7.1. Aplicatii Lapte Curs de Dat 22.04.2015

8/17/2019 7.1. Aplicatii Lapte Curs de Dat 22.04.2015

1/31

7. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE7. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARAREPRIN MEMBRANEPRIN MEMBRANE

Toate procesele de membrană au aplicabilitate directă înToate procesele de membrană au aplicabilitate directă însepararea, concentrarea sau fracţionarea substanţelor dinsepararea, concentrarea sau fracţionarea substanţelor dinsoluţie, amestecuri de gaze sau vapori.soluţie, amestecuri de gaze sau vapori. Dializa a fost primul proces de membrană introdus deDializa a fost primul proces de membrană introdus deGraham (1!!" pentru purificarea soluţiilor coloidale.Graham (1!!" pentru purificarea soluţiilor coloidale.#echold (1$%&" folose'te termenul de ultrafiltrare pentru a#echold (1$%&" folose'te termenul de ultrafiltrare pentru aevidenţia importanţa raportului dimensional dintre diametreleevidenţia importanţa raportului dimensional dintre diametrele

particulelor 'i razele porilor din membrană, cest procedeu particulelor 'i razele porilor din membrană, cest procedeuera folosit pentru studiul sistemelor disperse coloidale care potera folosit pentru studiul sistemelor disperse coloidale care potfi separate prin membrane naturale similare celor de dializă.fi separate prin membrane naturale similare celor de dializă.


2/31

)lford (1$*%", +anegold (1$%" 'i -err (1$*!",)lford (1$*%", +anegold (1$%" 'i -err (1$*!",cercetează, pe baza legii lui -ic/ (100", curgereacercetează, pe baza legii lui -ic/ (100", curgerea

prin membrane 'i metodele de stabilire a porozităţii prin membrane 'i metodele de stabilire a porozităţiiacestora. )lford 'i -err (1$*" aplică ultrafiltrareaacestora. )lford 'i -err (1$*" aplică ultrafiltrarea pentru separarea lichidelor biologice, pentru ca apoi, pentru separarea lichidelor biologice, pentru ca apoi,-err (1$*!" să fundamenteze procedeul ca tehnică-err (1$*!" să fundamenteze procedeul ca tehnicăcurentă de laborator, iar Grabar (1$*" să o aplice lacurentă de laborator, iar Grabar (1$*" să o aplice lafracţionarea etractelor biologice.fracţionarea etractelor biologice.

2n paralel, se dezvoltă tehnicile de separare în2n paralel, se dezvoltă tehnicile de separare înc3mp electric prin mem brane semipermeabile ionice4c3mp electric prin mem brane semipermeabile ionice4electroforeza ()-", electrodializa ()D" 'i electro5electroforeza ()-", electrodializa ()D" 'i electro5

osmoza ()6". Totodată, apar preocupări sistematiceosmoza ()6". Totodată, apar preocupări sistematice pentru formarea mem branelor polimere sintetice cu pentru formarea mem branelor polimere sintetice cu proprietăţi de permeabilitate 'i transport adecvate proprietăţi de permeabilitate 'i transport adecvateultrafiltrării.ultrafiltrării.


3/31

7ucrările lui 8esting, 9ourira:an 'i alţii au impulsionat7ucrările lui 8esting, 9ourira:an 'i alţii au impulsionatstudiul mecanismelor transportului de solut, vapori 'i gaze prinstudiul mecanismelor transportului de solut, vapori 'i gaze prinmem brane, ceea ce a determinat trecerea la fabricaţia celor maimem brane, ceea ce a determinat trecerea la fabricaţia celor maidiverse tipuri modulare pentru separări prin 6;, +-,


4/31

fundamentarea 'tiinţifică a mecanismelor 'i legităţilor defundamentarea 'tiinţifică a mecanismelor 'i legităţilor deseparare prin membrane în vederea proiectării proceselor 'iseparare prin membrane în vederea proiectării proceselor 'iaparatelor din instalaţiile industriale.aparatelor din instalaţiile industriale.

