JPH10503127A - 流動性の媒体から液体を分離するための十字流−濾過方法およびこの方法を実施するためのプラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可能な限り高い湿潤沈殿物割合に保持物質を精密濾過（限外−／精密濾過）により濃縮するために、保持物質にガス媒体を混合する。この目的のため、タンク（６）内に保持物質水準（１４）の上方に開いている供給導管（１３）、保持物質内に多孔性のリング（１７）或いは単純な導管接続部（１９，２０，２８，２９）が提案されている。保持物質の粘度の意図した低下が達せられるので、一連の例えば、保持物質−循環のためのエネルギーの節約、濾過モジュールの長い連鎖或いはパスによる経済的なプラントおよび高い固形分が得られる下での直接濾過によるプレスプラントの節約が達せられる。

Description

【発明の詳細な説明】 流動性の媒体から液体を分離するための十字流−濾過方法 およびこの方法を実施するためのプラント 本発明は、分離される部分を含有している濾過すべき物質流が保持物質(Reten tat)として多孔性の膜を備えた少なくとも一つのモジュールを通過させられかつ 濾過物質が分離される様式の、流動性の媒体から液体を分離するための十字流− 濾過方法並びにこの方法を実施するためのプラントに関する。 ヨーロッパ特許公報第０ ４２７ ０９９号（出願人：Ｗ．ミュラー氏）から 既にこのような方法が知られている。この方法は、、保持物質の所定の濃縮度を 作業信頼性をもってかつ容易に調節すると言う課題を解決している。濾過すべき 物質流が、接線方向で溢流が行なわれる膜を備えた精密濾過モジュールを、濃縮 物が連続的に供給および排出される循環系で加圧下に流通されこの精密濾過方法 は、保持物質流内の速度と圧力損失の測定の下に作業が行なわれる。この測定の 値から、凝固沈殿物濃度が算出され。基準値と異なっている場合、濃縮物−排出 が調節される。 限外濾過としてのこのような膜濾過或いは精密濾過にあっては、保持物質を濃 縮工程中に可能な限り高い湿潤沈殿物割合(Nasstrubanteil)に濃縮することを目 的としている。これにより、保持物質の次に行なわれる乾燥および破棄処理に要 する経費が低減される。保持物質の濃縮の達せられる度合いは本質的に、この保 持物質が使用されたプラントの膜モジュールによりなおどの程度の粘度にまでに もたらすことができるかに依存している。高い粘度を達するために従来、各々の シリーズ（各々のパス(Pass)）毎のモジュール数を少なく、および膜における保 持物質の溢流速度を低く抑えることがなされて来た。しかし、一パス（一流通） 当たりのモジュール数の低減はプラントの効率を低減させ、従ってその経済性を も悪化させる。 こう言ったことから、本発明の根底をなす課題は、公知の方法およびプラント に比してより多量の液体の分離および残渣中のより高い湿潤沈殿物割合の達成を 可能にする、流動性の媒体から液体を分離するための方法およびプラントを提供 することである。 この課題は本発明により、冒頭に記載した様式の方法において、保持物質にガ ス状の媒体を添加することによって解決される。この方法の色々な合目的な実施 例は請求の範囲の各項から伺える。同様に濾過プラントによりこのような方法を 有利に実施するための装置も請求の範囲に記載した。 本発明によるプラントを使用した試験により、一連続パス当たり通常の数の濾 過モジュールの倍の数の濾過モジュールの数を使用することにより、９５％の湿 潤沈殿物割合に濃縮することが可能であると言う結果が得られた。これは、比較 的高い湿潤沈殿物割合が達せられるにもかかわらず、空気の混合により保持物質 の粘度が低下することに帰される。この新しい方法により、シリーズにおいて一 パス当たり比較的大多数の濾過モジュールの使用が可能となり、従って経済的な プラントの構成が可能となる。保持物質内の湿潤沈殿物割合が高いことにより、 後乾燥の際のエネルギーの節約が達せられる。保持物質の粘度の低下により付加 的に膜の摩耗の低減が達せられる。上記の利点は、パス方法を適用することなく 、自体公知の膜装置により果実源汁を搾る際に、源汁をすべての固形成分と共に 直接十字流−濾過方法により濾過した際にも達せられる。 本発明の実施例を以下の記載および添付図面を基として詳説する。 第１図は、空気を媒体に混合するための異なったプラントを備えた、媒体から 液体を分離するための本発明による装置の概略図、 第２図はバッチタンク中の保持物質の表面における空気の混合を示す図、 第３図は孔が穿孔されている管体による導管での保持物質への空気の混合を示 す図、 第４図はシリーズで相前後して接続されているモジュールにおける濾過モジュ ールの浸透側からの保持物質への空気の混合を示す図、 第５図から第１３図は第１図によるプラント内での媒体にガスの混合するため の装置の図。 