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工業生産用膜分離設備

WTM-8040G系列低溫牛奶濃縮機(非蒸汽濃縮設備)

杭州沃騰膜工程有限公司位于杭州市西湖科技園内,是一家專業從事流體過濾分離的高科技企業。公司緻力于運用先進膜分離工藝為客戶提供工業流體分離純化,膜分離技術咨詢,膜工藝應用開發等相關技術服務及膜分離設備生産制造。 沃騰膜由一支多年從事流體分離行業的團隊組建而成,擁有一批在膜工程應用上的資深工程師及專業技術人員。經過長期的技術開發和工程實踐,掌握了先進的微濾,超濾,納濾,反滲透膜應用技術,能為客戶提供從技術支持,小試,中試,工業化設備的工藝設計到設備生産,安裝調試,售後服務等一整套服務

   低溫牛奶濃縮機
      (非蒸汽濃縮設備)


摘     要
利用低溫牛奶濃縮機濃縮牛奶,可以将固含量由12—13%濃縮至24—26%。
每脫一噸水運行成本約20-30元,遠低于蒸汽能耗。
運行費用與蒸發相比,每脫一噸水可降低單耗70—100元。
設備制作安裝調試周期為2—3個月。
設備回收期為5—6個月。


關鍵詞:膜濃縮 替代預蒸 節約蒸汽 降低能耗 運行費用低 設備回收期短
 

一、原理簡介
低溫牛奶濃縮機,采用膜分離技術對牛奶進行濃縮。在壓力的驅動下牛奶進入反滲透膜組件後水透過膜,其他脂肪、蛋白、乳糖等大分子被截留,從而達到濃縮的目的。低溫牛奶濃縮機,可以将牛奶濃縮一倍,将固含量由12—13%濃縮至24—26%。
膜分離技術是利用膜對混合物中各組份的選擇透過性能來分離、提純和濃縮目的産物的新型分離技術,膜分離過程是一種無相變、低能耗物理分離過程,具有高效、節能、無污染、操作方便和用途廣等特點,是當代公認的最先進的化工分離技術之一。膜分離技術可作為一種清潔生産工藝,代替傳統的蒸餾濃縮、高速離心分離、萃取、離子交換樹脂吸附、生化處理中沉降等工藝,膜分離技術應用的領域涉及電力、電子、化工醫藥、輕工、生物、食品飲料、市政、環保等行業,應用範圍廣、産業關聯度大,是其它任何一種化工分離技術無法替代的,被國外稱為二十一世紀最有發展前途的十大高新技術之一。
膜分離技術包括微濾、超濾、納濾、反滲透、液膜、滲透汽化、擴散滲析等。液體分離膜的分類,根據待分離物質的大小,依次可分為微濾、超濾、納濾、反滲透,它們的分離範圍如下所示:

 

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下面對在此工程中應用到的反滲透作簡要介紹:
反滲透膜分離機理:
溶劑與溶質透過膜的機理是由于溶劑與溶質在膜中的溶解,然後在化學位差的推動力下,從膜的一側向另一側進行擴散,直至透過膜。溶劑和溶質在膜中的擴散服從菲克(Fick)定律,這種模型認為溶劑和溶質都能溶于均質或非多孔型膜表面,以化學位差為推動力(常用濃度差或壓力差來表示),分子擴散使它們從膜中傳遞到膜下部。因此,物質的滲透能力不僅取決于擴散系數,而且取決于其在膜中的溶解度。溶質的擴散系數比溶劑小得越多,高壓下水在膜内移動速度就越快,因而透過膜的水分子數量就比通過擴散而透過去的溶質數量更多。
反滲透是滲透的一種反向遷移運動,是一種在壓力驅下借助于半透膜的選擇截留作用将溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法,其孔徑大約在5~10Å。它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮,其中最普遍的應用實例便是在水處理工藝中,用反滲透技術可将原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除,以獲得高質量的純淨水。目前應用最廣泛的是卷式聚酰胺複合膜,其水通量和脫除率會受壓力、溫度、回收率、進水含鹽量和PH值等的影響。
反滲透工作原理:
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卷式膜組件示意圖
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二、膜分離濃縮法的優點
膜在處理低濃度牛奶中的優點:
1能耗小,整套濃縮設備采用膜分離裝置,隻需使用電能。随着國家能源供應的日趨緊張,煤、石油、天然氣等一些不可再生資源的價格不斷上漲,傳統蒸汽濃縮設備的濃縮成本越來越高。WTM-8040G系列濃縮設備在運行過程中除了電能消耗之外,無需其它能源,濃縮成本遠遠小于傳統蒸汽濃縮設備, 節能效益明顯。
2提高産品品質。由于WTM-8040G系列濃縮設備是在常溫下(20-40℃)運行,濃縮牛奶所需的時間短,其品質等相對于傳統蒸發工藝亦有明顯提升。
4無污染,常溫常壓下進行分離,無化學變化,不會給環境帶來任何污染。
5維護簡單,降低單元操作費用。傳統的濃縮系統需要消耗熱能、電能,并需要真空及冷卻系統配套,操作煩瑣。WTM-8040G系列濃縮設備在運行的過程中,操作人員隻需切換相關的閥門即可保障設備的正常運行。
6分離出的水可回用到前段工藝,不僅節約水費,而且大大減少污水後處理費用。低濃度牛奶經膜元件過濾後,過濾後的出水無色透明、無大分子有機物、無菌,能夠用于生産回用。
7膜系統占地小,系統全封閉運行,無異味産生。
8産能設計靈活。WTM-8040G系列濃縮設備可以根據用戶的個性化需要而設計,每小時可去除水5--50噸。
9采用觸摸屏自動控制系統,可實現全自動化連續運轉。
三、牛奶
牛乳的化學成分很複雜,經證實至少有100多種化學成分,但主要由水、脂肪、蛋白質、乳糖、維生素、酶類、無機鹽等物質組成。牛乳中的乳糖和部分可溶性鹽類形成真溶液,其微粒直徑小于1nm;蛋白質和不溶性的無機鹽類形成膠體懸浮液,其微粒直徑為1~100nm;脂肪球的直徑為0.1~100um,絕大部分為2~5um,牛乳是由上述三種體系組成的均勻、穩定的膠體性液體。人們習慣根據分離的方式對牛乳的組成進行分類,因此,牛乳的組成可以表示為:
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乳品生産中的常見工藝:
1、乳粉生産工藝
乳粉是以乳或乳産品為原料,經濃縮、幹燥工藝制成的固态乳産品,其中可以根據需要添加糖和其他營養素。
全脂乳粉的生産工藝流程為:原料驗收——淨化——冷卻——貯存——标準化——預熱殺菌——真空濃縮——過濾——噴霧幹燥——冷卻——過篩——包裝——檢驗——出廠。