2ncă de acum trei decenii, tehnicile membranare au fost2ncă de acum trei decenii, tehnicile membranare au fostutilizate în diverse sectoare ale industriei alimentare 'i înutilizate în diverse sectoare ale industriei alimentare 'i în

biotehnologii4 lapte 'i produse lactate, fructe 'i legume, bere, biotehnologii4 lapte 'i produse lactate, fructe 'i legume, bere,vin, băuturi alcoolice, fermentarea oţetului din mere sau dinvin, băuturi alcoolice, fermentarea oţetului din mere sau dinvin, fermentaţii, culturi microbiene 'i preparate enzimatice.vin, fermentaţii, culturi microbiene 'i preparate enzimatice.

>rincipalele avanta:e ale utilizării acestor procese în>rincipalele avanta:e ale utilizării acestor procese înindustria alimentară rezidă în posibilităţile de separareindustria alimentară rezidă în posibilităţile de separarecontrolată a componentelor după dimensiuni moleculare, cucontrolată a componentelor după dimensiuni moleculare, cureţinerea simultană a celulelor de microorganisme.reţinerea simultană a celulelor de microorganisme.


5/31

Tabel 7.1 Aplicaţii ale proceselor de separare prin membrane înTabel 7.1 Aplicaţii ale proceselor de separare prin membrane în

industria alimentară şi în biotehnologie.industria alimentară şi în biotehnologie.


6/31


7/31

>e l3ngă aplicaţiile prezentate anterior se cunosc numeroase>e l3ngă aplicaţiile prezentate anterior se cunosc numeroaseaplicaţii ale tehnicilor de membrană în domeniulaplicaţii ale tehnicilor de membrană în domeniul

bioreactoarelor 'i în tehnici particulare din industria bioreactoarelor 'i în tehnici particulare din industria

farmaceutică, chimică, în enzimologie, în medicină, în tratareafarmaceutică, chimică, în enzimologie, în medicină, în tratarea'i epurarea apelor.'i epurarea apelor.

7.1. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRIN7.1. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRINMEMBRANE IN INDUSTRIA LAPTELUI ŞI AMEMBRANE IN INDUSTRIA LAPTELUI ŞI A

PRODUSELOR LACTATEPRODUSELOR LACTATE

;ndustria laptelui este, fără îndoială, sectorul din industria;ndustria laptelui este, fără îndoială, sectorul din industriaalimentară în care procesele de membrană au cea mat largăalimentară în care procesele de membrană au cea mat largăaplicare, acestea fiind utilizate în cele mai diverse scopuri, deaplicare, acestea fiind utilizate în cele mai diverse scopuri, de

la concentrarea sau fracţionarea componentelor (osmozala concentrarea sau fracţionarea componentelor (osmozainversă, ultrafiltrarea" p3nă la separarea macro5 sau micro5inversă, ultrafiltrarea" p3nă la separarea macro5 sau micro5componentelor 'i a celulelor microbiene, prin microfiltrare 'icomponentelor 'i a celulelor microbiene, prin microfiltrare 'inanofiltrare.nanofiltrare.


8/31

Tendinţa actuală este aceea de integrare a procesului deTendinţa actuală este aceea de integrare a procesului deobţinere a membranelor, de caracterizare funcţională aobţinere a membranelor, de caracterizare funcţională aacestora 'i de fabricare a produsului dorit. 9e urmăre'te,acestora 'i de fabricare a produsului dorit. 9e urmăre'te,realizarea de membrane specializate pentru un anumit produsrealizarea de membrane specializate pentru un anumit produssau pentru îmbunătăţirea unei caracteristici determinate asau pentru îmbunătăţirea unei caracteristici determinate aacestuia.acestuia.

Impactul tehnic şi economic al utilizării tehnicilor Impactul tehnic şi economic al utilizării tehnicilormembranare in industria laptelui membranare in industria laptelui


9/31

>rin utilizarea tehnologiilor membranare este>rin utilizarea tehnologiilor membranare este posibilă aplicarea sanitarizării laptelui chiar la posibilă aplicarea sanitarizării laptelui chiar la

centrele de colectare, reduc3ndu5se pierderilecentrele de colectare, reduc3ndu5se pierderiledatorate acidulării laptelui, care nu ar maidatorate acidulării laptelui, care nu ar mai putea fi procesat. putea fi procesat.

