更换膜 保养是膜分离的关键

通过定期保养使滤膜保持于最佳工作状态以实现利润最大化

膜过滤是许多加工厂效率的关键所在。 因此,为了实现最大利润和保持滤膜处于最佳工作状态,必须对它们勤加维护。 这可通过美国一家大型奶酪厂的实例来诠释,该工厂几年前增加了使用螺旋型膜的超滤装置来回收乳清蛋白。 该装置设计为每天处理 200 万磅乳清,可生产 80% 的乳清蛋白浓缩物 (WPC)。 但在启动时,过滤装置的低效率意味着 WPC 只有 75-77%。 较低质量的浓缩物只能以低得多的价格在不同市场上出售,导致厂家每月损失利润约 15,000 美元。

乳品厂膜分离简介

保养是膜分离的关键
保养是膜分离的关键

每一家乳品厂都是不同的。 每个车间都是独一无二的,能够从复杂的有机液流中生产出定制产品。 尽管所有乳品厂都加工牛奶,但牛奶流因奶牛品种、它们的不同饮食和不同环境条件等个体因素而异。 牛奶产出各种各样的产品,其中许多产品以膜过滤作为关键工艺:

  • 基本的牛奶、脱脂牛奶和稀奶油
  • 各种类型和风味的奶酪
  • 来自甜乳清的高价值蛋白质
  • 增值奶制品,包括延长保质期 (ESL) 的牛奶
  • 功能食品和营养品,如婴幼儿配方奶粉和营养棒
  • 保健品,如运动和能量产品
  • 用于疫苗和伤口愈合的医用品
  • 健康护理产品,如洗发水和牙膏
  • 动物饲料

错流膜过滤已成为隔离和浓缩许多敏感乳制品成分的公认技术。 它是在低温和环境温度下无相变生成极精细分离物的具有成本效益的方法。 广泛应用的基本技术有以下几种:

  • 反渗透是具有能源效率的脱水过程,经常用于在蒸发前预浓缩牛奶或流动食品。
  • 纳滤可实现低分子量成分的极精细分离,用于水解蛋白质回收、糖浓缩和乳制品脱灰。
  • 超滤用于浓缩和纯化中到高分子量成分,如牛奶蛋白质、碳水化合物和酶。
  • 透析通常结合超滤使用来回收附加产品,通过注水来移除可溶解物并洗掉低分子量物质。
  • 微滤移除牛奶中的细菌和孢子、截留悬浮颗粒物并分离牛奶蛋白质,同时回收化学清洁剂。

分离膜采用各种材质制作,其中聚合物膜在典型乳制品应用中最常见且最具有成本效益。 聚合物膜种类有螺旋型膜,适用于悬浮固体物极少或没有的大批量应用。 管状膜可防止堵塞,因此通常用于具有悬浮固体物或纤维化合物的应用。 中空纤维型聚合物膜具有极高的堆积密度和开放通道设计,非常适合需要从渗透侧反冲水的低固体含量液流。 对于高强度和极端 pH、温度或溶剂应用,陶瓷或不锈钢无机膜是材料之选。 陶瓷膜通常用于微滤中清除细菌和孢子。

乳制品行业中膜分离的典型应用包括:

  • 高价值乳清蛋白浓缩物 (WPC) 和乳清分离蛋白 (WPI) 生产
  • 奶酪生产前牛奶的蛋白质标准化,以提高产量
  • 乳清浓缩和脱盐,以降低能源成本
  • 减少蒸发器冷凝水和渗透流的 BOD/COD 负荷,以降低废水处理成本
  • 盐水净化
  • 清除牛奶或乳清中的细菌和/或孢子
  • 原位清洗 (CIP) 碱和/或酸澄清及重复利用

清洁困境

清洁是牛奶加工中非常重要的一环,因为牛奶容易变质,产生毒素和细菌。 因为牛奶流的特性,加工设备会积垢,必须每天进行清洁。 设备上可能会堆积来自有机牛奶流的复杂产品,让清洁变得困难。 通常,乳品厂会预处理进给流来尽量减少积垢。

