Membran Teknolojisi Membran ayırma teknolojisi basınç farkı, konsantrasyon garadyanı ve elektiriksel yük farkı gibi sürükleme kuvvetlerinin etkisiyle karışım.

... konulu sunumlar: "Membran Teknolojisi Membran ayırma teknolojisi basınç farkı, konsantrasyon garadyanı ve elektiriksel yük farkı gibi sürükleme kuvvetlerinin etkisiyle karışım."— Sunum transkripti:

1 Membran Teknolojisi Membran ayırma teknolojisi basınç farkı, konsantrasyon garadyanı ve elektiriksel yük farkı gibi sürükleme kuvvetlerinin etkisiyle karışım halindeki bileşenlerin yarı geçirgen bariyerler kullanılarak birbirlerinden ayrılması olarak tanımlanmaktadır. Membran ayırma işlemlerinde membrandan geçen bileşenlerin geçiş hızlarının membran tarafından kontrol edilebilmesi ayırma işleminin etkinliği açısından önemli önemli bir noktadır.

2 Membran Teknolojisi Katı-sıvı, katı-gaz, sıvı-sıvı ve sıvı–gaz ayırımlarının gerçekleştirilebildiği bu teknik tıp, ilaç, kimya, gıda ve tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Gıda Sanayindeki kullanım alanlarına suların saflaştırılması, meyve suyu ve süt ürünlerinin konsantre edilmesi, protein çözeltilerinin geri kazanılması ve saflaştırılması vb. işlemler örnek olarak verilebilir.

3 Membran Teknolojisi İşlem Parametreleri
membranın tipi ve yapısal özellikleri sıcaklık, Basınç farkı, beslemenin akış hızı ve fiziksel özellikleri (vizkozite, yoğunluk) membran ayırma işleminin performansını etkileyen önemli işlem parametreleridir.

4 Kompozit İnce Film Membranlar Gözeneksiz Yoğun Membranlar
Membran Çeşitleri Anizotropik Kompozit İnce Film Membranlar Gözeneksiz Yoğun Membranlar Gözenekli Membranlar Destekli Sıvı Membranlar Sıvı Doldurulmuş Gözenekler Şematik olarak İzotropik Polimer Matriks

5 Membran Teknolojisi Basınç farkına dayalı ayırımın sağlandığı membran işlemleri, ayrılacak olan bileşenin moleküler ağırlığına veya boyutuna bağlı olarak ters ozmoz (RO), nanofiltrasyon (NF), ultrafiltrasyon (UF) ve mikrofiltrasyon (MF) olarak sınıflandırılmaktadır. Membran Ayırma İşlemlerine ait nominal gözenek çapı ve ayırım mekanizmaları

6 Membran Teknolojisi Moleküler boyuta dayalı ayırım yapan gözenekli membranlar Ayrılacak maddenin membran materyalindeki çözünürlüğüne ve difüzyon hızına dayalı ayırım yapan gözeneksiz yoğun membranlar The most important property of membranes is their ability to control the rate of permeation of different species. The two models used to describe the mechanism of permeation are illustrated in Figure 2.1. One is the solution-diffusion model, in which permeants dissolve in the membrane material and then diffuse through the membrane down a concentration gradient. The permeants are separated because of the differences in the solubilities of the materials in the membrane and the differences in the rates at which the materials diffuse through the membrane. The other model is the pore-flow model, in which permeants are transported by pressure-driven convective flow through tiny pores. Separation occurs because one of the permeants is excluded (filtered) from some of the pores in the membrane through which other permeants move. Molekül Ağırlığı (Da)

7 Membran Teknolojisi Fosfolipitlerin yüzey aktif özelliğe sahip moleküller olması nedeniyle bitkisel yağlarda ve hekzan-yağ misellası gibi ortamlarda ters miseller oluşturması; yağların özellikle çözgen içeren sistemlerde membran degumming uygulamalarında kullanılmalarına olanak vermektedir (Sen Gupta, 1977). MAMisel≈20 kDa Boyutları nm

