Vervangende membranen
Service is de sleutel tot membraanscheiding
Maximaliseer uw winst met regelmatige service om de membranen in een uitmuntende werkingstoestand te houden.
Een introductie van membraanscheiding in zuivelbedrijven
Service is de sleutel tot membraanscheiding
Elk zuivelbedrijf is anders. Elke installatie is uniek en produceert aangepaste producten uit complexe organische stromen. Hoewel alle zuivelbedrijven melk verwerken, wijken de melkstromen af door individuele factoren zoals het ras van de koeien, verschillende koevoeding en verschillende omgevingscondities. In de zuivelindustrie wordt een zeer breed spectrum aan producten gefabriceerd waarbij membraanfiltratie vaak het sleutelproces vormt.
- Basiskwaliteit van melk, magere melk en room
- Verschillende soorten kazen met verschillende smaken
- Hoogwaardige eiwiiten van zoete wei
- Melkproducten met toegevoegde waarden, waaronder melk met een lange houdbaarheid
- Functionele voedsel- en voedingsproducten zoals zuigelingenvoeding en voedingsrepen
- Nutraceutica zoals sport- en prestatieproducten
- Medische producten voor vaccins en wondgenezing
- Verzorgingsproducten zoals shampoo en tandpasta
- Diervoeder
Cross-flow membraanfiltratie is de geaccepteerde technologie geworden voor het isoleren en concentreren van veel gevoelige zuivelbestanddelen. Het is een kosteneffectieve manier voor het produceren van zeer specifieke scheiding bij een lage temperatuur of omgevingstemperatuur zonder fasewisseling. Er bestaan verscheidene basistechnologieën die wijdverbreid worden gebruikt:
- Omgekeerde osmose is een energie-efficiënt ontwateringsproces dat vaak wordt gebruikt voor het vooraf concentreren van zuivel- en voedselstromen vóór verdamping.
- Nanofiltratie kan zeer specifieke scheidingen van componenten met een laag moleculair gewicht bereiken, wordt gebruikt voor het terugwinnen van gehydroliseerde eiwitten, de concentratie van suikers en ontassing van zuivelproducten.
- Ultrafiltratie wordt gebruikt om componenten met een gemiddeld tot hoog moleculair gewicht, zoals zuiveleiwitten, carbohydraten en enzymen te concentreren en te zuiveren.
- Diafiltratie wordt vaak gekoppeld aan ultrafiltratie voor aanvullende productterugwinning waarbij gebruik wordt gemaakt van waterinjectie om oplosbare stoffen te verwijderen en te zorgen voor een wash-out van materiaal met een laag moleculair gewicht.
- Bij microfiltratie worden bacteriën en sporen uit melk verwijderd, worden zwevende deeltjes gescheiden, melkeiwitten gefractioneer en reinigingschemicaliën terug gewonnen.
Scheidingsmembranen zijn vervaardigd van verschillende materialen, waarbij polymeer membranen het meest gebruikelijk en kosteneffectief zijn voor zuiveltoepassingen. Polymeer membranen zijn beschikbaar in spiraalwikkeling voor hoge volume-toepassingen met minimale of geen zwevende deeltjes. Buisvormige configuraties zijn bestand tegen plugging en worden gewoonlijk gebruikt bij zwevende deeltjes of vezelverbindingen. Polymeer membranen met holle vezels hebben een extreem hoge verpakkingsdichtheid en een open kanaal-ontwerp dat ideaal is voor vloeistofstromen met een laag droge stofgehalte waarbij terugspoelen van de permeaatzijde vereist is. Voor kracht en weerstand tegen extreme condities van pH, temperatuur of oplosmiddelen zijn anorganische membranen van keramiek of roestvrij staal de keuzematerialen. Keramische membranen worden vaak in microfiltratie gebruikt voor het verwijderen van bacteriën en sporen.