第１図は、保持物質から透過物質を分離するための多孔性の膜２を備えた自体 公知の様式のモジュール１を示している。保持物質は液状および非液状の成分を 含んでおり、この成分は導管３を経てモジュール１に供給される。モジュール１ 内で、保持物質は膜２を十字流方法でこの膜の表面に対して横方向で流去し、そ の際液状の成分は、矢印４で示したように、膜の孔を通して流れ、透過物質とし て導出される。 保持物質のための重要な適用例として、搾られる果実源汁或いは脱水された廃 水スラッジがあげられるが、清澄にされる果実ジュースも該当する。公知のこの ような濾過プラントはこのようなモジュール１の多数を有しており、これらのモ ジュールは同時に平行にかついわゆるパスの様式でシリーズとして接続されてお り、これにより濾過効率が増大し、かつ保持物質内の残余液体の割合が低減され る。 第１図に示したように、保持物質は導管３とモジュール１とを介して保持物質 循環系で案内されている。この保持物質循環系内に、保持物質が液状の媒体とし て供給導管５とバッチタンク６とを介して達する。いわゆるバッチ作業により、 バッチタンク６には分離されるべき媒体であるチヤージ物或いは“バッチ物”に より充填され、バッチ物は引続き行なわれる濾過作業の際、所望の脱水度或いは 湿潤沈殿物割合が達せられるまで、保持物質循環系内に放置される。その後始め て、保持物質が導管７と絞り２２とを介して循環系から除去され、その際供給導 管５を介して保持物質循環系を洗浄するために洗浄液が導入される。 保持物質は自体公知の方法によりバッチタンク６から給送ポンプ８の制御の下 に流量計９および静圧混合機１０とを経て導管３とモジュール１内に達する。給 送ポンプ８としては全ての容量測定の下に給送作用を行うポンプが適しており、 このポンプは公知のように小室、揺動軸、歯車或いはピストンにより送り作業を 行う。保持物質はモジュール１から他の導管１１を通り、他の混合機１２を経て 再びバッチタンク６に供給され、これで保持物質循環は終了する。この保持物質 循環系内の流量を調節するために、自体公知の方法で調節段２４が設けられてい る。この調節段はサーボ弁２３を介してモジュール１の入口における圧力を、給 送ポンプ８を介して流量計９の測定信号に依存した液体速度を調節する。この調 節段２４は、モジュール１の入口における粘度ゾンデ２５の信号とモジュール１ の入口と出口における二つの圧力ゾンデの信号とに依存して方法工程の経過を制 御するか或いは調節する。液体速度、保持物質の粘度と圧力の上記の値は濃縮に より変化し、従って調節が必要である。 循環系内での保持物質の給送能を改善するために、図１に示したように、ガス 、特に空気、を保持物質に混合するための装置が設けられている。戻し導管１１ はバッチタンク６内で保持物質の水準１４の上方の一定の高さ位置で開口１３で もって終わっている。この開口１３からは保持物質が水準１４上に落下し、図２ に詳細に示したように、流入縁部において高い速度が発生した際、バッチタンク ６から空気或いは窒素を媒体内に引入れる。安定した作業を確保するために、バ ッチタンク６に水準センサ２５が設けられ、これにより水準１４が一定に保持さ れる。 図面から、バッチタンク６の直径が小さく、バッチタンク６内の水準１４の高 さが僅かである場合に、バッチタンク６内において保持物質が自由に落下するよ うにした際ガスの混合が特に有効に行なわれる。保持物質内に給送される気泡の 浮遊速度は気泡の大きさおよび保持物質の粘度によって定まる。 この気泡がバッチタンク６と給送ポンプ８との間の結合導管１８内に達するよ うにするには、保持物質の流動速度を下方に向かって、この気泡の浮遊速度より も大きくしなければならない。タンク直径と水準高さに関する上記の条件にあっ ては、特に一気吸込み−流れが保持物質内において高い流動速度で形成され、従 ってこの一気吸込み−流れは気泡を有効に導管１８内に引込む。従って、バッチ タンク６の下方帯域内において、空気導入のためには、速い下方への流動の領域 内における、開いている導管で十分である。この場所に篩管等を設ける必要はな い。 図１に示されているように、バッチタンク６は閉じられている様式で構成され ている。従って、水準１４上のガス雰囲気の組成物を選択することが可能である 。この組成物は混合されるガスを補充するための新鮮ガス用供給部１６により決 定される。ガスを混合するための他の装置として、バッチタンク６内の保持物質 内で、表面水準１４の下方で、外部ガス供給部を備えた多孔性のリング１７が設 けられている。