CH673957A5

CH673957A5 -

Info

Publication number: CH673957A5
Application number: CH4070/87A
Authority: CH
Inventors: Walter Gresch
Original assignee: Bucher Guyer Ag Masch
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1990-04-30
Also published as: WO1989003240A1; EP0338043A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft aus Obst, Trauben, Beeren oder anderen Früchten, Gemüsen und Saaten oder Wein mittels Querstromfiltration und einer Einrichtung zur Reduzierung des Trubes im Retentat.

Durch die Aufkonzentrierung im Retentatkreislauf einer im Batch- oder semikontinuierlichen Verfahren betriebenen Querstromfiltrationsanlage steigt der Trubanteil im Retentat mit zunehmender Filtrationszeit an. Die Folge davon ist eine sinkende Filtrationsleistung und verringerte Ausbeute. Ausserdem ist die Standzeit der Querstromfiltration bis zur Reinigung der Membran relativ kurz. Die Anzahl der Reinigungs-Zyklen, die für die Membran die Hauptbelastung darstellen, wirkt sich auf die Lebensdauer der Membran nachteilig aus.

Um diesen Schwierigkeiten entgegenzutreten, ist es bekannt, im Retentatkreislauf der Querstromfiltrationsanlage eine Seitenstrom-Zentrifuge anzuordnen, durch die ein grosser Teil des Trubes vom Retentat abgetrennt wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der abgetrennte Trubschlamm noch relativ feucht ist und dadurch noch keine optimale Verbesserung der Ausbeute erzielt wird. Hinzu kommen Entsorgungsprobleme bei der Beseitigung des Trubschlamms und die relativ hohen Anschaffungskosten für die Seitenstrom Zentrifuge, die ausserdem sehr lärmintensiv ist.

Ferner ist es bekannt, Querstromfiltrationseinrichtungen in mehreren Stufen hintereinander anzuordnen, um gegen über den Batch- oder semikontinuierlichen Anlagen mit nur einer Filtrationsstufe einen kontinuierlichen Betrieb zu erreichen. Dabei wird jeweils das Retentat der vorhergehenden Stufe in die Retentatseite der nächsten Stufe eingeleitet. Voraussetzung für die Herstellung eines einheitlich klaren Produktes ist, dass alle Membranen dieselbe Trenngrenze aufweisen. Dadurch nimmt aber die mittlere Filtrationsleistung bzw. der mittlere Flux ab, was gegenüber semikontinuierlichen Anlagen zu Anlagen mit viel Membranflächen führt und sehr teuer ist. Ausserdem sind für einen optimalen Betrieb mindestens drei Stufen nötig. Dies bedeutet besonders bei kleinen und mittleren Anlagegrössen höhere Anschaffungskosten und komplizierteres Betreiben der Anlage.

Hinzu kommt, dass die letzte Stufe ständig mit höchstem Konzentrationsfaktor fährt und dadurch einen problemlosen Betrieb der Anlage, hinsichtlich Verstopfung der Module, gefährdet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Reduzierung des Trubgehalts im Retentat und dadurch eine Verbesserung der Filtrationsleistung und der Ausbeute ermöglicht.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Retentat der Querstromfiltration mindestens einer zweiten, gröberen Querstromfiltration unterzogen wird und das Permeat aus der zweiten oder weiteren Querstromfiltrationen zur Retentatseite der ersten Querstromfiltration zurückgeführt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die erste Querstromfiltration durch Ultra- oder Mikrofiltration und die zweite Querstromfiltration durch Mikro- oder Grobfiltration.

Dem Retentat können vor oder während der Filtration, in der zweiten Querstromfiltration Schönungsmittel zugeführt werden, um die Verstopfungstendenz der Membranen zu mindern.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer ersten Querstromfiltrationseinrichtung, deren Retentatseite über eine Leitung mit der Retentatseite einer zweiten Querstromfiltrationseinrichtung verbunden ist, wobei von der Permeatseite der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung eine Leitung zur Retentatseite der ersten Querstromfiltrationseinrichtung führt. Dabei ist gemäss der Erfindung die Porengrösse der Membran der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung grösser als die Porengrösse der Membran der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung.

