CZ290513B6 - Způsob čiątění membránového filtru s příčným prouděním - Google Patents

Abstract

Zp sob je ur en k i t n membr nov ho filtru s p° n²m proud n m, zejm na p°i filtraci piva. Pro zabr n n zan en membr ny filtra n ho modulu odfiltrovan²mi l tkami, usazen²mi ve form kryc vrstvy, se filtrace v intervalech p°eru uje. V n sleduj c kr tk p°est vce se kryc vrstva na membr n chemicky louhem uvoln , na e se tato kryc vrstva zp tn²m proplachem membr ny vodou odstran . Pro dal zlep en filtrace se v pr b hu filtra n f ze reguluje transmembr nov² tlak (p) podle v podstat periodick asov funkce a rychlost (v) proud n piva membr nou v podstat kontinu ln zvy uje.\

Description

Způsob čištění membránového filtru s příčným prouděním

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu čištění membránového filtru s příčným prouděním filtračního zařízení při filtraci nápojů, zejména piva, periodickým odstraňováním usazených vrstev na membráně v krátkých intervalech filtračního procesu.

Dosavadní stav techniky

Filtrací piva musí být odstraněny kvasinky a jiný kal, jakož i koloidálně rozpuštěné látky, zejména bílkoviny, aby pivo získalo čirý vzhled a aby se zvýšila jeho chemicko-fyzikální a biologická trvanlivost.

Vedle v současné době nej používanější filtrace pomocí křemelinových filtrů existuje, vzhledem k nákladnému odstraňování křemelinového kalu, snaha používat jiné způsoby filtrace. Jedním způsobem filtrace je mikrofiltrace s příčným prouděním, při níž nečištěné nebo předběžně čištěné pivo zaplaví membránu ve filtračním modulu, takže mezi zaplavenou neboli vstupní stranou membrány a výstupní stranou membrány se nastaví takzvaný transmembránový tlak, a tím část piva zaplavujícího membránu touto membránou protéká napříč a jako vyčištěný filtrát se shromažďuje na výstupní straně. V průběhu této filtrace se na povrchu membrány na vstupní straně usazují odfiltrované látky částečně jako krycí vrstva. Tato krycí vrstva však nesmí být kompaktní, aby bylo zajištěno protékání membrány v průběhu celého filtračního procesu.

Ze spisu EP 0 351 363 AI je známa mikrofiltrace piva s příčným prouděním filtrem, přičemž pivo je současně v průběhu filtrace stabilizováno pomocí stabilizačního prostředku, s výhodou pomocí PVPP (polyvinylpyrrolydonu). Aby se zabránilo předčasnému zanesení pórů membrány, přidává se do piva určeného k filtraci ještě zrnitý nebo vláknitý pomocný filtrační prostředek, který se na membráně usadí a má zabraňovat ucpávání pórů membrány kalem atd. Jako takový pomocný filtrační prostředek může být použita například křemelina nebo perlit.

Tímto způsobem je sice možné zabránit tomu, aby látky obsažené v pivu ve formě částic ucpávaly póry membrány, avšak tímto způsobem není možno pomocným filtračním prostředkem zachycovat koloidálně rozpuštěné látky, zejména bílkoviny. Tyto koloidálně rozpuštěné látky tvoří při nízkých teplotách potřebných při filtraci piva, které činí přibližně 0 °C, gelovitou nebo rosolovitou hmotu, která proniká krycí vrstvou a automaticky ucpává póry membrány. Účinnost filtrace se tím velmi rychle sníží. Z toho důvodu je podle tohoto spisu EP 0 351 363 AI nutno po skončení filtračního procesu membránu vyčistit. Toto vyčištění membrány se může provést oplachem nebo obrácením směru průtoku neboli zpětným proplachem tak, že určité množství filtrátu se protlačí z výstupní strany membránou na vstupní stranu. Periodické čištění membrány se přitom provádí zejména oplachem, čímž se nejprve krycí vrstva alespoň částečně odstraní, za nímž následuje praní horkým louhem a sterilizace, přičemž se současně PVPP, použitý jako stabilizační prostředek, v zařízení vyčistí a regeneruje. Náklady na toto čištění jsou však relativně vysoké a toto Čištění je zdlouhavé a snižuje účinnost filtrace.

