Roma, 21 Novembre 2006 SIERO DI LATTE TRATTAMENTO E VALORIZZAZIONE NEL RISPETTO DELL AMBIENTE Processi di Separazione con membrane Ingegneria dei sistemi a membrana in pressione 1
ORIGINAL EQUIPMENT MANUFACTURER 2
OPERAZIONI UNITARIE DI SEPARAZIONE SEPARAZIONI CON AGGIUNTA O CREAZIONE DI FASE SEPARAZIONI TRAMITE AGENTE SOLIDO SEPARAZIONI TRAMITE BARRIERA FISICA 3
SEPARAZIONE TRAMITE AGGIUNTA/CREAZIONE DI FASE DISTILLAZIONE EVAPORAZIONE ASSORBIMENTO STRIPPING ESTRAZIONE LIQUIDO-LIQUIDO ESSICCAMENTO CRISTALLIZZAZIONE LISCIVIAZIONE SUBLIMAZIONE 4
SEPARAZIONE TRAMITE AGENTE SOLIDO ADSORBIMENTO CROMATOGRAFIA SCAMBIO IONICO 5
SEPARAZIONE TRAMITE BARRIERA FISICA OSMOSI DIRETTA OSMOSI INVERSA NANOFILTRAZIONE ULTRAFILTRAZIONE MICROFILTRAZIONE DIALISI PERVAPORAZIONE GAS PERMEAZIONE MEMBRANE LIQUIDE 6
SPETTRO DI FILTRAZIONE 1 nm = 10 Å 10-10 m = 1 Å 10-10 m (Å) 10-3 nm 10-3 µm 10-3 mm 10-3 m 10-12 m 10-9 m 10-6 m pm nm µm mm cm dm m OSMOSI INVERSA FILTRAZIONE PARTICELLARE MICROFILTRAZIONE ULTRAFILTRAZIONE NANOFILTRAZIONE Le tecniche di Filtrazione FILTRAZIONE DEAD-END FILTRAZIONE TANGENZIALE 7
DEAD-END END FILTRATION FEED STREAM DEAD-END FILTRATION 8
DEAD-END END FILTRATION FEED STREAM FILTRATO SPESSORE DEL MATERIALE DEPOSITATO FLUSSO 9
CROSS-FLOW FILTRATION FEED STREAM REJECT STREAM CROSS-FLOW FILTRATION 10
CROSS-FLOW FILTRATION FILTRATO FEED STREAM FILTRATO FLUSSO SPESSORE DEL MATERIALE DEPOSITATO 11
MATERIALI UTILIZZATI PER LA REALIZZAZIONE DELLE MEMBRANE MATERIAL Alumina/Titania/Zirconia (ceramic membrane) Carbon-carbon Composites Cellulose Esters (Mixed) Cellulose Nitrate Polyamide, aliphatic (e.g. nylon) Polycarbonate (track-etch) Polyester (track-etch) Polypropylene Polytetrafluoroethylene (PTFE) Polyvinyl chloride (PVC) Polyviniylidene fluoride (PVDF) Sintered Stainless steel Cellulose (regenerated) Polyacrylonitrile (PAN) Polyvinyl alcohol (PVA) Polysulfone (PS) Polyethersulfone (PES) Cellulose acetate (CA) triacetate (CTA) Polyamide aromatic (PA) Polyimide (PI) CA/CTA blends Composites, polymeric thin film (e.g.pa, PES) Polybenzimidazole (PBI) Polyetherimide (PEI) MF UF RO 12
CONFIGURAZIONE GEOMETRICA DELLE MEMBRANE Membrane Polimeriche PIANA SPIRALE AVVOLTA TUBOLARE CAPILLARE Membrane Ceramiche TUBOLARE CAPILLARE 13
MEMBRANA PIANA SCANSIONE AL MICROSCOPIO ELETTRONICO 14
REALIZZAZIONE DELLA SPIRALE AVVOLTA Lato Retentato Tubo del Permeato Larghezza Adesivo Permeato FEED Lato Permeato Membrane I lati 1,2,3 sono incollati. Il lato 4 del sandwich è incollato al tubo forato del permeato. Lo spaziatore di alimentazione è posizionato sopra il sandwich di membrana prima che la membrana sia avvolta a spirale. L alimentazione è pompata da entrambe i lati del sandwich di membrana. 15
