DK176362B1 - Fremgangsmåde til opstart af et filtreringsanlæg samt et filtreringsanlæg indrettet til at kunne opstartes tilsvarende - Google Patents

Description

i DK 176362 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til opstart af et 5 filtreringsanlæg til behandling af procesvæske inden for fødevareindustrien, den farmaceutiske industri, den kemiske industri og andre relevante områder, efter rensning af filtreringsanlægget samt et filtreringsanlæg, som er indrettet til at kunne opstartes efter denne fremgangsmåde.

10 Baggrund

Behandling af procesvæsker ved filtrering for enten at anvende væskedelen, som passerer filteret, permeatet, eller væskedelen, som tilbageholdes af filteret, retentatet, er velkendt fra en række industrier. Inden for fødevareindustrien anvendes sådan 15 behandling og filtreringsanlæg f.eks. ved fremstilling af mælkeprodukter og øl.

Særligt kendes filtreringsanlæg til behandling af mælk, hvor bakterier og sporer tilbageholdes fra procesvæsken, mælken, med det formål at forlænge holdbarheden af det færdige produkt.

20

Imidlertid undgås en tilsmudsning af filtermembraneme ikke, og en regelmæssig rensning af filtreringsanlægget er nødvendig med drifsstop til følge. Ved opstarten efter rensningen af filtreringsanlægget, som udover selve filteret normalt indeholder andet udstyr til for- og/eller efterbehandling af procesvæsken, skal der for mange 25 anlæg være en konstant strøm af væske gennem anlægget for at fx pasteuriseringsanlæg og andre gennemstrømningsanlæg er i den korrekte driftstilstand. Derfor gennemstrømmes filtreringsanlægget af en neutral væske, fx steriliseret vand, forud for at procesvæsken ledes ind i anlægget, og der går en rum tid før den væske, som kommer ud af anlægget ikke længere er en blanding af den 30 behandlede procesvæske og den neutrale væske, hvilket medfører dels et tab af 2 DK 176362 B1 procesvæske, dels et tab af driftstid for anlægget, hvor begge dele kan være ganske betydelige.

Det er derfor et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en 5 fremgangsmåde til opstart af et filtreringsanlæg, hvor disse ulemper reduceres, samt at tilvejebringe et filtreringsanlæg, som er indrettet til at opstarte på denne måde.

I filtreringsprocessen anvendes ofte såkaldt cross-flow filtrering, hvor proces væsken på retentatsiden af filteret recirkuleres igennem kanaler ved høj flowhastighed 10 parallelt med membranoverfladen, hvorved strømningens hastighed og turbulens modvirker, at membranens overflade blokeres af større partikler fra proces væsken, men at disse beholdes opslæmmet i den tilbageholdte del af procesvæsken, i retentatet.

15 Til mikrofiltrering anvendes membraner med en porestørrelse inden for området 0,1-10 pm [eller 0,05-10 pm], deraf navnet mikro. Idet membranen kun tillader passage af partikler med en vis fysisk størrelse, er dens funktion at separere bestemte opslæmmede partikler fra resten af procesvæsken.

20 Idet der ved recirkulation på retentatsiden sker en ganske voldsom opblanding mellem retentatet og den nytilførte procesvæske og de ovenfor nævnte ulemper ved opstaten af et filtreringsanlæg med et cross-flow filtreringsudstyr er betydelige, er det et yderligere formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde, til anvendelse på et filtreringsanlæg med et cross-flow 25 filtreringsudstyr.

Kort beskrivelse af opfindelsen

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebringer en reduktion af de 30 ovennævnte ulemper ved at forsyne filtreringsanlægget med et sekundært væsketilførselsudstyr, fx en væskebeholder, som er forbundet med 3 DK 176362 B1 efterbehandlingsudstyret arrangeret nedstrøms for filtreringsudstyret, og under opstarten af anlægget sende et flow af en neutral væske, fortrinsvis steriliseret vand, fra det sekundære væsketilførselsudstyr, til efterbehandlingsudstyret, således at det kan holdes i driftsklar tilstand. Derefter drænes retentatsiden af filtreringsudstyret, 5 procesvæske ledes til filtreringsudstyret, og væskeflowet fra det sekundære væsketilførselsudstyr til efterbehandlingsudstyret afbrydes, når der er opnået et filtreringsbehandlet procesvæskeflow, og som derefter erstatter væsken fra det sekundære væsketilførselsudstyr.

