Serwis stanowi klucz separacji membranowej

Maksymalizacja zysków dzieki regularnym kontrolom zapewniajacym najlepszy stan pracy membran

Wstep

Kilka lat temu, duza fabryka sera w Stanach Zjednoczonych zastosowala instalacje ultrafiltracji wykorzystujaca membrany spiralnie zwijane dla odzyskiwania bialek serwatkowych. Instalacja zostala zaprojektowana do obróbki 2 milionów funtów serwatki na dzien, i produkcji 80% koncentratu bialek serwatkowych (WPC). Jednak po uruchomieniu okazalo sie, ze WPC zawiera tylko 75-77%.Koncentrat o nizszej jakosci musial zostac sprzedany na innym rynku po nizszej cenie, co kosztowalo mleczarnie utrate okolo $15.000 zysku miesiecznie.

Dyrektor mleczarni próbowal róznych sposobów, jednak dostawca urzadzen nie mógl znalezc rozwiazania. W koncu zwrócil sie do GEA Filtration. Doswiadczony personel natychmiast udal sie na miejsce, ocenil sytuacje i odnalazl blad w zaprojektowanym procesie. Personel zalecil pewne zmiany, pomógl je wdrozyc, a takze przeszkolil pracowników mleczarni jak obslugiwac instalacje w wyniku, czego otrzymano koncentrat WPC 80%.

Nie jest to jedyny przyklad utraty zysków wynikajacy ze zlego projektu instalacji, niewlasciwej obslugi i braku wiedzy na temat serwisowania systemów separacji membranowej. Nawet w zwyklych warunkach pracy, regularny serwis pozwala utrzymac wydajnosc instalacji na najwyzszym poziomie, zapewniajac najwyzsze zyski z odzyskiwania wartosciowych frakcji.

Podstawy filtracji membranowej w mleczarstwie

Nie ma dwóch takich samych mleczarni. Kazda instalacja jest wyjatkowa i produkuje wlasne produkty ze skomplikowanych strumieni organicznych. Mimo, ze wszystkie mleczarnie zajmuja sie obróbka mleka, strumienia mleka sa rózne, w zaleznosci od indywidualnych czynników takich jak rasa krów, ich diety i rózne warunki otoczenia. Mleczarstwo zajmuje sie produkcja szerokiej gamy produktów:

• Podstawowe klasy mleka, mleko odtluszczone i smietanka.
• Rózne typy serów o róznych smakach.
• Wysoko wartosciowe bialka z serwatki slodkiej
• Produkty mleczne wartosci dodanej, lacznie z mlekiem o przedluzonej trwalosci
• Odzywki dla niemowlat i batony.
• Nutraceutyki, takie jak produkty dla sportowców i produkty zwiekszajace wydajnosc.
• Produkty medyczne do szczepionek i leczenia ran.
• Produkty do higieny osobistej takie, jakie jak szampony i pasty do zebów.
• Pasza dla zwierzat.

Procesy filtracji membranowej typu cross-flow sa uznawane za najlepsza technologie separacji wielu trudnych separacji mlecznych. Istnieje kilka podstawowych technologii bedacych w szerokim uzyciu:

• Odwrócona osmoza stanowi energooszczedny proces odwadnia, czesto stosowany do zageszczania produktów mlecznych lub strumieni pozywienia przed odparowaniem.
• Nanofiltracja umozliwia osiagniecie bardzo specyficznych separacji komponentów o niskiej masie czasteczkowej, jest wykorzystywana do odzyskiwania hydrolizowanych protein, zageszczania cukrów i odpopielania produktów mleczarskich.
• Ultrafiltracja jest wykorzystywana do zageszczania oczyszczonych komponentów o sredniej lub duzej masie czasteczkowej takich jak bialka mleczne, cukry i enzymy.
• Diafiltracja jest czesto powiazana z ultrafiltracja dla dodatkowego odzyskiwania produktów, przy uzyciu strumieni wody usuwajacych substancje rozpuszczone i wymywania materialów o niskiej masie czasteczkowej.
• Mikrofiltracja pozwala usunac z mleka bakterie i zarodniki, usuwa czasteczki zawieszone i frakcjonuje proteiny mleczne, a takze umozliwia odzyskiwanie srodków myjacych.