Vorteilhafterweise ist die zweite Querstromfiltrationsein: richtung mit Mikro- oder Grobfiltrations-Membranen ausgerüstet. Dabei beträgt die Porengrösse ca. 0,1 bis 20 llm.

Um bei der Mikro- oder Grobfiltration der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung mit möglichst hohen Drükken arbeiten zu können, ist diese mit Metall- oder Keramik Modulen ausgerüstet, deren zulässiger Transmembrandruck grösser ist als bei den Filtrations-Modulen der ersten Querstromfiltrationseinrichtung.

Vorzugsweise beträgt der maximale Transmembrandruck der Metall- oder Keramik-Module mindestens 6 bar.

Zur Vermeidung von Verstopfungen ist der Kanalquerschnitt der Filtrations-Module der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung grösser als bei den Filtrations-Modulen der ersten Querstromfiltrationseinrichtung.

Vorteilhafterweise ist die zweite Querstromfiltrationseinrichtung mit Rohr-Modulen ausgerüstet, die einen Rohrdurchmesser von mindestens 6 mm aufweisen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Grobfiltration in der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung ein hoher Flux bei wenig Membranfläche erreicht wird, wobei weniger Membranfläche eine Verringerung der Investitionskosten bedeutet. Ausserdem können die für die höheren Drücke und gröbere Trenngrenze der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung verwendeten Metall-Membranen, die für kleine Trenngrenzen nicht oder nur aufwendig herstellbar sind, mit relativ billigen Kunststoff-Membranen für die erste Querstromfiltrationseinrichtung kombiniert werden. Hinzu kommt, dass mit dem Einsatz von Membranen anstelle der bekannten Seitenstrom-Zentrifuge zur Reduzierung des Trubgehalts eine bessere Trennschärfe erreicht wird.

Durch die Rückführung des Permeats der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung zur Retentatseite der ersten Querstromfiltrationseinrichtung wird der Trubgehalt im Retentat stark reduziert und die Ausbeute verbessert. Die Standzeit der ersten Querstromfiltrationseinrichtung bis zur Reinigung wird bei relativ bescheidenen Mehrinvestitionen verlängert und die Lebensdauer der Membran erhöht. Ein hoher Konzentrationsfaktor tritt erst gegen Ende des Verfahrenszyklus auf.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau der erfindungsgemässen Anlage.

Der zu klärende Rohsaft wird über eine Zuführleitung 1 einer ersten Querstromfiltrationseinrichtung 2, die aus einer Ultra- oder einer Mikrofiltrationseinrichtung besteht. zugeführt. An einer Membranfläche 3 der Querstromfiltrationseinrichtung 2 wird der Klarsaft vom Retentat abgetrennt und durch eine Permeatabflussleitung 4 zu einer Sammelstelle abgeführt. Für die Membranfläche 3 werden billige Kunststoff-Module für niedrige Drücke verwendet. Von der Retentatseite der Querstromfiltrationseinrichtung 2 führt eine Leitung 5 für Retentat zu einer zweiten Querstromfiltrationseinrichtung 6, die aus einer Mikro- oder Grobfiltrationseinrichtung besteht.

Die Membranfläche 7 der Querstromfiltrationseinrichtung 6 wird vorzugsweise durch Metall- oder Keramik-Module gebildet, die gegenüber den Kunststoff-Modulen der ersten Querstromfiltrationseinrich tung 2 eine grössere Porengrösse von ca. 0,1 bis 20 #m auf- weisen. Da bei der Grobfiltration mit höheren Drücken gearbeitet wird als bei der Ultrafiltration in der Querstromfiltrationseinrichtung 2, sind die Metall- oder Keramik-Module für einen maximalen Transmembrandruck von mehr als 6 bar ausgelegt. Auch die Kanalquerschnitte der Grobfiltrations-Module sind grösser gewählt als bei der ersten Querstromfiltrationseinrichtung 2. Vorzugsweise werden Rohr Module mit einem Rohrdurchmesser von mindestens 6 mm verwendet.

