Решения для промышленности

                    Примеры промышленного применения керамических мембран

В Европе промышленные установки на основе керамических мембранных элементов устойчиво занимают не менее 30% рынка. На территории бывшего СССР доля рынка значительно меньше, однако это не снижает их востребованность. Наоборот, в данный момент наша компания вынуждена переносить проведение пилотных испытаний на несколько месяцев вперёд, из-за большого количества заказов. В такой популярности нет никакого секрета, так как только керамические мембранные элементы способны работать при максимальном диапазоне температуры и pH. Это преимущество играет важнейшую роль даже при очистке не агрессивных сред, так как даёт возможность на протяжении десяти и более лет регенерировать состояние мембран до исходного с помощью химических моек, недоступных для полимерных аналогов.    

1.            Фармацевтическия и микробиологическая  промышленности.

Рибофлавин.  Культуральная жидкость продуцента витамина В₁₂ (рибофлавина) подвергается микрофильтрации на керамических мембранах  размером пор 0,2 мкм при температуре более 110 ⁰ С для отделения биомассы от растворенного при такой температуре витамина В₁₂. Скорость фильтрации составляет 400 л/м²/ч.

1.2. Эритромицин. Культуральная жидкость продуцента эритромицина разбавляется в два раза водой затем подвергается микрофильтрации на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм при температуре 40 ⁰С. Скорость фильтрации составляет 60-80 л/м²/ч.  Выход антибиотика на стадии микрофильтрации увеличивается на 17-21 % по сравнению со стандартной заводской технологией с использованием фильтр-прессов.

1.3. Лизин. Для получения кристаллического лизина культуральная жидкость продуцента лизина подвергается процессу предварительной очистки от биомассы путем  микрофильтрации на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм при температуре 50 ⁰С. Скорость фильтрации составляет 120-160 л/м²/ч. По технологии 75 % получаемого очищенного раствора направляется для получения кристаллического лизина, а концентрат биомассы  (25 %) направляется  для производства кормового лизина. Проектная мощность установки составляет 160 м².

1.4.     Ферменты.   Спиртовой (70%) экстракт белков и ферментов очищается на установке с поверхностью фильтрации 1,1 м² с использованием керамических мембран с размером пор 0,2 мкм. Скорость фильтрации составляет  130 л/м²/ч.

2.     Молочная промышленность.

Ультрафильтрация – наиболее часто применяемый мембранный процесс при переработке молочного сырья. УФ подвергают цельное молоко, обезжиренное молоко, предварительно сквашенное молоко, а также сыворотку.

Задачами УФ являются:

        а) предварительное концентрирование белков в молоке для производства традиционных видов сыров;

        б) значительное изменение соотношения между белками и другими компонентами для создания  новых видов сыров;

        в) нормализация молока по белку для обеспечения однородности и воспроизводимости свойств получаемого сыра независимо от сезонности;

        г) выделение сывороточных белков из сыворотки с целью получения белковых концентратов и лактозного раствора.

2.1. Концентрирование молока.

         Предварительное концентрирование молока путем УФ увеличивает массовую долю сухих веществ в среднем с 12,5% до 16% и позволяет удвоить производительность последующих стадий. При концентрировании цельного молока в 2 раза в технологическую цепочку включается только УФ – система, а основные операции производства сыра осуществляются по общепринятой технологии.

         При дальнейшем концентрировании молока до фактора концентрирования 3-5 (до 40% СВ) для получения и обработки белкового сгустка требуется специальное оборудование.

        Использование УФ молока повышает выход сыра, например, в производстве сыра Фета расход молока сокращается с 8,5 до 6,5 кг/кг сыра. Кроме того, УФ концентрирование позволяет сократить расход молоко свертывающего фермента (до 60%) и бактериальной закваски, уменьшить  время созревания сыра и продолжительность технологического процесса, а также автоматизировать процесс производства и контроля.

2.2.     Микрофильтрация молока на керамических мембранах.

Микрофильтрация молока – относительно новый, применительно к молоку мембранный процесс, при котором, как и при ультрафильтрации, разделение компонентов молока протекает под действием давления в проточном режиме при скоростях жидкости над мембраной 5 - 7 м/сек.

Применение керамических мембран с порами 0,2 – 0,8 мкм позволяет удалять из молока бактерии. При микрофильтрации цельного молока удаляется одновременно и большая часть жира, при этом, мембраны с размером пор 0,2 мкм удаляют 99,9 % жировых частиц, а мембраны с размером пор 0,8 мкм  - 90-98 % жира. Содержание бактерий в молоке, профильтрованном через мембраны с размером пор 0,8 мкм, снижается на два порядка без заметной задержки протеинов.

Микрофильтрация обезжиренного молока протекает при значительно большей скорости, по сравнению с аналогичным процессом для цельного молока. Например, при использовании керамических мембран с размером пор 0,8 мкм микрофильтрация цельного молока (при 55⁰С) протекает при скорости 500 - 700 л/м²/ч, а для обезжиренного молока – при скорости фильтрации 2500 – 3500 л/м²/ч при этом удаляется  99,6 % бактерий из снятого молока.

Микрофильтрация обезжиренного молока может быть использована для высокоэффективной стерилизации молока, особенно в случаях сильной обсемененности молока.

Фирмой «Альфа-Лаваль» (Швеция) разработан процесс стерилизации молока, названный «Бактокеч», при котором обезжиренное молоко подвергается микрофильтрации через керамические мембраны с размером пор 0,8 – 1,4 мкм, а полученный  в процессе концентрат, составляющий  5-10 % от общего объема молока смешивается с жировым концентратом и подвергается высокотемпературной обработке при 130⁰С/4 сек,  после чего смешивается в нужной пропорции с микрофильтратом молока. Данная технология позволяет значительно повысить уровень пастеризации молока  и снизить денатурацию белков по сравнению с  обычной тепловой пастеризацией.