典型的 CIP 系统需要三个因素来进行适当清洁:湍流、浓缩浓度和高温。 多数聚合物螺旋型膜滤芯的温度限制为 50°C (122°F)。 同样还有 pH 限制,因为膜材料通常浇铸在聚酯基材上。 此基材在高和低 pH 下非常容易水解,因此浓缩化学剂清洁不可取。 滤膜还或多或少地受到其结构完整性和承受清洁过程中高速度及湍流的限制。 因此,正确清洁所需的所有三个因素均受到限制。

在过去的十年间,技术上取得的长足进步让清洁更容易、更温和,同时保持效果不变。 这让膜分离的应用更为广泛,并消除了一些清洁问题。 这些新系统使用酶的轻度腐蚀性来帮助分解积垢分子和螯合剂,并将分解的产品保持于溶液中。

总体来说,膜分离系统具有较低的初始投资,但清洁要求会使运营成本升高。 清洁程序必须无偏差严格遵循,因此服务对于确保乳品厂操作人员正确运行设备、充分清洁及严格遵守指导准则至关重要。

某些类型的滤膜可使用氯进行清洁,但许多薄膜,包括聚合物膜,无法耐受氯处理。 现在的乳品厂运营采用分离式系统,因此氯无法接触聚合物膜并造成损坏。

良好服务的必备条件

滤膜供应商的全面服务组合由以下关键元素组成:培训;监管和优化;更换膜;工艺测试、开发和设计。

培训

当膜过滤工艺首次引入工厂时,供应商有必要对操作人员提供全面的工艺参数和操作培训。 一致的操作程序对于确保膜分离系统的可靠性能必不可少,因此培训通常在安装时提供。 系统投入运行后,GEA 技术人员将在设备的整个使用寿命中定期回访,以确保最佳做法始终得以坚持,否则,即采取纠正措施。 通过这种方式可以维持最佳的分离性能。

监管和优化

乳品分离过程的正确操作将延长膜的寿命,并提高产品质量。 随着不断的使用,膜将逐渐磨损,最终产品的质量将随着时间而恶化。 例如,当浓缩牛奶蛋白质时,最初保留的蛋白质水平可高达 99.5%,但随后可能会一两周降低多达 1%。 膜的更换节点取决于所需的蛋白质保留水平、损失产品的价值、废水要求和其他下游工序。

GEA 与其客户密切合作,通过针对膜成本进行经济分析和平衡损益来确定最佳更换时间,从而让乳品厂实现利润最大化。

 

更换膜

有机膜的寿命有限,需要定期更换,根据处理量和条件通常一年更换一到两次。 GEA 维持更换膜库存,并与乳品厂技术人员合作维护保养更换历史记录,及预测需要新膜的时间。

如果膜出现严重故障——例如,如果聚合物膜清洁不当或暴露到极端条件下——则必须快速更换膜以尽量减少停机时间。 有时,这种情况几乎没有任何预警。 GEA 维护有膜中央储存库、生产商寄存库并在战略客户现场储备更换膜,以确保尽可能快的响应速度。

工艺测试、开发和设计

GEA 在工艺开发阶段就与客户展开合作,以帮助设计市场领先的产品并以最高效和可持续的方式生产它们。 利用其经验和专业知识指导客户,GEA 可帮助快速有效地开发新产品并投入市场。 例如,中试可以确立从过程流隔离特殊化合物的最佳方式。 GEA 在其位于威斯康辛州哈德逊的公司总部提供中试设备,客户也可以租借设备以进行现场试验。

