CZ73199A3 - Způsob provozování filtračního zařízení s příčným tokem a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Oblast techniky týká způsobu provozu filtračního zařízení pro produkt, zahrnujícího alespoň jeden s průtokem produktu a odtokem permeátu, odvod produktu k filtračnímu s elektromotorem v potrubním k filtračnímu modulu, jakož

Vynález se s příčným tokem filtrační modul potrubní vedení pro přívod a modulu a od něho, čerpadlo vedení pro přívod produktu i zařízení pro nastavování dopravního množství čerpadla. Vynález se týká také filtračního zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Známá filtrační zařízení s příčným tokem pracují v procesech ultrafiltrace, mikrofiltrace, nanofiltrace a reverzní osmózy. Ve všech procesech je nezbytné alespoň jedno čerpadlo pro dopravu filtrovaného produktu kolem povrchu filtrační membrány. Přitom vzniká na každé filtrační membráně statický tlak a rychlost proudění produktu, které způsobují, že část produktu prochází filtrační membránou jako permeát.

Známým velký výkon v litrech na optimalizačním cílem takovýchto zařízení je filtrace vyjádřený jeko množství permeátu čtvereční metr plochy membrány a hodinu doby filtrace. Dalším cílem je dosáhnout vysokého maximálního stupně zahuštění zbývajícího podílu produktu jako retentátu.

• · · · ·· ···· ·· · ·» • · · ··« ···· • · · · ···· · ·« · • · · ·· · ·· ·«·*·· ··· ·· · · · • · · ····· ·· ··

Stupeň zahuštění se stanovuje v odstředivkovém testu jako podíl vlhkého kalu v procentech množství retentátu. Tyto cíle jsou, vedle jiných provozních parametrů, přímo závislé na uvedených velikostech statického tlaku a rychlosti proudění produktu.

Uvedených optimalizačních cílů je možno dosáhnout jen podmínečně, neboř známé filtrační membrány na organické bázi, např. při provozu ultrafiltrace, mají nízký přípustný provozní tlak asi 6 bar. S ohledem na filtrační výkon a koncentraci pevné látky je tedy cílem vždy plně využít alespoň daného přípustného provozního tlaku. Když se pak při dané velikosti membrány a daném hodinovém prosazení produktu provozuje maximální přípustný provozní tlak, dosahuje se současně maximální koncentrace pevné látky a viskozity retentátu.

Při diafiltraci poskytují vysoké koncentrace pevné látky také výhody při navazujícím promýváni retentátu. K tomu nezbytná spotřeba času a pracího prostředku (vody) je v podstatě závislá na této koncentraci pevné látky.

Žádoucí provoz s maximálním přípustným provozním tlakem a vysokou koncentrací pevné látky v retentátu vede nyní zvláště při použití neobjemových čerpadel produktu k problémům. Vztah mezi dopravovaným množstvím a dopravním tlakem takovýchto čerpadel se mění při změnách vlastností retentátu. Přitom se projevuje vliv následujících vlastností:

viskozita retentátu, měrná hmotnost retentátu a strukturně viskozitní nebo tixotropní chování retentátu.

• · • · · · • «

Při snaze o udržování konstantního maximálního přípustného provozního tlaku na membráně pomocí regulace při filtraci se projevuje značné kolísání dopravního výkonu v litrech za hodinu. Při pokusu o vyregulování těchto výkyvů dopravního výkonu na čerpadle vede zejména kolísání měrné hmotnosti produktu ke kolísání příkonu v kilowattech hnacího motoru čerpadla a tím k přetížení s nouzovým zastavením čerpání a tím celého zařízení. Takováto přerušení čerpání při velké koncentraci pevné látky v retentátu mají v důsledku strukturně-viskozitního chování za následek, že se zařízení pak nedá znovu najet. Vznikají často škody na filtračních modulech, a zablokovaný produkt se může odstranit jen pomocí ručního čištění s velkou náročností na čas.

Uvedené okolnosti zařízení buď k tomu, filtrační výkon, nebo vedou u známých výrobních a malých že se nevyužije maximálně možný že se nutné náklady na kontrolu a regulaci zařízení stávají velmi vysokými.

