IT202200000413A1 - Apparato e metodo per la filtrazione di liquidi - Google Patents

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Description

Descrizione del trovato avente per titolo:
"APPARATO E METODO PER LA FILTRAZIONE DI LIQUIDI"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un apparato e ad un metodo per la filtrazione di liquidi, ad esempio liquidi utilizzati in ambito alimentare, quali vino, birra o simili, ma anche in ambito chimico, farmaceutico, o altro. In particolare, una delle applicazioni principali ? il recupero di prodotti ad elevato valore aggiunto come vino e birra dai fondi di chiarifica e di fermentazione, ma anche altre applicazioni in settori come il lattiero-caseario, la produzione delle alghe, della salsa di soia o altro.
STATO DELLA TECNICA
Esistono apparati di filtrazione liquidi, in cui il prodotto da filtrare ? contenuto allinteno di un serbatoio di alimentazione, normalmente dotato di un agitatore a bassa velocit? per mantenerlo omogeneo e alimentato ad una camera di filtrazione separata da tale serbatoio mediante una pompa volumetrica. Nella camera di filtrazione pu? essere presente un?unit? di filtrazione a flusso tangenziale provvista di una serie di elementi filtranti posti in successione su un albero cavo rotante.
Durante il ciclo di filtrazione, il prodotto viene riciclato continuamente fra il serbatoio di alimentazione e la camera di filtrazione.
Il prodotto filtrato passa attraverso gli elementi filtranti per effetto della pressione che si genera all? interno della camera di filtrazione ed esce attraverso l'albero cavo. Quando si raggiunge la massima concentrazione di solidi, il ciclo viene arrestato e il concentrato finale viene scaricato dal serbatoio.
Il processo di filtrazione pu? prevedere una prima fase di riempimento del serbatoio di alimentazione. Il prodotto viene alimentato al serbatoio fino ad un livello minimo che consente di avviare il processo di filtrazione. Nuovo prodotto pu? essere aggiunto anche durante il processo di filtrazione quando il volume di batch ? superiore al volume del serbatoio.
Successivamente si procede al riempimento dell?apparato di filtrazione. La pompa di alimentazione comincia il riempimento della camera di filtrazione e delle tubazioni di alimentazione e ricircolo del concentrato; quando la camera di filtrazione ? completamente piena, l?unit? di filtrazione entra in funzione ed il permeato comincia a passare attraverso gli elementi filtranti.
Il prodotto viene quindi alimentato continuamente alla camera di filtrazione, il permeato viene estratto dall?unit? di filtrazione ed il concentrato dalla camera di filtrazione viene riciclato al serbatoio di alimentazione. Quando il volume di permeato da estrarre o la concentrazione finale dei solidi ? stato raggiunto, il ciclo di filtrazione si ferma.
Se necessario, per aumentare la percentuale di recupero del prodotto, ? possibile aggiungere acqua al serbatoio di alimentazione per diluire il concentrato e continuare la filtrazione.
Il concentrato residuo all'interno della camera di filtrazione e nel serbatoio viene scaricato. Se necessario, gli elementi filtranti vengono sottoposti ad un processo di risciacquo/lavaggio chimico per ripristinare le prestazioni originali.
La ragione di un continuo ricircolo tra il serbatoio di alimentazione e la camera di filtrazione ? che in questo modo la concentrazione all'interno della camera ? la stessa del prodotto all'interno del serbatoio e quindi il processo di filtrazione si rivela pi? efficace.
Al contrario, se si lavorasse in maniera unidirezionale, ovvero se il prodotto uscisse dalla camera di filtrazione alla massima concentrazione e non venisse ricircolato, la concentrazione all'inteno di detta camera sarebbe sempre la massima possibile e la portata di filtrazione sarebbe al minimo, quindi le concentrazioni dei prodotti nella camera e nel serbatoio sarebbero diverse.
Tali apparati, pur presentando una certa efficienza nel processo di filtrazione, presentano tuttavia alcuni inconvenienti, ad esempio elevati ingombri, una certa complessit? strutturale, dal momento ad esempio che occorre prevedere mezzi e tubazioni che consentano l?invio di liquido da detto serbatoio a detta camera ed il ricircolo di liquido da detta camera a detto serbatoio, quindi tra due ambienti separati.
