الأغشية البديلة
الخدمة هي المفتاح للفصل بالغشاء
احرص على تعظيم الأرباح من خلال الخدمة المنتظمة للحفاظ على الأغشية في أفضل حالة تشغيل
مقدمة عن الفصل الغشائي في مصانع الألبان
الخدمة هي المفتاح للفصل بالغشاء
يختلف كل مصنع ألبان عن الآخر. فكل مصنع فريد من نوعه، وينتج منتجات مخصصة من تيارات عضوية معقدة. وعلى الرغم من أن جميع مصانع الألبان تقوم بمعالجة الحليب، فإن تيارات الحليب تختلف تبعا لعوامل فردية مثل سلالات الأبقار ونظمها الغذائية المختلفة والظروف البيئية المختلفة. تنتج صناعات الألبان مجموعة واسعة جدا من المنتجات التي يشتمل العديد منها على الترشيح الغشائي كعملية رئيسية:
- الفئات الأساسية للحليب والحليب الخالي من الدسم والقشدة
- أنواع ونكهات الجبن المختلفة
- البروتينات عالية القيمة من شرش اللبن الطازج
- منتجات الحليب ذات القيمة المضافة، بما في ذلك فترة الصلاحية الممتدة (ESL) للحليب
- الأغذية الوظيفية والمنتجات الغذائية مثل لبن الأطفال والألواح الغذائية
- المواد الغذائية مثل المنتجات الرياضية ومنتجات الأداء
- المنتجات الطبية للقاحات والتئام الجروح
- منتجات الرعاية الصحية مثل الشامبو ومعاجين الأسنان
- الأعلاف الحيوانية
لقد أصبح الترشيح بالغشاء للسريان المتعارض التكنولوجيا المقبولة لعزل وتركيز العديد من مكونات الألبان الحساسة. وهو وسيلة فعالة من حيث التكلفة لإنتاج نواتج فصل محددة جدا في درجات حرارة منخفضة أو درجة الحرارة المحيطة دون أي تغيير للمرحلة. هناك العديد من التكنولوجيات الأساسية المستخدمة على نطاق واسع:
- التناضح العكسي هو عملية إزالة مياه موفرة للطاقة وغالبا ما تُستخدم للتركيز المسبق لتيارات الألبان أو تيارات الغذاء قبل التبخير.
- يمكن للترشيح النانوي أن يحقق عمليات فصل محددة جدا للمكونات منخفضة الوزن الجزيئي، المستخدمة لاستعادة البروتينات المتحللة، وتركيز السكريات، وإزالة منتجات الألبان من المحاليل.
- يستخدم الترشيح الفائق لتركيز وتنقية المكونات المتوسطة إلى العالية الوزن الجزيئي مثل بروتينات وكربوهيدرات وإنزيمات الألبان.
- وغالبا ما تقترن عمية التخفيف وفصل المكونات "Diafiltration" بالترشيح الفائق لاستعادة المنتجات الإضافية، وذلك باستخدام حقن المياه لإزالة المواد الذوابة وغسل المواد منخفضة الوزن الجزيئي.
- يزيل الترشيح الدقيق البكتيريا والأبواغ البكتيرية من الحليب، ويفصل الجسيمات العالقة، ويُجزِّئ بروتينات الحليب، إضافة إلى استعادة مواد التنظيف الكيميائية.
أغشية الفصل مصنوعة من مواد مختلفة، مع كون الأغشية البوليمرية هي الأكثر شيوعا والأكثر فعالية من حيث التكلفة لتطبيقات الألبان النموذجية. الأغشية البوليمرية متوفرة في ملف حلزوني للتطبيقات ذات الحجم الكبير مع الحد الأدنى أو عدم وجود مواد صلبة عالقة. وتكون التشكيلات الأنبوبية مقاومة للسد، لذلك تُستخدم عادة عندما تكون هناك عوالق صلبة أو مركبات ليفية. الأغشية البوليمرية ذات الألياف الجوفاء لديها كثافة تعبئة عالية جدا وتصميم قناة مفتوحة مثالية لتيارات السوائل منخفضة الصلابة عندما يكون الغسيل العكسي مطلوبا من جانب الراشح. للقوة ولمقاومة الظروف القاسية لدرجة الحموضة أو درجة الحرارة أو المذيبات، فإن الأغشية غير العضوية من السيراميك أو الفولاذ المقاوم للصدأ تكون هي المواد المفضلة. وغالبا ما تُستخدم أغشية السيراميك في الترشيح الدقيق لإزالة البكتيريا والأبواغ البكتيرية.
