JP2009520580A - 濾過設備の始動方法および本方法に対応して始動できるように設計された濾過設備 - Google Patents

Abstract

プロセス液体の濾過用の濾過設備のその洗浄後の始動方法、およびこの方法に従って始動できるように構成された濾過設備について記載されている。設備の始動時、後処理装置に連結された二次液体供給ユニットにより、例えば滅菌水などの流れが後処理装置にもたらされ、その結果、後処理装置をいつでも運転可能な状態に保持することができる。この後、プロセス液体が、濾過装置へと導かれ、二次液体供給ユニットから後処理装置への液体の流れは、濾過されたプロセス液体の流れが得られたときに遮断され、その後、このプロセス液体は、二次液体供給ユニットからの液体と置き換わる。

Description

本発明は、食品業界、薬品業界、化学業界および他の関連分野においてプロセス液体を処理するための濾過設備を濾過設備の洗浄後に始動させる方法、および本方法に従って始動できるように構成された濾過設備に関する。

フィルタを通る液体部分、すなわち透過物、またはフィルタによって保持される液体部分、すなわち未透過物のいずれかを使用するためにプロセス液体を濾過によって処理することは、数多くの業界から周知である。食品業界では、例えば乳製品およびビールの製造においてそのような処理設備および濾過設備が利用されている。

特に知られているものは、牛乳を処理する濾過設備であり、ここでは、最終製品の品質を長く維持するという目的で、細菌および胞子が、プロセス液体、すなわち牛乳から除去される。

しかし、フィルタ膜の汚染は回避することはできず、濾過設備の定期洗浄が必要となり、必然的に運転停止が伴う。通常、フィルタ自体に加えて、プロセス液体の前処理および／または後処理のための他の装置を備える濾過設備の洗浄後の始動においては、多くの設備では、正常な運転状態になるために、液体の一定の流れが例えば低温殺菌設備および他のスルーフロー設備（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｆｌｏｗ ｐｌａｎｔ）などの設備内に存在しなければならない。したがって、濾過設備は、プロセス液体が設備内に導かれる前に中性液体、例えば滅菌水などで設備内をフラッシングされ、また、設備を出る液体がもはや処理されたプロセス液体と中性液の混合物でなくなるまでに一定の時間がかかることにより、プロセス液体の損失のみならず設備の運転時間の損失も生じ、それらの損失はいずれも非常に考慮すべきことであり得る。
ＵＳ６，３７５，０１４ ＵＳ５，６７９，７８０

したがって、本発明の１つの目的は、こうした欠点が低減される濾過設備の始動方法を提供し、この方法に従って始動できるように構成された濾過設備を提供することである。

濾過プロセスでは、いわゆるクロス・フロー濾過がしばしば利用されており、このクロス・フロー濾過では、フィルタの未透過物側のプロセス液体が、膜の表面に平行なチャネル内を通って高流量で再循環され、それにより、この流量および乱流が、プロセス液体の保持された部分、すなわち未透過物中に懸濁状態で保たれている、プロセス流体からのより大きな粒子による膜の表面の閉塞を防ぐ。

牛乳のマイクロ濾過では、０．１〜１０μｍ（または０．０５〜１０μｍ）の範囲の孔サイズを備えた膜、よってマイクロという名の膜が利用される。この膜は、特定の物理的サイズの粒子のみを通過させるので、その機能は、特定の懸濁粒子をプロセス液体の残りから分離させることである。

未透過物側で再循環させると、未透過物と新しく導入されたプロセス液体の間で非常に過度な混合が生じ、クロス・フロー濾過装置を備えた濾過設備の始動における上述の欠点は考慮すべきことであるため、本発明の他の目的は、クロス・フロー濾過装置を備えた濾過設備との使用方法を提供することである。

本発明による方法は、二次液体供給ユニット、例えば濾過設備の下流側に配置された後処理装置に連結される液体容器を備えた濾過設備を提供することにより、また、設備の始動時、後処理装置を運転可能状態に保つことができるように、二次液体供給ユニットから後処理装置にかけて中性液体、好ましくは滅菌水の流れをもたらすことにより、上述の欠点が低減される。その後、プロセス液体が、濾過設備に導かれ、二次液体供給ユニットから後処理装置への液体の流れは、濾過されたプロセス液体の流れが得られたときに遮断され、その後、プロセス液体は、二次液体供給ユニットからの液体と置き換わる。

本明細書により、後処理装置における運転状態を維持することを可能にするために、濾過装置への充填中、前記装置内に液体の連続的な流れを有する必要はもはや無く、また、中性液体とプロセス液体間の混合をごく少量まで低減することができ、その結果、設備の運転停止時間が短縮されプロセス液体の無駄が低減されることが達成される。

