POLSKI KONGRES SEROWARSKI METODY DEMINERALIZACJA SERWATKI ZAWIERCIE 2016 Dr inż. Janusz Kroll
Standardowa serwatka w proszku (WP) jest nadal głównym produktem z serwatki (masowo) Globalna produkcja produktów serwatki, 2014r.
EU i USAnie skupiają się na tych samych produktach USAprodukują więcej bardziej skoncentrowanych produktów USA produkcja produktów serwatkowych EU specjalizuje się w DWP EU produkcja produktów serwatkowych
Prognoza popytu globalnego: 6'100 kt w 2018 Globalna konsumpcja serwatki, 2013 i 2018p. W przeliczeniu na standardową serwatkę w proszku +2.7% p.a. + 770 kt
Globalna produkcja suchych produktów z serwatek :największy wzrost WPI idwp (masowo)
Procesy Demineralizacji Serwatki SERWATKA NF ED DK NF NF ED DK NF NF ED DI NF DI ED NF DI ED DI DI Stopień demineralizacji ~ 30% Stopień demineralizacji ~ 60% Stopień demineralizacji ~ 95% NF Nanofiltracja, DK Odwapnianie, ED Elektrodializa, DI Wymiana jonowa (IX)
Wymiana jonowa Termin wymiana jonowa (a nie wymiana jonów, która jest pojęciem szerszym) określa proces wymiany jonów między roztworem a jonitem. Według definicji IUPAC jonity wymieniacze jonowe, wymieniacze jonów są to substancje nieorganiczne lub organiczne zawierające jony zdolne do wymiany na inne jony(o takim samym znaku) znajdujące się w roztworze. Wymieniacz jonowy praktycznie nie rozpuszcza się w roztworze. Jonity są zdolne do wymiany jonów, ponieważ mają grupy jonogenne. Są to ugrupowania związane trwale z jonitem, które są albo zjonizowane, albo zdolne do dysocjacji na jony związane z jonitem i ruchliwe, zdolne do wymiany przeciwjony. Wymiana jonowa polega na wymianie jonów pomiędzy roztworem i powierzchnią wymieniacza (jonitu) o tym samym znaku i w ilościach równoważnych, czyli zostaje zachowana elektroujemność. Proces ten nazywa się adsorpcją jonowymienną, bo zachodzi na granicy faz ciało stałe roztwór.
Przetwarzanie serwatki: Wymiana jonowa Etapy usuwania popiołu: Serwatka Kation Anion Ca 2+,Mg 2+ HPO 3 Na +, K + Cl - 2- SAC H + Dekationizowana Kation Anion H + HPO 3 2- Cl - WBA OH - Zdemineralizowana Kation Anion H + OH - Białka Białka Białka Laktoza Laktoza Laktoza Kluczowe cechy: Zalety: Wysoki stopień demineralizacji Stabilna jakość mikrobiologiczna (niskie ph przy SAC) Sprawdzona technologia Prosty proces Wady Wysokie zużycie środków chemicznych Straty białka(~5%) Duże ilości ścieków, głownie Cl
Przetwarzanie serwatki: tylko wymiana jonowa Etapy usuwania popiołu: Woda : 1.568m 3 /d HCL 100% : 7.605 Kg/d NaOH100% : 7.605 Kg/d Słodka serwatka 1000 m 3 /d 6.6% DS 68 mt/d 8.6% popiół/ds SAC H + WBA OH - SAC H + WBA OH - Serwatka zdemineralizowana SAC WBA H + 1130 m 3 /d OH - 5.3% DS Mniej 1% popiół/ds Odciek: 1.474m 3 /d Popiół : 5.800 Kg/d
Procesy Demineralizacji Serwatki SERWATKA NF ED DK NF NF ED DK NF NF ED DI NF DI ED NF DI ED DI DI Stopień demineralizacji ~ 30% Stopień demineralizacji ~ 60% Stopień demineralizacji ~ 95% NF Nanofiltracja, DK Odwapnianie, ED Elektrodializa, DI Wymiana jonowa (IX)