Ze spisu EP 0 427 376 A2 je známé mikrofíltrační zařízení s příčným průtokem, u něhož je dopravní čerpadlo vestavěno do diagonální větve potrubního vedení sestávajícího ze čtyř větví, přičemž všechny větve tohoto potrubního vedení jsou opatřeny uzavíracím ventilem. K rozvětvením, k nimž je připojeno čerpadlo, je připojen přívod ze zásobní nádrže, respektive zpětné vedení k zásobní nádrži, zatímco obě další místa rozvětvení jsou připojena na oba konce filtračního modulu. Otevíráním a uzavíráním příslušných ventilů je možno u tohoto filtračního zařízení směr průtoku kapaliny membránou měnit. Kromě toho je jiným vhodným zapojením ventilů umožněno

- 1 CZ 290513 B6 nasávání kapaliny membránou z její výstupní strany pro větší nebo menší odstranění krycí vrstvy. Toto odstraňování krycí vrstvy je však neúplné, protože při filtraci piva jsou póry membrány ucpány gelovitými koloidálně rozpuštěnými látkami, které na rozdíl od jiných částic krycí vrstvy nemohou být bez dalších opatření odstraněny zpětným proplachem. Při tomto zpětném 5 proplachu si kapalina nasávaná membránou najde cestu nejmenšího odporu, to znamená, že membrána je protékána jen tam, kde je propustná. Úplné vyčištění membrány tímto způsobem není tedy možné.

Dále je známý takzvaný integrovaný zpětný proplach membrány tím, že transmembránový tlak 10 v membráně se nastaví například škrcením odváděného filtrátu tak, že část membrány, například její zadní polovina, uvažováno ve směru proudění, je protékána filtrátem z výstupní strany ke vstupní straně, přičemž se odstraní rovněž část zde existující krycí vrstvy, viz publikace: S. Ripperger. Mikrofiltration mit Membranen. Verlag Chemie. Weinheim, 1992, str. 133.

Dále bylo rovněž navrženo provedení několika opatření ke kontrole krycí vrstvy, a to právě popsaný integrovaný zpětný proplach spolu s krátkým přerušováním filtrace zpětným průtokem a regenerací membrány horkou vodou a obrácení směru proudění, viz publikace: G. W. Steinhoff. Brauindustrie 7/89, str. 748 až 750, zejména str. 750, pravý sloupec, část o názvu Verschiedene GerátegróPen.

Zejména zpětným protlačováním filtrátu membránou nastanou problémy především v důsledku neúplně od povrchu membrány uvolněné krycí vrstvy. Protože, jak bylo výše uvedeno, se krycí vrstva uvolňuje zejména tam, kde se zpětný průtok setkává jen s jejím malým odporem, se části povrchu membrány, v nichž je krycí vrstva tlustší, při zpětném proplachu poškodí, jak je 25 podrobně popsáno v publikaci: T. Faust a kol., Chem.-Ing.-Tech. 61, 1989, č. 6, str. 459 až 468, zejména str. 466.

U všech známých způsobů v průběhu času klesá účinnost filtrace, takže způsob mikrofiltrace s příčným prouděním se nemohl doposud hospodárně použít pro čištění piva. Navíc se musí se 30 snižující se účinností filtrace, způsobenou narůstající krycí vrstvou, nastavit rychlost protékání a transmembránový tlak na velmi vysoké hodnoty, aby vůbec mohlo být dosaženo přijatelné účinnosti filtrace, takže spotřeba energie je velmi vysoká. Vzhledem ke klesající účinnosti filtrace se navíc sníží životnost použitých membránových filtrů.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit způsob čištění membránového filtru s příčným prouděním, zejména při mikrofiltraci piva, pomocí níž se dosáhne i při dlouhodobém filtrování vysokých výkonů při současně relativně malé spotřebě energie.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje způsob čištění membránového filtru s příčným prouděním filtračního zařízení při filtraci nápojů, zejména piva, periodickým odstraňováním usazených vrstev na membráně v krátkých intervalech mezi filtrací v průběhu filtračního procesu, podle vynálezu, jehož podsta45 tou je, že membrána se v prvním intervalu mezi filtrací opláchne čisticí kapalinou a přilnavost krycích vrstev na membráně se chemicky naruší, že uvolněné krycí vrstvy se potom opláchnou oplachovací kapalinou, zejména vodou, proudící z výstupní strany na vstupní stranu, a alespoň částečně se odstraní.

