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Beckumer Str. 92-98
D-59229 Ahlen
Tel. 02382 / 766 7346 Fax. 02382 / 7667348
www.Schwatec.dee-mail: [email protected]
Schwatec Membranfiltration
OFFENEMF
ENGEMF
UF
ENGEUF/NF
UOWASSER + SALZE
WASSER
ZELLERNTE
KLÄRUNG
FRAKTIONIERUNG
KONZENTRIERUNG
REINIGUNG
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= Zelle
= Kolloid
= Enzym
= Organische Säure
= Salz
= Wasser
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Membranfiltration - Prinzip
Mikrometer(Log.- Skala)
Angstrom(Log.-Skala)
UngefähresMolekulargewicht
(Saccarid-Typ -KEINE Skala)
Trenn-prozess
Ionen BereichMolekularer Bereich Makromolekularer
BereichMikropartikel Bereich Makropartikel Bereich
0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 1000
10 102 103 104 105 10610 107
100 2001.00010.000 20.000100.000 500.000
2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 82 3 5 8 2 3 5 82 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8
Relative Größegängiger
Stoffe
Note: 1 Angstrom = 10 -10 Meter = 10 -4 Mikrometer
Strand-Sand
Menschl. Haar
Hefezellen
Bakterien
Pollen
Gemahlenes Mehl
RoteBlut-körp.
Farbpigment
Virus
AktivkohleLösl. Salze
Pyrogene
Metall. Ion Nebel
Albumin ProteinAtom-
durchm.
Zucker
Tabakrauch Kohlenstaub
Kolloidale Silica / PartikelLungenschäd.
Staub
Umkehrosmose Mikrofiltration
Ultrafiltration Partikelfiltration
< Raster-Elektronen-Mikroskop < Optisches Mikroskop < Sichtbar für das nackte Auge
PARTIKELGRÖSSE UND FILTRATIONS-SPEKTRUM
Permeat-rate
Zeit
Permeat
Membran
Druck
Massefluss
Tangentiale Filtration - CFF
Filtrat-rate
Zeit
Filter-medium
DruckMassefluss
Filtrat
Konventionelle Filtration
R=0% R=TEILWEISE R=100%
WASSERZUCKERSALZEFARBEAROMA
NICHT-PROTEIN-STICKSTOFFTANNINEKLEINE POLYSACCHARIDE
GROSSE FASERNPOLYSACCHARIDEKONDENSIERTE POLYPHENOLEPROTEINE
PERMEAT
RETENTAT
ASYMMETRISCHE MEMBRAN
PQ
SELEKTIVE RETENTION AN SELEKTIVE RETENTION AN MEMBRANENMEMBRANEN
Wasser
Zucker
Protein
Emulgiertes Fett/Öl
Alkohol
Faser
Stärke
Metall-Hydroxide
RELATIVE TEILCHENGRÖSSERELATIVE TEILCHENGRÖSSE
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.
SYMMETRISCHE MEMBRANSYMMETRISCHE MEMBRAN POREN-MORPHOLOGIEPOREN-MORPHOLOGIE
FLUX: Die Durchflussmenge des Permeats durcheine Membran.
Die Maßeinheiten sind: Volumen/(Fläche x Zeit).
Flux (J) =Permeatdurchflussmenge
Membranfläche= Liter/qm-hr (lmh)
PERMEAT: Das Material, das unbeeinträchtigt dieMembran durchdringt.
RETENTION: Der Anteil an der Zufuhrmenge, der vonder Membran zurückgehalten wird.
Die Retention kann von 0 bis 100 variieren.
Retention (% ) = (1-PermeatkonzentrationRetentatkonzentration
) x 100
KONZENTRATIONSFAKTOR: Die Höhe der Konzentrationdes Mediums. Häufig als "---X" ausgedrückt.