Membrany do separacji sa wykonane z róznych materialów, a najpopularniejsze i najbardziej ekonomiczne dla typowych zastosowan w mleczarstwie sa membrany polimerowe. Membrany polimerowe, spiralnie zwijane, sa stosowane do instalacji o duzym przeplywie z minimalnym lub calkowitym brakiem zawiesiny. Konfiguracje rurowe sa odporne na zapychania, dlatego stosuje sie je tam gdzie wystepuja zawiesiny lub elementy wlókniste. Membrany kapilarne wykonane z polimerów charakteryzuja sie wysokim zageszczeniem i otwartymi kanalami zaprojektowanymi dla strumieni cieczy o niskiej gestosci, wymagajacych mycia wstecznego od strony permeatu. W przypadku ekstremalnych warunków pH, temperatury czy rozpuszczalników, stosuje sie membrany nieorganiczne ceramiczne lub ze stali kwasoodpornej. Membrany ceramiczne stosuje sie zazwyczaj do mikrofiltracji I usuwania bakterii i zarodników.

Typowe zastosowania separacji membranowej w przemysle mleczarskim to:

• Produkcja wysokowartosciowego koncentratu bialek serwatkowych (WPC) i izolatu bialek serwatkowych (WPI).
• Standaryzacja bialkowa mleka przed produkcja sera, dla zwiekszenia wydajnosci.
• Zageszczanie i demineralizacja serwetki dla ograniczenia kosztów energii.
• Ograniczenie obciazenia BZT i ChZT z kondensatu wyparki i strumieni permeatu dla obnizenia kosztów obróbki scieków.
• Mycie solankowe.
• Usuwanie bakterii i/lub spor z mleka lub serwatki.
• Mycie CIP kaustyczne i/lub klaryfikacja kwasu i ponowne uzycie.

Dylemat mycia

Mycie stanowi bardzo wazna czesc procesu obróbki mleka, poniewaz mleko latwo sie psuje, produkujac toksyny i bakterie. Ze wzgledu na nature strumienia mleka, instalacje procesowe ulegaja zanieczyszczeniom i wymagaja codziennego czyszczenia. Zlozone, nagromadzone produkty z strumieni organicznego mleka moga utrudniac mycie. Zazwyczaj mleczarnie poddaja zasilanie obróbce wstepnej, aby zminimalizowac zanieczyszczenia.

Standardowe systemy mycia CIP, wymagaja spelnienia trzech warunków, aby instalacja zostala prawidlowo umyta: przeplywu turbulentnego, koncentratów myjacych i wysokiej temperatury. Wiekszosc spiralnie zwijanych membran polimerowych jest ograniczona temperaturami do 50ºC (122ºF). Istnieja równiez ograniczenia zwiazane z pH poniewaz material membranowy jest odlany na polimerowym podkladzie. Bardzo latwo hydrolizuje on przy wysokim badz niskim pH, dlatego mycie stezonymi srodkami nie jest wskazane. Ze wzgledu na integralnosc strukturalna, predkosc i turbulencje akceptowane przez membrany sa równiez w pewnym stopniu ograniczone. Tak wiec, aby mycie bylo prawidlowe, nalezy uwzglednic powyzsze warunki.

Na przestrzeni ostatnich 10 lat, poczyniony zostal ogromny postep jesli chodzi o ulatwienia mycia, stalo sie ono delikatniejsze, przez co bardziej efektywne. Dzieki temu membrany sa powszechniej wykorzystywane, a niektóre z problemów zwiazanych z nieprawidlowym myciem, zostaly wyeliminowane. Do wlasciwego mycia potrzebny jest lagodny roztwór soli, z enzymami pomagajacymi rozbic czasteczki zanieczyszczajace i zwiazki chelatowe utrzymujace rozbite produkty w roztworze.

Systemy separacji membranowej charakteryzuja sie zazwyczaj niskimi poczatkowymi kosztami inwestycyjnymi ale wyzszymi kosztami pracy, ze wzgledu na koszty zwiazane z myciem. Nalezy ustalic procedury mycia i scisle ich przestrzegac, dopuszczajac jedynie nieznaczne odchylenia. Dlatego wlasnie serwis ma kluczowe znaczenie, poniewaz pozwala sie upewnic, ze personel prawidlowo obsluguje instalacje i myje ja zgodnie ze zaleceniami.

Tylko niektóre typy membran moga byc myte chlorem, inne go nie toleruja. Dziesiec lat temu serwisy membranowe otrzymywaly kilka telefonów rocznie poniewaz "ups" ktos przez przypadek dodal chloru do systemu i uszkodzil membrany. W dzisiejszych czasach systemy sa tak skonstruowane, ze chlor nie ma dostepu do membran polimerowych. W ciagu ostatniego dziesieciolecia znaczaco podniósl sie stopien zaufania.

