МЕМБРАННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2015 года по МПК A23C9/142 B01D61/00 B01D61/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу обработки молочных продуктов посредством мембранной фильтрации, где образование осадка на мембранах значительно уменьшается/предотвращается без существенного уменьшения потока через мембранный модуль. Настоящее изобретение также относится к мембранному фильтрационному узлу, пригодному для осуществления способа по изобретению.

Уровень техники

Сырое молоко почти без исключения разделяется на фазу сливок и фазу снятого молока. В зависимости от конечного продукта, для которого используется молоко, обе эти фазы подвергаются обработке по-другому на молочном заводе. Снятое молоко, которое необходимо дополнительно очищать фракционированием белка, часто пастеризуют, после чего охлаждают приблизительно до 4°C и хранят в резервуаре до использования в производстве.

Для уменьшения образования осадка на мембранах предложено подвергать снятое молоко процессу предварительной обработки перед мембранной фильтрацией (WO 02/069724). Указанная предварительная обработка включает нагревание снятого молока до температуры 50-55°C в течение нескольких минут. Продукт, подвергнутый тепловой обработке, далее хранится в открытом контейнере для выделения избыточного воздуха и для обеспечения химических реакций, что имеет место в молоке при нагревании, для стабилизации.

Хотя эта предварительная обработка была показана ранее для уменьшения риска образования осадка на мембранах, т.е. что мембраны засоряются и производственное время теряется, также ранее было раскрыто, что продолжительное время пребывания в этом температурном интервале вызывает нежелательный рост вредных микроорганизмов.

Во избежание нежелательного роста вредных микроорганизмов и дополнительного уменьшения образования осадка на мембранах предложено уменьшить время пребывания в открытом контейнере и последить за тем, что снятое молоко (ретентат) имеет понижающуюся или в качестве альтернативы поддерживаемую температурную кривую во время мембранной фильтрации (WO 06/123972).

Во время мембранной фильтрации насосы в мембранном фильтрационном узле обычно увеличивают температуру снятого молока/ретентата на 2-6°C. Для поддерживания или уменьшения температуры снятого молока/ретентата во время мембранной фильтрации общепринято содержание какого-либо охлаждающего устройства, расположенного в ретентатном контуре (обычно для маленьких установок/полупроизводственных установок) (№0310173). Если требуется, снятое молоко охлаждают перед мембранной фильтрацией до температуры, которая обеспечивает температуру в контуре, которая не превышает температуру предварительной обработки молока.

Однако если температура снятого молока уменьшается на 1°, поток через мембранный модуль будет уменьшаться на около 2-3%, т.е. эффективность мембранной фильтрации значительно уменьшается.

Одной задачей по изобретению является обеспечение способа обработки молочных продуктов посредством мембранной фильтрации, где образование осадка на мембранах значительно уменьшается/предотвращается без значительного уменьшения потока через мембранный модуль.

Сущность изобретения

Первый объект изобретения касается способа обработки молочных продуктов мембранной фильтрацией, включающего стадии:

а) если требуется,подачи молочного продукта в уравнительный резервуар (фиг. 1.1; фиг. 3.1 - первая цифра таких ссылок означает номер фигуры, после точки указана позиция на этой фигуре);

b) подвергания молочного продукта мембранной фильтрации (фиг. 1.2; фиг. 3.3; фиг. 4, MF1/MF2; фиг. 5, MF1/MF2) для образования фракции пермеата и фракции ретентата; и

с) охлаждения фракции пермеата (фиг. 1.3; фиг. 3.2; фиг. 4.1; фиг. 5.1) до температуры ниже температуры фракции ретентата, приводящего к охлаждению мембранных поверхностей.

