ES2221882T3 - Metodo y aparato para concentrar productos de frutas y verduras procesadas mediante osmosis inversa. - Google Patents
Metodo y aparato para concentrar productos de frutas y verduras procesadas mediante osmosis inversa.Info
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Abstract
Un aparato para concentrar un producto de frutas- verduras, donde dicho aparato consta de: una unidad de concentración provista de una entrada, una salida y una pluralidad de módulos de membrana tubular conectados en serie; una bomba de husillo excéntrico de un solo eje conectada a dicha entrada de dicha unidad de concentración para suministrar el producto de frutas-verduras a dicha unidad de concentración; y otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje conectada a dicha salida de dicha unidad de concentración para descargar el producto de frutas-verduras de dichos módulos de membrana tubular, donde dicho aparato sirve para hacer que el producto de frutas-verduras sea concentrado por ósmosis inversa haciendo que el producto de frutas- verduras fluya bajo condiciones de presión a dicha unidad de concentración.
Description
Método y aparato para concentrar productos de
frutas y verduras procesadas mediante ósmosis inversa.
Esta invención se refiere a un método y a un
aparato para concentrar productos de frutas y/o verduras procesadas
mediante ósmosis inversa.
Entre los medios para concentrar zumo de frutas
y/o verduras exprimidas, empiezan a destacar los que se realizan por
ósmosis inversa sin implicar cambios de fase, puesto que con este
método se pueden obtener productos concentrados de una calidad
superior a los obtenidos por los métodos más comúnmente practicados
de calentamiento y evaporación. La presente invención se refiere a
mejoras en tales métodos de concentración por ósmosis inversa.
Existen muchas clases de métodos
convencionalmente conocidos para concentrar zumos de frutas y/o
verduras mediante ósmosis inversa, incluyendo los que hacen fluir el
zumo exprimido por una unidad de concentración con una pluralidad de
módulos de membrana tubular conectados entre sí por un método de una
sola etapa y un solo paso (como se revela en Publicaciones de
Patentes Japonesas Tokkai 52-136942 y
59-25675), por un método de múltiples etapas y un
solo paso (como se revela en Publicaciones de Patentes Japonesas
Tokkai 5-15351 y 5-336937) y por un
método de circulación de múltiples etapas (como se revela en
Publicaciones de Patentes Japonesas Tokkai 3-21326 y
3-58774). En el método de una sola etapa y un solo
paso, se hace uso de únicamente una etapa de unidad de concentración
con una pluralidad de módulos de membrana tubular conectados en
serie, y el zumo exprimido se hace pasar a través en un proceso para
ósmosis inversa de un solo paso. En el método de múltiples etapas y
un solo paso y en el método de circulación de múltiples etapas, se
aportan unidades de concentración en dos o más etapas, cada una
provista de una pluralidad de módulos de membrana tubular conectados
en serie, y el zumo exprimido se hace pasar ya sea en un proceso de
un solo paso o en un proceso circulante para ósmosis inversa.
Con cualquiera de estos medios técnicos
anteriores para la concentración mediante ósmosis inversa, en el
lado de entrada de la unidad de concentración se conecta una bomba
de alta presión para que suministre el zumo exprimido a los módulos
tubulares y en el lado de salida de la unidad se conecta una válvula
reguladora de presión para descargar el producto concentrado de los
módulos tubulares, y por lo general se utiliza como bomba de alta
presión una bomba de émbolo sumergido. Tales medios técnicos
anteriores suelen presentar problemas de los cuatro tipos
siguientes: (1) El uso de una bomba de émbolo sumergido produce un
movimiento pulsátil que afecta a las condiciones de operación en el
momento de la concentración por ósmosis inversa, con lo que no se
puede obtener una operación estable. (2) Puesto que el producto
concentrado por ósmosis inversa bajo condiciones de alta presión (o
"condiciones de presión") es descargado bruscamente por la
válvula reguladora de presión a una condición atmosférica, el
producto descargado tiende a esparcirse. En este proceso es fácil
que se produzca absorción de aire, lo cual exige una dificultosa
gestión del proceso para impedir el deterioro de la calidad del
producto y su contaminación bacteriana. (3) En el campo del
procesado de alimentos, hay demandas para la concentración de
productos de frutas y/o verduras procesadas que contienen
componentes sólidos como semillas, partes de la piel superficial
(epidermis) y partes carnosas (sarcocarpio) mediante ósmosis
inversa, pero dichos componentes sólidos se atascan fácilmente en la
entrada de la bomba de émbolo sumergido y en la válvula de descarga,
así como en las partes de la válvula reguladora de presión que dejan
poco espacio libre. En la práctica, pues, es muy difícil concentrar
por ósmosis inversa dichos productos de frutas y/o verduras
procesadas que contienen componentes sólidos. (4) Si se recurre a la
fuerza para tratar de concentrar dichos productos de frutas y/o
verduras procesadas mediante ósmosis inversa, sus componentes
sólidos son cortados o triturados por la bomba de émbolo sumergido o
por las piezas de válvula de la válvula reguladora de presión, por
lo que no se pueden obtener productos concentrados que contengan los
componentes sólidos tal como existían antes del proceso de
concentración.
