Membránová filtrace Alfa Laval Rozhodující je velikost
Membránová filtrace Vám umožní snížit celkové výrobní náklady a zvýšit kvalitu výrobků - a to oboje současně. Zkušenosti Alfa Laval na poli membránové filtrace se datují téměř až k začátkům zrodu této technologie jako takové a my si přejeme podělit se s Vámi o naše zkušenosti. Membránová filtrace doplňuje naši řadu separačních technik a dovoluje nám nabídnout Vám nejúčinnější řešení. 2 Membránová filtrace Alfa Laval
Co je membránová filtrace? Fyzikální separace Membránová filtrace je fyzikální separační proces, při kterém je hnací silou rozdíl tlaků mezi dvěmi stranami speciální membrány. Tento proces je charakterizován schopností oddělovat od sebe molekuly různých velikostí a vlastností. Téměř všechny průmyslové membránové separační procesy pracují v režimu cross-flow, kdy filtrovaná kapalina proudí pod tlakem a vysokou rychlostí paralelně s membránou. Fyzikální bariéra Ve svém základním principu membránový separační systém rozdělí zpracovávanou surovinu do dvou samostatných proudů, známých jako permeát a retentát. Membrána, která oba proudy odděluje, je fyzikální bariéra s vysoce specifickými vlastnostmi, díky nimž pouze určité vybrané složky zpracovávané látky mohou membránou procházet. Propustnost membránou Póry materiálu, z něhož je membrána zhotovena, jsou tak malé, že je jejich velikost nutno udávat v Angströmech (10-10 m) a kde je hnací silou pro průchod kapaliny membránou potřebný tlakový gradient. Ve skutečnosti póry v membránách pro nanofiltraci a reverzní osmózu jsou tak malé, že nejsou viditelné ani v rastrovacím elektronovém mikroskopu. Malé měřítko Kdyby se desetina m 2 membrány pro reverzní osmózu zvětšila na velikost Tichého oceánu, pak by jeden její pór měl velikost zhruba 1 Euro mince. Typy membránové filtrace Existují čtyři obecně známé kategorie membrán, definované na základě velikosti látek, které na nich mají být ze zpracovávané kapaliny oddělovány. Tyto kategorie jsou známy jako reverzní osmóza, nanofiltrace, ultrafiltrace a mikrofiltrace, v pořadí velikosti pórů od nejmenších k největším. 4 Membránová filtrace Alfa Laval
Reverzní osmóza Nástřik Membrána Nanofiltrace Nástřik Membrána Ultrafiltrace Nástřik Membrána Mikrofiltrace Nástřik Membrána Retent át Permeát Retent át Permeát Retent át Permeát Retent át Permeát Reverzní osmóza (RO) Reverzní osmóza používá nejvíce uzavřenou membránu ze všech metod separace kapalin. V podstatě je jedinou látkou, která může touto membránou procházet. Veškeré ostatní látky (soli, cukry atd.) membránou prakticky neprochází. Nanofiltrace (NF) Nanofiltrace není tak jemným separačním procesem jako reverzní osmóza a používá membrány, které jsou mírně otevřenější. Nanofiltrace dovoluje, aby membránou procházely malé ionty, zatímco větší ionty a většina organických sloučenin jsou zadržovány. Ultrafiltrace (UF) Ultrafiltrace pracuje s membránami, u kterých jsou póry větší a pracovní tlaky jsou poměrně nízké. Soli, cukry, organické kyseliny a menší peptidy membrána propouští, zatímco bílkoviny, tuky a polysacharidy ne. Mikrofiltrace (MF) Při mikrofiltraci jsou nerozpuštěné látky, bakterie a kapičky tuku obvykle jedinými substancemi, které membránou neprojdou. Bakterie, spóry, tuky Bílkoviny, polysacharidy Cukry Anorganické soli Voda Membránová filtrace Alfa Laval 5
