NL1028247C2 - Inrichting en werkwijze voor het filtreren van vloeistof. - Google Patents

Description

Titel: Inrichting en werkwijze voor het filtreren van vloeistof

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het filtreren van vloeistof.

Uit de Franse octrooiaanvrage No. 2 576 805 is cross-flow vloeistoffilterinrichting bekend die gebruik maakt van een microzeef. Een 5 microzeef heeft microscopische poriën met een diameter van de orde van grootte van een micrometer, waarmee bijvoorbeeld micro-organismen, kunnen worden tegengehouden terwijl vloeistofmoleculen de microzeef normaal kunnen passeren. Microzeven zijn bijvoorbeeld bekend uit Europese octrooiaanvrage No. 728034.

10 Bij het filtreren door een microzeef met der gelijke kleine poriën wordt gebruik gemaakt van zogenaamde "cross-flow” filtratie, waarbij de vloeistof langs het aanvoeroppervlak van de microzeef gepompt wordt, waarbij slechts een deel van de vloeistof gezuiverd door de poriën wegstroomt. De rest van de vloeistof (normaal gesproken het grootste deel) 15 wordt over het algemeen op gevangen en opnieuw langs de microzeef gepompt.

In praktijk blijken microzeven met dergelijke kleine poriën snel verstopt te raken. Op het aanvoeroppervlak van de microzeef, aan de kant van de ongezeefde vloeistof, vormt zich een residulaag, zoals bijvoorbeeld 20 een slijmlaag. Om een voldoende opbrengst aan gefiltreerde vloeistof te krijgen moet de residulaag telkens minstens ten dele verwijderd worden. Een bekende techniek om dit te bereiken is het tijdelijk omkeren van de stroomrichting door de microzeef, om zodoende de residulaag van het aanvoeroppervlak van de microzeef af te drukken.

25 De Franse octrooiaanvrage No. 2 576 805 beschrijft onder andere dat dit kan worden gerealiseerd door middel van een afsluitklep stroomopwaarts van de microzeef. Daarmee kan de aanvoer van vloeistof tijdelijk onderbroken worden, waardoor de druk aan de aanvoerzijde van de 1028247 2 microzeef terugvalt, wat leidt tot een drukomkeer over de microzeef. Dit leidt weer tot reiniging van de microzeef. In een gerelateerde aanvrage van de huidige aanvraagster (NL 1025284), die ten tijde van indiening van de huidige aanvrage nog niet gepubliceerd was wordt ook een filterinrichting 5 beschreven waarin de stroom stroomopwaarts wordt afgesloten.

De omkering van de stroomrichting door de microzeef kan ook bewerkstelligd worden door het verhogen van de druk aan de afvoerzijde van de microzeef of door verlaging van de druk aan de aanvoerzijde. Bekende uitvoeringen van technieken om dit te realiseren blijken echter 10 niet bevredigend te werken. Zo kan de vloeistofdruk op het afvoeroppervlak van de microzeef bijvoorbeeld verhoogd worden door met een zuiger het volume van een ruimte aangrenzend aan het afvoeroppervlak te comprimeren. De zuiger moet dan stroomafwaarts van de microzeef heen en weer worden bewogen, dat wil zeggen in de ruimte voor "schone" vloeistof.

15 Het reinigen van deze zuiger wordt zodoende een probleem op zich.

De vloeistofdruk op het aanvoeroppervlak van de microzeef kan verlaagd worden door de druk te verlagen aan de "vuile kant", dwz. aan de ruimte aangrenzend aan het aanvoeroppervlak. Deze techniek ligt voor de hand bij fïltreerinrichtingen waarin al de vloeistof door de zeef loopt, wat 20 mogelijk is bij gebruik van zeven met grovere poriën dan een microzeef. In dat geval volstaat het om aan het aanvoerkanaal te zuigen. In het geval dat slechts een fractie van de vloeistofstroom door de zeef gaat en de rest langs de zeef stroomt door een kanaal, is deze techniek bewerkelijk omdat voor het zuigen een aan twee kanten afgesloten ruimte in het kanaal nodig is.

25 Zodoende is vrij veel tijd nodig om te kunnen zuigen. Ook wordt de normale stroming van de vloeistof langs het aanvoeroppervlak een tijd lang onmogelijk. Na een dergelijke verstoring is over het algemeen enige tijdsduur nodig voordat de normale stroming langs het oppervlak weer hersteld is. De residulaag moet echter in veel gevallen vrij frequent 30 verwijderd worden om nog enige opbrengst te krijgen. Een lange 1028247 3 herstelperiode leidt zodoende tot een lage efficiëntie van het filtreerproces. Ook bestaat het risico dat de residulaag zich al weer herstelt voordat de normale stroming weer hersteld is, waardoor geen materiaal van de residulaag wordt afgevoerd en/of geen vloeistof door de poriën kan stromen 5 voordat de residulaag terug is.

Hoewel een permanente cross-flow de problemen van residuvorming tegengaat is voor de cross-flow filtratie een grote pompcapaciteit nodig in verhouding tot de hoeveelheid gefilterde vloeistof, doordat slechts een deel van de te filteren vloeistof per passage door het filter als schone vloeistof 10 wordt afgevoerd. Bij het filteren van vloeistoffen die voor wrijvingskrachten gevoelige bestanddelen bevatten, zoals o.a. micro organismen, is het gebruik van een zware pomp en/of de veelvuldige passage door een dergelijke pomp ongunstig vanwege het verhoogde risico dat delen van de vloeistof beschadigd raken, dan wel van aard veranderen. Er zijn bijzondere en 15 relatief dure pompen nodig om deze kans te verkleinen.