10 Herved opnås, at det ikke længere er nødvendigt at have en kontinuert væskestrøm gennem filtreringsudstyret under påfyldning af det for at kunne opretholde driftsbetingelserne i efterbehandlingsudstyret, og opblandingen mellem den neutrale væske og procesvæsken kan reduceres til en brøkdel med deraf følgende kortere tid ude af drift for anlægget samt mindre spild af procesvæske.

15

Opfindelsen angår dermed en fremgangsmåde til opstart af filtreringsanlæg til væskefiltrering af en procesvæske, særligt en væske til fødevareproduktion, såsom mælk, hvor anlægget omfatter tilførselsudstyr for procesvæsken, filtreringsudstyr samt efterbehandlingsudstyr, særligt et gennemstrømningsudstyr såsom et 20 pasteuriseringsudstyr, hvor filtreringsudstyret er indrettet til behandling af et procesvæskeflow fra tilførselsudstyret og tilføre et filtreringsbehandlet procesvæskeflow til efterbehandlingsudstyret, et sekundært væsketilførselsudstyr, som er forbundet med efterbehandlingsudstyret, idet fremgangsmåden omfatter trinnene til at 25 tilføre efterbehandlingsudstyret et væskeflow, fortrinsvis steriliseret vand, fra det sekundære væsketilførselsudstyr, dræne retentatsiden af filtreringsudstyret i det væsentlige for væske, tilføre filtreringsudstyret et flow af procesvæske, og afbryde væskeflowet fra det sekundære væsketilførselsudstyr til 30 efterbehandlingsudstyret når der er opnået et filtreringsbehandlet procesvæskeflow, 4 DK 176362 B1 som opfylder på forhånd definerede kriterier, og i stedet tilføre det opnåede filtreringsbehandlede procesvæskeflow til efterbehandlingsudstyret.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er særlig fordelagtig, når filtreringsudstyret 5 omfatter udstyr til cross-flow filtrering, særligt mikrofiltrering, idet recirkulationen af væsken på retentatsiden, som ellers ville medføre en voldsom opblanding af den neutrale væske og procesvæsken derved kan undgås.

I en særlig udførelsesform er filtreringsudstyret egnet til mikrofiltrering og har en 10 porestørrelse, der ligger mellem 0,05 mikrometer og 10 mikrometer, fortrinsvis mellem 0,1 mikrometer og 5 mikrometer og mest foretrukket mellem 1 mikrometer og 2 mikrometer.

Det er endvidere en foretrukken udførelsesform, at udstyret til cross-flow filtrering er 15 indrettet til og har en ensartet transmembran flux over i det væsentlige hele membranen.

Tilsmudsning af membranen er den primære faktor, som reducerer anvendeligheden af mikrofiltrering. Graden af tilsmudsning bestemmer membranens 20 rensningsfrekvens, levetid og det nødvendige membranareal, hvilket har en stor effekt på omkostninger, design og drift af filtreringsprocesser. En vigtig faktor, der styrer hastigheden af tilsmudsningen, er graden af ensartethed i kanalernes længderetning, dvs. i rententatets strømningsretning af den transmembrane flux, dvs. permeatflowet per arealenhed af membranen. Da procesvæskens tryk i kanalerne 25 aftager i retningen fra indløb til udløb af retentatet er resultatet et tilsvarende fald i det transmembrane tryk. Ved en ensartet membrangennemtrængelighed og et ensartet tryk på permeatsiden af membranen vil membranen nær indløbsenden af en kanal i filteret hurtigt tilstoppe, idet retentattrykket her er højt og den transmembrane flux dermed høj, og det vil presse partiklerne i retentatet ind i membranen og tilstoppe 30 denne med en kort tidsperiode mellem de nødvendige rensninger af filtreringsudstyret til følge, hvorfor det foretrækkes at anvende membraner som 5 DK 176362 B1 beskrevet fx i US 6,375,014, hvor membranmodulemes ydersider er forsynet med et makroporøst lag, som har en aftagende tykkelse i retningen fra indløb til udløb af retenteatet, hvor tykkelsen er tilpasset sådan, at den samlede permeabilitet bevirker en ensartet flux gennem membranen og modvirker virkningen af det flowinducerede 5 trykfald gennem kanalerne [trykfaldet gennem kanalerne påvirkes ikke af et makroporøst lag med aftagende tykkelse].

US 5,679,780 beskriver en anden metode til at modvirke uensartethed i den transmembrane flux ved at recirkulere permeatet langs membranen med en sådan 10 hastighed, at der opnås et tilsvarende trykfald langs membranens yderside som langs dens inderside inden i kanalerne, hvorved den transmembrane trykforskel er mere ensartet i filtreringskanalemes længderetning, dvs. i retentatets primære strømningsretning.

