene razlicitih promotora analizirana je kako sa aspekta povecanja fluksa tako i sa aspekta smanjenja potrošnje energije. Istraživanje uticaja tipa promotora turbulencije na mikrofiltraciju proteina mleka pokazalo je da se izborom geometrije, karakteristicne dimenzije i radnih uslova mogu postici znacajna i energetski isplativa povecanja fluksa permeata. Primenom uvrnute trake kao promotora Uticaj tipa promotora turbulencije na unapređenjemembranskefiltracije tubulencije ostvarena su povecanja fluksa i od 200 do 600% u zavisnosti od karakteristicne dimenzije uvrnute trake, i rad pri dva ili tri puta manjim protocima u odnosu na rad bez promotora. Najvece povecanje fluksa od oko 600% ostvareno je primenom najgušce uvrnute trake karakteristicne dimenzije 1,0 (UT1,0). UT1,0 kao promotor turbulencije uzrokuje najvece ubrzanje fluida tj. nivo turbulencije i najdužu helikoidnu putanju strujnica što doprinosi intenzivnom odnošenju cestica sa površine membrane. Ispitivanje primene Keniks miksera kao promotora turbulencije je pokazalo da se znacajna i isplativa povecanja fluksa postižu vec pri veoma malim protocima. Keniks mikser je takođe helikoidne geometrije kao i uvrnute trake, ali se razlikuje po tome što su helikoidni elementi postavljeni pod uglom od 90o i levo desno jedan u odnosu na drugi. Ovakva orjentacija elemenata uzrokuje preraspodelu i promenu smera stujnica posle svakog elementa zbog cega je pad pritiska za Keniks mikser i do cetiri puta veci u odnosu na uvrnutu traku iste karakteristicne dimenzije, ali uz veci utrošak energije. Promotori geometrije u obliku seciva (Koflomikseri) takođe obezbeđuju povecanje fluksa od 200 do 650% pri nižem protoku u odnosu na rad bez promotora. Vece povecanje fluksa od 500 do 600% postignuta su primenom Koflo miksera manje karakteristicne dimenzije 1,3. Koflo mikseriobezbeđuju promenu slike strujanja u membrani koja se manifestuje takođe raspodelom toka fluida i pojavom helikoidnih strujnica, ali i sudaranjem i mešanjem struja usled udara o seciva pod određenim uglom. Po sudaranju struja se ovaj tip miksera razlikuje u odnosu na uvrnute trake i Keniks mikser. Ipak pad pritiska ovog miksera je veci u odnosu na pad pritiska uvrnute trake, a manji u odnosu na pad pritiska Keniks miksera. Ispitivanje smanjenja prljanja membrane pokazalo je da se primenom promotora smanjuje otpor prljanja membrane kao i otpori usled povratnog i nepovratnog prljanja. Naročito je zapaženo smanjenje otpora usled povratnog prljanja koje se javlja na površini membrane. Na ovaj nacin potvrđeno je da svi tipovi miksera uzrokuju promenu nacina strujanja u membrani koja obezbeđuje poboljšanje prenosa mase u graničnom sloju. U granicnom sloju najintenzivnije deluje Uticaj tipa promotora turbulencije na unapređenje membranske filtracije. Keniks mikser kod kog sem preraspodele stujanja dolazi i do promene smera strujnica nakon svakog elementa. Izvođenje procesa primenom promotora je energetski isplativije u odnosu na konvencionalan nacin rada i važi za sve ispitivane tipove promotora bez obzira na geometriju i karakterističnu dimenziju. Za vrednosti flukseva do 60 Lm-2h-1 uvrnute trake sve tri karakteristicne dimenzije zahtevaju istu potrošnju energije. Primena uvrnute trake UT1,0 je najisplativija za flukseve vece od 60 do 100 Lm-2h-1 iako uzrokuje veci pad pritiska u odnosu na UT1,5 i UT2,5, ali obezbeđuje i proporcionalno veci fluks pri protocima tri puta manjim u odnosu na rad bez promotora. Primenom UT1,0 moguće su uštede energije u rasponu od 50 do 75 % u odnosu na rad bez promotora. Potrošnja energije kod primene Keniks miksera je veća u odnosu na uvrnutu traku iste karakterisitčne dimenzije, a opseg radnih protoka i TMP uslovljen velikim padom pritiska. Uštede energije u slučaju primene Keniks miksera su od 30 do 65% u odnosu na rad bez promotora. Međutim, primenom UT1,0 umesto Keniks miksera iste dimenzije obezbeđuju se od 10 do 35 % vece uštede energije pri istom radnom fluksu. Sa aspekta potrošnje energije, Koflo mikseri su najmanje efikasni. KF1,3 mikser je manje efikasan u odnosu na KF2,5 zbog većeg pada pritiska i ne proporcionalno veceg fluksa. Primenom ovih promotora se postižu uštede energije od 20 do 70% u odnosu na konvencionalan