Второй вариант настоящего изобретения относится к мембранному фильтрационному узлу, содержащему

а) загрузочное впускное отверстие к ретентатной стороне мембранного фильтра;

b) выпускное отверстие для ретентата;

c) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части ретентата из выпускного отверстия для ретентата к впускному отверстию для ретентата;

d) выпускное отверстие для пермеата;

e) впускное отверстие для пермеата;

f) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части пермеата из выпускного отверстия для пермеата к впускному отверстию для пермеата; и

g) охлаждающее устройство, выполненное для поддерживания более низкой температуры в потоке пермеата, чем в потоке ретентата;

указанные впускные отверстия, выпускные отверстия и средство для рециркулирования выполнены для поддерживания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и потока пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра предпочтительно таким образом, что два потока попутно проходят по мембранному фильтру.

Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения изложены в зависимой формуле изобретения.

Описание чертежей

Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения ниже поясняются более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи:

Фиг. 1 - вид мембранной фильтрационной установки, в которой отдельный охладитель (3) включен в пермеатный контур, для которой может применяться способ по изобретению. (1) Уравнительный резервуар; (2) Мембранный фильтрационный модуль; (3) Охладитель; (4) Выпускное отверстие для ретентата; (5) Выпускное отверстие для пермеата; (6) Устройство подачи продуктов; (М) Циркуляционный насос; (Р1) Индикатор давления.

Фиг. 2 - вид мембранного модуля с интегрированным охлаждающим устройством. (1) Окружающий корпус; (2) Концы окружающего корпуса; (3) Мембраны; (4) Трубчатый теплообменник; (5) Помещение, содержащее охлаждающее средство; (6) Соединения с охлаждающим средством; (7) Помещение, содержащее пермеат; (8) Впускное отверстие и выпускное отверстие для пермеата; (15) Множество каналов для ретентата; (16) Мембрана фильтра.

Фиг. 3 - вид мембранной фильтрационной установки, в которой мембранный модуль содержит интегрированное охлаждающее устройство (2), для которой может применяться способ по изобретению. (1) Уравнительный резервуар; (2) Мембранный фильтрационный модуль с интегрированным охлаждающим устройством; (4) Выпускное отверстие для ретентата; (5) Выпускное отверстие для пермеата; (6) Устройство подачи продуктов; (М) Циркуляционный насос; (Р1) Индикатор давления.

Фиг. 4 - вид мембранной фильтрационной установки, в которой два мембранных фильтрационных модуля (MF1 и MF2 соответственно) соединены параллельно, содержащей отдельные охлаждающие устройства (1), включенные в пермеатный контур.

Фиг. 5 - вид мембранной фильтрационной установки, в которой два мембранных фильтрационных модуля (MF1 и MF2 соответственно) соединены последовательно, содержащей отдельные охлаждающие устройства (1), включенные в пермеатный контур.

Подробное описание изобретения

Так как осаждение фосфата кальция считается главной причиной образования осадка на мембранах и растворяемость фосфата кальция известно уменьшается с увеличением температуры, предполагается, что температура фазы снятого молока должна быть настолько возможно низкой. Однако как раскрыто ранее, также известно, что если температура фазы снятого молока уменьшается на 1°C, поток через мембранный модуль уменьшается на около 2-3%.

Таким образом, при увеличении температуры фазы снятого молока во время мембранной фильтрации поток через мембранный модуль будет увеличиваться, но образование осадка на мембранах будет также увеличиваться. Возможно, при уменьшении температуры фазы снятого молока во время мембранной фильтрации образование осадка на мембранах будет уменьшаться, но поток через мембранный модуль будет также уменьшаться.

До настоящего времени золотой серединой было подвергание молочного продукта, содержащего белок, какой-либо предварительной обработке, обычно тепловой обработке при температуре 50-65°C для уменьшения риска образования осадка на мембранах во время мембранной фильтрации. Использование более высоких температур не целесообразно, так как считается, что сывороточные белки изменяют естественные свойства при температуре выше 65°C.

