DE2533151A1

DE2533151A1 - Membranfiltrierungsanlage

Info

Publication number: DE2533151A1
Application number: DE19752533151
Authority: DE
Inventors: Therkel Hald
Original assignee: DANSKE MEJERIERS MASKINFABRIK; De Danske Mejeriers Maskinfabrik AMBA
Current assignee: DANSKE MEJERIERS MASKINFABRIK; De Danske Mejeriers Maskinfabrik AMBA
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1975-07-24
Publication date: 1976-02-26
Also published as: NL7509646A; FR2281782A1; DK434974A

Description

MÜLLER-BORE · GROENING · DEUFEL · SCHÖN · HERTEL

PATENTANWÄLTE

DR. WOLFQANa MULLER-BORg HANS W. OROENlNQ₁ DIPUINS. DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN, DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

D 28-2

De Danske Mejeriers Maskinfabrik, Kolding Dänemark. Membranfiltrierungsanlage.

Die Erfindung betrifft eine Membranfiltrierungsanlage, bei der ein Membranfilter in ein Leitungssystem "eingeschaltet ist, _ "" das auf der Zufuhrseite zu: filterndes Medium dem Filter zuführt und auf der Abgangsseite teils Retentat d.h. Medium, das das Filter nicht passiert hat* und teils Permeat, d.h. Medium, das das Filter passiert hat, abführt.

Bei der Membranfiltrierung, die je nach Art des Prozesses und des Druckniveaus im Filter als Ultrafiltrierung (UF) und Hyperfil= trierung (HF) oder umgekehrte Osmose bezeichnet wird, wird die Flüssigkeit entlang semipermeablen Membranen unter einem Druck zirkuliert, der vom 2 kp/cm bis 100 kp/cm oder möglicherweise ■ mehr variiert.

Membranfiltrierungsanlagen können als portionsweise arbeitende Anlagen ausgebildet werden, bei denen eine Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter durch ein Membranfilter zurück zum Vorratsbehäl= ter zirkuliert und die Zirkulation forgesetzt wird, bis eine ge= wünschte Konzentration in der Flüssigkeit z.B. in Gestalt eines grßsseren Feststoffgehaltes erreicht ist. Membranfiltrierungs= anlagen können auch als kontinuerlich arbeitende Anlagen ausgO= • legt sein,_.bei_dexien...sta^>ndig:„fr.ische...Flüss.igke.it_..zugeführ.t..und_. -'

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Konzentrat abgetapft wird, incem ständig eine gewisse Flüssigkeits= menge in einejß internen Kreislauf, der das Membranfilter ein= schliesst, zirkuliert wird.

Flüssigkeit, die die Membranen nicht passiert, wird im folgenden als Retentat, und Flüssigkeit, die die Membranen passiert hat, als Permeat bezeichnet.

Warend der Passage entlang den Membranen im Filter ist wie er= wähnt ein hoher Druck und gleichzeitig eine passend grosse Ge= schwindigkeit erforderlich um zu verhindern, dass sich auf der Oberfläche der Membranen ein Belag bildet. Bei den portionsweise arbeitenden Anlagen ist deshalb eine verhältnismäßig grosse Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit durch das Filter zu pumpen, und im allgemeinen wird der Druck auf den Atmosphärendruck durch Drosselung gesenkt, wenn die Flüssigkeit dem Vorratsbehälter wieder zugeführt wird. Hieraus ergibt sich, dass hierdurch ein nicht un= wesentlicher Energieverlust selbst bei einer Ultrafnitrierung ent=

steht, bei der man mit einem Druck von 2 bis 10 kp/cm arbeitet. Bei den kontinuerlich arbeitenden Anlagen ist die Retentatmenge, die von der Anlage abgeführt wird, mehr moderat, jedoch liegt der Arbeitsdruck bei Hyperfiltrierungsanlagen auf einer Grosse von 40

bis 100 kp/cm , weshalb sich auch hier wesentliche Energieverluste ergeben.

