W branży spożywczej standardy higieny, stają się coraz bardziej rygorystyczne. Jednocześnie względy środowiskowe wywierają ogromną presję na przemysł, aby zmniejszył zużycie wody i odprowadzanie ścieków oraz ograniczył zrzut chemikaliów.

System membran ceramicznych Pall Membralox® TFF jest w stanie zredukować zużycie roztworu CIP nawet o 85% zmniejszając tym samym koszty operacyjne o ponad 40%.

Wprowadzenie

Aby zapewnić bezpieczeństwo podczas produkcji przemysł spożywczy (Food & Beverage) wymaga częstego procesu mycia i czyszczenia (tzw. CIP) elementów wyposażenia, zbiorników i rur.

Proces mycia i czyszczenie zazwyczaj wymaga:

• Roztworu kaustycznego od 1 do 3% w wysokiej temperaturze 80 - 85 °C.
• Roztworu kwaśnego od 1 do 2% w temperaturze < 70 °C.
• Płukania ciepłą i zimną wodą.
• Innych specjalnych środków chemicznych (środki powierzchniowo czynne, zwilżające, środki kompleksujące itp.)

W branży F&B standardy higieny, w tym możliwość dokładnego wyczyszczenia instalacji, stają się coraz bardziej rygorystyczne. Jednocześnie względy środowiskowe wywierają ogromną presję na przemysł, aby zmniejszył zużycie wody i odprowadzanie ścieków oraz ograniczył zrzut chemikaliów do środowiska. Z drugiej strony obecność konkurencji na rynku wywiera nacisk na koszty operacyjne.

Wyzwanie

Producent i przetwórca produktów mleczarskich z siedzibą w Południowej Ameryce poszukiwał możliwości redukcji kosztów procesu CIP. Roczne zużycie i związane z nim koszty wyszczególniono poniżej:

• Łącznie 500 ton 50% sody kaustycznej, koszt zakupu $350 tys./rok.
• 12,5 miliona litrów wody generującej ścieki o wysokim pH.
• 1700 ton pary zużytej do podgrzania roztworu CIP.

Koszty te wynosiły łącznie 420 tys. USD i wykazywały tendencję do wzrostu w związku z wahaniami cen ługu sodowego. Główną część kosztów stanowił ług (ponad 80%), drugim co do wartości kosztem była para i woda.

Dodatkowo, producent ten wiedział, że odprowadzane ścieki z CIP nadal zawierają znaczną ilość substancji kaustycznych (do 1,0%), gdy jego proces wymaga ługu o stężeniu 2,0%.

Rozwiązanie

Na podstawie wcześniejszych doświadczeń w podobnej aplikacji, Pall promował wykorzystanie membran ceramicznych Membralox® (o wielkości porów 50 nm) do filtrowania zużytego roztworu kaustycznego. Taki filtr o przepływie krzyżowym (Crossflow) charakteryzuje skuteczne usuwanie zawiesin (m.in. zdenaturowane białka i tłuszcze) z roztworu CIP, dzięki czemu roztwór można ponownie użyć, uzupełniając jego stężenie do wymaganego poziomu.  

Istniejący zakład klienta został zaprojektowany z centralnym zbiornikiem CIP z którego roztworów CIP rozprowadzany jest do parowników i pasteryzatorów w całym zakładzie. Zawierał on również stary zbiornik do odbioru brudnych roztworów kaustycznych do dalszej neutralizacji przed utylizacją. W celu zainstalowania urządzenia do mikrofiltracji Pall Membralox TFF Microfiltration Unit, Pall wspólnie z klientem stworzył następujące rozwiązanie.

Rysunek 1: Koncepcja procesu

Urządzenie Pall Membralox® jest w stanie dostarczyć zregenerowany roztwór kaustyczny o wysokiej czystości i bardzo niskiej mętności po myciu i czyszczeniu różnych, także trudnych do umycia urządzeń  (m.in. wyparki mleka pełnego i serwatki). W bardzo rzadkich przypadkach klient wykrywa niewielkie pozostałości mydła w permeacie mikrofiltracji, co okazuje się być korzystne dla roztworu CIP (działa jak dodatek).

System mikrofiltracji wymaga energii elektrycznej dla pomp (0,8 do 1,2 kW na 1000 litrów przefiltrowanego roztworu), niewielkich ilości wody i kwasu azotowego (20 kg kwasu azotowego i 5 m³ wody na ponad 80 000 litrów odzyskanego roztworu) do regeneracji membran. Ponadto, resztkowy kwas azotowy przyczynia się do neutralizacji odprowadzanego koncentratu z systemu membranowego. Odzyskany roztwór kaustyczny uzyskuje wartości zmętnienia poniżej 10 NTU (w temperaturze filtracji).

Korzyści

Urządzenie do mikrofitracji Pall Membralox TFF jest w stanie zredukować zużycie roztworu CIP nawet o 85% zmniejszając tym samym koszty operacyjne o ponad 40% (redukcja z 420 tys. USD do mniej niż 240 tys. USD rocznie).

Co więcej, rozwiązanie to znacznie przyczynia się do zmniejszenie wpływu fabryki na środowisko z powodu zmniejszenia zużycia wody, ścieków i redukcji emisji gazów cieplarnianych (dzięki mniejszemu zużyciu pary).