CH704073A2

CH704073A2 - Anlage zum Konzentrieren oder Trocknen, resp. Entwässern von Flüssigkeiten mittels Vorwärtsosmose.

Info

Publication number: CH704073A2
Application number: CH01911/10A
Authority: CH
Inventors: Marcel Kuerzi
Original assignee: Marcel Kuerzi
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-05-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Prinzip der Forward osmosis. Sie besteht aus einem wasserdichten Behälter (1), einer beweglichen semipermeable Membran (2), die den Behälterinnenraum in zwei Räume A und B teilt, einem Reinigungsstab (3) und einer Zieh-Lösung. Die semipermeable Membran (2) ist nur für Wasser durchlässig. Die semipermeable Membran kann eine konventionell erhältliche oder eine spezielle mit Oberflächenvergrösserung mittels röhrenförmigen Ausstülpungen sein, die aus semipermeablem Material gefertigt sind. Damit die semipermeable Membran nicht verstopft, ist ein Reinigungsstab (3) vorhanden, der innen hohl ist und Löcher gegen die semipermeable Membran, (2) aufweist. Er ist auf der Seite des Raumes A und ist parallel zur semipermeablen Membran installiert und beweglich. Als Reinigungsmedium wird Wasser oder Druckluft eingesetzt. Die zu trocknende Flüssigkeit wird in den Raum A gegossen, die Zieh-Lösung (Bsp. hochkonzentrierte NaCI-Lösung) in den Raum B. Das Wasser fliesst entlang des Konzentrationsgradienten durch die semipermeable Membran bis die zu konzentrierende resp. trocknende Flüssigkeit wunschgemäss entwässert ist. Durch die Verschiebung der Membran kann zusätzlich mechanische Energie gewonnen werden. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Konzentration oder Trocknung einer Flüssigkeit wenig Energie braucht und dadurch auch in Kleinanlagen ablaufen kann und doch noch rentabel ist. Sie hat ökologische, ökonomische, logistische und lebensmittelhygienische Vorteile.

Description

[0001] Die Eindickung oder Trocknung einer Flüssigkeit (Bsp. Milchpulverherstellung aus Milch) geschieht durch seine Erhitzung und somit durch das Verdampfen des darin enthaltenen Wassers. Dieses Verfahren braucht viel Energie und wird somit nur in Grossanlagen eingesetzt um überhaupt rentabel wirtschaften zu können. Ebenso werden verschiedene Inhaltsstoffe durch die Erhitzung beschädigt. Das Verfahren der Umkehrosmose ist schonender, kann jedoch nur zur Eindickung einer Flüssigkeit bis zu einem gewissen Grade verwendet werden und nicht zum vollständigen Trocknen.

[0002] Die vorliegende Erfindung ist eine Anlage zum Eindicken oder Trocknen, also Entwässern von Flüssigkeiten mittels Forward osmosis. Die nachfolgenden Figuren sollen die Anlage sowie das Prinzip veranschaulichen. Dabei zeigt die <tb>Fig. 1<sep>eine 3D-Aussenansicht des Behälters (1) mit innen liegender semipermeablen Membran (2), <tb>Fig. 2<sep>Wie Fig. 1, ist aber aufgeschnitten und zeigt den Behälter (1), die semipermeable Membran (2), die beiden Räume A und B und den Reinigungsstab (3), <tb>Fig. 3<sep>einen vergrösserten Ausschnitt der semipermeablen Membran (2) mit Oberflächenvergrösserung mittels röhrenförmigen Ausstülpungen (4). (4a) Aussenansicht, (4b) Längsschnitt.

[0003] Die Anlage besteht aus einem flüssigkeitsdichten Behälter (1), einer semipermeablen Membran (2), einem Reinigungsstab (3) und einer Zieh-Lösung. Die semipermeable Membran (2) trennt den Behälterinnenraum in zwei Räume A und B. Die semipermeable Membran (2) ist gegenüber dem Behälter (1) beweglich. Die semipermeable Membran (2) ist so beschaffen, dass nur Wasser durchtreten kann. Es kann auch eine Membran (2) installiert werden, die selektiv auch andere Stoffe durchlässt, für die sie konzipiert ist. Die Kontaktfläche der Membran (2) zur Behälterinnenwand ist wasserundurchlässig. Bei der Membranstruktur kann eine konventionell erhältliche semipermeable Membran verwendet werden oder eine spezielle mit Oberflächenvergrösserung mittels röhrenförmigen oder kegelförmigen Ausstülpungen (4) gegen den Raum A hin. Die Ausstülpungen (4) sind innen hohl, gegen den Raum B offen, gegen den Raum A geschlossen und aus dem semipermeablen Material gefertigt. Die Ausstülpungen (4) sind regelmässig auf der ganzen Membran (2) verteilt. Dies ergibt eine enorme Vergrösserung der Oberfläche und dadurch eine Steigerung der Anlagekapazität. Damit die semipermeable Membran (2) nicht verstopft ist ein Reinigungsstab (3) vorhanden, der innen hohl ist und Löcher gegen die semipermeable Membran (2) hin aufweist. Er ist auf der Seite des Raumes A und ist zur semipermeablen Membran (2) parallel installiert und beweglich. Als Reinigungsmedium kann Wasser oder Luftdruck verwendet werden, das durch den Reinigungsstab gepresst wird und auf die semipermeable Membran (2) gesprüht wird, wenn sie aktiviert ist.