Membránová filtrace jasné výhody Membránová filtrace Membránová filtrace může být buď filtrace přes kolmou přepážku tzv. deadend a nebo filtrace v tzv. cross-flow uspořádání. Filtrace v cross-flow uspořádání poskytuje oproti filtraci přes kolmou přepážku významné výhody. Jelikož zpracovávané kapaliny proudí nad membránou kontinuálně, nevytváří se žádný filtrační koláč, který by mohl vést k ucpávání a k nerovnoměrnému průtoku. To umožňuje provozovat kontinuální a automatizovaný filtrační proces, jehož výsledkem je trvalá a kontrolovaná kvalita výrobku. Nejsou zapotřebí žádné pomocné filtrační prostředky a membrány mají prodlouženou životnost. Membránová filtrace poskytuje četné výrazné výhody tam, kde je provozována v průmyslovém měřítku a kde spolehlivost, reprodukovatelnost a provozní náklady hrají podstatnou roli. Těmito výhodami jsou: nízké celkové výrobní náklady vysoká kvalita finálního výrobku flexibilita Nižší celkové výrobní náklady Membránové separační systémy jsou často méně nákladné než mnohé jiné alternativní technologie. Náklady na instalaci jsou nižší, nižší jsou i náklady na energie. Kontinuální tzv. cross-flow filtrace Filtrace přes kolmou přepážku tzv. dead-end filtrace Nástřik Nástřik Retent át Membrána Permeát Filtrační koláč Membrána Bakterie, spóry, tuky Bílkoviny, polysacharidy Cukry Anorganické soli Voda 6 Membránová filtrace Alfa Laval Permeát
Membránová filtrace nabízí méně technologických kroků, umožňuje dosahovat jak větší stupeň čistoty, tak i vyšších celkových výtěžností. Protože při membránové filtraci nevzniká filtrační koláč, odpadají navíc náklady spojené s odstraňováním a likvidací tohoto odpadu. Vysoká kvalita finálního výrobku Membránová filtrace je čistou technologií. Separační proces probíhá pouze na základě velikosti molekul, takže nejsou zapotřebí žádné pomocné filtrační prostředky. Výsledkem je finální výrobek vrcholné kvality, který snadněji vyhoví mnoha přísným požadavkům jak ze strany odběratelů, tak i veřejných orgánů. Flexibilita Membránovou filtraci lze používat pro vstupující produkty s širokým rozpětím viskozity včetně produktů vysoce viskózních, které jsou jinak obvykle jen obtížně zpracovatelné. Rozsáhlá paleta různých zařízení pro membránovou filtraci také zajišťuje zvolit nejlepší možné řešení pro každou individuální aplikaci. To vylučuje zbytečné náklady na energie. Zařízení Alfa Laval pro membránovou filtraci jsou konstruována v modulární koncepci, což skýtá vysoký stupeň provozní flexibility, protože membrány jsou zabudovány do modulů, ty jsou pak řazeny do pracovních smyček a ty stavěné do celých systémů. Konstrukce systému může tudíž být přizpůsobena jakýmkoliv potřebám a pokud vznikne požadavek na zvýšení výroby, systém je možno snadno rozšířit. To znamená, že vaše investice může kdykoliv vyhovět libovolnému zvýšení výroby za poměrně nízkých dodatečných nákladů. Membránová filtrace Alfa Laval 7
Řešení membránové filtrace Obrázek 1: Ultrafiltrační systém zahrnující diafiltraci Diafiltrační recirkulovaná z permeátu RO/NF Diafiltrační Nátok zpracovávaného materiálu CIP Před-koncentrace Koncentrace/ diafiltrace Koncentrace/ diafiltrace Permeát Recirkulovaná CIP kapalina UF smyčka č. 1 UF smyčka č. 2 UF smyčka č. 3 Recirkulovaná CIP kapalina vstup výstup vstup výstup vstup výstup Řízení výtěžnosti Recirkulovaná CIP kapalina Retentát My v Alfa Laval jsme hrdi, že dodáváme našim zákazníkům kompletní a optimalizovaná řešení, přizpůsobená veškerým potřebám daného procesu. Tato řešení jsou navržena na základě složení vstupního produktu, výrobních parametrech, finálního výrobku a nákladech. Takto zvolená řešení jsou pak založena na deskových modulech, modulech se spirálně vinutými elementy nebo jejich kombinacích. 8 Membránová filtrace Alfa Laval