ガスは容易に導管１９を経てバッチタンク６と給送ポンプ８との 間の結合導管１８内に、或いは戻し導管１１内に導管２８と２９を経て混合され る。導管２０と調節段２４により制御される弁２１を経ての類似のガス供給は、 流量計９と静的混合装置１０間で行なわれる。 導管１９，２０，２８，２９を経てのガスの簡単な混合は、保持物質の均一化 のために混合装置１０と１２の使用を有利にし、これにより均一な低減された粘 度が達せられる。このような混合装置は、既に保持物質循環系内へのガスの混合 の際に、例えば保持物質導管内において穿孔を備えた管体、焼結管、膜或いはベ ンチュリーノズルを使用することにより、配分による均一化が行なわれているよ うに配慮されている場合は必要としない。 図３には、例として図１に示した導管１１内において穿孔を備えた管体２８′ として形成されている導管２８を介してこの導管１１内への空気３０の混合を示 した。穿孔３１は、管体２８′内において、矢印３２で示したように、保持物質 流とは反対側に面した側に設けられている。 既に述べたように、工業用の濾過プラントはシリーズの様式で多数の濾過モジ ュールを備えている。ただ四つのモジュール４１，４１′のみのこのような様式 のシリーズは例えば図４に示した。シリーズ４１，４１′は、図１に示したモジ ュール１の代わりに、保持物質のための供給導管３と排出導管１１との間に間挿 されている。各々のモジュール４１，４１′は保持物質のための排出導管４４， ４４′を備えており、この導出導管は透過物捕集導管４４″に統合されている。 モジュールの一つ、適当なのはシリーズの第一のモジュール４１′は、濾過膜（ 図１の２）の透過物側から導管４４′を介して加圧下に導入されるガスを混合す るために有利に使用することが可能である。この場合、この導管４４′は二つの 遮断弁４５，４６で透過物捕集導管４４″から分離されており、図４に示すガス 供給部４７と結合されている。 遮断弁４５，４６を操作することにより、ガス供給部４７を遮断し、モジュー ル４１′を通常の濾過機能で運転することが可能となる。モジュール４１′の濾 過膜により保持物質へのガスの混合は、膜開口が微細にかつ均一に配分されて形 成されているので、保持物質内に特別均一なガス配分が達せられる。 図５から図１３には、図１によるバッチタンク６内でのガス混合のための装置 の実施の形態を示した。図５から図９による実施の形態にあっては、開かれてい るバッチタンク６′が使用されており、従ってガスとして空気が周囲から混入さ れる。図５に示したように、保持物質−戻し導管１１はバッチタンク６′内の保 持物質水準１４の上方の洗浄頭部５０で終わっている。この洗浄頭部５０からの 流出により、保持物質−部分流は高速となり、水準面１４上に衝突した際所望の 量の空気が引込まれる。 図６による実施の形態により、洗浄頭部は保持物質−戻し導管１１の出口にお ける衝突板６０で置換えられており、図７の実施の形態にあっては機械的に運動 する部分を備えた分配装置７０で置換えられている。これらの実施の形態にあっ ては、空気の保持物質への混合は、既に保持物質水準１４の上方で行なわれてい る。ここにおいては高い衝突速度は達せられない。 図８は、図１における多孔性のリング１７と同様に、焼結板８０が空気混合の ための膜として、保持物質水準１４の下方に設けられている。図９による装置に あっては、保持物質−戻し導管１１はバッチタンク６′内の保持物質水準１４の 上方のその終端の手前で膜９０を備えており、この膜を通して空気が加圧下に混 合される。この膜９０は精密濾過−モジュール或いは焼結管として設けられてい る。 図１０は保持物質水準１４の上方にガスを供給するための循環ポンプ１０２を 備えた独自の保持物質循環系１０１を有している、閉じられたバッチタンク６を 示している。この場合、保持物質−戻し導管１１は保持物質水準１４の下方でタ ンク６内の保持物質と連通されている。 図１１は、タンク６が閉じられているが、保持物質は保持物質−戻し導管１１ を介して一列の自由導管端部１１０に配分される。ここから流出する保持物質は 水準１４の上方に存在しているガスを保持物質流内に取込む。図１２は、図１１ におけると同様な作用を有する装置を示しているが、この実施の形態にあっては ただ導管１１から来る保持物質は閉じられているバッチタンク６内で有孔板１２ ０上方で捕集され、この有孔板は保持物質をその下方に存在しているガス室内に 分配する。 図１３も、閉じられたバッチタンク６を示しており、このバッチタンクはその 内に高速回転により作業を行うための攪拌機１３０を備えている。この攪拌機１ ３０の攪拌機構は保持物質水準１４の上方のガスを下方へと保持物質内に同時に 引込み、そこでガスを均一に配分し、保持物質が導管１８を介して循環系に更に 案内されるようにする。 