Es por consiguiente un objeto de esta invención
aportar un método y un aparato capaz de concentrar mediante ósmosis
inversa un producto de frutas y/o verduras procesadas que contenga
componentes sólidos de tal manera que estos componentes sólidos
originalmente contenidos conserven más o menos sus formas
originales.
La presente invención se basa en el
descubrimiento hecho por los presentes inventores como resultado de
sus investigaciones en relación al objeto antes descrito de manera
que dicho objeto se pueda lograr conectando una bomba alimentadora
de husillo excéntrico de un solo eje en el lado de entrada de la
unidad de concentración para suministrar un producto de frutas y/o
verduras procesadas y una bomba de descarga de husillo excéntrico de
un solo eje en el lado de salida para descargar un producto
concentrado por ósmosis inversa.
Así pues, esta invención se refiere a un aparato
para concentrar mediante ósmosis inversa un producto de frutas y/o
verduras procesadas haciendo que pase bajo condiciones de alta
presión por una unidad de concentración con una pluralidad de
módulos de membrana tubular conectados entre sí, caracterizado
porque en el mismo se conecta una bomba de husillo excéntrico de un
solo eje en el lado de entrada de la unidad de concentración para
suministrar el producto de frutas y/o verduras procesadas y se
conecta otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje en el lado
de salida de la unidad de concentración para descargar el producto
que se ha concentrado por ósmosis inversa.
Esta invención también se refiere a un método
para concentrar mediante ósmosis inversa un producto de frutas y/o
verduras procesadas haciendo que pase bajo condiciones de alta
presión por una unidad de concentración con una pluralidad de
módulos de membrana tubular conectados entre sí, caracterizado por
los pasos de suministrar el producto de frutas y/o verduras
procesadas a los módulos de membrana tubular por medio de una bomba
de husillo excéntrico de un solo eje conectada en el lado de entrada
de la unidad de concentración y descargarlo una vez concentrado por
ósmosis inversa a través de otra bomba de husillo excéntrico de un
solo eje conectada en el lado de salida de la unidad de
concentración.
Las ilustraciones adjuntas, que están
incorporadas en esta especificación y forman parte de ella, ilustran
ejemplos de realización de la invención y, junto con la descripción,
sirven para explicar los principios de la invención. En las
ilustraciones:
la Figura 1 es un esquema estructural de un
aparato de concentración por ósmosis inversa que constituye un
ejemplo de realización de esta invención; y
la Figura 2 es un esquema estructural de otro
aparato de concentración por ósmosis inversa que constituye un
ejemplo de realización de esta invención.
Un aparato según esta invención es para
concentrar mediante ósmosis inversa un producto de frutas y/o
verduras procesadas haciendo que pase bajo condiciones de alta
presión por una unidad de concentración con una pluralidad de
módulos de membrana tubular conectados entre sí. Por conveniencia de
la descripción, los productos procesados de este tipo se denominarán
en adelante "producto de frutas-verduras".
Entre los ejemplos representativos de un producto de
frutas-verduras se cuentan los zumos exprimidos de
frutas, verduras y sus mezclas. Los módulos de membrana tubular son
módulos que constan de una membrana semipermeable de forma tubular
sostenida en el interior de un cuerpo cilíndrico. Los módulos de
este tipo comercialmente disponibles pueden ser utilizados, pero es
preferible utilizar una membrana semipermeable tubular con un
coeficiente de rechazo de sal de un 90% o superior, y es aún más
preferible utilizar una membrana con un coeficiente de rechazo de
sal de un 99% o superior. Cuando un producto de
frutas-verduras se hace pasar por una unidad de
concentración con una pluralidad de módulos de membrana tubular
conectados entre sí, en un proceso de múltiples etapas y un solo
paso o en un proceso de circulación de múltiples etapas, es
preferible utilizar una membrana semipermeable tubular con un
coeficiente de rechazo de sal de un 99% o superior, al menos para la
unidad de concentración en la última etapa.
Como se ha explicado antes, el producto de
frutas-verduras se puede hacer pasar por la unidad
de concentración en un proceso de una etapa y un paso, el proceso de
múltiples etapas y un solo paso o el proceso de circulación de
múltiples etapas, pero el proceso de una etapa y un paso es
preferible para obtener un producto concentrado de alta calidad por
ósmosis inversa con una operación más estable y una gestión del
proceso más sencilla. En este método sólo se aporta una etapa de
unidad de concentración con una pluralidad de módulos de membrana
tubular conectados entre sí y se hace pasar el producto de
frutas-verduras por dicha unidad de concentración de
una sola etapa en un proceso de un solo paso.
Un aparato para concentración por ósmosis inversa
que constituye un ejemplo de realización de esta invención se
caracteriza porque tiene una bomba de husillo excéntrico de un solo
eje conectada en el lado de entrada para suministrar un producto de
frutas-verduras a los módulos de membrana tubular y
otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje conectada en el lado
de salida para descargar de los módulos de membrana tubular el
producto de frutas-verduras que ha sido concentrado
por ósmosis inversa. Esto es en contraste con un aparato de la
técnica anterior para concentración por ósmosis inversa provisto de
una bomba de émbolo sumergido conectada en su lado de entrada y una
válvula reguladora de presión en su lado de salida.
