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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