>rin utilizarea tehnologiilor membranare>rin utilizarea tehnologiilor membranare

specifice în industria laptelui se estimeazăspecifice în industria laptelui se estimeazăcre'terea eficienţei tehnologiilor, at3t cacre'terea eficienţei tehnologiilor, at3t caurmare a economiei de energie, cat 'i prinurmare a economiei de energie, cat 'i prinrecuperarea tuturor componentelor laptelui 'irecuperarea tuturor componentelor laptelui 'i

utilizarea eficienta a acestora in fabricareautilizarea eficienta a acestora in fabricareaunor produse alimentare.unor produse alimentare.


10/31

Fig.7.1. Distribuţia relatiă a componenţilor din lapte şi zer

după dimensiuni şi tehnicile de membrană a!erente pentru

separarea lor în retentat.


11/31

>rocedeele de membrană se aplică diferenţiat pentru>rocedeele de membrană se aplică diferenţiat pentruanumite separări, purificări 'i concentrări deanumite separări, purificări 'i concentrări decomponente asociat cu destinaţia retentatului 'icomponente asociat cu destinaţia retentatului 'i

respectiv, permeatului.respectiv, permeatului.6 valorificare completă, economică, impune6 valorificare completă, economică, impune

utilizarea a cel puţin două procedee înseriate. ?el maiutilizarea a cel puţin două procedee înseriate. ?el maiadesea, în ultimele scheme din industria >7- (produseadesea, în ultimele scheme din industria >7- (produse

lactate fermentate" 'i mai cu seamă cea alactate fermentate" 'i mai cu seamă cea a br3nzeturilor, microfiltrarea este o primă treaptă de br3nzeturilor, microfiltrarea este o primă treaptă dedegresare.degresare.

Domeniile de aplicaţie ale procedeelor de membranăDomeniile de aplicaţie ale procedeelor de membranăîn funcţie de dimensiunile unităţilor structurale aleîn funcţie de dimensiunile unităţilor structurale ale

componentelor ce se separă, se prezintă în tabelul &[email protected] ce se separă, se prezintă în tabelul &[email protected]ţiile directe ale proceselor de membrană înplicaţiile directe ale proceselor de membrană însepararea componentelor laptelui 'i zerului suntsepararea componentelor laptelui 'i zerului sunt

precizate dimensional mai evident în fig. &.1. precizate dimensional mai evident în fig. &.1.


12/31

Tabelul 7.". Domeniile de aplicaţie aleTabelul 7.". Domeniile de aplicaţie ale

proceselor de membrană proceselor de membrană


13/31


14/31

7.1.2. PRINCIPALELE PROCESE DE MEMBRANĂ7.1.2. PRINCIPALELE PROCESE DE MEMBRANĂ

APLICATE LA FABRICAREA PRODUSELORAPLICATE LA FABRICAREA PRODUSELORLACTATELACTATE

#smoza inersă#smoza inersă (OI)(OI) se bazează pe realizarea unei presiunise bazează pe realizarea unei presiuni

transmembranare mai mare dec3t presiunea osmotică atransmembranare mai mare dec3t presiunea osmotică acomponentelor fluidului de alimentare (Acomponentelor fluidului de alimentare (A--". Dacă presiunea pe". Dacă presiunea pemembrană (Amembrană (A++" este mai mare ca (A" este mai mare ca (A--", apa trece prin membrană", apa trece prin membrană(apă desalinizată", retentatul concentr3ndu5se în minerale 'i(apă desalinizată", retentatul concentr3ndu5se în minerale 'iceilalţi componenţi. 2n fig. &.*. se redă principiul separării princeilalţi componenţi. 2n fig. &.*. se redă principiul separării prin

6; evidenţiind rolul presiunii transmembranare.6; evidenţiind rolul presiunii transmembranare.


15/31

Fig. 7.$. Deosebiri de principiu între osmoză şi osmoza

inersă.

>rincipiul separării componentelor laptelui prin osmoză inversăeste prezentat în figura &..


16/31

Fig 7.%. &rincipiul separării componentelor laptelui prin

osmoză inersă.


17/31

7a eploatarea unei membrane de 6; se7a eploatarea unei membrane de 6; seobţin fluuri dependente de permeabilitateaobţin fluuri dependente de permeabilitatea

membranei (#", temperatură, turbulenţamembranei (#", temperatură, turbulenţaalimentării, presiune etc.alimentării, presiune etc.