15 Med en membran med en i det væsentlige ensartet transmembran flux er en recirkulation af væsken på permeatsiden ikke nødvendig under opstart, hvorfor opblanding yderligere kan begrænses. Ydermere er det muligt at permeatsiden af filtreringsudstyret i det væsentlige drænes for væske inden filtreringsudstyret under opstart af anlægget tilføres et flow af procesvæske, idet der netop ikke kræves nogen 20 recirkulation af væske på permeatsiden for at opnå den ensartede transmembrane flux for at begrænse tilsmudsningen af membranen.

Det er endvidere en fordel at permeatsiden af filtreringsudstyret i det væsentlige drænes for væske inden filtreringsudstyret under opstart af anlægget tilføres et flow 25 af procesvæske. Det er yderligere fordelagtigt, at den væske, som drænes fra filtreringsudstyret, ledes til en beholder, som udgør en del af det sekundære væsketilførselsudstyr, hvorved væsken kan genanvendes under opstarten af fi ltreringsanlægget.

30 Endelig er det en fordelagtig udførelsesform, at filtreringsudstyret forud for opstarten af filtreringsanlægget kontinuert gennemstrømmes af et flow af en væske, fortrinsvis 6 DK 176362 B1 steriliseret vand, som fra filtreringsudstyret strømmer til efterbehandlingsudstyret, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnet til at lede nævnte flow af væske gennem en shuntforbindelse udenom filtreringsudstyret, således at dette flow af væske gennem efterbehandlingsudstyret opretholdes mens filtreringsudstyret drænes.

5

Endelig angår opfindelsen et filtreringsanlæg til væskefiltrering af en procesvæske, hvor anlægget omfatter tilførselsudstyr for procesvæsken, filtreringsudstyr samt efterbehandlingsudstyr, hvor filtreringsudstyret er indrettet til behandling af et procesvæskeflow fra tilførselsudstyret og tilføre et filtreringsbehandlet 10 procesvæskeflow til efterbehandlingsudstyret, et sekundært væsketilførselsudstyr, som er forbundet med efterbehandlingsudstyret, hvor filtreringsanlægget endvidere omfatter en styringsindretning, som er indrettet til at styre opstart af filtreringsanlægget ifølge den ovennævnte fremgangsmåde.

15

Kort beskrivelse af tegningen I det følgende er opfindelsen nærmere beskrevet under henvisning til tegningen, hvor 20 Fig. 1 viser et skematisk billede af et anlæg til behandling af procesvæske.

Detaljeret beskrivelse af udførselsformer

Fig. 1 viser et anlæg, som omfatter et filtreringsudstyr til væskefiltrering af en 25 procesvæske med særlige indretninger til rensning og efterfølgende opstart af anlægget ifølge en foretrukken udførselsform af opfindelsen. Anlægget omfatter et indløbsrør 1 for procesvæske og et indløbsrør 9 for steriliseret vand, hvor begge indløbsrør 1, 9 via en ventil 8 fører til et forbehandlingsudstyr 2, som igen via en ventil 12 og et rørstykke 3 er forbundet til indløbssiden af et filtreringsudstyr 4, hvis 30 udløbsside via et rørstykke 5 og en ventil 17 er forbundet til indløbssiden af et efterbehandlingsudstyr 6. Udløbssiden af dette er via en ventil 10 forbundet til et DK 176362 B1 7 udløbsrørstykke 7 til behandlet procesvæske og et andet udløbsrørstykke 11 til dræn af anden væske fra anlægget. Anlægget omfatter endvidere en shunt 13, der forbinder ventilerne 12 og 17, et sekundært væsketilførselsudstyr i form af en beholder 15 til steriliseret vand, hvis indløbsside er forbundet til filtreringsudstyret 4’s væskedræn 5 14 og udløbssiden er forbundet til ventilen 17.

Ved normal drift tilføres anlægget en procesvæske, fortrinsvis et væskeformigt levnedsmiddel, der f.eks. kan være mælk eller øl, som føres ind i anlægget med rørstykke 1. Procesvæsken føres via ventil 8 til forbehandlingsudstyret 2, der f.eks.