Die Steuerung der Konzentration des Retentates, das von einem kon= tinuierlich arbeitenden Membranfilter abgeführt wird, ist bereits durch Mengenmesser und Ventile in der 'Zufuhrleitung und in der Ab= führleitung durchgeführt worden, indem man während des Betriebes das Verhältnis zwischen zugeführtem Rohprodukt und abgeführtem Retentat justierte. Der Nachteil dieser Arbeitsweise ist der, dass der Durchstrom von Permeat im Laufe der Arbeitszeit abnimmt, weshalb ständige .Nacheinstellungen des Drosselventils erforderlcih sind.

Für gewisse Zwecke hat man ein Refraktometer zur Steuerung des ..Konzentrationsgrades im Retentat verwendet und durch vom Refrakto= ^meter erhaltene.iSignale das Drosselventil beim Retentatabgang ge= !steuert. Diese Methode hat den Nachteil, dass sich während der Ar= beit im Instrument ein Belag ablagern kann, der das Messresultat ve_rschiebt, beispielsweise wenn es sich um zu .konzentrierende Milch=

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produkte handelt.

Zweck der Erfindung ist es eine Membranfiltrierungsanlage anzu= geben, bei der man einen Teil derjenigen Energie, die durch Druck= fall in dem das Filter verlassenden Retentat verloren geht, wie= dergewinnen und gleichzeitig eine Steuerung erreichen kann, durch die die gewünschte Konzentration im Retentat erreicht wird.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass in die Zufuhr= seite des Leitungssystems eine Speisepumpe eingeschaltet ist, die sowohl an eine selbständige Antriebsquelle, z.EL einaiElek=j tromotor, und an einen hydraulischen Motor angeschlossen ist, der in die Abgangsseite des Leitungssystems für Retentat einge= schaltet ist, und dass die Antriebseinwirkung auf die Pumpe sei= tens der selbständigen Kraftquelle und/oder des hydraulischen Motors durch Signale von einem Druckfühler gesteuert wird, der in der Abgangsseite des Leitungssystemes für das Retentat ange= bracht ist, dergestalt,dass der Differenzdruck zwischen der Re= tentatseite und der Permeatseite der Membrane konstant gehalten wird.

Die selbständige Kraftquelle kann erfindungsgemäss ein Elektro= motor mit einem Frequenzumformer sein, mit dem die Druckfühler verbunden sind, oder aber auch kann erfindungsgemäss zwischen der selbständigen Kraftquelle und der Pumpe eine variable Über= setzung eingeschaltet sein,- mit der die Druckfühler verbunden sind.

Man kann die Pumpe und den hydraulischen Motor dergestalt im Ver= hältnis zu einander auslegen, dass man eine konstante Wunschkon= zentration des Retentates erhält. Die Verhältnisse liegen in= dessen oft dergestalt, dass man beispielsweise ein Retentat mit konstantem Feststoffgehalt aus einem Rohprodukt wünscht, dessen Feststoffgehalt variieren kann. Gemäss einem vorgezogenen Aus= führungsbeispiel der erfindungsgemässen Anlage ist deshalb in die Kraftübertragung zwischen dem hydraulischen Motor und der P_umpe ein variables Getriebe eingeschaltet.

Die Pumpe ist vorzugsweise eine Positivpumpe," da man hierdurch"" die sicherste Steuerung zwischen der Pumpe und dem hydraulischen Motor erreicht. 6 0 9 8 0 9 / 06 8 Λ

h Schwankungen im Feststoffe =

Bezüglich der Probleme hinsichtlich Schwankungen im Fesxstoffge: halt oder Proteingehalt im Rohprodukt kann das variable Getriebe erfindungsgeinäss zur Steuerung durch Signale von einem signalge= benden Instrument eingerichtet sein, das. im Leitungssystem vor oder hinter dem Filter angebracht ist, dergestalt dass die Kon= zentration automatisch in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Rohproduktes gesteuert wird. Die Steuerung kann mittels Sig= nalen beispielsweise von einem kontinuerlich arbeitenden Mess= gerät, das das specifische Gewicht misst, einem Refraktometer

oder einem anderen Instrument zur Messung physikalischer oder chemischer Eigenschaften erfolgen, und das signalgebende Instru= · ment kann entweder am Zulauf für das Rohprodukt oder am Retentat= ablauf angebracht sein.