Výhodná provedení způsobu podle vynálezu jsou uvedena ve vedlejších patentových nárocích.

Podstatným znakem vynálezu je chemické uvolnění krycí vrstvy pomocí 0,2 až 5 % sodného louhu. Za tím účelem je zapotřebí pouze malého množství sodného louhu, protože krycí vrstva

-2 CZ 290513 B6 a zejména koloidálně rozpuštěné látky musí být pouze uvolněny a nikoli louhem odstraněny. Úplné odstranění uvolněné krycí vrstvy se provádí v podstatě pouze mechanicky následným zpětným proplachem membrány, zejména vodou, čímž se krycí vrstva od membrány oddálí.

S výhodou se pro čištění filtr na výstupní straně membrány naplní sodným louhem, který je potom protlačen membránou na její vstupní stranu, zejména pomocí vody, sloužící jako oplachovací prostředek.

Navíc může být sodný louh použit při nižší teplotě, například při pokojové teplotě.

Dále se ukázalo, že účinnost filtrace se může zvýšit ještě tím, že transmembránový tlak je regulován podle časové funkce tak, že v určitých časových intervalech se nastaví integrovaný zpětný proplach pomocí filtrátu.

Časovou funkcí pro regulaci transmembránového tlaku je s výhodou v podstatě periodická funkce, například sinusoida nebo funkce s pilovitým průběhem. Filtrace se začíná provádět při transmembránovém tlaku, jehož hodnota je mezi minimální a maximální hodnotou, a je zaručena průchodnost membrány v podstatě po celém jejím povrchu bez zpětného toku filtrátu na vstupní stranu membrány. Po dosažení maximálního transmembránového tlaku se tento transmembránový tlak reguluje směrem k minimální hodnotě, přičemž potom od určité hodnoty tlaku dojde k integrovanému zpětnému proplachu membrány filtrátem z výstupní strany na vstupní stranu membrány, který pokračuje tak dlouho, dokud transmembránový tlak po průchodu minimální hodnotou nedosáhne opět příslušné hodnoty, při níž je membrána zcela protékána ze vstupní na výstupní stranu. Účinnost filtrace může být celkově zvýšena tím, když se po skončení integrovaného zpětného proplachu směr proudění piva protékajícího podél membrány obrátí. Pivo potom proudí nejprve částí membrány alespoň částečně vyčištěnou integrovaným zpětným proplachem, takže v těchto místech dojde k vysokému průtoku. Obrácení směru proudění by se mělo provádět po každém integrovaném zpětném proplachu.

Jako výhodnou se dále ukázala, navíc k regulaci transmembránového tlaku, rovněž regulace rychlosti proudění nefíltrovaného piva membránou, a sice tak, že po začátku filtrace se rychlost proudění v podstatě kontinuálně zvyšuje. Proces filtrace tím proto začne s relativně malou rychlostí proudění, která se potom pozvolna zvyšuje. Toto opatření má rovněž energetické důvody: při zpočátku relativně malé rychlosti proudění se vzhledem kještě čisté membráně dosáhne dostatečného průtoku, přičemž později se účinkem vzrůstající rychlosti proudění částice usazující se na membráně rychlým prouděním nefíltrovaného piva alespoň částečně odtrhávají, takže se zabrání vzniku příliš tlusté krycí vrstvy.

I když mezi začátkem filtrace a čisticí a oplachovací fází se směr proudění piva obrátí, je výhodné, když se absolutní hodnota rychlosti proudění v novém směru nastaví přibližně na konečnou hodnotu předchozí fáze průtoku, takže absolutní hodnota rychlosti proudění se mezi začátkem filtrace a čisticí a oplachovací fází v podstatě kontinuálně zvyšuje.