Inoltre, ulteriori problemi degli apparati noti sono che il processo posto in atto spesso ? troppo discontinuo, si presentano difficolt? di recupero del prodotto residuo di filtrazione, ovvero il concentrato, ed ha scarsa adattabilit? a diverse tipologie di processo e di liquidi da filtrare.
Esiste pertanto la necessit? di perfezionare un apparato ed un metodo di filtrazione che possano superare almeno uno degli inconvenienti della tecnica nota.
In particolare, uno scopo del presente trovato ? quello di realizzare un apparato di filtrazione che sia efficace e che abbia un ingombro decisamente ridotto rispetto agli apparati di filtrazione noti.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di realizzare un apparato di filtrazione strutturalmente semplice e nel quale venga evitato l?utilizzo di una camera di filtrazione esterna al serbatoio di contenimento del liquido da filtrare e quindi venga eliminata la necessit? di prevedere tubazioni e mezzi di invio del liquido dal serbatoio ad una camera di filtrazione esterna e di ricircolo dalla camera al serbatoio.
Un altro scopo del presente trovato ? quello di realizzare un apparato di filtrazione in cui le principali operazioni di filtrazione e concentrazione possano essere effettuate sostanzialmente all? interno della stessa unit? operativa.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? inoltre quello di realizzare un apparato di filtrazione provvisto di un?unit? di filtrazione, in particolare a flusso tangenziale, che lavora sottovuoto, ovvero senza la necessit? di generare una certa pressione all?interno della camera di filtrazione.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di mettere a punto un efficace e semplice metodo di filtrazione di liquidi.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato ? espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell?idea di soluzione principale.
In accordo con i suddetti scopi, un apparato secondo il trovato per la filtrazione di liquidi comprende almeno un serbatoio di contenimento di un liquido da filtrare ed un?unit? di filtrazione provvista di una pluralit? di elementi filtranti solidali e collegati fluidicamente ad un albero rotante e cavo, al cui interno fluisce il permeato ottenuto mediante filtrazione del liquido attraverso tale pluralit? di elementi filtranti.
Secondo un aspetto caratteristico del trovato, tale unit? di filtrazione ? posizionata in detto serbatoio e tale albero ? associato ad almeno una pompa di estrazione del permeato.
Grazie al fatto che l?unit? di filtrazione ? integrata nel serbatoio, il presente apparato di filtrazione ? estremamente efficace, flessibile nelle modalit? di utilizzo e ha un ingombro decisamente ridotto rispetto agli apparati di filtrazione noti.
Viene pertanto evitato l?utilizzo di una camera di filtrazione esterna al serbatoio di contenimento del liquido da filtrare e quindi viene eliminata la necessit? di prevedere tubazioni e mezzi di invio del liquido dal serbatoio ad una camera di filtrazione esterna e di ricircolo dalla camera al serbatoio. Le operazioni di filtrazione e concentrazione vengono effettuate all? interno della stessa unit? operativa.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tale unit? di filtrazione ? a flusso tangenziale.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tale unit? di filtrazione ? posizionata in prossimit? del fondo di tale serbatoio.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tali elementi filtranti sono collegati fluidicamente ad una camicia anulare ricavata in tale unit? di filtrazione e collegata fluidicamente con un canale ricavato in tale albero. Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tali elementi filtranti sono membrane ceramiche configurate per effettuare micro o ultrafiltrazioni.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tale apparato comprende almeno una linea di ricircolo del permeato all?intemo del serbatoio.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tale linea di ricircolo viene alimentata mediante tale pompa di estrazione del permeato.
In un ulteriore aspetto del trovato, tale apparato comprende inoltre almeno una linea di ricircolo del concentrato all?intemo del serbatoio. Per altro aspetto del trovato, tale apparato comprende almeno una linea di alimentazione di almeno un fluido inertizzante al serbatoio.
Un ulteriore oggetto del trovato ? un metodo di filtrazione di liquidi, comprendente l?introduzione di un liquido da filtrare all? interno di un serbatoio nel quale ? alloggiata un?unit? di filtrazione, provvista di una pluralit? di elementi filtranti solidali e collegati fluidicamente ad un albero rotante e cavo, la filtrazione di tale liquido a seguito della rotazione di tale albero e quindi di tale unit? di filtrazione ed il passaggio del liquido da tali elementi filtranti all? interno di tale albero, l?estrazione del permeato dall? interno di tale albero mediante almeno una pompa di estrazione.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, tale metodo comprende almeno una fase di diafiltrazione.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno chiari dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la f?g. 1 ? una vista schematica di un apparato di filtrazione di liquidi secondo il presente trovato;
- la fig. 2 ? una vista in sezione longitudinale di una parte di un?unit? di filtrazione prevista nel presente apparato.