— ' Beispiel 1

Bei der Hyperfiltrierung von Salzwasser zur Herstellung von; Süsswasser wird mit einem Betriebsdruck in der Anlage von 80 Bar gearbeitet. Der der Pumpe zuzuführende erforderliche Effekt beim Einpumpen von 1 m Flüssigkeit in einem System wird pr. Bar Überdruck Xr kWh. . "

Wird eine Pumpe mit einem Wirkungsgrad v/on 80% verwendet, wird

3
der Energiebedarf pr. eingepumptem cm :

§P- — ' = 2,77 kWh/m³

36 . 0,8

Der Effekt, welcher pro ei abgeführtes Retentat wiedergewonnen -werden"'Kann, wird von der Voraussetzung ausgehend,'"dass der Wirkungsgrad"des" Hydraulikmotors 80%"beträgt j r "— ~

§9-, ,..x 0,8 „·■« 1,78.

Beispiel 2

Wird mit zweifacher Konzentration, gerechnet, dann beträgt die Wiedergewinnung von Energie 0,89 kWh pr. nr⁵ zugeführter Flüssig= keit, oder 32$L

Beispiel 3

Wenn die Anlage portionsweise betrieben wird und beispielsweise 5% der zugeführten.Flüssigkeit als Permeat abgeführt werden, wird_die .Energiew^e._lergev/innung^_J7^_._O,_95_=_-1,69 kWh pr. m^

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zugeführter Flüssigkeit, oaer 61%.

Vier verschiedene Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgernässe Anlage seien im folgenden näher unter Hinweisung auf die Zeich= nung erläutert, die in Figur 1 bis 4 die Ausführungsbeispiele schematisch wiedergibt.

Die in Figur 1 gezeigte Anlage besteht aus einem Leitungssystem mit einem Zufuhrabschnitt für das zu filtrierende Medium, und einem Abführungsabschnitt für das Retentat und das Permeat, wo= bei zwischen diesen Abschnitten ein Membranfilter eingeschaltet ist. Der Zufuhrabschnitt ist mit 10, das Filter mit 12, der Retentatabschnitt mit 14 und der Permeatabschnitt mit 16 be= zeichnet. Vor dem Filter 12 ist im Zufuhrabschnitt der Reihen= folge na"ch eine Speisepumpe 18 und eine Zirkulationspumpe 20 eingeschaltet. Die Speisepumpe 18 ist über ein stufenlos veränder= bares Getriebe 22 mit einem Elektromotor 24 verbunden, dergestalt, dass die Drehzahl der Pumpe mittels des Getriebes verändert wer= den kann. Das veränderbare Getriebe wird durch Signale von Druckfühlern 26 und 28 im Retentatabschnitt 14, bzw. dem Permeat= abschnitt 16 gesteuert. Nach dem Fühler 26 ist im Retentatab= schnitt 14 ein hydraulisches Motor 30 eingeschaltet, der eben= falls mit der Speisepumpe 18 verbunden ist. Die Speisepumpe 18 und der hydraulische Motor 30 sind derart ausgelegt, dass die Konzentration des aus dem Filter 12 abgeführten Retentates gegen= über dem durch den Abschnitt 10 zugeführten Rohprodukt konstant ist. Die Konzentration kann jedoch beispielsweise durch ein Auswechseln .des Rotors des Hydraulikmotors geändert werden.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wo der Leitungsabschnitt 10 durch drei Filter 12 an die Leitungsabschnitte 14 und 16 ange= schlossen ist. Die Fühler 26 und 28 sind nicht an ein variables . Getriebe, sondern an einen Frequenzumformer 32 angeschlossen, der den Elektromotor 24 steuert. Im übrigen gleicht der Aufbauprin= zip prinzipiell dem in Figur 1 gezeigten.