Rozpuszczalność fosforanu wapnia Ca
Zasady procesu technologicznego Ca 3 PO4 2 jestnierozpuszczalnyprzywysokichwartościachph Wchodzącaserwatkamusibyćwolnaodbiałka,cozregułyosiągasięnaUF Permeat z UF (lub koncentrat) jest regulowany do ~ph 7,5 i przetrzymywany przez 10-15 min przy 75-80 C. Temperatura I czas przetrzymania determinuja predkość separacji Zbyt wysokie temperatury lub zbyt długi czas przetrzymania zwieksza hydrolizacje laktozy I doprowadza do małego uzysku laktozy na wyjsciu z procesu Ca 3 PO4 2 wytraci sie jako [Ca 3 PO4 2 ] X i może być zagęszczony na 5 lub 10KD membranach UF W celu osiagniecia wyższej czystości można zastosować diafiltrację w układzie wielostopniowym
Schemat linii do usuwania fosforanu wapnia
Produkty Napływ Permeat Koncentrat WysokiVCF Przekrzekroczone zagęszczenia
Bilans masy w procesie UF Szacunkowy bilans masy Woda dia Napływ Retentat Permeat Czyste bialko 0,04 0,77 0 Azot niebiałkowy 0,43 0,17 0,34 Laktoza 12,35 4,75 9,83 Kwas 1,33 0,51 1,06 Popiół inne 0,9 0,35 0,72 Ca 3 ( PO 4 ) 2 0,62 13,47 0,00 s.m. t 15,67 20 11,95 kg/h 3,18 11,33 0,522 13,988
Procesy Demineralizacji Serwatki SERWATKA NF ED DK NF NF ED DK NF NF ED DI NF DI ED NF DI ED DI DI Stopień demineralizacji ~ 30% Stopień demineralizacji ~ 60% Stopień demineralizacji ~ 95% NF Nanofiltracja, DK Odwapnianie, ED Elektrodializa, DI Wymiana jonowa (IX)
Co to jest Elektrodializa (ED) Elektrodializa Proces separacji elektrochemicznej, w którym jony są przepuszczane przez membrany jonowymienne za pomocą napięcia stałego.
Celki elektrolitowe W kąpieli solnej pod wpływem prądu stałego, zachodzi zjawisko migracji anionów i kationów w kierunku odpowiednich elektrod. Zjawisko to jest podstawą wszystkich procesów elektrolitycznych. Przepływ elektronów (e - ) H 2 Na + Cl - Cl 2 O 2 OH - H + Katoda(-) (+) Anoda
Elektrodializa Katoda(-) - - - - - Na + Na + Cl- Cl- Na + Cl- Na + Cl Na Cl- + Cl- Na + Na+ Na + Na + + Na Na + Cl- Cl- Cl- Na + Na + Na+ Na + Cl- Membrana transferu kationów Produkt odsolony Membrana transferu anionów Koncentrat Membrana transferu kationów Anoda(+) + + + + + Zastosowany materiał wymiany jonowej w membranach tworzy osobne kanały dla produktu odsolonego i koncentratu.
Budowa stosu membran Podstawowa celka Stos membran
Elektrody Podstawa wykonana z tytanu z warstwą farby z ziem rzadkich i powłoką platyny Identyczne elektrody na górze i na dole w stosie ED Elektroda górna działa jako katoda, a dolna jako anoda
Przykładowe zdjęcia systemu ED Electromat TM
Przykładowe zdjęcia systemu ED Electromat TM 8x2
SCHEMAT IDEOWY PROCESU DEMINERALIZACJI Z ED Permeat po UF (serwatka/mleko) Serwatka słodka Serwatka kwaśna NF Koncentrat 20-22% ED KONCENTRAT DEMI SERWATKI / PERMEATU Permeat Mieszanina do oczyszczenia Permeat Skropliny z wyparek DEMI 50 DEMI 70 DEMI 90 Permeat RO-POL Koncentrat Koncentrat RO Permeat RO-POL 2 Koncentrat KONCENTRAT Permeat Permeat
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