Aplicaciones de productos de la tecnología de separación de membranas líquidas
1 Introducción a la tecnología de separación por membranas
1.1 Definición de membrana
La membrana es un medio de filtración de separación molecular cuando una solución o un gas mezclado entra en contacto con el. Membrana, bajo la acción de presión, campo eléctrico o diferencia de temperatura, algunas sustancias pueden pasar a través de la membrana, mientras que otras sustancias se retienen selectivamente, lo que hace que diferentes componentes en la solución o diferentes componentes en el gas mezclado se separen. y esta separación es una separación a nivel molecular. Esta separación es una separación a nivel molecular.
1.2 Tipos de membranas
Las membranas de separación incluyen: membrana de ósmosis inversa (0.0001 ~ 0.005μm), membrana de nanofiltración (0.001 ~ 0.005μm), membrana de ultrafiltración ( 0, 0,001 ~ 0, 1 μm), membrana de microfiltración (0, 1 ~ 1 μm), membrana de electrodiálisis, membrana de vaporización de permeación, membrana líquida, membrana de separación de gases, membrana de electrodo. Corresponden a distintos mecanismos de separación, a distintos equipos y tienen distintos usos. La propia membrana puede estar hecha de polímeros, materiales inorgánicos o líquidos, y su estructura puede ser homogénea o heterogénea, porosa o no porosa, sólida o líquida, cargada o neutra. Las membranas pueden ser tan delgadas como 100 micrones o tan gruesas como unos pocos milímetros. Diferentes membranas tienen diferentes microestructuras y funciones y requieren diferentes métodos de preparación. Los métodos de preparación de membranas siempre han sido un tema central de investigación en el campo de las membranas y también son tecnologías centrales que las empresas mantienen estrictamente confidenciales.
1.3 Definición de tecnología de separación por membrana
La membrana anterior tiene una configuración adecuada para uso industrial y accionará equipos (bomba de presión, campo eléctrico, calentador o bomba de vacío). ), válvulas, instrumentos y tuberías están conectados en un solo dispositivo. Al operar en condiciones de proceso específicas, se pueden utilizar para separar soluciones acuosas o mezclas de gases. Los componentes que atraviesan la membrana se denominan flujo de permeado. Esta tecnología de separación se llama tecnología de separación por membrana.
2 Campos de aplicación de la tecnología de membranas
2.1 Suministro de agua
2.1.1 Suministro de agua potable de alta calidad
Con los cambios en La contaminación de los cuerpos de agua y la vida diaria de las personas Con la mejora de la calidad del agua potable, la gente espera cada vez más un suministro de agua potable de alta calidad. El método de combinar filtración por adsorción con carbón activado y ultrafiltración para preparar agua potable de alta calidad requiere una pequeña inversión en equipos y un bajo costo de producción de agua. Es un método rentable para preparar agua potable de alta calidad y tiene amplias perspectivas de mercado.
2.1.2 Suministro de agua industrial
La calidad del agua del grifo y del agua subterránea no puede cumplir con los requisitos de muchas industrias químicas, electrónicas y textiles y debe purificarse antes de su uso. Se utiliza para purificar el agua industrial.
2.1.3 Agua farmacéutica
El agua farmacéutica para inyección se prepara mediante destilación en varias etapas. El proceso es engorroso, el consumo de energía es elevado y, a menudo, la calidad no está garantizada. La tecnología de membranas de ultrafiltración se ha utilizado además de fuentes de calor de agua de inyección y fuentes de calor de agua terminales, y ha logrado buenos resultados.
2.2 Tratamiento de aguas de proceso (separación, concentración, clasificación y purificación)
En diversos procesos de producción industrial, suele existir la necesidad de separar, concentrar, clasificar y purificar determinadas soluciones acuosas. necesidad. Los métodos utilizados tradicionalmente incluyen precipitación, filtración, calentamiento, congelación, destilación, extracción y cristalización. Estos métodos tienen desventajas como flujo de proceso largo, alto consumo de energía, gran pérdida de material, equipos grandes, baja eficiencia y operaciones engorrosas. La sustitución de la tecnología de membranas de ultrafiltración por algunos procesos tradicionales puede lograr importantes beneficios económicos.