Het is, onder andere, een doel van de uitvinding om te voorzien in een verhoging van de opbrengst van filtratie door een microzeef.

Het is onder andere een doel van de uitvinding om beschadiging 20 en/of verandering van de ongefilterde vloeistof tegen te gaan.

Het is onder andere een alternatief doel van de uitvinding om de benodigde pompcapaciteit bij het filteren te reduceren.

Het is onder meer een alternatief doel van de uitvinding om een versterkt reinigingseffect te realiseren.

25 De uitvinding voorziet in een inrichting volgens conclusie 1 en een werkwijze volgens conclusie 8. Volgens de uitvinding wordt tijdens het filterproces een filterfase, waarin er een drukval is van de aanvoerzijde van de microzeef naar de afvoerzijde, onderbroken door van omkeerfase, waarin het teken van de drukval omkeert. De omkeerfase wordt tot stand gebracht 30 door tijdelijk een (versterkte) cross-flow langs de microzeef toe te laten.

1 028 2 47 4

Daartoe wordt herhaald tijdens het filterproces stroomafwaarts van de microzeef een volledige of gedeeltelijke obstructie van de cross-flow verwijderd of verminderd.

Dit leidt tot een grotere drukval vanaf het aanvoervat naar de 5 microzeef. De inrichting is zo uitgevoerd dat daardoor de drukval van de aanvoerzijde van de microzeef naar de afvoerzijde van de microzeef van teken omkeert.

Op deze wijze gaat de omkering van het teken samen met een toename van de cross-flow (bijvoorkeur vanuit een situatie waar er 10 nagenoeg geen cross-flow is), waardoor een verhoogd reinigingseffect optreedt: materiaal wordt van de microzeef afgedrukt en de (verhoogde) cross-flow neemt dit materiaal mee. Zodoende blijkt een hoge opbrengst mogelijk terwijl vaak gereinigd kan worden. Filtreren met periodieke onderbrekingsfrequenties van meer dan 1 Hz, of meer dan 5 Hz tot zelfs 15 boven de 50Hz zijn haalbaar. De inrichting voert deze onderbreking bijvoorkeur automatisch uit, bijvoorbeeld periodiek met een instelbare frequentie.

De grootte van de bereikte drukval over de microzeef in de omkeerfase is bijvoorkeur ongeveer gelijk aan de drukval in de fïlterfase, 20 maar de uitvinding is hier niet toe beperkt: ook drukvallen van verschillende groottes kunnen inde filterfase en de omkeerfase gebruikt worden, zolang de richting van de drukval (het teken) maar omkeert. De grootte wordt bijvoorkeur dynamisch bepaald, door de cross-flow weer te laten afnemen (bijvoorkeur stop te zetten) voordat zich statisch een druk 25 heeft ingesteld aan het aanvoeroppervlak. Dit heeft het voordeel dat de drukomkeer snel gerealiseerd kan worden.

In een uitvoeringsvorm wordt de omkeerfase gerealiseerd door het openen van een klep aan de afvoerzijde van de cross-flow van een microzeef. Na sluiten van de klep neemt de druk weer snel toe tot het oorspronkelijke 1028247 5 niveau en ontstaat weer de situatie waarbij een deel van de vloeistof door de microzeef stroomt.

In een .uitvoeringsvorm wordt parallel aan de klep voorzien in een bypasskanaal. Dit heeft het voordeel dat ook tijdens afsluiting van de klep 5 een cross-flow gehandhaafd wordt. Bijvoorkeur wordt in het bypass kanaal een stroomregel-element opgenomen, zoals een regelkraan, in het cross-flow circuit geplaatst voor het instellen van de cross-flow stroomsterkte en de drukopbouw over de microzeef.

Bijvoorkeur wordt de benodigde drukval gedurende de filterfase 10 gerealiseerd door drukken in respectievelijk een aanvoervat en een afvoervat voor de vloeistof te regelen, waarbij deze drukken gehandhaafd blijven tijdens de filterfase zowel als de drukomkeer-fase. De . stroomvariaties zorgen voor modulatie van de druk bij de microzeef, die wordt aangedreven door de drukken in de vaten. Hoewel ook een 15 vloeistofpomp in de aanvoerleiding tussen het aanvoervat en de microzeef gebruikt zou kunnen worden om de benodigde druk in het cross-flow kanaal op te bouwen, is het voordelig om hiervoor geen vloeistofpomp te gebruiken door gebruik te maken van de druk in het aanvoervat. In dat geval is geen pomp nodig in de aanvoerleiding tussen het aanvoervat en de microzeef om 20 de benodigde drukval op te bouwen. Dit vermindert het risico van verandering of beschadiging van de vloeistof.

In een uitvoeringsvorm wordt voorzien in een hulpvat voor het opvangen van vloeistof die niet door de microzeef gestroomd is. Ook dit hulpvat wordt bijvoorkeur onder een geregelde druk gehouden. Zodoende is 25 geen pomp nodig in de afvoerleiding tussen de microzeef en het hulpvat om de cross-flow tot stand te brengen. Dit vermindert het risico van verandering of beschadiging van de vloeistof.

Vloeistof uit het hulpvat wordt bijvoorkeur opnieuw naar de microzeef gecirculeerd. In een eerste uitvoeringsvorm gebeurt dit door 30 vloeistof van het hulpvat via een aparte verbinding terug te pompen naar 1028247 6 het aanvoervat. Daarvoor is een pomp met een veel kleinere capaciteit nodig dan nodig zou zijn voor het permanent handhaven van een cross-flow.