Zvyšování rychlosti proudění může být provedeno pro každou fázi filtrace mezi dvěma čisticími a oplachovacími fázemi, je však rovněž možné provádět regulaci rychlosti pouze v počáteční fázi filtrace a potom rychlost proudění v průběhu zbylé doby filtrace udržovat zhruba na konstantní zvýšené úrovni.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje schematicky zařízení k čištění piva pomocí mikrofiltrace s příčným prouděním filtrem podle vynálezu, obr. 2 schematicky použitý filtr s příčným prouděním, opatřený přípojkami, obr. 3 graf k objasnění regulace transmembránového tlaku a rychlosti proudění piva membránou filtračního modulu, obr. 4 graf modifikované regulace transmembránového tlaku a rychlosti proudění piva membránou, obr. 5 graf závislosti středního průtoku na čase u filtrace provedené podle vynálezu při porovnání s příslušnou srovnávací filtrací, obr. 6 graf závislosti spotřeby energie na čase u filtrace podle vynálezu při porovnání s příslušnou srovnávací filtrací a obr. 7 uspořádání čerpadla a několika filtračních modulů pro modifikované zařízení na provádění filtrace.

Příklady provedení vynálezu

Filtrační zařízení, znázorněné na obr. 1, obsahuje zásobní nádrž 1 na pivo určené k čištění, dále dopravní čerpadlo 2, výměník 3 tepla, filtrační modul 4 ajímací nádrž 5 na filtrované pivo. Všechny elementy jsou spojeny potrubním systémem 6 pro vytvoření oběhu piva mezi zásobní nádrží 1, dopravním čerpadlem 2, výměníkem 3 tepla a filtračním modulem 4. Množství piva proudícího v tomto oběhu se reguluje dvěma škrticími ventily 7, 8 na vstupu a výstupu zásobní nádrže J. Před nebo za každým škrticím ventilem 7, 8 je v potrubním systému 6 uspořádán ještě uzavírací ventil 9, 10. Ve filtračním zařízení, znázorněném na obr. 1, proudí pivo určené k čištění potrubním systémem 6 ve směru proti otáčení hodinových ručiček, jak je naznačeno šipkou P.

Mezi oběma uzavíracími ventily 9, 10 je upraveno ještě jedno příčné potrubí 11 s uzavíracím ventilem 12, které je rovněž určeno k regulaci oběhu uvnitř potrubního systému 6. Zmíněné škrticí ventily 7, 8 a uzavírací ventily 9, 10, 12 mohou být nastaveny tak, že pivo při svém oběhu potrubním systémem 6 buď proudí zásobní nádrží 1 úplně, nebo pouze částečně, nebo alespoň v některých časových úsecích zásobní nádrží 1 neproudí vůbec.

V potrubním systému 6 jsou upravena ještě dvě další příčná potrubí 13, 14, probíhající mezi výstupem výměníku 3 tepla a filtračním modulem 4, v nichž je uspořádán vždy jeden ventil 15, 16. Mezi odbočením příčného potrubí 13 a vstupem filtračního modulu 4, jakož i mezi výstupem filtračního modulu 4 a místem odbočení příčného potrubí 14, je upraven vždy jeden ventil 17,18. Pomocí příčných potrubí 13, 14 a ventilů 15 až 18 může být směr proudění ve filtračním modulu 4 obracen a zcela v podstatě ovlivňován oběh piva v potrubním systému 6.

Vstup a výstup filtračního modulu 4 jsou rovněž opatřeny příslušným uzavíracím ventilem 19, 20.

Z filtračního modulu 4 vystupuje potrubí 22 opatřené uzavíracím ventilem 21, které vede do jímací nádrže 5, z níž se pivo odvádí výstupním potrubím 23 opatřeným ventilem 24.

-4 CZ 290513 B6

Se zásobní nádrží 1 a jímací nádrží 5 je vždy přes dva ventily 25, 26 a 27, 28 spojena plynová nádoba 29 opatřená příslušnými čerpacími a odsávacími zařízeními, která je určena k vytváření plynového polštáře Gl, G2 nad nefiltrovaným pivem v zásobní nádrži 1 a nad filtrovaným pivem v jímací nádrži 5.

Filtrační modul 4 je na obr. 1 znázorněn velmi schematicky jako obdélník s čárkovaně naznačenou membránou M. Obvykle sestává taková filtrační jednotka z několika, například trubkových, filtračních modulů s vnitřní koncentrickou membránou, kterou proudí pivo určené k filtraci.