2.2.1 Aplicación de la tecnología de membranas en la industria farmacéutica
La tecnología de membranas se utiliza ampliamente en la separación, concentración y purificación de preparados biológicos y en la producción farmacéutica. Como separación de preparados de sangre, purificación de agentes antibacterianos e interferones, clasificación y purificación de proteínas, esterilización y clarificación de preparados de hierbas chinas, etc. La fermentación es la tecnología principal de los productos biofarmacéuticos. Los medicamentos se extraen del caldo de fermentación. El proceso tradicional es la extracción con solventes o el calentamiento y la concentración, que utiliza repetidamente solventes orgánicos y soluciones ácido-base, lo que resulta en un alto consumo, un flujo de proceso prolongado y un tratamiento pesado de aguas residuales. tareas. En particular, muchos fármacos son sensibles al calor, lo que limita en gran medida la practicidad de los procesos tradicionales. Las líneas de producción farmacéutica avanzadas a nivel internacional utilizan tecnología de separación por membranas para reemplazar los procesos tradicionales de separación, concentración y purificación. Como concentración de equipos de membrana y purificación de antibióticos, clarificación de decocciones de medicina tradicional china e inyecciones de medicina tradicional china, etc.
2.2.2 Aplicación de la tecnología de membranas en la industria alimentaria
La tecnología de membranas de ultrafiltración se utiliza para separar los productos y bacterias en el caldo de fermentación y luego utilizar otros métodos para refinar.
Sus ventajas son: eficiencia de producción mejorada y calidad del producto; flujo de proceso simplificado; la proteína bacteriana no contiene impurezas añadidas, tiene un alto valor de utilización y logra una utilización integral de los recursos. La salsa de soja, la clarificación de vinagre, la clarificación y concentración de jugos, la producción de lácteos, la industria azucarera, etc., utilizan tecnología de membranas.
2.2.3 Aplicación de la tecnología de membranas en diversas producciones industriales
Cualquier proceso que implique concentración y separación a nivel molecular tiene la oportunidad de aplicar la tecnología de membranas. La purificación en línea de pintura electroforética para automóviles utiliza membranas de ultrafiltración para eliminar impurezas y garantizar continuamente la calidad de la pintura. En la industria de combustibles, la tecnología de membranas de ultrafiltración de Changyou separa y concentra los intermedios;
2.3 Aplicación en la protección del medio ambiente y los recursos hídricos
La tecnología de membranas se ha utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales, la prevención de la contaminación y la utilización integral de los recursos hídricos. En muchos casos, no sólo trata las aguas residuales sino que también recupera materiales y energía útiles.
2.3.1 Tratamiento de diversos tipos de aguas residuales aceitosas y aceites usados
① Tratamiento de agua por reinyección de producción de petróleo: el método de membrana puede eliminar el aceite emulsionado y disuelto en el agua y mejorar la calidad del agua de reinyección.
② Tratamiento de aguas residuales aceitosas: muchas producciones industriales y industrias de transporte producirán una gran cantidad de aguas residuales aceitosas. La tecnología de filtración por membrana es la forma más eficaz de cumplir con los estándares de descarga.
③Purificación de aceite lubricante usado: la tecnología convencional más la separación por membrana puede producir un aceite lubricante muy puro, que es adecuado para el tratamiento de aceite usado de motor, como el de automóviles.
④ Purificación y reciclaje de aceite de corte para máquinas herramienta: el método de membrana puede eliminar bacterias e impurezas en el aceite de corte usado y puede reutilizarse después del tratamiento.
⑤Tecnología de tratamiento de purificación de aceite de cocina residual: el aceite comestible producirá carcinógenos bajo altas temperaturas continuas, y el método de membrana puede eliminar estas sustancias.
⑥Purificación del aceite de colza comestible: el aceite de colza contiene entre un 15% y un 48% de ácido erúcico con alto contenido de carbono. Se puede eliminar mediante el método de membrana y alcanza el estándar (5% de ácido erúcico).