In een andere uitvoeringsvorm gebeurt dit door de rol van het aanvoervat en het hulpvat telkens om te wisselen. Om de stroomvariaties 5 daarbij telkens stroomafwaarts uit te voeren worden daartoe in een uitvoeringvorm tussen de microzeef en zowel het hulpvat en het aanvoervat stroomreductie-elementen aangebracht. In een verdere uitvoeringsvorm vormen deze stroomreductie elementen afsluitingen, waarmee de gehele stroom van de microzeef naar het betrokken vat (het hulpvat of het 10 aanvoervat, als dit als hulpvat functioneert) wordt afgesloten. Bij het openen van de afsluiting ontstaat een cross-flow, terwijl de drukval over de microzeef wordt omgekeerd waardoor reiniging van de residulaag op de microzeef ontstaat. Na sluiting van de klep hervat de filtratie.

In een andere uitvoeringsvorm worden één of meer kleppen gebruikt 15 om de aansluitingen van het hulpvat en het aanvoervat naar het vloeistofcircuit met het stroomreductie element en de microzeef om te wisselen, zodat in beide richtingen van éénzelfde dynamische afsluiter gebruik gemaakt kan worden.

20 Deze en andere doelstellingen en voordelen van de uitvinding zullen worden beschreven aan de hand van de figuren waarin een aantal uitvoeringsvormen bij wijze van voorbeeld getoond worden.

Figuur 1 toont een fïltreercircuit 25 Figuren 2-4 tonen filtreercircuits

Figuren 5a-c tonen een afsluiter

Figuur 1 toont een fïltreercircuit voorzien van een aanvoervat 100, een pomp 102, een filtereenheid 104 een dynamische afsluitklep 106, een 30 regelkraan 108 en een afvoervat 109. Aanvoervat 100 heeft een uitgang die 1 0282.4 7 7 aan pomp 102 gekoppeld is. Filtereenheid 104 bevat een aanvoerkamer 104b en een afvoerkamer 104c met daartussen een microzeef 104a. Hoewel slechts één microzeef 104a schematisch getoond wordt, zal het duidelijk zijn dat de microzeef in praktijk in een complexe assemblage gemonteerd zal 5 zijn, onder andere om de microzeef te behoeden tegen breuk. Ook kan een veeltal microzeven in parallel of in serie opgenomen worden.

Afvoerkamer 104c is aan afvoervat 109 gekoppeld. Aan aanvoerkamer 104b aan verschillende zijden van aanvoerkamer 104b een invoer en een uitvoer aangebracht, zodat vloeistof die van de invoer naar de 10 uitvoer stroomt langs het oppervlak van microzeef 104a stroomt. Pomp 102 heeft een uitgang die aan de invoer van aanvoerkamer 104b is gekoppeld.

De uitvoer is via regelkraan 108 aan aanvoervat 100 gekoppeld.

Dynamische afsluitklep 106 is parallel aan regelkraan 108 geschakeld.

In bedrijf pompt pomp 102 vloeistof onder druk naar aanvoerkamer 15 104b. Dynamische afsluitklep 106 wordt periodiek open en dichtgeschakeld.

De druk in afvoervat 109 en/of de pompkracht van pomp 102 wordt geregeld zodat de druk in afvoerkamer 104c lager is dan in aanvoerkamer 104b wanneer dynamische afsluitklep 106 dicht is (of tenminste tijdelijk nadat dynamische afsluitklep 106 afgesloten wordt). De druk is echter zodanig dat 20 de druk in afvoerkamer 104c hoger is dan in aanvoerkamer 104b wanneer dynamische afsluitklep 106 open is (of tenminste tijdelijk nadat dynamische afsluitklep 106 geopend wordt).

De preciese waarde van de druk in afvoervat 109 en de sterkte van pomp 102 die hiervoor nodig zijn hangen af van de dimensies van het 25 filtreercircuit, met name van de drukval die over de verschillende leidingen optreedt wanneer er vloeistof doorheen stroomt. De benodigde druk en pompsterkte kan eenvoudig gekozen worden door de druk aan weerskanten van microzeef 104a als functie van de tijd te meten bij verschillende pompsnelheden en/of drukinstellingen afvoervat 109. Desgewenst kan met 1 028 247 8 regelkraan 108 de druk in aanvoerkamer 104b bij afgesloten dynamische afsluitklep 106 bijgesteld worden.

Door het periodiek open en dichtschakelen van dynamische afsluitklep 106 wordt zodoende een periodieke drukomkeer over microzeef 5 104a gerealiseerd, waarmee dichtslibben van de microzeef voorkomen wordt. Dynamische afsluitklep 106 en/of regelkraan 108 zorgen tevens voor terugvoer van ongefilterde vloeistof naar aanvoervat 100. In een uitvoeringsvorm wordt regelkraan zo uitgevoerd dat de verhouding tussen de stroom naar opslagvat bij geopende afsluitklep 106 en de stroom bij 10 gesloten afsluitklep 106 instelbaar is tussen de 1.1 en 2, en bijvoorkeur tenminste tussen 1.1 en 1.5.

De frequentie waarmee dynamische afsluitklep 106 wordt open en dichtgeschakeld ligt bij voorkeur in een bereik van 0.3 tot 50 Hz en nog meer bijvoorkeur tussen 0.3 tot 10 Hz. De duur van de afsluiting ligt bijvoorkeur 15 in een bereik van 50% tot 90% van de periode tussen opeenvolgende afsluitingen. Het is gebleken dat de gepulste cross-flow die zodoende ontstaat een effectieve reiniging van de microzeef mogelijk maakt.

