ES2629438T3 - Procedimiento de limpieza de equipos de tratamiento, tales como filtros - Google Patents

Procedimiento de limpieza de equipos de tratamiento, tales como filtros Download PDF

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Abstract

Uso de una solución salina de peroxidisulfato en un procedimiento para la limpieza de equipos de tratamiento que comprende la etapa de poner en contacto el equipo con la solución salina de peroxidisulfato en el que la sal de peroxidisulfato se utiliza a una concentración entre 0,000840 mol/l y 0,0126 mol/l y a un valor de pH entre 11 y 14, en el que dicho equipo de tratamiento es un filtro utilizado en (a) la industria de alimentos y piensos o (b) de purificación de agua.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de limpieza de equipos de tratamiento, tales como filtros
La invencion se refiere a un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1. La invencion se refiere a un procedimiento de limpieza de equipos de tratamiento, en particular, filtros, tales como filtros de membrana, que se utilizan para la produccion de productos alimentarios lfquidos tales como leche (o productos lacteos), zumos de frutas, cerveza, refrescos (como limonadas), sidra, vino, jerez, oporto, bebidas destiladas y similares.
En las plantas de la industria alimentaria y de purificacion de aguas residuales, se estan utilizando en una medida cada vez mayor los filtros de membrana, en particular, membranas polimericas, tales como, polisulfona, polietersulfona (con o sin polivinilpirrolidona) y ciertos tipos de poliamidas, y membranas ceramicas para eliminar la materia insoluble de las bebidas y otros lfquidos. Tales membranas aseguran una eliminacion conveniente de los constituyentes indeseables, en particular microorganismos tales como algas, hongos, levaduras, y bacterias (exudados).
Sin embargo, la permeabilidad de tales filtros de membrana, tambien expresada como fundente, decrece con el transcurso del tiempo y las membranas se pueden bloquear incluso despues de un tiempo relativamente corto, es decir, a veces incluso en menos de una hora, porque los componentes del material que se va a tratar son adsorbidos o absorbidos o precipitados en las superficies del aparato, lo que es indeseable. La consecuencia es que el procedimiento se tiene detener con el fin de limpiar las membranas. Los filtros bloqueados se pueden restaurar, por ejemplo, lavandolos en la direccion opuesta, un procedimiento conocido como retrolavado. Esto se puede ver como una solucion mecanica. Sin embargo, es un procedimiento complicado y es solamente una solucion temporal y no es satisfactoria, puesto que despues de cada etapa el flujo inicial (a la misma presion de transmembrana) es menor que antes y a largo plazo la contaminacion se acumula hasta el punto de que el filtro se bloquea completamente. Mas aun, es diffcil eliminar algunos contaminantes organicos persistentes de esta manera.
La invencion se refiere, sin limitacion, a la limpieza de filtros que se utilizan en procedimientos generalmente conocidos, como la filtracion de bebidas no alcoholicas, leche (productos), vino, jerez, oporto, bebidas destiladas, jugos de frutas, limonadas, cerveza, tal como cerveza asentada, cerveza residual, sino tambien en la separacion del mosto/grano pasado, la separacion de turbios en caliente y la separacion de turbios en fno.
En el caso de la elaboracion de cerveza, la invencion se refiere a, entre otras cosas, el aparato utilizado durante la preparacion de la malta, la conversion de la malta y/o grano sin maltear en mosto y el tratamiento posterior del mosto, con o sin adicion de componentes adicionales, tales como el lupulo, mediante la fermentacion de la cerveza, asf como todo el aparato auxiliar utilizado con la misma y que entra en contacto con las corrientes principal o secundarias de estos procedimientos.
Por tanto, existe la necesidad de un sistema de limpieza eficaz para aparatos de limpieza para la produccion, como se ha definido anteriormente, de los productos alimentarios lfquidos, sistema que es capaz de proporcionar una limpieza adecuada, que preferentemente debe realizarse dentro de un tiempo relativamente corto (preferentemente en menos de 120 minutos) y durante el que se eliminan sustancialmente todos los contaminantes.
