Мембранное разделение технологических жидкостей
Мембранное разделение технологических жидкостей
Для обработки ферментационных растворов, функциональных сахаров, молочной кислоты, растительных экстрактов, соков, приправ и биофармацевтических потоков компания Plum разрабатывает мембранные схемы, обеспечивающие осветление, очистку, фракционирование, концентрирование и извлечение компонентов
Ранее в некоторых источниках данную деятельность называли специализированным разделением материалов. Речь идет о технологических потоках, содержащих продукт, а не о промышленных сточных водах, подлежащих очистке перед сбросом.
- 01Определите целевые показатели качества выходного продуктаКакие компоненты необходимо сохранить, а какие — удалить
- 02Установите требуемую степень разделенияОсветление, очистка, фракционирование или концентрирование
- 03Испытания реального образцаОценка типа мембраны и определение допустимого диапазона рабочих условий
- 04Пилотные испытанияПроверка устойчивости к непрерывной эксплуатации и восстановление характеристик после мойки
- 05Инженерное масштабированиеУстановление исходных параметров и взаимосвязей для каждой ступени мембранной системы
Начните с определения требуемых показателей выхода продукта
Прежде чем выбирать тип мембраны, необходимо определить целевые характеристики выходного продукта
При разработке технологической схемы для жидких сред в первую очередь определяются целевые компоненты, состав примесей, требуемое качество продукта, приоритеты по выходу продукта, последующие технологические ступени и условия очистки. Мембраны могут применяться на одной или нескольких стадиях разделения, однако они не всегда способны заменить традиционные методы очистки.
Три ключевых вопроса, касающихся технологического потока
Какие компоненты необходимо сохранить? Какие примеси следует удалить? Куда далее поступает продукт?
- Целевые компоненты
- Сахара, органические кислоты, активные вещества, ароматические соединения или иные ценные продукты
- Основные виды примесей
- Клетки, частицы, коллоиды, белки, пигменты, соли и низкомолекулярные побочные продукты
- Взаимодействие с последующими технологическими ступенями
- Ионообменные смолы, методы хроматографии, выпаривание, кристаллизация, сушка, процессы ферментации и розлив готовой продукции
Осветление исходного потока
Отделение клеток, частиц, коллоидов и макромолекулярных примесей необходимо для получения стабильного исходного потока для последующей очистки.
Предварительная оценка: содержание твердых веществ, размер частиц, вязкость, температура и характер мембранного загрязненияОчистка и фракционирование
Проводится оценка возможностей обесцвечивания, удаления солей, контроля примесей и молекулярного фракционирования в зависимости от состава и поставленных задач
Предварительная оценка: требуемые компоненты, закономерности их удержания, химия солей и параметры качества готовой продукцииПовышение концентрации и извлечение компонента
При необходимости следует повышать концентрацию выходного продукта, осуществлять извлечение ценных компонентов либо снижать нагрузку на последующие ступени термической концентрации.
Сначала необходимо провести оценку осмотического давления, вязкости, предельной концентрации и стабильности продукта.Защита последующих технологических ступеней
Следует контролировать содержание частиц, уровень мембранного загрязнения и изменчивость исходного потока перед установкой ионообменной смолы, NF, RO, выпаривания или кристаллизации.
Сначала следует оценить ограничения последующих ступеней, параметры очистки, потери материала и границы ответственности на стыках технологических процессов.Группы областей применения
Шесть групп технологических потоков, сгруппированных по функциям разделения.
Описания областей применения составлены с учетом целей обработки исходного потока и получения продукта, а не по терминологии мембранных технологий. Тем не менее для каждого проекта требуется независимая проверка состава исходного материала, требуемого качества продукта, текущей технологической схемы и наличия образцов.
01 · САХАРА И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УГЛЕВОДЫ
Функциональные сахара и сахара из крахмала
Провести оценку возможностей осветления, очистки, фракционирования и концентрирования в условиях присутствия твердых частиц, белков, коллоидов, пигментов, солей, моносахаридов и прочих компонентов сахарных потоков
- Типичные виды потоков
- Аллулоза, сахара из крахмала, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы и разбавленные сахарные растворы
- Цели разделения
- Осветление, удаление примесей, фракционирование, концентрирование и повторное использование продукта, а также защита последующих ступеней кристаллизации
- Подтвердите сначала
- Состав сахаров, Brix, вязкость, цвет, белки и коллоиды, соли, а также требования к качеству продукта
Очистка раствора после изомеризации аллюлозы с использованием трубчатых мембран
Осветление гидролизата крахмальных сахаров посредством трубчатых мембран
Непрерывная очистка кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы с помощью мембран
Мембранное концентрирование и повторное использование разбавленного сахарного потока
02 · Ферментация и биопроизводство
Ферментационные растворы и гидролизаты
Трубчатые мембраны позволяют отделять клетки, твердые частицы и отдельные макромолекулярные примеси, обеспечивая более стабильный исходный поток для последующих ступеней обесцвечивания, очистки с использованием ионообменной смолы, NF и RO.