Podstawy dobrego serwisu

Istnieje kilka rzeczy, jesli chodzi o serwis, których wlasciciel mleczarni powinien wymagac od dostawcy membran filtracyjnych. Mozna je podzielic na cztery kategorie: szkolenie; nadzór / optymalizacja; membrany zapasowe; i testowanie procesu / rozwój / projekt.

Szkolenia: Kiedy proces filtracji membranowej jest po raz pierwszy stosowany w danej instalacji, operatorzy zazwyczaj nie wiele wiedza na temat parametrów procesu i jego dzialania. Pierwsza usluga wymagana od firmy filtracyjnej jest odpowiednie szkolenie zarówno nadzorców jak i operatorów. Wlasciwa obsluga jest niezbedna do prawidlowej pracy systemów filtracji membranowej. Poniewaz wlasciciele nie sa w stanie nadzorowac kazdego mikroprocesu w instalacji, niezbedna jest dobra firma serwisowa. Regularne odwiedziny serwisantów przyczynia sie do lepszego wyszkolenia personelu i naprawienia ewentualnych zlych nawyków jakie mogli wyksztalcic operatorzy.

Zazwyczaj, gdy wlasciciel mleczarni decyduje sie na wprowadzenie procesu filtracji membranowej, dostawca projektuje system i zapewnia jego montaz lub nadzór nad montazem. W ramach asysty przy uruchomieniu, firma serwisowa przeszkoli operatorów, tak aby umieli zapewnic najefektywniejsza prace instalacji. Po uruchomieniu procesu przedstawiciel techniczny producenta membran powinien w przeciagu miesiaca-trzech odwiedzic mleczarnie i skontrolowac przebieg procesu. Czesto zdarza sie, ze nasi serwisanci zauwazaja przeoczenie przez operatorów pewnych istotnych punktów szkolenia badz rozwiniecie zlych nawyków majacych negatywny wplyw na wydajnosc instalacji. Im szybciej takie nieprawidlowosci zostana zidentyfikowane i naprawione, tym lepsze beda wyniki dzialania instalacji. Nawet w przypadku procesów stosowanych od lat, okresowe wizyty serwisantów sa przydatne i zapewnia prawidlowa prace urzadzen.

Nadzór i optymalizacja: Prawidlowa obsluga procesu separacji w mleczarstwie przedluzy dlugosc zycia membran. W wyniku stalej pracy membrany beda ulegaly stopniowemu zuzyciu i w pewnym momencie jakosc koncowego produktu przestanie byc zadowalajaca. Przykladowo, pierwszego dnia w zageszczeniu bialek mlecznych zatrzymanie bialek moze wynosic 99,5%. Po tygodniu-dwóch, spadnie do 99,4%, i bedzie sie zmniejszac do momentu, w którym nastapi koniecznosc wymiany membrany. Koniecznosc ta zalezy od wartosci bialek. Jezeli wartosc straconych bialek siega kosztu nowego zestawu membran, wówczas najbardziej ekonomiczna bedzie ich wymiana. Decyzja o koniecznosci wymiany membran zalezy od stosowanych procedur, wartosci produktu, standardów sciekowych jak równiez innych czynników.

Jak mówi Rick Kaepernick z VP Operations fdla Hilmar Cheese Company w Hilmar w Kalifornii -Wspólnie z GEA Filtration decydujemy kiedy nalezy wymienic membrany. Jest to decyzja zespolowa.

Czesto kierownictwo mleczarni decyduje sie na wymiane membran, jednak zdarza sie tez, ze próbuja oni odwlec te koniecznosc nie biorac pod uwage konsekwencji finansowych zwiazanych ze strata wartosciowego produktu. Dobra firma serwisowa pomaga w przeprowadzeniu analiz oplacalnosci wymiany membran, porównujac utrate zysków z kosztem membran. Jest to nieoceniona pomoc dla mleczarni szukajacych sposobu na osiagniecie maksymalnych zysków.

Membrany zapasowe: Jak wspomniano powyzej, membrany organiczne maja ograniczona zywotnosc i wymagaja okresowej wymiany, zazwyczaj raz lub dwa razy do roku, w zaleznosci od procesu i jego warunków. Im lepiej serwisanci sa obeznani z dana mleczarnia i znaja historie wymian, tym dokladniej potrafia przewidziec, kiedy zaistnieje koniecznosc wymiany membran. Dobra firma serwisowa bedzie miala na skladzie taka ilosc membran, aby zapewnic ich dostepnosc w przypadku koniecznosci wymiany.

