Wymienne membrany Service Is Key to Membrane Separation

Dzięki regularnemu serwisowi membran można utrzymać je w doskonałym stanie roboczym, a tym samym zmaksymalizować zyski

Filtracja membranowa jest kluczowa dla skuteczności wielu instalacji przetwórczych. Niezbędne jest zatem, aby prowadzić ich rzetelną konserwację, co pozwoli zmaksymalizować zyski i utrzymać membrany w doskonałym stanie roboczym. Wyraźnie ilustruje to przykład wielkiej fabryki sera w Stanach Zjednoczonych, która kilka lat temu dodała instalację do ultrafiltracji z użyciem zwijanych spiralnie membran, aby odzyskiwać białka serwatkowe. Ustalono, że instalacja przetwarza dwa miliony funtów serwatki dziennie, produkując koncentrat białka serwatkowego (WPC) 80%. Lecz po rozruchu okazało się, że niewydolność instalacji do filtracji prowadzi do produkcji koncentratu białka serwatkowego w zakresie 75-77%. Niższej jakości koncentrat musiał być sprzedawany na innym rynku po znacznie niższej cenie, co oznaczało dla mleczarni utratę zysków rzędu 15 000 USD miesięcznie.

Wprowadzenie do oddzielania membranowego w mleczarniach

Serwis jest kluczowym elementem procesu oddzielania membranowego
Serwis jest kluczowym elementem procesu oddzielania membranowego

Każda mleczarnia jest inna. Każda instalacja jest unikalna, wytwarza dopasowane produkty ze złożonych strumieni organicznych. Chociaż wszystkie mleczarnie przetwarzają mleko, strumienie mleka różnią się w zależności od indywidualnych czynników, takich jak rasa krów, ich odmienna dieta oraz warunki środowiskowe. Branża mleczarska wytwarza szerokie spektrum produktów, z których wiele jest poddawanych kluczowej filtracji membranowej:

  • Podstawowe rodzaje mleka, mleko odtłuszczone i śmietana
  • Sery różnego rodzaju i o różnym smaku
  • Wartościowe białka ze słodkiej serwatki
  • Wzbogacone produkty mleczne, w tym mleko o wydłużonym okresie przydatności (ESL)
  • Żywność funkcjonalna oraz produkty żywieniowe, takie jak formuły dla niemowląt i batony odżywcze
  • Nutraceutyki takie jak produkty sportowe i wyczynowe
  • Produkty medyczne do szczepionek i do leczenia ran
  • Produkty zdrowotne, takie jak szampony i pasty do zębów
  • Pasze dla zwierząt

Filtracja membranowa w przepływie krzyżowym stała się przyjętą technologią izolowania i zagęszczania wielu wrażliwych komponentów mlecznych. To opłacalny sposób produkcji ściśle określonych substancji oddzielonych w niskiej temperaturze lub temperaturze otoczenia bez zmiany faz. Powszechnie stosowanych jest kilka podstawowych technologii:

  • Odwrócona osmoza to energooszczędny proces odwadniania często stosowany do wstępnego zagęszczania strumieni produktów mlecznych lub żywności przed odparowaniem.
  • Nanofiltracja umożliwia osiągnięcie bardzo określonych rezultatów oddzielania komponentów o niskiej masie cząsteczkowej, stosowanych do odzyskiwania zhydrolizowanych białek, zagęszczania cukrów oraz odpopielania produktów mlecznych.
  • Ultrafiltracja jest stosowana do zagęszczania i oczyszczania komponentów o wadze cząsteczkowej od średniej po dużą, takich jak białka mleczne, węglowodany oraz enzymy.
  • Diafiltracja jest często łączona z ultrafiltracją w celu dodatkowego odzyskiwania produktu z użyciem wstrzykiwania wody, aby usunąć części rozpuszczalne i wypłukać materiały o niskiej masie cząsteczkowej.
  • Mikrofiltracja usuwa bakterie i przetrwalniki z mleka, oddziela cząstki zawieszone oraz frakcjonuje białka mlekowe, jak również prowadzi do odzyskiwania środków czyszczących.

Membrany oddzielające są wykonane z różnych materiałów. Membrany polimerowe są najpowszechniejsze i najbardziej opłacalne w przypadku typowych zastosowań mleczarskich. Membrany polimerowe są dostępne w wersji zwijanej spiralnie do zastosowań o dużej pojemności z minimalną ilością lub brakiem zawiesin ciał stałych. Konfiguracje rurowe są odporne na zatykanie, więc są z reguły stosowane tam, gdzie występują zawiesiny ciał stałych lub związki włókniste. Membrany polimerowe z włókna kanalikowego posiadają wyjątkowo dużą gęstość upakowania oraz konstrukcję o otwartym kanale idealną do strumieni cieczy o niskiej zawartości substancji stałych, gdy wymagane jest mycie wsteczne od strony filtratu. Aby uzyskać wytrzymałość i odporność na skrajne warunki pH, temperaturę lub rozpuszczalniki, należy wybrać materiał w postaci membran nieorganicznych wykonanych z ceramiki lub stali nierdzewnej. Membrany ceramiczne są często stosowane w mikrofiltracji do usuwania bakterii i przetrwalników.