Podstata vynálezu

Vynález je tedy založen na úkolu, umožnit maximálně možný filtrační výkon daný pro zařízení, při vysokém podílu pevné látky v produktu, bez ohrožení bezpečnosti provozu v důsledku přetížení.

Podle vynálezu je tento úkol řešen způsobem výše uvedeného druhu tím, že se měří velikost napájecího proudu elektromotoru čerpadla, a prostřednictvím nastavování dopravního množství čerpadla se pomocí nastavovovacího zařízení nastavuje na alespoň jednu stanovenou hodnotu.

• · · · • · · ··· · » · · • · · · ···· · ·· · • · · ·· · ·· ······ ··· * · « * · • · · ····· ·· ··

Způsob se s výhodou provádí tak, že stanovená hodnota napájecího proudu eklektromotoru je maximální přípustná žádaná hodnota odběru proudu. Přitom se hodnota napájecího proudu elektromotoru jako regulační veličina reguluje na žádanou hodnotu porovnáváním se stanovenou hodnotou jakožto žádanou hodnotou pomocí regulátoru prostřednictvím zařízení pro nastavování dopravního množství čerpadla jako regulační soustavy v regulačním obvodu.

Jako zařízení pro nastavování dopravního množství čerpadla se s výhodou používá škrtícího ventilu zařazeného za čerpadlem na přívodu produktu nebo zařízení, přiřazeného elektromotoru, pro nastavování frekvence napájecího proudu a tím počtu otáček čerpadla. Přitom se může navíc řídit vstupní tlak ve filtračním modulu prostřednictvím škrtícího zařízení retentátu na výstupu modulu.

Další varianty způsobu, jakož i filtračního zařízení s příčným tokem pro provádění tohoto způsobu, jsou uvedeny v patentových nárocích.

Způsob podle vynálezu nabízí oproti známým zařízením i při požadovaném čištění modulu mimo provoz filtrace tu další výhodu, že pro bezpečně možný maximální průtok produktu umožňuje lepší čištění modulu průtočným způsobem.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou blíže objasněny v následujícím popisu za pomoci obrázků na výkresech, na kterých představuje:

• · • · · · • · · ♦ ···· • · · · ···· · ·· · • ·· ·· · ·· ······ ·♦· ··· ·· obr. la schéma malého filtračního zařízení s příčným tokem pro prováděni způsobu podle vynálezu, obr. lb průběhy různých provozních veličin při filtraci pomoci malého zařízení podle obr. la, obr. lc ukazatel stupnice pro obsluhu malého zařízení podle obr. la, obr. 2a schéma výrobního zařízení s příčným tokem pro provádění způsobu podle vynálezu, obr. 2b průběhy různých provozních veličin při filtraci pomocí výrobního zařízení podle obr. 2a, a obr. 2c schéma regulace počtu otáček u výrobního zařízení podle obr. 2c.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. la jednoduché filtrační zařízení s příčným tokem obsahuje zásobník 1. pro uložení filtrovaného množství surové šťávy z plodů, která se přivádí jako surový produkt vedením 2.. Prostřednictvím vedení 3, navazujícího dole na zásobník i, se šťáva způsobem o sobě známým přivádí od čerpadla 4 přes ventil 5. k filtračnímu modulu 6.. Takovéto filtrační moduly obsahují množství trubkových membrán, kolem kterých se vně nebo většinou filtrovaný produkt. Tyto membrány jsou na symbolizovány jedinou membránou 7, filtračních uvnitř vede obr. la • · • · · · • · ·

Při svém průtoku proniká část produktu otvory v membránách 7 a dostává se na druhou stranu membrán 7, odkud se jako permeát či filtrát odvádí prostřednictvím sběrného vedení 8.. Zvývajíci část produktu se odvádí jako retentát prostřednictvím vedení 9 přes ventil 10 do zásobníku 1. Permeát proniká membránou 7 v důsledku tlakové diference (nazývané také tlak přes membránu), která se vytváří pomocí čerpadla 4 ve spojení s odporem filtračního modulu 6. a ventilu 10 proti proudění. Tlak přes membránu je u modulů 6. známým způsobem omezen na přípustnou maximální hodnotu, typicky 6 bar. Protože permeát je ve sběrném vedení

8. podle obr. 1 pod tlakem okolí, je možné pomocí tlakoměru 11 uspořádaného na vstupu modulu 6 kontrolovat tlak pl přes membránu.