MODULI A SPIRALE AVVOLTA 16
MODULI A SPIRALE AVVOLTA DIMENSIONE ELEMENTI Elemento Numero modello Diametro (pollici) Lunghezza (pollici) P.W.T. ID 3838 3.8 38 3,8 3838.75 3850 3.8 3.8 38.75 50 3851 3.8 51 4333 4.3 33 4335 4.3 35 4335.5 4.3 35.5 4,3 4336 4338 4.3 4.3 36 38 4350 4.3 50 4351 4.3 51 4355 4.3 55 5,8 5838 5.8 38 1.138 6,3 6338 6356 6.3 6.3 38 56 1.138 1.138 8038 8.0 38 1.138 8 8238 8.2 38 1.138 8338 8.3 38 1.138 10 10338 10.3 38 1.138 17
18 Certificato n MODULI A SPIRALE AVVOLTA MODULI A SPIRALE AVVOLTA AREA ELEMENTI AREA ELEMENTI (square square feet feet) 324 384 493 655 n/a 10338 0 205 253 319 396 447 8338 181 240 310 389 440 8238 168 205 258 330 372 8038 8 165 201 259 345 357 6356 109 133 171 228 236 6338,3 90 109 136 180 186 5838,8 78 90 109 147 166 4355 72 83 101 136 154 4351 71 81 99 133 150 4350 58 66 88 105 112 4338 55 63 83 100 108 4336 54 63 82 97 104 4335.5 53 61 79 95 100 4335 50 58 74 87 96 4333,3 53 77 104 121 114 3851 52 75 102 118 111 3850 39 46 60 77 89 3838.75 39 47 56 76 88 3838,8 80 65 46 31 24 Spaziatore alimentazione ( mils) Elementi
MODULI A SPIRALE AVVOLTA ORTATA DI ALIMENTAZIONE RACCOMANDATA Elementi 24 Spaziatore alimentazione ( mils) 31 46 65 80 3,8 m 3 /h gpm 6 26 6 26 7 32 9 38 10 44 4,3 m 3 /h gpm 7 32 8 34 9 42 11 49 13 59 5,8 m 3 /h gpm 13.4 59 14.0 62 16.8 74 19.8 87 23.1 102 6,3 m 3 /h gpm 17 75 18 78 21 93 24 106 28 123 8 m 3 /h gpm 27 118 26 113 32 140 37 164 43 190 10 m 3 /h gpm n/a n/a 51 224 61 268 70 307 83 366 19
20 Certificato n MODULI A SPIRALE AVVOLTA MODULI A SPIRALE AVVOLTA DIMENSIONE DEGLI ELEMENTI 20 43 1.138 38 10.3 10338 18 40 1.138 38 8.3 8338 17.5 38 1.138 38 8.2 8238 17.2 38 1.138 38 8.0 8038 11 24 1.138 56 6.3 6356 7 16 1.138 38 6.3 6338 7 15 1.138 38 5.8 5838 7 16 55 4.3 4355 7 15 51 4.3 4351 7 15 50 4.3 4350 5.4 12 38 4.3 4338 5.2 11 36 4.3 4336 5.2 11 35.5 4.3 4335.5 5.2 11 35 4.3 4335 5.0 11 33 4.3 4333 6.3 14 51 3.8 3851 5.9 13 50 3.8 3850 4.5 10 38.75 3.8 3838.75 4.5 10 38 3.8 3838 (Kg) (lb) Peso Diam.Interno (pollici) Lunghezza (pollici) Diam.Esterno (pollici) Modello Descrizione Elementi
MEMBRANE TUBOLARI POLIMERICHE 21
MEMBRANE CAPILLARI POLIMERICHE 22
MEMBRANE CAPILLARI POLIMERICHE 23
LE MEMBRANE CAPILLARI POLIMERICHE 24
MEMBRANE CERAMICHE 25
SCANSIONE ELETTRONICA MEMBRANA CERAMICA PORE GRADE 0,2 micron 0,8 micron 12 micron (Support) 0,05 micron 0,2 micron Support 26
