Dicht gepackt

Verglichen mit anderen Technologien, bieten Spiralwickelmodule eine extrem hohe Packungsdichte und dabei einen geringen Energiebedarf. Die Bauweise eines Wickelmoduls basiert auf mehreren Membrantaschen und zwischenliegenden Spacern, die um das sogenannte Permeatrohr gewickelt werden. Die Membrantaschen bestehen wiederum aus zwei Membranschichten zwischen denen Permeatspacer liegen. Die Taschen werden an drei Seiten verschlossen, sodass das durch die Membran tretende Permeat lediglich auf Seiten des Permeatrohrs austreten kann.

Wickelmodule bieten eine enorme Bandbreite, was die Ausführung angeht. Fast jede Membran kann im Wickelmodul eingesetzt werden, sei sie für die Mikro-, Ultra- oder Nanofiltration ausgelegt. Und je nach Viskosität des Mediums wählt man dazu den geeigneten Spacer. Entsprechend breit gefächert ist der Einsatzbe-reich. Applikationsbeispiele sind die Milchstandardisierung, die Konzentrierung von Milch und Molke, die Käseproduktion und die Salzlakeklärung. Außerdem werden die Produkte erfolgreich bei der Herstellung oder Aufbereitung von Fruchtsaft, Flüssigei, Gelatine, Tierblut, Stärke und Hefe sowie bei der Abtrennung von Mikroorganismen und Zellen verwendet. Auch die Weinfiltration ist ein großes Thema.

Die Aufkonzentration von Molke (Whey Protein Concentrate, WPC) stellt sicherlich einen der größten Einsatzbereiche dar. Dieser Prozess ist meistens mehrstufig und die verwendeten Wickelmodule unterscheiden sich in den einzelnen Stufen durch den Einsatz verschiedenster Spacer – so findet man in der ersten Stufe meistens Module mit Spacerdicken von 31 mil (0,787 mm) und in der letzten Stufe dann 65 bis 80 mil (2,0320 mm), um auf die Veränderung der Viskosität zu reagieren. In dieser Anwendung wird traditionell eine Ultrafiltrationsmembran eingesetzt. Wasser, gelöste Salze, Laktose und Säuren können die Membran passieren, während Proteine, Fette und Bakterien zurückgehalten werden und so aufkonzentriert werden können. Hier hat sich eine 10 kDa-PES-Membran (UP010) etabliert, jedoch bestehen einige Anlagenbetreiber mittlerweile auf 5 kDa-PES-Membranen (UP005). Bei weniger hohen Konzentrationen der Molke und auch bei vergleichbaren Anwendungen im Bereich der Milch kann eine Membran mit einem Rückhalt von 20 kDa (UP020) ausreichend sein. Bei der Entfettung von Molke ist durchaus der Einsatz einer Mikrofiltration sinnvoll; hier handelt es sich dann jedoch nicht um eine PES-Membran, sondern um eine PVDF-Membran (MV020).

Allein im Bereich Milch/Molke gibt es eine Vielzahl an möglichen Anwendungsgebieten für Wickelmodule. Aufgrund der hohen Variabilität der Konfigurationsmöglichkeiten eines Wickelmoduls existieren zudem in vielen Bereichen der Lebensmittelindustrie die Möglichkeiten Wickelmodule einzusetzen. Die zuletzt angesprochene MV020-Membran wird beispielsweise zunehmend zur Weinfiltration eingesetzt.

Eine der Hauptanwendungen ist die Klarfiltration des Weines vor der Abfüllung in Flaschen. Traditionell handelte es sich hierbei in den meisten Fällen um einen sogenannten Batch-Prozess. Da die Anlagen zwischen den einzelnen Chargen immer wieder außer Betrieb genommen werden mussten, galt es als besonders wichtig, dass die verwendeten Module leicht zu reinigen waren. Heutzutage etabliert sich jedoch zunehmend der Trend hin zu einem kontinuierlichen Betrieb der Anlagen mit variablen Durchsätzen, um den gesamten Reinigungsaufwand einer Anlage so gering wie möglich zu halten. Zu diesem Zweck entwickelte ein Anwender einen automatischen Reinigungsprozess, der einen Rückspülmodus beinhaltet. Um die sich auf der Membran bildende Deckschicht so moderat wie möglich zu halten und dabei trotzdem einen hohen Permeatfluss zu gewährleisten, ist eine hohe Überströmung von Vorteil. Das optimale Verhältnis zwischen Transmembrandruck und Permeatfluss kann durch entsprechende Vorversuche ermittelt werden. Traditionell wurden in der Pre-Bottling-Anwendung oftmals Hohlfasermodule eingesetzt. Ein entscheidender Vorteil der Wickelmodule liegt hierbei aber nicht nur in der guten Reinigbarkeit der Module, sondern auch in dem extrem niedrigen Energiebedarf im Vergleich zu Hohlfasermodulen. Ein weiterer Vorteil von Wickelmodulen stellt ihre hohe Packungsdichte dar, die jedoch wiederum vom Spacer abhängt. In dieser Applikation sollte man einen Spacer mit einer Dicke von 44 mil wählen.

Die Auswahl der richtigen Membran kombiniert mit der optimalen Modulkonfiguration hat großen Einfluss auf die Prozessstabilität. Gerade in der Lebensmittelindustrie kommen aber auch noch hohe Anforderungen an den Fertigungsprozess hinzu. Um den stetig wachsenden Ansprüchen und immer strenger werdenden Auflagen Folge zu leisten, bedarf es eines professionellen Qualitätsmanagements, das Hand in Hand mit Forschung und Entwicklung und einer erfahrenen Produktionsmannschaft an der Herstellung der passenden Membran arbeitet.

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