Na výstupní stranu filtračního modulu 4 je připojeno ještě potrubí 31, které je zavíráno uzavíracím ventilem 32. Za uzavíracím ventilem 32 se potrubí 31 rozvětvuje, přičemž jedna větev vede přes ventil 33 k přípojce 34, určené pro přívod sodného louhu, a druhá větev přes ventil 35. k přípojce 36 vody.

Před uzavíracím ventilem 21 odbočuje z potrubí 22 ještě potrubí 40, které vede přes ventil 41 k odtoku 42, respektive do zmíněné nádrže na přípravu sodného louhu.

Dále je zde upraveno ještě několik čidel Si, například deset, pomocí nichž se měří podle funkce tlaku v systému teplota piva, průtok atd.

Popsané filtrační zařízení je řízeno, respektive regulováno, pomocí řídicího a regulačního zařízení 50, které sestává například z programovací jednotky 51, vstupní a vyhodnocovací jednotky 52 a vlastní řídicí jednotky 53. Pomocí vstupní a vyhodnocovací jednotky 52 se mohou zavádět požadované parametry způsobu filtrace. Kromě toho se do této vstupní a vyhodnocovací jednotky 52 přivádějí rovněž signály z čidel Si, takže program pro řízení nebo regulaci celého filtračního zařízení, stanovený programovací jednotkou 51, může být ovlivňován. Řídicí jednotka 53 potom vydává řídicí signály Ci do jednotlivých elementů filtračního zařízení, zejména do uvedených ventilů, určených pro řízení nebo regulaci, do čerpadla 2 a výměníku 3 tepla.

Na obr. 3 je znázorněn graf závislosti transmembránového tlaku p na čase t v minutách, jakož i absolutní hodnota rychlosti v proudění při procesu filtrace s několika filtračními fázemi.

Průběh transmembránového tlaku p je podobný sinusoidě s periodou asi 30 minut, přičemž při tomto pokusu trvá jedna filtrační fáze vždy 120 minut. Na začátku první filtrační fáze se transmembránový tlak p rychle zvýší na asi 0,05 MPa, takže membrána M je protékána nefiltrovaným pivem po celé své ploše. Potom se transmembránový tlak p zvýší a po dosažení první maximální hodnoty 0,25 MPa opět klesne, přičemž tato regulace transmembránového tlaku p se provádí regulací plynových polštářů Gl, G2. Přibližně v okamžiku tl dosáhne transmembránový tlak p tak malé hodnoty, že nyní začne výše zmíněný integrovaný zpětný proplach membrány M. Při dosažení minimální hodnoty asi 0 MPa je potom přibližně polovina plochy membrány M protékána filtrátem z výstupní strany na vstupní stranu. Po průchodu minimální hodnotou se transmembránový tlak p opět zvýší a přibližně v okamžiku t2 dosáhne hodnoty, která zhruba odpovídá počáteční hodnotě, takže integrovaný zpětný proplach membrány M skončí a membrána M je opět protékána ze vstupní strany na výstupní stranu po celé své ploše.

Tento postup se nyní opakuje, takže vždy mezi dvěma okamžiky t3, t4 a dvěma okamžiky t5, t6 dojde k tomuto integrovanému zpětnému proplachu.

Navíc se po každém integrovaném zpětném proplachu, to znamená v okamžicích t2, t4, t6 směr proudění piva podél membrány M obrátí, přičemž co nejrychleji se opět nastaví absolutní hodnota rychlosti proudění, dosažená před obrácením směru proudění, což je na obr. 3 znázorněno plnou křivkou absolutní rychlosti. Další možnost spočívá v tom, že absolutní hodnota rychlosti proudění se reguluje podle čárkované křivky v', která po prvním obrácení směru proudění leží

-5CZ 290513 B6 níž. Tato nižší rychlost proudění je zpravidla dostačující, protože zmíněným integrovaným zpětným proplachem se membrána M alespoň částečně vyčisti a přes poněkud nižší rychlost proudění se průtok udržuje na vysoké hodnotě.