način rada, ali je ipak njihova efikasnost manja u odnosu na uvrnutu traku iste dimenzije zbog razlike u padu pritiska Pravilnim izborom geometrije promotora može postici povecanje fluksa uz nisku potrošnju energije odnosno niže padove pritiska. Slika strujanja koja zavisi od geometrije promotora najviše utice na povecanje fluksa pri čemu je najbitnije da se pored povećanja brzine obezbedi pojave strujnica helikoidnog oblika u graničnom sloju. Upravo ovakav nacin strujanja najviše doprinosi odnošenju cestica istaloženih na površini membrane i povecanju prenosa mase. Pojave radijalnog mešanja ili sudaranja struja mogu se smatrati sporednim pojavama u odnosu na to koliko doprinose povecanju fluksa međutim, njihovo postojanje doprinosi povećanju pada pritiska i smanjuju energetsku efikasnost promotora. Uticaj tipa promotora turbulencije na unapređenje membranske filtracije. Rezultati istraživanja su potvrdili polaznu pretpostavku, definisanu ciljem istraživanja, da helikoidna putanja strujanja kod uvrnutih traka obezbeđuje najintenzivnije odnošenje istaloženog materijala sa površine membrane uz najmanji pad pritiska odnosno gubitak energije. Sa druge strane, pojava mešanja koje je primarno kod Keniks i Koflo miksera izaziva, pored odnošenja istaloženih čestica i dodatno vrtloženje koje za posledicu ima veći pad pritiska i manju energetsku efikasnost.This work investigates influence of tubulence promotor geometry and its characteristic dimension on the improvement of membrane filtration of milk proteins. The investigation was performed using a ceramic tubular membrane with 100 nm pore size which is commonly used in the dairy industry. As turbulence promoters two main geometry types were chosen: a helical (twisted tape and Kenics mixer) and a blade shaped (Koflo mixer). Except the geometry type, influence of an aspect ratio was studied, also. Efficiency of turbulence promoters was evaluated from the point of view of flux improvement and specific energy consumption. The experimental results clearly show that microfiltration process can be improved by proper choice of a turbulence promoter geometry, its aspect ratio and operating conditions. The process efficiency is increased by achievement of a significant flux increase and lowered energy consumption. Application of twisted tapes as turbulence promoters yields in the flux improvement of 200 to 600% depending on the aspect ratio of twisted tape but at two or three times lower cross-flow rates compared to conventional MF. The higher flux improvement of 600% was achieved by using twisted tape with aspect ratio 1.0, which induces the highest turbulence and the longest helical stream path so the scouring of particles from the membrane surface is the most intensive. By applying Kenics mixer as turbulence promoter significant flux improvement can be achieved at five fold lower cross-flow rates. Kenics mixer is also helical insert but its elements are right and left-hand orientated what causes the local resistances and much higher pressure drop compared to the twisted tape of the same aspect ratio. This resulted in higher energy consumption and in lower efficiency of the process fitted with Kenics mixer. Application of blade type insert, such is Koflo mixer, enables flux improvement of 200 to 650% and operation at lower cross-flow rates compared to conventional MF. The higher flux improvement, 500 to 600%, was yielded using the mixer of lower aspect ratio, 1.3. Blade mixers divide and redistribute streamlines after each element and also induce helical flow path near the membrane surface. Flow field defers from the flow field of twisted tape and Kenics mixer by the appearance of stream collision in the center of blade structure. This causes grater pressure gradient than for the twisted tape but lower than for the Kenics mixer. Investigation of membrane fouling confirmed that the membrane fitted with promoter is less fouled compared to the plane membrane. The reversible fouling resistance is reduced for order of magnitude especially for the case of Kenics mixer application. All types of promoters improve the mass transfer in the boundary layer at membrane surface inducing the helical path streamlines which