WO2000012199A1

WO2000012199A1 - Verfahren zur trennung eines gemisches in feste und flüssige anteile durch querstromfiltration

Info

Publication number: WO2000012199A1
Application number: PCT/CH1999/000381
Authority: WO
Inventors: Eduard Hartmann
Original assignee: Bucher-Guyer Ag
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2000-03-09
Also published as: AU5146099A; JP2002523075A; EP1027138A1; PL340343A1; CA2307673A1; ZA200002102B; HUP0100341A2; AR020272A1; CN1277564A; HUP0100341A3

Abstract

Bei diesem Verfahren wird ein pumpfähiges Gemisch aus pflanzlichen oder tierischen Zellverbänden, insbesondere aus ganzen Früchten durch Zerkleinerung und Aufschluss als Maische vorbereitet. Diese Maische wird einer Filtrationsanlage mit mindestens einem Fliessweg (Pass) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') für den Durchfluss und einem Ausgang (30) für abgetrennte flüssige Anteile (Permeat) zugeführt. Dabei wird das zu trennende Gemisch in einem Kreislauf mehrfach durch die Fliesswege unter Druck rezirkuliert, wobei die flüssigen Anteile als Saft abgetrennt werden. Es wird auf bekannte Saftpressen verzichtet und die Maische direkt filtriert.

Description

Verfahren zur Trennung eines Gemisches in feste und flüssige Anteile durch Ouerstromfiltration

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines pumpfähigen Gemisches aus pflanzlichen oder tierischen Zellverbänden in feste und flüssige Anteile durch Querstromfiltration, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Ein Verfahren zur Herstellung von Säften aus Früchten ist aus US-PS 4,716,044 (Thomas et al . ) bekannt. Dabei wird aus den Früchten ein pumpfähiges flüssiges Püree bestehend aus Früchten und Saft erzeugt. Dieses Püree wird unter einem Druck zwischen 7 bar und 70 bar in einem einmaligen Durchgang durch ein starres poröses rohrförmiges Gehäuse mit einem Durchmesser zwischen 1,6 cm und 15 cm gepumpt. Auf den Innenflächen des Gehäuses ist eine für Nahrungsmittel geeignete Ultrafiltrations-Membrane mit bestimmter Anfangspermeabilität angebracht. Der Ausgangsdruck am Gehäuse wird zwischen 3 bar und 7 bar gehalten.

Im Gegensatz zur konventionellen Fruchtsaftgewinnung mittels Saftpressen wird das Verfahren gemass US-PS 4,716,044 als Direktentsaftung bezeichnet. Infolge des dabei durchgeführten einmaligen Durchganges ist eine grosse Anzahl von in Serie geschalteten Ultrafiltrations-Modulen, sowie ein hoher Filtrationsdruck im Bereich 40 bar - 60 bar erforderlich. Dies bedingt bei den verwendeten Membranrohr- Durchmessern den Einsatz von Metallmembranen. Werden gleichzeitig mehrere Fliesswege (Passe) parallel mit einmaligem Durchgang verwendet, so tritt vermehrt das Problem der Blockierung einzelner Fliesswege (Passe) durch Verstopfung von Ultrafiltrations-Modulen auf. Eine gemass diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung ist als Ultrapresse bekannt. Sie fand aufgrund der genannten Nachteile und wegen ihrer Unwirtschaftlichkeit in der Industrie bisher keine Verbreitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des bekannten Verfahrens durch ein neues Trennverfahren zu vermeiden und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben.

Gemass der Erfindung wird die Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass aus pflanzlichen oder tierischen Zellverbänden, insbesondere aus ganzen Früchten durch Zerkleinerung und Aufschluss eine Maische vorbereitet wird, dass eine Filtrationsanlage mit mindestens einem Fliessweg (Pass) für den Durchfluss des zu trennenden Gemisches und einem Ausgang für abgetrennte flüssige Anteile (Permeat) bereitgestellt wird und dass mindestens ein Teil der vorbereiteten Maische als pumpfähiges zu trennendes Gemisch in einem Kreislauf mehrfach durch die Fliesswege unter

Druck rezirkuliert wird, wobei die flüssigen Anteile als Saft abgetrennt werden.