Das an der Membranfläche 7 der Querstromfiltrationseinrichtung 6 abgetrennte Permeat wird über eine Leitung 8 zur Retentatseite der ersten Querstromfiltrationseinrichtung 2 zurückgeführt. Von der Retentatseite der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung 6 zweigt eine Leitung 9 ab, durch die das Restretentat abgeführt wird. Durch die Rückführung des Permeats zur ersten Querstromfiltrationseinrichtung 2 entsteht ein Kreislauf, in dem der Trub, der über die Leitung 9 ständig abgeführt wird, erheblich reduziert wird. Bei kontinuierlicher Zuführung von Rohsaft über die Zuführleitung 1 wird ein kontinuierlicher Betrieb mit einem konstanten Trubgehalt beim Retentat der Querstromfiltrationseinrichtung 2 erreicht.

Bei Batch- oder semikontinuierlichem Betrieb erhöht sich der Trubgehalt beim Retentat der Querstromfiltrationseinrichtung 6 erst gegen Ende des Verfahrenszyklus drastisch, sodass sich diese Produktionsphase mit wenig Aufwand überwachen lässt.

Um den Gehalt an makromolekularen Stoffen, z. B. Polyphenole, welche die Membranen der Membranfiltrationseinrichtung 2 mit zunehmender Konzentration stärker verstopfen, im Retentat zu reduzieren und damit die Standzeit bis zur nächsten Reinigung der Filtrationsanlage weiter zu verlängern, kann vor der Membranfiltrationsanlage 6 das Retentat mit Schönungsmitteln behandelt werden. Zu diesem Zwecke genügt eine Zudosierung von relativ geringen Mengen an Schönungsmitteln, vorzugsweise mittels einer Mischdüse 10, beispielsweise einer Injektionsdüse oder durch statisches Mischen, in die Retentatleitung 5. Die entstehenden Aglomerate zwischen Makromolekülen und Schönungsmitteln lassen sich mittels der zweiten Membranfiltrationseinrichtung 6 abtrennen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft aus Obst, Trauben, Beeren oder anderen Früchten, Gemüsen und Saaten oder Wein mittels Querstromfiltration und einer Einrichtung zur Reduzierung des Trubes im Retentat, dadurch gekennzeichnet, dass Retentat der Querstromfiltration mindestens einer zweiten, gröberen Querstromfiltration unterzogen wird und das Permeat aus der zweiten oder weiteren Querstromfiltrationen zur Retentatseite der ersten Querstromfiltration zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Querstromfiltration durch Ultra- oder Mikrofiltration und die zweite Querstromfiltration durch Mikrooder Grobfiltration erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Retentat vor oder während der Filtration in der zweiten Querstromfiltration Schönungsmittel zugeführt werden.
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Retentatseite einer ersten Querstromfiltrationseinrichtung (2) über eine Leitung (5) mit der Retentatseite einer zweiten Querstromfiltrationseinrichtung (6) verbunden ist und von der Permeatseite der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung (6) eine Leitung (8) zur Retentatseite der ersten Querstromfiltrationseinrichtung (2) zurückführt.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengrösse der Membran (7) der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung (6) grösser ist als die Porengrösse der Membran (3) der ersten Querstromfiltrationseinrichtung (2).
6. Anlage nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Querstromfiltrationseinrichtung (2) mit Ultra- oder Mikrofiltrationsmembranen und die zweite Querstromfiltrationseinrichtung (6) mit Mikro- oder Grobfiltrations-Membranen ausgerüstet ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengrösse der Membran (7) der zweiten Querstromfiltrationseinrichtung (2) ca. 0,1 bis 20 llm beträgt.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Querstromfiltrationseinrichtung (6) mit Metall- oder Keramik-Modulen ausgerüstet ist, deren zulässiger Transmembrandruck grösser ist als bei den Filtrations-Modulen der ersten Querstromfiltrationseinrichtung (2).
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Transmembrandruck der Metall- oder Keramik-Module mindestens 6 bar beträgt.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalquerschnitt der Filtrations Module der zweiten Querstrornfiltrationseinrichtung (6) grösser ist als bei den Filtrations-Modulen der ersten Quer strornfiltrationseinrichtung (2).
11. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Querstromfiltrationseinrichtung (6) mit Rohr-Modulen ausgerüstet ist, die einen Rohrdurchmesser von mindestens 6 mm aufweisen.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Retentatleitung (5) mit einer Schönungsmittel führenden Leitung verbindbar ist.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischdüse oder ein Statischmischer zur Schönungsmittelzufuhr vorgesehen ist.