Gebruikelijke toepassingen voor membraanscheiding in de zuivelindustrie omvatten:
- Productie van hoogwaardig weiproteïneconcentraat (WPC) en weiproteïne-isolaat (WPI)
- Eiwitstandaardisering van melk voorafgaand aan kaasproductie om de opbrengst te vergroten
- Concentratie en demineralisatie van wei om de energiekosten te verlagen
- Reductie van BOD/COD-belasting van verdampercondensaat en permeaat stromen om de kosten voor de behandeling van afvalwater te verlagen
- Reiniging van zoutpekel
- Verwijdering van bacteriën en/of sporen uit melk of wei
- Clean-in-place (CIP) van loog- en/of zuurzuivering en hergebruik
Het reinigingsdilemma
Reiniging is een zeer belangrijk onderdeel bij melkverwerking, aangezien melk zeer snel vervuilt en gifstoffen en bacteriën produceert. Vanwege de aard van de melkstroom vervuilen verwerkingsinstallaties en moeten deze dagelijks worden gereinigd. Er kunnen complexe opgehoopte producten ontstaan uit organische melkstromen waardoor het reinigen wordt bemoeilijkt. Vaak behandelen zuivelbedrijven de invoer voor om vervuiling te minimaliseren.
Gebruikelijke CIP-systemen vereisen drie factoren voor een goede reiniging: turbulente stroming, chemische concentratie en hoge temperaturen. De meeste polymeer spiraalvormige membraanelementen zijn qua temperatuur beperkt tot 50°C. Er gelden tevens pH-beperkingen aangezien het membraanmateriaal meestal gegoten is op een polyester achtergrond. Deze achtergrond raakt zeer snel gehydroliseerd bij een hoge en lage pH; een geconcentreerde chemische reiniging is dan ook niet wenselijk. Membranen worden tevens ietwat beperkt door hun structurele integriteit en bestendigheid tegen de hoge snelheid en turbulentie van reinigingsprocessen. Dit betekent dat alle drie de factoren die worden vereist voor een goede reiniging beperkt zijn.
De afgelopen tien jaar zijn grote sprongen gemaakt om het reinigen eenvoudiger te maken, en voorzichtiger, terwijl de effectiviteit blijft gehandhaafd. Dit heeft een grootschaliger gebruik van membraanscheiding mogelijk gemaakt en heeft bepaalde reinigingsproblemen geëlimineerd. Deze nieuwe systemen gebruiken een mild bijtend middel met enzymen dat helpt de vervuilende moleculen en chelators af te breken, en de afgebroken producten vast te houden in de oplossing.
Over het algemeen vereisten membraanscheidingssystemen een lagere begininvestering; het zijn de reinigingsvereisten die de bedrijfskosten opdrijven. Reinigingsprocedures moeten strikt en met weinig afwijking worden opgevolgd. Onderhoud is van groot belang om te garanderen dat bedieners in zuivelbedrijven de installatie correct bedienen en adequaat reinigen volgens de richtlijnen.
Bepaalde typen membranen kunnen met chloor worden gereinigd, maar de meeste, waaronder polymeer membranen, zijn niet geschikt voor chloorbehandeling. Hedendaagse zuivelbewerkingen beschikken over gescheiden systemen zodat chloor niet in contact komt met de polymeer membranen en geen schade kan veroorzaken.
De benodigdheden voor goede service
De hoofdelementen die een uitgebreid servicepakket vormen voor een leverancier van filtratiemembranen: training; supervisie; vervangingsmembranen; en procestest, ontwikkeling en ontwerp.
Training
Wanneer een membraanfiltratieproces de eerste maal wordt geïntroduceerd in een installatie is het van belang voor de leverancier om de bedieners een uitgebreide training te geven over de procesparameters en de werking. Consistente operationele procedures zijn van groot belang voor een betrouwbare prestatie van de membraanscheidingsystemen en de training wordt dan ook gewoonlijk bij de installatie gegeven. Zodra het systeem loopt, brengen GEA-technici regelmatig een bezoek gedurende de levensduur van de installatie, om ervoor te zorgen dat de beste praktijken nog steeds worden uitgevoerd en, indien dit niet het geval is, dat er corrigerende handelingen worden getroffen. Op deze manier kan een optimale scheidingsprestatie worden gehandhaafd.
Supervisie en optimalisatie
Een juiste werking van het zuivelscheidingsproces zal de levensduur van de membranen verlengen en de productkwaliteit verhogen. Membranen slijten geleidelijk bij constant gebruik en de kwaliteit van het eindproduct zal naar verloop van tijd verslechteren. Bij de concentratie van zuiveleiwitten kan het eiwitniveau bijvoorbeeld 99,5% zijn aan het begin, maar wel tot 1% dalen na twee weken. Het punt waarop het membraan moet worden vervangen is afhankelijk van het vereiste eiwitiveau, de waarde van het verloren product, afvalvereisten en andere downstream processen.
