Ciśnieniowe techniki membranowe

Wykład 4

Opracowała dr Elżbieta Megiel

2

Pressure driven processes

MF

10-300 kPa

RO

0.5-1.5 MPa

NF

0.5-1.5 MPa

UF

50-500 kPa ∆P=

Bacteria, parasites, particles High molecular substances, viruses Mid-size organic substances,

multiple charged ions Low molecular substances, single charged ions

D. Libotean, A. Patti, Membrane separations, Universitat Rovira i Virgili, Tarragona, Catalunya

Microfiltracja (ang. Microfiltration MF)

• Zakres ciśnień MF 1 –3 bar

• Rozmiar porów MF 0.08– 10 m

• Średnica cząstek separowanych 100 – 1000 nm

• Rozdzielanie układów dwufazowych

• Zatężanie zawiesin i emulsji w przemyśle: spożywczym, fermentacyjnym, chemicznym, energetycznym, kosmetycznym, farmaceutycznym, biotechnologii, w uzdatnianiu wody i oczyszczaniu ścieków

• Usuwanie flory bakteryjnej (zimna sterylizacja)

i klarowanie roztworów (produkcja piwa, wina)

Zastosowania MF

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

MF Dialysis UF RO Other

% of total 1997 consumption in Western Europe

Udział w globalnej sprzedaży membran do poszczególnych technik

Kraje zachodniej Europy USA

D. Libotean, A. Patti, Membrane separations, Universitat Rovira i Virgili, Tarragona, Catalunya

Dezynfekcja wody z użyciem MF pozwala zastąpić klasyczną

czteroetapową metodę

COAG/

FLOC SED MIX FILT

Disinfectants &

Coagulants

Waste

water

Water

Residual

disinfectant

MF Pre

Filter

Przykłady zastosowania MF

Microfiltration water plant, USA

A microfilter membrane (image from SEM)

8

Waste

water

Moduł MF wstępny przed NF lub RO

Water

MF Pre

Filter

RO

NF Water

Przykłady zastosowania MF

D. Libotean, A. Patti, Membrane separations, Universitat Rovira i Virgili, Tarragona, Catalunya

Przykłady zastosowania MF

Filtrowanie produktów spożywczych przed pasteryzacją, „zimna sterylizacja”

Zatężanie i otrzymywanie koncentratów w przemyśle spożywczym

Przykłady zastosowania MF

L. Zander, Z. Zander, Techniki membranowe w przetwórstwie mleka, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, 2004

Biotechnologia np. recyrkulacja komórek

Przykłady zastosowania MF

• Produkcja etanolu z produktów skrobiowych

• Produkcja kwasu mlekowego

• Produkcja kwasu octowego

P. Króliczak, T. Jankowski, Procesy membranowe w przemyśle spożywczym, Poznań 2008

Ultrafiltracja (ang. Ultrafiltration) UF

• Zakres ciśnień 3 –10 bar

• Rozmiar porów 0.01– 0.08 m

• Rozdzielanie polisacharydów, białek, polimerów o dużych masach cząsteczkowych 104 – 105 Da, od roztworu

Rodzaj membrany Materiał polisulfon

polimerowe poliakrylonitryl

Polichlorek winylu

Celuloza i pochodne

poliamidy

nieorganiczne Al2O3/TiO2

ZrO2/Cgr

Al2O3

Jv = 0.08 -0.34 m3 /m2.h

13

Porównanie porowatości membran do MF i UF

Porowatość

m

2

pA

rπnε

r –średni promień porów

np – liczba porów

Am – powierzchnia membrany

MF e 5-70%

UF e 0.1-1%

Ultrafiltracja

• Przemysł mleczarski (produkcja mleka, serwatki, serów)

• przem. spożywczy (produkcja skrobi, odzysk białek)

• metalurgia (emulsje olejowe, elektropigmenty)

• przem. tekstylny (barwniki)

• farmaceutyka (enzymy, antybiotyki)

• oczyszczanie wody (usuwanie koloidów, pyrogenów)

Przykłady zastosowań UF

• Odzyskiwanie z serwatki laktoglobulin i laktoalbumin oraz wstępne zatężania mleka poprzedzające produkcję serów. Zawartość aminokwasów egzogennych w białkach serwatkowych 52.7g/100g białka, zawartość w kazeinie 45.8g /100g białka.

P. Króliczak, T. Jankowski, Procesy membranowe w przemyśle spożywczym, Poznań 2008

Przykłady zastosowań UF

Oczyszczanie wód zaolejonych z użyciem membran ceramicznych do UF

Andraszewicz D.: Badania pilotowe skuteczności odolejania wód zęzowych według wymagań konwencji Marpol na membranach ceramicznych firmy TAMI. Praca inżynierska, promotor dr inż. J. Gutteter-Grudziński, AM, Szczecin 2005.

• Jednorazowe ultrafiltry do wirowania do diagnostyki in vitro GMM od kilku do kilkudziesięciu kDa

Przykłady zastosowań UF

do oczyszczania, zagęszczania, odsalania próbek biologicznych