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Schwatec Membranfiltration
OFFENE MF
ENGE MF
UF
ENGE UF/NF
UO WASSER + 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)
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
10 102
103
104
105
106
10 107
100 200 1.000 10.000 20.000 100.000 500.000
2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8
Relative Größe
gängiger
Stoffe
Note: 1 Angstrom = 10 -10 Meter = 10 -4 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
PARTIKELGRÖSSE UND
FILTRATIONS-SPEKTRUM
Permeat-
rate
Zeit
Permeat
Membran
Druck
Massefluss
Tangentiale Filtration - CFF
Filtrat-
rate
Zeit
Filter-
medium
Druck Massefluss
Filtrat
Konventionelle Filtration
R=0% R=TEILWEISE R=100%
WASSER
ZUCKER
SALZE
FARBE
AROMA
NICHT-PROTEIN-STICKSTOFF
TANNINE
KLEINE POLYSACCHARIDE
GROSSE FASERN
POLYSACCHARIDE
KONDENSIERTE POLYPHENOLE
PROTEINE
PERMEAT
RETENTAT
ASYMMETRISCHE MEMBRAN
P Q
SELEKTIVE RETENTION AN
MEMBRANEN
Wasser
Zucker
Protein
Emulgiertes Fett/Öl
Alkohol
Faser
Stärke
Metall-Hydroxide
RELATIVE 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 MEMBRAN
POREN-MORPHOLOGIE
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
DEFINITIONEN
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
FILTRATIONSKONZEPTE WICHTIGE FORMELN
Normales Verhalten
Destilliertes Wasser
Hohes Fouling
Zeit (h)
Flux
(J)
Flux verschiedener Medien
Flux über Durchflussmenge Flux (J)
Durchflussmenge (Q)
Flux über Konzentration Flux (J)
Konzentration (C)
Flux über Temperatur Flux (J)
Temperatur (T)
Flux über Druck Flux (J)
Transmembrandruck ( P t
m
)
Prozess Parameter
Rohrmodulaufbau
Hohlfasermodulaufbau
Spiralmodulaufbau
Keramische Spiral Rohr
0
5
10
15
20
25
30
ENERGIEBEDARF VERSCHIEDENER SYSTEME
ZUR ERZEUGUNG VON 1 m³ PERMEAT
Feed Tank Permeate
Recirculation Pump
Cross Flow Membrane Filter
Cross Flow Membrane Filtration
Batch Process
Pump Pump
Permeate
Cross Flow
Feed Supply/
Process Tank
Membrane Filter
Equalization
Recirculation Feed
Level Control
Cross Flow Membrane Filtration
Modified Batch Process
Feed Tank
Retentate
Stage 1 Stage 2
Permeate
Flow Ratio
Controller
Cross Flow Membrane Filtration
Stages-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 und
Rückgewinnung in
Herstellungsprozessen der Chemie, der
Pharmazie, 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- und
Abwasserverfahren mittels
Ultrafiltration und Elektrodialyse
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,
Steigerung der Prozeßausbeute in der
Getränke-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 und
-Rückgewinnung in der
Nahrungsmittel-Herstellung,
Konzentrierung von Protein
Molkekonzentrierung
Speisequarkherstellung
Frischkäseherstellung
Milchkonzentrierung
Milchstandardisierung und
Teilkonzentrierung von Kesselmilch
Vollkonzentratkäse
Reinigung von Käsereisalzbädern
Aufbereitung von CIP-Laugen
Konzentrierung, Standardisierung und
Klärung in der Milchwirtschaft;
Entsalzung, Reinigung
Feed DM: 6,20 %
Protein: 0,60 %
NPN: 0,02 %
Lactose: 4,80 %
Ash: 0,55 %
Fat: 0,05 %
Permeate DM: 5,47 %
Protein: 0,03 %
NPN: 0,17 %
Lactose: 4,76 %
Ash: 0,51 %
Fat: 0,00 %
Concentrate DM: 20,38 %
Protein: 0,12 %
NPN: 0,40 %
Lactose : 18,88 %
Ash: 0,99 %
Fat: 0,00 %
UF
Permeate DM: 0,63 %
Protein: 0,00 %
NPN: 0,10 %
Lactose : 0,15 %
Ash: 0,36 %
Fat: 0,00 %
WPC 60 DM: 19,70 %
Protein: 11,17 %
NPN: 0,06 %
Lactose : 5,80 %
Ash: 1,17 %
Fat: 0,97 %
NF RO
Permeate DM: 0,04 %
Protein: 0,00 %
NPN: 0,00 %
Lactose: 0,00 %
Ash: 0,04 %
Fat: 0,00 %
Concentrate DM: 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
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
Permeat
e
Water,
Salts
Conc’d.
Lactose
Partially
Demin.
Conc’d.