Das Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, dass am Ausgang jedes Fliessweges (Passes) Durchfluss und/oder Druck des zu trennenden Gemisches erfasst und derart geregelt werden, dass der Druck durch eine variable Drossel am Ausgang und der Durchfluss durch mindestens eine Zirkulationspumpe im Kreislauf auf Sollwerte gesteuert werden, und dass, falls diese Sollwerte dabei nicht erreicht werden, hilfsweise der Ausfluss der abgetrennten flüssigen Anteile (Permeat) reduziert oder unterbrochen wird. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Trennung eines pumpfähigen Gemisches aus pflanzlichen oder tierischen Zellverbänden, insbesondere einer aus ganzen Früchten durch Zerkleinerung und Aufschluss vorbereiteten Maische in feste und flüssige Anteile durch Querstromfiltration umfasst mindestens zwei Filtrationsmodule, welche in einem Retentatkreislauf für das zu trennende Gemisch in Serie geschaltet sind, wobei die Filtrationsmodule einzelne Rohrmembranen mit einem Innendurchmesser von mehr als 10 mm umfassen.

Weitere Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung zu dessen Durchführung sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet . Neben der aufgabengemässen Lösung bietet ^' die Erfindung noch folgende Vorteile:

Eine hohe Durchflussleistung (Flux) durch die verwendeten Filtrationsmembranen, welche bis zum 2,4-fachen der Leistung vergleichbarer bekannter Anlagen beträgt,

Eine hohe Saftausbeute, bereits ohne Diafiltration bis zu 80 Gew.% des Gemisches bei Verwendung geeigneter Filtrationsmodule (Super-Cor Module) ,

Eine hohe Betriebssicherheit,

Einen wesentlich wirtschaf licheren Betrieb von Direk filtra ionsanlagen, - Wesentlich geringere Investitionskosten,

Es wird auf bekannte Saftpressen verzichtet und die Maische direkt filtriert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Direktfiltrationsanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Trennverfahrens eines Gemisches,

Fig. 2 eine Variante der Direktfiltrationsanlage gemass Fig. 1, Fig. 3 ein Schema von Regelkreisen für eine Direktfiltrationsanlage ge ass Fig. 1,

Fig. 4 ein Schema einer teilweisen Retentatabführung aus dem Produktkreislauf einer Anlage gemass Fig. 1,

Fig. 5 ein Schema einer teilweisen oder totalen Retentatabführung aus dem Produktkreislauf einer Anlage gemass Fig. 1,

Fig. 6 ein Schema einer Direktfiltrationsanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Trennverfahrens eines Gemisches in kompakter Bauweise zur Minimalisierung von Produkt-Restmengen bei einer Produk Verdrängung und

Fig. 7 eine Variante der Direktfiltrationsanlage gemass Fig. 1.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Direktfiltrationsanlage eignet sich insbesondere zur Trennung einer Fruchtmaische in einen Rohsaft und einen Rückstand (Trester) . Eine nicht mit gezeigte, an sich bekannte Mühle dient zur Zerkleinerung und zum Aufschluss von ganzen Früchten, wobei eine pumpfähige Maische vorbereitet wird. Diese Maische gelangt über eine Leitung 1 mit einem Absperrventil 2 in einen Batchtank 3, welcher in an sich bekannter Art mit einer Rührvorrichtung 4 versehen ist. An den Batchtank 3 angeschlossen ist ein Produktkreislauf mit einer Querstromfiltrationsanlage, deren Aufbau nachfolgend beschrieben wird.

Direkt unten am Batchtank 3 angeschlossen ist, wie Fig. 1 zeigt, eine Umwälzpumpe 5 für den Inhalt des Batch anks 3, welcher als pumpfähiges Gemisch zu trennen ist. Die Umwälzpumpe 5 fördert dieses Gemisch über eine Verbindungsleitung β, einen Mischer 7 und einen symmetrischen Verteiler 8 in vier parallele Fliesswege (Passe), welche je zwei Querstrom-Filtrationsmodule 9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12' in Serie umfassen. An den Ausgängen der vier Passe ist je ein Regelventil 13, 14, 15, 16 zur Regelung von Druck und Durchfluss des Gemisches vorgesehen. Jedem Regelventil 13, 14, 15, 16 ist das Ausgangssignal eines ihm vorgeschalteten Sensors 13', 14', 15', 16' für Durchfluss und/oder Druck des Gemisches zugeführt .