'icro!iltrarea 'icro!iltrarea este un caz particular aleste un caz particular alfiltrării clasice, cu deosebirea că stratul filtrantfiltrării clasice, cu deosebirea că stratul filtranteste strict controlat ca porozitate (pori de %,%05este strict controlat ca porozitate (pori de %,%051% Bm cu C %5%E" 'i proprietăţi1% Bm cu C %5%E" 'i proprietăţihidrodinamice, iar alimentarea cu fluid se facehidrodinamice, iar alimentarea cu fluid se face

tangenţial.tangenţial.>rincipiul separării componentelor laptelui>rincipiul separării componentelor laptelui prin ultrafiltrare este prezentat în figura &.!. prin ultrafiltrare este prezentat în figura &.!.


18/31

Fig 7.(. &rincipiul separării componentelor laptelui prin

micro!iltrare


19/31

+icrofiltrarea are cele mai importante aplicaţii în+icrofiltrarea are cele mai importante aplicaţii înlimpezirea, degresarea, dezemulsionarea 'i reţinerealimpezirea, degresarea, dezemulsionarea 'i reţinereacelulelor de microorganisme din produselecelulelor de microorganisme din produselealimentare.alimentare.

)ltra!iltrarea)ltra!iltrarea (rincipiul separării componentelor laptelui prin>rincipiul separării componentelor laptelui prin

ultrafiltrare este prezentat în figura &.&.ultrafiltrare este prezentat în figura &.&.


20/31

Fig. 7.7. &rincipiul separării componentelor laptelui

prin ultra!iltrare.


21/31

2n ultrafiltrare se realizează nu numai2n ultrafiltrare se realizează nu numaisepararea coloizilor 'i macromoleculelor,separarea coloizilor 'i macromoleculelor,dar se poate face fracţionarea prindar se poate face fracţionarea prindiafiltrare.diafiltrare.

ceasta constă în diluarea volumului deceasta constă în diluarea volumului deretentat recirculat cu un volum egal deretentat recirculat cu un volum egal deapă 'i trecerea într5o nouă operaţie deapă 'i trecerea într5o nouă operaţie de

ultrafiltrare. umărul treptelor de diluareultrafiltrare. umărul treptelor de diluareîn diafiltrare se calculează în funcţie deîn diafiltrare se calculează în funcţie de puritatea urmărită, fig. &.. puritatea urmărită, fig. &..


22/31

Fig 7.*. &rincipiul separării componentelor laptelui

prin dia!iltrare.


23/31

+ano!iltrarea +ano!iltrarea (-" este un proces de(-" este un proces demembrană la limita dintre entru că în 6; se consumă mai multă energie>entru că în 6; se consumă mai multă energiedec3t în -, ultima este preferată pentrudec3t în -, ultima este preferată pentruobţinerea laptelui substrat în fabricarea >7-.obţinerea laptelui substrat în fabricarea >7-.

2n acela'i timp, prin - se poate reţine mai2n acela'i timp, prin - se poate reţine mai

multă lactoză fermentescibilă dec3t în entru comparaţie se prezintă datelecompoziţionale din tabelul &..compoziţionale din tabelul &..


24/31

Tabelul 7.%. ,ompoziţia comparatiă a lapteluiTabelul 7.%. ,ompoziţia comparatiă a laptelui

substrat pentru &-F obţinută prin )F şi +F.substrat pentru &-F obţinută prin )F şi +F.


25/31

>rincipiul separării prin nanofiltrare,>rincipiul separării prin nanofiltrare,microfiltrare 'i ultafiltrare se redă în fig.&.$.microfiltrare 'i ultafiltrare se redă în fig.&.$.

aceasta evidenţiază formarea unui strataceasta evidenţiază formarea unui stratlimitativ H similar dublului strat de absorbţielimitativ H similar dublului strat de absorbţie pe membrană, ce include 'i stratul de gel pe membrană, ce include 'i stratul de gelresponsabil de polarizaţia de concentraţie.responsabil de polarizaţia de concentraţie.

+odificările de concentraţie sunt indicate pe+odificările de concentraţie sunt indicate pecurbă, iar deplasările componentelor suntcurbă, iar deplasările componentelor suntarătate prin săgeţi dinspre volumul dearătate prin săgeţi dinspre volumul de

alimentare spre permeat 'i invers.alimentare spre permeat 'i invers.


