JP2001500431A - 横流濾過装置の運転方法及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 方法は、製品のための横流濾過装置の運転に関する。この装置は、濾過モジュール（６）と、製品の供給のための導管（３）と、製品の排出のための導管（９）と、製品を送るための電気モータ（１２）を備えたポンプ（４）と、ポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整のための調整弁（５’）とを有する。過負荷のために運転安全性を損なうことなしに、製品の高い固体割合で装置に制約された可能な最大濾過効率を可能にするために、電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）の強さが測定される。運転電流（ｉ１）は、調整器（２０）を介しての調整弁（５’）によるポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整によって許容最大値に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 横流濾過装置の運転方法及びこの方法を実施するための装置 本発明は、製品のための横流濾過装置の運転のための方法であって、製品を貫 流させかつ滲透物を排出させる少なくとも１つの濾過モジュールと、濾過モジュ ールへ及び濾過モジュールからの製品の供給及び排出のための導管と、濾過モジ ュールに対する製品の供給のために導管中に電気モータを備えたポンプと並びに ポンプの搬送流量の調整のための装置とを有する、前記方法に関する。 公知の横流濾過装置は、超濾過、マイクロ濾過、マノ濾過及び可逆滲透という 運転形式で作動する。全ての運転形式で、濾過されるべき製品を濾過膜の表面に 沿って搬送するために、少なくとも１つのポンプが必要である。その際各濾過膜 に、製品の一部を滲透物として濾過膜を透過させる製品の静圧及び製品の流動速 度が生じる。 そのような装置の公知の最適化目的は、膜面積（平方メートル）及び濾過時間 （時間）当たりの滲透量（リットル）である大きな濾過能率である。他の目的は 、残留物としての製品の残留部分の高い最大濃度を達成することである。濃度は 、遠心力試験における残留物量の％で測った湿潤沈殿物割合により決定される。 これらの目的は、多くの他の運転パラメータの他のいわゆる製品の静圧値や流動 速度に直接依存する。 いわゆる最適化目的は、条件付きでのみ達成される、そのわけは有機ベースの 公知の濾過膜は、例えば超濾過の運転の際に略６バールの低い許容運転圧力を有 するからである。濾過導管及び固体濃度を考慮して、少なくとも予め設定された 許容運転圧力を常に十分に利用するという目的が生じる。そのわけは所定の膜サ イズ及び時間当たりの所定の製品装入量では、許容最大の運転圧力が印加される 場合同時に残留物の最大の固体濃度及び最大の粘度が達成されるからである。 透過濾過（Ｄｉａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）では、濾過終了の際の高い固体濃度 は、残留物の続いて行われる洗い流しの際に利点をも生じる。時間及び洗浄媒体 （水）のこのために必要な需要は、本質的にこの固体濃度に依存する。 許容最大の運転圧力及び残留物の高い固体濃度により行われる運転は、製品の ための非容積的に搬送するポンプの使用の際に特に問題となる。そのようなポン プの搬送量と搬送圧力の関係は、残留物特性の変更の際に変えられる。その際次 の特性が影響する、即ち残留物の粘度、残留物の比重及び残留物の構造粘度的又 はチクソトロピー特性から作用される。 濾過の際に調整によって膜における許容最大の運転圧力を一定に保持すること が研究される場合、時間当たりのリットルで測った製品搬送能力の著しい変動が 生じる。ポンプにおける搬送能力のこの変動を調整するために、製品の比重の特 別の変更は、ポンプの駆動モータの動力消費（キロワット）の変更及び搬送従っ て装置の緊急停止を伴う過負荷に繋がる。しかし残留物の高い固体濃度の場合の 搬送の中断は、構造粘度の特性のために、装置が再び始動できないという結果を 招く。度々濾過モジュールの損傷が生じ、かつ詰まった製品は大きな時間出費を 伴う手動洗浄によってのみ除去されることができる。 前記状況は、公知の大型装置及び小型装置では、最大可能な濾過効率が利用尽 くされないか又は装置の監視及び調整のために必要なコストが非常に高くなるか に繋がる。 従って本発明は、過負荷のために運転安全性を損なうことなしに、製品の高い 固体割合で装置に制約された最大可能な濾過能率を可能にすることを課題の基礎 とする。 