Die Ausgänge der Regelventile 13, 14, 15, 16 sind über einen zweiten symmetrischen Verteiler 17 an eine

Rückführleitung 18 angeschlossen. Die Rückführleitung 18 führt einen Teil (Retentat) des Gemisches nach Abtrennung eines flüssigen Anteiles in den Filtrationsmodulen 9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12' über eine rückwärtslaufende Pumpe 19 zur Einstellung des Gemischdruckes und ein Absperrventil 20 in den Batchtank 3 zurück. Am Ausgang der Pumpe 19 ist über ein Absperrventil 21 auch eine Leitung 22 zur Abführung von Retentat aus dem Kreislauf angeordnet.

Wie Fig. 1 zeigt, ist zwischen der Umwälzpumpe 5 und dem Mischer 7 ein Durchflussensor 23 vorgesehen, zwischen dem Mischer 7 und dem Verteiler 8 ein Drucksensor 24 und am Ausgang des zweiten symmetrischen Verteilers 17 ein weiterer Drucksensor 25. Die Ausgangssignale der Sensoren 23, 24 und 25 sind der Umwälzpumpe 5 und der rückwärtslaufenden Pumpe 19 zur Steuerung von Durchfluss und Druck des Gemisches im Produktkreislauf zugeführt . Zwischen dem Mischer 7 und dem Verteiler 8 ist ein Gefäss 26 mit Absperrventil 27 zum Ausgleich von Druckstδssen von der Umwälzpumpe 5 her angeordnet. Neben der Leitung 1 zur Zuführung der Maische ist noch eine Leitung 28 mit einem Absperrventil 29 zur Zuführung von Wasser in den Batchtank 3 vorgesehen, falls der Rückstand der Maische (Retentat) nach Ende der Saftabtrennung aus der Filtrationsanlage verdrängt oder diafiltriert werden soll. Der abgetrennte Saft wird aus den Filtrationsmodulen 9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12' als Permeat mittels Leitungen 30 abgeführt.

Die Arbeitsweise der soweit beschriebenen Filtrationsanlage ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres. Ist der Batchtank 3 mit der zu trennenden Maische über die Leitung 1 bis zu einem geeigneten Pegel gefüllt, wird dieser Pegel durch weiteres nachfüllen konstant gehalten und das Produkt unter Rezirkulation so lange gefiltert, bis die zu verarbeitende Produktmenge zugeführt ist, wobei der Rückstand (Retentat) infolge der Eindickung noch pumpfähig bleiben muss . Zur Vermeidung unerwünschter oder unzulässiger Betriebszustände werden dabei verschiedene Varianten des Trennverfahrens verwendet.

Werden beispielsweise Sollwerte für den Druck des Produktes in den Filtrationsmodulen 9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12' infolge zu geringer Viskosität nicht erreicht, so kann man den Druckabfall des Retentates an den Regelventilen 13, 14, 15, 16 erhöhen oder auch den Saftabfluss durch die Leitungen 30 zeitweise unterbrechen. Entsteht andererseits bei zunehmender Eindickung des Produktes infolge des grossen Durchflusswiderstandes eine Verblockungsgefahr oder ein unzulässig hoher Druck im Kreislauf, so kann man für eine beschränkte Zeitdauer den in den Filtrationsmodulen abgetrennten Saft (Permeat) unter Überdruck durch die Membranen wieder in das Gemisch rückführen.

Auch lässt sich zur Verbesserung der Pumpfähigkeit und zur Verminderung der Viskosität des Gemisches diesem an passender Stelle im Kreislauf ein Gas oder ein gasartiger Stoff beimischen. Erreicht die Viskosität und damit der Druckabfall im Rückstand (Retentat) einen maximal zulässigen Wert oder erreicht die Ausbeute an Saft einen vorgegebenen Wert, so kann sich zur weiteren Ausbeutesteigerung eine Diafiltration mit Einmischung eines Auswaschmittels in das zu trennende Gemisch als vorteilhaft erweisen. Diese Diafiltration wird beendet, falls die löslichen Anteile im Saft einen vorgegebenen Wert unterschreiten oder wenn eine gewünschte Gesamtausbeute erreicht ist.

