یک تکنولوژی در کاهش هزینه‌های فیلتراسیون غشایی

یک تکنولوژی در کاهش هزینه­ های فیلتراسیون غشایی

 

معرفی

اگر چه فیلتراسیون غشایی در صنعت لبنیات به یک اصل تبدیل شده و پیشرفت‌های مداوم داشته ‌است، بهبود‌های قابل توجه این تکنولوژی نسبتاً نادر است.
تمرکز در بهبود توانایی ممبران‌ها در جداسازی، توانایی مقاومت آن‌ها در برابر شست‌وشوی شیمیایی و با دمای بالا، اتوماسیون و طراحی خط برای افزایش بازده بوده‌ است.
یکی از هزینه‌های اساسی عملیاتی فیلتراسیون غشایی، در مقایسه با دیگر تجهیزات پروسس، مصرف بالای برق می‌باشد. علاوه‌ براین، تعویض ممبران‌ها نیز هزینه‌ ی قابل توجهی در پی دارد. این موضوع منجر به وجود محدودیت‌هایی در استفاده و توسعه‌ ی کاربردهای جدید می‌شود.

تشریح مشکل
براساس تجربیات چندین ساله در فیلتراسیون غشایی، تمرکز اصلی DSS بر روی بهبود ممبران‌ها و توسعه‌ ی سیستم‌ها بوده است، که هزینه ‌های عملیات را کاهش داده و موجب ترویج استفاده‌ ی عمومی از این تکنولوژی می‌شود.
یک المان اساسی در بهره‌ وری فیلتراسیون جریان متقابل (Cross-Flow) سرعت بالای جریان عبوری از ممبران می‌باشد. تنها اگر این سرعت به اندازه ‌ی کافی بالا باشد، می‌تواند میزان فولینگ (رسوب) را کاهش داده و عملیات در زمان طولانی‌ تری ادامه یابد. فشار و جریان بهینه‌ سازی می‌شوند و متناسب با محدودیت-های مکانیکی اجزای گوناگون خط تنظیم می‌شوند.
ممبران‌ها در هوزینگ‌هایی (Housing) نصب می‌شوند، و مثلاً در خط اولترافیلتراسیون (UF) معمولاً در هر هوزینگ 3 ممبران وجود دارد، که به وسیله ‌ی یک(ATD ) وسیله ‌ی ضد تلسکوپی شدن به هم وصل شده‌اند. به منظور جبران قطرهای متفاوت ممبران‌ها و هوزینگ‌ها، ATD ها با یک تلرانس کوچک مابین بیشترین قطر خارجی ممبران و کمترین قطر داخلی هوزینگ طراحی شده‌اند.
اما، این تلرانس اجازه‌ می‌دهد که بخش قابل ملاحظه ‌ای از جریان به فاصله ‌ی میان ممبران و هوزینگ نشت کند و به موجب آن عملاً هیچ کمکی به فیلتراسیون نمی‌کند. این جریان فرعی می‌تواند 30% تا 50% از کل جریان را شامل شود؛ یعنی بخش بزرگی از جریان از ممبران عبور نمی‌کند. در نتیجه از برق مصرفی این جریان‌های فرعی (برعکس) بهره ‌برداری موثر نمی‌شود.
همچنین یک نیروی قابل توجه در جهت جریان که به سبب جریان زیاد خارج از ممبران است، ممکن است باعث تغییرشکل مکانیکی ممبران شود. در نهایت، این موضوع می‌تواند عمر مفید ممبران‌ها را نوعاً بنابر شرایط عملیات به یک یا دو سال کاهش دهد. سایش و تجزیه ‌ی ممبران فعال نیز ممکن است از عمر مفید غشا بکاهد. ولی اگر شرایط عملیات چنین مشخصاتی پیدا کند، ندرتاً دلیلی برای تعویض ممبران‌ها می‌شود.

نوآوری
به منظور غلبه بر نگرانی‌های فوق ‌الذکر، DSS یک نوع جدید از ATD را توسعه داده‌ و اختراع نموده‌است. که جریان فرعی اطراف ممبران‌ها را با بهره ‌گیری از یک واشر مخصوص کنترل می‌کند. این ATD جدید، ESA™ نام دارد که به معنی ATD صرفه‌جوی انرژی (Energy Saving ATD) است. ESA™ توسط DSS اختراع و ثبت شده‌ است.

با بهره گیری از ESA™ بخش عظیمی از جریان به درون ممبران هدایت شده تا از سطح فعال غشا عبور کند. به اینصورت، بازده پروسه ی فیلتراسیون حفظ میگردد. و در آن واحد از انرژی مصرفی پمپ به میزان 10% تا 40% کاسته میشود. به این دلیل که انرژی تأمینی پمپ معمولاً توسط خنک کننده هدر میرود، نیاز به خنک کننده نیز کاهش مییابد. به طور خلاصه، صرفه جویی انرژی وابسته به انرژی مصرفی پمپها و تجهیزات خنک کننده است.
برای جلوگیری از ته نشینی محصول و رشد باکتری، در هنگام تولید بخشی کوچک از جریان از طریق شیاری ظریف در پشت ESA™ به سمت بیرون ممبران هدایت میشود. طراحی نوآورانه ی ESA™ تضمین میکند که تمام واحد در هنگام CIP به طور کامل تمیز شود.
علاوه بر صرفه جویی انرژی در پمپها و سیستم خنک کننده، ESA™ مزیتی دیگر ارایه می دهد. جریان فرعی هر قدر کوچکتر باشد، عملاً تغییر شکل مکانیکی ممبرانها را حذف میکند و بنابر این عمر مفید آنها به طور قابل ملاحظه ای افزایش مییابد. در برخی موارد طول عمری دو برابر مشاهده شده است.
هنگام توسعه ی ESA™، DSS تستهای گوناگونی انجام داد. نتایج حاصل از تستهای DSS و استفاده ای عملی آنها توسط مشتریان، هر دو، برتری های فوق الذکر را تأیید کرده است.


مثال
در ذیل، یک خط UF برای استانداردسازی پروتئین به عنوان مثال آورده شده است. نقطهی شروع یک خط سنتی با ATD های استاندارد (شاخص 100) فرض شدهاست. به عنوان جایگزین، دو راهکار ESA™ انتخاب شده است که بر روی صرفه جویی هزینه و افزایش ظرفیت متمرکزاند.

 

 

چاپ ایمیل