26/31

Fig.7.. &rincipiul separării pe membrane de nano!iltrare/ultra!iltrare şi micro!iltrare cu eidenţierea stratului limită

şi a stratului de gel responsabil de instalarea polarizaţiei

de concentraţie.


27/31

plicaţiile separărilor prin membrane tehnice înplicaţiile separărilor prin membrane tehnice în prelucrarea laptelui pot fi rezumate schematic potrivit prelucrarea laptelui pot fi rezumate schematic potrivit

fig. &.1%, care evidenţiază relaţiile dintre cele patrufig. &.1%, care evidenţiază relaţiile dintre cele patru procese de membrană fundamentale 'i ordinea de procese de membrană fundamentale 'i ordinea deaplicare în raport cu scopul tratamentului.aplicare în raport cu scopul tratamentului.


28/31

2n schemele moderne de prelucrare a2n schemele moderne de prelucrare alaptelui integral sau a celui standardizat,laptelui integral sau a celui standardizat,

prima treaptă de tratare este prima treaptă de tratare estemicrofiltrarea pentru recuperareamicrofiltrarea pentru recuperareaintegrală sau parţială a grăsimilor 'iintegrală sau parţială a grăsimilor 'i

pentru sterilizarea retentatului. Din pentru sterilizarea retentatului. Dinaceastă treaptă rezultă fie lapte degresat,această treaptă rezultă fie lapte degresat,fie lapte cu cca. 1,0E grăsimi, care devinfie lapte cu cca. 1,0E grăsimi, care devinsubstrat în producţia produselor lactate.substrat în producţia produselor lactate.


29/31

Fig. 7.10. epararea laptelui integral prin procese de membrană

pentru alori!icări în produse lactate şi subproduse prin reacţii

chimice şi enzimatice.


30/31

9chema tehnologică din fig. &.1%. evidenţiază că9chema tehnologică din fig. &.1%. evidenţiază căultrafiltrarea, nanofiltrarea 'i osmoza inversă seultrafiltrarea, nanofiltrarea 'i osmoza inversă se

pretează separării laptelui integral după degresarea pretează separării laptelui integral după degresarea prealabilă, ceea ce reclamă cel puţin o treaptă de prealabilă, ceea ce reclamă cel puţin o treaptă demicrofiltrare.microfiltrare.

2n practică, tehnicile de membrană asociate cu2n practică, tehnicile de membrană asociate cu

tratamente chimice adecvate (adaos de săruri,tratamente chimice adecvate (adaos de săruri,tratamente termice, acidifiere, schimb ionic etc.", pottratamente termice, acidifiere, schimb ionic etc.", potfi utilizate în cele mai diverse scheme care ţin cont defi utilizate în cele mai diverse scheme care ţin cont deretenţia membranelor. +embranele ceramice 'i celeretenţia membranelor. +embranele ceramice 'i cele

polimerice drenate pentru osmoza inversă pot fi polimerice drenate pentru osmoza inversă pot fifolosite direct pentru concentrare, u'oară delactozarefolosite direct pentru concentrare, u'oară delactozare'i demineralizarea laptelui integral sau degresat.'i demineralizarea laptelui integral sau degresat.


31/31

2n ultimul timp, nanofiltrarea a căpătat o2n ultimul timp, nanofiltrarea a căpătat oetindere tot mai largă pentru etapele finale deetindere tot mai largă pentru etapele finale dedemineralizare, dezacidifiere 'i delactozare.demineralizare, dezacidifiere 'i delactozare.

2n continuare se prezintă unele variante2n continuare se prezintă unele variantetehnologice de la fabricarea produselor lactatetehnologice de la fabricarea produselor lactate

în care sunt implicate procese de separare prinîn care sunt implicate procese de separare prinmembrane, precum 'i influenţa acestora asupramembrane, precum 'i influenţa acestora asupraunor caracteristici de calitate ale produselorunor caracteristici de calitate ale produselor

finite.finite.

7.1. Aplicatii Lapte Curs de Dat 22.04.2015

Documents

Transcript of 7.1. Aplicatii Lapte Curs de Dat 22.04.2015