Schwatec Membranfiltration

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1 Schwatec Membranfiltration
Beckumer Str D Ahlen Tel / Fax /

2 Membranfiltration - Prinzip
OFFENE MF ENGE MF UF ENGE UF/NF UO WASSER + SALZE WASSER ZELLERNTE KLÄRUNG FRAKTIONIERUNG KONZENTRIERUNG REINIGUNG . = Zelle = Kolloid = Enzym = Organische Säure = Salz = Wasser

3 PARTIKELGRÖSSE UND FILTRATIONS-SPEKTRUM
Mikrometer (Log.- Skala) Angstrom (Log.-Skala) Ungefähres Molekulargewicht (Saccarid-Typ - KEINE Skala) Trenn-prozess Ionen Bereich Molekularer Bereich Makromolekularer Bereich Mikropartikel Bereich Makropartikel Bereich 0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 1000 102 103 104 105 106 107 200 1.000 10.000 20.000 2 3 5 8 Relative Größe gängiger Stoffe Note: 1 Angstrom = Meter = Mikrometer Strand-Sand Menschl. Haar Hefezellen Bakterien Pollen Gemahlenes Mehl Rote Blut- körp. Farbpigment Virus Aktivkohle Lösl. Salze Pyrogene Metall. Ion Nebel Albumin Protein Atom- durchm. Zucker Tabakrauch Kohlenstaub Kolloidale Silica / Partikel Lungenschäd. Staub Umkehrosmose Mikrofiltration Ultrafiltration Partikelfiltration < Raster-Elektronen-Mikroskop < Optisches Mikroskop < Sichtbar für das nackte Auge

4 Tangentiale Filtration - CFF
Permeat Membran Druck Massefluss Permeat- rate Zeit

5 Konventionelle Filtration
Filter- medium Druck Massefluss Filtrat Filtrat- rate Zeit

6 SELEKTIVE RETENTION AN MEMBRANEN
Q GROSSE FASERN POLYSACCHARIDE KONDENSIERTE POLYPHENOLE PROTEINE RETENTAT P R=0% R=TEILWEISE R=100% ASYMMETRISCHE MEMBRAN PERMEAT WASSER ZUCKER SALZE FARBE AROMA NICHT-PROTEIN-STICKSTOFF TANNINE KLEINE POLYSACCHARIDE

7 RELATIVE TEILCHENGRÖSSE
Emulgiertes Fett/Öl Faser Stärke Wasser Protein Zucker Metall-Hydroxide Alkohol

8 SYMMETRISCHE MEMBRAN POREN-MORPHOLOGIE
ZUFUHRSEITE PERMEATSEITE Die Poren der symmetrischen Mambran haben ein “zylindrisches” Profil und der Kapillarweg erstreckt sich über die gesamte Matrix-Stärke. Dadurch ist das Risiko einer irreversiblen “Membranverschmutzung” bei diesem Typ stark ausgeprägt.

9 DEFINITIONEN FLUX: Die Durchflussmenge des Permeats durch eine Membran. Die Maßeinheiten sind: Volumen/(Fläche x Zeit). Flux (J) = Permeatdurchflussmenge Membranfläche = Liter/qm-hr (lmh) PERMEAT: Das Material, das unbeeinträchtigt die Membran durchdringt. RETENTION: Der Anteil an der Zufuhrmenge, der von der Membran zurückgehalten wird. Die Retention kann von 0 bis 100 variieren. Retention (% ) = (1- Permeatkonzentration Retentatkonzentration ) x 100 KONZENTRATIONSFAKTOR: Die Höhe der Konzentration des Mediums. Häufig als "---X" ausgedrückt. Konzentrationsfaktor (KF) = Zufuhrvolumen/Konzentratvolumen

10 CROSS-FLOW FILTRATIONSKONZEPTE WICHTIGE FORMELN
PERMEATFLUSS l FLUX (J) = = [PERMEAT] MEMBRANFLÄCHE m² h % RETENTION = (1- ) x 100 = [RETENTAT] RETENTION VON 0 TO 100% pein+paus-pperm TRANSMEMBRAN- DRUCK pdurschn. = 2 DRUCKABFALL Vf-Vr Vp 1 pdelta = pein - paus UMWANDLUNG (%) = = = 1 - Vf Vf CF BEZUG dP AUF Q