保持物質の粘度の課題となっている低下以外に、本発明による保持物質へのガ スの混合は他の利点を有している。液化された果実源汁或いは圧搾された果実ジ ュース内で、後混濁に対する安定性を改善するためのフエノールをタンク内に混 入した空気或いは混入した酸素により酸化させることが知られている。この目的 のため本発明による方法を適用した場合、この作用は適当なガスの混合と配分と により、著しく生じる。 更に、モジュール１内における濾過効率が改善される。何故なら、粘度の低下 が膜表面における透過物質流の剪断力に好都合な作用を行うからである。保持物 質の高い濃縮度以外に、粘性の少ない保持物質の循環作業が低減されることによ り、膜摩耗の僅かとなることにより、および経済的な濾過プラントを使用するこ とが可能であると言うことによりエネルギーの節約が達せられる。何故なら、大 多数の濾過モジュールをシリーズで運転し粘性の少ない保持物質を処理すること ができるからである。 果実源汁圧搾における公知のプレス方法を行わなくて済む。何故なら、この源 汁がその中にどんな固形分が含有されていても直接十字流方法で濾過することが できるからである。空気混合物が十分に微細に配分されている場合、保持物質は 殆ど泡状の状態となる。しかし、配分を断念し、ガス状の媒体を保持物質流に循 環ポンプで簡単に時間的な中断を繰り返して添加した際、この作業だけで既に改 善が達せられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．分離される部分を含有している濾過すべき物質流が保持物質として多孔性の 膜（２）を備えた少なくとも一つのモジュール（１，１４）を通過させられかつ 濾過物質が分離される様式の、流動性の媒体から液体を分離するための十字流− 濾過方法において、保持物質にガス状の媒体を混合することを特徴とする方法。 ２．保持物質にガス状の媒体として空気、窒素或いは酸素を混合することを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．保持物質を装置内で循環系によりおよびガスバッチ作業方法によりバッチタ ンク（６）に戻し、ガス状の媒体をこの保持物質にバッチタンク（６）内で、膜 モジュール（１，４１）への供給流（３）で或いは保持物質−戻し流（１１）に より混合することを特徴とする請求の範囲第１項或いは第２項に記載の方法。 ４．混合されるガス状の媒体の量を保持物質の濃度或いは粘度或いは膜モジュー ル（１，４１）におけるその圧力降下に依存して調節することを特徴とする請求 の範囲第１項から第３項までのいずれか一つに記載の方法。 ５．ガス状の媒体を、保持物質の粘度が所定の値を超過した場合にのみ保持物質 に混合することを特徴とする第４項に記載の方法。 ６．ガス状の媒体を保持物質に、その大きさがミリメートルの範囲の或いはそれ 以下である気泡の形で混合することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項ま でのいずれか一つに記載の方法。 ７．保持物質をポンプ（８）により導管（３）を介して膜モジュール（１，４１ ）に供給すること、およびガス状の媒体を保持物質流にポンプ（８）により、供 給導管（３）の直径以下の大きさの気泡が生じるように混合することを特徴とす る請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載の方法。 ８．保持物質をポンプ（８）により導管（３）を介して膜モジュール（１，４１ ）に供給すること、およびガス状の媒体を保持物質流にポンプ（８）により、時 間的に中断を繰返して混合することを特徴とする請求の範囲第１項から第７項ま でのいずれか一つに記載の方法。 ９．保持物質を、バッチタンク（６）に戻す際に可能な限り大きな速度で既にタ ンク（６）内に存在している保持物質の表面（１４）に衝突するようにして、ガ ス状の媒体を保持物質にバッチタンク（６）内で混合することを特徴とする請求 の範囲第３項に記載の方法。 １０．バッチタンク（６）内での保持物質の表面（１４）までの充填高さをバッ チタンク（６）の直径よりも小さく維持することを特徴とする請求の範囲第９項 に記載の方法。 １１．保持物質循環系内の流動速度を、ガス状の媒体の単位時間当たり保持物質 に混合される平均量に依存して変更することを特徴とする請求の範囲第３項、第 ４項或いは第６項から第１０項までのいずれか一つに記載の方法。 １２．流動速度を保持物質の給送量により、膜モジュール（１，４１）を経る保 持物質循環系内の圧力勾配或いは第一のモジュールにおける入口圧力が一定でに 留まるように変更することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。 １３．濾過すべき物質流を相前後して接続されている多孔性の膜を備えたモジュ ール（１，４１）のシリーズを経て流通させること、シリーズの第一の或いは最 後のモジュール（４１′）のいずれか一つ内にガスを濾過側から超加圧により膜 を通して保持物質に混合することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 １４．接線方向で溢流可能な多孔性の膜（２）および濾過すべき媒体を保持物質 として濾過モジュール（１，４１）にポンプ（８）により供給するための供給導 管（３）を備えた、少なくとも一つの濾過モジュール（１，４１）を有する請求 の範囲第１項から第１３項のいずれか一つに記載の方法を実施するための装置に おいて、ガス状の媒体を濾過すべき媒体に混合するための装置（１３，１７，１ ９，２０）が設けられていることを特徴とするプラント。 １５．その濾過限界に従って精密濾過、限外濾過、ナノ濾過（超精密濾過）或い は逆浸透の様式で使用される膜（２）を備えている濾過モジュール（１，４１） が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のプラント。 １６．装置が混合を行うためにガス状の媒体のための接続部（２８）を備えてい る孔が穿孔されている管体（２８′）、焼結管（１７）、膜（９０）或いはベン チュリーノズルを保持物質のための導管（１１）内に備えていることを特徴とす る請求の範囲第１４項或いは第１５項に記載のプラント。 １７．混合（２０，２９）するための装置に続いて、保持物質のための導管（３ ，１１）内に均質化装置或いは静的或いは運動可能な混合装置（１０，１２）が 設けられていることを特徴とする請求の範囲第１４項或いは第１５項に記載のプ ラント。 １８．混合（２０）するための装置がガス供給導管を備えており、このガス供給 導管内に供給されたガスの量のための調節部材（２１）が設けられていることを 特徴とする請求の範囲第１４項或いは第１５項に記載のプラント。 １９．供給されたガスの量のための調節部材（２１）が、粘度（２５）、圧力（ ２６，２７）或いは流量（９）を測定するための装置と作用結合していることを 特徴とする請求の範囲第１８項に記載のプラント。 ２０．濾過すべき媒体のためのバッチタンク（６，６′）およびこのバッチタン ク（６，６′）内の濾過すべき媒体の表面（１４）下でガス状の媒体を混合する ために設けられている開かれている導管、焼結板或いは膜（８０）が設けられて いることを特徴とする請求の範囲第１４項或いは第１５項に記載のプラント。 ２１．その直径がその最高充填高さよりも著しく小さく、かつ下端部に保持物質 −流出のための開口を備えているバッチタンク（６，６′）が設けられているこ と、およびガス−混合のための端部が開かれている導管が設けられており、この 導管の開口がバッチタンク（６，６′）内の濾過すべき媒体の表面（１４）下方 で、下方帯域内の保持物質−流出が行なわれる速い下方への流れの領域内に設け られていることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載のプラント。 ２２．その導管（３，１１）が混合されるべきガス状の媒体を供給するための少 なくとも一つの接続部（１９，２８，２９）を備えている保持物質循環系が設け られていることを特徴とする請求の範囲第１４項或いは第１５項に記載のプラン ト。 ２３．保持物質循環系が設けられており、この保持物質循環系がその内に濾過す べき媒体のためのバッチタンク（６，６′）を備えており、その際保持物質のた めの戻し導管（１１）の端部（１３）がバッチタンク（６，６′）内で保持物質 水準（１４）の上方において、保持物質が戻し導管（１１）から直接保持物質水 準（１４）の上に衝突するように設けられていることを特徴とする請求の範囲第 １４項或いは第１５項に記載のプラント。 ２４．保持物質循環系が設けられており、この保持物質循環系がその内に濾過す べき媒体のためのバッチタンク（６，６′）を備えており、その際保持物質のた めの戻し導管（１１）の端部がバッチタンク（６，６′）内で保持物質水準（１ ４）の上方に設けられていること、並びにノズル、洗浄頭部（５０）、衝突板（ ６０）、機械的に駆動される噴霧装置（７０）が、多腕の分配装置（１１０）が 或いはタンク（６）内に有孔底部（１２０）が設けられており、これらが保持物 質水準（１４）の上方に存在しているガスを濾過すべき媒体に混合するための保 持物質導管（１１）の出口に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１４ 項或いは第１５項に記載のプラント。