وتشمل التطبيقات النموذجية للفصل بالغشاء في صناعة الألبان ما يلي:
- إنتاج تركيزات بروتين شرش اللبن (WPC) ومستخلصات بروتين شرش اللبن (WPI) عالية القيمة
- معايرة بروتين الحليب قبل إنتاج الجبن لزيادة عوائد الإنتاج
- تركيز و إزالة المعادن من شرش اللبن للحد من تكاليف الطاقة
- الحد من أحمال الطلب الأوكسجيني البيولوجي/الطلب الأوكسجيني الكيميائي من مكثفات المبخر وتيارات الراشح للحد من تكلفة معالجة مياه الفضلات
- تنظيف المحلول الملحي
- إزالة البكتيريا و/أو الأبواغ البكتيرية من الحليب أو شرش اللبن
- تصفية وإعادة استخدام الصودا الكاوية و/أو حمض التنظيف المكاني (CIP)
معضلة التنظيف
التنظيف جزء مهم جدا في عملية معالجة الحليب لأن الحليب يفسد بسهولة، وينتج السموم والبكتيريا. ونظرا لطبيعة تيار الحليب، فإن مصانع المعالجة تتلوث ويجب تنظيفها كل يوم. قد تكون هناك منتجات معقدة متراكمة من تيارات الحليب العضوي، مما يجعل التنظيف صعبا. في كثير من الأحيان تقوم مصانع الألبان بالمعالجة المسبقة للتغذية للحد من التلوث.
تتطلب أنظمة التنظيف المكاني النموذجية ثلاثة عوامل للتنظيف السليم: دفق مضطرب/دوامي، تركيز كيميائي، ودرجات حرارة عالية. معظم عناصر غشاء البوليمر الحلزوني تكون محدودة بدرجة حرارة 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت). وهناك أيضا قيود الرقم الهيدروجيني لأن مادة الغشاء غالبا ما تتكون على دعامة بوليستر. هذه الدعامة تتحلل بسهولة جدا في درجة الحموضة العالية والمنخفضة، لذلك فإن التنظيف الكيميائي المركز غير مرغوب فيه. كما أن الأغشية محدودة إلى حد ما بسلامتها الهيكلية وقدرتها على تحمل السرعة العالية والاضطراب الناتج عن عمليات التنظيف. لذلك فإن العوامل الثلاثة جميعا المطلوبة للتنظيف السليم تكون محدودة.
على مدى السنوات العشر الماضية تم إحراز تقدم كبير لجعل التنظيف أسهل، وأكثر رقة، مع الحفاظ على فعاليته في نفس الوقت. وقد سمح هذا باستخدام أكثر انتشارا للفصل بالغشاء وقضى على بعض مشاكل التنظيف. هذه الأنظمة الجديدة تستخدم صودا كاوية معتدلة مع الإنزيمات للمساعدة في فصل جزيئات التلوث والمتمخلبات، واحتجاز المنتجات المفصولة في المحلول.
بشكل عام، فإن أنظمة الفصل بالغشاء يكون لها استثمار أولي أقل، لكن متطلبات التنظيف تجعل تكاليف التشغيل أعلى. يجب اتباع إجراءات التنظيف بصرامة مع الانحراف قليلا، لذلك فالخدمة أمر بالغ الأهمية للتأكد من تشغيل مشغلي الألبان للمصنع بشكل صحيح وتنظيفه بشكل كاف وفقا للمبادئ التوجيهية.