2.3.2 Tratamiento y reutilización de aguas residuales
① El biorreactor de membrana trata las aguas residuales domésticas y las recicla. Ocupa un área pequeña, tiene baja inversión en equipos y tiene buena calidad del agua.
② Para el tratamiento y reutilización de aguas residuales de impresión y revelado, la tecnología de membranas se puede utilizar para cumplir con los estándares de descarga y también se puede reciclar.
③Las aguas residuales de galvanoplastia se pueden tratar con tecnología de membrana, el agua recuperada se puede reutilizar y los contaminantes se pueden devolver al tanque para su reutilización.
④ La separación por membrana de las aguas residuales de impresión y teñido puede eliminar los tintes coloreados y reutilizar el agua recuperada. El combustible índigo se puede reciclar a partir de aguas residuales de impresión y teñido de mezclilla.
⑤ La separación por membranas de las aguas residuales de la fabricación de papel puede eliminar la lignina y los pigmentos de las aguas residuales, y el agua purificada se puede descargar o reutilizar.
2.3.3 Tecnología de desalinización de agua de mar
①Tecnología de desalinización de agua de mar: al aplicar la última tecnología de destilación de membrana, es más adecuada para conectarla al intercambiador de calor de un motor marino y utilizar el calor residual. para producir agua dulce. Es adecuado para pequeños barcos pesqueros que se utilizan para la pesca en alta mar.
②Tecnología de desalinización de agua de mar: utilice membranas para desalinizar agua salada natural según los estándares de calidad del agua aplicables.
2.4 Separación de gases, tecnología de concentración y su aplicación
① Concentración de oxidación: los dispositivos de membrana se pueden convertir en equipos médicos y de fisioterapia seguros y sencillos, y también se pueden utilizar para soplar oxígeno. o combustión en la fabricación de acero. En otras producciones industriales, la concentración de oxígeno enriquecido puede alcanzar del 35% al 80%.
② Concentración de nitrógeno: el nitrógeno se puede utilizar en la conservación de alimentos, el almacenamiento de automóviles, el repostaje de aviones, las industrias químicas y a prueba de explosiones. Los equipos de membrana pueden concentrar el nitrógeno entre un 90% y un 98%.
3. Separación de dióxido de carbono, dióxido de azufre e hidrógeno: cuando se mezclan dióxido de carbono, dióxido de azufre, hidrógeno y otros gases, se pueden utilizar membranas para separarlos para satisfacer las necesidades industriales.
4 Separación y concentración de hidrógeno: En el proceso de fabricación de productos químicos, a menudo se descarga una gran cantidad de hidrógeno, y el hidrógeno se puede separar mediante el método de membrana.
2.5 Otros
① Conservación de la película: Recubrir una capa de película en el exterior de las frutas y los huevos puede preservar la frescura. Después de mantenerse fresco, tiene un largo período de almacenamiento y buena apariencia y color.
②Tecnología de separación de membranas para la fabricación de vitamina E: la membrana puede extraer VE mezclado del aceite de soja y el extractante se puede reciclar.
La tecnología de separación de membrana líquida es un nuevo tipo de tecnología de separación de alta eficiencia, que tiene las características de funcionamiento a temperatura normal, baja pérdida de nutrientes, equipo simple, fácil operación, sin cambio de fase, sin cambios químicos. Fuerte selectividad y alta eficiencia de separación y ventajas de ahorro de energía. Según el tamaño del poro de la membrana, la tecnología de separación de membranas se puede subdividir en microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración, tecnología de ósmosis inversa, etc. En la actualidad, las aplicaciones de la tecnología de membranas en la industria alimentaria incluyen principalmente filtración, concentración, esterilización y separación y extracción de ingredientes funcionales de alimentos funcionales.