GEA werkt nauw samen maar haar klanten om het optimale tijdstip voor vervanging te bepalen door een economische analyse te maken en een balans op te maken van verlies en winst door de membraankosten zodat het zuivelbedrijf een maximale winst behaalt.
Vervangende membranen
Organische membranen hebben een beperkte levensduur en moeten periodiek worden vervangen, gewoonlijk een- tot tweemaal per jaar, naar gelang de verwerkingssnelheden en condities. GEA heeft vervangingsmembranen op voorraad en werkt samen met technici van het zuivelbedrijf om een vervangingsgeschiedenis bij te houden en te voorspellen wanneer nieuwe membranen nodig zijn.
Als er sprake is van een noodlottige storing van een membraan - b.v. als een polymeer membraan onjuist is gereinigd of is onderworpen aan extreme condities - dan is het van belang de membranen snel te vervangen om stilstandtijd te minimaliseren. Dit kan soms zonder duidelijke waarschuwing optreden. GEA beschikt over een centrale opslag voor membranen, heeft consignatievoorraden bij fabrikanten en bewaart vervangingsmembranen op strategische klantlocaties zodat er zo snel mogelijk kan worden gereageerd.
Procestests, ontwikkeling en ontwerp
GEA werkt vanaf de procesontwikkelingsfase samen met haar klanten om marktleidende producten te kunnen fabriceren op de meest efficiënte en duurzame manier. GEA kan met haar ervaring en kennis klanten helpen bij het ontwerpen en snel en effectief op de markt brengen van nieuwe producten. Pilot tests kunnen bijvoorbeeld op de beste manier een bepaalde stof isoleren in een processtroom. Pilot plants van GEA zijn beschikbaar op het hoofdkantoor van het bedrijf in Hudson, Wisconsin of kunnen worden gehuurd voor tests op locatie.
Als een klant een proces wil uitvoeren zonder tests, kunnen ingenieurs van GEA een installatie ontwerpen en een voorstel maken dat is gebaseerd op capaciteit en productkwaliteit.
Servicemodellen voor optimale werking
GEA gebruikt haar proceskennis om voorspellende serviceprogramma's voor haar klanten te ontwikkelen. Door haar onafhankelijkheid te handhaven is GEA in staat membranen te bevoorraden via de meest geschikte leveranciers voor elke toepassing en om aan elke behoefte van de klant te voldoen. Deze onafhankelijkheid, in combinatie met de leidende technologie van GEA, maakt GEA een krachtige servicepartner voor zuivelverwerkende bedrijven over de hele wereld.
GEA heeft een membraanserviceprogramma met drie serviceniveaus dat is ontwikkeld om te voldoen aan de behoeften van elk zuivelbedrijf of andere verwerker die gebruikmaakt van membraanfiltratie. De drie serviceniveaus zijn: het membraanvervangingsprogramma, de membraanserviceovereenkomst en het membraanonderhoudsprogramma.
Membraanvervangingsprogramma
GEA levert membranen die de procesprestatie verbeteren tegen een concurrerende prijs. De membranen kunnen, indien nodig, uit voorraad op korte termijn worden geleverd. GEA heeft relaties met alle grote membraanleveranciers en kan haar koopkracht inzetten voor de beste prijzen en maximale garanties. Het programma omvat bezoeken van servicetechnici van GEA met zeer veel ervaring, wiens advies en aanbevelingen klanten vaak kunnen helpen hun winst te verhogen. Dit plan is beschikbaar voor elk zuivelbedrijf, ook voor bedrijven die oorspronkelijk bij een andere leverancier hebben gekocht.
Membraanserviceovereenkomst
Naast de voordelen van het membraanvervangingsplan, voorziet deze middelhoge service van GEA in servicetechnici en ingenieurs die de klant helpen bij de uitvoering van procesaudits en aanbevelingen doen om de prestatie van alle filtratiesystemen in de installatie te verhogen. De klant heeft tevens toegang tot de ontwerp- en process engineering-groep van GEA voor advies en raadgevingen.