本発明によれば、この課題の解決は、冒頭に記載された種類の方法では、電気 モータの運転電流の強さが測定されかつ調整装置によるポンプの搬送流量の調整 によって少なくとも予め設定された値に調整されることによって達成される。 方法は、好ましくは、電気モータの運転電流の予め設定された値が、電流消費 の許容最大目標値であるように実施される。その際調整値としての電気モータの 運転電流の値は、目標値としての予め設定された値と調整器によって調整回路に おける調整区間としてのポンプの搬送流量の調整のための装置を介して目標値に 調整される。 ポンプの搬送流量の調整のための装置として、好ましくは製品の供給導管中に ポンプに後接続された絞り弁又は電気モータの電流供給部に付設された運転電流 の周波数従ってポンプ回転数の調整のための装置が使用される。その際追加的に 濾過モジュールへの流入圧力は、残留物のためのモジュール出口における絞り装 置によって制御されることができる。 方法の他の変形、並びにその実施のための横流濾過装置は、特許請求の範囲に おいて特徴づけられている。 本発明による方法は、濾過運転以外の必要なモジュール洗浄でも公知の装置に 対して、危険のない可能最大の製品流量のために、流過方法におけるモジュール の良好な洗浄が可能にされるという追加の利点を提供する。 本発明の実施例を次に明細書及び図面に基づいて詳しく説明する。 図１ａは、本発明による方法の実施のための横流濾過装置を備えた小型装置の 図式図、 図１ｂは、図１ａによる小型装置による濾過の際の種々の運転値の経過を示す 図、 図１ｃは、図１ａによる小型装置のオペレータのための目盛表示を示す図、 図２ａは、本発明による方法の実施のための横流濾過装置を備えた大型装置の 図式図、 図２ｂは、図２ａによる大型装置による濾過の際の種々の運転値の経過、そし て図２ｃは、図２ａによる大型装置における回転数調整の図式図を示す。 図１ａによれば、簡単な横流濾過装置は、導管２を介して供給される果実から 成る濾過されるべき生製品としての生果汁の収容のための容器１を有する。容器 １に下方から接続する導管３を介して生果汁が、ポンプ４から弁５を介してそれ 自体公知の方法で濾過モジュール６に供給される。そのような濾過モジュール６ は、濾過されるべき製品が外方から又は大抵内方から導入される多数の管状濾過 膜を有する。これらの膜は、図１ａ中に単一の膜７によって代表して示されてい る。 その貫流の際に製品の一部分は、膜７の開口を通りかつ膜７の他の側に達し、 そこから滲透物又は濾過物として収集導管８によって排出される。製品の残った 部分は、残留物として導管９を通り、弁１０を介して容器１中に戻される。滲透 物は、圧力差（膜透過圧力とも称される）のために膜７を通過し、この圧力差は 、ポンプ４によって濾過モジュール６及び弁１０の流動抵抗と関連して発生する 。膜透過圧力は、公知の形式のモジュール６では代表的に６バールの許容最大値 に制限される。図１ａによる収集導管８における滲透物は周囲圧力の下にあるの で、モジュール６の入口に設けられた圧力計１１で膜透過圧力ｐ１が監視される ことができる。 ポンプ４は、電気モータ１２によって駆動され、電気モータ１２は図１ｃに示 された形式のその運転電流ｉ１の監視のための目盛付表示装置１３を有する。 図１ａによる小型装置の運転の際に、始めに弁５が閉じられかつ弁１０は部分 的に開く。それからポンプ４が始動する。その際電気モータ１２によって消費さ れる電流ｉ１は、図１ｃによる目盛付表示装置１３で読み取られ得る。弁５が完 全に開きかつ続いて弁１０は、許容最大電流が目盛付表示装置１３上のマークｉ ｍａｘに達している限り開いている。ポンプ４は、この小型装置で発生した膜透 過圧力ｐ１が始めにかつ続いて残留物の濃縮のために上昇する際でも、モジュー ル６のための許容最大値を越えない。時間ｔに渡っての電流ｉ１及び圧力ｐ１の 経過を、図１ｂに示す。それによりこの小型装置のスタート位相は終了する。 濾過時間ｔの増加と共に、残留物の濃縮のために濾過モジュール６を介して圧 力降下Δｐが生じる。ポンプ４のポンプ特性に基づいて、図１ｂに示すように、 モジュール６の入口圧力ｐ１は増大し、かつモータ１２の電流消費ｉ１は、減少 する。目盛付表示装置１３に示されるように、電流消費ｉ１が最小値に達すると 、モジュール６の入口における最小製品流量Ｑ１も、残留物の許容最大湿潤沈殿 物（Ｎａｓｓｔｒｕｂａｎｔｅｉｌ）に相応して達成される。ｉｍｉｎの発生は 警報を意味し、その際手動又は自動的に希釈化及び続いて残留物サイクル１、３ 、４、５、６、９、１０中に水と共に残留物量の製品吐出が行われる。希釈化の 開始時点は、図１ｂにおいてｔ軸上でＲで表わされ、残留物の粘度の経過はηで 表される。 