Weiterhin lässt sich die Viskosität der Maische durch enzymatische Behandlung mit Pektinasen oder Zellulasen reduzieren. Eine zusätzliche Reduktion der Viskosität der Maische wird auch durch Erwärmung auf mehr als 30 °C oder 60 °C erreicht. Dabei lässt sich die sensorische Qualität des Saftes verbessern, indem man vor der Fest/flüssig-

Trennung flüchtige Aromastoffe von der Maische abtrennt und- dem abgetrennten Saft später wieder zumischt. Im Hinblick auf die sensorische Qualität werden, falls erforderlich, auch Kerne, Stiele und Schalen als Teil der vorbereiteten Maische vor der rezirkulierenden Filtration abgetrennt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Variante der

Direktfiltrationsanlage der zu Fig. 1 beschriebenen Art, wobei Bezugszeichen aus Fig. 1 in Fig. 2 entsprechende Bauelemente bezeichnen. Bei der Anlage gemass Fig. 2 ist anstelle nur einer rückwärtslaufenden Pumpe 19 (Fig. 1) zur Einstellung des Gemischdruckes für jeden der vier Fliesswege eine eigene rückwärtslaufende Pumpe 19', 19'', 19''', 19'''' vorgesehen. Vor jeder dieser Pumpen sind zwei Sensoren angeordnet, nämlich vier Durchfluss-Sensoren 33, 34, 35, 36 und vier Druck-Sensoren 33', 34', 35', 36'. Wie die Pfeile an den Signalleitungen der Sensoren gemass Fig. 2 symbolisieren, werden durch die Ausgangssignale der Sensoren 24, 33-36 und 33' -36' die rückwärtslaufenden Pumpen 19' -19'''' und die Umwälzpumpe 5 angesteuert, durch die Ausgangssignale des Sensors 23 hingegen nur die Umwälzpumpe 5.

Wie bei der Anlage gemass Fig. 1 dienen auch bei jener gemass Fig. 2 die Druck- und Durchfluss-Steuerungen für die einzelnen Fliesswege (Passe) der Vermeidung von Verblockungen des Produktes während der Filtration und beim anschliessenden Freispülen der Filtrationsmodule 9-12, 9'- 12' . Bei einer nicht gezeigten Variante der Anlage gemass Fig. 2 lassen sich die Filtrationsmodule 9-12, 9' -12' für einen Endausstoss des weitgehend entsafteten Rückstandes (Retentates) in Serie schalten. Durch diese Massnah e lässt sich ein Verblocken einzelner parallel liegender Filtrationsmodule vermeiden, sie ist aber nur brauchbar, wenn der dabei erforderliche Ausstossdruck den zulässigen Betriebsdruck der Filtrationsmodule nicht übersteigt.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind die Regelkreise zur Regelung von Druck und Durchfluss des zu trennenden pumpfähigen

Gemisches durch die Signalleitungen der Sensoren nur symbolisch dargestellt. Fig. 3 zeigt nun ein Schema von Regelkreisen für eine Direktfiltrationsanlage gemass Fig. 1 im Detail. Dabei ist nur ein Filtrationsmodul 9'' vorgesehen, welches einen Eingang 38 für das Gemisch aufweist, sowie einen Ausgang 37 für den Rückstand und einen Ausgang 42 für das abgetrennte Permeat. Zur Erfassung von Druck und Durchfluss sind am Eingang 38 ein Drucksensor 24 und ein Durchflussensor 23 angeordnet, am Ausgang 37 ein Drucksensor 25 und ein Durchflussensor 13'' und am Ausgang 42 für das Permeat ein Drucksensor 30'. Wie die Signalleitungen dieser Sensoren ge ass Fig. 3 zeigen, sind deren Ausgangssignale alle einer Regler- und Steuereinheit 40 zugeführt.