Una bomba de husillo excéntrico de un solo eje
suele denominarse bomba Mohno, y se ha descrito por ejemplo en
Publicaciones de Patentes Japonesas Tokkai 7-77172,
8-21370 y 9-264264. Para los
propósitos de la presente invención pueden utilizarse bombas Mohno
fabricadas, digamos, por Heishin Engineering & Equipment Co,
Ltd., compuestas de un mecanismo impulsor, una parte de entrada, una
parte de bomba y una parte de salida, con la parte de bomba provista
de un estator y un rotor. El estator es esencialmente una rosca
hembra principalmente de un material elástico que tiene un agujero
de rosca hembra con una abertura de forma seccional circular
alargada configurada continuamente en la dirección longitudinal
(axial). El rotor es un tornillo macho seccionalmente circular
fabricado con un material metálico. El rotor se inserta en el
estator, y se adaptan los artículos para ser transportados por el
mismo a medida que el rotor rota sobre su eje excéntrico a través de
la parte de entrada por acción del mecanismo impulsor.
La bomba de husillo excéntrico de un solo eje,
tal como se ha descrito, incluye un conector en la parte de entrada
para comunicar el movimiento rotatorio del eje motor del mecanismo
impulsor al rotor de la parte de bomba. Se conocen muchas clases de
conector de este tipo, incluyendo una biela de conexión con juntas
universales en sus dos extremos, tornillos, los que tienen estator y
rotor alargados para obtener una elevada presión de descarga y los
que tienen dos unidades conectadas en serie. Para los propósitos de
esta invención, es preferible que la bomba de husillo excéntrico de
un solo eje tenga una elevada presión de descarga y más preferible
una presión de descarga superior a 3 megapascal (MPa).
Según la presente invención, generalmente se
inserta un manómetro de presión entre la bomba de husillo excéntrico
de un solo eje para el suministro en el lado de entrada de la unidad
de concentración y los módulos de membrana tubular, y otro manómetro
entre la bomba de husillo excéntrico de un solo eje para la descarga
en el lado de salida de la unidad de concentración y los módulos de
membrana tubular, de tal manera que las cifras de rotación de estas
bombas tengan controlada la frecuencia por medio de un invertidor
provisto de una función de control y cálculo en base a los valores
de presión medidos por estos manómetros. Por ejemplo, el número de
rotaciones de la bomba de suministro puede mantenerse constante
mientras que el número de rotaciones de la bomba de descarga puede
tener su frecuencia controlada por el invertidor en base al valor de
presión medido por el manómetro del lado de salida. En otro ejemplo,
el número de rotaciones de la bomba de descarga puede mantenerse
constante mientras que el número de rotaciones de la bomba de
suministro puede tener su frecuencia controlada por el invertidor en
base al valor de presión medido por el manómetro del lado de
entrada. En otro ejemplo todavía, el número de rotaciones de ambas
bombas puede tener sus frecuencias controladas por medio de sus
correspondientes invertidores individuales en base a la diferencia
entre los valores de presión medidos por los dos manómetros. En cada
uno de estos ejemplos, se fijan valores límite superior e inferior
para cada uno de los manómetros de manera que el número de
rotaciones de las bombas pueda tener su frecuencia controlada dentro
de los límites entre estos valores límite superior e inferior.
Como se ha explicado antes, las bombas de husillo
excéntrico de un solo eje se caracterizan porque en ellas los
artículos son transportados a medida que el rotor de la parte de
bomba rota sobre su eje excéntrico y por consiguiente no es probable
que los artículos resulten dañados. Puesto que los productos de
frutas-verduras se suministran a los módulos de
membrana tubular según esta invención, no se produce ningún
movimiento pulsátil y por tanto es posible estabilizar la operación
para la concentración por ósmosis inversa. Puesto que la presente
invención aprovecha esta característica favorable de las bombas de
husillo excéntrico de un solo eje para descargar gradualmente los
productos concentrados desde los módulos de membrana tubular bajo
condiciones de alta presión hacia una condición atmosférica, los
productos descargados no se esparcen y en consecuencia no absorben
aire. Así pues, según esta invención se facilita la gestión del
proceso.
Un aparato según esta invención también se puede
utilizar eficazmente para concentrar mediante ósmosis inversa
aquellos productos de frutas-verduras que contengan
componentes sólidos como semillas, pieles y carne de frutas, porque
las bombas de husillo excéntrico de un solo eje en los lados de
entrada y salida no quedan atascadas por dichos componentes sólidos.
Puesto que dichas bombas no cortan ni trituran tales componentes
sólidos, los componentes sólidos originalmente contenidos en el
producto de frutas-verduras mantienen más o menos su
forma original durante el proceso de concentración por ósmosis
inversa. Incluso en el caso de los tomates, con una estructura
relativamente débil, los productos de tomate procesado que contienen
semillas, pieles y partes carnosas pueden concentrarse por ósmosis
inversa de una manera similar.
Un método según esta invención se caracteriza
porque utiliza un aparato como el antes descrito para concentrar un
producto de frutas-verduras mediante ósmosis
inversa. Cuando se concentra un producto de
frutas-verduras mediante ósmosis inversa según un
método de esta invención, no existe ninguna limitación particular en
cuanto al contenido en componentes sólidos, pero los que contienen
una cantidad entre 30 y 60% por peso resultan adecuados. La
invención tampoco está particularmente limitada en cuanto a las
presiones en el momento de la concentración por ósmosis inversa,
aunque es preferible operar con una presión de entrada de la unidad
de concentración en el rango de 3-5 MPa, una presión
de salida de la unidad de concentración en el rango de
1-3 MPa y bajo la condición de que la diferencia de
presión entre el lado de entrada y el lado de salida sea mayor que
1,5 MPa.