- Типичные виды потоков
- Биологические ферментационные растворы, гидролизаты и прочие промежуточные продукты биотехнологического производства
- Цели разделения
- Отделение клеток и твердых частиц, осветление, удаление примесей и защита последующих этапов очистки
- Подтвердите сначала
- Структура клеток, твердые частицы, белки, вязкость, температура, условия работы pH и CIP, а также чувствительность к нагреванию
03 · МОЛОЧНАЯ КИСЛОТА И ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ
Молочная кислота и другие органические кислоты
Провести оценку эффективности обесцвечивания с помощью NF, удаления примесей, фракционирования и извлечения компонентов из конденсата в зависимости от концентрации молочной кислоты, содержания остаточных сахаров, пигментов, солей и требований к последующим ступеням концентрирования.
- Типичные виды потоков
- Потоки L-молочной кислоты и других органических кислот, требующие деликатной очистки
- Цели разделения
- Обесцвечивание, удаление примесей, извлечение целевого компонента и подготовка стабильного исходного потока для выпаривания или кристаллизации
- Подтвердите сначала
- Концентрация кислоты, остаточные сахара, окраска, соли, температура, параметры работы pH, цель извлечения и метод анализа
04 · Экстракты растительного происхождения
Растительные экстракты
Исходя из требуемого состава активных веществ и характера примесей, провести оценку возможностей осветления, удаления примесей, фракционирования, опреснения и концентрирования. В данном разделе не приводятся никакие утверждения относительно эффективности продукта.
- Типичные виды потоков
- Растительное сырье, компоненты, пригодные для пищевой и фармацевтической промышленности, а также натуральные экстракты
- Цели разделения
- Удаление взвешенных частиц и коллоидов, фракционирование компонентов, их очистка и концентрирование при низких температурах
- Подтвердите сначала
- Целевые компоненты, распределение молекул по массе, растворитель, цвет, температура, вязкость и технические характеристики продукта
05 · Пищевая промышленность, соки и приправы
Продукты питания, напитки и приправы
Разработка технологического решения по осветлению соков, виноматериалов, соевого соуса, уксуса и аналогичных потоков с учетом задач по контролю над пектином, коллоидами, мелкими частицами и микроорганизмами.
- Типичные виды потоков
- Соки и соковые смеси, виноматериалы, соевый соус, уксус и прочие пищевые потоки
- Цели разделения
- Осветление, контроль частиц и коллоидов, обеспечение стабильности продукта, а также интеграция с последующими ступенями концентрирования или розлива.
- Подтвердите сначала
- Brix, пектин, вязкость, мутность, температура, параметры вкуса и цвета, CIP, а также требования к контакту с пищевыми продуктами.
06 · Биофармацевтика и ценные жидкие среды
Биофармацевтические и иные ценные технологические жидкости
Применяется для осветления, фракционирования, очистки и концентрирования биохимических и биофармацевтических потоков. Содержание веб-сайта не гарантирует эффективность, стерильность или соответствие нормативным требованиям.
- Типичные виды потоков
- Нуклеозиды, продукты ферментации и прочие ценные биохимические технологические потоки
- Цели разделения
- Осветление, удаление примесей, фракционирование, концентрирование и снижение нагрузки на последующие ступени с использованием ионообменной смолы или доочистки
- Подтвердите сначала
- Характеристики целевой молекулы, наличие примесей, термочувствительность, состав растворителей, требования безопасности, параметры CIP и SIP, а также границы ответственности по нормативным требованиям
Модульная технологическая схема разделения
Состав мембранных ступеней определяет задача разделения, а не заранее заданная полностью мембранная схема
Выбор каждой ступени зависит от состава целевого компонента, наличия примесей, требований к качеству выходного продукта, допустимого диапазона рабочих условий и особенностей последующих технологических ступеней. Не во всех проектах требуется применение всех перечисленных этапов
- 01Предварительная обработка исходного потокаОценка, усреднение, регулирование температуры, а также необходимые реакции и подготовка
- 02Осветление с применением трубчатых мембранОтделение твердых частиц, включая клетки, частицы, коллоиды и высококонцентрированные суспензии
- 03UF фракционированиеОценка контроля за макромолекулярными примесями на основе их молекулярной массы и взаимосвязей между компонентами
- 04Очистка / обессоливание с использованием NFПрименение кривых удержания для оценки эффективности обесцвечивания, удаления примесей, обессоливания и разделения компонентов
- 05Концентрирование с использованием ROСнижение тепловой нагрузки на последующих ступенях при условии допустимости осмотического давления и стабильности выхода продукта
- 06Последующая очисткаСвязь с ионообменными смолами, методами хроматографии, выпариванием, кристаллизацией, сушкой или фасовкой
Под «удалением микроорганизмов» в данном разделе понимается исключительно задача контроля содержания клеток или микроорганизмов в рамках конкретного проекта. Это не подразумевает автоматически получение стерильного продукта, асептической упаковки или применение фильтрации, гарантирующей стерильность.