Spirálová booster jednotka zvyšuje kapacitu o 50% Když jsme dosáhli hranici našeho výkonu, dodala nám firma Alfa Laval alternativní řešení pro rozšíření sušící jednotky totiž instalaci posilující jednotky ve formě spirálové sekce před stávající deskový systém. Tato jednotka se spirálně vinutými elementy zajišťuje předkoncentraci krevní plazmy, dodávané z jatek firmy Danish Crown, a zvyšuje v ní obsah bílkovin ze 7 na 8,5 %. To znamená, že nyní můžeme zvýšit naši výrobní kapacitu o 50 % aniž bychom provedli jakékoliv změny na sušící jednotce. Je zjevně mnohem levnější odstranit vodu prostou filtrací než muset používat pro její odstranění poměrně nákladný sušící proces. Výhodou navíc je, že spirálová sekce nezabírá žádnou další plochu byli jsme schopni zavěsit ji na zeď v místnosti filtrace. Svend Aage Christensen, vedoucí provozu, Edidan/Danish Crown, Dánsko Obrázek 2: Systém reverzní osmózy nebo nanofiltrace s recirkulací permeátu do předchozího procesu ultrafiltrace. Recirkulace permeátu pro systém UF diafiltrace vody Koncentrace Koncentrace Nátok (permeát obsahující produkt z předchozího MFS) Permeát CIP kapalina RO/NF smyčka č. 1 RO/NF smyčka č. 2 Recirkulovaná CIP kapalina Recirkulovaná CIP kapalina výstup výstup vstup vstup Řízení koncentrace Recirkulovaná CIP kapalina Retentát Obrázek 1 ukazuje deskový sytém Plate&Frame, který je často používán pro zpracování materiálů s vysokým obsahem nerozpuštěných či viskózních látek. Typická aplikace zahrnuje separaci (izolaci) antibiotik z fermentačních půd, koncentrování enzymů a dextranů či klarifikaci šťáv. Obrázek 2 zobrazuje systém se spirálově vinutými elementy běžně používaný pro koncentrování antibiotik, enzymů, kvasničného extraktu, vaječných bílků i šťáv, ale také pro snižování obsahu alkoholu v pivu. Systém je také možno vybavit ultrafiltračními či mikrofiltračními spirálně vinutými elementy pro koncentraci, klarifikaci i purifikaci. Procesy na obrázcích 1 a 2 je možno také kombinovat, což poskytuje výhodu využití permeátu ze spirálového procesu jako diafiltrační vodu pro deskový systém. Tím se snižuje spotřeba technologické vody. Nezapomeňte na: předúpravu pro snížení zanášení automatizaci pro zajištění optimálního provozu čistící CIP procedury aby se podpořila optimální výkonnost membrán Membránová filtrace Alfa Laval 9
Membránovou filtraci lze využít v celé řadě různých procesů. Zkušenosti firmy Alfa Laval v této oblasti sahají zpět až do poloviny šedesátých let, tedy do doby krátce po uvedení membránové separace na komerční úroveň. Naše četné referenční provozy můžete najít ve všech průmyslových oborech, zahrnujících také: Antibiotika Izolace a purifikace antibiotik různých typů laktamových, aminoglykosidických, polypeptidových, tetracyklinových a makrolidových. Důvodem aplikace je zvýšená účinnost separace a vyšší kvalita výrobků. Enzymy Koncentrace, purifikace a odsolování po fermentaci. Možnost využití také pro izolaci enzymů ze živočišné nebo rostlinné tkáně. Dosáhne se vyšší koncentrace a čistoty při minimální ztrátě aktivity. Dextrany Koncentrace a purifikace v jediném procesu při nízkých nákladech. Odstraňování pyrogenů Pro vyšší kvalitu výrobku a snížení problémů s kontaminací. Kvasničný extrakt Koncentrace a purifikace, se zpětným využitím permeátu. Vysoká čistota při minimálních provozních nákladech. Pivo Snižování obsahu alkoholu 8 až 10-krát se zajištěním kvality srovnatelné se standardním pivem a to při nízkých provozních nákladech. Filtrace piva jako alternativa k tradičním křemelinovým filtrům nabízí vyšší kvalitu piva bez potřeby likvidace odpadního filtračního materiálu. Sterilní filtrace piva před plněním zajišťuje delší trvanlivost bez nevýhod tepelného ošetření. Potravinářské polysacharidy Koncentrace a purifikace látek jako jsou karagenan, agar, agaróza, xanthan a pektin, se zpětným využitím permeátu. Nenákladný spolehlivý způsob odstranění vody a nízkomolekulárních nečistot. 10 Membránová filtrace Alfa Laval