W przypadku katastroficznego uszkodzenia membrany, np. jezeli membrana polimeryczna zostanie niewlasciwie umyta lub poddana dzialaniu ekstremalnych warunków, szybka dostawa ma ogromne znaczenie dla podtrzymania pracy instalacji. Wedlug Larry'ego Wintle'a z Agri-Mark/Cabot's cheese plant w Middlebury, w stanie Vermont - szybka wymiana membran ma dla nas bardzo duze znaczenie. Czasami nie ma zadnych przeslanek, ze cos dzieje sie nie tak z membrana i nagle cos sie psuje. Wtedy potrzebujemy, aby dostawca jak najszybciej wymienil nam membrany.

Firma zajmujaca sie serwisem moze przechowywac membrany w specjalnym skladzie, po popisaniu umów z producentami lub nawet u samego Klienta. Mozliwosc zapewnienia szybkiej wymiany membran powinna byc priorytetem dla kazdej firmy dostarczajacej membrany, a najlepsi dostawcy powinni móc wymienic membrany szybciej niz to oferuja sami producenci.

Testowanie procesu, rozwój i projekt: Czolowi dostawcy membran czesto wspólpracuja z Klientami juz na etapie projektowania procesu. Przetwórca produktów spozywczych moze chciec wyizolowac konkretny skladnik ze strumienia procesowego, ze wzgledu na jego wlasciwosci funkcjonalne. Testy pilotowe pomagaja okreslic sposób, jak najlepszego odizolowania danego komponentu. Nieliczni dostawcy membran posiadaja wiedze na temat danego procesu dostarczana przez centra zajmujace sie zastosowaniami i instalacje pilotowe pomagajace Klientowi w zdobyciu szczególowej wiedzy na temat komponentów procesu. Wypozyczane instalacje pilotowe moga zostac dostarczone bezposrednio do Klienta w celu ustalenia danych separacji. Standardowa procedura rozpoczyna sie od zastosowania niewielkiej instalacji pilotowej do przetestowania dzialania róznych membran pod wzgledem mozliwosci ich zastosowania. Po okresleniu najlepszego typu membran dla danej instalacji przeprowadza sie test na konkretnej instalacji dopasowanej do danej membrany, co pozwoli lepiej okreslic parametry procesu.

Kiedy Klient jest zainteresowany konkretnym procesem i nie ma potrzeby przeprowadzenia testów, dostawca moze zaprojektowac instalacje i wygenerowac oferte, w oparciu o zadana wydajnosc i jakosc produktu.

Modele serwisowe zapewniajace optymalna prace

Istnieje tak wiele programów serwisowych, jak wiele firm zajmujacych sie membranami, jednak najlepsze uslugi oferuja dostawcy posiadajacy wiedze o danych procesach. W odróznieniu od firm produkujacych membrany, które specjalizuja sie w materialach do produkcji membran i sposobach ich wytwarzania, firma zajmujaca sie filtracja membranowa posiada szeroka wiedze na temat zastosowan procesowych membran. Firmy te nie sa zwiazane z jednym producentem i posiadaja wiedze obejmujaca zarówno membrany jak i zastosowania procesowe. Sa one w stanie przeprowadzac testy i projektowac systemy przy wykorzystaniu najlepszych dostepnych technologii dla danej separacji.

Opcje serwisu najlepiej opisac na konkretnym przykladzie. GEA Filtration, swiatowy lider w dziedzinie filtracji membranowej typu cross-flow, opracowala program serwisowania membran obejmujacy trzy poziomy uslug, dopasowanych tak, aby spelniac potrzeby mleczarstwa i innych procesów wykorzystujacych filtracja membranowa. Te trzy poziomy obejmuja plan wymiany membran, umowe serwisowa i program serwisowy.

Plan wymiany membran to innymi slowy dostawa membran poprawiajacych wydajnosc procesu po konkurencyjnych cenach. Kluczowe sa tutaj zarówno duze zapasy membran jak i krótki czas wymiany. Plan ten jest dostepny dla Klientów GEA Filtration poniewaz jest ona jednym z najwiekszych producentów membran na swiecie. Firma utrzymuje kontakt z glównymi producentami membran zapewniajac korzystne ceny jak i gwarancje producentów. Program obejmuje kontakt z doswiadczonymi serwisantami GEA, których rady i zalecenia bardzo czesto pomagaja Klientom w zwiekszaniu zysków z instalacji. Plan ten jest dostepny dla kazdej mleczarni, nawet takiej, która zaopatruje sie u innego dostawcy.