Po průchodu čtvrtou maximální hodnotou a poklesu transmembránového tlaku p se filtrace přeruší a v následujícím krátkém intervalu I mezi filtrací, respektive přestávce, se krycí vrstva z povrchu membrány M odstraní. Za tím účelem se filtrační modul 4 vyprázdní odděleně od ostatních částí filtračního zařízení uzavřením uzavíracích ventilů 19, 20, 21. Pivo je dále udržováno ve filtračním zařízení v oběhu, například uzavřením ventilů 16 a 17 a otevřením ventilů 15 a 18. To slouží zejména tomu účelu, aby se teplota piva udržovala na filtrační teplotě asi 0 °C. Filtrační zařízení se tedy nečistí, nýbrž proces filtrace se pouze krátkými intervaly přerušuje, aby došlo k uvolnění krycí vrstvy.

Filtrační modul 4 se za tím účelem při zavřených ventilech 19, 20 a 21 na výstupní straně membrány M naplní z přípojky 34 přes ventily 33 a 32 a potrubí 31 0,2 až 5 % sodným louhem. Potom se sodný louh po uvolnění přítoku vody z přípojky 36 vody protlačí membránou M. Tím se krycí vrstva na vstupní straně membrány M, respektive její přilnutí k membráně M, chemicky uvolní, takže alespoň zejména gelovité látky uložené v pórech membrány M se chemicky uvolní. Odvedený sodný louh se potom zpracuje a použije se pro další zpětné proplachy. Následujícím zpětným proplachem membrány M vodou z výstupní strany na vstupní stranu se uvolněná krycí vrstva prakticky zcela od membrány M mechanicky odtlačí a membrána M se opláchne.

Uvolnění krycí vrstvy sodným louhem trvá asi 45 sekund až 2 minuty, s výhodou sotva jednu minutu. Zpětný proplach vodou trvá 2 až 20 minut, s výhodou 3 až 6 minut, podle velikosti membránového filtru.

V každém případě jsou tyto časy podstatně kratší než trvání filtračních fází mezi jednotlivými intervaly a rovněž než trvání vlastní obvyklé čisticí fáze po skončení filtrační fáze. Tyto čisticí fáze trvají až 2 hodiny a zahrnují několik stupňů, jak například vyplývá z již zmíněné literatury Ripperger, Mikrofíltration mit Membranen, str. 250 nebo zEP-A-351 363. V intervalech I mezi filtrací neboli v přestávkách může být provedena ještě neutralizační fáze, při níž je filtrační modul 4 krátce opláchnut kyselinou, například kyselinou dusičnou, s hodnotou pH od 2 do 3. Filtrují-li se jiné nápoje, například ovocné šťávy, musí se zvolit čisticí kapalina, která uvolní krycí vrstvu jiného složení. U ovocných šťáv se rovněž osvědčily louhy.

Po úplném, nebo v každém případě prakticky úplném, odstranění krycích vrstev z membrány M se filtrační modul 4 vyprázdní, například pomocí CO₂, načež následují další filtrační fáze. Celý proces filtrace může u popsaného filtračního zařízení trvat až 120 hodin. Potom se celé filtrační zařízení zmíněným způsobem čisticími prostředky úplně vyčistí a vypláchne.

Na obr. 4 je schematicky znázorněn časový graf modifikovaně regulovaného filtračního procesu. Závislost transmembránového tlaku p na čase t se opět podobá sinusoidě s vlastní maximální hodnotou asi 0,4 MPa, jejíž amplituda je však přibližně na hodnotě 0,3 MPa omezena a na této úrovni se udržuje až do průsečíku s čárkovaně naznačenou sinusoidou, takže vznikne prodleva na relativně vysoké úrovni tlaku. Rychlost proudění, která je opět vynesena jako absolutní hodnota, se v průběhu filtrační fáze zvýší z přibližně 2 m/s až na 4 m/s, přičemž, stejně jak bylo uvedeno výše, se na dobu t_x asi 30 minut směr proudění obrátí. Čištění membrány M se provede v přestávce neboli intervalu 1 nejdříve po druhé prodlevě na omezeném tlaku. Stejně jako výše je však možno provést několik cyklů. Ačkoli při vyšších tlacích krycí vrstva při dosažených vysokých průtocích silně naroste a stlačí se, a proto účinnost filtrace z hlediska trvání velmi klesne, je možno tento efekt odstranit pomocí opatření navržených v řešení podle vynálezu, takže se dosáhne vysokého středního průtoku.