Šťávy Klarifikace a koncentrace jablečných, jahodových, pomerančových, rybízových, hruškových, hlohových, ananasových a datlových šťáv. Získávání vysoce kvalitních výrobků při nízkých provozních nákladech a s minimálním použitím přísad. Vejce Koncentrace a purifikace vaječných bílků a celých vajec. Odvodňování vaječných bílků před sušením. Využíváno pro šetrné zpracování a vysokou kvalitu výrobků. Cukr Odstraňování zákalu a zabarvení cukrové šťávy. Koncentrace cukerných roztoků. Proces ohleduplný vůči životnímu prostředí, jehož výsledkem jsou vysoce homogenní výrobky. Živočišná krevní plazma Koncentrace a purifikace krevní plazmy se zpětným využitím permeátu. Využíváno pro vysokou kvalitu výrobku při nízkých provozních teplotách. Želatina Frakcionace, koncentrace a purifikace. Využíváno pro šetrné zpracování, zabraňující denaturaci. Ocet Náhrada řady stupňů v tradičním klarifikačním/filtračním procesu. Dosahuje se zkrácení skladovací doby a nejsou třeba žádné pomocné filtrační prostředky. K těmto specifickým aplikacím přibývají další díky našemu nepřetržitému vývoji a rozšiřování našeho know-how do těchto oblastí. Naše zkušenosti s membránovými separačními procesy mohou přinést významné výhody do celé řady průmyslových aplikací. Membránová filtrace Alfa Laval 11
Sortiment výrobků Membrány Membránový program od Alfa Laval pokrývá veškeré membránové separační procesy reverzní osmózu, nanofiltraci, ultrafiltraci i mikrofiltraci. Odolávají vůči vysokým teplotám a mohou pracovat v širokém rozmezí ph. Všechny materiály jsou v souladu se Směrnicí komise EU 90/128 EEC s přílohami a s předpisy FDA (CFR), kap. 21. Naše ploché membrány se prodávají v běžné metráži, jako přířezy 20x20 cm a nebo formátované pro různé deskové systémy. Máme úplnou řadu spirálně vinutých elementů s různými kombinacemi typů membrán, konstrukčních rozměrů a různými typy podpůrných síťovin. Všechny spirálně vinuté elementy mají sanitární (full-fit) provedení. Membránové filtrační systémy Alfa Laval navrhuje, vyrábí a instaluje kompletní systémy pro membránovou filtraci v cross-flow uspořádání. Systémy mohou být založeny buď na našich jedinečných deskových modulech nebo na spirálně vinutých elementech nejrůznějších rozměrů. Pro některé aplikace lze použít kombinaci obou systémů tak, aby se docílilo optimálního řešení. Naše systémy vyvíjíme v těsné spolupráci s našimi zákazníky a můžeme je nabídnout jak pro šaržovitý, tak kontinuální proces v sanitárním i průmyslovém provedení. Dále poskytujeme podporu při validaci, ale také již při instalaci a uvedení do provozu. Deskové moduly Alfa Laval jsou konstruovány tak, aby mohly pracovat s produkty v širokém rozsahu viskozit a aby se mohly přizpůsobit proměnlivým vlastnostem zpracovávaných produktů. Naše moduly se spirálně vinutými elementy jsou kompaktním, nenákladným řešením, jehož používání je naprosto nenáročné. Pilotní laboratorní zařízení Abychom si byli jisti, že navrhujeme optimální řešení, potřebujeme často provést zkoušky v malém měřítku. Lze je využít pro ověření schůdnosti procesu, stanovení projekčních podkladů pro návrh provozního zařízení, pro optimalizaci stávající výrobní technologie a nebo dokonce i pro výrobu malých objemů speciálních produktů, majících vysokou cenu. Alfa Laval poskytuje pilotní laboratorní zařízení jak pro zkoušení na místě u zákazníka ve spojení s ostatními zařízeními v lince, tak i pro provedení zkoušek v našich vlastních zkušebních laboratořích a provozech v dánském městě Nakskov nebo na pilotním zázemí v Praze. Ve všech případech poskytujeme také vysoce odborné konzultační služby. 12 Membránová filtrace Alfa Laval
