微型水力旋流器分离含淀粉颗粒的豌豆蛋白浆液的数值模拟以及实验研究

发布时间：2020-07-07 02:00

【摘要】：豌豆的主要成分是淀粉和蛋白,其中淀粉含量为40%~45%,蛋白含量为20%~25%,粗纤维含量为8%~12%。在制备豌豆蛋白时,豌豆磨浆后过滤可以去除纤维渣和大部分淀粉,但是所得到的豌豆蛋白浆液中仍然含有小部分淀粉颗粒。利用水力旋流器将这部分淀粉去除可以提高豌豆蛋白产品的蛋白质含量。同时,水力旋流器在全封闭条件运行,可以防止浆液与氧气接触,有利于减少豆腥味产生。本文从数值模拟和实验研究两方面对含淀粉颗粒豌豆蛋白浆液的旋液分离进行了探讨。首先,针对实验室现有微型水力旋流器结构,选择适合高速漩涡螺线流的雷诺应力湍流模型(RSM)来计算旋流器内部流体的湍流运动;采用颗粒的罗辛-拉姆勒(R-R)分布和离散相模型(DPM)对豌豆浆液中的次相不溶组分的运动进行模拟。利用计算流体力学前处理软件(Icem-cfd)将水力旋流器内部流场模型划分为高质量的六面体网格并在计算软件(Fluent)中采用一定的边界条件进行计算机数值仿真模拟运算。通过比较计算所得压力场、速度场和离散相颗粒分离结果与前人结果以及实验结果,证明本文所采用的模型和数值计算方法是合理可靠的。在此基础上,利用计算机数值方法以及响应面方法预测了进料速度A、进料淀粉浓度B、分股比C和进料蛋白浓度D等重要参数对水力旋流器内部流场以及水力旋流器分离效率的单一和交互影响,得到了不同操作参数下水力旋流器内部流场的分布特征和分离效率的二次多项式回归方程。经过实验验证,回归方程模型的预测能力对于不溶(淀粉)组分分离效率的相对误差在10%以内;对可溶(蛋白)组分分离效率的相对误差在15%以内,从而为含淀粉颗粒豌豆蛋白浆液旋液分离的实验研究提供了参考。实验研究首先考察了单级旋流器的分离情况。采用无氧磨浆结合螺旋去渣方法制备含淀粉颗粒豌豆蛋白浆液。控制豆水质量比分别为1:7、1:5和1:3,得到蛋白含量不同而淀粉颗粒含量基本相同的浆液。实验发现,浆液中蛋白浓度越高,不溶(淀粉)组分的分离效率减少,可溶(蛋白)组分的分离效率没有显著差异;进料速度大于18.92 m/s(或进料压力大于0.5 MPa)和分股比为0.3时,溢流中的蛋白占总蛋白以及底流中的淀粉占总淀粉的比例均可达到80%以上。操作条件改变将会导致总体分离效率降低。为了达到尽量降低浆液中淀粉含量并尽量减少蛋白损失的目标,设计并组装了处理能力为1.6 L/min的三级水力旋流器组,并在此设备上进行了豌豆浆液的分离。结果表明,从溢流级的溢流中所得豌豆蛋白产品的蛋白含量为85%(w/w),蛋白质回收率达到90%以上。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ936
【图文】：

分离方法,颗粒粒径,蛋白质

1 绪论先加入硫酸铵至 35%饱和度以使一些蛋白质与核酸一起沉降，并将剩余溶液中的蛋白质在 65%~100%饱和硫酸铵下继续将主要蛋白质和次要蛋白质彼此分离并且与核酸分离的一种对纯净的蛋白质，但这种方法运行成本更高并且存在废水处流器原理与应用流器原理、离心分离和过滤是世界上常用的三种机械分离技术[14]，相分离技术是一种节能高效的分离技术。不同大小颗粒所选择示[14]。

水力旋流器,内部流动,情况

1 绪论同促使颗粒在径向上的排布，最终达到分离的目的。颗粒组分受力情况如图 1-3 所水力旋流器的操作参数以及结构参数决定着流体在内部的流动状态，而流体在水力器的流动状态又决定着水力旋流器的最终分离效果。在操作因素中，进料压力对向力起着主要的作用；进料速度对离心力有着明显的影响；流体的黏度主要是颗粒在的过程中对颗粒向器壁运动的过程中有阻力。

受力图,水力旋流器,内颗粒,径向

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