Voor het verkrijgen van de gewenste frequentie en duur wordt dynamische afsluitklep 106 bijvoorkeur electronisch gestuurd, bijvoorbeeld 20 door een besturingscomputer (niet getoond). De besturingscomputer is bijvoorkeur ingericht om afsluitklep 106 automatisch te openen. In een uitvoeringsvorm gebeurt dit in response op metingen aan de opbrengst. Maar bijvoor keur kiest de besturingscomputer niet elk tijdstip van openen van afsluitklep 106 direct in response op detectie van teruglopende 25 opbrengst. In plaats daarvan opent de besturingscomputer afsluitklep 106 bijvoorbeeld periodiek. Zodoende kan afsluitklep 106 ook al geschakeld worden als de opbrengst nog niet sterk is teruggelopen, om vervuiling te voorkomen. Ook als de openingstijdstippen van afsluitklep 106 opbrengstonafhankelijk gekozen worden kan de besturingscomputer 30 geprogrammeerd zijn om de frequentie van die tijdstippen in een 1028247 9 terugvoerlus aan te passen aan de hand van meetgegevens over van een gemiddelde opbrengst. De schakelfrequentie kan echter ook vast ingesteld worden.

Zodoende vormt het openschakelen van dynamische afsluitklep dus 5 een integraal onderdeel van het filterproces en geen uitzonderingstoestand die incidenteel, bijvoorbeeld eens per uur of eens per dag wordt uitgevoerd. Een filterfase van het filterproces, waarin er een drukval is van de aanvoerzijde van de microzeef naar de afvoerzijde, wordt met een hoge frequentie onderbroken door een omkeerfase, waarin het teken van de 10 drukval omkeert. Het is gebleken dat bij microzeven een betrekkelijk korte drukomkeer voor het reinigen volstaat, mits deze frequent wordt toegepast. Dit wordt toegeschreven aan de geringe dikte van de microzeven (lengte van de poriën) die typisch een micrometer of minder is, waardoor een korte omkeer volstaat bij een kleine drukval. De frequentie van afsluiten is 15 bijvoorkeur zo hoog mogelijk, maar er is een bovengrens die bepaald wordt door de snelheid waarmee de drukomkeer in het filtreercircuit gerealiseerd kan worden. Het zal duidelijk zijn dat de bovengrens afhangt van de dimensies van het specifiek gebruikte filtreercircuit en de dynamische · eigenschappen van de te filtreren vloeistof. De waarde waarop de druk in de 20 vaten geregeld wordt, blijft bijvoorkeur hetzelfde gedurende het openen en afsluiten. De bovengrens van de frequentie hangt daarom niet af van de snelheid waarmee de druk in de vaten aangepast kan worden.

De duur van de afsluiting ligt bijvoorkeur in een bereik van 50% tot 90% van de periode tussen opeenvolgende afsluitingen. Het is gebleken dat 25 de gepulste cross-flow die zodoende ontstaat een effectieve reiniging van de microzeef mogelijk maakt.

De drukslag wordt in een uitvoeringsvorm zo ingesteld dat de minimale druk aan het aanvoeroppervlak van de microzeef nagenoeg evenveel onder de druk bij het afvoeroppervlak ligt als de maximale druk 30 (bij afsluiting) bij het aanvoeroppervlak van de microzeef boven de druk bij 1028247 10 het afvoeroppervlak ligt. Het drukverschil voorkomt zodoende risico van schade aan microzeef bij een maximaal reinigingseffect. Maar zonder van de uitvinding af te wijken kan, als de overdruk normaal niet in de buurt van de druk ligt waarboven risico op schade bestaat, bijvoorbeeld ook een grotere 5 onderdruk dan deze overdruk gebruikt worden. Een typische tijdsduur van een onderbreking die zo gebruikt kan worden voor het bevorderen van de werking van een microzeef ligt tussen de vijf en tweehonderd milliseconde

Figuren 5a-c tonen een uitvoeringsvorm van afsluitklep 106. Een pijp 500 loopt stroomafwaarts van filtereenheid 104 (niet getoond) naar 10 aanvoervat 100. Pijp 500 heeft een zijtak 502 die uitmondt in een kamer 504. In kamer 504 bevindt zich een draaibare schijf 506, met daarin een L-vormig kanaal 508, dat een axiaal deel bevat dat gecentreerd is rond de draaias van schijf 506, en een radieel deel dat uitmondt op een omtrek van schijf 506. Het axiale deel van L-vormig kanaal 508 is op aanvoervat 100 15 aangesloten.

Figuur 5a,b tonen een dwarsdoorsnede van afsluitklep 106, respectievelijk in een gesloten en open stand in een vlak dat radiëel door schijf 506 loopt. Schijf 506 is zo in kamer 504 opgesteld dat de omtrek van schijf 506 de uitmonding van zijtak 502 nagenoeg blokkeert (figuur 5a), 20 tenzij schijf 506 zo gedraaid is dat het radiëele deel van het kanaal aansluit op zijtak 502 (figuur 5b). De draaiing van schijf 506 wordt bijvoorkeur aangedreven door een motor (niet getoond). De rotatiefrequentie van schijf 506 bepaalt de frequentie waarmee afsluitklep 106 geopend wordt. De booglengte van de uitmonding van zijtak 502 (en het kanaal) bepalen de 25 duty cycle. Overigens kunnen de frequentie en/of de duty cycle ook aangepast worden door de schijf aan te drijven met een computer gestuurde stappenmotor.