Konzentrationsfaktor (KF) = Zufuhrvolumen/Konzentratvolumen
DEFINITIONENDEFINITIONEN
pdurschn. =pein+paus-pperm
2
TRANSMEMBRAN-DRUCK
DRUCKABFALL
pdelta = pein - paus
FLUX (J) =PERMEATFLUSS
MEMBRANFLÄCHE
=
Vf-Vr
Vf
Vp
Vf
UMWANDLUNG (%) = = = 1 -1
CF
% RETENTION = (1-[PERMEAT]
[RETENTAT])
RETENTION VON 0 TO 100%
x 100
BEZUG dP AUF Q
=l
m² h
CROSS-FLOW CROSS-FLOW FILTRATIONSKONZEPTEFILTRATIONSKONZEPTE
WICHTIGE FORMELNWICHTIGE FORMELN
Normales Verhalten
Destilliertes Wasser
Hohes Fouling
Zeit (h)
Flux(J)
Flux verschiedener Medien
Flux über DurchflussmengeFlux (J)
Durchflussmenge (Q)
Flux über KonzentrationFlux (J)
Konzentration (C)
Flux über TemperaturFlux (J)
Temperatur (T)
Flux über DruckFlux (J)
Transmembrandruck ( Ptm
)
Prozess Parameter
Rohrmodulaufbau
Hohlfasermodulaufbau
Spiralmodulaufbau
Keramische Spiral Rohr0
5
10
15
20
25
30
ENERGIEBEDARF VERSCHIEDENER SYSTEMEZUR ERZEUGUNG VON 1 m³ PERMEAT
Feed TankPermeate
Recirculation Pump
Cross FlowMembrane Filter
Cross Flow Membrane FiltrationBatch Process
PumpPump
Permeate
Cross Flow
Feed Supply/
Process Tank
Membrane Filter
Equalization
RecirculationFeed
LevelControl
Cross Flow Membrane FiltrationModified Batch Process
Feed Tank
Retentate
Stage 1 Stage 2
Permeate
Flow Ratio
Controller
Cross Flow Membrane FiltrationStages-in-Series Process
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
Konzentrierung, Filtration undKonzentrierung, Filtration undRückgewinnung inRückgewinnung in
Herstellungsprozessen der Chemie, Herstellungsprozessen der Chemie, derder
Pharmazie, der BiotechnologiePharmazie, der Biotechnologie
in der Automobil-Industrie
in der Automobil-Zuliefer-Industrie
in der Konsumgüter-Industrie
in der Landmaschinen-Industrie
in der Leiterplatten-Industrie
Optimierung von Lackier- Optimierung von Lackier- undund
Abwasserverfahren mittelsAbwasserverfahren mittelsUltrafiltration und Ultrafiltration und
ElektrodialyseElektrodialyse
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
Klärung und Konzentrierung,Klärung und Konzentrierung,Steigerung der Prozeßausbeute in Steigerung der Prozeßausbeute in
derderGetränke-IndustrieGetränke-Industrie
Konzentrierung von Flüssigei
Klärung /Konzentrierun von Gelatine
Klärung von Zuckerlösungen
Konzentrierung von Stärke
Konzentrierung von Sojaprotein
Konzentrierung von Albumin
Konzentrierung von Hefe
Rohstoff-Gewinnung undRohstoff-Gewinnung und-Rückgewinnung in der -Rückgewinnung in der
Nahrungsmittel-Herstellung, Nahrungsmittel-Herstellung, Konzentrierung von ProteinKonzentrierung von Protein
Molkekonzentrierung
Speisequarkherstellung
Frischkäseherstellung
Milchkonzentrierung
Milchstandardisierung und
Teilkonzentrierung von Kesselmilch
Vollkonzentratkäse
Reinigung von Käsereisalzbädern
Aufbereitung von CIP-Laugen
Konzentrierung, Standardisierung Konzentrierung, Standardisierung undund
Klärung in der Milchwirtschaft;Klärung in der Milchwirtschaft;Entsalzung, ReinigungEntsalzung, Reinigung
Feed DM: 6,20 %Protein: 0,60 %NPN: 0,02 %Lactose: 4,80 %Ash: 0,55 %Fat: 0,05 %
PermeateDM: 5,47 %Protein: 0,03 %NPN: 0,17 %Lactose: 4,76 %Ash: 0,51 %Fat: 0,00 %