Membraanonderhoudsprogramma
Dit is het hoogste serviceniveau dat alle kenmerken omvat van het membraanvervangingsplan met het aanvullende voordeel van een servicecontract, gewoonlijk voor drie jaar. Onder dit contract levert GEA een toegewijde servicetechnicus die samenwerkt met de klant in ruil voor een maandelijkse vergoeding. De technicus zorgt ervoor dat alle membranen en processystemen in perfecte staat zijn en goed werken. Door constante observatie kan de servicetechnicus alle benodigde informatie verzamelen om de vervangingstijd te optimaliseren en het werk dienovereenkomstig te plannen.
In dit programma wordt tevens voorzien in een technicus op oproep voor spoedhulp als dit nodig mocht zijn.
Door verantwoordelijkheid te nemen voor problemen onder dit programma is het in het belang van GEA om ervoor te zorgen dat de technicus de werking van de installatie zeer goed in de gaten houdt en nauw samenwerkt met de bedieners om te garanderen dat de beste praktijken te allen tijde worden uitgevoerd. Dit programma omvat tevens een jaarlijkse training voor de bedieners.
Het membraanonderhoudsprogramma heeft een aantal belangrijke voordelen voor de klant:
- Het servicebedrijf is verantwoordelijk voor de membraanprestatie, en zorgt ervoor dat alle membranen blijven werken op een optimaal niveau voor maximale winst.
- Het risico van een membraanstoring ligt bij het servicebedrijf.
- De klant heeft een vast budget waarbij kapitaalkosten voor membraanvervanging worden omgezet in een maandelijkse bedrijfsuitgave, eenvoudiger voor accounting en budgettering.
- Terwijl de technologie verbetert kan GEA Filtration wijzigingen aanbevelen om werkingen te verbeteren.
- Het serviceprogramma is toegesneden op elke afzonderlijke klant.
De resource wordt gevormd door toegewijde servicetechnici van GEA die het bedrijf op vele niveaus aangepaste service kunnen bieden. Hun belangrijkste taak is om van installatie naar installatie te reizen en de faciliteiten te handhaven door middel van membraanonderhoud en overige gemaakte overeenkomsten. Dit permanente personeel wordt gevormd door getrainde experts, elk met 10 - 15 jaar ervaring in het onderhoud van membraanscheidingssystemen. Zij werken elke dag met membraanscheidingen, het aanbrengen van membranen, het trainen van bedieners, het beoordelen van proceslogboeken en het onderhouden van contact met klanten. Zij hebben zeer veel ervaring zodat zij de meeste gebruikelijke problemen kunnen vaststellen door de membranen te bekijken. Servicetechnici hebben tevens verstand van wettelijke vereisten en rapportages en zijn bekend met processystemen.
Alle servicetechnici van GEA Filtration hebben een technische praktijkachtergrond en beschikken over de vaardigheden, het intellect, de capaciteit en het technische brein om installaties te onderzoeken en problemen vast te stellen. Elke servicetechnicus werkt in een toegewezen gebied en bouwt een nauwe werkrelatie op met de klanten in dat gebied.
De servicetechnici worden ondersteund door een grote process engineering-afdeling op het hoofdkantoor van GEA in Hudson, Wisconsin. Bij een ongebruikelijk probleem biedt de afdeling process engineering advies en ondersteuning. De ingenieurs stellen gedetailleerde vragen om een probleem vast te stellen en bezoeken, indien nodig, de installaties. Deze afdeling houdt zich tevens bezig met ontwikkeling, procesontwerp en dimensionering van nieuwe systemen op basis van pilot plant-gegevens. Ingenieurs bevelen zo nodig verplaatsbare pilot plants aan voor tests op klantlocaties.
Engineering, ontwerp, fabricage en installatie van membraanfiltratiesystemen zijn allemaal zeer belangrijk. Maar de dagelijkse werking, het dagelijkse onderhoud en dagelijkse service vormen de sleutel voor het handhaven van winstgevende zuivelbedrijven.
Downloads
GEA-inzichten
In for the better: Community engagement at GEA
To support community engagement, GEA offers employees one day of paid time off per year.
How a digital rotary parlor supports sustainable dairy farming
How do you lead a dairy farm into the next generation while ensuring a sustainable future and animal welfare while managing increasing complexity? This is a question almost every dairy farmer around the world must consider. The...
A strategy for the better: CEO interview on GEA's Mission 30
After reaching its Mission 26 targets two years early, GEA launches Mission 2030 strategy with focus on growth, value and making a positive impact.