11 Flux verschiedener Medien
Flux (J) Destilliertes Wasser Normales Verhalten Hohes Fouling Zeit (h)

12 Flux über Durchflussmenge Flux über Konzentration
Prozess Parameter Flux über Durchflussmenge Flux über Konzentration Flux (J) Flux (J) Durchflussmenge (Q) Konzentration (C) Flux über Temperatur Flux über Druck Flux (J) Flux (J) Temperatur (T) Transmembrandruck ( P tm )

13 Rohrmodulaufbau

14 Hohlfasermodulaufbau

15 Spiralmodulaufbau

16 ENERGIEBEDARF VERSCHIEDENER SYSTEME ZUR ERZEUGUNG VON 1 m³ PERMEAT
30 25 20 15 10 5 Keramische Spiral Rohr

17 Cross Flow Membrane Filtration Batch Process
Permeate Feed Tank Cross Flow Membrane Filter Recirculation Pump

18 Cross Flow Membrane Filtration Modified Batch Process
Feed Supply/ Equalization Process Tank Permeate Level Control Cross Flow Membrane Filter Feed Recirculation Pump Pump

19 Cross Flow Membrane Filtration Stages-in-Series Process
Feed Tank Stage 1 Stage 2 Permeate Retentate Flow Ratio Controller

20 Konzentrierung, Filtration und Rückgewinnung in Herstellungsprozessen der Chemie, der Pharmazie, der Biotechnologie Enzym-Klärung / -Konzentrierung Klärung von Genußsäuren Klärung / Konzentrierung von Vitaminen Protein-Konzentrierung Klärung / Konzentrierung von Hormonen Klärung / Konzentrierung von Antibiotika Feinfiltration als Vorstufe zur Umkehrosmose Gewinnung pyrogenfreien Wassers Gewinnung hochreinen Wassers Konzentrierung von Blutplasma Klärung von Seren

21 Optimierung von Lackier- und Abwasserverfahren mittels Ultrafiltration und Elektrodialyse
in der Automobil-Industrie in der Automobil-Zuliefer-Industrie in der Konsumgüter-Industrie in der Landmaschinen-Industrie in der Leiterplatten-Industrie

22 Klärung und Konzentrierung, Steigerung der Prozeßausbeute in der Getränke-Industrie
Klärung von Apfelsaft Klärung von Beerenobstsäften Klärung von Säften tropischer Früchte Klärung von Wein Klärung von Essig Klärung von Spirituosen und Likören Filtration von Prozeßwasser Filtration von Mineralwasser Klärung von Zuckerlösungen / - sirupen

23 Rohstoff-Gewinnung und -Rückgewinnung in der Nahrungsmittel-Herstellung, Konzentrierung von Protein
Konzentrierung von Flüssigei Klärung /Konzentrierun von Gelatine Klärung von Zuckerlösungen Konzentrierung von Stärke Konzentrierung von Sojaprotein Konzentrierung von Albumin Konzentrierung von Hefe

24 Konzentrierung, Standardisierung und Klärung in der Milchwirtschaft; Entsalzung, Reinigung
Molkekonzentrierung Speisequarkherstellung Frischkäseherstellung Milchkonzentrierung Milchstandardisierung und Teilkonzentrierung von Kesselmilch Vollkonzentratkäse Reinigung von Käsereisalzbädern Aufbereitung von CIP-Laugen

25 Mass balance UF/NF / RO UF NF RO Permeate Permeate Permeate Feed
DM: 5,47 % Protein: 0,03 % NPN: 0,17 % Lactose: 4,76 % Ash: 0,51 % Fat: 0,00 % Permeate DM: 0,63 % Protein: 0,00 % NPN: 0,10 % Lactose : 0,15 % Ash: 0,36 % Fat: 0,00 % Permeate DM: 0,04 % Protein: 0,00 % NPN: 0,00 % Lactose: 0,00 % Ash: 0,04 % Fat: 0,00 % Feed DM: 6,20 % Protein: 0,60 % NPN: 0,02 % Lactose: 4,80 % Ash: 0,55 % Fat: 0,05 % UF NF RO WPC 60 DM: 19,70 % Protein: 11,17 % NPN: 0,06 % Lactose : 5,80 % Ash: 1,17 % Fat: 0,97 % Concentrate DM: 20,38 % Protein: 0,12 % NPN: 0,40 % Lactose : 18,88 % Ash: 0,99 % Fat: 0,00 % Concentrate DM: 0,36 % Protein: 0,00 % NPN: 0,33 % Lactose : 0,46 % Ash: 2,87 % Fat: 0,00 %