Si precisa che nella presente descrizione la fraseologia e la terminologia utilizzata, nonch? le figure dei disegni allegati anche per come descritti hanno la sola funzione di illustrare e spiegare meglio il presente trovato avendo una funzione esemplificativa non limitativa del trovato stesso, essendo l?ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente combinati o incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE
Si far? ora riferimento nel dettaglio alle possibili forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o pi? esempi sono illustrati nelle figure allegate a titolo esemplificativo non limitativo. Anche la fraseologia e terminologia qui utilizzata ? a fini esemplificativi non limitativi.
Con riferimento ai disegni allegati, si veda ad esempio fig. 1, un apparato 10 di filtrazione di liquidi comprende almeno un serbatoio 11 di contenimento di un liquido da filtrare ed un?unit? di filtrazione 12 provvista di una pluralit? di elementi filtranti 15, solidali e collegati fluidicamente ad un albero 16 rotante e cavo, al cui interno fluisce il permeato ottenuto mediante filtrazione del liquido attraverso detta pluralit? di elementi filtranti 15.
Tale unit? di filtrazione 12 ? posizionata all? interno di tale serbatoio 11 e tale albero 16 ? associato ad almeno una pompa 13 di estrazione del permeato. La pompa 13 ? quindi configurata per estrarre il permeato dall?albero 16 e quindi dall?unit? di filtrazione 12.
L?unit? di filtrazione 12 pu? essere posta in rotazione attorno ad un asse X mediante un opportuno dispositivo di azionamento 36, quale un motore elettrico o simile, collegato all?albero 16.
Detta unit? di filtrazione 12 ? preferibilmente posizionata in prossimit? del fondo di detto serbatoio 11, in modo che l?apparato 10 possa funzionare anche con un limitato livello di liquido da trattare.
L?apparato 10 comprende una linea 17 di alimentazione del liquido da trattare nel serbatoio 11, ad esempio un liquido alimentare quale vino, birra o un liquido utilizzato nel settore lattiero-caseario, nella produzione di alghe, di salsa di soia o altro, o ancora un liquido utilizzato in campo chimico, farmaceutico o altro. Si pu? prevedere ad esempio che l ingresso di tale linea 17 sia posizionato in prossimit? della parete superiore del serbatoio 11, in modo che il liquido scenda per gravit? verso l?unit? di filtrazione 12.
L?apparato 10 comprende inoltre una linea 18 di ingresso di un fluido inertizzante, quale azoto, anidride carbonica o altro. Tale linea 18 viene utilizzata per inertizzare il serbatoio 11 quando non ? in funzione per effettuare le operazioni di filtrazione mediante l?unit? di filtrazione 12 integrata.
Tale linea 18 comprende una valvola 19 di erogazione del fluido inertizzante, un riduttore di pressione 20 con eventuale filtro ed un indicatore di pressione 21.
L?apparato 10 comprende una linea 22 di estrazione del permeato da tale unit? di filtrazione 12 ed in particolare dall?albero 16, mediante detta pompa 13. A monte di detta pompa 13 ? posizionato un indicatore di pressione 23, mentre a valle della stessa ? posizionato un flussimetro 24. Tale linea 22 pu? comprendere inoltre una valvola 25, posta a valle della pompa 13 ed utilizzata ad esempio per consentire l invio del permeato verso un relativo serbatoio di raccolta, non illustrato.
Il permeato pu? essere anche inviato nuovamente al serbatoio 11, ad esempio per effettuarne il lavaggio interno, mediante una linea 26 di ricircolo. Tale linea 26 prevede una valvola 27 posta a valle della pompa 13, che quindi oltre che effettuare l?estrazione del permeato viene utilizzata anche per il suo ricircolo.