Дополнительно считается наиболее важным, что температура молочного продукта, содержащего белок, во время мембранной фильтрации не превышает температуры 50°-65°C предварительной обработки. Так как насосы в мембранном фильтрационном узле обычно повышают температуру молочного продукта, содержащего белок, на 2-6°C, таким образом, общепринято содержание какого-либо охлаждающего устройства, расположенного в ретентатном контуре (обычно для маленьких установок/полупроизводственных установок) (№310173), и/или охлаждение снятого молока перед мембранной фильтрацией.

Поразительно, в настоящее время обнаружено, что температура мембранных поверхностей, а не температура снятого молока/ретентата является наиболее важной для предотвращения образования осадка на мембранах. Поддерживая температуру мембранных поверхностей низкой, возможно увеличение температуры снятого молока/ретентата без значительных проблем с образованием осадка на мембранах.

Результатом открытия является усовершенствованный способ обработки молочных продуктов посредством мембраной фильтрации, где значительно уменьшается/предотвращается образование осадка на мембранах и в то же самое время поток через мембранный модуль увеличивается.

Первый вариант настоящего изобретения относится к способу обработки молочных продуктов посредством мембранной фильтрации, включающему следующие стадии:

а) если требуется, подачи молочного продукта в уравнительный резервуар (фиг. 1.1; фиг. 3.1);

b) подвергания молочного продукта мембранной фильтрации (фиг. 1.2; фиг. 3.3; фиг. 4.MF1/MF2; фиг. 5.MF1/MF2) для образования фракции пермеата и фракции ретентата; и

с) охлаждения фракции пермеата (фиг. 1.3; фиг. 3.2; фиг. 4.1; фиг. 5.1) до температуры ниже температуры фракции ретентата, приводящего к охлаждению мембранных поверхностей.

В одном варианте выполнения по изобретению молочный продукт, например снятое молоко, пахта или сыворотка, подается в уравнительный резервуар (фиг. 1.1; фиг. 3.1). Основной целью уравнительного резервуара является выполнение функции буфера для молочного продукта в случае временных остановок/перебоев во время производства и также получение непрерывной подачи молочного продукта.

Температура молочного продукта, содержащего белок в указанном уравнительном резервуаре, находится предпочтительно 50-70°C, более предпочтительно 55-65°C, еще более предпочтительно 60-65°C и наиболее предпочтительно 62-65°C.

Предпочтительно молочный продукт заставляют проходить через воздухоотделитель до попадания в мембранный фильтрационный модуль. Обработка воздухоотделителем удаляет избыток воздуха в продукте, который еще может вызывать отложение осадка на мембранах в дальнейшем в процессе.

Молочный продукт затем направляется, например, при использовании циркуляционного насоса (фиг. 1, М1 и М2; фиг. 3, М1 и М2) в мембранный фильтрационный модуль (фиг. 1.2; фиг. 3.2; фиг. 4, MF1; фиг. 5, MF1), где молочный продукт разделяется на фракцию ретентата и фракцию пермеата.

Для поддерживания высокой скорости поперечного потока через мембранный фильтрационный модуль предпочтительно, что температура молочного продукта/ретентата поддерживается при температуре 50-65°C во время мембранной фильтрации, более предпочтительно 55-65°C, еще более предпочтительно 58-65°C и наиболее предпочтительно 60-65°C.

В одном варианте выполнения по изобретению предпочтительно, что температура молочного продукта/ретентата при попадании в мембранный фильтрационный модуль составляет 50-70°C, более предпочтительно 55-65°C, еще более предпочтительно 58-65°C и наиболее предпочтительно 58-60°C.

На рынке сегодня имеется огромное количество других мембранных фильтрационных модульных систем. Одной из двух самых распространенных мембранных модульных систем является так называемая система равномерного трансмембранного давления (UTR). Путем включения бусин на пермеатной стороне мембраны система поддерживает низкое, но постоянное трансмембранное давление с высокой скоростью поперечного потока, что уменьшает отложение осадка и накопление фильтрационного осадка, и улучшает использование доступной площади фильтрации. Однако система страдает от сложных и требующих больших затрат времени процедур замены мембран и требует непрерывной циркуляции потока пермеата.

