1 Procesy membranowe w biotechnologii cz. 4Stężeniowe procesy membranowe

2 Stężeniowe procesy membranoweseparacja gazowa permeacja par perwaporacja

3 Separacja gazów i par c.d.

4 Separacja gazów i par c.d.

5 Zestawienie parametrów membran do separacji gazówKonstrukcja kompozytowa, asymetryczna Grubość warstwy aktywnej 0,1 μm do kilku μm Wielkość porów < 0,1 μm Ciśnienie pracy do 10 MPa po stronie nadawy lub próżnia po stronie permeatu Mechanizm separacji rozpuszczanie i dyfuzja Materiał membrany polimery elastyczne lub szkliste

6 Perwaporacja c.d.

7 Zestawienie parametrów membran do perwaporacjiKonstrukcja kompozytowa, asymetryczna Grubość warstwy aktywnej 0,1 μm do kilku μm Wielkość porów membrana nieporowata Mechanizm separacji rozpuszczanie i dyfuzja Materiał membrany polimery elastyczne lub szkliste, polarne lub niepolarne

8 Odwadnianie rozpuszczalników organicznych

9 Odwadnianie etanolu

10 Zasada bezpośredniej kontaktowej destylacji membranowej

11 Bezpośrednia kontaktowa destylacja membranowa c.d.a) bezpośrednia kontaktowa; b) bezpośrednia kontaktowa z płytą chłodzącą

12 Osmotyczna destylacja membranowa

13 Zestawienie parametrów membran do destylacji membranowejKonstrukcja porowata symetryczna lub asymetryczna Grubość μm Wielkość porów 0,2 – 1,0 μm Siła napędowa różnica ciśnień cząstkowych Mechanizm separacji równowaga układu ciecz-para Materiał membrany polimery hydrofobowe

14 Zatężanie soków owocowych

15 Zatężanie soków owocowych

16 Konwencjonalne a membranowe techniki separacji bioproduktówOperacja jednostkowa Proces konwencjonalny Proces membranowy Hodowla komórek Filtracja lub odwirowanie Mikrofiltracja Ultrafiltracja Klarowanie cieczy pofermentacyjnych odwirowanie Zatężanie i oczyszczanie białek Wysalanie, chromatografia, ekstrakcja Diafiltracja

17 Konwencjonalne a membranowe techniki separacji bioproduktów c.d.Operacja jednostkowa Proces konwencjonalny Proces membranowy Zatężanie związków niskocząsteczkowych Destylacja próżniowa Odwrócona osmoza, perwaporacja, destylacja membranowa Odsalanie Wymiana jonowa Ultrafiltracja, elektrodializa, odwrócona osmoza Odzysk kwasów lub zasad Wymiana jonowa, zobojętnianie elektrodializa dwubiegunowa

18 Reaktory membranowe

19 Reaktory membranowe

20 Hydroliza enzymatyczna skrobi – porównanie reaktora okresowego i membranowego c.d.Parametr procesu Proces okresowy Proces membranowy Stężenie substratu [%] 30 Stężenie enzymu [%] 0,05 0,5 Stosunek stężenia substratu do enzymu 750 50 Czas reakcji [h] 3 Temperatura reakcji [°C] 60 55 Konwersja substratu

21 Hydroliza enzymatyczna skrobi – porównanie reaktora okresowego i membranowego c.d.Parametr procesu Proces okresowy Proces membranowy pH produktu 4,5 Zawartość suchej substancji w produkcie [%] 71 32,5 Skład produktu DP-1 95 96 – 97 DP-2 3 2 – 3 DP-3 i wyższe oligomery 2 1

22 Fermentacja etanolowa w reaktorze membranowymTyp membrany Funkcja membrany Strumień permeatiu Ciśnienie [atm] Stopień retencji glukozy Stopień retencji etanolu UF polisulfon (hollow-fiber) Retencja komórek 0,012 2 0,1 UF polisulfon ramowa 0,422 7 0,2 UF polisulfon kapilarna 0,450 RO octan celulozy Retencja komórek i substratu 0,028 27 0,95 0,06 RO poliamid Zatężanie etanolu 0,458 17 - 0,33 RO akrylonitryl-poliester 0,549 60 0,44

23 Zastosowanie destylacji membranowej do wydzielania etanolu

24 Zastosowanie destylacji membranowej do wydzielania etanolu c.d.

25 Zastosowanie destylacji membranowej do wydzielania etanolu c.d.

26 Zastosowanie destylacji membranowej do wydzielania etanolu c.d.

27 Zastosowanie destylacji membranowej do wydzielania etanolu c.d.