In die Rückführleitung 18 am Ausgang 37 für den Rückstand ist ein Regelventil 41 eingeschaltet und in die Leitung 30 zur Abführung des Permeates vom Ausgang 42 ein Regelventil 43. Wie Fig. 3 zeigt, werden die Regelventile 41, 43 von der Regler- und Steuereinheit 40 her über Steuerleitungen eingestellt. Diese Einstellungen erfolgen so, dass die Sollwerte von Druck und Durchfluss erreicht werden. Sollte dies infolge einer Verblockung im Filtrationsmodul 9'' nicht möglich sein, so wird zunächst das Regelventil 43 geschlossen. Als weitere Massnahme wird dann über ein am Ausgang 42 für das abgetrennte Permeat angeordnetes Stellventil 44 permeatseitig Druckwasser auf die Filtrationsmembranen gegeben und damit in an sich bekannter Weise eine Rückspülung eingeleite .

Wenn Druck oder Durchfluss am Ausgang 37 für den Rückstand gemass Fig. 3 zu gering, oder für einzelne Passen zu ungleich sind, werden folgende Massnahmen nacheinander bis zur Abhilfe durchgeführt: Regelventil 41 öffnen oder am Ausgang 37 mehr Retentat abpumpen,

Durchfluss am Eingang 38 (mit Sensor 23 gemessen) durch Drehzahlerhöhung der Förderpumpe 5 erhöhen, - Regelventil 43 für das Permeat schliessen, über Stellventil 44 Wasser zuführen.

Wie bereits zu Fig. 1 beschrieben, ist diese

Direktfiltrationsanlage für ein Trennverfahren vorgesehen, bei dem eine in den Batchtank 3 eingebrachte Produkt-Charge durch Rezirkulation entsaftet wird, wobei das Absperrventil 21 geschlossen bleibt und erst für einen Ausstoss des weitgehend entsafteten Rückstandes (Retentat) geöffnet wird. Entsprechend der Menge von aus dem Kreislauf abgetrenntem Saft wird dabei während des Prozesses der

Entsaftung über die Leitung 1 laufend frisches Gemisch in den Batchtank eingeführt.

Im Gegensatz zu diesem Batch-Betrieb arbeitet eine kontinuierliche Fahrweise der Direktfiltrationsanlage mit einer laufenden teilweisen Retentatabführung aus dem Produktkreislauf. Ein Schema einer hierfür bestimmten Variante der Anlage gemass Fig. 1 zeigt Fig. 4. Hier ist ein Kreislauf zur Rezirkulation des zu trennenden Gemisches schematisch dargestellt, welcher ein Filtrationsmodul 9'' umfasst, sowie an dessen Eingang eine Rezirkulationspumpe 5 und an dessen Ausgang eine rückwärtslaufende Druckhaltepumpe 19. Der Batchtank 3 gemass Fig. 1 entfällt bei der Rückführung direkt zur Pumpe 5 gemass Fig. 4.

Durch eine Rückführleitung 18' vom Ausgang der Druckhaltepumpe 19 zum Eingang der Rezirkulationspumpe 5 ist der Produktkreislauf geschlossen. Zur teilweisen Retentatabführung aus dem Produktkreislauf ist am Ausgang der Druckhaltepumpe 19 eine ebenfalls rückwärtslaufende Abführpumpe 21' angeordnet. Das Retentat wird über eine Leitung 22 abgeführt, und frisches Produkt wird entsprechend über eine Leitung 1' laufend zugeführt. Weitere Einzelheiten der Direktfiltrationsanlage gemass Fig. 1 sind in der schematischen Darstellung der Fig. 4 nicht mit gezeigt.

Fig. 5 zeigt eine Variante des Kreislaufes gemass Fig. 4, bei der die Abführpumpe 21' zwischen der Druckhaltepumpe 19 und dem Ausgang des Filtrationsmoduls 9'' angeschlossen ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, das Retentat teilweise, wie gemass Fig. 4, oder auch total ohne Rückführung im Kreislauf abzuführen. Für den zuletzt genannten Fall wird einfach die Pumpe 19 stillgesetzt.

Dieser Fall tritt insbesondere beim Batch-Betrieb ein, wenn das Retentat einer in den Batchtank 3 eingebrachten Charge des Produktes nach Erreichen einer gewünschten Ausbeute aus der Anlage ausgestossen wird.