Испытания реального образца и пилотные испытания
Определите границы воздействия исходной воды на мембрану до проведения инженерного масштабирования.
Если по документам невозможно установить состав среды, требования к качеству продукта, характер мембранного загрязнения или эффективность очистки, то только испытания реального образца и непрерывные пилотные испытания позволяют обосновать выбор технологической схемы.
- 01Предварительный анализ данных
Проанализируйте состав исходной воды, требуемый выход продукта, SDS, текущую технологическую схему и методы анализа.
- 02Сравнительные испытания мембран
Сравните типы мембран, степень их разделения, а также зависимости удержания и проникновения целевых компонентов.
- 03Лабораторные испытания
Оценивайте удельный поток, качество выходного продукта, характер мембранного загрязнения и восстановление характеристик после мойки.
- 04Проведение пилотных испытаний в непрерывном режиме
Проверьте стабильность работы системы при циркуляции потока, управлении и эксплуатации в условиях, приближенных к промышленным.
- 05Инженерное масштабирование
Определите необходимые параметры для проектирования: площадь мембраны, технологическая схема, режимы мойки, материальный баланс и интерфейсные характеристики.
Ознакомьтесь с возможностями проведения испытаний образцов и пилотной проверки
Распределение и аналитические результаты по целевым компонентам и основным примесям в согласованных условиях.
Границы испытаний по удельному потоку, давлению, температуре, коэффициенту концентрации и сопутствующим параметрам.
Динамика мембранного загрязнения, совместимость моющих средств и эффективность извлечения компонента.
Основа для непрерывной эксплуатации, расчета материальных балансов, комбинаций мембранных ступеней и взаимодействия с предшествующими и последующими технологическими ступенями.
Инженерные аспекты и границы ответственности
Уточните роль мембранного элемента в рамках всей технологической схемы
Plum позволяет проводить испытания, проектирование, интеграцию системы и ввод в эксплуатацию в части мембранных элементов. Формулировку продукта, распределение регуляторных обязанностей и параметры устройств очистки, не связанных с мембранами, необходимо уточнять для каждого конкретного проекта.
Возможности PLUM
- Предварительный анализ данных о технологическом потоке, требуемом качестве продукта и степени разделения.
- Оценка материалов мембран, их типов, классов разделения и возможных комбинированных технологических схем.
- Испытания реального образца, проведение пилотных испытаний и выработка рекомендаций по инженерному масштабированию.
- Интеграция мембранных ступеней, систем циркуляции, CIP, средств измерения и систем управления.
- Ввод в эксплуатацию мембранной системы, обучение персонала и сопровождение в процессе эксплуатации.
Данные требуется уточнять отдельно для каждого проекта.
- Подготовка исходного сырья, процессы ферментации и реакции, а также этапы очистки без применения мембран
- Ионообменные смолы, методы хроматографии, выпаривание, кристаллизация, сушка и асептические системы
- Формулирование продукта, требуемые органолептические показатели, нормы контакта с пищевыми продуктами и ответственность за соблюдение регламентов
- Строительство объекта, коммуникации, магистральные трубопроводы и интерфейсы автоматизации на всей территории завода
- Выход продукта, степень очистки, энергопотребление, срок службы мембраны и условия предоставления окончательных гарантий
Подтверждение реализации проекта
Для предварительной оценки следует использовать реальные технологические потоки и аналогичные мембранные ступени
Приводятся лишь подтвержденные опубликованные обезличенные данные по реализованным проектам и направления его применения. Названия заказчиков не раскрываются, а имеющиеся сведения не могут служить исходными параметрами проектирования или гарантиями качества для нового проекта
Опубликованные сведения о работе производственной линии
Система очистки молочной кислоты 20 m³/h NF
Связано с записью о производственной линии 50,000 t/a Демонстрирует опыт в области очистки молочной кислоты и масштабирования технологического решения NF. Не подразумевает извлечение компонентов, гарантий по чистоте или стоимости для иных проектов.