本明細書では、本発明は、プロセス液体、特に牛乳などの食品製造用の液体の濾過用の濾過設備の始動方法を提供し、この設備は、プロセス液体の供給装置、濾過装置、および後処理装置、すなわち特に殺菌装置などのスルーフロー装置を備え、濾過装置は、供給装置からのプロセス液体の流れを処理し、濾過されたプロセス液体の流れを後処理装置に送り込むように構成され、さらにこの設備は、後処理装置に連結された二次側液体装置を備え、その方法は、
液体、好ましくは滅菌水の流れを二次液体供給ユニットから後処理装置に供給するステップと、
プロセス液体の流れを濾過設備に供給するステップと、
濾過されたプロセス液体の、所定の基準を満たす流れが達成されたときに二次液体供給ユニットから後処理装置への液体の流れを遮断し、その代わりに濾過されたプロセス液体の流れを後処理装置に導くステップとを含む。

本発明による方法は、さもなければ中性液体とプロセス液体の過度な混合をもたらしたであろう未透過物側の液体の再循環がここで回避されるので、濾過設備がクロス・フロー濾過、特にマイクロ濾過用の装置を備える場合に特に有利である。

特別な実施形態では、濾過設備は、マイクロ濾過に適したものであり、０．０５μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、最も好ましくは１μｍ〜２μｍの孔サイズを有する。

また、クロス・フロー濾過用の装置が、膜の全体を実質的に横切る均一な膜透過流束を有するように準備されるのも好ましい実施形態である。

膜の汚染は、マイクロ濾過の適用性を低下させる主な要因である。汚染の程度は、膜の洗浄頻度、寿命、および必要な膜領域を左右し、濾過プロセスのコスト、設計、運転に大きく影響する。汚染がいかに早く生じるかを管理する重要な要素は、チャネルの長手方向、すなわち膜透過流束の未透過物の流れ方向における均一度、すなわち膜の単位面積あたりの透過物の流れの均一度である。チャネル内のプロセス液体の圧力は、未透過物側の入口から出口方向にかけて低下するので、その結果、膜透過圧力も対応して低下する。膜の透過物側において膜透過が均一であり、圧力が均一であると、フィルタ内のチャネルの入口端近傍の膜は素速く閉塞され、ここでは未透過物圧力が高く膜透過流束もそれに伴って高くなるために、その圧力が未透過物中の粒子を膜内へと押しやりこれを閉塞し、その結果、濾過設備の必要な洗浄間の間隔が短くなる。これが、例えば、ＵＳ６，３７５，０１４に記載される膜を使用することが好まれる理由であり、このＵＳ６，３７５，０１４では、膜モジュールの外側に、未透過物側の入口から出口方向に厚さが小さくなるマクロ多孔性の層が備えられ、その厚さは、全体の透過性が、透過膜を通る均一な流束をもたらし、チャネル中の流れに誘発された圧力の降下の影響に対抗するようにして適合されている。

ＵＳ５，６７９，７８０は、圧力の対応する降下が、チャネル内の膜の内側に沿うのと同様にその外側に沿って達成されるスピードで、透過物を膜に沿って再循環させることによって膜透過の流束差を防ぐ別の方法を記載しており、それにより、膜透過の圧力差が、濾過チャネルの長手方向、すなわち未透過物側の主要な流れ方向においてより均一になる。

膜がほぼ均一な膜透過流束を有すると、始動時の透過物の再循環は必要でなくなり、それによってさらなる混合を抑止することができる。さらに、膜の汚染を抑止するために均一な膜透過流束を達成するのに透過物側に必要とされる液体の再循環は行われないため、濾過設備の透過物側は、設備の始動時、設備にプロセス液体の流れが供給される前にほぼ液体を排水することが可能になる。

濾過設備の未透過物側が、濾過設備の始動時、プロセス液体の流れが設備に供給される前にほぼ液体が排水されること、および／または濾過設備の透過物側が、始動時、プロセス液体の流れが設備に供給される前にほぼ液体が排水されることは、さらなる利点である。また、濾過設備から排水された液体が、二次液体供給ユニットの部分を形成する容器へと導かれ、それにより、濾過設備の始動時に液体を再利用できることも有利である。

最終的には、濾過設備は、始動前に濾過設備から後処理装置へと流れる液体、好ましくは滅菌水の流れで設備内を連続的にフラッシングされ、前記方法は、液体の前記流れを濾過装置周辺の短絡連結を通るように導くステップを含み、その結果、濾過装置が排水されている間、後処理装置を通る液体のこの流れが維持されるようになることは、有利な実施形態である。