La Figura 1 muestra el esquema de un aparato que
constituye un ejemplo de realización de esta invención, adaptado
para hacer que un producto de frutas-verduras fluya
hacia el interior de una unidad de concentración por un proceso de
una sola etapa y un solo paso, dotado de una sola etapa de unidad de
concentración 21 con una pluralidad de módulos de membrana tubular
11 conectados en serie. Cada módulo 11 sostiene una membrana
semipermeable tubular (que no se muestra) con un coeficiente de
rechazo de sal de un 99%.
En el lado de entrada de la unidad de
concentración 21 va conectada la salida de una bomba de alimentación
31 que es una bomba de husillo excéntrico de un solo eje para
suministrar un producto de frutas-verduras al módulo
de membrana tubular 11 en su lado de entrada. En el lado de entrada
se aporta un manómetro 41 entre la bomba de alimentación 31 y el
módulo de membrana tubular 11 en el lado de entrada. La parte de
entrada de la bomba de alimentación 31 está conectada por medio de
una válvula con un depósito de almacenamiento 51 en el que se
deposita el producto de frutas-verduras para su
almacenamiento.
En el lado de salida de la unidad de
concentración 21 va conectada la entrada de succión de una bomba de
descarga 61 que es otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje
para descargar de los módulos de membrana tubular 11 un producto de
frutas-verduras que ha sido concentrado por ósmosis
inversa en la unidad de concentración 21. Se aporta un manómetro 71
en el lado de salida entre el módulo de membrana tubular 11 en el
lado de salida y la bomba de descarga 61. El manómetro 41 del lado
de entrada va conectado a un invertidor 81 provisto de una función
de control y cálculo, y el invertidor 81 va conectado al mecanismo
impulsor de la bomba de descarga 61 y sirve para controlar por
frecuencia el número de rotaciones de la bomba de descarga 61 en
base al valor de presión medido por el manómetro 41 en el lado de
entrada. La parte de salida de la bomba de descarga 61 va conectada
mediante un medidor de caudal 91 a otro depósito de almacenamiento
52 donde se almacenan los productos de
frutas-verduras que han sido concentrados por
ósmosis inversa.
Mientras la bomba de alimentación 31 rota a una
velocidad constante y el número de rotaciones de la bomba de
descarga 61 se controla por frecuencia, como se ha explicado antes,
desde el depósito de almacenamiento 51 se suministra un producto de
frutas-verduras al módulo de membrana tubular 11 en
su lado de entrada pasando sucesivamente por la bomba de
alimentación 31 y el manómetro 41 del lado de entrada. Una vez que
se ha concentrado por ósmosis inversa dentro de la unidad de
concentración 21 provista de una pluralidad de módulos de membrana
tubular 11 conectados en serie, el producto concentrado se almacena
en el depósito de almacenamiento 52 pasando sucesivamente a través
del módulo de membrana tubular 11 en el lado de salida, el manómetro
71 en el lado de salida, la bomba de descarga 61 y el medidor de
caudal 91. El líquido filtrado a través de las membranas
semipermeables tubulares sostenidas por cada módulo individual de
membrana tubular durante el proceso de concentración por ósmosis
inversa en la unidad de concentración 21 se recoge en un receptáculo
101 dispuesto en la parte inferior de la unidad de concentración
21.
La Figura 2 muestra el esquema de otro aparato
que constituye un ejemplo de realización de esta invención,
caracterizado porque hace que un producto de
frutas-verduras fluya hacia una unidad de
concentración para procesarlo mediante un proceso de circulación de
dos etapas, compuesto por una primera unidad de concentración 22
(anterior) y una segunda unidad de concentración 23 (posterior) que
están serialmente conectadas entre sí, cada una de ellas provista de
una pluralidad de módulos de membrana tubular (respectivamente 12 y
13) conectados en serie, de manera que una parte del producto
concentrado por ósmosis en la unidad de concentración 23 posterior
se hace circular hacia atrás. Cada uno de los módulos 12 y 13
sostiene una membrana tubular semipermeable (que no se muestra) con
un coeficiente de rechazo de sal de un 99%.
En el lado de entrada de la unidad de
concentración 22 anterior va conectada la salida de una bomba de
alimentación 32 que es una bomba de husillo excéntrico de un solo
eje para suministrar un producto de frutas-verduras
al módulo de membrana tubular 12 en su lado de entrada. En el lado
de entrada se aporta un manómetro 42 entre la bomba de alimentación
32 y el módulo de membrana tubular 12 en el lado de entrada. La
parte de entrada de la bomba de alimentación 32 está conectada por
medio de una válvula con un depósito de almacenamiento 53 en el que
se deposita el producto de frutas-verduras para su
almacenamiento.
En el lado de salida de la unidad de
concentración 22 va conectada la entrada de succión de una bomba de
descarga 62 que es otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje
para descargar de los módulos de membrana tubular 12 un producto de
frutas-verduras que ha sido concentrado de manera
incompleta por ósmosis inversa en la unidad de concentración 22. Se
aporta un manómetro 72 en el lado de salida entre el módulo de
membrana tubular 12 en el lado de salida y la bomba de descarga 62.