L?apparato 10 comprende una linea 28 di estrazione del concentrato da una zona di fondo del serbatoio 11. Il concentrato pu? essere inviato ad un serbatoio di raccolta, mediante l?apertura di una valvola 29. Tale concentrato pu? essere anche ricircolato all?interno del serbatoio 11, ad esempio per effettuarne il lavaggio interno, mediante una linea 30 di ricircolo, provvista di una pompa 31 a monte della quale ? prevista una valvola 32. Il concentrato viene inviato sulla parte superiore del serbatoio 11 e da qui viene erogato all? interno dello stesso mediante uno o pi? erogatori 33, ad esempio erogatori a sfera provvisti di opportuni ugelli di erogazione o altro.
L?apparato 10 comprende inoltre una serie di sensori, ad esempio un sensore di livello 34, un sensore di temperatura 35 o altri, ad esempio un sensore di torbidit? posto ad esempio sulla linea 22 del permeato.
Gli elementi filtranti 15, si veda f?g. 2, sono collegati fluidicamente ad una camicia anulare 37, ricavata in detta unit? di filtrazione 12 e collegata fluidicamente con un canale 38 ricavato in detto albero 16. In particolare, la camicia anulare 37 ? collegata a tale canale 38 mediante una serie di condotti 39. Il percorso del liquido dall?esteno all?inteno dell?unit? di filtrazione 12, quindi dagli elementi filtranti 15 al canale 38, ? indicato dalle frecce. Sostanzialmente, il liquido da filtrare scorre tangenzialmente rispetto alle superfici 40 e 41 poste su facce opposte di ciascuno degli elementi filtranti 15. Pertanto, l?unit? di filtrazione 12 ? in particolare a flusso tangenziale.
Tra gli elementi filtranti 15 e l?albero 16 sono previsti elementi di tenuta 14, quali guarnizioni o-ring simili, in modo da evitare indesiderate fuoriuscite di liquido dall?unit? di filtrazione 12.
Tali elementi filtranti 15 possono essere membrane ceramiche sostanzialmente a forma di disco poste in successione lungo l?albero 16.
Tali elementi filtranti 15 possono consentire microfiltrazioni o ultrafiltrazioni, quindi anche filtrazioni di particelle di dimensioni inferiori a 1 ?m.
Nel presente apparato 10, il liquido da filtrare viene caricato aH?intemo del serbatoio 11 fino al livello desiderato, quindi l?unit? di filtrazione 12 viene posta in rotazione in modo che gli elementi filtranti 15 ruotino allinteno del liquido attorno all?asse X. Il liquido attraversa quindi da entrambi i lati gli elementi filtranti 15 e viene convogliato nella camicia anulare 37, dalla quale passa al canale 38. Il liquido filtrato, ovvero il permeato, viene estratto dalla pompa 13 e quindi inviato alla linea 22.
Durante un determinato ciclo di filtrazione, pu? essere aggiunto liquido da filtrare attraverso la linea 17, in modo da garantire continuit? di processo.
Quando il volume di permeato da estrarre o la concentrazione finale dei solidi ? stato raggiunto, il ciclo di filtrazione pu? essere arrestato. Come visto, ? possibile prevedere, al termine del ciclo di filtrazione, una fase di lavaggio mediante la linea 26 di ricircolo del permeato e/o mediante la linea 30 di ricircolo del concentrato.
Un?ulteriore modalit? operativa del presente apparato 10 pu? prevedere almeno una fase di diafiltrazione. Tale fase di diafiltrazione viene portata a termine aggiungendo acqua demineralizzata, ad esempio dalla linea 17 dalla quale viene introdotto il liquido da filtrare o mediante un condotto dedicato. Mediante tale diafiltrazione ? possibile purificare il concentrato da sostanze solubili che vengono portate via dall?acqua che passa tra gli elementi filtranti 15 oppure recuperare altro prodotto solubile nel permeato.
In sostanza, mediante tale diafiltrazione, ? possibile aumentare la percentuale di recupero del prodotto, aggiungendo acqua al serbatoio 11 di alimentazione per diluire il concentrato e continuare la filtrazione. Grazie al fatto che l?unit? di filtrazione 12 ? integrata nel serbatoio 11, il presente apparato 10 ? estremamente efficace, flessibile nelle modalit? di utilizzo e ha un ingombro decisamente ridotto rispetto agli apparati di filtrazione noti.
Viene pertanto evitato l?utilizzo di una camera di filtrazione esterna al serbatoio 11 e quindi viene eliminata la necessit? di prevedere tubazioni e mezzi di invio del liquido dal serbatoio 11 ad una camera di filtrazione esterna e di ricircolo dalla camera al serbatoio. Le operazioni di filtrazione e concentrazione vengono effettuate all? interno della stessa unit? operativa.