最終的には、本発明は、プロセス液体の濾過用の濾過設備であって、前記設備が、プロセス液体の供給装置、濾過装置、および後処理装置を備え、濾過装置が、供給装置からのプロセス液体の流れを処理し、濾過されたプロセス液体の流れを後処理装置、後処理装置に連結された二次液体供給ユニットに導くように構成され、また、濾過設備が、上述の方法に従った濾過設備の始動を制御するように構成された制御装置も備える、装置に関する。
以下において、添付の図面を参照して本発明を説明する。

図１は、プロセス液体の濾過用の濾過装置を備え、本発明の好ましい実施形態に従って設備の洗浄およびその後の始動のための特別な構成を有する、設備を示す。設備は、プロセス液体用の入口管１および滅菌水用の入口管９を備え、入口管１、９は共に、バルブ８を介して前処理装置２へと通じており、次に前処理装置２は、バルブ１２および管片３を介して濾過ユニット４の入口側に連結され、濾過ユニット４の出口側は、管片５およびバルブ１７を介して後処理装置６の入口側に連結されている。後処理装置６の出口側は、バブル１０を介して後処理されたプロセス液体用の出口管７および設備からの他の液体の排水用の第２の出口管１１に連結される。設備はまた、バルブ１２および１７と滅菌水用の容器１５の形の二次液体供給ユニットを連結する短絡１３を備え、二次液体供給ユニットの入口側は、濾過ユニット４の液体排水１４に連結され、出口側は、バルブ１７に連結される。

正常運転中、設備には、プロセス液体、好ましくは例えば牛乳またはビールでもよい液状の食品が供給され、管片１を介して設備に送り込まれる。プロセス液体は、バルブ８を介して、例えばプロセス液体を均質化するための装置でよい前処理装置２へと、さらにバルブ１２および管片３を介して濾過ユニット４に送り込まれ、この濾過ユニット４は、好ましくは、例えば細菌および胞子などの除去のためのマイクロ濾過などのクロス・フロー濾過用の装置でよい。濾過されたプロセス液体の一部、好ましくは濾過プロセスからの透過物、あるいは未透過物が濾過ユニット４から管５およびバルブ１７を介して、例えば低温殺菌用の装置でよい後処理装置６に送り込まれ、最終的には、後処理されたプロセス液体は、バルブ１０を介してさらに設備から出て、例えばその後のパッケージングまたは処理のために管７を流れる。

前処理装置２、濾過ユニット４、および後処理装置６は、スルーフロータイプ、すなわち、装置２、４、６を流れるプロセス液体がバッチ処理ではなく連続的に処理されるものが好ましく、それにより、設備を通るプロセス液体の連続的な流れを達成することができる。

通常運転では、設備は、特に濾過ユニット４内の沈殿物のため、通常はプロセス液体を伴う運転の６〜１４時間後といった一定間隔で洗浄しなければならない。洗浄は、複数の異なる方法で実施することができ、通常は、設備内を滅菌水によってフラッシングすることで完了する。滅菌水は、入口管９から入り、プロセス液体用のプロセス経路に沿って、すなわち前処理装置２を通り、濾過ユニット４を超えて後処理装置６に送り込まれる。

設備がプロセス液体の処理を伴う通常運転に切り替わるまで、例えば、後処理装置６内の低温殺菌装置などのスルーフロー装置が、液体の流れ、圧力、温度などに対して運転可能になり、処理用のプロセス液体を受けることができるように、滅菌水による設備内フラッシングが継続される。流れが不連続になると、すぐに運転可能な状態になることができず、その期間が短くても長くても始動シーケンスが必要となるので、スルーフロー装置を通る液体の連続的な流れが存在することが、こうしたスルーフロー装置にとっては重要である。

プロセス液体の処理へ切り替えは、設備の運転を制御する制御装置（図示せず）を用いてバルブ１２および１７を切り替えることによって濾過ユニット４周辺の滅菌水を代わりに短絡１３を通るように導くことによって開始され、その結果、前処理装置２からの液体は、短絡１３を通って後処理装置６に導かれるようになる。その後、滅菌水は、濾過ユニットから、少なくともフィルタの未透過物側から容器１５へと排水される。濾過ユニット４のタイプによっては、特に、膜透過圧力が、フィルタの透過物側の液体の流れを必要とすることなく、フィルタの長手方向にわたって未透過物の入口から出口方向にほぼ一定である、クロス・フロー・フィルタの好ましいタイプを利用する場合は、透過物側から水を排水することができる。滅菌水が短絡１３内で連続的に流れることにより、流れは後処理装置６内でも変わらず維持され、それによって後処理装置６は、運転可能な状態が維持され、濾過ユニット４が運転状態になるとすぐに濾過されたプロセス液体を受け取り処理できる状態になる。