図２ａによる横流濾過装置を備えた大型装置の図式図では、図１ａ中に記入し た符号は相応する機能を有する構成要素に同様に使用される。しかし図１ａとは 異なり、図２ａによれば、調整及び制御ユニット２０が設けられており、調整及 び制御ユニット２０は調整値としての製品を給排するためのポンプ４用の電気モ ータ１２の運転電流ｉ１を、目標値ｉｍａｘと比較しかつｉ１をｉｍａｘに調整 する。このために調整ユニット２０は、ポンプ４によって発生される製品流量Ｑ １のための調整区間としての調整弁５’に供給される調整信号を発生する。更に フィルターモジュール６の入口の圧力計１１’が、そこにかかっている入口圧力 に相応する信号を発生し、その信号によってモジュール６の残留物出口導管９中 の調整弁１０’が、ｐ１が許容最大膜透過圧力ｐｍａｘに一定に保持されるよう に、調整ユニット２０を介して調整される。 図２ａによる大型装置の運転の際始めに調整弁５’が閉じかつ調整弁１０’が 完全に開く。それからポンプ４が、閉鎖された調整弁５’に作用する。続いて調 整回路（１２、２０、５’）が調整弁５’を開きかつ、図２ｂに示すように、ポ ンプ４用の電気モータ１２の駆動電流ｉ１を許容最大値ｉｍａｘに調整する。同 様に図２ｂに示すように、同様に調整回路（１１’、２０、１０’）により調整 弁１０’によってモジュール６の一定の入口圧力ｐｍａｘが調整される。図２ｂ において、いかに残留物の粘度ηが運転持続時間ｔの経過において増大するかも 示されている。このことは、ポンプ４の出口圧力ｐｘが同様に希釈の始めＲに増 大し、しかし製品流量Ｑ１は減少するという結果となる。続いて時点Ｓで洗浄に よる浄化過程が開始される。 図１ａによる小型装置でのように、図２ａによる大型装置でも希釈化の開始Ｒ は、モジュール６の入口の最小製品流量Ｑ１が残留物の許容される液体沈殿物割 合に相応して達成される場合に、導入される。このために図２ａによれば、その 出力信号が制御ユニット２０に供給される。製品流量Ｑ１が最小値Ｑｍｉｎに達 すると、制御ユニット２０は残留物サイクルを中断し、その際制御ユニット２０ は、残留物を制御導管２２及びすべり弁２３を介して並びに制御導管２４及びす べり弁２５を介して容器１から洗浄タンク２６上に向ける。 希釈化及び洗浄のために水が使用され、水は制御ユニット２０を介してこのた めに開いた導管３のすべり弁２７に供給され、一方容器１の出口は、すべり弁２ ８を介して閉鎖される。容器１も洗浄されるべき場合、すべり弁２７は閉じられ 、すべり弁２８は開きかつ導管２９を介して水が容器１に供給される。 電気モータ１２の電流ｉ１の調整回路（４、１２、２０、５’）において、そ の調整値のための調整器２０を備えた調整弁５’は、モータ１２の駆動電流の周 波数従って、図２ｃに示すようにポンプ４の回転数ｎのための調整器２０’によ って置き換えられ得る。この場合でも調整器２０’に調整値として電流強さｉ１ が測定されるが、ｉ１は調整値としての周波数によって変えられかつ図２ａによ る製品流量Ｑ１によっては変えられない。図２ｃによる実施形態は、図２ａによ る弁５’における不必要なエネルギー無効を阻止するが、弁５’の可動部分によ る機械的な問題をも回避する。 図１ａ及び図２ａの図式図によれば、容器１は各濾過過程の始めに濾過される べき量の生果汁をバッチタンクとして収容し、続いて生果汁の供給は中断される 。 しかし図２ａによれば、すべり弁３０を介して導管９から残留物の戻りのため に流れる残留物が排出される可能性がある。すべり弁３０は、制御ユニット２０ によって開閉され得る。開いたすべり弁３０では、生果汁の連続供給及び滲透物 の連続排出を伴うフィルター装置の連続運転も可能である。装置の洗浄は、この 場合導管８中の滲透物流の戻りによるモジュール６の膜７の閉塞のために必要と される。 当業者には果汁、廃水、水の脱塩等の方法並びに記載の特許請求の範囲の全て の範囲を離れることのない、ポンプ４ようの電気モータ１２の運転電流の制御又 は調整のための多くの手段が使用され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．製品のための横流濾過装置の運転のための方法であって、製品貫流部及び滲 透流過部を備えた少なくとも１つの濾過モジュール（６）と、濾過モジュール（ ６）へ及び濾過モジュール（６）から製品を供給及び排出するための導管と、濾 過モジュール（６）に対する製品の供給のために導管（３）における電気モータ （１２）を備えたポンプ（４）と、並びにポンプ（４）の搬送流量の調整のため の装置（５、５’、２０’）とを有する、前記方法において、 電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）の強さが、測定されかつ調整装置（５ 、５’、２０’）によるポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整によって少なく とも予め設定された値に調整されることを特徴とする前記方法。 ２．電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）の予め設定された値が、電流消費の 許容最大目標値（ｉｍａｘ）である、請求項1に記載の方法。 ３．電流消費の許容最大目標値（ｉｍａｘ）が、濾過装置の濾過過程の始めに調 整される、請求項２に記載の方法。 ４．電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）が、許容最小値（ｉｍｉｎ）に達す る時に、濾過過程の終わりが導入される、請求項３に記載の方法。 ５．濾過過程がオペレータによって手動で導入される請求項４に記載の方法。 ６．ポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）が許容最小値（Ｑｍｉｎ）に達する時に、 濾過装置の濾過過程が導入される、請求項６に記載の方法。 ７．濾過過程の終わりが、装置（２３、２５、２７、２８）によって自動的に導 入される、請求項６に記載の方法。 ８．濾過過程の終わりが、洗浄剤による濾過装置からの残留物の排出によって導 入される、請求項４から７までのうちのいずれか一項記載の方法。 ９．調整値としての電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）の値が、目標値とし ての予め設定された値との調整装置（２０、２０’）による比較によって、調整 回路における調整区間としてのポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整のための 装置（５’、２０’）を介して目標値に調整される、請求項1に記載の方法。 １０．目標値（ｉｍａｘ）が、一定値である、請求項９に記載の方法。 １１．ポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整のための装置として、製品の供給 導管中に後続された絞り弁（５、５’）が、使用される、請求項１から９までの うちのいずれか一項記載の方法。 １２．ポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整装置として、電気モータ（１２） の電流供給部に付設された運転電流の周波数従ってポンプの回転数の調整装置（ ２０’）が使用される請求項１から９までのうちのいずれか一項記載の方法。 １３．濾過モジュール（６）が、残留物のためのモジュール出口（９）における 絞り装置（１０’）によって制御される、請求項１から７まで、又は請求項７又 は９のうちのいずれか一項記載の方法。 １４．製品貫流部及び滲透流過部（８）を備えた少なくとも１つの濾過モジュー ル（６）と、濾過モジュール（６）へ及び濾過モジュール（６）からの製品の供 給及び排出のための導管と、濾過モジュール（６）に対する製品の供給のために 導管（３）における電気モータ（１２）を備えたポンプ（４）と、並びにポンプ （４）の搬送流量（Ｑ１）の調整のための装置（５、５’、２０’）とを有する 、請求項1に記載の方法の実施のための横流濾過装置において、 電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）の強度の測定のための手段と、測定手 段の測定値の使用の下に、ポンプ（４）の搬送流量の調整のための装置（５、５ ’、２０’）の制御によって目標値に運転電流（ｉ１）を制御又は調整するため の手段（２０、２０’）とを特徴とする、請求項１に記載の方法の実施のための 横流濾過装置。 １５．ポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整のための装置が、製品の供給導管 （３）におけるポンプ（４）に後続された絞り弁（５、５’）を含む、請求項１ ４に記載の装置。 １６．ポンプ（４）の搬送流量（Ｑ１）の調整のための装置が、電気モータ（１ ２）の電流供給部に付設された、運転電流（ｉ１）の周波数、従ってポンプ回転 数の調整のための手段（２０’）を含む、請求項１４に記載の装置。 １７．電気モータ（１２）の運転電流（ｉ１）の強度の測定用手段が、許容最小 値及び許容最大値のためのマーク（最大、最小等）を有する視覚で見得る目盛表 示装置（１３）を有する、請求項１４に記載の装置。 １８．絞り弁が、残留物の排出導管中で濾過モジュールの出口に配設されている 、請求項１３に記載の装置。