El manómetro 42 del lado de entrada va conectado a un invertidor 82
provisto de una función de control y cálculo, y el invertidor 82 va
conectado al mecanismo impulsor de la bomba de descarga 62 y sirve
para controlar por frecuencia el número de rotaciones de la bomba de
descarga 62 en base al valor de presión medido por el manómetro 42
en el lado de entrada. La parte de salida de la bomba de descarga 62
va conectada mediante un medidor de caudal 92 a otro depósito de
almacenamiento 54 donde se almacenan los productos de
frutas-verduras que han sido concentrados de manera
incompleta por ósmosis inversa.
En el lado de entrada de la unidad de
concentración 23 posterior va conectada la salida de una bomba de
alimentación 33 que es otra bomba de husillo excéntrico de un solo
eje para suministrar el mencionado producto de
frutas-verduras concentrado de manera incompleta al
módulo de membrana tubular 13 en su lado de entrada. En el lado de
entrada se aporta un manómetro 43 entre la bomba de alimentación 33
y el módulo de membrana tubular 13 en el lado de entrada. La parte
de entrada de la bomba de alimentación 33 está conectada por medio
de una válvula con el depósito de almacenamiento 54.
En el lado de salida de la unidad de
concentración 23 va conectada la entrada de succión de una bomba de
descarga 63 que es otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje
para descargar de los módulos de membrana tubular 13 un producto de
frutas-verduras que ha sido más concentrado por
ósmosis inversa en la unidad de concentración 23. Se aporta un
manómetro 73 en el lado de salida entre el módulo de membrana
tubular 13 en el lado de salida y la bomba de descarga 63. El
manómetro 43 del lado de entrada va conectado a un invertidor 83
provisto de una función de control y cálculo, y el invertidor 83 va
conectado al mecanismo impulsor de la bomba de descarga 63 y sirve
para controlar por frecuencia el número de rotaciones de la bomba de
descarga 63 en base al valor de presión medido por el manómetro 43
en el lado de entrada. La parte de salida de la bomba de descarga 63
va conectada mediante un medidor de caudal 93 a otro depósito de
almacenamiento 55 donde se almacenan los productos de
frutas-verduras que han sido más concentrados por
ósmosis inversa.
Conectada a este depósito de almacenamiento 55
por medio de una válvula está la parte de entrada por succión de una
bomba de circulación 111 que es aún otra bomba de husillo excéntrico
de un solo eje. La salida de la bomba de circulación 111 está
conectada al depósito de almacenamiento 54. Así, una parte del
producto de frutas-verduras almacenado en el
depósito de almacenamiento 55 retorna al depósito 54 y es procesada
de nuevo en la unidad de concentración 23 posterior junto con los
productos procesados de manera incompleta procedentes de la unidad
de concentración 22 anterior.
El aparato de la Figura 2 puede operarse haciendo
girar la bomba de alimentación 32 a una velocidad constante y
controlando por frecuencia el número de rotaciones de la bomba de
descarga 62 mientras se suministra un producto de
frutas-verduras desde el depósito de almacenamiento
53 a los módulos de membrana tubular 12 pasando sucesivamente por la
bomba de alimentación 32 y el manómetro 42 del lado de entrada. Tras
su concentración preliminar en la unidad de concentración 22 con
módulos de membrana tubular 12 conectados en serie, pasa
sucesivamente por el módulo de membrana tubular 12 del lado de
salida, el manómetro 72 del lado de salida, la bomba de descarga 62
y el medidor de caudal 92 hasta el depósito de almacenamiento 54. El
líquido filtrado a través de las membranas semipermeables tubulares
sostenidas por cada módulo individual de membrana tubular 12 durante
el proceso de concentración por ósmosis inversa en la unidad de
concentración 22 se recoge en un receptáculo 102 dispuesto en la
parte inferior de la unidad de concentración 22.
Mientras la bomba de alimentación 33 rota a una
velocidad constante, el número de rotaciones de la bomba de descarga
63 se controla por frecuencia, como se ha explicado antes, y el
producto preliminarmente concentrado (o una mezcla del producto
preliminarmente concentrado y la parte retornada del depósito 55)
del depósito de almacenamiento 54 se suministra a los módulos de
membrana tubular 13 en su lado de entrada pasando sucesivamente por
la bomba de alimentación 33 y el manómetro 43 del lado de entrada.
Una vez que se ha concentrado por ósmosis en la unidad de
concentración 23 provista de una pluralidad de módulos de membrana
tubular 13 conectados en serie, el producto concentrado se almacena
en el depósito 55 pasando sucesivamente a través del módulo de
membrana tubular 13 en el lado de salida, el manómetro 73 en el lado
de salida, la bomba de descarga 63 y el medidor de caudal 93. En
caso necesario, una parte del producto almacenado en el depósito 55
se retorna al depósito 54 por medio de la bomba de circulación 111.
El líquido filtrado a través de las membranas semipermeables
tubulares sostenidas por cada módulo individual de membrana tubular
13 durante el proceso de concentración por ósmosis inversa en la
unidad de concentración 23 se recoge en otro receptáculo 103
dispuesto en la parte inferior de la unidad de concentración 23.
