Procesy separacji membranowej w przemyśle mleczarskim cz. 2

Procesy separacji membranowej niewątpliwie przynoszą wiele korzyści technologicznych, które to z kolei mają swoje przełożenie na sukces ekonomiczny prowadzonych procesów w przemyśle spożywczym i poza nim. Techniki membranowe zapewniają delikatną separację, będąc jednocześnie nieinwazyjnymi metodami separacji układów jednorodnych i niejednorodnych. Ponadto, sama specyfika instalacji, na którą składają się modułowe systemy membranowe, umożliwia tworzenie układów niemal w dowolnej skali, dostosowywując się do potrzeb i wymogów prowadzonego procesu produkcyjnego, zaś bogactwo różnorodności materiałów oraz sposobów wykonania membran, będących najważniejszym elementem w jednostce filtracyjnej, jest przedmiotem ciągłych badań. Pełne możliwości rozwoju technologicznego w kwestii takich zagadnień jak optymalizacja procesu czy zastosowania nie zostały jeszcze w pełni wykorzystane.

Wszystkie procesy membranowe charakteryzują się dwiema typowymi właściwościami. Pierwszą z nich jest specyficzna modułowa budowa procesu rozdzielania membranowego, która umożliwia dostosowanie do każdej pożądanej skali produkcyjnej, drugą zaś jest czysto fizyczny przebieg rozdziału. Jeśli chodzi o fizyczny rozdział, to z zasady jest możliwe odzyskiwanie i ponowne użycie składników mieszaniny, ze względu na to, że składniki, które podlegają rozdzielaniu nie ulegają przemianom chemicznym, termicznym czy biologicznym. Ze względu na opłacalność każdego prowadzonego procesu membranowego znaczenie mają w zasadzie dwie właściwości membrany, najogólniej mówiąc filtra, tj.: selektywność i wydajność. Selektywność jest zdolnością do odmiennego zachowania się membrany w stosunku do składników mieszaniny np. jonów soli i wody. Wydajność jest rozumiana jako strumień osiągalny w danych warunkach procesowych, którą można stosunkowo łatwo wyrównać, jeśli jest mała, poprzez zastosowanie membran o większej powierzchni. W przypadku niskiej selektywności niezbędne są procesy wielostopniowe. Pożądany produkt można uzyskiwać jako retentat lub permeat, zależnie od selektywności membrany i postawionego celu. Przedstawione główne właściwości membrany są wielkościami lokalnymi wyraźnie zmieniającymi się wzdłuż membrany w modułach. Strumień jest rozumiany jako strumień masowy odniesiony do powierzchni, zgodnie ze wzorem: m/Axt, gdzie m oznacza masę, A – powierzchnię, zaś t oznacza czas. Z kolei pojęcie selektywności w technikach separacji definiowane jest poprzez skład produktu oraz skład mieszaniny wyjściowej, czyli w przypadku mieszaniny dwuskładnikowej selektywność wyraża się za pomocą udziałów molowych lub stężeń masowych. Należy pamiętać, że wartości uzyskane w ten sposób nie są sobie liczbowo równe, ale są nawzajem przeliczalne. Strumień (wydajność) oraz selektywność są określane przez transport masy w membranie i jest to charakterystyka rozdzielcza membrany. Projektując procesy membranowe, poza podstawowym oporem transportu masy w membranie, należy jeszcze dodatkowo brać pod uwagę takie czynniki jak: spadki siły napędowej (będące stratami ciśnienia po stronie zasilania i permeatu), polaryzację stężeniową rozumianą jako wzrost składnika zatrzymywanego na membranie lub opór transportu porowatej warstwy nośnej. Sposób uzyskiwania siły napędowej determinuje to, które opory transportu są dominujące, zatem podstawę stanowi stan agregatu i poziom ciśnienia. Dzięki membranom można rozdzielać zarówno mieszaniny małocząsteczkowe jak i rozdrobnione ciała stałe z zawiesin, toteż w naturalny sposób nastąpiła potrzeba opracowania różnego typu membran. Membrany, ze względu na transport masy, można podzielić na membrany porowate oraz rozpuszczalnościowo-dyfuzyjne. Wewnątrz membran porowatych transport masy odbywa się przede wszystkim w sposób konwekcyjny, podczas gdy w membranach rozpuszczalnościowo-dyfuzyjnych w idealnej sytuacji następuje on wskutek dyfuzji. Ze względu na pochodzenie rozróżnia się membrany biologiczne i syntetyczne.