Fig. 6 zeigt in einem Schema eine Variante einer Direktfiltrationsanlage gemass Fig. 1 zur Durchführung des erfindungsgemässen Trennverfahrens eines Gemisches in kompakter Bauweise zur Minimalisierung von Produkt- Restmengen bei einer Produktverdrängung. Hierbei ist die rückwärtslaufende Druckhaltepumpe 19 ausgangsseitig direkt mit dem Batchtank 3 verbunden und räumlich direkt auf diesem angeordnet. Auch ist die Länge der Verbindungsleitungen zwischen Förderpumpe 5 und Filtrationsmodul 9'', sowie zwischen Filtrationsmodul 9'' und Druckhaltepumpe 19 möglichst klein gehalten.

Bei einer Variante der Direktfiltrationsanlage gemass Fig. 7 ist die Umwälzpumpe 5 gemass Fig. 1 durch je eine Umwälzpumpe 5' für die vier einzelnen Fliesswege (Passe) ersetzt. In diesem Fall umfasst jeder Pass drei Filtrationsmodule 9''' in Serie. Das Produkt aus dem Batchtank 3 gelangt über eine einfache Verteilleitung 50 und Absperrventile 51 zu den vier Umwälzpumpen 5'. Die Rückstände (Retentate) aus den vier Fliesswegen (Passen) gelangen über eine einfache Sammelleitung 52 und Absperrventile 53, eine Rückführleitung 18, eine Druckhaltepumpe 19 und ein Absperrventil 20 in den Batchtank 3 zurück. Zwischen den Umwälzpumpen 5' und den ersten Filtrationsmodulen 9''' der vier Passen ist je ein Durchflusssensor 23 angeordnet, ebenso wie an den Ausgängen der vier letzten Filtrationsmodule 9' ' ' je ein Durchflussensor 23'. Die Ausgangssignale der Durchflussensoren 23 wirken, wie Fig. 7 zeigt, auf die Druckhaltepumpe 19 und die Ausgangssignale der Durchflussensoren 23' auf die vier Umwälzpumpen 5' zur Regelung der Durchflüsse durch die vier Passen auf ihre

Sollwerte. Die in den Filtrationsmodulen 9''' abgetrennten Permeate gelangen über Sammelleitungen 30'' und Drosseln 54 in eine Ausgangsleitung 55 für den abgetrennten Fruchtsaft.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen

Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtungen zu seiner Durchführung beschränkt. Kombinationen mit an sich bekannten Massnahmen der nachfolgend angegebenen Art verlassen den Rahmen der Erfindung nicht: Bei der Vorbereitung des zu trennenden Gemisches können mit Vorteil Schalen, Kerne und Stiele aus der Maische entfernt werden.

Bei Verwendung einer Filtrationsanlage mit mehreren Trennstufen in Serie können in der ersten Stufe preiswerte Niederdruck -Filtrationsmodule verwendet werden, wenn hier der Transmembrandruck auf maximal 8 bar oder 10 bar begrenzt wird. Solche Filtrationsmodule umfassen Rohrmembranen aus organischem Material, deren Stützrohre durch wickeln eines Bandes hergestellt sind. Bei Verwendung mehrerer Filtrationsmodule mit Rohrmembranen in Serie sind in jedem Filtrationsmodul Innendurchmesser und Rohrlänge der Rohrmenbranen an eine andere Produktviskosität angepasst, und es können solche Filtrationsmodule im Kreislauf durch Überbrücken stillgelegt werden, deren Dimensionierung an die gerade vorliegende Produktviskosität schlecht angepasst ist. Als Filtrationsmodule eignen sich handelsübliche Vorrichtungen der Marke Supercore der Firma Koch oder der Marke Super-Cor oder A 19 der Firma PCI. Als Förderpumpen für Produkte höherer Viskosität eignen sich Exzenterschnecken-Pumpen.

Bei einer Verdrängung eines bereits entsafteten Rückstandes (Retentat) aus der Trennanlage durch Wasser lassen sich durch Längsmischer in einer Retentatleitung abrupte

Viskositätssprünge vermeiden, welche zu einer Verblockung zueinander parallel liegender Rohrmembranen führen können. Hinsichtlich des Trennbereiches der Filter liegt die Hauptanwendung in der Mikrofiltration (MF) und Ultrafiltration (UF) für klare Säfte. Mit einer

Makrofiltration lassen sich auch trübe Säfte herstellen, wie sie von konventionellen Pressen her bekannt sind. Für den japanischen Markt wird zur Oxidationsreduktion der Maische Vitamin C hinzugefügt.