[0004] Funktion: In den Raum A wird die zu trocknende Flüssigkeit eingefüllt, in den Raum B die osmotisch aktive Zieh-Lösung (Bsp. hochkonzentrierte NaCI-Lösung). Das Wasser der Flüssigkeit im Raum A fliesst wegen des osmotischen Druckes durch die semipermeable Membran (2) in die Zieh-Lösung des Raum B. Der Wasserdruck bewegt die Membran (2) zum Raum A hin. Der Raum A wird kleiner, der Raum B grösser. Die Zieh-Lösung im Raum B wird kontinuierlich aufkonzentriert (Bsp. Zugabe von NaCI), bis der Raum A auf die gewünschte Konzentration entwässert ist und das gewünschte Konzentrat, resp. Pulver vorliegt. Nach Beendigung des Vorganges muss die Zieh-Lösung wieder entwässert werden. Dies geschieht durch das Verdampfen oder Destillieren der Zieh-Lösung. Im Idealfall geschieht dies durch Sonnenenergie und wenn nötig mit aktiver Energiezufuhr. Dieser Vorgang kann langsam ablaufen und muss nicht unter sterilen Bedingungen geschehen. Der Vorteil der Erfindung ist der geringe direkte Energieaufwand für die Entwässerung der zu konzentrierenden Flüssigkeit, sowie die schonende Behandlung der Inhaltstoffe. Des Weiteren kann die Anlage gut auch in kleinen Dimensionen konzipiert werden, sodass sie direkt beim Produzenten der zu konzentrierenden Flüssigkeit eingesetzt werden kann, wie zum Beispiel beim Milchproduzenten. Dort kann die Milch direkt durch den Landwirten zu Milchpulver verarbeitet werden. Damit könnten die Milchtransporte (über 90 % Wasser) massiv reduziert werden. Im Gegensatz zu heute wäre die Rückverfolgbarkeit des Endproduktes bis zum Produzenten gewährleistet. Der Landwirt hätte ein haltbares Produkt zum Verkaufen, und könnte den Zwischenhandel ausschalten. Ausserdem könnte mit dem Schritt der Forward osmosis auch Energie gewonnen werden. Die Anlage wird aus Chromstahl hergestellt, damit die Bestimmungen der Lebensmittelhygiene eingehalten werden können.

Claims

1. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage mit einem flüssigkeitsdichten Behälter (1), einer semipermeable Membran (2), einem Reinigungsstab (3) und einer Zieh-Lösung.

2. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (2) zur Behälterinnenwand beweglich ist und dessen Kontaktfläche wasserdicht ist.

3. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (2) nur für Wasser durchlässig ist.

4. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auch semipermeable Membranen (2) einsetzbar sind, die verschiedene Porengrössen besitzen und deshalb selektiv für verschiedene Moleküle, resp. Lösungsstoffe passierbar sind.

5. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (2) eine konventionell erhältliche semipermeable Membran ist.

6. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran zusätzlich röhrenförmige oder kegelförmige Ausstülpungen (4) gegen den Raum A hat, die innen hohl sind, gegen den Raum B offen sind, gegen den Raum A geschlossen und aus semipermeablen Material gefertigt sind.

7. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Reinigungsstab (3) auf der Seite des Raumes A ist und zur semipermeablen Membran parallel angebracht und beweglich ist.

8. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsstab (3) innen hohl ist und Löcher gegen die semipermeablen Membran hin hat.

9. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsstab (3) mittels Druckluft oder Wasser versorgt wird, die durch den Stab und die Löcher strömen können, falls dies nötig ist.

10. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zieh-Lösung (Bsp. NaCI-Salz) osmotisch aktiver gegenüber der zu konzentrierenden Flüssigkeit ist, d.h. sie zieht Wasser auf ihre Seite.

11. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zieh-Lösung kontinuierlich aufkonzentriert wird, damit sie osmotisch aktiv bleibt.

12. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung der semipermeablen Membran mechanische Energie gewonnen werden kann.

13. Eine Flüssigkeits-Konzentration oder Trocknungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Chromstahl gefertigt ist.