如果客户希望不经测试而建立一项工艺,GEA 工程师可设计一套设备,并基于产能和产品质量生成提案。

最佳运行的保养模式

GEA 使用其工艺专业知识为其客户制定预防性维护保养计划。 通过保持其独立性,GEA 能够针对每项应用从最适合的供应商处采购滤膜,并满足每位客户的需求。 这种独立性,结合 GEA 的领先技术,为全球的乳品加工企业提供强大的维护保养合作关系。

GEA 具有三个服务级别的滤膜保养模式,旨在满足任何乳品厂或其他使用薄膜过滤技术的加工企业的需求。 这三个服务级别是:膜更换计划、膜保养协议及膜维护项目。

膜更换计划

GEA 将以具有竞争力的价格提供滤膜,以增强工艺性能。 如有必要,可以在接到通知后立即从库存提供滤膜。 GEA 与所有主要的滤膜生产商具有合作关系,可利用其购买力获得最优的价格和最大的生产商保证。 该模式包括 GEA 经验丰富的技术服务人员到访,他们的意见和建议经常会帮助客户提高利润水平。 该技术适用于任何乳品厂,甚至原先从其他供应商采购的乳品厂。

膜保养协议

除了膜更换计划的好处,此中等级别的 GEA 服务还提供技术服务人员和工程师帮助客户执行工艺审核并提供建议来优化车间中所有过滤系统的性能。 客户还可以获得 GEA 设计和工艺工程团队的工艺建议和指导。

膜维护项目

这是最顶级的服务,包括膜更换计划的所有内容,并额外增加服务合约的优势,该合约通常为期三年。 根据此合约,GEA 将以收取月费的形式提供专门的技术服务人员与客户合作。 该技术人员将确保所有膜和工艺系统处于最佳状态并正常工作。 通过持续观测,技术服务人员可收集优化更换时间所需的所有信息并相应地安排工作。 

该模式还包括技术人员随叫随到服务,以在需要时提供即时帮助。 

通过在该模式下承担处理问题的责任,GEA 的最大利益是确保技术人员密切监视设备的运行并与其操作人员维持紧密的合作关系,以保证始终遵循最佳做法。 该项目还包括操作人员年度培训。

膜维护项目为客户提供多种重大优势:

  1. 服务公司对滤膜的性能负责,所有滤膜保持在最佳的工作水平,以实现利润最大化
  2. 膜故障的风险转移给服务公司
  3. 客户的预算固定,更换滤膜的资本成本转换为每月的运营支出,会计核算和制定预算更简单
  4. 随着技术改进,GEA Filtration 可推荐更改以改进操作
  5. 服务项目可针对每个客户进行定制

GEA 的专门技术服务人员提供的资源让公司能够提供如此多级别的定制化服务。 他们的主要工作是在工厂间穿梭,根据膜维护和其他服务协议维护设备。 这些常驻人员都是经过培训的专家,每人都具有 10 -15 年的膜分离系统维护保养全职经验。 他们每天的工作就是与膜分离打交道,装载滤膜、培训操作人员、审核流程日志以及维持与客户的联系。 他们经验丰富,因此仅通过观察滤膜就可诊断多数常见问题。 技术服务人员还了解监管机构要求和报告,并熟悉过程控制系统。 

所有 GEA Filtration 技术服务人员均出身于实践的技术背景,具有技能、常识、动手能力和机械头脑,让他们能够进入车间诊断问题。 每名技术服务人员负责一个专门的地理区域,并与该区域的客户建立密切的工作关系。

位于 GEA 威斯康辛州哈德逊总部的大型工艺工程部门会为技术服务人员提供支持。 如果遇到不常见的问题,该工艺工程部门会提供建议和支持。 工程师将详细询问以找出问题所在,在必要时甚至会到访工厂。 该部门还从事开发、工艺设计以及基于中试设备数据进行新系统调整。 需要时,工程师将推荐使用便携式中试设备在客户现场进行测试。

膜过滤系统的工程、设计、制造和安装均非常重要。 但系统的日常操作、维护和保养才是维持乳品公司利润水平的关键。

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