Claims

PATENTANSPRUECHE

1. Verfahren zur Trennung eines pumpfähigen Gemisches aus pflanzlichen oder tierischen Zellverbänden in feste und flüssige Anteile durch Querstromfiltration, dadurch gekennzeichnet, dass aus pflanzlichen oder tierischen Zeilverbänden, insbesondere aus ganzen Früchten durch Zerkleinerung und Aufschluss eine Maische vorbereitet wird, dass eine Filtrationsanlage mit mindestens einem Fliessweg (Pass) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') für den Durchfluss des zu trennenden Gemisches und einem Ausgang (30) für abgetrennte flüssige Anteile (Permeat) bereitgestellt wird und dass mindestens ein Teil der vorbereiteten Maische als pumpfähiges zu trennendes Gemisch in einem Kreislauf mehrfach durch die Fliesswege unter Druck rezirkuliert wird, wobei die flüssigen Anteile als Saft abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang jedes Fliessweges (Passes) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') Durchfluss und/oder Druck des zu trennenden Gemisches erfasst und derart geregelt werden, dass der Druck durch eine variable Drossel (13, 14, 15, 16) am Ausgang und der Durchfluss durch mindestens eine Zirkulationspumpe (5, 5') im Kreislauf auf Sollwerte gesteuert werden, und dass, falls diese Sollwerte dabei nicht erreicht werden, hilfsweise der Ausfluss der abgetrennten flüssigen Anteile (Permeat) reduziert oder unterbrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang jedes Fliessweges (Passes) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') der Druck des zu trennenden Gemisches erfasst und über eine variable Drossel (13, 14, 15, 16⁾ am Ausgang auf einen Sollwert geregelt wird, und dass, falls die zulässigen Werte von Durchfluss und/oder Druck am Ausgang dabei nicht eingehalten werden können, der Durchfluss am Eingang der Fliesswege (Passe) reduziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erfassung einer Verblockungsgefahr der

Fliesswege (Passe) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') für das zu trennende Gemisch infolge zu grossen Durchflusswiderstandes die abgetrennten flüssigen Anteile (Permeat) für eine beschränkte Zeitdauer durch die Membranen der Querstromfiltration hindurch mit Überdruck in das Gemisch rückgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss des zu trennenden Gemisches (Retentatfluss) in Abhängigkeit von dessen Viskosität

(Retentatviskosität) über Regelkreise eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Pumpfähigkeit und zur Verminderung der Viskosität des zu trennenden Gemisches diesem ein Gas oder ein gasartiger Stoff zugemischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Filtration das in der Filtrationsanlage im Kreislauf zirkulierende Gemisch (Retentat) mit einer niederviskosen Flüssigkeit teilweise verdünnt und aus der Anlage ausgestossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der rezirkulierenden Querstromfiltration des zu trennenden pumpfähigen Gemisches oder anschliessend an dieselbe eine rezirkulierende Diafiltration des Gemisches durchgeführt wird.

9 .Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diafiltration beendet wird, wenn die Gesamtausbeute an Saft einen vorgegebenen Wert erreicht.

10.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diafiltration beendet wird, wenn der Anteil an löslichen Stoffen im Saft bei der Abtrennung einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorbereitung des Gemisches aus einer Fruchtmaische aus gemahlenen Früchten Schalen, Kerne und Stiele weitgehend von der Maische abgetrennt werden.

12.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Gemisches oder der Maische durch Einmischung einer Flüssigkeit reduziert wird.

13.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Maische durch enzymatische Behandlung reduziert wird.

14.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffe der Maische mit Enzymen (Zellulasen) vorbehandelt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maische auf eine Temperatur von mehr als 30 °C erwärmt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Fest/flüssig-Trennung flüchtige Aromastoffe von der Maische abgetrennt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maische auf eine Temperatur von mehr als 60 °C erwärmt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filtrationsanlage mit mindestens zwei Stufen in Serie bereitgestellt wird und dass in der ersten Stufe der Druck des zu trennenden Gemisches gegenüber dem Druck der abgetrennten flüssigen Anteile (Transmembrandruck) auf maximal 8 bar gehalten wird.