Mediante il presente apparato 10 ? inoltre possibile ottenere fattori di concentrazione elevati anche con volumi di carica ridotti.
Il presente apparato 10 ? inoltre facilmente adattabile a diverse tipologie di filtrazione, in quanto ad esempio ? estremamente semplice adattare il numero di elementi filtranti 15 alle specifiche esigenze di filtrazione ed eventualmente anche adattare il volume del serbatoio 11. Nel presente apparato 10 ? inoltre possibile procedere alle operazioni di filtrazione anche se gli elementi filtranti 15 non sono completamente ricoperti dal liquido da filtrare, in quanto l uniformit? della filtrazione viene garantita dalla rotazione dell?unit? di filtrazione 12.
? possibile utilizzare una pompa 13 di estrazione del prodotto filtrato, ovvero del permeato, di dimensioni notevolmente inferiori rispetto alle pompe di alimentazione del prodotto normalmente utilizzate negli apparati di filtrazione noti. Tale pompa 13 pu? avere dimensioni dell?ordine di 5-10 volte inferiori ad una pompa di alimentazione nota. La potenza installata nell?apparato 10 risulta quindi inferiore rispetto agli apparati noti, quindi di costi, oltre che gli ingombri, sono inferiori.
L?apparato 10 ? inoltre facilmente svuotabile e nel complesso ? strutturalmente molto pi? semplice rispetto agli apparati di filtrazione noti.
? chiaro che all?apparato ed al metodo fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall?ambito del presente trovato come definito dalle rivendicazioni.
? anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, un esperto del ramo potr? realizzare altre forme equivalenti di apparato di filtrazione di liquidi, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell?ambito di protezione da esse definito.
Nelle rivendicazioni che seguono, i riferimenti tra parentesi hanno il solo scopo di facilitarne la lettura e non devono essere considerati come fattori limitativi dell?ambito di protezione definito dalle rivendicazioni stesse.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI
1. Apparato (10) di filtrazione liquidi, comprendente almeno un serbatoio (11) di contenimento di un liquido da filtrare ed un?unit? di filtrazione (12) provvista di una pluralit? di elementi filtranti (15) solidali e collegati fluidicamente ad un albero (16) rotante e cavo, al cui interno fluisce il permeato ottenuto mediante filtrazione del liquido attraverso detta pluralit? di elementi filtranti (15), caratterizzato dal fatto che detta unit? di filtrazione (12) ? posizionata in detto serbatoio (11) e detto albero (16) ? associato ad almeno una pompa (13) di estrazione del permeato.
2. Apparato (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unit? di filtrazione (12) ? a flusso tangenziale.
3. Apparato (10) secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta unit? di filtrazione (12) ? posizionata in prossimit? del fondo di detto serbatoio (11).
4. Apparato (10) secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detti elementi filtranti (15) sono collegati fluidicamente ad una camicia anulare (37) ricavata in detta unit? di filtrazione (12) e collegata fluidicamente con un canale (38) ricavato in detto albero (16).
5. Apparato (10) secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detti elementi filtranti (15) sono membrane ceramiche configurate per effettuare micro o ultrafiltrazioni.
6. Apparato (10) secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una linea (26) di ricircolo del permeato all?interno del serbatoio (11).
7. Apparato (10) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta linea (26) viene alimentata mediante detta pompa (13) di estrazione del permeato.
8. Apparato (10) secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una linea (30) di ricircolo del concentrato all?interno del serbatoio (1 1).
9. Apparato (10) secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una linea (18) di alimentazione di almeno un fluido inertizzante a detto serbatoio (11).
10. Metodo di filtrazione di liquidi, comprendente l?introduzione di un liquido da filtrare all?interno di un serbatoio (11) nel quale ? alloggiata un?unit? di filtrazione (12), provvista di una pluralit? di elementi filtranti (15) solidali e collegati fluidicamente ad un albero (16) rotante e cavo, la filtrazione di detto liquido a seguito della rotazione di detto albero (16) e quindi di detta unit? di filtrazione (12) ed il passaggio del liquido da detti elementi filtranti (15) all?interno di detto albero (16), l?estrazione del permeato dall?interno di detto albero (16) mediante almeno una pompa (13) di estrazione.
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una fase di diafiltrazione.
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