3.     Пищевая промышленность.

3.1.     Соевое молоко (растительный экстракт сои).

Соевое молоко получается путем высокотемпературной экстракции (90 ⁰C) бобов сои в воде. Получаемый горячий экстракт центрифугируют на шнековом декантере для отделения окары (остатков соевых бобов). Соевое молоко содержит ценные высокомолекулярные вещества: растительные белки (2,2-3,7 %) и жиры (1,1-2,5 %), а также нежелательные низкомолекулярные вещества содержание которых - около 2,4 % (олигосахариды, ингибитор трипсина, липозидаза). Низкомолекулярные вещества могут быть удалены путем ультрафильтрации соевого молока в сочетании с диафильтрацией.

Ультрафильтрация – относительно новый процесс для индустрии соевых продуктов. В отличие от традиционных методов концентрирования, например, вакуум-выпаривания, ультрафильтрация позволяет получать разнообразное сочетание компонентов в соевых продуктах. В процессе ультрафильтрации высокомолекулярные вещества задерживаются мембраной и концентрируются, а низкомолекулярные вещества уходят с пермеатом, при этом  содержание сухого вещества (СВ) в соевом молоке повышается с 7,5-8 %  до 12 – 22 %. Добавление воды в процессе ультрафильтрации (так называемый процесс диафильтрации) позволяет уменьшить концентрацию низкомолекулярных веществ до требуемого уровня, например 1,1-1,2 %.  Получаемый в процессе ультрафильтрации концентрат соевого молока с одержанием белка 57-60 % и жира – 30 –34 % может быть использован при производстве творога, майонеза, сливок, сыров различной жирности и других продуктов.

Концентрирование соевого молока проводится с использованием керамических мембран с размером пор 0,2 мкм и 0,8 мкм.

3.2.     Напитки, экстракты, сиропы.

При осветлении напитков, плодово-ягодных экстрактов и сиропов используются керамические мембраны с размером пор 0,2 мкм. Установки имеют поверхность фильтрации 1,1 м² и 4 м². Скорость фильтрации составляет в зависимости от продукта 60 – 100 л/м²/ч. Микрофильтрация плодово-ягодных экстрактов и сиропов протекает при температурах 70 – 80 ⁰С.  Микрофильтрация используется при производстве сиропов калины, шиповника, клюквы, облепихи, боярышника и др.  

    Для очистки растительных экстрактов на основе кукурузы при производстве красных красителей используется микрофильтрационная установка с поверхностью 4 м² и размером пор 0,2 мкм. Производительность установки  по пермеату составляет 700 – 800 л/ч.

   Очистка минеральной воды, получаемой из скважины,  протекает на установке с поверхностью керамических мембран 2 м² с производительностью по пермеату 1800 л/ч.

По заключению НПО пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности из минеральной воды после микрофильтрации удаляются ионы железа, а остальной химический состав остается неизменным.

3.3.     Вина.

При микрофильтрации вино-материалов на керамических мембранах с размером пор 0,2 мкм опробовано  более 20 различных видов сухих, крепленых и столовых вин, а также коньячный напиток (36 ⁰ об.). По данным ЦЗЛ и оценке виноделов (АО «Агрофирма «Абрау-Дерсо», «Крымсовхозвинпром» и отдельных заводов) качество фильтрации очень высокое, органолептические показатели полностью соответствуют установленным для данных марок вин требованиям, содержание сахара и спирта не изменяется, обеспечивается удаление 99,99 %  микроорганизмов. Для очистки вин используются установки с поверхностью фильтрации 4 м², 10 м² и 20 м². Средние скорости фильтрации (8 час работы) составляют для сухих вин – 150 – 250 л/м²/ч, для крепленых вин – 60-100 л/м²/ч, для коньячного напитка – 300 –500 л/м²/ч.

3.4.     Водоподготовка при производстве пива.

При производстве пива важное значение имеет степень очистки воды от посторонних примесей, микроорганизмов, железа и  солей жесткости. В небольших по мощности производствах с объемом водопотребления 5-6 м³ в сутки при одно сменной работе применяется комплексная водоочистительная установка, включающая блок микрофильтрации с керамическими мембранами (с поверхностью фильтрации – 5 м³) и блок умягчения воды. Использование микрофильтрации необходимо в случаях, когда в артезианской воде имеется  повышенное содержание микроорганизмов, а также железа. Регенерация керамических мембран происходит за счет импульсов обратного тока фильтрата в процессе фильтрации и периодической (1-2 раза в неделю) мойки щелочным раствором с добавлением гипохлорита натрия.

4.       Топливно-энергетическая промышленность.

Утилизация отработанного трансформаторного масла представляет собой серьезную проблему для энергетической отрасли промышленности.

С помощью процесса микрофильтрации на керамических мембранах возможно очистить отработанное трансформаторное масло от взвешенных веществ и воды и довести показатели чистоты трансформаторного масла до требуемых нормативов по удельному сопротивлению.

Установка по регенерации трансформаторного масла включает блок микрофильтрации с керамическими мембранами (поверхность фильтрации – 4 м²) и блок обезвоживания. Удаление воды из трансформаторного масла происходит за счет создания разрежения в зоне выхода пермеата над развитой внешней поверхностью трубчатых керамических фильтров. Установка позволяет повысить чистоту регенерированного трансформаторного масла с 14-го до 7-го класса, уменьшить влагосодержание с 3000 г/т до 20 г/т и существенно поднять электрическое сопротивление масла с 0 до 24,5 кВ/см. Производительность установки по очищенному трансформаторному маслу -  1200 л/ч.