STRATO SOTTILE COMPOSITO MEMBRANE CON SINGOLO COMPONENTE STRATO DENSO (MEMBRANA) 0,2 micron Acetato di Cellulosa 99,8 micron MATRICE POROSA MEMBRANA COMPOSITA A DUE COMPONENTI Poliammide STRATO DENSO (MEMBRANA) 0,04 0,1 micron 75 micron Polisulfone SUPPORTO POROSO 27
BILANCIO DI MATERIA F,C F MEMBRANA P, C P R, C R F P R Portate C F C P C R Concentrazioni EQUAZIONE DEL BILANCIO Q F *C F = Q R *C R + Q P *C P Feed Retent. Perm. 28
PARAMETRI FONDAMENTALI PORTATA DI ALIMENTAZIONE PRESSIONE TEMPERATURA REIEZIONE % R= rapporto di recupero/resa (anche VCR) 29
STANDARD BATCH FILTRATION Permeate FILTRAZIONE DISCONTINUA CON RICIRCOLO COMPLETO DEL RETENTATO Configurazione indicata per concentrare una determinata quantità di soluzione nel minor tempo possibile con la minima superficie filtrante di membrana. Il prodotto desiderato è in genere il concentrato 30
SINGLE-PASS FILTRATION FILTRAZIONE CONTINUA O DISCONTINUA SENZA RICIRCOLO DEL RETENTATO Configurazione tipica per sistemi di MF e UF dove il tempo di residenza deve essere minimo. Richiede grandi superfici filtranti con J V bassi e ridotti VCR. 31
CHRISTMAS TREE SINGLE-PASS PERMEATO FEED RETENTATO 32
FEED-AND AND-BLEED OPERATION FILTRAZIONE CONTINUA CON PARZIALE ESTRAZIONE DEL RETENTATO Configurazione a margine tra filtrazione Batch e Single-Pass, indicata quando si desidera immediatamente raggiungere la concentrazione finale. Le condizioni di lavoro sono quelle del 33 fine Batch con J inferiore al J medio
MULTISTAGE FILTRATION FILTRAZIONE CONTINUA CON PARZIALE ESTRAZIONE DEL RETENTATO Configurazione multistage Feed-and-Bleed indicata per lavorare con cicli separativi più lunghi (18-22 ore) rispetto al Batch (14-16 ore) senza problemi di crescita batterica o di denaturazione del prodotto. L ultimo stadio lavora ad alte concentrazioni con 34 J più bassi a parità di area filtrante
CONFIGURAZIONE MULTISTADIO GENERALIZZATA CONCENTRATO PERMEATO WASTE WATER PIT 102 FI 101 PIT 103 FIT 100 PT 100 FIT 100 M WATER PIT 101 35
IMPIANTO PILOTA INDUSTRIALE 36
APPROACH tep1 Data analysis (*) Feasibility study Rough estimation of investment s and running costs tep 2 Lab tests for : membrane and operational parameters selection calculation of investment s value and running costs tep 3 Pilot test on site ( worked out by a multipurpose plant) to: Check lab data and definition of operational parameters, cleaning procedures included Definition of investment value and running costs Final offer and supply conditions (**) tep 4 After sales services: maintenance on site assistance by remote control ) secrecy agreement signature if needed *) case by case we could guarantee a performance level 37