Typowe zastosowania oddzielania membranowego w przemyśle mleczarskim obejmują:

  • Produkcję wartościowego koncentratu białka serwatkowego (WPC) oraz izolatu białka serwatkowego (WPI)
  • Standaryzację białkową mleka przed produkcją sera, aby zwiększyć wydajność
  • Zagęszczanie i demineralizację serwatki, aby ograniczyć koszty energii
  • Redukcję obciążenia BZT/ChZT ze strony kondensatu wyparki oraz strumieni filtratu, aby ograniczyć koszt oczyszczania ścieków.
  • Oczyszczanie solanki
  • Usuwanie bakterii i/lub przetrwalników z mleka lub serwatki
  • Mycie w obiegu zamkniętym (CIP), klarowanie z użyciem substancji żrącej i/lub kwasu oraz ponowne wykorzystanie

Dylemat dotyczący mycia

Mycie to bardzo ważna część przetwarzania mleka, ponieważ mleko łatwo się psuje, wytwarzając toksyny i bakterie. Przez specyfikę strumienia mleka, instalacje przetwórcze ulegają zabrudzeniu i muszą być czyszczone codziennie. Mogą występować złożone pokłady produktów z organicznych strumieni mleka, co utrudnia mycie. Często mleczarnie poddają nadawę wstępnemu oczyszczaniu, aby zminimalizować zanieczyszczenie.

Typowe systemy do mycia w obiegu zamkniętym (CIP) wymagają trzech czynników do właściwego mycia: przepływu turbulentnego, zagęszczana chemicznego oraz wysokich temperatur. Większość spiralnych membran polimerowych jest ograniczona pod względem temperatury do 50°C (122°F). Są także ograniczenia w zakresie pH, jako że materiał membrany jest najczęściej osadzony na poliestrowej podkładce. Ta podkładka bardzo łatwo ulega hydrolizie przy wysokim lub niskim pH, zatem niewskazane jest mycie stężonymi substancjami chemicznymi. Membrany są także nieco ograniczone przez ich integralność strukturalną oraz wytrzymałość na dużą prędkość i turbulencję procesów mycia. Zatem wszystkie spośród trzech czynników wymaganych do właściwego mycia są ograniczone.

Przez ostatnie dziesięć lat poczyniono wielkie postępy, aby uczynić mycie łatwiejszym i łagodniejszym przy zachowaniu jego skuteczności. Pozwoliło to na szersze stosowanie oddzielania membranowego oraz wyeliminowanie niektórych problemów z myciem. Te nowe systemy stosują łagodną substancję żrącą z enzymami, aby pomóc w rozkładzie zanieczyszczających cząstek i chelatorów oraz utrzymywać rozłożone produkty w roztworze.

Ogólnie systemy oddzielania membranowego charakteryzują się mniejszymi nakładami początkowymi, ale wymagania w zakresie mycia sprawiają, że koszty eksploatacji są wyższe. Należy ściśle przestrzegać procedur mycia z niewielkimi odstępstwami, zatem serwis jest niezbędny, aby upewnić się, że operatorzy właściwie obsługują instalację i właściwie ją myją według wytycznych.

Niektóre rodzaje membran mogą być czyszczone chlorem, lecz wiele z nich, w tym membrany polimerowe, nie będą tolerować czyszczenia chlorem. Nowoczesne mleczarnie posiadają oddzielne systemy, tak aby chlor nie miał styczności z membranami polimerowymi i nie powodował szkód.

Podstawy dobrego serwisu

Istnieją kluczowe elementy tworzące kompleksowy pakiet usług świadczonych przez dostawcę membrany do filtracji: szkolenie, nadzór i optymalizacja; wymienne membrany oraz testowanie, rozwój i projektowanie procesu.

Szkolenia

Gdy proces filtracji membranowej jest po raz pierwszy wprowadzany do instalacji, ważne jest aby dostawca zapewnił kompleksowe szkolenie dla operatorów obejmujące parametry procesu i działanie. Niezbędne są spójne procedury robocze, aby zapewnić niezawodne działanie systemów oddzielania membranowego, stąd szkolenie jest z reguły zapewniane przy montażu. Gdy system już działa, technicy GEA będą składać regularne wizyty w okresie eksploatacji instalacji, aby mieć pewność, że najlepsze praktyki są w dalszym ciągu przestrzegane. Jeżeli nie, to podejmowane są działania naprawcze. W ten sposób można utrzymać optymalną wydajność oddzielania.

