Betaiinin tuotannon sivujakeiden mikrosuodattaminen teräskeraamisella kalvolla

Abstract

Betaiini on ammoniumyhdiste, jota käytetään esimerkiksi eläinten rehussa, kosmetiikassa ja lääkkeissä. Danisco Animal Nutrition Finnfeeds Finland Oy:n Naantalin tehdas on maailman johtava betaiinin tuottaja ja raaka-aineena tehtaalla käytetään melassierotuksesta saatavaa betaiinimelassia. Kiteisen betaiinin puhdistusprosessin yhteydessä syntyybetaiinipitoisia sivujakeita, jotka sisältävät huomattavan määrän betaiinia, minkä takia niiden jatkokäsittely on tärkeää. Betaiinin tuotannon sivujakeet ovat erittäin vaikeasti suodattuvia orgaanisia liuoksia, joiden koostumuksia ei täysin tunneta. Tämän työn tarkoituksena oli puhdistaa betaiinin tuotannon sivujakeita mikrosuodattamalla niitä teräskeraamisella kalvolla. Työn kokeellisessa osassa suoritettiin suodatusparametrien eli pH:n, lämpötilan, TMP:n ja betaiiniliuoksen kuiva-ainepitoisuuden optimointi sekä konsentrointikokeita. Mikrosuodatus suoritettiin Graver Technologiesin Scepter-putkimoduulilla, joka toimi ohivirtausperiaatteella ja jonka huokoskoko oli 0,1 ¿m. Scepter-moduuli koostui ruostumattomasta teräksestä sintratuista putkimoduuleista, joissa erottavana kerroksena toimi TiO2. Esikokeiden perusteella todettiin ettei pH:lla ollut suurta vaikutusta suodatukseen. Permeaattivuo kasvoi selvästi lämpötilan ja TMP:nkasvaessa. Vuo taas huononi ja permeaatin sameus lisääntyi selvästi 35 % korkeammissa kuiva-ainepitoisuuksissa. Konsentrointikokeet suoritettiin betaiiniliuoksen refraktrometrisessa kuiva-ainepitoisuudessa, BetRk, 35 %, 80 °C lämpötilassa ja betaiiniliuoksen omassa pH:ssa (pH 8-9,5). Esikokeiden tulosten perusteella konsentrointikokeet suoritettiin TMP:ssa 0,6; 0,8 ja 1,0 bar. Betaiinin tuotannonsivujakeiden konsentrointikokeissa saannoksi saatiin 95 %. Suodatustuloksista havaittiin, että betaiinin tuotannon sivujakeen erä vaikutti voimakkaasti suodatuksen toimivuuteen. Konsentrointikokeissa suodatukset suoritettiin sekäuusilla mikrosuodatusmoduuleilla että vanhalla moduulilla, joka oli jo kulunut.Kulumisen ei kuitenkaan havaittu huonontavan suodatustehokkuutta. Konsentrointikokeiden perusteella voidaan laitteiston pesuväliksi arvioida noin viikko ja pesu tulisi suorittaa sekä emäksisellä että happamalla pesuaineella.

Betaine is a zwitterionic ammonium compound. It has characteristics suitable for use e.g. in animal feed, cosmetics and pharmaceutical products. Danisco Animal Nutrition Finnfeeds Finland Ltd Naantali mill is the leading producer of betaine and the mill uses betaine molasses as its raw material. At the purification process of crystalline betaine sidestreams which contain asubstantial amount of betaine are produced. Thus a further treatment of these sidestreams is important. The sidestreams from the betaine production are organicsolutions which are very difficult to filter. The aim was to purify these sidestreams by microfiltration using a stainless steel ceramic membrane. Thecross-flow microfiltration was carried out with The Graver Technologies Sceptertubular module with a pore size of 0.1 ¿m. The Scepter apparatus consisted of four tubular modules which were sintered from stainless steel. The surfaces were coated with TiO2. Optimization of the filtration parameters, such as pH, temperature, TMP and dry content of betaine solution, was carried out as batch experiments. Based on preliminary tests it could be stated that the pH did not have a great effect on the filtration. The permeate flux increased clearly when temperature and TMP were increased. Flux decreased and the turbidity of the permeate increased at a higher dry content of betaine solution than 35 %. Concentration experiments were carried out at 80 °C, a dry content of betaine solution of 35 % and at the own pH of the betaine solution (pH 8-9.5). Based on preliminary tests, the concentration experiments were carried out at 0.6, 0.8 and 1.0 bar. In concentration of the sidestreams from the betaine production a yield of 95 % was achieved. From the results it was noticed that the batch of the sidestreams from the betaine production greatly affected the filtration. The concentration experiments were carried out with new microfiltration modules and an old module, which was already worn. It was not noticed that the erosion of the membrane would deteriorate the efficiency of filtration. Based on the concentration experiments, the cleaning interval of the filtration apparatus should be approximately one week. Cleaning should be done with both alkaline and acid cleaning agents.