Другая из указанных двух самых распространенных мембранных модульных систем основана на градиентных мембранах. Использованием мембран, имеющих увеличенное сопротивление прониканию к стороне впуска мембранного модуля, система поддерживает низкое, но постоянное трансмембранное давление с высокой скоростью поперечного потока. Дополнительно система не требует непрерывной циркуляции потока пермеата и не страдает от сложных и требующих больших затрат времени процедур замены мембран.

Мембранным фильтрационным модулем, используемым по изобретению, может быть любой мембранный модуль, пригодный для обработки молочных продуктов, например мембранная модульная система, основанная на принципе UTP, мембранная модульная система, основанная на градиентных мембранах, другие пригодные мембранные модульные системы или любые их объединения.

Мембраны мембранного фильтрационного модуля предпочтительно выполнены из опорного керамического слоя и поверхностного мембранного слоя (как, например, мембраны на основе диоксида циркония, оксида титана и оксида алюминия), но могут также быть изготовлены из других материалов, таких как стекло, полимеры или им подобные. Даже если настоящее раскрытие направлено на использование мембран, следует также понять, что могут использоваться микрофильтры вместо мембран без отступления от идеи настоящего изобретения.

Фильтр в мембранном фильтрационном модуле предпочтительно выбирают из группы, состоящей из микрофильтра (MF), ультрафильтра (UF) и нанофильтра (NF).

В предпочтительном варианте выполнения по изобретению по меньшей мере один мембранный фильтрационный модуль содержит фильтр с эффективным размером пор 0,5-2,0 мкм, более предпочтительно 0,8-2,0 мкм и наиболее предпочтительно 0,8-1,4 мкм. Фильтры, имеющие размер пор в этих пределах, конкретно пригодны для уменьшения количества микроорганизмов в молочном продукте.

В предпочтительном варианте выполнения по изобретению по меньшей мере один мембранный фильтрационный модуль содержит фильтр с эффективным размером пор 0,05-0,5 мкм, более предпочтительно 0,05-0,3 мкм и наиболее предпочтительно 0,1-0,2 мкм. Фильтры, имеющие размер пор в этих пределах, конкретно пригодны для фракционирования белков, конкретно казеиновых белков, имеющихся в молочном продукте.

В предпочтительном варианте выполнения по изобретению по меньшей мере один мембранный фильтрационный модуль содержит фильтр с эффективным размером пор, который является достаточным для задерживания взвешенных твердых частиц и растворенных веществ, имеющих молекулярный вес выше 100 кДа, более предпочтительно выше 75 кДа, еще более предпочтительно выше 50 кДа, наиболее предпочтительно выше 25 кДа, а именно, выше 10 кДа.

В предпочтительном варианте выполнения по изобретению по меньшей мере один мембранный фильтрационный модуль содержит фильтр с эффективным размером пор, который является достаточным для задерживания взвешенных твердых частиц и растворенных веществ, имеющих молекулярный вес выше 500 Да, более предпочтительно выше 200 Да и еще более предпочтительно выше 100 Да.

Когда молочный продукт, содержащий белок, попадает в мембранный фильтрационный модуль (фиг. 1.2; фиг. 3.2; фиг. 4, MF1; фиг. 5, MF1), продукт разделяется на два потока - поток ретентата и поток пермеата.