ConcentrateDM: 20,38 %Protein: 0,12 %NPN: 0,40 %Lactose : 18,88 %Ash: 0,99 %Fat: 0,00 %
UF
PermeateDM: 0,63 %Protein: 0,00 %NPN: 0,10 %Lactose : 0,15 %Ash: 0,36 %Fat: 0,00 %
WPC 60DM: 19,70 %Protein: 11,17 %NPN: 0,06 %Lactose : 5,80 %Ash: 1,17 %Fat: 0,97 %
NF RO
PermeateDM: 0,04 %Protein: 0,00 %NPN: 0,00 %Lactose: 0,00 %Ash: 0,04 %Fat: 0,00 %
ConcentrateDM: 0,36 %Protein: 0,00 %NPN: 0,33 %Lactose : 0,46 %Ash: 2,87 %Fat: 0,00 %
Mass balance UF/NF / RO
Membrane Filtration in Whey Treatment
SprayDryer
Milk Conc.for Shipping
WPC Liquid & Powder, Whey Protein Isolates,
Reduced Lactose Whey
Curds
Curd Grains to Cheese Production
Salt Whey
PurifiedWater
Desalted Whey
Whey
To Direct Cheese Making
Conc’d. Whey or Lactose
Water, Minerals(to Polishing RO)
orReturn to RO Feed
Partially Demineralized/Concentrated Whey
Condensate(cow water)
Whey ProteinConcentrate
(to Evaporation)
UFPermeate
Water, Salts
Conc’d. Lactose
Partially Demin.Conc’d. Lactose
NF
RO
UF NF
RO PolishingRO
Separator
RO
Crystallized Lactose &Fractionated Whey
Constituents
Evaporator
Water, Salts(to Polishing RO)
Water, Salts(to Pol. RO)
UF Permeate
Water, Organics(to Polishing RO)
Water, Salts(to Pol. RO)
PurifiedWater
Raw Milk
Cheese Making
NF
UF
KEY
MilkRaw WheyConc’d. WheyUF PermeateLactose
Water (Pure)
Whey
IonExchange
Lactose
MilchMilch
SeparatorSeparator
MagermilchMagermilch
UltrafiltrationUltrafiltration
KonzentratKonzentrat
StandardisierteKesselmilch
StandardisierteKesselmilch
StandardisierteKonsummilch
StandardisierteKonsummilch
SahneSahneSahneSahne
PermeatPermeat
MILCHSTANDARDISIERUNGMÖGLICHER VERFAHRENSABLAUF
PI
PI
Permeat
Produktzulauf
Entleerung
300 l
Konzentrat
Salzbad
AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKE
Teilstromaufbereitung
PI
PI
Permeat
GereinigteSalzlake
Salzlaken-behälter Produktzulauf
Entleerung
Konzentrat
AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKE
GESAMTAUFBEREITUNG
Molke
Magermilch
Vollmilch
DRFK
Magerquark
0 10 20 30 40 50
Trockenmasse (%)
TROCKENMASSEGRENZENMOLKEREIANWENDUNGEN
TRANSMEMBRANDRUCK MEMBRAN-ÜBERSTRÖMUNG VISKOSITÄT TEMPERATUR KONZENTRATION DER ZURÜCKGEHALTENEN
TEILCHEN VORBEHANDLUNG FOULING-CHARAKTERISTIKA DER ZUFUHR MIKROBIOLOGISCHE AKTIVITÄT IN DER ZUFUHR BEDIENUNGSPERSONAL
CROSS-FLOW CROSS-FLOW MEMBRANFILTRATIONMEMBRANFILTRATIONEINFLUSSFAKTORENEINFLUSSFAKTOREN
Membranfiltration
Мембранная фильтрация
- die Separatoren der Zukunft- Сепараторы будующего
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)
Permeat-rate
Zeit
Permeat
Membran
Druck
Massefluss
Tangentiale Filtration - CFFТангенциальная фильтрация CFF
Mikrometer
Angstrom
UngefähresMolekulargewicht
Trenn-prozess
Ionen Bereich
0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 1000
10 102 103 104 105 10610 107
100 2001.00010.000 20.000100.000 500.000
2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 82 3 5 8 2 3 5 82 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8
Relative Größegängiger
Stoffe
Note: 1 Angstrom = 10 -10 Meter = 10 -4 Mikrometer
Strand-Sand
Menschl. Haar
Hefezellen
Bakterien
Pollen
Virus
AktivkohleLösl. Salze
Protein
Nebel
Albumin ProteinAtom-
durchm.