En resumen, el aparato que se muestra en la
Figura 2 opera según un proceso de circulación de dos etapas,
haciendo que un producto de frutas-verduras fluya
hacia la unidad de concentración anterior 22 y la unidad de
concentración posterior 23, y retorna una parte del producto
concentrado de vuelta al lado de entrada de la unidad de
concentración posterior 23 por medio de la bomba de circulación 111,
si es necesario. Si se omite la bomba de circulación 111, este
aparato se convierte en un aparato con un proceso de dos etapas y un
solo paso.
A continuación se describe la invención por medio
de ejemplos de prueba y de comparación.
Ejemplo de prueba
1
El aparato para un proceso de una sola etapa y un
solo paso ilustrado en la Figura 1 se utilizó continuadamente
durante 5 horas para concentrar un producto de tomate bajo las
siguientes condiciones:
Producto de tomate: Producto procesado a 60ºC con
una concentración de 5.0% en la escala Brix obtenido pelando,
cortando, calentando y a continuación triturando tomates y con un
contenido de pieles y partes carnosas como componentes sólidos de un
35% por peso (la cantidad de componentes sólidos es la proporción
del residuo obtenido tras pasar por un tamiz provisto de una malla
de alambre con aberturas de 2,8 mm de diámetro);
Unidad de concentración: Unidad con un área
superficial de membrana de 10,4 m2 en total, con una pluralidad de
módulos de membrana tubular conectados en serie, cada uno de los
cuales sostiene una membrana semipermeable tubular (AFC99 producida
por PCI Inc.);
Bomba de alimentación: Bomba Mohno 8NES30
producida por Heishin Engineering & Equipment Co., Ltd.;
Bomba de descarga: Bomba Mohno 8NE30 producida
por Heishin Engineering & Equipment Co., Ltd.;
Presión en el lado de entrada de la unidad de
concentración: 3,5 - 4,0 MPa;
Presión en el lado de salida de la unidad de
concentración: 1,5 - 2,0 MPa;
Caudal de suministro de producto de
frutas-verduras a la unidad de concentración: 400
litros / hora;
Caudal de descarga de la unidad de concentración:
200 litros / hora.
No se produjo ningún movimiento pulsátil cuando
el producto de tomate fue suministrado a la unidad de concentración
y no hubo salpicaduras ni absorción de aire cuando se descargó el
producto concentrado de la unidad de concentración. Las bombas de
alimentación y descarga no se atascaron con los componentes sólidos
y se obtuvieron productos concentrados por ósmosis inversa que
contenían componentes sólidos en un 65% por peso y con una
concentración de 10,0% en la escala Brix, conteniendo los
componentes sólidos aproximadamente en la misma forma que antes del
proceso de concentración. En otros palabras, se pudo concentrar por
ósmosis inversa productos de tomate que contenían componentes
sólidos en una operación estable y con una gestión del proceso
fácil, y se pudo obtener productos procesados que contenían
componentes sólidos aproximadamente en su forma original.
Ejemplo de comparación
1
Productos de tomate se condensaron
intermitentemente durante 5 horas mediante ósmosis inversa de la
misma manera que en el Ejemplo de Prueba 1 excepto que como bomba de
alimentación se utilizó una bomba de émbolo sumergido en lugar de la
bomba de husillo excéntrico de un solo eje, como bomba de descarga
se utilizó una válvula reguladora de presión en lugar de la bomba de
husillo excéntrico de un solo eje y las presiones de entrada y
salida para la unidad de concentración se fijaron respectivamente en
3,5 - 4,0 MPa y 1,5 - 2,0 MPa. El movimiento pulsátil en el momento
de suministrar el producto de tomate a la unidad de concentración
fue intenso y hubo grandes salpicaduras y absorción de aire en el
momento de la descarga de la unidad de concentración. La bomba de
émbolo sumergido y la válvula reguladora de presión se atascaron a
menudo con los componentes sólidos y cada vez se paró el aparato
para limpiarlas. A medida que la operación de concentración
proseguía intermitentemente, los componentes sólidos fueron cortados
y/o triturados y se obtuvo un producto concentrado que contenía un
20% por peso de componentes sólidos que no conservaban su forma
original y con una concentración de 6,0% en la escala Brix.
Ejemplo de prueba
2
El aparato para un proceso de circulación de dos
etapas ilustrado en la Figura 2 se utilizó continuadamente durante 5
horas sin recircular el producto concentrado descargado de la
segunda unidad de concentración para concentrar un producto de
manzana mediante un proceso de dos etapas y de un solo paso bajo las
siguientes condiciones:
Producto de manzana: Producto procesado a 60ºC
con una concentración de 11,2% en la escala Brix obtenido retirando
la piel, las semillas y el corazón de las manzanas, triturándolas
mientras se les regaba con una solución acuosa que contenía vitamina
C y a continuación calentando y enfriando, con un contenido de
partes de carne de manzana como componentes sólidos de un 43% por
peso;
Unidad de concentración: Con una primera unidad
con un área superficial de membrana de 7,8 m2 en total, con una
pluralidad de módulos de membrana tubular conectados en serie, cada
uno de los cuales sostiene una membrana semipermeable tubular (AFC99
producida por PCI Inc.) y una segunda unidad con un área superficial
de membrana de 5,2 m2 en total, con una pluralidad de módulos de
membrana tubular conectados en serie, cada uno de los cuales
sostiene una membrana semipermeable tubular (AFC99 producida por PCI
Inc.);
Bombas de alimentación: Bombas Mohno 8NES30 (para
la bomba anterior) y 12NES30 (bomba posterior) ambas producidas por
Heishin Engineering & Equipment Co., Ltd.;
Bombas de descarga: Bombas Mohno 8NE30 (bomba
anterior) y 12NE30 (bomba posterior) ambas producidas por Heishin
Engineering & Equipment Co., Ltd.;
Presión en el lado de entrada de la unidad de
concentración: 3,5 - 4,0 MPa (primera etapa) y 5,0 - 6,0 MPa
(segunda etapa);
Presión en el lado de salida de la unidad de
concentración: 2,5 - 3,0 MPa (primera etapa) y 3,0 - 4,0 MPa
(segunda etapa);
Caudal de suministro de producto de manzana a la
unidad de concentración: 500 litros / hora (primera etapa) y 350
litros / hora (segunda etapa);
Caudal de descarga de la unidad de concentración:
350 litros / hora (primera etapa) y 240 litros / hora (segunda
etapa).