take away deposited material. Energy consumption analysis has shown that the energy consumption can be significantly reduced by proper promoter geometry and aspect ratio. Operation with promoters proved to be more efficient from energy consumption point of view compared to the conventional operation. Using twisted tape of 1.0 aspect ratio energy can be saved for 50 to 75%. Blade type mixers are the less efficient, but still more efficient than the conventional filtration. In general, when the twisted tapes were used as promoters generated helical streamline path enables the most intensive fouling reduction with lowest pressure drop i.e. energy consumption. On the other hand, when the Kenics and blade mixers were used, except helical streamline path the secondary flows and mixing are induced what along with fouling reduction causes the higher pressure loss making these promoters energetically less efficient
Cross-flow microfiltration modelling of yeast suspension by neural networks and response surface methodology
No full textCilj ovog rada je ispitivanje mogućnosti primene koncepta neuronskih mreža i postupka odzivne površine za modelovanje cross-flow mikrofiltracije suspenzija kvasca. Drugi cilj je bio ispitivanje poboljšanja procesa primenom Kenics statičkog mešača kao promotora turbulencije. Primena statičkog mešača ispitana je i sa energetskog stanovišta, a ne samo sa aspekta povećanja fluksa permeata. Svi eksperimenti izvedeni su u uslovima recirkulacije i koncentrisanja napojne suspenzije. Dobijeni rezultati ukazuju da se poboljšanje mikrofiltracije može se ostvariti primenom statičkog mešača bez primene dodatne opreme. Tokom eksperimentalnog rada porast fluksa iznosio je između 89,32% i 258,86% u uslovima recirkulacije napojne suspenzije u zavisnosti od odabranih eksperimentalnih uslova, dok je u uslovima koncentrisanja napojne suspenzije porast fluksa imao vrednosti od 100% do 540% u istom eksperimentalnom opsegu. Koncept neuronskih mreža daje veoma dobre rezultate fitovanja posmatranih odziva. Pored primene ovog koncepta ispitana je i mogućnost procene uticaja pojedinih eksperimentalnih promenljivih na odzive primenom jednačine Garsona i metode jačine sinapsi koje povezuju neurone. Rezulati ovog ispitivanja u saglasnosti su sa regresionom analizom. Za detaljniju analizu uticaja eksperimentalnih promenljivih na posmatrane odzive primenjen je postupak odzivne površine funkcije. Prvi korak u ovom segmentu istraživanja bio je određivanje uticaja srednjeg prečnika pora membrane na proces mikrofiltracije. Najbolji rezultati dobijeni su za membranu srednjeg prečnika 200 nm, pošto kod većih prečnika pora dolazi do izraženijeg unutrašnjeg prljanja koje rezultuje manjim vrednostima fluksa permeata tokom proces mikroflitracije. Dalja istraživanja usmerena su na ispitivanje uticaja pojedinih eksperimentalnih promenljivih ali i njihovih interakcija za odabranu membranu (srednji prečnik pora 200 nm). Rezultati fitovanja eksperimentalnih podataka dobijeni za jednu membranu bolji su u poređenju sa rezultatima kada su fitovani eksperimentalni rezultati za sve tri korištene membrane. Sa energetske tačke gledišta primećeno je da je najbolje raditi u umerenom opsegu protoka napojne suspenzije. Kao kranji cilj primene postupka odzivne površine urađena je optimizacija vrednosti eksperimentalnih promenljivih, primenom postupka željene funkcije. Optimalni uslovi rada dobijeni u uslovima recirkulacije napojene suspenzije su transmembranski pritisak 0,2 bara, koncentracija napojne suspenzije 7,54 g/l i protok 108,52 l/h za maksimalne vrednosti specifične redukcije potrošnje energije. Sa sruge strane u uslovima koncentrisanja napojne suspenzije eksperimentalne promenljive imale su vrednosti transmembranski pritisak 1 bar, koncentracija napojne suspenzije 7,50 g/l i protok 176 l/h za maksimalne vrednosti specifične redukcije potrošnje energije.The aim of this work was to investigate possibilities of applying neural network and response surface methodology for modeling crossflow microfiltration of yeast suspensions. Another aim was to investigate the improvement of process using Kenics static mixer as turbulence promoter. Experimental work was performed on 200, 450 