Zucker
Tabakrauch
Umkehrosmose Mikrofiltration
Ultrafiltration Partikelfiltration
< Raster-Elektronen-Mikroskop < Optisches Mikroskop < Sichtbar für das nackte Auge
PARTIKELGRÖSSEВЕЛИЧИНА ЧАСТИЦ
Keramische
Керамические
Spiral
Спиральные
Rohr
Трубчатые
0
5
10
15
20
25
30
ENERGIEBEDARFVERSCHIEDENER SYSTEMEПОТРЕБНОСТЬ В ЭНЕРГИИ
РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ
HohlfasermodulaufbauУстройство половолоконного модуля
Rohrmodulaufbauустройство трубчатого модуля
SpiralmodulaufbauУстройство спирального модуля
Feed TankPermeate
Recirculation Pump
Cross FlowMembrane Filter
Cross Flow Membrane FiltrationBatch Process
Feed Tank
Retentate
Stage 1 Stage 2
Permeate
Flow Ratio
Controller
Cross Flow Membrane FiltrationStages-in-Series Process
В молочной промышленности используется полный спектрмембранной 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
Применение нанофильтрации :
▪ Для деминерализация сыворотки
▪ Для фракционирования сахарных растворов
▪ Для деминерализация молока
▪ Для фракционирования энзимов
▪ Для обработки сточных вод
Применение ультрафильтрации:▪ В производстве сывороточного белка (WPC)▪ В производстве творожных кремов ▪ В производстве свежего сыра с 60 - 70 %
жирностью▪ Для стандартизации белка в сырном молоке ▪ В производстве концентрата молочного белка ▪ В производстве сыра типа Фета
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
Feed DM: 6,20 %
Protein: 0,60 %NPN: 0,02 %Lactose: 4,80 %Ash: 0,55 %Fat: 0,05 %
PermeateDM: 5,47 %Protein: 0,03 %NPN: 0,17 %Lactose: 4,76 %Ash: 0,51 %Fat: 0,00 %
ConcentrateDM: 20,38 %Protein: 0,12 %NPN: 0,40 %Lactose : 18,88 %Ash: 0,99 %Fat: 0,00 %
UF
PermeateDM: 0,63 %Protein: 0,00 %NPN: 0,10 %Lactose : 0,15 %Ash: 0,36 %Fat: 0,00 %
WPC 60DM: 19,70 %Protein: 11,17 %NPN: 0,06 %Lactose : 5,80 %Ash: 1,17 %Fat: 0,97 %
NF RO
PermeateDM: 0,04 %Protein: 0,00 %NPN: 0,00 %Lactose: 0,00 %Ash: 0,04 %Fat: 0,00 %
ConcentrateDM: 0,36 %Protein: 0,00 %NPN: 0,33 %Lactose : 0,46 %Ash: 2,87 %Fat: 0,00 %
Molkeverarbeitung mit UF/NF / RO
Переработка сыворотки методами UF/NF / RO
PI
PI
Permeat
ПермеатProduktzulauf
Подача продукта
Entleerung
Опорожнение
300 l
Konzentrat
Концентрат
Salzbad
Сол. бассейн
AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKEПроизводство рассола сырзавода
молоко
100.000 л; 3,3% белок
молоко
100.000 л; 3,3% белок
сепараторсепаратор
обезжиренное молоко обезжиренное молоко
ультрафильтрация ультрафильтрация
концентрат концентрат
стандартизированное
сырного молоко 60.000 л; 3,5% белок
стандартизированное
сырного молоко 60.000 л; 3,5% белок
стандартизированное питьевое молоко
40.000 л; 3,0% белок
стандартизированное питьевое молоко
40.000 л; 3,0% белок
сливкисливкисливкисливки
пермеатпермеат
СТАНДАРТИЗАЦИЯ МОЛОКАВозможный технологический процесс
При производстве творожных кремов или
детского творога
Ультрафильтрация
Потребность количества молока при различных методах производства для творога с 18 % сухой массы
Исходим из обезжиренного молока 8,8 % сухой массы
a) Метод производства сепараторный 5,1 л / кг творогаb) Метод производства сепараторный термический 4,2 л / кг творогаc) Метод производства ультрофильтрация 3,6 л / кг творога
Свежий сыр с 60 - 70 % жирностью и другие
продукты, экономически производимые методом
ультрофильтрации.
Новый способ при производстве
сгущённого молока.
Обратный осмос