يمكن تنظيف أنواع معينة من الأغشية بالكلور، ولكن العديد منها، بما فيها الأغشية البوليمرية، لن تتحمل معالجة الكلور. عمليات معالجة الألبان في الوقت الحاضر لها أنظمة معزولة لذلك لا يمكن أن يتلامس الكلور مع الأغشية البوليمرية ويسبب الضرر.
أساسيات الخدمة الجيدة
هناك عناصر رئيسية تشكل باقة خدمة شاملة من مورِّد الترشيح بالغشاء: التدريب؛ والإشراف والتحسين؛ الأغشية البديلة؛ واختبار وتطوير وتصميم العملية.
التدريب
عندما يتم إدخال عملية الترشيح بالغشاء لأول مرة في المصنع فمن الضروري للمورِّد توفير تدريب شامل للمشغلين يغطي معلمات العملية والتشغيل. كما أن الإجراءات التشغيلية المتسقة تكون أساسية لضمان الأداء الموثوق لنظم الفصل بالغشاء لذلك يتم توفير التدريب عادة عند التركيب. وبمجرد تشغيل النظام، سيعاود الفنيون العاملون في شركة GEA إعادة الزيارة بانتظام، طوال فترة العمر التشغيلي للمحطة، لضمان استمرار مراعاة أفضل الممارسات، وإذا لم يتم ذلك، تُتخذ إجراءات تصحيحية. بهذه الطريقة يمكن الحفاظ على أداء الفصل الأمثل.
الإشراف والتحسين
التشغيل السليم لعملية فصل الألبان سوف يطيل عمر الغشاء ويعزز جودة المنتج. فالأغشية تبلى تدريجيا مع الاستخدام المستمر وسوف تتدهور جودة المنتج النهائي مع مرور الوقت. على سبيل المثال، عند تركيز بروتينات الألبان، يمكن أن يصل مستوى البروتين المحتجز إلى 99.5٪ في البداية لكنه قد ينخفض بمقدار 1٪ خلال الأسبوع أو الأسبوعين التاليين. النقطة التي يجب أن يتم استبدال الغشاء عندها سوف تعتمد على مستوى البروتين المحتجز المطلوب، وقيمة المنتج المفقود، ومتطلبات النفايات السائلة وغيرها من العمليات التالية.
تعمل شركة GEA بشكل وثيق مع عملائها لاتخاذ قرار بشأن الوقت الأمثل للاستبدال عن طريق إجراء تحليل اقتصادي وعمل توازن بين الأرباح المفقودة مقابل تكلفة الغشاء كي تسمح لمصانع الألبان بتحقيق أقصى قدر من الأرباح.
الأغشية البديلة
الأغشية العضوية لها فترة حياة محدودة وتحتاج إلى الاستبدال بشكل دوري، عادة حوالي مرة أو مرتين في السنة اعتمادا على معدلات وظروف المعالجة. توفر شركة GEA الأغشية البديلة وتعمل مع فنيي الخدمة في كل مصنع ألبان للاحتفاظ بسجل لخدمة الاستبدال والتنبؤ بوقت الحاجة إلى الأغشية الجديدة.
في حالة حدوث فشل كارثي للغشاء - على سبيل المثال إذا تم تنظيف غشاء البوليمر بشكل غير صحيح أو تعرضه لظروف قاسية - فمن الضروري استبدال الأغشية بسرعة لتقليل وقت التوقف. في بعض الأحيان قد أن يحدث هذا مع إصدار تحذير بسيط. تحتفظ GEA بمخازن مركزية من الأغشية، ولديها بضاعة برسم الأمانة مع الشركات المصنعة، وتحتفظ بالأغشية البديلة في مواقع إستراتيجية لدى العملاء، لضمان أسرع استجابة ممكنة.