and 800 nm tubular ceramic membranes. The use of static mixer was also examined from an energetic point of view not only its influence on permeate flux. All experiments were done in recirculation and concentration mode. The results clearly show that the improvement of cross-flow microfiltration of yeast suspensions performances can be done with static mixer without any additional equipment. In experimental work, flux increase had values between 89.32% and 258.86% for recirculation of feed suspension depending on experimental values of selected variables while in concentration mode this improvement was in range between 100% and 540% for the same range of experimental variables. Neural networks had excellent predictive capabilities for this kind of process. Besides examination of predictive capabilities of neural networks influence of each variable was examined by applying Garson equation and connection weights method. Results of this analysis were in fairly good agreement with regression analysis. For more detailed analysis of variables influence on the selected responses response surface methodology was implemented. First step was to investigate the influence of membrane pore size on the process of microfiltration. The results suggested that the best way to conduct microfiltration of yeast suspensions is by using the membrane with mean pore size of 200 nm, because bigger mean pore size can lead to more prominent internal fouling that causes smaller flux values. Further investigations of microfiltration process were done in order to investigate influences of variables as well as their interactions and it was done for the membrane with pore size of 200 nm. Results for this membrane considering regression analysis were considerably better compared with results obtained for modeling all three membranes. From the energetic point of view it was concluded that it is optimal to use moderate feed flows to achieve best results with implementation of static mixer. As the final goal of response surface methodology optimization of process variables was done by applying desirability function approach. Optimal values of process variables for recirculation of feed suspension were trasmembrane pressure 0.2 bar, concentration 7.54 g/l and feed flow 108.52 l/h for maximal values of specific energy reduction. On the other side for concentration of feed suspension these variables had values of 1 bar, 7.50 g/l and 176 l/
Separation of non-sucrosecompounds from the inermediate products of sugar crystallization using ultrafiltration
No full textU radu su ispitane mogucnosti separacaije nesaharoznih jedinjenja ultrafiltracijom iz rastvora B i C šecera sadržaja suve materije 60 i 30 oBx. Eksperimentalna ispitivanja su izvedena na keramickim membrana sa otvorom pora od 20 i 5 nm, bez i sa primenom statickog mešaca kao promotora turbulencije. Tokom recirkulacije i koncentrovanja napojne smeše pracen je uticaj nezavisno promenljivih (transmembranskog pritiska, protoka, temperature i vremena trajanja procesa) na fluks, boju, mutnocu i kvocijent cistoce permeta. Ispitan je uticaj statickog mešaca na prljanje membrane, na potrošnju energije i smanjenja proizvodnih troškova. Eksperimentalni rezultati su jasno pokazali da se najveca razlika u vrednosti fluksa permeata rastvora B šecera dobija kada se uporedi nacin rada bez i sa upotrebom mešaca. Ta razlika iznosi 30% na 80oC, odn. 65% kada se temperatura održava na 70oC. Pri ultrafiltraciji rastvora C šecera, koji sadrži mnogostruko vecu kolicinu nesaharoznih jedinjenja, registruje se brža koncentraciona polarizacija, te se pri istim uslovima postiže za 70% manji fluks od fluksa permeata rastvora B šecera. Sadržaj saharoze permeata i retentata se ne menja tokom ultrafiltracije, nema merljive retencije saharoze, što je presudno za buducu primenu ovog separacionog postupka u industriju šecera. Dekoloracija rastvora B šecera bez upotrebe mešaca ?? na nivou 40%, ? postiže se na pritisku nižem od 6 bar i protoku od 250 L/h. Upotrebom mešaca se efekat dekoloracije poboljšava za oko 60%, i to pri protoku ispod 200 L/h. Izdvajanje bojenih materija pri ultrafiltraciji rastvora C šecera je prividno manje efikasno, jer ne prelazi vrednost od 