Поток ретентата может подаваться в дополнительный мембранный фильтрационный модуль (модули) (фиг. 4, MF2; фиг. 5, MF2) и/или в качестве альтернативы возвращаться обратно, например, с использованием циркуляционного насоса (фиг. 1, М2; фиг. 3, М2), к стороне впуска мембранного фильтрационного модуля (фиг. 1.2; фиг. 3.2). Указанный дополнительный мембранный фильтрационный модуль (модули) может быть идентичным или другим (другая мембранная модульная система, другой мембранный материал, другой эффективный размер пор и т.д.), чем первый мембранный фильтрационный модуль (фиг. 1.2; фиг. 3.2; фиг. 4.MF1; фиг. 5.MF1).

В одном варианте выполнения по изобретению, поток пермеата направляется, например, с использованием циркуляционного насоса (фиг. 1, М3) в охлаждающее устройство (фиг. 1.3; фиг. 4.1; фиг. 5.1). Охлаждающим устройством может быть устройство любого типа, пригодного для понижения температуры потока пермеата, как теплообменник, например, пластинчатый теплообменник или более предпочтительно трубчатый теплообменник.

В другом варианте выполнения по изобретению мембранный фильтрационный модуль содержит интегрированное охлаждающее устройство (фиг. 2; фиг. 3.2), что делает отдельное охлаждающее устройство для пермеата (как показано на фиг. 1.3) излишним. Интегрированным охлаждающим устройством может быть охлаждающее устройство любого типа, пригодного для объединения с мембранным фильтрационным модулем. Пример пригодного мембранного фильтрационного модуля, содержащего интегрированное охлаждающее устройство, показан на фиг. 2.

Мембранный фильтрационный узел на фиг. 2 имеет окружающий корпус (1), в котором установлены трубчатый теплообменник (4) с соединениями (6) с охлаждающим средством. Охлаждающее средство перетекает в помещении (5) снаружи труб. Мембраны (3) расположены на всем протяжении труб в трубчатом теплообменнике и пригнаны к каждому концу корпуса уплотнениями. Пермеат, который проходит мембраны фильтра, циркулирует через впускное отверстие и выпускное отверстие для пермеата (фиг. 2.8). Увеличенная деталь В на фиг. 2 изображает, как пермеат будет циркулировать в помещении (7) внутри труб теплообменника, и температура пермеата будет находиться под влиянием охлаждающего средства снаружи труб трубчатого теплообменника.

Сечение корпуса А-А на фиг. 2 показывает, как может быть расположен трубчатый теплообменник с мембранами. Увеличенная деталь С показывает, как создана общепринятая конструкция мембраны. Она состоит из пористой керамики, поддерживающей устройство (3) с множеством каналов (15) для ретентата. Каждый канал снабжен мембраной (16) фильтра на поверхности канала. Увеличенная деталь С также показывает, как труба теплообменника окружает мембрану, но обеспечивая помещение (7) для пермеатного контура.

Хотя на фиг. 2 показан мембранный фильтрационный узел с 19 мембранами, следует понять, что количество мембран не принципиально для функционирования устройства, и что аналогичные системы, содержащие другое количество мембран, также находятся в объеме настоящего изобретения.

В предпочтительном варианте выполнения по изобретению температура потока пермеата по меньшей мере на 1°C ниже температуры потока ретентата, более предпочтительно температура потока пермеата по меньшей мере на 3°C ниже температуры потока ретентата, еще более предпочтительно температура потока пермеата по меньшей мере на 5°C ниже температуры потока ретентата и наиболее предпочтительно температура потока пермеата по меньшей мере на 7°C ниже температуры потока ретентата, а именно разность температур по меньшей мере 10°C, 12°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C или 40°C.

В предпочтительном варианте выполнения температуру фракции пермеата поддерживают в пределах 0-64°C (например, 0-64°C, 0-60°C, 0-55°C, 0-50°C, 0-45°C, 0-40°C, 0-35°C, 0-30°C, 0-25°C, 0-20°C или 0-15°C) во время мембранной фильтрации, например в пределах 10-50°C (например, 10-45°C, 10-40°C, 10-35°C, 10-30°C, 10-25°C, 10-20°C или 10-15°C), в пределах 20-50°C (например, 20-45°C, 20-40°C, 20-35°C, 20-30°C или 20-25°C), в пределах 30-50°C (например, 30-45°C, 30-40°C или 30-35°C) или в пределах 40-50°C (например, 40-45°C).