Figuur 5c toont een dwarsdoorsnede in een vlak dat door de draaias van schijf 506 loopt en door zijtak 502. Schijf 506 wordt hierbij in de 30 geopende stand van afsluitklep 106 getoond (in de stand die correspondeert 1028247 11 met figuur 5b; de stippellijn correspondeert met de doorsnede die in fig. 5b getoond wordt). In deze stand bestaat een verbinding door L-vormig kanaal 508 van zijtak 502 naar aanvoervat 100. Stroomafwaarts van zijtak 502 is regelkraan 108 (niet getoond) aan pijp 500 aangesloten of is een restrictie in 5 pijp 500 aangebracht om een stroom bij sluiting van afsluitklep 106 te bepalen. Hoewel zijtak 502 bij wijze van voorbeeld onder een hoek ten opzichte van pijp 500 getekend is zal het duidelijk zijn elke geometrische configuratie gebruikt kan worden, zodat zijtak 502 bijvoorbeeld in feite een hoofdtak van pijp 500 kan zijn.

10 Figuur 2 toont een andere uitvoeringsvorm van de filtreercircuit.

Hierin is aanvoervat 100 zonder tussenkomst van een pomp met de invoer van aanvoerkamer 104b verbonden. De afvoer van aanvoerkamer 104b is via dynamische afsluitklep 106 aan een tussenvat 202 verbonden.

Tussenvat 202 is via een pomp 200 aan aanvoervat 100 gekoppeld. Als 15 afsluitklep kan een klep van het type van figuur 5a-c gebruikt worden, waarbij pijp 500 echter niet voorbij zijtak 502 hoeft door te lopen.

In bedrijf wordt dynamische afsluitklep 106 periodiek open en dichtgeschakeld. Doordat er geen stroomkanaal parallel aan dynamische afsluitklep 106 is (geen regelkraan 108) is er in de dichte toestand geen 20 significante cross-flow (anders dan stroom die ontstaat door vloeistof die van de aanvoerzijde naar de afvoerzijde van microzeef 104a stroomt). Bij het openen van de afvoerklep ontstaat kortstondig een cross-flow samen met een drukomkeer over microzeef 104a, waardoor de microzeef gereinigd wordt.

25 De druk in aanvoervat 100 en afvoervat 109 wordt zo geregeld dat de druk in afvoerkamer 104c lager is dan in aanvoerkamer 104b wanneer dynamische afsluitklep 106 dicht is, of tenminste tijdelijk nadat dynamische afsluitklep 106 afgesloten wordt. De druk is echter zodanig dat de druk in afvoerkamer 104c hoger is dan in aanvoerkamer 104b wanneer dynamische 30 afsluitklep 106 open is, of tenminste tijdelijk nadat dynamische afsluitklep 1028247 12 106 geopend wordt. De geregelde druk wordt bijvoorbeeld gerealiseerd door een gasdruk boven de vloeistof te regelen..

Voor dit type uitvoeringsvorm geldt dat de preciese waarden van de druk in het aanvoervat 100, het tussenvat 202 en het afvoervat 109 die 5 nodig zijn voor de vereiste tekenomkeer van de druk over de microzeef afhangen van de dimensies van het filtreercircuit, met name van de drukval die over de verschillende leidingen optreedt wanneer er vloeistof doorheen stroomt. De benodigde drukken kunnen eenvoudig experimenteel gekozen worden. Bijvoorbeeld worden drukken gekozen zodat het de drukval over 10 microzeef 104a bij geopende dynamische afsluitklep 106 400 millibar is, en bij gesloten dynamische afsluitklep -400 millibar.

De frequentie waarmee dynamische afsluitklep 106 wordt open en dichtgeschakeld ligt bijvoorkeur in een bereik van 0.3 tot 50 Hz en meer bijvoorkeur in een bereik van 0.3 tot 10 Hz. De duur van de afsluiting ligt 15 bij voorkeur in een bereik van 50-90% bijvoorbeeld op ongeveer 80% van de periode tussen opeenvolgende afsluitingen. Het is gebleken dat de gepulste cross-flow die zodoende ontstaat een effectieve reiniging van de microzeef mogelijk maakt.

Het voordeel van het circuit van figuur 2 boven dat van figuur 1 is 20 dat geen pomp nodig is in de aanvoer van ongefilterde vloeistof naar microzeef 104a. Dit voorkomt verandering van de vloeistof door een dergelijke pomp en/of beschadiging van micro-organismen door een dergelijke pomp. Een verder voordeel is dat de capaciteit van de benodigde pomp veel kleiner is dan die welke nodig is voor de uitvoeringsvorm van 25 figuur 1. In een verdere uitvoeringvorm zijn aanvoervat 100 en/of tussenvat 202 voorzien van een opvang of bezinkingsmechanisme om verontreiging op te vangen.

Figuur 3 toont een verdere uitvoeringsvorm van het filtreercircuit. Hierin zijn twee aanvoervaten 100, 302 voorzien, elk via een respectievelijke 30 dynamische afsluitklep 106, 300 gekoppeld aan aanvoerkamer 104b.

1028247 13

Aansluitingen vanuit het eerste en tweede aanvoervat 100, 302 aan aanvoerkamer 104b liggen aan verschillende zijden van aanvoerkamer 104b, zodat vloeistof die tussen de aansluitingen stroomt langs het oppervlak van microzeef 104a stroomt. Als afsluitklep kan een klep van het 5 type van figuur 5a-c gebruikt worden, waarbij pijp 500 echter niet voorbij zijtak 502 hoeft door te lopen.

In bedrijf wordt het circuit tussen een eerste en tweede toestand geschakeld. De rollen van de aanvoervaten 100, 302 worden bij het schakelen tussen deze toestanden omgewisseld. In de eerste toestand 10 functioneren een eerste aanvoervat 100 en een tweede aanvoervat 302 respectievelijk als het aanvoervat en het tussenvat zoals beschreven in het kader van figuur 2. In de tweede toestand functioneren het tweede aanvoervat 302 en het eerste aanvoervat 100 respectievelijk als het aanvoervat en het tussenvat zoals beschreven in het kader van figuur 2.