 
2、煉乳生産工藝
煉乳(Condensed Milk)是一種濃縮乳制品,它是将新鮮牛奶經過殺菌處理後,蒸發除去其中大部分的水分而制得的産品。其工藝流程如下:
原料乳預處理→預熱殺菌→真空濃縮→加糖→冷卻結晶→裝罐→ 封罐→包裝→檢驗→成品
在奶粉和煉乳的生産工藝中都需将牛奶進行濃縮,現在國内大多奶粉、煉乳生産廠家都用真空濃縮的工藝生産,真空濃縮存在蒸發過程能耗高的特點,在國家大力推行節能降耗的形勢下,生産廠家都在積極尋找一條節約能耗,減少煤炭消耗量的新工藝。受廠家委托,杭州沃騰膜工程有限公司結合自身多年的膜工程運行經驗開發應用膜法濃縮牛奶的工藝解決目前遇到的問題。

利用膜法濃縮牛奶:
1、可處理牛奶成分
可處理母液成分以牛奶濃度為12—13%。
2、處理後可達到的技術指标
濃縮液牛奶濃度為24-26%,排放液牛奶濃度在0.05%以下。

 
四、處理流程框圖

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五、工藝流程簡介
牛奶收集到儲槽V101中,由于牛奶中在收集運輸過程中可能會有雜質物,在設備中設置過濾器起到保護膜元件的作用。牛奶經增壓泵P101泵入過濾器L102。然後經高壓泵P102泵入膜組件M101,經膜組件分離後,濃縮液濃度達到要求,直接送入下一工序;淡液回收用于其他工段,在本系統也用作膜組件沖洗用水。
六、與蒸發工藝相比所具有的特點
膜法濃縮牛奶系統與原有蒸發系統相比具有如下特點

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     牛奶經膜分離技術處理,透過液排放或回用作工藝用水,提高水資源的回收率;濃縮液送入下一工序。本方案處理工藝簡單,維護簡單,無二次污染,和蒸發系統配合可大大降低生産成本和操作費用。
七、與其他膜公司工藝相比所具有的特點
杭州沃騰膜公司的牛奶膜濃縮設備與其他膜公司類似設備相比具有如下特點

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八、經濟分析
如果按照濃縮前200噸牛奶計算,經過濃縮,過程中脫水100噸變成100噸濃縮牛奶。  如果這個過程改用膜法濃縮,則:
假設常規蒸發濃縮脫出一噸水費用為100元,則每天為100*100=10000元。
如果改用膜法濃縮,按照脫出一噸水費用為15元,加上膜元件更換設備維護10元。則每天需要(15+10)*100=2500元。
每天節約10000-2500=7500元=0.75萬元。
一年按照330天計算,可以節約0.75*330=247.5萬元。  而設備的價格遠低于節省的費用。

九、中試試驗
我公司可以提供免費中試試驗,歡迎有意向的公司與我們取得聯系,共同為貴公司的節能降耗努力。
 
附錄:設備外觀圖片,僅供參考,具體以實際工程設計為準。

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設備照片,僅供參考
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主要用于大型工業生産,如:
★澱粉糖、果糖、低聚糖、木糖膜純化過濾工藝
★動植物提取液、發酵液、結晶母液膜濃縮工藝
★色素、多肽、氨基酸、酶制劑膜澄清濃縮工藝

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