Umowa serwisowa to drugi poziom uslug oferowanych przez GEA Filtration. Serwisanci i inzynierowie pomagaja Klientowi przeprowadzajac kontrole procesu i oferujac porady dotyczace zwiekszenia wydajnosci zastosowanych systemów. Oprócz korzysci plynacych z planu wymiany membran, firma oferuje regularne wizyty serwisowe pomagajace w optymalizowaniu procesu obróbki i utrzymywaniu plynnej i wydajnej pracy instalacji. GEA Filtration oferuje równiez pomoc swoich inzynierów w razie pojawienia sie takiej koniecznosci.

Program serwisowy to najwyzszy poziom uslug. Klient podpisuje umowe na czas okreslony, wynoszacy zazwyczaj trzy lata i wnosi comiesieczna oplate obejmujaca monitoring procesu i potrzebne membrany. Serwisanci zajmuja sie dopilnowaniem prawidlowego dzialania membran i przebiegu procesu. Staly nadzór sprawowany dzieki wizytom i raportom dostarcza serwisantom informacje potrzebne do optymalizowania czasu wymiany i zapewnienia membran zapasowych. W razie pojawienia sie jakichkolwiek problemów, wystarczy skontaktowac sie z serwisem, który zapewni swoja pomoc.

Jeden z Klientów GEA Filtration korzystajacy z programu serwisowego mówi - W Hilmar zalezy nam na trwalych zwiazkach. Uwazamy, ze jest to integralny element naszego biznesu wplywajacy na nasz rozwój. Wspólpracujemy z GEA Filtration na zasadach partnerskich. Zaufanie stanowi tu bardzo wazny element. Musze wiedziec, ze jesli cos nie bedzie dzialalo prawidlowo to GEA to naprawi. I to sie sprawdza.

Na tym poziomie uslug, w interesie GEA Filtration lezy zapewnienie prawidlowej pracy membran i ich maksymalnej zywotnosci, poniewaz GEA przyjmuje na siebie odpowiedzialnosc za mogace pojawic sie problemy i uszkodzenia katastroficzne. Serwisanci przeprowadzaja regularne kontrole instalacji, rozmawiajac z operatorami i robiac kopie dzienników pomiarów. Raz do roku przeprowadzane sa szkolenia operatorów, aby zapewnic obsluge instalacji zgodna z odpowiednimi procedurami.

Program serwisowy charakteryzuja nastepujace glówne zalety dla Klienta:

Zaangazowanie serwisantów sprawia, ze GEA Filtration moze oferowac uslugi na wielu róznych poziomach. Glównym zadaniem serwisantów jest przemieszczanie sie od zakladu do zakladu i oferowanie uslug serwisowych wynikajacych z umowy. Jest to staly personel, posiadajacy 10 -15 lat praktyki zawodowej w dziedzinie serwisowania instalacji membranowych. Kazdego dnia serwisanci maja kontakt z separacja membranowa, wdrazajac systemy membranowe, szkolac operatorów, przegladajac ksiegi produkcji i utrzymujac kontakty z Klientami. Sa oni tak doswiadczeni, ze sa w stanie zdiagnozowac najczestsze problemy patrzac na membrane przez filtr. Serwisanci sa równiez na biezaco z obowiazujacymi regulacjami i wymogami. Posiadaja równiez wiedze obejmujaca systemy sterowania i dzialanie ukladów logicznych.

Wszyscy serwisanci GEA Filtration posiadaja odpowiednie wyksztalcenie techniczne i umiejetnosci, oraz wiedze niezbedna do diagnozowania problemów, jakie moga wystapic w instalacji. Kazdy serwisant dziala w obrebie swojego terenu, wspólpracujac scisle z Klientami.

Serwisanci sa wspierani przez dzial inzynierii procesowej w siedzibie GEA w Hudson, w stanie Wisconsin. W razie pojawienia sie niespotykanego problemu, sekcja inzynierii procesowej zajmie sie jego rozwiazaniem. Inzynierowie zadadza szczególowe pytania w celu dokladnego ustalenia problemu, i w razie koniecznosci udadza sie na miejsce instalacji. Dzial inzynierii procesowej zajmuje sie równiez rozwijaniem i projektowaniem procesów oraz opracowywaniem nowych systemów na podstawie danych z instalacji pilotowych. Pracownicy dzialu zajmuja sie tez dobieraniem odpowiednich instalacji pilotowych do przeprowadzania testów u Klienta.

Prace inzynierskie, projekt, wykonanie i montaz systemów filtracji membranowych sa bardzo wazne, jednak kluczem do utrzymania wysokich zysków przez wlascicieli mleczarni jest codzienna praca, konserwacja i serwisowanie systemu.