Čerpadlo 4 je poháněno elektromotorem 12, který má stupnici 13 pro kontrolu napájecího proudu il, jak je znázorněno na obr. lc.

Při provozu malého zařízení podle obr. la je zpočátku ventil ES uzavřen a ventil 10 částečně otevřen. Poté se spustí čerpadlo 4. Elektrický proud il, odebíraný přitom elektromotorem 12, je odečitatelný na stupnici 13 podle obr. lc. Nyní se zcela otevře ventil 5 a následně se otevře ventil 10 tolik, až se dosáhne maximálního přípustného proudu imax podle označení na stupnici 13. Čerpadlo 4 je u tohoto malého zařízení dimenzováno tak, aby tlak pl vyvíjený na membránu na počátku ani při následném vzestupu v důsledku zahuštění retentátu nepřekročil přípustnou maximální hodnotu pro modul 6. Průběh proudu il a tlaku pl v závislosti na době t představuje obr. lb. Tím je ukončena fáze spuštění tohoto malého zařízení.

• · ···· · · • · * ··· ···· • · · · · · · · · · · · • · · · · · · · ··«··· ««· ··· * ·

S narůstající dobou t filtrace se v důsledku zahuštění retentátu zvětšuje tlakový spád Ap přes filtrační modul 6_. Na základě charakteristiky čerpadla 4 pak narůstá vstupní tlak pl na modulu 6, a klesá odběr proudu il motoru 12 . jak znázorňuje obr. lb. Když odběr proudu il dosáhne minimální hodnoty imin, naznačené na stupnici 13 , je minimální také průtok Ql produktu na vstupu modulu 6, v souladu s maximálním přípustným obsahem vlhkého kalu, jak je znázorněno na obr. lb. Dosažení hodnoty imin představuje výstražné hlášení, při kterém se ručně nebo automaticky provede zpětné vyplachování a následně vytlačení zbytkového retentátu v okruhu 1, 3., 4, 5, 6, 9, 10 vodou. Časový bod začátku zpětného vyplachování je na obr. lb na ose t označen R, průběh viskozity retentátu je označen .

U výrobního filtračního zařízení s příčným tokem podle obr. 2a označují vztahové značky popsané v souvislosti s obr. Ia konstrukční prvky s odpovídající funkcí. Na rozdíl od obr. 1 je však podle obr. 2a uspořádána regulační a řídící jednotka 20., která porovnává napájecí proud il elektromotoru 12 pro čerpadlo 4 pro cirkulaci produktu jako regulační veličinu s žádanou hodnotou imax a reguluje il na hodnotu imax. K tomu vytváří regulační jednotka 20 nastavovací signál, který se přivádí regulačnímu ventilu 5 v regulační soustavě pro tok Ql produktu vyvolávaný čerpadlem 4. Kromě toho vytváří tlakoměr 11 na vstupu filtračního modulu 6. signál odpovídající v něm panujícímu vstupnímu tlaku pl, pomocí něhož se regulační ventil 10 ve výstupním vedení 9 modulu 6 prostřednictvím regulační jednotky 20 nastavuje tak, aby tlak pl zůstával konstantní na maximální přípustné hodnotě pmax tlaku přes membránu.

Při provozu výrobního zařízení podle obr. 2a je a a • a

zpočátku regulační ventil 5 uzavřen a regulační ventil 10 úplně otevřen. Potom se najede čerpadlo 4 proti uzavřenému regulačnímu ventilu 5 . Následně otevře regulační obvod 12,

20. 5 regulační ventil 5 a reguluje napájecí proud il elektromotoru 12 pro čerpadlo 4 na konstantní maximální přípustnou hodnotu imax, jak je znázorněno na obr. 2b. Rovněž reguluje regulační obvod 11, 20, 10 pomocí regulačního ventilu 10 konstantní vstupní tlak pmax na modulu 6., jak je také znázorněno na obr. 2b. Na obr. 2b je také znázorněno, jak viskozita η retentátu vzrůstá v průběhu doby t trvání provozu. To má za následek, že tlak px na výstupu čerpadla 4 rovněž vzrůstá až do začátku zpětného vyplachování, avšak průtok Q1 produktu klesá. Následně začíná v časovém bodě S proces čištění promýváním.