В дополнительном варианте выполнения по изобретению поток пермеата поддерживают при температуре, достаточной для охлаждения мембранных поверхностей до температуры по меньшей мере на 1°C ниже температуры потока ретентата, более предпочтительно по меньшей мере на 3°C ниже температуры потока ретентата, еще более предпочтительно по меньшей мере на 5°C ниже температуры потока ретентата и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 7°C ниже температуры потока ретентата, а именно разность температур между мембранными поверхностями и потоком ретентата по меньшей мере 10°C, 12°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C или 40°C.

Когда поток пермеата выходит из охлаждающего устройства (фиг. 1.3) мембранного фильтрационного модуля, содержащего интегрированное охлаждающее устройство (фиг. 3.2), пермеат может подаваться в дополнительный мембранный фильтрационный модуль (модули) (фиг. 4, MF2; фиг. 5, MF2) и/или в качестве альтернативы возвращаться обратно к стороне впуска пермеата мембранного фильтрационного модуля (фиг. 1.2; фиг. 3.2).

Указанный дополнительный мембранный фильтрационный модуль (модули) может быть идентичным или другим (другая мембранная модульная система, другой мембранный материал, другой эффективный размер пор и т.д.), чем первый мембранный фильтрационный модуль (фиг. 1.2).

В одном варианте выполнения по изобретению фракция пермеата после охлаждающей обработки возвращается обратно к стороне впуска пермеата мембранного фильтрационного модуля.

В одном дополнительном варианте выполнения по изобретению фракция пермеата циркулирует через впускное отверстие для пермеата и выпускное отверстие мембранного фильтрационного модуля. Если применяются градиентные мембраны, основной целью циркулирования потока пермеата является охлаждение мембранных поверхностей. Однако если применяется так называемая UTP система, целью циркулирования потока пермеата является охлаждение мембранных поверхностей и также получение некоторого падения давления на всем протяжении мембранного модуля.

В предпочтительном варианте выполнения по изобретению впускные отверстия (и впускное отверстие для пермеата и впускное отверстие для ретентата), выпускные отверстия (и выпускное отверстие для пермеата и выпускное отверстие для ретентата) и средство для рециркулирования (например, циркуляционные насосы) выполнены для поддержания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и поток пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра таким образом, что два потока проходят по мембранному фильтру. В одном варианте выполнения указанные два потока попутно проходят по мембранному фильтру и в другом варианте выполнения указанные два потока одновременно проходят по мембранному фильтру. Наиболее предпочтительно указанные два потока проходят по мембранному фильтру с постоянным падением давления по всей мембранной поверхности.

В случае многочисленных мембранных фильтрационных модулей предпочтительно, что фракция ретентата из первого мембранного фильтрационного модуля подвергается этапу диафильтрации до прохождения в следующий мембранный фильтрационный модуль (фиг. 5).

Второй вариант настоящего изобретения относится к мембранному фильтрационному узлу, содержащему:

а) загрузочное впускное отверстие к ретентатной стороне мембранного фильтра;

b) выпускное отверстие для ретентата;

с) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части ретентата из выпускного отверстия для ретентата к впускному отверстию для ретентата;

d) выпускное отверстие для пермеата;

е) впускное отверстие для пермеата;

f) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части пермеата из выпускного отверстия для пермеата к впускному отверстию для пермеата; и

g) охлаждающее устройство, такое как теплообменник, выполненное для поддерживания более низкой температуры в потоке пермеата, чем в потоке ретентата;

указанные впускные отверстия, выпускные отверстия и средство для рециркулирования выполнены для поддерживания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и потока пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра таким образом, что два потока попутно проходят по мембранному фильтру, например, параллельно или одновременно.