15 In de eerste toestand wordt de dynamische afsluitklep 300 tussen het eerste aanvoervat 100 en aanvoerkamer 104b in een permanent doorlatende stand gezet, terwijl de dynamische afsluitklep 106 tussen het tweede aanvoervat 302 en aanvoerkamer 104b periodiek doorlatend en afsluitend geschakeld wordt. In de eerste toestand wordt in het eerste 20 aanvoervat 100 een hogere druk gehandhaafd dan in het tweede aanvoervat 302, zodat de vloeistof tussen de aanvoervaten langs de microzeef 104a stroomt in de richting naar de periodiek open en dichtschakelende dynamische afsluitklep 106.

In de tweede toestand wordt de dynamische afsluitklep 106 tussen 25 het tweede aanvoervat 302 en aanvoerkamer 104b in een permanent doorlatende stand gezet, terwijl de dynamische afsluitklep 300 tussen het éerste aanvoervat 100 en aanvoerkamer 104b periodiek doorlatend en afsluitend geschakeld wordt. In de tweede toestand wordt in het tweede aanvoervat 302 een hogere druk gehandhaafd dan in het eerste aanvoervat 30 100, zodat de vloeistof tussen de aanvoervaten langs de microzeef 104a 1028247 14 stroomt in de richting naar de periodiek open en dichtschakelende dynamische afsluitklep 300.

Zodoende werkt het fïltreercircuit als beschreven in het kader van figuur 2, behalve dat de vloeistof niet buiten filtereenheid 104 om van het 5 tweede aanvoervat naar het eerste aanvoervat gepompt wordt. In plaats daarvan wordt de vloeistof na een omschakeling van de toestand langs de microzeef teruggecirculeerd van het tweede aanvoervat naar het eerste aanvoervat. In de getoonde uitvoeringsvorm is bovendien een voorziening aangebracht om in één van de aanvoervaten extern vloeistof toe te voegen, 10 ter vervanging van de vloeistof die door de microzeef gestroomd is. Zonder van de uitvinding af te wijken kan echter ook aan beide vaten aanvullende vloeistof toegevoerd worden.

Voor het omschakelen tussen de toestanden worden bijvoorbeeld drukregelcircuits (niet getoond) aan de aanvoervaten 100, 302 en een 15 besturingscomputer (niet getoond) gebruikt die de drukregelcircuits en de dynamische afsluitkleppen 106, 300 aanstuurt. De frequentie van het omschakelen tussen de eerste en tweede toestand ligt aanzienlijk lager dan de frequentie van afsluiten door dynamische afsluitkleppen 106, 300. Daardoor treedt tijdverlies dat nodig is voor het veranderen van druk in de 20 vaten alleen op bij het omschakelen tussen de toestanden en niet bij het periodiek open- en dichtschakelen van dynamische afsluitkleppen 106, 300. Tijdens dit periodiek open- en dichtschakelen wordt de waarde waarop de druk in de vaten geregeld wordt bijvoorkeur constant gehouden. De omschakeling tussen de toestanden wordt bijvoorbeeld getriggerd 25 afhankelijk van de vulstand van de aanvoervaten 100, 302 zodat voorkomen wordt dat het aanvoerende aanvoervat zo leeg raakt dat geen vloeistof meer beschikbaar is om aan filtereenheid 104 toe te voeren.

Figuur 4 toont een andere uitvoeringsvorm van het fïltreercircuit. Hierin is een vierwegsklep 400 aangebracht tussen aanvoervaten 100, 302 1 028 2 4 7 15 en de aanvoer en afvoer van aanvoerkamer 104b. Dynamische afsluitklep 106 is tussen de afvoer en vierwegsklep 400 aangebracht.

In bedrijf wordt vierwegsklep 400 tussen een eerste en tweede toestand geschakeld, waarmee de rol van aanvoervaten 100, 302 5 omgewisseld wordt. In de eerste toestand verbindt vierwegsklep 400 het eerste aanvoervat 100 met de aanvoer van aanvoerkamer 104b en het tweede aanvoervat 302 met de afvoer van aanvoerkamer 104b via dynamische afsluitklep 106. In de tweede toestand verbindt vierwegsklep 400 het tweede aanvoervat 302 met de aanvoer van aanvoerkamer 104b en 10 het eerste aanvoervat 100 met de afvoer van aanvoerkamer 104b via dynamische afsluitklep 106. Verder wordt de druk in de aanvoervaten 100, 302 in de verschillende toestanden aangepast overeenkomstig de uitvoeringsvorm van figuur 3, zodat de vloeistof tussen de aanvoervaten langs de microzeef 104a stroomt in een richting naar de periodiek open en 15 dichtschakelende dynamische afsluitklep 106.

De uitvoeringsvormen van de figuren 2 tot en met 4 hebben allen het voordeel dat er geen pomp in de verbinding tussen het aanvoervat 100, 302, en de filtereenheid 104 nodig is. Dit maakt het mogelijk om meer kwetsbare stoffen, zoals stoffen die levende micro-organismen bevatten, te behandelen 20 dan met de uitvoeringsvorm van figuur 1. De uitvoeringsvorm van figuur 2 maakt een continu proces mogelijk, maar daar staat het mogelijke nadeel tegenover dat vloeistof door pomp 200 tussen de vaten verpompt moet worden. Deze pomp kan echter kleiner uitgevoerd worden dan pomp 102 van figuur 1, waardoor deze pomp minder aanleiding geeft tot problemen met 25 beschadiging of verandering van de vloeistof. Bovendien is het mogelijk de vervuiling te laten bezinken voor de vloeistof naar de filtereenheid 104 stroomt. De uitvoeringsvormen van figuren 3 en 4 hebben het voordeel dat de vloeistof niet door een pomp heen hoeft. In de uitvoeringsvorm van figuur 4 is bovendien slechts één dynamische afsluitklep 106 nodig.