No se produjo ningún movimiento pulsátil cuando
el producto de manzana y el producto procesado en la primera etapa
fueron suministrados a las unidades de concentración y no hubo
salpicaduras ni absorción de aire cuando se descargó el producto
concentrado de las unidades de concentración. Las bombas de
alimentación y descarga no se atascaron con los componentes sólidos
y se obtuvieron productos concentrados por ósmosis inversa que
contenían componentes sólidos en un 60% por peso y con una
concentración de 18,1% en la escala Brix, conteniendo los
componentes sólidos aproximadamente en la misma forma que antes del
proceso de concentración. En otros palabras, se pudo concentrar por
ósmosis inversa productos de manzana que contenían componentes
sólidos en una operación estable y con una gestión del proceso
fácil, y se pudo obtener productos procesados que contenían
componentes sólidos aproximadamente en su forma original.
Ejemplo de comparación
2
Productos de manzana se condensaron
intermitentemente durante 5 horas mediante ósmosis inversa de la
misma manera que en el Ejemplo de Prueba 2 excepto que como bomba de
alimentación se utilizó una bomba de émbolo sumergido en lugar de
cada una de las bombas de husillo excéntrico de un solo eje, como
bomba de descarga se utilizó una válvula reguladora de presión en
lugar de cada una de las bombas de husillo excéntrico de un solo eje
y las presiones de entrada y salida para la unidad de concentración
se fijaron respectivamente en 3,5 - 4,0 MPa y 2,5 - 3,0 MPa (primera
etapa) y 5,0 - 6,0 MPa y 3,0 - 4,0 MPa (segunda etapa). El
movimiento pulsátil en el momento de suministrar el producto de
manzana y el producto concentrado a las unidades de concentración
fue intenso y hubo grandes salpicaduras y absorción de aire en el
momento de la descarga de cada unidad de concentración. Las bombas
de émbolo sumergido y las válvulas reguladoras de presión se
atascaron a menudo con los componentes sólidos y cada vez se paró el
aparato para limpiarlas. A medida que la operación de concentración
proseguía intermitentemente, los componentes sólidos fueron cortados
y/o triturados y se obtuvo un producto concentrado que contenía un
30% por peso de componentes sólidos que no conservaban su forma
original y con una concentración de 15,0% en la escala Brix.
Ejemplo de prueba
3
El aparato para un proceso de circulación de dos
etapas ilustrado en la Figura 2 se utilizó continuadamente durante 5
horas sin recircular el producto concentrado descargado de la
segunda unidad de concentración para concentrar un producto de fresa
mediante un proceso de dos etapas y de un solo paso bajo las
siguientes condiciones:
Producto de fresa: Producto con una concentración
de 8,5% en la escala Brix obtenido retirando los tallos de las
fresas y triturándolas a continuación, con un contenido de semillas
y partes de carne como componentes sólidos de un 28% por peso;
Unidad de concentración: Con una primera unidad
con un área superficial de membrana de 5,2 m2 en total, con una
pluralidad de módulos de membrana tubular conectados en serie, cada
uno de los cuales sostiene una membrana semipermeable tubular (AFC99
producida por PCI Inc.) y una segunda unidad con un área superficial
de membrana de 5,2 m2 en total, con una pluralidad de módulos de
membrana tubular conectados en serie, cada uno de los cuales
sostiene una membrana semipermeable tubular (AFC99 producida por PCI
Inc.);
Bombas de alimentación: Bombas Mohno 8NES30 (para
la bomba anterior) y 12NES30 (bomba posterior) ambas producidas por
Heishin Engineering & Equipment Co., Ltd.;
Bombas de descarga: Bombas Mohno 8NE30 (bomba
anterior) y 12NE30 (bomba posterior) ambas producidas por Heishin
Engineering & Equipment Co., Ltd.;
Presión en el lado de entrada de la unidad de
concentración: 3,5 - 4,0 MPa (primera etapa) y 5,0 - 6,0 MPa
(segunda etapa);
Presión en el lado de salida de la unidad de
concentración: 2,5 - 3,0 MPa (primera etapa) y 3,0 - 4,0 MPa
(segunda etapa);
Caudal de suministro de producto de manzana a la
unidad de concentración: 500 litros / hora (primera etapa) y 400
litros / hora (segunda etapa);
Caudal de descarga de la unidad de concentración:
400 litros / hora (primera etapa) y 300 litros / hora.