Un examen mas detenido ha revelado que el aparato, y mas en particular, los filtros, durante la produccion se contaminan por una combinacion de todas las clases de compuestos, de los que polisacaridos, oligosacaridos, protemas, 13-glucanos, grasas y polifenoles son componentes importantes.
Se han propuesto procedimientos enzimaticos para la limpieza de las membranas. Por lo tanto, la solicitud de patente internacional WO 98/45029 describe el uso de celulasas y amilasas para la limpieza de membranas de filtracion de cerveza, despues del pretratamiento alcalino de la membrana. Del mismo modo, la solicitud de patente japonesa JP-A 4-267933 describe el uso de proteasas y celulasas para la limpieza de membranas de separacion.
Sin embargo estos procedimientos no oxidativos no son por lo general completamente satisfactorios porque tiempos de reaccion apreciables parecen ser necesarios para lograr una eliminacion eficaz de dichos componentes.
La solicitud de patente internacional WO 97/45523 describe el uso de 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-N-oxilo (TEMPO) como compuesto de nitroxilo e hipoclorito o hipobromito como un agente reoxidante para la limpieza de los modulos de sedimentacion de cerveza. Sin embargo, la presencia de residuos de halogenos, especialmente residuos de bromo, es altamente indeseada en el equipo debido a su caracter corrosivo.
La solicitud de patente internacional WO 03/060052 describe un procedimiento en el que los filtros se pueden limpiar en un procedimiento libre de bromo mediante el uso de un compuesto de nitroxilo dclico, tal como TEMPO o su derivado 4-acetamido o 4-acetoxi y un sistema oxidante libre de halogenos. El compuesto de nitroxilo se puede oxidar con el ion correspondiente por medios enzimaticos con peroxido de oxfgeno o de hidrogeno como co-sustrato o por la oxidacion catalizada de metal en combinacion con los peracidos, tales como acido peracetico, acido persulfurico (acido de Caro), acido permanganico o hidroperoxido.
Tambien, se describen otros procedimientos oxidativos. La solicitud de patente internacional WO 2006/012691
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describe la generacion de radicales hidroxilo para limpiar las membranas. Este procedimiento es adecuado, en particular, cuando las membranas son de tipo polfmero fluorado y, por tanto, son muy inertes frente a los reactivos qmmicos.
La solicitud de patente internacional WO 03/095078 describe un procedimiento que tambien se basa en la oxidacion, que parece ser muy eficaz cuando se aplica el retrolavado, con el objetivo de convertir los polifenoles. Este procedimiento se basa en la suposicion de que los polifenoles se adhieren, en primer lugar, a la superficie de la membrana y son responsables de la iniciacion de la capa de suciedad. Sin embargo, a partir de los datos presentados, parece que de los productos qmmicos de oxidacion reivindicados, solo el peroxido de hidrogeno con un catalizador de manganeso es eficaz.
El documento GB-A-2169308 se refiere a una composicion de retirada del molde que comprende un peroxido y una sflice amorfa o una sflice coloidal.
El documento US-A-5. 441. 665 se refiere a un procedimiento de limpieza del aparato fotografico que comprende poner en contacto el aparato con una composicion acuosa que contiene un compuesto peroxo.
El documento EP-A-0456272 desvela un agente de limpieza que tiene un contenido de acido cftrico para instalaciones de agua potable en el que el agente de limpieza comprende ademas un compuesto peroxo.
El documento DE-A1-19503060 se refiere un procedimiento para la limpieza de membranas de filtro de cerveza que comprende tratar la membrana con una solucion que contiene enzima acuosa; limpiar con una solucion acida de limpieza; limpiar con un peroxido que contiene la solucion de limpieza alcalina.
El documento US-A1-2006/0237038 desvela un procedimiento de limpieza de un filtro que contiene los residuos de filtracion de bebidas con una solucion que contiene un compuesto de peroxido o un acido hipohaloso en presencia de un metal de transicion por retrolavado.