8 Yağ Sanayiinde Membran Uygulamaları
Rafine Yağ Ham Yağ Tohum Hazırlama Çözgen Ekstraksiyonu Geri Kazanımı Su/Fosforik Asit Degumming Deasidifikasyon Renk Açma Dewaxing Deodorizasyon Fosfolipitler Sabun Alkali Pigmentler Hekzan Distilat Tohum Hazırlama Çözgen Ekstraksiyonu UF Fosfolipitler Solvent Solvent Yağ+ Solvent NF/RO SYA+ Solvent Bu doğrultuda, membran teknolojisi kullanılarak yenilebilir yağların rafine edilmesi amacıyla yapışkan maddelerin giderilmesi (degumming) başta olmak üzere, asitlik giderme, renk açma, Vaksların uzaklaştırılması, solventin uzaklaştırılması, Atık Kızartma Yağlarının Değerlendirilmesi yağ asitlerinin geri kazanımı ve trigliseritlerin fraksiyonizasyonu RO RO SYA Deodorizasyon Rafine Yağ

9 Yağ Sanayiinde Membran Uygulamaları
Lin ve ark. (1997) bu teknolojinin kullanımı ile yılda yaklaşık olarak trilyon KJ lik enerji tasarrufu sağlanacağını ve gumlar ile nötr yağ kaybının %75 oranında azaltılabileceğini bildirmiştir. Ebert ve Cuperus (2005) membran filtrasyonun kullanımı ile fiziksel rafinasyona göre yapılacak enerji tasarrufunu karşılaştırmıştır.

10 Yağ Sanayiinde Membran Uygulamaları
Buna göre membran filtrasyon % 85 daha az su, % 63 daha az atık su arıtımı, % 62 daha az elektrik kullanımı, % 60 daha az rafinasyon kaybı, % 28 daha az buhar kullanımı, % 22 daha az kurulum maliyeti ve % 7 daha az soğutma suyu gerektirmektedir. Yüzdeleri söylemedem

11 Literatür Özeti Membran Degumming Membran Deasidifikasyon

12 Membran Degumming Membran degumming işlemi yağların çözgenle seyreltilerek ya da çözgensiz olarak gözenekli (porous) veya gözeneksiz (non-porous) olmak üzere iki tip membran kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

13 Subarmanian ve Nakajima (1997)
Membran Degumming Gözenekli Membranlarda Çözgen kullanılmadan gerçekleştirilen çalışmalar Membran Sistemi /Tipi Kullanılan Yağ Çeşidi Fosfor İçeriği Yağ Akısı l/(m2 · h) Referans Besleme mg/kg Permeat Reddedilme ( %) PE-30, MF; PE, pore size 30 nm Soya yağı, 179 - 8.7 5.6 Subarmanian ve Nakajima (1997) UF; PES, MWCO: ∼100 kDa, Soya yağı 437 100 77 5 De Moura ve ark., (2005) MF; Ceramic (Al2O3), pore size 200 nm, Palm Yağı 17 7 56.8 0.8 De ve ark.,1998 MF, Ceramic (α-Al2O3), pore size: 60–350 nm, Pirinç Kepeği Yağı 1230 403 69.7 20 Majid ve ark.,2000

14 Ayçiçeği yağı, 30% misella
Membran Degumming Gözenekli Membranlarda Çözgen kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalar Membran Sistemi /Tipi Kullanılan Yağ Çeşidi Fosfor İçeriği Yağ Akısı l/(m2 · h) Referans Besleme mg/kg Permeat Reddedilme ( %) UF; PAN, MWCO: 25 kDa/KS Soya yağı, %33 misella 990 10 99 9.3 Sen Gupta, 1987 PS/PA/ MWCO: 500 kDa-30 kDa, Pamuk yağı %25 misella 580 ~100 8.3 Köseoğlu ve ark., 1989 poliimid membran (MWCO:20 kDa) Soya yağı, 30% misella - >90 78 Kim ve ark., 2002 UF; PES, MWCO: ∼100 kDa, 593 93 85.1 15.3 De Moura ve ark., (2005) UF; PES, MWCO: 9 kDa,/tubuler SS Ayçiçeği yağı, 30% misella 97.2 24.5 Garcia ve ark., 2005