No se produjo ningún movimiento pulsátil cuando
el producto de fresa y el producto procesado en la primera etapa
fueron suministrados a las unidades de concentración y no hubo
salpicaduras ni absorción de aire cuando se descargó el producto
concentrado de las unidades de concentración. Las bombas de
alimentación y descarga no se atascaron con los componentes sólidos
y se obtuvieron productos concentrados por ósmosis inversa que
contenían componentes sólidos en un 35% por peso y con una
concentración de 14,2% en la escala Brix, conteniendo los
componentes sólidos aproximadamente en la misma forma que antes del
proceso de concentración. En otros palabras, se pudo concentrar por
ósmosis inversa productos de fresa que contenían componentes sólidos
en una operación estable y con una gestión del proceso fácil, y se
pudo obtener productos procesados que contenían componentes sólidos
aproximadamente en su forma original.
Ejemplo de comparación
3
Productos de fresa se condensaron
intermitentemente durante 5 horas mediante ósmosis inversa de la
misma manera que en el Ejemplo de Prueba 3 excepto que como bomba de
alimentación se utilizó una bomba de émbolo sumergido en lugar de
cada una de las bombas de husillo excéntrico de un solo eje, como
bomba de descarga se utilizó una válvula reguladora de presión en
lugar de cada una de las bombas de husillo excéntrico de un solo eje
y las presiones de entrada y salida para la unidad de concentración
se fijaron respectivamente en 3,5 - 4,0 MPa y 2,5 - 3,0 MPa (primera
etapa) y 5,0 - 6,0 MPa y 3,0 - 4,0 MPa (segunda etapa). El
movimiento pulsátil en el momento de suministrar el producto de
fresa y el producto procesado a las unidades de concentración fue
intenso y hubo grandes salpicaduras y absorción de aire en el
momento de su descarga de cada unidad de concentración. Las bombas
de émbolo sumergido y las válvulas reguladoras de presión se
atascaron a menudo con los componentes sólidos y cada vez se paró el
aparato para limpiarlas. A medida que la operación de concentración
proseguía intermitentemente, los componentes sólidos fueron cortados
y/o triturados y se obtuvo un producto concentrado que contenía un
20% por peso de componentes sólidos que no conservaban su forma
original y con una concentración de 12,0% en la escala Brix.
La descripción aquí presentada deja claro que la
presente invención permite concentrar por ósmosis incluso productos
de frutas y/o verduras que contengan componentes sólidos de tal
manera que pueden obtenerse productos concentrados que contengan
componentes sólidos aproximadamente en su forma original.
Claims (8)
1. Un aparato para concentrar un producto de
frutas-verduras, donde dicho aparato consta de:
una unidad de concentración provista de una
entrada, una salida y una pluralidad de módulos de membrana tubular
conectados en serie;
una bomba de husillo excéntrico de un solo eje
conectada a dicha entrada de dicha unidad de concentración para
suministrar el producto de frutas-verduras a dicha
unidad de concentración; y
otra bomba de husillo excéntrico de un solo eje
conectada a dicha salida de dicha unidad de concentración para
descargar el producto de frutas-verduras de dichos
módulos de membrana tubular, donde dicho aparato sirve para hacer
que el producto de frutas-verduras sea concentrado
por ósmosis inversa haciendo que el producto de
frutas-verduras fluya bajo condiciones de presión a
dicha unidad de concentración.
2. El aparato de la reivindicación 1 estructurado
para hacer que el producto de frutas-verduras fluya
hacia dicha unidad de concentración en un proceso de un solo
paso.
3. Un método para concentrar un producto de
frutas-verduras por ósmosis inversa, donde dicho
método consta de los pasos de:
hacer que el producto de
frutas-verduras fluya bajo condiciones de presión
hacia una unidad de concentración que está provista de una entrada,
una salida y una pluralidad de módulos de membrana tubular
conectados en serie;
suministrar el producto de
frutas-verduras a dichos módulos de membrana tubular
por medio de una bomba de husillo excéntrico de un solo eje que está
conectada a dicha entrada; y
descargar un producto concentrado de dichos
módulos de membrana tubular por medio de otra bomba de husillo
excéntrico de un solo eje que está conectada a dicha salida.
4. El método de la reivindicación 3 donde dicho
producto de frutas-verduras se hace fluir hacia
dicha unidad de concentración en un proceso de un solo paso.
5. El método de la reivindicación 3 o la
reivindicación 4 donde el producto de
frutas-verduras incluye al menos un componente
seleccionado del grupo compuesto por semillas, epidermis y
sarcocarpio como componente sólido.
6. El método de la reivindicación 5 donde el
producto de frutas-verduras contiene dicho
componente sólido en una cantidad de 30 - 60% en peso.
7. El método de la reivindicación 6 donde dicha
ósmosis inversa se realiza con una presión de 3 - 5 MPa en dicha
entrada, una presión de 1 - 3 MPa en dicha salida y una diferencia
de presión entre dicha entrada y dicha salida superior a 1,5
MPa.
8. El método de la reivindicación 7 donde dicho
producto de frutas-verduras es un producto de tomate
procesado.
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