Diafiltrarea

DIAFILTRAREA

Diafiltrarea (DF) este un produs de separare prin membrană prin care, adăugând apă în concentrat şi repetând UF, se poate îndepărta o cantitate suplimentară de molecule de dimensiune mică. Acest proces constituie o extindere a UF şi poate fi considerat ca o purificare.

Apa poate fi adăgată în două moduri:

 în vasul de alimentare la începutul procesului de diafiltrare;

 în modul continuu în procesul de filtrare, cu aceeaşi debit cu care este evacuat permeatul.

În cazul celei de-a doua metode, volumul de apă care trebuie adăugat pentru a se atinge nivelul de puritate dorit, poate fi calculat cu relaţia:

(7.1)

în care:

V – volumul de apă adăugat, în l;

R – factorul de reţinere pentru substanţe cu moleculă mică (ideal R=0, dar datorită fenomenului de difuziune şi polarizării de membrană, R poate avea o valoare practică de 0,1);

– masa de apă din produs înainte de diafiltrare;

şi – masa de substanţă cu moleculă mică înainte şi după diafiltrare.

Deoarece volumul în procesul de diafiltrare este menţinut constant, raportul dintre şi trebuie să fie identic cu raportul concentraţiilor. Această ecuaţie poate fi folosită pentru a determina cantitatea de apă care trebuie adăugată pentru a se realiza limita limita de concentraţie în produs. Viteza de îndepărtare a substanţei cu moleculă mică este direct proporţională cu concentraţia sa în produs. Stabilind nivelul la care se realizează UF în prima etapă a procesului, se adaugă apa cu debitul de evacuare a permeatului. Se asigură astfel o concentraţie maximă, în condiţiile date, a substanţei cu moleculă mică. Atât în concentrat, cât şi în permeat. Aceste date indică cea mai mare viteză de îndepărtare a substanţei şi în consecinţă cantitatea minimă de apă adăugată.

Deoarece fluxul de permeat scade cu creşterea concentraţiei în stadiul de UF şi DF. Pentru laptele degresat factorul de concentrare optim pentru etapa de UF este de două ori.

INSTALAŢII DE ULTRAFILTRARE

Factorii care trebuie consideraţi la proiectarea unei instalaţii, precum şi la exploatarea sa, sunt:

a) performanţa membranei faţă de produsul tratat, adică raportul dintre viteza de îndepărtare a permeatului şi creşterea concentraţiei;

b) viteza de curgere peste membrană, necesară pentru a minimiza polarizarea de membrană, dar şi consumul de energie la pompare;

c) scăderea de presiune în instalaţie, asigurându-se la o valoare minimă de lucru la ieşirea di modul;

d) gradul de concentrare dorit;

e) volumul de produs care trebuie tratat;

f) timpul de reţinere a produsului în instalaţie în legătură cu dezvoltarea microorganismelor;

g) costul instalaţiei şi a membranei de înlocuire.

UF se poate realiza cu instalaţii cu funcţionare discontinuă, semicontinuă şi continuă.

În metoda discontinuă, produsul de prelucrat este introdus, la începutul procesului, în vana de alimentare, apoi cu ajutorul pompei de alimentare este trecut prin modulul UF. Permeatul rezultat este evacuat, iar concentratul se recirculă în vană. Procesul se opreşte când concentratul din vană are conţinutul de substanţe macromoleculare dorit. În practică sunt necesare treceri repetate peste membrană, de 100 ori şi chiar mai mult, în funcţie de dimensiunea instalaţiei şi de produs.

Avantajul acestei metode constă în instalaţia relativ simplă şi în faptul că pentru UF de volum redus se ajunge relativ rapid la nivelul de concentraţie dorit, deoarece se elimină o cantitate relativ mare de premeat, când produsul de alimentare este uşor peste concentraţia sa normală şi fluxul de permeat, când este ridicat. Un dezavantaj îl constituie durata mare de menţinere a produsului în instalaţie, în special în vana de alimentare, ceea ce favorizează dezvoltarea bacteriilor. De asemenea, metoda necesită un consum mare de energie.

Metoda semicontinuă este o variantă a metodei precedente. Instalaţia este prevăzută cu un sistem de măsurare a nivelului din vana de alimentare care comandă deschiderea şi închiderea automată a ventilelor. Astfel, există posibilitatea de a evacua periodic concentratul care a atins gradul de concentrare dorit şi de a-l înlocui cu o cantitate corespunzătoare de produs iniţial. Aceste operaţii se realizează cu o frecvenţă reglabilă.

Metodele continue de UF prezintă două variante de realizare:

- metoda cu o singură trecere prin modulul de UF;

- metoda cu recirculare internă.

În cazul primei metode, produsul trece o sigură dată peste membrană, ceea ce determină o suprafaţă foarte mare a membranei pentru a se ajunge la gradul dorit. Instalaţia poate fi prevăzută cu un schimbător de căldură atât pentru preîncălzirea produsului de alimentare, cât şi pentru răcire în cazul creşterii temperaturii datorită pompării.