1028247 16

De duur van de opening van de afsluitklep is bijvoorkeur zo kort dat de slag die de druk maakt dynamisch bepaald wordt door de duur van de opening, dat wil zeggen dat de duur zo kort is dat zich voor het eind van de periode van de opening nog geen stabiele druk instelt bij de microzeef.

5 Zodoende wordt de drukslag groter naarmate de duur van de opening groter wordt (de drukslag is bijvoorbeeld minder dan 50% dan de drukslag die statisch haalbaar zou zijn, of in ieder geval minder dan 90% daarvan). De duur van de opening is bijvoorkeur instelbaar, om een gewenste slag in te stellen.

10 Doordat de drukslag dynamisch gerealiseerd wordt is het mogelijk om (in het geval van de uitvoeringsvormen van de figuren 2-4) meer statisch drukverschil tussen de vaten aan te brengen dan voor de gewenste drukslag nodig zou zijn als een statische toestand bereikt zou worden (en in het geval van de uitvoeringsvorm van figuur 1 kan de pompcapaciteit hoger gekozen 15 worden dan voor statisch bepaalde drukomkeer nodig is). Zodoende kan de snelheid waarmee de drukomkeer telkens gerealiseerd wordt vergroot worden, zonder de grootte van de drukslag eveneens te vergroten.

Bijvoorkeur wordt de openingsduur zo gekozen dat de minimale druk aan het aanvoeroppervlak van de microzeef (tegen het einde van 20 opening van de afsluitklep) nagenoeg evenveel onder de druk bij het afVoeroppervlak ligt als de maximale druk (bij afsluiting) bij het aanvoeroppervlak van de microzeef boven de druk bij het afVoeroppervlak ligt.

Hoewel er bij de beschrijving van is uitgegaan dat vloeistof uit het 25 afvoervat als nuttig resultaat van het filteren gebruikt wordt, zal het duidelijk zijn dat in plaats daarvan of daarnaast de vloeistof aan de aanvoerkant van de microzeef een nuttig product (met verhoogde concentratie van gefilterd materiaal kan zijn. Hiervoor kunnen alle uitvoeringsvormen worden gebruikt. Meestal is hiervoor batch processing 30 gewenst (waarbij de vloeistof herhaald naar microzeef 104b geleid wordt 1028247 17 zonder dat de vloeistof intussen aangevuld wordt, tot een gewenste concentratie bereikt is). Als alternatief kan een continu proces gebruikt worden, waarbij de vloeistof niet meer teruggevoerd wordt naar het aanvoervat.

5 Hoewel een enkele microzeef 104a tussen het aanvoervat en het opvangvat getoond is zal het duidelijk zijn dat, zonder van de uitvinding af te wijken meerdere microzeven in parallel kunnen worden aangebracht. Bijvoorkeur staan al deze microzeven nagenoeg even ver van de dynamische afsluitklep 106 af, zodat vergelijkbare drukpulsen optreden.

10 Hoewel voor het opbouwen van druk gebruik gemaakt is van drukken die in verschillende vaten gehandhaafd worden dient men zich te realiseren dat ook andere manieren mogelijk zijn om te voorzien in de druk. In de eerste plaats zoals getoond met een pomp stroomopwaarts van de microzeef, als dit niet ongewenst is vanwege het soort vloeistof. Verder kan 15 bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van drukregeling door middel van zuigers die op het aanvoerkanaal naar de microzeef zijn aangesloten (bijvoorbeeld in zijtakken) of door gebruik te maken van gravitatie effecten (hydrostatische druk) enzovoort.

Hoewel de figuren een afsluitklep tonen die schakelt tussen 20 afsluiten en doorlaten van de stroom, zal het duidelijk zijn dat de gewenste drukvariaties ook gerealiseerd kunnen worden als de stroom door de afsluitklep niet volledig wordt afgesloten, of doordat een ander soort component gebruikt wordt dan een afsluitklep om een stroombeperking tijdelijk te verminderen, bijvoorbeeld een component waarin een elastische 25 buis enigszins dichtgedrukt wordt op de plaats van de afsluitklep, een draaibaar gaas in de buis op de plaats van de afsluitklep enzovoort. Het zal echter duidelijk zijn dat een nagenoeg volledige afsluiting de meest efficiënte manier is wat betreft opbrengst.

1028247

Claims (20)

1. Inrichting voor het uitvoeren van een filterproces, welke inrichting is voorzien van - een microzeef met een aanvoeroppervlak en een afvoeroppervlak, onderling verbonden door poriën in de microzeef 5. een cross-flow kanaal dat langs het aanvoeroppervlak van de microzeef loopt; - een afvoer voor gefilterde vloeistof, welke afvoer grenst aan het afvoeroppervlak; - middelen om gedurende een fïlterfase van het filterproces een drukval te 10 handhaven van een punt in het cross-flow kanaal stroomopwaarts van de microzeef naar een punt in de afvoer; met het kenmerk dat stroomafwaarts van het aanvoeroppervlak van de microzeef een schakelbaar stroomreductie-element in het cross-flow kanaal is opgenomen, en de inrichting is ingericht om tijdens het filterproces de 15 filterfase herhaald te onderbreken door een stroombeperking ten gevolge van het stroomreductie-element zodanig te verminderen dat ten gevolge van een toegenomen stroom door het cross-flow kanaal minstens een richting van de drukval over de microzeef omkeert.