Осветление сока
Пример применения метода осветления в обработке натурального сока
Для новых видов фруктов, составов и целей производства требуются испытания реального образца.
Ферментация и производство функциональных сахаров
Непрерывное осветление с помощью мембран с последующей очисткой продукта
Опубликованные данные о производительности и показателях проектов остаются недоступными до завершения процедуры утверждения.Для каждого конкретного проекта требуется отдельная оценка параметров потока, методов анализа, требований к качеству продукта, температурного режима, условий очистки и длительности непрерывной эксплуатации.
Ресурсы
Подготовьте данные для испытаний образцов и оценки проекта
Возможности проведения валидацииРуководство по тестированию образцов и проверке в пилотном режиме
Подготовка проектаАнкета для оценки проекта
Начало работы с применением технологииТехнологическое решение для осветления соков
Подтверждение реализации проектаРезультаты очистки молочной кислоты с использованием NF
ИНЖЕНЕРНЫЕ ВОПРОСЫ
Часто задаваемые вопросы по мембранному разделению технологических жидкостей
Чем отличается мембранное разделение технологических жидкостей от обработки промышленных сточных вод?
При проектировании мембранных систем для технологических жидкостей в первую очередь учитываются компоненты, подлежащие удержанию, примеси, подлежащие удалению, требуемое качество продукта, потери материала и последующие технологические ступени. В случае проектов по очистке промышленных сточных вод основное внимание уделяется условиям сброса, повторному использованию, снижению нагрузки на окружающую среду и направлению распределения загрязнителей. Критерии оценки для этих двух типов проектов не идентичны.
Какой вариант технологической схемы следует выбрать: трубчатые мембраны, UF, NF или RO?
Для каждой ступени необходимо оценить содержание частиц и коллоидов, молекулярную массу целевых компонентов, характер примесей, химический состав солей, осмотическое давление, вязкость, температуру и условия очистки. В схеме может применяться только одна ступень либо комбинация с ионообменными смолами, хроматографией, выпариванием или кристаллизацией.
Для каких проектов целесообразно проводить предварительные испытания на образцах или пилотные испытания?
Лабораторные испытания обычно проводятся в первую очередь при работе с новыми исходными материалами, новыми составами, продуктами высокой ценности, изменчивыми исходными потоками, чувствительными целевыми компонентами, непредсказуемым поведением в условиях мембранного загрязнения и очистки, а также при отсутствии данных о непрерывной эксплуатации. Пилотные испытания проводятся, если требуется подтвердить устойчивость процесса и получить данные для проектного проектирования.
Какое количество образца требуется, и сколько времени займут испытания?
Объем образца и сроки испытаний определяются типом мембраны, объемом циркулирующей жидкости, перечнем анализов, требуемой концентрацией, длительностью непрерывной работы и условиями безопасности образца. После анализа предварительных данных Plum подтверждает эти параметры, однако на данной странице не дает универсальных гарантий.
Можно ли использовать результаты лабораторных и пилотных испытаний в качестве гарантий для полномасштабного проекта?
Нет. Результаты испытаний применимы только к конкретному образцу, оборудованию, методу анализа и условиям эксплуатации. Для получения инженерных гарантий необходимы данные пилотных испытаний, коэффициенты масштабирования, четкие проектные ограничения и утвержденное техническое соглашение.
Под «удалением микроорганизмов» подразумевается обеспечение стерильности?
Нет. В данном контексте удаление микроорганизмов означает лишь их контроль. Обеспечение стерильности продукта, фильтрация согласно стерилизационным стандартам, SIP, асептическое розлив и соответствие нормативным требованиям требуют отдельного проектирования, валидации и четкого распределения ответственности.
Какую информацию необходимо предоставить для предварительной оценки?
Необходимо указать источник и состав обрабатываемой жидкости, целевые компоненты и основные примеси, объем или поток, температуру, pH, вязкость или Brix, содержание твердых частиц, текущую технологическую схему, требуемые параметры качества продукта, условия эксплуатации CIP, доступное количество образца, результаты анализов SDS, технические характеристики продукта и схемы технологического процесса.
Необходимо провести испытания реального образца
Передайте данные потока для испытаний и пилотной проверки
Следует указать целевые компоненты, основные примеси, текущую технологическую схему, требования к качеству продукта и наличие образцов. Plum проанализирует предоставленную информацию, после чего определит объем испытаний, количество образцов, условия безопасности и дальнейшие действия
Предоставленная информация используется исключительно для предварительной оценки проекта и не подразумевает обязательств по составлению графика испытаний, обеспечению качества продукта, соблюдению нормативных требований, определению инженерных показателей или объему поставок.