26 Membrane Filtration in Whey Treatment
Spray Dryer Milk Conc. for Shipping WPC Liquid & Powder, Whey Protein Isolates, Reduced Lactose Whey Curds Curd Grains to Cheese Production Salt Whey Purified Water Desalted Whey Whey To Direct Cheese Making Conc’d. Whey or Lactose Water, Minerals (to Polishing RO) or Return to RO Feed Partially Demineralized/ Concentrated Whey Condensate (cow water) Whey Protein Concentrate (to Evaporation) UF Permeate Water, Salts Conc’d. Lactose Partially Demin. NF RO Polishing Separator Crystallized Lactose & Fractionated Whey Constituents Evaporator (to Pol. RO) UF Permeate Water, Organics Raw Milk K E Y Milk Raw Whey Conc’d. Whey Lactose Water (Pure) Ion Exchange

27 MILCHSTANDARDISIERUNG MÖGLICHER VERFAHRENSABLAUF
Sahne Separator Sahne Magermilch Ultrafiltration Konzentrat Permeat Standardisierte Kesselmilch Standardisierte Konsummilch

28 AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKE Teilstromaufbereitung
Permeat Produktzulauf Salzbad Konzentrat PI 300 l PI Entleerung

29 AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKE GESAMTAUFBEREITUNG
Salzlaken- behälter Gereinigte Salzlake Produktzulauf Konzentrat Permeat PI PI Entleerung

30 TROCKENMASSEGRENZEN MOLKEREIANWENDUNGEN
Magermilch Vollmilch DRFK Magerquark 10 20 30 40 50 Trockenmasse (%)

31 CROSS-FLOW MEMBRANFILTRATION EINFLUSSFAKTOREN
TRANSMEMBRANDRUCK MEMBRAN-ÜBERSTRÖMUNG VISKOSITÄT TEMPERATUR KONZENTRATION DER ZURÜCKGEHALTENEN TEILCHEN VORBEHANDLUNG FOULING-CHARAKTERISTIKA DER ZUFUHR MIKROBIOLOGISCHE AKTIVITÄT IN DER ZUFUHR BEDIENUNGSPERSONAL

32 - die Separatoren der Zukunft - Сепараторы будующего Membranfiltration
Мембранная фильтрация - die Separatoren der Zukunft - Сепараторы будующего

33 Membranfiltration oder Cross-Flow-Filtration sind Sammelbegriffe für
Umkehrosmose (RO), Nanofiltration (NF), Ultrafiltration (UF) und Mikrofiltration (MF) Мембранная фильтрация или Cross-Flow-фильтрация это общее понятие для Обратного осмоса(RO), нанофильтрации (NF), ультрафильтрации (UF) и микрофильтрации (MF)

34 Tangentiale Filtration - CFF Тангенциальная фильтрация CFF
Permeat Membran Druck Massefluss Permeat- rate Zeit

35 PARTIKELGRÖSSE ВЕЛИЧИНА ЧАСТИЦ
Mikrometer Angstrom Ungefähres Molekulargewicht Trenn-prozess Ionen Bereich 0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 1000 102 103 104 105 106 107 200 1.000 10.000 20.000 2 3 5 8 Relative Größe gängiger Stoffe Note: 1 Angstrom = Meter = Mikrometer Strand-Sand Menschl. Haar Hefezellen Bakterien Pollen Virus Aktivkohle Lösl. Salze Protein Nebel Albumin Protein Atom- durchm. Zucker Tabakrauch Umkehrosmose Mikrofiltration Ultrafiltration Partikelfiltration < Raster-Elektronen-Mikroskop < Optisches Mikroskop < Sichtbar für das nackte Auge