Figur 3 zeigt den Leitungsabschnitt 10 mit einem Vorratstank 34 verbunden, während der Leitungsabschnitt 14 mit einem Tank 36 für Retentat, und der Leitungsabschnitt 16 mit einem Tank 38 für Per= meat verbunden ist. In die Kraftübertragung zwischen dem hydrau= -lischen Motor 30 und der Speisepumpe 18 ist ein stufenlos

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variables Getriebe AO eingeschaltet, das durch Signale von'ei= nem signalgebenden Instrument 42 steuerbar ist. Im gezeigten Beispiel ist das Instrument 42 im Leitungsabschnitt 14 für Re= tentat angebracht, jedoch kann es auch im Leiturigsabsctiriitt' 10 für das Rohprodukt angebracht sein. Das Instrument kann zur Kessung der Konzentration, des specifischen Gewichtes oder anderer physikalischer oder chemischer Eigenschaften des Retentates eingerichtet sein. Es kann beispielsweise ein Refraktometer oder ein kontinuerlich arbeitendes Messgerät für das specifische Gewicht sein. Anstatt automatisch gesteuert wie gezeigt kann das Getriebe auch von Hand steuerbar sein.

Während die in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele für die~"Anlage für den kontinuerlichen Betrieb ausgelegt sind, ist d.ie in Figur 4 gezeigte Ausführung für portionsweisen Betrieb ausgelegt. Der Behälter fü * die Portion ist mit 44 bezeichnet. Die Speisepumpe 18 "ist direkt an den Elektromotor 24 angeschlossen. Zwischen dem hydraulischen Motor 30 und der Speisepumpe ist ein stufenlos variables Getriebe 40 eingeschal= tet, das durch die in den Leitungsabschnitten 14 und 16 ange= brachten Druckfühler 26 und 28 gesteuert wird.

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen sind Druckfühler sowohl im Leitungsabschnitt 14 für'das Retentat, als im Leitungsab= schnitt 16'für das Permeat gezeigt. Oftmals kann man.sich allerdings mit einem Druckfühler im Abschnitt 14 für das Reten= tat begnügen, weil der Druck im Abschnitt 16 für das' Permeat · in. der Reeel konstant ist. Ein Zirkulationskurzschluss ist mit 46 bezeichnet.

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Claims

Patentan s ρ r ü c h e:

Al) Hembranfiltrierungsanlage, bei der ein Membranfilter in ein Leitungssystem eingeschaltet ist,das auf seiner Zufuhrseite zu filterndes Medium dem Filter zuführt und auf seine-** Abgangs = seite vom Filter teils Retentat (Medium, das nicht das Filter passiert hat), teils Permeat (Medium, welches das Filter passiert nät) abführt, dadurch gekennzeichnet, dass in di'e "Zufuhrseite des Leitungssystems eine Speisepumpe eingeschaltet ist, die sowohl an eine selbständige Kraftquelle, beispielsweise einen Elektro= motor, und an einen hydraulischen Motor angeschlossen ist,der in die Abgangsseite des Leitungssystems für Retentat eingeschaixet ist,, und dass die seitens der selbständigenKraftquelle und/oder des hydraulischen Motors auf die Pumpe ausgeübte Arbeitsein= wirkung durch Signale von einem Druckfühler gesteuert wird, der in der· Arbeitsseite des Leitungssystems für das Retentat an= gebracht ist.

' 2. Anlage gemäss Anspruch 1. df.durch gekennzeichnet, dass die Kraftquelle und/oder der hydraulische Motor auch von Signalen von einem Druckfühler gesteuert wird, der in der Abgangsseite des Leitungssystems für das Permeat angebracht ist.

3. Anlage gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die selbständige Kraftquelle ein Elektromotor mit einem Frequenzumformer ist, mit dem die Druckfühler verbunden sind.

4. Anlage gemäss Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der selbsfändigen Kraftquelle und der Pumpe ein variables Getriebe eingeschaltet ist, mit dem die Druckfühler verbunden sind.

5. Anlage gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kraftüberführung zwischen dem hydraulischen Motor und der Pumpe ein variables Getriebe eingeschaltet ist.

6. Anlage gemäss Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das variable Getriebe zur Steuerung durch Signale von einem signal= gebenden Instrument eingerichtet ist, das im Leitungssystem vor oder hinter dem Filter angebracht ist.

7. Anlage gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das signalgebende Instrument in der Abgangsseite des·Leitungssystems für Retentat angebracht ist.

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