-6CZ 290513 B6

U popsaných průběhů filtrace, schematicky znázorněných na obr. 3 a 4, se opakují jednotlivé postupy v podstatě periodicky. Přitom je však v průběhu času možné měnit amplitudu a periodu transmembránového tlaku p. Regulace amplitudy a periody transmembránového tlaku p se přitom provádí na základě parametrů změřených čidly Si. Periodičnost však může být zpravidla 5 zachována v průběhu delší doby, což je výhodou při programování a automatizování filtračního procesu.

U popsaného způsobu filtrace je rozhodující to, že v průběhu času vznikne přibližně konstantní střední průtok a rovněž přibližně konstantní střední spotřeba energie, viz obr. 5 a 6.

Obr. 5 a 6 znázorňují údaje pro filtraci podle vynálezu podle regulace tlaku a rychlosti proudění (způsob 1), objasněné podle obr. 3, a pro porovnávací pokus, při němž byla rychlost proudění nastavena na 6 m/s a transmembránový tlak p na 0,15 MPa.

i? Je vidět, že podle vynálezu vznikne po době zakmitávání střední konstantní průtok FM asi 80 litrů na čtvereční metr filtrační plochy za jednu hodinu, který může být udržován mnoho hodin. Tento pokus byl sice po 12 hodinách přerušen, avšak filtrace by mohla pokračovat ještě podstatně déle, aniž by se výsledky podstatně změnily. Ve zkušebním zařízení probíhaly pokusy po dobu 20 hodin bez problémů.

Na rozdíl od toho se u porovnávacího pokusu již po dvou hodinách průtok snížil na asi 40 litrů na čtvereční metr za jednu hodinu a po šesti hodinách na méně než 20 litrů na čtvereční metr za jednu hodinu, načež byl tento porovnávací pokus ukončen.

Další rozhodující výhodou filtrace podle vynálezu je malá spotřeba energie EV: zatímco podle vynálezu byla zapotřebí v podstatě konstantní střední spotřeba energie asi 0,7 kWh na hektolitr, u porovnávacího pokusu stoupala spotřeba energie kontinuálně až na 7 kWh na hektolitr po šesti hodinách. Je tedy zřejmé, že mikrofiltrace s příčným průtokem podle vynálezu může být hospodárně použita i pro čištění piva.

U popsaných příkladů provedení byl transmembránový tlak p regulován v podstatě změnou obou plynových polštářů G2 a G2. Regulaci transmembránového tlaku p je však možno provést i jinak, například pomocí napájecího čerpadla P, jak je znázorněno schematicky na obr. 7.

Na obr. 7 je znázorněno napájecí čerpadlo P pro celé membránové filtrační zařízení. Toto napájecí čerpadlo P odčerpává pivo určené k čištění ze zde neznázoměné zásobní nádrže a dopravuje je ventilem V, udržujícím tlak, buď - při takzvaném provozu po dávkách - zpět do zásobní nádrže, nebo - při kontinuálním provozu - do jímací nádrže na koncentrované pivo. Ventil V může být otevírán a zavírán pouze plynule, takže tlak v napájecím potrubí může být nastaven na požadovanou hodnotu, která je potom vstupním tlakem v jednotlivých filtračních modulech. Pro změnu tlaku se může navíc změnit frekvence otáčení napájecího čerpadla P.

Z napájecího potrubí odbočuje několik, ve znázorněném příkladu dvě, potrubí LI, L2, která vedou vždy k čerpadlu Pl, P2 a odtud do filtračního modulu Ml, M2, a potom zpět do napáje45 čího potrubí. Tato čerpadla Pl, P2 dopravují pivo filtračním modulem Ml, M2 a potom zpět do napájecího potrubí. Toto uspořádání může být samozřejmě rozšířeno o další filtrační moduly.

Na obr. 7 nejsou znázorněny výměníky tepla, Čidla atd.

Ve zkušebním filtračním zařízení byly použity pro rychlost proudění hodnoty mezi 0,2 a 15 metrů za sekundu, s výhodou mezi 0,5 a 8 metrů za sekundu, a pro transmembránový tlak p hodnoty až do 0,6 MPa. Membrány M měly průměr pórů v rozsahu od 0,1 do 2,0 pm, s výhodou od 0,2 do 1,0 pm. Teplota piva byla pro filtraci nastavena na přibližně 0 °C.