De acuerdo con la presente invencion, el procedimiento se realiza mediante el uso de una solucion salina peroxidisulfato. En su aspecto mas amplio, la invencion se refiere a un procedimiento para la limpieza de equipos de tratamiento de acuerdo con la reivindicacion 1, comprendiendo dicho procedimiento la etapa de poner en contacto el equipo con una solucion de una solucion salina de peroxidisulfato. La invencion se basa en el efecto sorprendente de que es posible limpiar adecuadamente equipos de tratamiento, por ejemplo, las membranas de filtracion utilizadas durante la produccion de alimentos y agua limpia mediante la exposicion del aparato sucio a una solucion que contiene peroxidisulfato. El material preferido es peroxidisulfato de sodio (Na2S2Os).
Otras realizaciones preferidas se deducen de la divulgacion y de las reivindicaciones restantes.
El peroxidisulfato es conocido para generar radicales y, por lo tanto, se espera que la oxidacion de sustratos organicos sea un procedimiento no selectivo.
Los principales constituyentes de la cerveza son poli- y oligosacaridos, protemas y polifenoles.
Una condicion tfpica es una temperatura elevada que hace que sea posible realizar una etapa de limpieza en un tiempo relativamente corto (< 60 minutos). La concentracion de peroxidisulfato de sodio que se va a utilizar es preferentemente entre 0,00084 mol/l (200 ppm) y 0,0126 mol/l (3. 000 ppm), normalmente entre 0,00021 mol/l (500 ppm) y 0,0105 mol/l (2. 500 ppm), mas preferentemente entre 0,0021 mol/l (500 ppm) y 0,0084 mol/l (2. 000 ppm). El consumo del reactivo se puede supervisar a traves de la titulacion yodometrica y la cantidad de reactivo que se anade puede basarse en esta supervision.
La membrana, despues del tratamiento, se restaura completamente y ningun tratamiento adicional con productos qmmicos es necesario.
A pesar del pH relativamente alto y de la alta temperatura las membranas parecen ser estables. Las expresiones "relativamente alto" y "alto" se refieren a valores que son conocidos para un experto en la materia a los que las membranas se pueden deteriorar.
El procedimiento de la invencion se puede utilizar para la limpieza de filtros de membrana utilizados en la industria de alimentos y piensos y para la purificacion de agua. La produccion de productos lacteos, cerveza, vino, zumos de frutas (manzana, pina, pomelo, naranjas), zumos de verduras y otras bebidas. El equipo incluye tubenas, tubos, dispositivos de mezcla. El tipo de filtro puede ser de cualquier tipo incluyendo aquellos que estan fabricados de PVP, polisulfona, polieter-sulfona y especialmente poliamidas y membranas ceramicas.
El procedimiento de la invencion puede proceder por oxidacion ofreciendo una mejor solubilizacion y/o degradacion de los polisacaridos y protemas. El procedimiento puede realizarse como un procedimiento estatico (por lotes). El tiempo necesario para la limpieza es preferentemente entre 5 minutos y 120 minutos.
Tambien un procedimiento continuo o semi-continuo es posible, donde se hace circular el lfquido a traves del sistema. Despues de limpiar, el adyuvante qmmico se puede eliminar por lavado con un lfquido adecuado, que es
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preferentemente agua.
El compuesto de peroxidisulfato, por ejemplo, un peroxidisulfato de sodio se proporciona como una sal soluble de peroxidisulfato, tal como una sal de sodio, potasio o amonio. El pH debe ser alcalino, a pH > 11. Por lo general, parece que no hay ninguna preferencia explfcita para cualquiera de estos cationes. Si se utiliza peroxidisulfato de sodio, una concentracion adecuada esta en el intervalo que se ha indicado anteriormente.
Ejemplos
General
Las membranas utilizadas son del tipo de fibra hueca, fabricadas de polietersulfona/de tipo PVP; 20 fibras con una longitud de 300 mm se encierran en un modulo, que tiene un area superficial de 0,0235 m2 La cerveza se bombea a traves de las fibras a una presion inicial de 1 bar.