19.Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trennende Gemisch (Retentat) aus der ersten Stufe in einer nachfolgenden Stufe auf eine bestimmte Festigkeit (Stichfestigkeit) eingedickt wird.

20.Vorrichtung zur Trennung eines pumpfähigen Gemisches aus pflanzlichen oder tierischen Zellverbänden, insbesondere einer aus ganzen Früchten durch Zerkleinerung und Aufschluss vorbereiteten Maische in feste und flüssige Anteile durch Querstromfiltration, gekennzeichnet durch mindestens zwei Filtrationsmodule (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12'), welche in einem Retentatkreislauf für das zu trennende Gemisch in Serie geschaltet sind, wobei die Filtrationsmodule einzelne Rohrmembranen mit einem Innendurchmesser von mehr als 10 mm umfassen.

21.Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der im Retentatkreislauf in Serie aufeinander folgenden Filtrationsmodule (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') Rohrmembranen umfassen, welche sich von Modul zu Modul im Innendurchmesser und/oder in der Filterrohrlänge unterscheiden.

22.Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Filtrationsmodul mehr als drei in Serie angeordnete Rohrmembranen umfasst.

23.Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch mindestens zwei Filtrationsmodule (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12'), welche im Retentatkreislauf parallel geschaltet sind und getrennte Fliesswege (Passe) bilden.

24.Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch

Filtrationsmodule mit einem zulässigen Arbeitsdruck von weniger als 10 bar.

25.Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationsmodule (9, .9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') in ihrer Bauart gleiche oder ähnliche Module der Marke Supercore der Firma Koch oder der Marke Super-Cor oder A19 der Firma PCI sind.

26.Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die im Retentatkreislauf parallel geschalteten Filtrationsmodule über symmetrische Verteiler (8, 17) angeschlossen sind.

27.Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch mindestens eine Exzenterschneckenpumpe (5) , welche das zu trennende Gemisch im Retentatkreislauf fördert.

28.Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen im Retentatkreislauf befindlichen Batchtank (3) für das zu trennende Gemisch und durch mindestens eine Retentatpumpe (5) zur Förderung im Kreislauf, welche unmittelbar am Ausgang des Batchtanks angeschlossen oder über eine, gegenüber der Länge des Retentatkreislaufes kurze Rohrverbindung nach diesem Ausgang angeordnet ist.

29.Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 28, gekennzeichnet durch mindestens eine rückwärtslaufende Pumpe (19) im Retentatkreislauf, welche dem Retentatstrom entgegenwirkt und zur Druckregelung des Retentates in den Filtrationsmodulen dient.

30.Vorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine, im Retentatkreislauf nach der rückwärtslaufenden Pumpe (19) angeordnete Abzweigleitung (22) , welche eine weitere rückwärtslaufende Pumpe (21') aufweist und aus dem Retentatkreislauf heraus führt.

31.Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die rückwärtslaufende Pumpe (19) ausgangsseitig direkt mit dem Batchtank (3) verbunden und räumlich direkt auf diesem angeordnet ist .

32.Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch je einen Drucksensor (33' - 36') und/oder Durchflussmesser (33 - 36) , welche am Ausgang jedes getrennten Fliessweges (Passes) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') angeordnet sind.

33.Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Bauelemente (19' - 19""), durch welche die Durchströmmengen durch die getrennten Fliesswege (Passen) (9, 9', 10, 10', 11, 11', 12, 12') einzeln steuerbar sind.

3 .Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-33, gekennzeichnet durch Bauelemente, durch welche im Retentatkreislauf vor den Filtrationsmodulen in Längsrichtung aufeinanderfolgende Anteile im Retentatstrom, insbesondere bei einer Rückverdünnung miteinander vermischbar sind.

35.Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch je eine separate Pumpe (5') zur Steuerung des Förderstromes durch jeden der getrennten Fliesswege (Passe) (9, 9', 10, 10' , 11, 11' , 12, 12' ) .

36.Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrmembranen aus organischem Material bestehen, wobei die Stützrohre durch wickeln eines Bandes hergestellt sind.