バルブ８を入口で切り替えることにより、その後、プロセス液体を、入口管９からの滅菌水の代わりに入口管１から設備に導くことができる。前処理装置２は、スルーフロータイプのものであるため、プロセス液体は、２種の液体を大量に混合することなく、滅菌水を前処理装置２から押し出す。プロセス液体が前処理装置２内に到達し、設備の制御設備に連結された設備内の一連のセンサによって監視されるバルブ１２に進むと、バルブ１２は、前処理装置２からの液体の流れが短絡１３を通る代わりに濾過装置４へと導かれるように切り替えられる。後処理装置６を運転可能に維持するために、バルブ１７は、滅菌水が、容器１５から管片１６を通って後処理装置６へと導かれ、最終的にはバルブ１０を介して設備を出て、排水、例えば水の回収および再利用のために出口管１１を流れるように切り替わる。

濾過ユニット４が、運転可能状態であり、濾過されたプロセス液体の適切な流れを後処理装置６に送ることができるとき、バルブ１７は、濾過されたプロセス液体が濾過ユニット４から管５を通って後処理装置６へ、そしてバルブ１０を介して設備から出て排水のために出口管１１内へと導かれるように切り替わる。滅菌水とプロセス液体のこの混合物は、汚水処理設備または再処理装置へと導かれ、その結果、プロセス液体の少なくとも一部を再生し使用することができるようになる。制御設備に連結された設備のセンサが、完全に処理されたプロセス液体が適切な品質のものであると指示してから、バルブ１０は、完全に処理されたプロセス液体が、例えばその後のパッケージングまたは処理のために出口管７を通るように導かれるように切り替わる。

プロセス液体の処理のための設備の概略図である。

Claims (10)

1. プロセス液体の濾過用の濾過設備を始動させる方法であって、前記設備が、前記プロセス液体の供給装置、濾過装置、および後処理装置を備え、前記濾過装置が、前記供給装置からのプロセス液体の流れを処理するように構成され、濾過されたプロセス液体の流れを前記後処理装置へと送り、さらに前記設備は、前記後処理装置に連結された二次液体供給ユニットを備え、前記方法が、
   液体、好ましくは滅菌水の流れを前記二次液体供給ユニットから前記濾過装置に供給するステップと、
   プロセス液体の流れを前記濾過装置に供給するステップと、
   濾過されたプロセス液体の、所定の基準を満たす流れが達成されたときに前記二次液体供給ユニットから前記後処理装置への液体の前記流れを遮断し、その代わりに濾過されたプロセス液体の前記流れを前記後処理装置に導くステップとを含む、方法。
2. 前記濾過装置が、クロス・フロー濾過用の装置を備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記濾過装置が、マイクロ濾過用の装置を備える、請求項１または２に記載の方法。
4. マイクロ濾過用の前記装置が、０．０５μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、最も好ましくは１μｍ〜２μｍの孔サイズを有する、請求項３に記載の方法。
5. クロス・フロー濾過が、膜全体を実質的に横切るほぼ均一な膜透過流束が存在するために、前記プロセス液体が未透過物側をそれに沿って流れる前記膜を横切って起こる、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記濾過装置の未透過物側が、前記設備の始動時、前記濾過装置にプロセス液体の流れが供給される前に液体がほぼ排水される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記濾過装置の透過物側が、前記設備の始動時、前記濾過装置にプロセス液体の流れが供給される前に液体がほぼ排水される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記濾過装置から排水された前記液体が、前記二次液体供給ユニットの一部を形成する容器へと導かれる、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記濾過設備の始動前、前記濾過装置が、前記濾過装置から前記後処理装置に流れる液体、好ましくは滅菌水の流れによって装置内を連続的にフラッシングされ、前記方法が、液体の前記流れを前記濾過装置周辺の短絡連結を通るように導くステップであって、それによって前記後処理装置を通る液体のこの流れが、前記濾過装置が排水されている間維持される、導くステップを含む、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. プロセス液体の濾過用の濾過設備であって、前記設備が、前記プロセス液体の供給装置、濾過装置、および後処理装置を備え、前記濾過装置が、前記供給装置からのプロセス液体の流れを処理し、濾過されたプロセス液体の流れを前記後処理装置に導くように構成され、さらに前記設備は、前記後処理装置に連結された二次液体供給ユニットを備え、前記濾過設備は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の前記濾過設備の始動を制御するように構成された制御設備をさらに備える、濾過設備。

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