10 kan være udstyr til homogenisering af procesvæsken, og videre via ventil 12 og rørstykke 3 til filtreringsudstyret 4, der fortrinsvis kan være udstyr til cross-flow filtrering, såsom mikrofiltrering til fjernelse af f.eks. bakterier og sporer. Fra filtreringsudstyret 4 føres en del af den filtrerede procesvæske, fortrinsvis permeatet fra filtreringsprocessen, alternativt retentatet, via rørstykke 5 og ventil 17 til 15 efterbehandlingsudstyret 6, der f.eks. kan være udstyr til pasteurisering, og slutteligt løber den behandlede procesvæske via ventilen 10 videre ud af anlægget gennem rørstykke 7 f.eks. til efterfølgende pakning eller forarbejdning.

Forbehandlingsudstyret 2, filtreringsudstyret 4 og efterbehandlingsudstyret 6 er 20 fortrinsvis af gennemstrømningstypen, dvs. at procesvæsken, som strømmer igennem udstyret 2, 4, 6 behandles kontinuerligt i modsætning til portionsvis, hvorved en kontinuert strøm af procesvæske gennem anlægget kan opnås.

Anlægget skal ved almindelig drift renses med regelmæssige mellemrum, typisk efter 25 6-14 timers drift med procesvæsken, særligt på grund af aflejringer i filtreringsudstyret 4. Rensningen kan foregå på flere forskellige måder, og afsluttes normalt med, at anlægget gennemstrømmes med steriliseret vand, som føres ind gennem indløbsrørstykket 9 og følger procesvejen for procesvæsken, dvs. gennem forbehandlingsudstyret 2 over filtreringsudstyret 4 til efterbehandlingsudstyret 6.

30 8 DK 176362 B1

Indtil anlægget overgår til almindelig drift med behandling af procesvæske, fortsættes gennemstrømningen med steriliseret vand for at gennemstrømnings-udstyrene, f.eks. pasteuriseringsindretninger i efterbehandlingsudstyret 6, er driftsklare med hensyn til væskeflow, tryk, temperatur mv. og kan modtage 5 procesvæske til behandling. Det er for disse gennemstrømningsudstyr vigtigt, at der er en kontinuerlig væskestrøm gennem dem, idet en afbrydelse af denne vil medføre, at de ikke er umiddelbare driftsklare, men kræver et opstartsforløb af kortere eller længere varighed.

10 Ved overgang til behandling af procesvæske startes med at lede det steriliserede vand udenom filtreringsanlægget 4 og i stedet gennem shunten 13 ved at skifte ventilerne 12 og 17 ved hjælp af en styringsindretning (ikke vist), som styrer driften af anlægget, således at væsken fra forbehandlingsudstyret 2 ledes gennem shunten 13 til efterbehandlingsudstyret 6. Herefter drænes det steriliserede vand fra 15 filtreringsudstyret over i beholderen 15, i det mindste fra retentatsiden af filtret. Afhængig af typen af filtreringsudstyr 4 kan der endvidere drænes vand fra permeatsiden, særligt hvis der anvendes den foretrukne type cross-flow filtre, hvor det transmembrane tryk i det væsentlige er konstant hen over filterets længderetning i retningen fra indløb til udløb af retentatet uden at det kræver en væskestrømning på 20 permeatsiden af filteret. Ved at fortsætte flowet af det steriliserede vand gennem shunten 13 opretholdes flowet uændret gennem efterbehandlingsudstyret 6, der derved vedbliver at være i driftsmæssig stand og klar til at modtage og behandle filtreret procesvæske så snart filtreringsudstyret 4 er i drift.

25 Ved at omskrifte ventilen 8 ved indløbet kan der derefter ledes procesvæske ind i anlægget fra indløbsrøret 1 i stedet for steriliseret vand fra indløbsrør 9.

Procesvæsken fortrænger det steriliserede vand fra forbehandlingsudstyret 2 uden at der sker en væsentlig opblanding af de to væsker, idet forbehandlingsudstyret 2 er af gennemstrømningstypen. Idet procesvæsken når gennem forbehandlingsudstyret 2 og 30 frem til ventilen 12, hvilket overvåges af en række sensorer i anlægget, som er i forbindelse med anlæggets styringsindretning, skiftes ventilen 12 over, således at 9 DK 176362 B1 væskestrømmen fra forbehandlingsudstyret 2 ledes til filtreringsudstyret 4 i stedet for gennem shunten 13. For at holde efterbehandlingsudstyret 6 driftsklar skifter ventil 17 over, således at steriliseret vand ledes fra beholderen 15 gennem rørstykket 16 til efterbehandlingsudstyret 6, og slutteligt løber det steriliserede vand via ventil 10 ud 5 af anlægget gennem udløbsrørstykket 11 til dræn, f.eks. til returnering og genbrug af vandet.