Jako v případě malého zařízení podle obr. la, musí se také u výrobního zařízení podle obr. 2a provést začátek R zpětného vyplachování, když je dosaženo minimálního průtoku Q1 produktu na vstupu modulu 6., který odpovídá maximálnímu přípustnému podílu vlhkého kalu v retentátu. K tomu je podle obr. 2a uspořádán snímač 21 průtoku, jehož výstupní signál se přivádí řídící jednotce 20. Když průtok Q1 produktu dosáhne minimální hodnoty Qmin, přeruší řídící jednotka 20 okruh retentátu tím, že vede retentát, pomocí řídícího vedení 22 a šoupátka 23, jakož i pomocí řídícího vedení 24 a šoupátka 25, ze zásobníku 1 do promývací nádrže 26 .

Pro zpětné vyplachování a promývání se používá voda, která se přivádí prostřednictvím šoupátka 27 na vedení 2/ otevřeného řídící jednotkou 20, zatímco přítok ze zásobníku 1 se uzavře pomocí špoupátka 28.· Má-li se zároveň promýt také zásobník 1, uzavře se šoupátko 27, šoupátko 28 se otevře a prostřednictvím vedení 29 se do zásobníku 1. přivede voda.

V regulačním obvodu 4, 12., 20, 5 pro proud il elektromotoru 12 může být regulační ventil 5 s regulátorem 20 pro jeho nastavovací signál nahrazen regulátorem 20 frekvence napájecího proudu motoru 12 a tím počtu otáček n čerpadla 4, jak je znázorněno na obr. 2c. Také v tomto případě se v regulátoru 20 měří jako regulační veličina velikost proudu il, přičemž však jako nastavovací hodnota se mění frekvence a nikoliv tok Q1 produktu podle obr. 2a. Provedení podle obr. 2c zabraňuje zbytečnému maření energie ve ventilu 5 podle obr. 2a, a odstraňuje také mechanické problémy dané pohyblivými díly ventilu 5.

Podle schematických znázornění na obr. la a 2a pojme zásobník i na začátku každého filtračního provozu množství surové šťávy určené k filtraci jako vsázková nádrž, následně se přívod surové šťávy přeruší.

Podle obr. 2a se však počítá s možností, že se prostřednictvím šoupátka 30 z vedení 9. pro zpětné vedení retentátu odvádí retentát průběžně. Šoupátko 30 se může otevírat a zavírat pomocí řídící jednotky 20. Při otevřeném šoupátku 30 je tedy možný kontinuální provoz filtračního zařízení s průběžným přívodem surové šťávy a průběžným odvodem permeátu. V tomto případě pak je v důsledku ucpání membrán 7 modulu 6 nezbytné promývání zařízení zpětným tokem toku permeátu ve vedení 8..

Pro odborníka jsou zřejmá četná použití způsobu pro šťávy, odpadní vody, odsolování vody atd., jakož i použití prostředků pro řízení nebo regulaci napájecího proudu • · · · • · • · · · • · ·· · · · » ···· • · · · ···· · ·· · • ·· · · · ·· ······ ··· · · · · · • · · «· · · · · · ·· elektromotoru 12 pro čerpadlo 4, která neopouštějí rámec připojených patentových nároků.

TV 731-^

Claims (18)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1 .

   tokem pro modul (6) (9) produktu čerpadlo (4) (3) pro přívod

   Způsob provozu filtračního zařízení s příčným produkt, zahrnujícího alespoň jeden filtrační s průtokem produktu a odtokem (8) permeátu, potrubní vedení pro přívod (3) a odvod k filtračnímu modulu (6) a od něho, s elektromotorem (12) v potrubním vedení produktu k filtračnímu modulu (6), jakož i zařízení (5, 5', 20) pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4), vyznačující se tím, že se měří velikost napájecího proudu (il) elektromotoru (12), a prostřednictvím nastavováni dopravního množství (Ql) čerpadla (4) se pomocí nastavovovacího zařízení (5, 5, 20) nastavuje na alespoň jednu stanovenou hodnotu.
2. 2. Způsob stanovená hodnota (12) je maximální proudu.

   podle nároku 1, vyznačující se tím, že napájecího proudu (il) eklektromotoru přípustná žádaná hodnota (imax) odběru
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že maximální přípustná žádaná hodnota (imax) odběru proudu se nastavuje na začátku filtračního provozu filtračního zařízení.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že ukončení filtračního provozu se provádí, když napájecí proud (il) elektromotoru (12) dosáhne minimální přípustné hodnoty (imin).