Spolehlivá funkce Během 16 roků spolupráce Alfa Laval instalovala, rekonstruovala a nahradila dlouhou řadu membránových filtračních systémů. Důležitou věcí je pro nás neformální, ale úzká spolupráce, vzájemná důvěra, ochota potýkat se s problémy a vysoký stupeň profesionality. Je potěšením pracovat s firmou, která si počíná jako skutečný partner, spíše než jako pouhý dodavatel. To je přesně to, co se i my snažíme poskytnout našim vlastním zákazníkům. Tomasz Cieslewski, site manager, Lonza Biotec, s.r.o., Česká republika Servis a náhradní díly Aby byl zaručen vysoký užitek ze systémů membránové filtrace, je důležité, aby zákazník pečlivě dodržoval plánované intervaly údržby a servisu a aby používal správné náhradní díly. Použitím servisních programů a originálních náhradních dílů od Alfa Laval se zajistí: nižší náklady na provoz zařízení maximální účinnost servisu spolehlivější provoz Alfa Laval proto poskytuje svým zákazníkům: specifické servisní smlouvy Alfa Laval pro každé zařízení. Ty zahrnují analýzu funkce, modernizaci, výměnu membrán a zaškolování obsluh výměny membrán s využitím originálních membrán a jiných náhradních dílů špičkové kvality revize jednotlivých součástí zařízení, pomáhající k zdokonalení výkonu ikvality vhodné postupy CIP čištění mohou zajistit trvale optimální výkon zařízení Tato všeobecná koncepce byla pojmenována Alfa Laval Nonstop Performance a přispívá k tomu, že výrobní technologie našich zákazníků vykazují vždy nejvyšší možnou výkonnost. Organizace Alfa Laval Parts & Service zajišťuje našim zákazníkům vysoce účinnou strukturu servisních služeb včetně dodávek náhradních dílů, což se odrazí v ekonomických výsledcích provozu. Membránová filtrace Alfa Laval 13
Membránová filtrace a Alfa Laval Dokonalá znalost Koupí membránového separačníhofiltračního systému od Alfa Laval se stanete spoluvlastníky know-how a zkušeností, vyplývajících z dokonalé znalosti každého stupně technologického procesu. Specialisté Alfa Laval jsou jedineční svou schopností zaměřit se přesně na Vaše potřeby v jakémkoliv místě výrobního řetězce. Je to možné proto, že my sami systémy membránové filtrace vyvíjíme, vyrábíme, instalujeme iprovozujeme. A se zkušenostmi, sahajícími zpět až do roku 1965, mohou odborníci Alfa Laval vyvinout a odladit postupy, které přesně vyhoví Vašim potřebám, přičemž zkombinují Vaše zkušenosti s Vaším specifickým výrobním procesem a s naším bezkonkurenčním know-how v oboru membránových filtrací. Dokonalé propojení Pokud začleníte do svého výrobního procesu membránový filtrační systém, musíte vědět, že se na něj můžete naprosto spolehnout. My v Alfa Laval si můžeme být naprosto jisti kvalitou membrán, kterými naše zařízení vybavujeme. Jsme jednou z nemnoha společností v tomto oboru s kapacitou, znalostmi a zkušenostmi, umožňující nám, abychom si je sami vyráběli. Dokonalé odzkoušení Jsme také jednou z velmi mála firem na světě, které dokáží převádět své znalosti membránové filtrace z výzkumu, laboratorních zkoušek a pokusů, zcela plynule na výrobní zařízení a začlenit ho do procesu tak, abyste se na něj mohli bezvýhradně spolehnout. Alfa Laval má svá vlastní zkušební zařízení pro provádění zkoušek v dánském městě Nakskov. Toto výzkumné zázemí nám umožňují pozvat Vás k účasti na vývoji nejlepších řešení pro Váš proces formou spolupráce bok po boku s našimi specialisty. Pokud je pro Vás výhodnější provést zkoušky přímo u Vás, disponujeme také celou škálou přenosných laboratorních a pilotních zkušebních zařízení. 14 Membránová filtrace Alfa Laval