Lactose
NF
RO
UF NF
RO Polishing
RO
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)
Purified
Water
Raw
Milk
Cheese
Making
NF
UF
K
E
Y
Milk
Raw Whey
Conc’d. Whey
UF Permeate
Lactose
Water (Pure)
Whey
Ion
Exchange
Lactose
Milch
Separator
Magermilch
Ultrafiltration
Konzentrat
Standardisierte
Kesselmilch
Standardisierte
Konsummilch
Sahne Sahne
Permeat
MILCHSTANDARDISIERUNG MÖGLICHER VERFAHRENSABLAUF
PI
PI
Permeat
Produktzulauf
Entleerung
300 l
Konzentrat
Salzbad
AUFBEREITUNG VON
KÄSEREISALZLAKE Teilstromaufbereitung
PI
PI
Permeat
Gereinigte
Salzlake
Salzlaken-
behälter Produktzulauf
Entleerung
Konzentrat
AUFBEREITUNG VON
KÄSEREISALZLAKE
GESAMTAUFBEREITUNG
Molke
Magermilch
Vollmilch
DRFK
Magerquark
0 10 20 30 40 50
Trockenmasse (%)
TROCKENMASSEGRENZEN
MOLKEREIANWENDUNGEN
TRANSMEMBRANDRUCK
MEMBRAN-ÜBERSTRÖMUNG
VISKOSITÄT
TEMPERATUR
KONZENTRATION DER ZURÜCKGEHALTENEN
TEILCHEN
VORBEHANDLUNG
FOULING-CHARAKTERISTIKA DER ZUFUHR
MIKROBIOLOGISCHE AKTIVITÄT IN DER ZUFUHR
BEDIENUNGSPERSONAL
CROSS-FLOW
MEMBRANFILTRATION
EINFLUSSFAKTOREN
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 - CFF
Тангенциальная фильтрация CFF
Mikrometer
Angstrom
Ungefähres
Molekulargewicht
Trenn-
prozess
Ionen Bereich
0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 1000
10 102
103
104
105
106
10 107
100 200 1.000 10.000 20.000 100.000 500.000
2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8 2 3 5 8
Relative Größe
gängiger
Stoffe
Note: 1 Angstrom = 10 -10 Meter = 10 -4 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
PARTIKELGRÖSSE
ВЕЛИЧИНА ЧАСТИЦ
Keramische
Керамические
Spiral
Спиральные
Rohr
Трубчатые
0
5
10
15
20
25
30
ENERGIEBEDARF
VERSCHIEDENER SYSTEME
ПОТРЕБНОСТЬ В ЭНЕРГИИ
РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ
Hohlfasermodulaufbau
Устройство половолоконного модуля
Rohrmodulaufbau
устройство трубчатого модуля
Spiralmodulaufbau
Устройство спирального модуля
Feed Tank Permeate
Recirculation Pump
Cross Flow Membrane Filter
Cross Flow Membrane Filtration
Batch Process
Feed Tank
Retentate
Stage 1 Stage 2
Permeate
Flow Ratio
Controller
Cross Flow Membrane Filtration
Stages-in-Series Process
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
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 %
Permeate DM: 5,47 %
Protein: 0,03 %
NPN: 0,17 %
Lactose: 4,76 %
Ash: 0,51 %
Fat: 0,00 %
Concentrate DM: 20,38 %
Protein: 0,12 %
NPN: 0,40 %
Lactose : 18,88 %
Ash: 0,99 %
Fat: 0,00 %
UF
Permeate DM: 0,63 %
Protein: 0,00 %
NPN: 0,10 %
Lactose : 0,15 %
Ash: 0,36 %
Fat: 0,00 %
WPC 60 DM: 19,70 %
Protein: 11,17 %
NPN: 0,06 %
Lactose : 5,80 %
Ash: 1,17 %
Fat: 0,97 %
NF RO
Permeate DM: 0,04 %
Protein: 0,00 %
NPN: 0,00 %
Lactose: 0,00 %
Ash: 0,04 %
Fat: 0,00 %
Concentrate DM: 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
Пермеат Produktzulauf
Подача продукта
Entleerung
Опорожнение
300 l
Konzentrat
Концентрат
Salzbad
Сол. бассейн
AUFBEREITUNG VON KÄSEREISALZLAKE
Производство рассола сырзавода
молоко
100.000 л; 3,3% белок
сепаратор
обезжиренное молоко
ультрафильтрация
концентрат
стандартизированное
сырного молоко 60.000 л; 3,5% белок
стандартизированное
питьевое молоко
40.000 л; 3,0% белок
сливки сливки
пермеат
СТАНДАРТИЗАЦИЯ МОЛОКА
Возможный 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 творога
b) Метод производства сепараторный термический 4,2 л / кг творога
c) 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