Byly rovněž prováděny filtrace s jiným než popsaným provedením regulačního schématu, a to:

s periodickým uvolňováním krycí vrstvy a mechanickým odstraňováním následujícím zpětným proplachem vodou při konstantním transmembránovém tlaku a konstantní rychlosti proudění s obrácením směru proudění a bez něho, s periodickým uvolňováním krycí vrstvy s následujícím zpětným proplachem vodou při konstantním transmembránovém tlaku a se zvyšující se rychlostí proudění, rovněž s obrácením směru proudění a bez něho, s periodickým uvolňováním krycí vrstvy s následujícím zpětným proplachem vodou při měnícím se transmembránovém tlaku a s konstantní rychlostí proudění, rovněž s obrácením směru proudění a bez něho.

Pro regulaci transmembránového tlaku byly použity i jiné měnící se časové funkce s jinými maximálními a minimálními hodnotami, zejména časové funkce s pilovitým průběhem. Dále byla při řízení rychlosti v první filtrační fázi udržována v podstatě stálá rychlost proudění v následujících filtračních fázích na relativně vysoké hodnotě.

Rovněž tyto varianty, zejména výše zmíněná druhá a třetí varianta, vykázaly dobré výsledky z hlediska průtoku a spotřeby energie. Kombinace kroků popsaných ve spojení s obr. 3 a 4 se však ukázaly pro filtraci jako nejúčinnější, to znamená změna transmembránového tlaku podle v podstatě periodické časové funkce podobné sinusovce s integrovaným zpětným proplachem, v podstatě kontinuální zvyšování rychlosti proudění alespoň v průběhu první filtrační fáze, uvolnění krycí vrstvy louhem a zpětný proplach membrány vodou po každé filtrační fázi.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob čištění membránového filtru s příčným prouděním filtračního zařízení při filtraci nápojů, zejména piva, periodickým odstraňováním usazených krycích vrstev na membráně v krátkých intervalech (t_x, tl-t2, t3-t4, t5-t6) mezi filtrací v průběhu filtračního procesu, vyznačující se tím, že membrána se v prvním intervalu (1) mezi filtrací opláchne čisticí kapalinou a přilnavost krycích vrstev na membráně se chemicky naruší, že uvolněné krycí vrstvy se potom opláchnou oplachovací kapalinou, zejména vodou, proudící z výstupní strany na vstupní stranu, a alespoň částečně se odstraní.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že filtrační zařízení se po skončení filtračního procesu vyčistí a opláchne čisticí kapalinou.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že doba působení čisticí kapaliny v intervalu (1) mezi filtrací činí asi 45 sekund až 2 minuty, zejména 1 minutu.
4. 4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se t í m , že doba zpětného proplachu v intervalu (1) mezi filtrací činí 2 až 20 minut, zejména 3 až 6 minut.

   -8CZ 290513 B6
5. 5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se t í m , že v intervalech (1) mezi filtrací se napustí čisticí kapalina na výstupní stranu membrány ve filtru a protlačí se membránou z výstupní strany na vstupní stranu, zejména pomocí oplachovací kapaliny.
6. 6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že v každé filtrační fázi se transmembránový tlak (p) reguluje podle časové funkce, která má střídavě vždy maximální hodnotu a minimální hodnotu, přičemž hodnota tlaku v oblasti kolem minimální hodnoty se nastaví tak, že v dalších intervalech (t_x, 11 -t2, t3-t4, t5-t6) mezi filtrací v průběhu filtračního procesu je alespoň část membrány protékána z výstupní strany na vstupní stranu, a proto integrované zpětně proplachována a čištěna, a že přestávka pro čištění membrány začne nejdříve po druhé maximální hodnotě průběhu transmembránového tlaku (p).
7. 7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vy z n a č uj í c í se t í m , že směr proudění piva proudícího podél membrány se obrátí v určitých časových intervalech, zejména vždy po integrovaném zpětném proplachu membrány podle nároku 6.
8. 8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že intervaly (1) mezi filtrací pro uvolnění krycí vrstvy a opláchnutí membrány jsou podstatně kratší než filtrační fáze.
9. 9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že jako čisticí kapalina se použije sodný louh, zejména 0,2 až 5 % sodný louh.
10. 10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že filtrační fáze s následujícími přestávkami se provádějí v podstatě periodicky.