Вариант выполнения согласно второму аспекту настоящего изобретения относится к мембранному фильтрационному узлу, содержащему:

а) загрузочное впускное отверстие к ретентатной стороне мембранного фильтра;

b) выпускное отверстие для ретентата;

с) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части ретентата из выпускного отверстия для ретентата к впускному отверстию для ретентата;

d) выпускное отверстие для пермеата;

е) впускное отверстие для пермеата;

f) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части пермеата из выпускного отверстия для пермеата к впускному отверстию для пермеата; и

g) охлаждающее устройство, такое как теплообменник, выполненное для поддерживания более низкой температуры в потоке пермеата, чем в потоке ретентата;

причем указанные впускные отверстия, выпускные отверстия и средство для рециркулирования выполнены для поддержания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и потока пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра таким образом, что два потока проходят по мембранному фильтру, например попутно проходят по мембранному фильтру или одновременно проходят по мембранному фильтру.

В варианте выполнения согласно второму аспекту настоящего изобретения указанные впускные отверстия, выпускные отверстия и средство для рециркулирования выполнены для поддерживания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и потока пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра таким образом, что два потока проходят по мембранному фильтру, например попутно проходят по мембранному фильтру или одновременно проходят по мембранному фильтру, с постоянным падением давления по всей мембранной поверхности.

В одном дополнительном варианте выполнения согласно второму аспекту настоящего изобретения указанное охлаждающее устройство расположено в пермеатном контуре между впускным отверстием для пермеата и выпускным отверстием для пермеата.

В другом варианте выполнения согласно второму аспекту настоящего изобретения указанный мембранный фильтрационный узел пригоден для осуществления способа согласно первому аспекту настоящего изобретения.

В зависимости от мембранного фильтрационного модуля (модулей), которые используются, способ по изобретению конкретно пригоден для уменьшения количества микроорганизмов, присутствующих в молочном продукте и/или фракционирования белков, присутствующих в молочном продукте.

Хотя вышеизложенное изобретение описано довольно подробно посредством изображения и примера в целях ясности понимания, будет абсолютно очевидным специалистам в данной области техники в свете идей данного изобретения, что некоторые изменения и модификации могут выполняться без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к способу обработки молочных продуктов посредством мембранной фильтрации и мембранному фильтрационному узлу для осуществления этого способа. Способ включает подачу молочного продукта в уравнительный резервуар, подвергание его мембранной фильтрации с образованием фракции пермеата и ретентата, охлаждение фракции пермеата до температуры ниже температуры фракции ретентата, при этом перед фильтрацией продукт нагревают до 50-65^оС, фракцию ретентата поддерживают при температуре 50-65^оС во время мембранной фильтрации и температуру фракции пермеата поддерживают в диапазоне 0-64^оС во время мембранной фильтрации. Способ позволяет значительно уменьшить/предотвратить образование осадка на мембране без значительного уменьшения потока через мембранный модуль. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ обработки молочных продуктов посредством мембранной фильтрации, посредством мембранного фильтра или мембранного фильтрационного модуля, содержащего такой фильтр, включающий следующие стадии:
а) подачи молочного продукта, если требуется, в уравнительный резервуар;
b) подвергания молочного продукта мембранной фильтрации для образования фракции пермеата и фракции ретентата; и
с) охлаждения фракции пермеата до температуры ниже температуры фракции ретентата, приводящего к охлаждению мембранных поверхностей,
причем перед мембранной фильтрацией молочный продукт нагревают до температуры в диапазоне 50-65°C;
фракцию ретентата поддерживают при температуре в диапазоне 50-65°C во время мембранной фильтрации; и
температуру фракции пермеата поддерживают в диапазоне 0-64°C во время мембранной фильтрации.