1. Procedimiento de ensuciamiento estandar para membranas
La cerveza con una temperatura de 0 (± 1) °C se filtra a traves de las membranas en un flujo constante de 107 1. m-2. h-1. bar-1 en condiciones de flujo cruzado (velocidad 2 m/s). Este procedimiento se continua hasta que la presion transmembrana es superior a 1,6 bar (por lo general, esto toma 4 horas). Despues del ensuciamiento, el flujo de agua limpia es 7. 500 - 15. 000 1. m-2. h-1. bar-1.
2. Etapas de lavado antes y/o despues de la etapa de limpieza oxidativa (por ejemplo, peroxidisulfato) pueden comprender uno o mas de los siguientes procedimientos:
a. Un retrolavado con agua que consiste en las siguientes etapas de: retrolavar con agua de osmosis inversa durante 20 segundos, seguido por el lavado con una solucion NaOH de 0,01 mol/l durante 180 segundos, y finalmente con agua RO durante 140 segundos
b. Tratamiento alcalino, realizado con una solucion de NaOH con pH 12 y a 60 °C
c. Tratamiento acido, se realiza con acido mtrico con pH 2 durante 10 minutos a temperatura ambiente
d. (Alternativa) tratamiento oxidativo se realiza con peroxido de hidrogeno y NaOH.
El flujo de un modulo de membrana nunca utilizado es de 50. 000 - 55. 000 lm-2. h-1. bar-1.
A continuacion se daran Ejemplos de la invencion, sin limitar el alcance de la misma. La determinacion del flujo de agua limpia en cada Ejemplo, al mismo tiempo forma tambien una etapa de lavado con agua limpia. El valor de pH en los Ejemplos 1, 2 y 4 es de entre pH 11 y 13.
Ejemplo 1 -4. Limpieza con peroxidisulfato/hidroxido de sodio
Una membrana sucia se limpia por retrolavado como se ha descrito anteriormente. Despues, a traves del modulo, se hace circular una solucion que contiene hidroxido de peroxidisulfato y sodio durante 45 minutos. La temperatura de la solucion se mantiene a temperatura elevada. (vease para mas detalles experimentales la Tabla 1). Despues de este procedimiento se retira el modulo y se lava con una solucion alcalina.
La concentracion de peroxidisulfato de sodio utilizada en los experimentos es 1500 ppm (0,0063 mol/l), como una solucion de peroxidisulfato e hidroxido de sodio (concentracion final de 0,0063 mol/litro y 0,1 mol/l, respectivamente). Los resultados de los experimentos se ofrecen en la Tabla 1.
Tabla 1: Resultados de la limpieza de las membranas sucias con peroxidisulfato de sodio e hidroxido de sodio.
Ejemplo
T(°C) Flujo1(limpio) Flujo1(RL)2 Flujo1(alcalino)3 Flujo1 (peroxi-disulfato)4 Flujo1(acido)
1
70 54600 5400 17900 45800 n.a.
2
80 49100 7300 12100 44800 n.a.
3
70 52000 n.m. 2000 31000 31000
4
70 52000 2700 11000 35800 36600
11. m-2. h-1. bar-1 2 Retrolavado 3 Lavado con hidroxido de sodio 4 n.m. = Demasiado bajo para medir; n.a. = no aplica.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Uso de una solucion salina de peroxidisulfato en un procedimiento para la limpieza de equipos de tratamiento que comprende la etapa de poner en contacto el equipo con la solucion salina de peroxidisulfato en el que la sal de peroxidisulfato se utiliza a una concentracion entre 0,000840 mol/l y 0,0126 mol/l y a un valor de pH entre 11 y 14,
    5 en el que dicho equipo de tratamiento es un filtro utilizado en (a) la industria de alimentos y piensos o (b) de purificacion de agua.
  2. 2. Un uso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el procedimiento de limpieza se realiza a una temperatura entre 15 y 95 °C.
  3. 3. Un uso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la sal de peroxidisulfato es peroxidisulfato de sodio o 10 peroxidisulfato de potasio.
  4. 4. Un uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho equipo de tratamiento es un filtro de membrana.
  5. 5. Un uso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho filtro esta fabricado de PVP, polisulfona, polieter- sulfona, poliamidas o materiales ceramicos.
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