25% racunato na napojnu smešu, mada se u apsolutnim vrednostima iz rastvora B i C šecera izdvoji približno ista kolicina bojenih materija (900 IJ). Ultrafiltracijom se mutnoca napojne smeše redukuje za 85%. Ispitivanja prljanja membrane pri ultrafiltraciji su pokazala da koncentraciona polarizacija i formiranje sloja sastavljenog od nesaharoznih jedinjenja na površini membrane predstavljaju dominantan udeo ukupnog hidraulicnog otpora. U membrani sa otvorom pora 20 nm, tokom ultrafiltracije meduproizvoda f?ze kristalizacije, otpor poraste usled prljanja za 20 – 50 puta, a u membrani sa otvorom pora 5 nm za 100 – 300 puta u odnosu na otpor ciste membrane. Korišcenje mešaca je opravdano u intervalu gubitaka hidraulicke snage od 0 – 7 W, jer se time postiže povecanje fluksa i do 60%. Pri vecim gubicima hidraulicne snage, odn. pri vecim brzinama proticanja, nivo turbulencije u praznoj cevi je znacajan, tako da se i bez upotrebe mešaca registruju vece vrednosti fluksa. Povecanje stepena koncentrovanja napojne smeše sa 1,0 na 1,2 prati smanjenje ukupnih prizvodnih troškova u opsegu od 30 – 77% kada se proces ultrafiltracije realizuje uz upotrebu mešaca.This work presents the study of possibility to separate of non-sucrose compounds from B and C sugar solutions, with a dry matter content of 60 and 30 oBx by ultrafiltration. Experimental investigations were performed on ceramic tubular 20 and 5 nm pore diameters membranes, with and without kenics static mixer as turbulence promoter. The influence of independent parameters (transmembrane pressure, flow rate, temperature and ultrafiltration time duration) on permetate flux, colour, turbidity and purity during feed recirculation and feed concentration were examined. The efficiency of static mixer was investigated on membrane fouling, on energy consumption and on economical calculations. The experimental results showed that, the greatest flux difference of B sugar solution was obtained when the operation mode was with a static mixer in comparation to the operation mode without one, showing 30% difference at temperature 80 oC and 65% at 70 oC. While ultrafiltering the C sugar solution, which contains more non-sucrose compounds, a faster concentration polarization was noticed, thus at the same working conditions 70% less flux was reached in comparison with to the B sugar solution permeate flux. The permeate and retentate sugar content did not changed during ultrafiltration, there is no measurable retention of sucrose, which is important for the implementation of this type of separation into sugar industry. The decoloration of B sugar solution without static mixer is 40%, and can be reached at transmembrane pressure bellow 6 bar and flow rate of 250 L/h. By using a static mixer the decoloration effect is improved for 60%, when flow rate is held bellow 200 L/h. The separation of coloured compounds during ultrafiltration of C sugar solution is apparently less efficient since the value did not reach 25% calculated on feed, even though measured in absolute values the same level of coloured compounds was separated from B and C sugar solution (900 IU). The turbidity of B and C solution was reduced by ultrafiltration for 85%. The examinations of membrane fouling during ultrafiltration showed that the concentration polarization and formation of a non-sucrose compound layer on the membrane surface are dominant parts of the total hydraulic resistance. During ultrafiltration of intermediate products of sugar crystallization using 20 nm pore membrane diameter the resistance increased for 20 – 50 times due to fouling. Using a 5 nm pore diameter membrane the resistance increased for 100 – 300 times comparing to clean membrane. The use of static mixer is justified when 0 – 7 W loss of hydraulic power was determined, because in that interval a 60% flux increase was detected. At higher levels of hydraulic power loss, and at higher values of flow rates the turbulency in empty tubular membrane is significant, so even without using static mixers higher values of flux are detected. When a static mixer was used with the increase of volume concentration ratio from 1,0 to 1,2 the total production costs decreased in a range of 30 – 77%
- …