Membránová filtrace je naprosto klíčová pro výrobu umělé plazmy Závod na výrobu sér v Bernburgu v Německu, instaloval své první membrány od Alfa Laval v roce1996, aby jejich pomocí vyráběl hydroxyetyl škrobu pro medicinské účely, jako umělou krevní plazmu. Membránová filtrace se ukázala být ve výrobě hydroxyetylu škrobu klíčovou. Moderní membrány pro ultrafiltraci jsou potřebné pro odstraňování vedlejších produktů tím, že tyto membrány zachytí zaručeně jenom molekuly určité specifické velikosti. Důležité je také to, že zpracovávané produkty jsou vysoce sterilní a ultrafiltrace při vysokých teplotách je způsobem, jak zastavíme růst mikroorganizmů, což je obrovsky důležité kritérium pro výběr membrán, říká Werner Zimmermann, hlavní technolog v Serumwerk Bernburg. Díky modulární konstrukci membránového systému bylo pro firmu Serumwerk Bernburg snadné zdvojnásobit svou výrobní kapacitu vroce 2002 a Werner Zimmermann prohlašuje: V příštím roce chceme dosáhnout dalšího zdvojení kapacity... Werner Zimmermann, hlavní technolog, Serumwerk Bernburg, Německo Úplné spektrum Alfa Laval může vybavit své zákazníky řešeními z celého spektra separačních technologií. To znamená, že pokud se zkontaktujete se společností Alfa Laval, můžete si být vždy jisti, že se Vám dostane řešení na míru přesně podle požadavků Vašeho specifického procesu. Máme dostatečné kapacity i potřebnou technologii, abychom mohli zohlednit veškeré parametry procesu a poskytnout Vám vysoce účinné řešení pomocí nejlepší technologie pro dané zadání. A nebo také kombinací různých technologií, pokud to povede ke zvýšení celkové výkonnosti. Zásadní jsou zkušenosti Naše zkušenosti s membránovými separačními procesy sahají téměř tak daleko do minulosti, jako je stará tato technologie sama - a systémy Alfa Laval Vám zajistí všechny výhody, které výsledky těchto nashromážděných zkušeností mohou přinést. Membránová filtrace doplňuje řadu našich separačních technologií a skýtá jistotu, že jsme vždy schopni dodat naprosto ideální návrh pro řešení technologického problému Vašeho procesu. A to zavedením membránové technologie, ať samotné nebo v kombinaci s odstředivými separátory, dekantéry nebo odparkami. Otázka velikosti Póry membrán používaných v membránové filtraci jsou tak malé, že nejsou pouhým okem viditelné. Ovšem separace velmi malých rozměrů fungující na základě velikosti molekul, nám nečekaně přináší obrovské výhody. Systémy membránové filtrace Alfa Laval umožňují dosahovat vyššího stupně čistoty a vyšší celkové výtěžnosti při nižších nákladech. Malé rozměry mohou znamenat velké rozdíly. Membránová filtrace Alfa Laval 15
Stručně o Alfa Laval Alfa Laval je špičkovým světovým dodavatelem speciálních zařízení a strojně-technologických řešení. Naše zařízení, systémy a služby jsou zaměřeny na pomoc zákazníkům při optimalizaci výkonnosti jejich procesů. Pomáháme našim zákazníkům ohřívat, chladit, separovat a dopravovat produkty jako jsou olej,, chemikálie, nápoje, potraviny, škrob a farmaceutické výrobky. Naše celosvětová organizace pracuje v úzké spolupráci se zákazníky v téměř 100 zemích světa, aby jim pomohla udržet se na špičkové technické úrovni. Jak se spojit s firmou Alfa Laval Nejaktuálnější údaje o možném spojení s firmou Alfa Laval ve všech zemích získáte na našich internetových stránkách www.alfalaval.cz. PMT00017CZ 0310 ALFA LAVAL je obchodní značka, registrovaná a vlastněná společností Alfa Laval Corporate AB, Švédsko. 2003 Alfa Laval