Ph.D.-tézisek a Kertészeti Egyetemen
Doktori összefoglalók

 

Kóczánné Manninger Kata

Kerámia membránok alkalmazhatósága borok szűrésére
Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem, 1998

Azonos évjáratú, 1995-ös négy különböző magyar bor membránszűrését végeztem kerámia mikro- és ultraszűrő membránokon. Különböző előkezeléseket alkalmaztam (fejtés, fejtés + derítés, fejtés + derítés + kovaföldszűrés), különböző pórusméretű membránokkal mértem és változtattam a recirkulációs térfogatáramot.

A borok minőségét az organoleptikus vizsgálatok mellett a legfontosabb borösszetevőkkel (kolloid, fehérje, polifenol, borkősav, alkohol koncentráció és színintenzitás) jellemeztem. Nagyszámú kísérlet alapján a következőket állapítottam meg:

 
1. A borok előkezelésének hatása a borok minőségére és szűrhetőségére
2. Statikus keverő hatása a szűrlet teljesítményre
2.1. Kenics-féle statikus keverővel a borok szűrlet-fluxusa 3-szorosra növelhető a transzmembrán nyomás kismértékű növekedése mellett. Háromféle fejtett boron végzett kísérletsorozat alapján a statikus keverővel ellátott membrán szűrletfluxusa és a statikus keverő nélkül mért szűrletfluxus között a következő összefüggéseket állapítottam meg:
2.2. Statikus keverő alkalmazása mellett kisebb kerámia-membrán felület szükséges. Mivel a fluxus kb. 3-szorosra nő, a felület, is 3-szor kisebb lehet egy adott szűrési feladat esetén.
3. A szűrletteljesítmény modellezése
A bor szűrletárama az idő előrehaladtéval dinamikusan csökken és egy állandósult szűrletáram felé tart, tehát a bor szűrésekor a kiszűrt molekulák lerakódási sebességét kompenzálja a membránról történő lesodródás sebessége.
3.1. Vizsgálataim szerint a bor szűrletfluxusát nem lehet leírni (csak a kezdeti szakaszt durván közelíteni) azokkal az irodalmi modellekkel, amelyeknél az idő vagy szűrlettérfogat növelésével a fluxus nullára csökken:
például  modellek.
3.2. A borok szűrletáramát leíró dinamikus matematikai modell ±9 % pontossággal illeszkedik a mérési görbékre. A modell paraméterei fizikai értelemmel bíró állandók:
3.3. A dinamikus modell T időállandója függ a borok előkezeltségétől, a recirkulációs áram Re számától és a pórusmérettől. Kísérleteim alapján a borszűrés időállandója a következő összefüggéssel fogalmazható meg:
Az a, b és C állandókat különböző előkezeltségű borokra számszerűen is megfogalmaztam.
4. Minőségi paraméterek regressziója és a borászati technológiai folyamat optimálása
4.1. A membránszűrt magyar borok összetevői (kolloid, fehérje, polifenol, borkősav), valamint a színintenzitás és a szűrlet fluxusa megfelelő pontossággal leírhatók másodfokú regressziós függvényekkel, a bor fajta az előkezeltség, ezen kívül a szűrő pórusméret és az alkalmazott recirkulációs térfogatáram függvényében.
4.2. A borászati technológiai folyamat kompromisszumos optimálása — a regressziós függvények felhasználásával — a súlyozott célfüggvény minimálásának módszerével egyszerűen megoldható. A módszer segítségével a borszűrés előre tervezhető.
Összefoglalóban szereplő jelölések a hivatkozás sorrendjében:

 
Jstat- statikus keverővel mért szűrlet-fluxus m/s
J - üres kerámia membránon mért szűrlet-fluxus m/s
transzmembrán nyomás Pa
Dpsz - viszonyítási nyomáskülönbség,  Pa
pbe - membránon a bemenő nyomás Pa
pki - membránból a kimenő nyomás Pa
psz - szűrlet oldali nyomás Pa
r - recirkulációs térfogatáram m3/s
A - membrán belső felülete m2
J0 - maximális szűrletfluxus m/s
JSS - állandósult (steady state) szűrlet fluxus m/s
t - szűrési idő s
T - időállandó s
a, b - állandók -
 K - állandó 1/s
C - állandó s
Re - Reynolds szám az üres csőben,  -
d - kerámia membrán belső átmérője m
v - recirkulációs sebesség m/s
r- bor sűrűsége kg/m3
h - bor viszkozitása Pas
p - pórus méret nm
p0 - minimális pórusméret p0=50 nm nm

 
Vissza a lap tetejére