Når filtreringsudstyret 4 er driftsklar og kan levere et passende væskeflow af filtreret procesvæske til efterbehandlingsudstyret 6 skifter ventil 17 over, således at filtreret 10 procesvæske ledes fra filtreringsudstyret 4 gennem rørstykket 5 til efterbehandlingsudstyret 6 og via ventil 10 ud af anlægget gennem udløbsstykket 11 til dræn. Denne blanding af steriliseret vand og procesvæske føres enten til rensningsanlæg eller til oparbejdning, således at i det mindste en andel af procesvæsken kan udvindes og anvendes. Først når anlæggets sensorer, som er 15 forbundet til styringsindretningen, indikerer, at den færdigbehandlede procesvæske er af en egnet kvalitet skifter ventil 10 over, således at den færdigbehandlede procesvæske ledes gennem udløbsrørstykket 7 til f.eks. efterfølgende pakning eller forarbejdning.

20

Claims (9)

10 DK 176362 B1

1. Fremgangsmåde til opstart af filtreringsanlæg til væskefiltrering af en procesvæske, hvor anlægget omfatter tilførselsudstyr for procesvæsken (1, 2, 3), 5 filtreringsudstyr (4) samt efterbehandlingsudstyr (5, 6, 7), hvor filtreringsudstyret er indrettet til behandling af et procesvæskeflow fra tilførselsudstyret og tilføre et filtreringsbehandlet procesvæskeflow til efterbehandlingsudstyret, samt et sekundært væsketilførselsudstyr (15, 16), som er forbundet med efterbehandlingsudstyret, idet fremgangsmåden omfatter trinnene til at 10 tilføre efterbehandlingsudstyret et væskeflow, fortrinsvis steriliseret vand, fra det sekundære væsketilførselsudstyr, dræne retentatsiden af filtreringsudstyret i det væsentlige for væske, tilføre filtreringsudstyret et flow af procesvæske, og afbryde væskeflowet fra det sekundære væsketilførselsudstyr til 15 efterbehandlingsudstyret når der er opnået et filtreringsbehandlet procesvæskeflow, som opfylder på forhånd definerede kriterier, og i stedet tilføre det opnåede filtreringsbehandlede procesvæskeflow til efterbehandlingsudstyret.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor filtreringsudstyret omfatter udstyr til cross-20 flow filtrering.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, hvor filtreringsudstyret omfatter udstyr til mi kro filtrering.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, hvor udstyret til mikrofiltrering har en porestørrelse, der ligger mellem 0,05 mikrometer og 10 mikrometer, fortrinsvis mellem 0,1 mikrometer og 5 mikrometer og mest foretrukket mellem 1 mikrometer og 2 mikrometer.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 2-4, hvor cross-flow filtreringen foregår over en membran, langs hvilken procesvæsken på retentatsiden 11 DK 176362 B1 strømmer, idet der er en i det væsentlige ensartet transmembran flux over i det væsentlige hele membranen.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de forudgående krav, hvor 5 permeatsiden af filtreringsudstyret i det væsentlige drænes for væske inden filtreringsudstyret under opstart af anlægget tilføres et flow af procesvæske.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav , hvor væsken, som drænes fra filtreringsudstyret, ledes til en beholder (15), som udgør en del af det 10 sekundære væsketilførselsudstyr.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvor filtreringsudstyret forud for opstarten af filtreringsanlægget kontinuert gennemstrømmes af et flow af en væske, fortrinsvis steriliseret vand, som fra 15 filtreringsudstyret strømmer til efterbehandlingsudstyret, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnet til at lede nævnte flow af væske gennem en shuntforbindelse (13) udenom filtreringsudstyret, således at dette flow af væske gennem efterbehandlingsudstyret opretholdes mens filtreringsudstyret drænes.

9. Filtreringsanlæg til væskefiltrering af en procesvæske, hvor anlægget omfatter tilførselsudstyr for procesvæsken, filtreringsudstyr samt efterbehandlingsudstyr, hvor filtreringsudstyret er indrettet til behandling af et procesvæskeflow fra tilførselsudstyret og tilføre et filtreringsbehandlet procesvæskeflow til efterbehandlingsudstyret, et sekundært væsketilførselsudstyr, som er forbundet med 25 efterbehandlingsudstyret, hvor filtreringsanlægget endvidere omfatter en styringsindretning, som er indrettet til at styre opstart af filtreringsanlægget ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8.