METODI DI REGOLAZIONE IMPIANTI A MEMBRANA UN METODO DI CONTROLLO COMUNEMENTE UTILIZZATO NEI ISTEMI DI SEPARAZIONE A MEMBRANA Pressione costante e rapporto di recupero costante. Portata di permeato variabile 38
OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI OPERATIVI NEGLI IMPIANTI A MEMBRANA 39
BILANCI DI MASSA PROCESSO DI UF SIERO VCR = 2 ALIMENTO RETENTATO (VCR = 2) PERMEATO % w/v Kg % w/v Kg % w/v Kg PROTEINE (vere) 0,6 30 1,19 29,90 0,004 0,10 NPN 0,2 10,0 0,23 5,95 0,16 4,05 LATTOSIO 4,5 225,0 4,76 118,91 4,24 106,09 CENERI 0,65 32,5 0,65 16,25 0,65 16,25 GRASSI 0,07 3,5 0,14 3,50 0,00 0,00 ACIDI (mix) 0,15 7,5 0,15 3,75 0,15 3,75.S.TOTALI 6,17 309 7,13 178,26 5,21 130,24 l/h 5.000 2.500 2.500 40
BILANCI DI MASSA PROCESSO DI UF SIERO VCR = 7,2 ALIMENTO RETENTATO (VCR = 7,2) PERMEATO % w/v Kg % w/v Kg % w/v Kg PROTEINE (vere) 1,4 2.828 9,97 2.794 0,02 34 NPN 0,1 200 0,1 28 0,1 172 LATTOSIO 12,54 25.368 12,54 3.513 12,54 21.855 CENERI 1,45 2.944 1,45 407 1,45 2.537 GRASSI 0,13 272 0,93 272 -- -- ACIDI (mix) 0,84 1.704 0,84 236 0,84 1468.S.TOTALI 16,46 33.336 25,63 7.250 14,95 26066 l/g 202.200 28.000 174.200 41
BILANCI DI MASSA PROCESSO DI OI SIERO VCR = 3,6 ALIMENTO RETENTATO (VCR = 3,6) PERMEATO % w/v Kg % w/v Kg % w/v Kg PROTEINE (vere) 0,54 1.414 1,96 1414 0,00 0,00 NPN 0,038 100 0,13 100 0,00 0,00 LATTOSIO 4,87 12.684 17,56 12.684 0,00 0,00 CENERI 0,58 1.510 1,98 1434 0,03 56 GRASSI 0,052 136 0,18 136 0,00 0,00 ACIDI (mix) 0,32 852 1,17 852 0,00 0,00.S.TOTALI 6,4 16.696 22,98 16.640 0,03 56 l/g 260.000 72.222 187.778 42
COSTI F- UF OI- NF SW HF TUB SW HF-TUB CERAMIC. SW HF-TUB Costo investimento al m 2 di membrana installata ( /m 2 ) 350 600 500 1000 1000 2500 300 500 300 800 = SPIRAL WOUND SPIRALE AVVOLTA = HOLLOW FIBER : CAPILLARE, FIBRA CAVA = TUBOLARE POLIMERICA Costo di gestione riferito alla % del costo di investimento 10 15% 10 20% 15 25% 5 15% 10 25% Costo di gestione riferito al m 3 di permeato prodotto ( /m 2 ) 0,4 0,8 0,80 2 1,5 3 0,20 0,60 0,25 0,90 43
WATER REUSE FOOD INDUSTRY 44
REVERSE OSMOSIS FOR PERMEATE POLISHING 45
APPLICAZIONI INDUSTRIALI SETTORE LATTIERO-CASEARIO FRAZIONAMENTO, RECUPERO E VALORIZZAZIONE DELLE COMPONENTI AD ALTO VALORE BIOLOGICO DEL SIERO (PROTEINE E LATTOSIO) MICROFILTRAZIONE DEL LATTE SCREMATO CONCENTRAZIONE DEL LATTE SCREMATO RECUPERO LATTE DALLE ACQUE DI PRIMO RISCIACQUO CONCENTRAZIONE E FRAZIONAMENTO DI SIERO E SCOTTA RIGENERAZIONE MEDIANTE ULTRAFILTRAZIONE DELLE SALAMOIA DI SALAGIONE (PRINCIPALMENTE FORMAGGI A CROSTA EDIBILE) OSMOSI INVERSA DEI CONDENSATI PURIFICAZIONE E CONCENTRAZIONE DEL CAGLIO CONCENTRAZIONE DI SIERO INNESTO 46
IL GRUPPO TORCHIANI 47