2. Inrichting volgens conclusie 1, voorzien van een aanvoervat 20 vanwaar het cross-flow kanaal naar het aanvoeroppervlak loopt en van een afvoervat dat aan de afvoer gekoppeld is, en van middelen om tijdens de filterfase en de onderbrekingen onderling verschillende drukken te handhaven in het aanvoervat en het afvoervat, die bepalend zijn voor de genoemde drukval tijdens de filterfase.

3. Inrichting volgens conclusie 2, verder voorzien van een hulpvat dat stroomafwaarts van de microzeef en het stroomreductie-element aan het cross-flow kanaal gekoppeld is en waarin tijdens de filterfase en de 1028247 onderbrekingen een verdere druk gehandhaafd wordt die lager is dan de druk in het aanvoervat.

4. Inrichting volgens conclusie 3, verder voorzien van een pomp die tussen het hulpvat en het aanvoervat gekoppeld is voor het verpompen van 5 vloeistof van het hulpvat naar het aanvoervat.

5. Inrichting volgens conclusie 3, voorzien van schakelbare stroomreductie-elementen tussen het aanvoeroppervlak en respectievelijk het aanvoervat en het hulpvat.

6. Inrichting volgens conclusie 3, voorzien van één of meer kleppen 10 tussen enerzijds het hulpvat en het aanvoervat en anderzijds uiteinden van het cross-flow kanaal stroomopwaarts van het aanvoeroppervlak en stroomafwaarts van het aanvoeroppervlak en het stroomreductie-element en ingericht om verbindingen van het aanvoervat en het hulpvat aan de uiteinden om te wisselen.

7. Inrichting volgens één der voorafgaande conclusies, waarin het stroomreductie-element een stroomonderbreker is, ingericht om herhaald tijdens het filtreren de vloeistofstroom door het cross-flow kanaal tenminste nagenoeg te onderbreken.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarin een bypasskanaal parallel 20 aan de stroomonderbreker is aangebracht voor het handhaven van een cross-flow terwijl de stroom-onderbreker gesloten is.

9. Inrichting volgens één der voorafgaande conclusies, ingericht om de stroom telkens zó korststondig te laten toenemen dat een grootte van de drukval dynamisch bepaald wordt, door een duur van de toename.

10. Werkwijze voor het filteren van een vloeistof door een microzeef die een onderling door poriën verbonden aanvoeroppervlak en afvoeroppervlak heeft, waarbij een cross-flow kanaal langs het aanvoeroppervlak loopt, en een afvoer op het afvoeroppervlak is aangesloten, in welke werkwijze 1 028247 - gedurende een filterfase een drukval gehandhaafd wordt van een punt in het cross-flow kanaal stroomopwaarts van de microzeef naar een punt in de afvoer; - de filterfase herhaald onderbroken wordt door een omkeerfase waarin een 5 stroombeperking in het cross-flow kanaal stroomafwaarts van de microzeef zodanig verminderd wordt dat ten gevolge van een toe genomen stroom door het cross-flow kanaal minstens een richting van de drukval over de microzeef omkeert.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarin gebruik gemaakt wordt 10 van een aanvoervat vanwaar het cross-flow kanaal naar het aanvoeroppervlak loopt en van een afvoervat dat aan de afvoer gekoppeld is, en in welke werkwijze voor het opwekken van genoemde drukval tijdens de filterfase en de onderbrekingen onderling verschillende drukken gehandhaafd worden in het aanvoervat en het afvoervat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarin verder gebruik gemaakt wordt van een hulpvat dat stroomafwaarts van de microzeef en het stroomreductie-element aan het cross-flow kanaal gekoppeld is en waarin tijdens de filterfase en de onderbrekingen een verdere druk gehandhaafd wordt die lager is dan de druk in het aanvoervat.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarin buiten het cross-flow kanaal om vloeistof van het hulpvat naar het aanvoervat verpompt wordt..

14. Werkwijze volgens conclusie 12 waarin de rol van het aanvoervat en het hulpvat herhaald omgewisseld wordt met een lagere frequentie dan het onderbreken van de filterfase.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, waarin gebruik gemaakt wordt van stroomreductie-elementen in het cross-flow kanaal tussen het hulpvat en het aanvoeroppervlak en tussen het aanvoervat en het aanvoeroppervlak, en waarin bij de omwisseling van de rol van het aanvoervat en het hulpvat dat stroomreductie-element gebruikt wordt dat stroomafwaarts in het cross-30 flow kanaal opgenomen is. 1028247

16. Werkwijze volgens conclusie 14, waarin het cross-flow kanaal uiteinden heeft die aan weerszijden van het aanvoeroppervlak zijn aangesloten, waarbij het stroomreductie-element tussen één van de uiteinden en het aanvoeroppervlak in het cross-flow kanaal is aangebracht, 5 en waarin bij het omwisselen van de rollen van het aanvoervat en het hulpvat verbindingen van het aanvoervat en het hulpvat naar de uiteinden worden omgewisseld.

17. Werkwijze volgens één der conclusies 10 tot en met 16, waarin de stroom tijdens de filterfase stroomafwaarts nagenoeg volledig onderbroken 10 wordt.

19. Werkwijze volgens één der conclusies conclusie 10 tot en met 16, waarin een cross-flow gehandhaafd wordt tijdens de filterfase. -

20. Werkwijze volgens één der conclusies 10 tot en met 19, waarin de onderbrekingen van de filterfase zo kortstondig zijn dat een grootte van de 15 drukval tussen het aanvoeroppervlak en het afvoeroppervlak dynamisch bepaald wordt, door een duur van de onderbreking.

21. Werkwijze volgens één der conclusies 10 tot en met 20, waarin de stroombeperking met een frequentie tussen de 0.3 en 50 Hz periodiek verminderd wordt. 20 1028247 i