15 Model yağ (rafine ayçiçeği + PC)
Membran Degumming Gözeneksiz Membranlarda Çözgen kullanılmadan gerçekleştirilen çalışmalar Membran Sistemi /Tipi Kullanılan Yağ Çeşidi Fosfor İçeriği Yağ Akısı l/(m2 · h) Referans Besleme mg/kg Permeat Reddedilme ( %) NTGS-1100 Poli-imid Soya yağı, 179 1 99.8 0.83 (Subramanian ve ark., 1998) NTGS-2200 Polisülfon Yer Fıstığı Yağı 23 100 0.09 Model yağ (rafine ayçiçeği + PC) 157 99.9 0.14 Pirinç Kepeği 499 20 96.4 0.07 (Saravan ve ark., 2005)

16 Membran Degumming Gözeneksiz Membranlarda Çözgen kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalar Membran Sistemi /Tipi Kullanılan Yağ Çeşidi Fosfor İçeriği Yağ Akısı l/(m2 · h) Referans Besleme mg/kg Permeat Reddedilme ( %) NTGS-2200 Polisülfon Pirinç Kepeği, 25% misella 499 18 97.6 1.0 (Saravan ve ark., 2005) Palm yağı, 50% misella 37 100 1.2 (Arora ve ark., 2004) Nevertheless, the improved oil flux obtained with nonporous membranes were much lower than the flux values reported with UF membranes for a similar degumming performance

17 Membran Deasidifikasyon
Yağların membran teknolojisiyle asitliğinin giderilmesi uygulamalarında; çözgenli, çözgensiz ve çeşitli kimyasal ön işlemlerden geçirilerek gözenekli ve/veya gözeneksiz membranlar kullanılarak filtrasyonu konularında çeşitli araştırmalar gerçekleştirilmiştir.

18 Membran Deasidifikasyon
Gözeneksiz Membranlarda Çözgen kullanılmadan gerçekleştirilen çalışmalar Membran Sistemi /Tipi Kullanılan Yağ Çeşidi Serbest Yağ Asidi Reddedilme (%) Yağ Akısı l/(m2 · h) Referans Besleme mg/kg Permeat Seçicilik NTGS-1100 Poli-imid Soya yağı, 0.05 0.06 1.2 -31.7 0.83 Subramanianve ark., 1998 NTGS-2200 Polisülfon Yer Fıstığı Yağı 0.99 1.12 1.1 -15.6 0.74 Ayçiçeği 3.82 4.65 -26.8 0.10 Model yağ (rafine ayçiçeği + oleik asit) 1.90 2.90 1.5 -56.9 Subramanianve ark., 2001 21.1 37.10 2.2 -75.9 0.17

19 Membran Deasidifikasyon
NF Membranlarında Çözgen kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalar Membran Sistemi /Tipi Kullanılan Yağ Çeşidi Serbest Yağ Asidi Reddedilme (%) Yağ Akısı l/(m2 · h) Referans Besleme mg/kg Permeat Seçicilik MPF-50, Model bitkisel yağ+SYA-98:2), Hekzan/:oil80:20 (w/v) 2 12 6.7 20 0.25 Raman ve ark.,1996 PA, MWCO: Da, Model Yer Fıstığı/fatty acid:40/60), Etanol:model oil::90:10 (w/v) 61.7 86.8 4.1 - 5.2 Krishna Kumar ve ark.,1996 PEBAX, hydrophilic) Acetone:TG:FFA: 90/5/5 (w/w) 50 14 0.16 Zwijnenberg ve ark. (1999) GKSS (hydrophilic), Acetone:model oil::86:14 10.3 44.60 7.0 -386 0.02 (Bhosle ve ark.,2006)