36 ENERGIEBEDARF VERSCHIEDENER SYSTEME ПОТРЕБНОСТЬ В ЭНЕРГИИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ
30 25 20 15 10 5 Keramische Керамические Spiral Спиральные Rohr Трубчатые

37 Hohlfasermodulaufbau Устройство половолоконного модуля

38 Rohrmodulaufbau устройство трубчатого модуля

39 Spiralmodulaufbau Устройство спирального модуля

40 Cross Flow Membrane Filtration Batch Process
Permeate Feed Tank Cross Flow Membrane Filter Recirculation Pump

41 Cross Flow Membrane Filtration Stages-in-Series Process
Feed Tank Stage 1 Stage 2 Permeate Retentate Flow Ratio Controller

42 В молочной промышленности используется полный спектр
мембранной фильтрации Применение обратного осмоса : ▪ Для концентрации сыворотки при повышении мощностей ▪ Для концентрации молока при производстве сгущённого молока ▪ Для концентрации сахарных растворов ▪ Для накопителей воды для котлов ▪ Для концентрации фруктовых соков ▪ Для умягчения воды ▪ Для обработки сточных вод

43 Применение нанофильтрации :
▪ Для деминерализация сыворотки ▪ Для фракционирования сахарных растворов ▪ Для деминерализация молока ▪ Для фракционирования энзимов ▪ Для обработки сточных вод

44 Применение ультрафильтрации:
▪ В производстве сывороточного белка (WPC) ▪ В производстве творожных кремов ▪ В производстве свежего сыра с % жирностью ▪ Для стандартизации белка в сырном молоке ▪ В производстве концентрата молочного белка ▪ В производстве сыра типа Фета

45 Применение микрофильтрации:
▪ для снижения количества бактерий в сырном молоке ▪ для снижения количества бактерий в питьевом молоке и повышения его срока годности ▪ для повышения качества сухого молока ▪ для очищения и повышения качества рассола ▪ для фракционирования молочного белка

46 Molkeverarbeitung mit UF/NF / RO Переработка сыворотки методами UF/NF / RO
Permeate DM: 5,47 % Protein: 0,03 % NPN: 0,17 % Lactose: 4,76 % Ash: 0,51 % Fat: 0,00 % Permeate DM: 0,63 % Protein: 0,00 % NPN: 0,10 % Lactose : 0,15 % Ash: 0,36 % Fat: 0,00 % Permeate DM: 0,04 % Protein: 0,00 % NPN: 0,00 % Lactose: 0,00 % Ash: 0,04 % Fat: 0,00 % Feed DM: 6,20 % Protein: 0,60 % NPN: 0,02 % Lactose: 4,80 % Ash: 0,55 % Fat: 0,05 % UF NF RO WPC 60 DM: 19,70 % Protein: 11,17 % NPN: 0,06 % Lactose : 5,80 % Ash: 1,17 % Fat: 0,97 % Concentrate DM: 20,38 % Protein: 0,12 % NPN: 0,40 % Lactose : 18,88 % Ash: 0,99 % Fat: 0,00 % Concentrate DM: 0,36 % Protein: 0,00 % NPN: 0,33 % Lactose : 0,46 % Ash: 2,87 % Fat: 0,00 %

47 AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKE Производство рассола сырзавода
Permeat Пермеат Produktzulauf Подача продукта Salzbad Сол. бассейн Konzentrat Концентрат PI 300 l PI Entleerung Опорожнение

48 СТАНДАРТИЗАЦИЯ МОЛОКА Возможный технологический процесс
молоко л; 3,3% белок сливки сепаратор сливки обезжиренное молоко ультрафильтрация концентрат пермеат стандартизированное сырного молоко л; 3,5% белок стандартизированное питьевое молоко л; 3,0% белок

49 Ультрафильтрация При производстве творожных кремов или детского творога

50 Потребность количества молока при различных методах производства для творога с 18 % сухой массы
Исходим из обезжиренного молока 8,8 % сухой массы Метод производства сепараторный 5,1 л / кг творога Метод производства сепараторный термический 4,2 л / кг творога Метод производства ультрофильтрация 3,6 л / кг творога

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52 Свежий сыр с % жирностью и другие продукты, экономически производимые методом ультрофильтрации.

53 Обратный осмос Новый способ при производстве сгущённого молока.

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