Esta tecnología ha sido ampliamente utilizada en la industria alimentaria y se describe brevemente a continuación:
Producción de jugos de frutas y verduras
En la producción de jugos de frutas y verduras, la microfiltración GE y Se utilizan tecnologías de ultrafiltración de GE. Se realiza clarificación y filtración; para la concentración se utiliza tecnología de ósmosis inversa. Cuando se utiliza la tecnología de ultrafiltración para clarificar el jugo, la membrana atrapará las bacterias junto con el residuo del filtro, y las bacterias mezcladas en el jugo se pueden eliminar sin calentar. El uso de la tecnología de ósmosis inversa para concentrar jugos de frutas y verduras puede mejorar la estabilidad de los ingredientes del jugo, reducir el volumen de transporte, eliminar sustancias indeseables y mejorar el sabor de los jugos de frutas y verduras. Por ejemplo: los componentes aromáticos de los zumos de frutas y verduras se pierden casi por completo durante el proceso de evaporación y concentración. El método de liofilización sólo puede retener alrededor del 8%, mientras que la tecnología de ósmosis inversa puede retener entre el 30% y el 60%.
Aplicación en la industria láctea
La tecnología de ósmosis inversa y ultrafiltración se utilizan principalmente para la recuperación de la proteína del suero y la concentración de la leche. Actualmente, la tecnología de ultrafiltración se utiliza ampliamente en varios países como tecnología estándar para recuperar la proteína del suero.
En comparación con otros métodos, el uso de tecnología de separación por membranas para procesar productos lácteos puede reducir el consumo de energía y mejorar la calidad del producto. Utilizando la tecnología de ósmosis inversa para concentrar leche diluida, se pueden producir quesos y yogures dulces de calidad satisfactoria. El uso de tecnología de ósmosis inversa para eliminar trazas de penicilina del suero puede extender en gran medida la vida útil de los productos lácteos. Cuando se utiliza la tecnología de ultrafiltración para concentrar la proteína del suero, también se pueden eliminar al mismo tiempo la lactosa, las cenizas, etc.
Producción de alcohol
La tecnología de ultrafiltración puede eliminar levaduras residuales, bacterias y sustancias coloidales en el vino y las bebidas alcohólicas, mejorar la transparencia del vino, prolongar la vida útil y también puede mejorar la calidad del vino. Los vinos originales tienen un sabor maduro y acortan el período de envejecimiento. Después del tratamiento de ultrafiltración, el sabor del vino mejora, volviéndose refrescante, delicioso y meloso. En la actualidad, el método de ultrafiltración para refinar vino y bebidas alcohólicas se aplica en Estados Unidos, Italia, Japón y otros países. Este método no sólo puede evitar la fácil precipitación de componentes turbios en el vino durante el proceso de esterilización térmica, sino que también simplifica el equipo de filtración. Las bebidas alcohólicas procesadas incluyen vino, whisky, shochu, sake, vino de arroz, etc.
La cerveza de barril sabe mejor que la cerveza cocida, pero no se puede almacenar durante mucho tiempo, lo que trae ciertas dificultades para el transporte y la venta. La tecnología de ultrafiltración se utiliza para realizar una filtración fina y una filtración estéril de la cerveza, lo que permite almacenar la cerveza de barril durante mucho tiempo sin ser esterilizada mediante calentamiento a baja temperatura.
Aplicaciones en la industria de la soja
La principal aplicación de la tecnología de membranas en la industria de la soja es la separación y recuperación de proteínas. Los métodos convencionales sólo pueden extraer el 60% de la proteína del suero de soja producido en la producción de leche de soja. El uso de ultrafiltración para concentrar la proteína restante puede aumentar la producción de tofu entre un 20 y un 30%. El método de ultrafiltración también puede concentrar proteínas y al mismo tiempo eliminar el olor a soja y las sustancias de bajo peso molecular que afectan la estabilidad de la leche de soja, mejorando así la calidad de la leche de soja.
El tratamiento del suero en la industria de productos de soja es de gran importancia para prevenir la contaminación del agua. El suero de soja contiene una variedad de proteínas de bajo peso molecular, polisacáridos, polipéptidos, oligosacáridos y otras sustancias que se pueden utilizar para recuperar proteína de soja concentrada del suero de soja para satisfacer las necesidades de los seres humanos y la cría de animales. Además, también se encuentran disponibles productos de beta-amilasa.
Utilizando la tecnología de membranas también se pueden obtener ingredientes funcionales de alimentos funcionales como isoflavonas de soja, oligosacáridos de soja, aislados de proteínas de soja, oligopéptidos, inmunoglobulinas y flavonoides de hojas de bambú.