اختبار وتطوير وتصميم العملية
تعمل GEA مع العملاء مباشرة بدءً من مرحلة تطوير العملية للمساعدة في تصميم المنتجات الرائدة في السوق كي يتم تصنيعها بالطريقة الأكثر كفاءة واستدامة. ومن خلال الاستفادة ما تتمتع به من خبرة ودراية فنية لتوجيه العملاء، يمكن لشركة GEA المساعدة في تصميم وتقديم منتجات جديدة إلى السوق بسرعة وفعالية. فعلى سبيل المثال، يمكن للاختبار التجريبي أن يحدد أفضل طريقة لعزل مركب معين من تيار المعالجة. تتوفر المحطات التجريبية من GEA في مقر الشركة في هدسون، ويسكونسن أو يمكن أن يتم التعاقد على التشغيل التجريبي في الموقع.
إذا كان العميل يرغب في تأسيس عملية دون اختبار، يمكن لمهندسي شركة GEA تصميم مصنع وإعداد اقتراح على أساس السعة وجودة المنتج.
نماذج خدمة لتشغيل مثالي
تستفيد GEA من خبرتها العملية لتطوير برامج الخدمة التنبؤية لعملائها. من خلال الحفاظ على استقلاليتها، فإنه بإمكان شركة GEA أن تأتي بالأغشية من الموردين الأنسب لكل تطبيق وتلبية احتياجات كل عميل. هذه الاستقلالية، إلى جانب التكنولوجيا الرائدة لشركة GEA، توفر شريك خدمة قوي لمصنعي الألبان في جميع أنحاء العالم.
تمتلك GEA برنامج خدمة أغشية بثلاثة مستويات من الخدمة، والمصمم لتلبية احتياجات أي مصنع ألبان أو مصنع آخر يستخدم الترشيح بالغشاء. مستويات الخدمة الثلاثة هي: خطة استبدال الأغشية واتفاقية خدمة الأغشية وبرنامج صيانة الأغشية.
خطة استبدال الأغشية
ستوفر شركة GEA الأغشية التي تعزز أداء العمليات بسعر تنافسي. يمكن توفير الأغشية من المخزون في لمح البصر إذا لزم الأمر. ترتبط شركة GEA بعلاقات وطيدة مع جميع الشركات الرئيسية المصنعة للأغشية ويمكنها الاستفادة من القوة الشرائية للحصول على أفضل الأسعار وأفضل الضمانات من الشركات المصنعة. يشمل البرنامج زيارات من قبل فنيي الخدمة ذوي الخبرة العالية من شركة GEA، الذين يقدمون المشورة والتوصيات التي يمكن أن تساعد العملاء في كثير من الأحيان في تحسين مستويات الربح لديهم. هذه الخطة متاحة لأي مصنع ألبان، حتى أولئك الذين اشتروا أصلا من موردين آخرين.
اتفاقية خدمة الأغشية
بالإضافة إلى فوائد خطة استبدال الأغشية، توفر هذه الخدمة من المستوى المتوسط من GEA فنيي ومهندسي الخدمة لمساعدة العملاء من خلال إجراء عمليات التدقيق وتقديم توصيات لتحسين أداء جميع أنظمة الترشيح في المصنع. كما يحصل العميل على حق الوصول إلى مجموعة التصميم وهندسة العمليات من GEA للحصول على المشورة العملية والتوجيه.
برنامج صيانة الأغشية
هذا هو أعلى مستوى من الخدمة الذي يشمل جميع مميزات خطة استبدال الأغشية مع الفائدة الإضافية لعقد الخدمة، الذي يسري عادة لمدة ثلاث سنوات. بموجب العقد، ستقدم "GEA" فني خدمة متخصص للعمل مع العميل مقابل رسوم شهرية. يتأكد الفني من أن جميع الأغشية وأنظمة المعالجة في حالة مثالية وتعمل بشكل سليم. من خلال الملاحظة المستمرة، يمكن لفني الخدمة جمع كل المعلومات اللازمة لتحسين وقت الاستبدال وجدولة العمل وفقا لذلك.