Nadzór i optymalizacja

Właściwe działanie procesu oddzielania w przetwórstwie mlecznym przedłuży żywotność membrany i zwiększy jakość produktu. Membrany stopniowo się niszczą za sprawą ciągłego używania a jakość produktu ulega z czasem pogorszeniu. Na przykład przy zagęszczaniu białek mlecznych, poziom zachowanego białka może wynosić na początku aż 99,5%, lecz może spaść nawet o 1% w ciągu kolejnego tygodnia lub dwóch tygodni. Moment, w którym należy wymienić membranę, zależy od wymaganego poziomu zachowanego białka, wartości straconego produktu, wymagań dotyczących ścieków oraz innych procesów następczych.

GEA ściśle współpracuje z klientami, aby zadecydować o optymalnym terminie wymiany, przeprowadzając analizę ekonomiczną oraz zestawienie utraconego zysku z kosztem membrany, co umożliwia mleczarni maksymalizację zysków.

 

Wymienne membrany

Membrany organiczne posiadają ograniczoną żywotność i muszą być okresowo wymieniane, z reguły raz lub dwa razy w roku w zależności od intensywności i warunków przetwarzania. GEA posiada zapas wymiennych membran oraz współpracuje z serwisantami każdej mleczarni, aby prowadzić historię wymian serwisowych oraz przewidywać, kiedy będą potrzebne nowe membrany.

W razie kompletnej awarii membrany — np. gdy membrana polimerowa jest niewłaściwie czyszczona lub poddana skrajnym warunkom — kluczowa jest szybka wymiana membran, aby ograniczyć przestój. Czasami to może zdarzyć się niespodziewanie. GEA prowadzi centralny magazyn membran, posiada magazyny konsygnacyjne u producentów oraz przechowuje wymienne membrany w strategicznych miejscach u klienta, aby zagwarantować jak najszybszą reakcję.

Testy, rozwój i projektowanie procesu

GEA współpracuje z klientami od samej fazy rozwoju procesu, aby pomóc w zaprojektowaniu wiodących na rynku produktów i wytwarzaniu ich w najbardziej skuteczny i zrównoważony sposób. Wykorzystując swoje doświadczenie i know-how do pokierowania klientami, GEA pomaga w projektowaniu oraz szybkim i skutecznym wprowadzaniu nowych produktów na rynek. Przykładowo próby pilotażowe mogą pomóc w ustaleniu najlepszej metody izolacji danego związku ze strumienia procesu. Instalacje pilotowe GEA są dostępne w siedzibie spółki w Hudson w stanie Wisconsin lub mogą być wynajęte do prób w zakładzie klienta.

Jeżeli klient życzy sobie stworzenia procesu bez testów, inżynierowie GEA mogą zaprojektować instalację i wygenerować propozycję w oparciu o wydajność i jakość produktu.

Modele usługowe dla optymalnej eksploatacji

GEA korzysta ze swojej fachowej wiedzy w dziedzinie procesu, opracowując predykcyjne programy usług dla swoich klientów. Zachowując niezależność, GEA jest w stanie pozyskiwać membrany od najwłaściwszych dla każdego zastosowania dostawców oraz spełniać potrzeby każdego klienta. Ta niezależność w połączeniu z wiodącą technologią czyni GEA silnym partnerem w zakresie usług dla przetwórców mleka na całym świecie.

GEA posiada program serwisowy dla membran z trzema poziomami usług opracowanymi po to, aby spełnić potrzeby każdej mleczarni lub innego przetwórcy korzystającego z filtracji membranowej. Te trzy poziomy usług to: plan wymiany membran, umowa serwisu membran oraz program konserwacji membran.

Plan wymiany membran

GEA dostarcza w konkurencyjnej cenie membrany, które zwiększają wydajność procesu. Membrany mogą zostać dostarczone z magazynu w krótkim okresie czasu. GEA ma kontakty z wszystkimi głównymi producentami membran i może wykorzystać swoją siłę nabywczą w celu uzyskania najlepszych cen i maksymalnych gwarancji producenta. Program obejmuje wizyty wysoce doświadczonych serwisantów GEA, których porady i zalecenia często mogą pomóc klientom w zwiększeniu poziomu zysków. Ten plan jest dostępny dla każdej mleczarni, nawet takiej, która dokonała pierwotnego zakupu od innego dostawcy.