   * · · · · ·

   4 · • · · · ·

   4 · · · 0 ·

   4 · 4 • · «

   4 · · • · ·
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se ukončení filtračního provozu se provádí ručně prostřednictvím obsluhy.
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ukončení filtračního provozu filtračního zařízení se provede, když dopravní množství (Ql) čerpadla (4) dosáhne minimální přípustné hodnoty (Qmin).
7. 7. Způsob podle nároku ukončení filtračního provozu prostřednictvím zařízení (23, 25,

   6, vyznačující se tím, že se provádí automaticky 27, 28) .
8. 8. Způsob podle některého z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že ukončení filtračního provozu se provádí vytlačením retentátu z filtračního zařízení pomocí promývacího prostředku.
9. 9. Způsob podle některého z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že hodnota napájecího proudu (il) elektromotoru (12) se reguluje jako regulační veličina porovnáním se stanovenou hodnotou jako žádanou hodnotou prostřednictvím regulátoru (20, 20') pomocí zařízení (5', 20) pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4) jako regulační soustavy v regulačním okruhu.
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že žádaná hodnota (imax) je konstantní hodnota.
11. 11. Způsob podle nároku 1 nebo 9, vyznačující se tím, že jako zařízení pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4) se použije škrtící ventil (5, 5') zařazený za čerpadlem (4) v přívodu (3) produktu.

    • · ·· • · « * · · « • · · · * · tt · · · * · ·
12. 12. Způsob podle nároku 1 nebo 9, vyznačující se tím, že jako zařízení pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4) se použije zařízení (20'), přiřazeného napájení elektromotoru (12), pro nastavování frekvence napájecího proudu a tím počtu otáček čerpadla.
13. 13. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, 9 nebo 10, vyznačující se tím, že se řídí vstupní tlak (pl) filtračního modulu (6) prostřednictvím škrtícího zařízení (10') na výstupu (9) retentátu.
14. 14. Filtrační zařízení s příčným tokem pro provádění způsobu podle nároku 1, zahrnující alespoň jeden filtrační modul (6) s průtokem produktu a odtokem (8) permeátu, potrubní vedení pro přívod (3) a odvod (9) produktu k filtračnímu modulu (6) a od něho, čerpadlo (4) s elektromotorem (12) v potrubním vedení (3) pro přívod produktu k filtračnímu modulu (6), jakož i zařízení (5, 5', 20') pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4), vyznačující se tím, že má prostředky pro měření velikosti napájecího proudu (il) elektromotoru (12) a prostředky (20, 20') pro řízení nebo regulaci napájecího proudu (il) na požadovanou hodnotu nařízením zařízení (5, 5', 20') pro nastavování dopravního množství čerpadla (4) za použití hodnoty naměřené měřícím prostředkem.
15. 15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že zařízení pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4) zahrnuje škrtící ventil (5, 5'), zařazený za čerpadlem (4) v přívodu (3) produktu.
16. 16 .

    Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že • · · · • * • · · · • « • · · ····· ·**· • * · ·· * ·· ···«·· » * * ··· ♦ · zařízení pro nastavování dopravního množství (Ql) čerpadla (4) zahrnuje prostředek (20), přiřazený napájejí elektromotoru (12), pro nastavování frekvence napájecího proudu (il), a tím počtu otáček čerpadla.
17. 17. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že prostředky pro měření velikosti napájecího proudu (il) elektromotoru (12) zahrnují vizuelně odečitatelnou stupnici (13), která má značení (max, min) pro minimální přípustnou hodnotu a pro maximální přípustnou hodnotu.
18. 18. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že na odvodu retentátu na výstupu filtrařního modulu je uspořádán škrtící ventil.