كما يوفر البرنامج فني خدمة على أتم الاستعداد لتقديم مساعدة فورية إذا دعت الحاجة.
من خلال تولي المسؤولية عن معالجة المشاكل ضمن خطة عمل البرنامج، فمن مصلحة GEA التأكد من أن الفني يراقب عن كثب تشغيل المصنع ويحافظ على علاقة عمل وثيقة مع المشغلين لضمان مراعاة أفضل الممارسات في جميع الأوقات. كما يشمل البرنامج أيضا على تدريب سنوي للمشغلين.
يوفر برنامج صيانة الأغشية عددًا من المزايا الرئيسية للعملاء:
- تتحمل شركة الخدمة المسؤولية عن أداء الأغشية، وتظل جميع الأغشية تعمل بمستويات مثالية لتحقيق أقصى قدر من الأرباح
- ينتقل خطر تعطل الغشاء إلى شركة الخدمة
- يخصص العميل ميزانية ثابتة، ويحول تكلفة رأس المال الخاصة باستبدال الأغشية إلى نفقات تشغيل شهرية، أبسط للمحاسبة وإعداد الميزانية
- ومع استمرار تطور التكنولوجيا، يمكن لشركة GEA Filtration أن توصي بعمل تغييرات من أجل تحسين العمليات
- يتم تخصيص برنامج الخدمة لكل عميل على حدة
إن الفضل يرجع لفنيي الخدمة المكرسين من GEA في توفير الموارد التي تسمح للشركة بتقديم العديد من مستويات الخدمة المخصصة. إن وظيفتهم الأساسية هي الانتقال من مصنع إلى آخر، والحفاظ على مرافق صيانة الأغشية وغيرها من اتفاقيات الخدمة. هؤلاء الموظفون الدائمون هم خبراء مدربون، يتمتع كل منهم بخبرة تتراوح بين 10 و 15 سنة من الخبرة الفعلية بدوام كامل في خدمة أنظمة الفصل بالغشاء. فهم يعملون كل يوم مع عمليات فصل بالغشاء وشحن الأغشية وتدريب المشغلين ومراجعة سجلات العملية ويحافظون على اتصال دائم مع العملاء. وهم من ذوي الخبرة العالية التي تمكنهم من تشخيص المشاكل الأكثر شيوعا ببساطة من خلال النظر إلى الغشاء. كما يعي فنيو الخدمةجيدا متطلبات الهيئات التنظيمية وإعداد التقارير، وهم على دراية بأنظمة التحكم في العمليات.
جميع فنيي الخدمة التابعين لشركة GEA Filtration قادمون من خلفيات تقنية عملية ولديهم المهارات، والحس السليم، والتدريب العملي على القدرات والعقول الميكانيكية التي تسمح لهم بالذهاب إلى المصانع وتشخيص المشكلات. يغطي كل فني خدمة منطقة جغرافية مخصصة ويبني علاقات عمل وثيقة مع العملاء في هذه المنطقة.
يدعم قسم هندسة العمليات الكبير في مقر شركة GEA في هدسون بولاية ويسكونسن فنيي الخدمة. في حالة وجود مشكلة استثنائية، يوفر قسم هندسة العمليات المشورة والدعم. يقوم المهندسون بطرح أسئلة مفصلة لتحديد المشكلة، ولا يتوانون في عمل زيارات للمصنع إذا لزم الأمر. كما يقوم هذا القسم بتطوير، وتصميم العمليات وتحديد حجم النظم الجديدة استنادا إلى بيانات المصنع التجريبي. سيقدم المهندسون توصيات باستخدام محطات تجريبية نقالة للاختبار في مواقع العملاء عند الحاجة.
هندسة وتصميم وتصنيع وتركيب أنظمة الترشيح بالغشاء كلها عناصر هامة للغاية. لكن التشغيل اليومي وصيانة وخدمة النظام هي المفاتيح للحفاظ على مستويات الربح لمالكي مصانع الألبان.