Umowa serwisu membran

Oprócz korzyści wynikających z planu wymiany membran, ta świadczona przez GEA usługa średniego szczebla zapewnia klientowi pomoc serwisantów oraz inżynierów, którzy kontrolują proces oraz wydają zalecenia w celu optymalizacji wszystkich systemów filtracji w instalacji. Klient posiada także dostęp do grupy projektowania i inżynierii procesu GEA, gdzie uzyskuje porady i wskazówki na temat procesu.

Program konserwacji membran

To najwyższy szczebel usług obejmujący wszystkie elementy planu wymiany membran z dodatkową korzyścią w postaci umowy o świadczenie usług, podpisywanej z reguły na trzy lata. W ramach tego kontraktu GEA zagwarantuje dedykowanego serwisanta do współpracy z klientem w zamian za miesięczną opłatę. Serwisant sprawdza, czy wszystkie membrany i systemy procesu są w doskonałym stanie i poprawnie działają. Przez stałą obserwację serwisant może zebrać wszystkie informacje niezbędne do optymalizacji czasu wymiany oraz właściwego zaplanowania prac. 

Program gwarantuje także technika dostępnego na wezwanie, aby zapewnić natychmiastową pomoc w razie potrzeby. 

Wskutek przejęcia odpowiedzialności za rozwiązywanie problemów w ramach programu w najlepszym interesie GEA jest, aby technik uważnie obserwował działanie instalacji oraz ściśle współpracował z operatorami, co pozwoli zapewnić stałe przestrzeganie najlepszych praktyk. Program obejmuje także doroczne szkolenie operatorów.

Program konserwacji membran wykazuje szereg istotnych zalet dla klienta:

  1. Firma usługowa przejmuje odpowiedzialność za działanie membran a praca wszystkich membran jest utrzymywana na optymalnym poziomie dla maksymalnego zysku
  2. Ryzyko awarii membrany przechodzi na firmę usługową
  3. Klient ma ustalony budżet a konwersja kosztu kapitałowego wymiany membran na miesięczny koszt operacyjny jest łatwiejsza do uwzględnienia w rachunkowości i budżecie.
  4. Wraz z udoskonaleniem technologii spółka GEA Filtration może zalecić zmiany, aby usprawnić działalność
  5. Program usług jest dostosowany do każdego indywidualnego klienta

To dedykowani serwisanci GEA stanowią zasoby pozwalające spółce oferować tak wiele poziomów dopasowanych usług. Ich podstawowym zadaniem jest podróżowanie od zakładu do zakładu i prowadzenie konserwacji systemów podlegających pod umowy o konserwację membran oraz o świadczenie innych usług. Ten zatrudniony na stałe personel składa się z wyszkolonych ekspertów, z których każdy posiada 10-15 lat doświadczenia w pełnym wymiarze godzin w serwisowaniu systemów do oddzielania membranowego. Pracują z oddzielaniem membranowym każdego dnia, montując membrany, szkoląc operatorów, sprawdzając dzienniki procesu oraz utrzymując kontakt z klientami. Posiadają duże doświadczenie, które umożliwia im zdiagnozowanie najczęstszych problemów przez samo obejrzenie membrany. Serwisanci rozumieją także wymagania i sprawozdawczość związane z agencjami regulacyjnymi oraz są zaznajomieni z systemami sterowania procesem. 

Wszyscy serwisanci spółki GEA Filtration mają praktyczne wykształcenie techniczne, umiejętności i zdrowy rozsądek oraz posiadają zrozumienie mechaniki pozwalające im na badanie instalacji i diagnozowanie problemów. Każdy z serwisantów obsługuje dedykowany obszar geograficzny, budując ścisłe relacje robocze z klientami w tym obszarze.

Serwisanci otrzymują wsparcie ze strony wielkiego działu inżynierii procesu w siedzibie GEA w Hudson w stanie Wisconsin. Gdy występuje nietypowy problem, dział inżynierii procesu zapewnia porady i wsparcie. Inżynierowie zadają szczegółowe pytania, aby zidentyfikować problem a nawet odwiedzają zakłady, gdy jest to konieczne. Ten dział wykonuje także prace rozwojowe, projektowanie procesu oraz dostosowuje rozmiary nowych systemów w oparciu o dane z instalacji pilotowych. Gdy jest to konieczne, inżynierowie polecają przenośne instalacje pilotowe do testów w zakładzie klienta.

Wszystkie te czynniki — projektowanie, konstruowanie, produkcja i montaż membranowych systemów filtracyjnych — są bardzo ważne. Jednak codzienna eksploatacja, konserwacja i serwisowanie systemu mają kluczowe znaczenie dla utrzymania poziomu zysków właścicieli mleczarni.

Kontakt

Jak możemy pomóc?