2. Способ по п. 1, в котором разность температур между фракцией пермеата и ретентата составляет по меньшей мере 1°C, причем фракция пермеата холоднее фракции ретентата.

3. Способ по п. 1, в котором указанный молочный продукт выбирают из группы, состоящей из снятого молока, пахты и сыворотки.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, часть фракции пермеата циркулирует через впускное отверстие для пермеата и выпускное отверстие мембранного фильтрационного модуля.

5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором, по меньшей мере, часть фракции ретентата циркулирует через впускное отверстие для ретентата и выпускное отверстие мембранного фильтрационного модуля.

6. Способ по любому из пп. 1-3, в котором поток пермеата и поток ретентата попутно проходят по мембранному фильтру, причем указанные два потока разделяются указанным мембранным фильтром.

7. Способ по любому из пп. 1-3, в котором указанный молочный продукт подвергают мембранной фильтрации с использованием множества мембранных фильтрационных модулей.

8. Способ по п. 7, в котором указанные мембранные фильтрационные модули соединены параллельно, последовательно или в комбинации.

9. Способ по любому из пп. 1-3, 8, в котором фильтр в указанном мембранном фильтрационном модуле выбирают из группы, состоящей из микрофильтра (MF), ультрафильтра (UF) и нанофильтра (NF).

10. Способ по любому из пп. 1-3, 8, в котором эффективный размер пор фильтра в указанном мембранном фильтрационном модуле составляет 0,5-2 мкм, 0,05-0,3 мкм, 10-100 кДа или более 200 Да.

11. Мембранный фильтрационный узел для осуществления способа по любому из пп.1-10, содержащий
а) мембранный фильтр или мембранный фильтрационный модуль, содержащий такой фильтр;
b) загрузочное впускное отверстие к ретентатной стороне мембранного фильтра;
c) выпускное отверстие для ретентата;
d) средство для рециркулирования, по меньшей мере, части ретентата из выпускного отверстия для ретентата к впускному отверстию для ретентата;
e) выпускное отверстие для пермеата;
f) впускное отверстие для пермеата;
g) средство для рециркулирования по меньшей мере части пермеата из выпускного отверстия для пермеата к впускному отверстию для пермеата; и
h) охлаждающее устройство, выполненное для поддерживания в потоке пермеата температуры по меньшей мере на 1 ^оС ниже, чем в потоке ретентата;
причем указанные впускные отверстия, выпускные отверстия и средство для рециркулирования выполнены для поддерживания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и потока пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра предпочтительно таким образом, что два потока попутно проходят по мембранному фильтру.

12. Мембранный фильтрационный узел по п. 11, в котором указанные впускные отверстия, выпускные отверстия и средство для рециркулирования выполнены для поддерживания потока ретентата на ретентатной стороне мембранного фильтра и потока пермеата на пермеатной стороне мембранного фильтра таким образом, что два потока проходят по мембранному фильтру, предпочтительно попутно проходят по мембранному фильтру, с постоянным падением давления по всей мембранной поверхности.

13. Мембранный фильтрационный узел по п. 11, в котором указанным охлаждающим устройством является теплообменник.

14. Мембранный фильтрационный узел по любому из пп. 11-13, в котором указанное охлаждающее устройство расположено в пермеатном контуре между впускным отверстием для пермеата и выпускным отверстием для пермеата.

15. Мембранный фильтрационный узел по п.14, в котором мембранный фильтр расположен в мембранном фильтрационном модуле.

16. Мембранный фильтрационный узел по п. 15, в котором охлаждающее устройство интегрировано в мембранный фильтрационный модуль.

17. Мембранный фильтрационный узел по п. 15, в котором охлаждающее устройство является отдельным от мембранного фильтрационного модуля.

18. Мембранный фильтрационный узел по любому из пп. 11-13, в котором указанный мембранный фильтрационный узел содержит множество мембранных фильтрационных модулей, соединенных параллельно, последовательно или в любой комбинации.