PL177892B1

PL177892B1 - Sposób i urządzenie do zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej

Info

Publication number: PL177892B1
Application number: PL94309784A
Authority: PL
Inventors: Eduard Hartmann
Original assignee: Bucher Guyer Ag; Bucherguyer Agmaschinenfabrik
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 2000-01-31
Also published as: US5693229A; CA2155132A1; ES2101581T3; CZ286049B6; AU683315B2; NZ275075A; WO1995015209A1; AU8056394A; CH687055A5; PL309784A1; HU217640B; CZ191895A3; HUT72184A; EP0682559A1; DE59402443D1; EP0682559B1; HU9502296D0; ATE151658T1; CA2155132C

Abstract

1. Sposób zageszczania mieszanin cial stalych i cieczy z zasto- sowaniem technologii membranowej przy uzyciu urzadzenia z modulami membranowymi i obiegiem pozostalosci po procesie filtracji, w którym najpierw, w pierwszym przedziale czasowym, przetlacza sie ciecz przy stalym natezeniu przeplywu, po czym, w drugim przedziale czasowym, utrzymuje sie stala wartosc cis- nienia cieczy, zas strumien pozostalosci po procesie filtracji znaj- dujacy sie w obiegu pozostalosci doprowadza sie do modulów membranowych, znam ienny tym , ze w pierwszym etapie przetlacza sie pozostalosc po filtracji wstepnej w modulach mem- branowych (1,2) 1 pierwszy przedzial czasowy konczy sie gdy cis- nienie wejsciowe strumienia pozostalosci na wejsciu do modulów membranowych (1, 2) przekroczy uprzednio zadana wartosc, zas w drugim etapie strumien pozostalosci utrzymuje sie pod stalym cisnieniem za pomoca co najmniej jednego czujnika cisnienia (12, 13) poprzez zmniejszenie strumienia przetlaczanej pozostalosci do czasu, gdy osiagnie sie wymagana wartosc zageszczenia pozo- stalosci, a nastepnie w trzecim etapie zageszczona pozostalosc od- prowadza sie z obiegu za pomoca zaworu wyjsciowego (21) 7. Urzadzenie do zageszczania mieszanin cial stalych 1 cieczy z zastosowaniem technologu membranowej zawierajace moduly do filtrowania pozostalosci, obwód obiegu pozostalosci po procesie fil- tracji do przenoszenia pozostalosci do i z modulów membranowych oraz co najmniej jedna pompe, usytuowana w obwodzie obiegu po- zostalosci, znamienne tym, ze pompe stanowi dozujaca pompa zasilajaca (8) wyposazona w urzadzenie (16) do dostosowania wy- dajnosci tloczenia do modulów membranowych (1, 2), zbiornik (5) mieszaniny substancji stalych 1 cieklych usytuowany jest bezpo- srednio przed pompa zasilajaca (8), zas wyjscie modulów mem- branowych (1, 2) jest polaczone z cisnieniowym zaworem regulacyjnym (11), przy czym korzystnie, pomiedzy dozujaca pompa zasilajaca (8) a wejsciem modulów membranowych (1, 2), usytuowany jest co najmniej jeden cisnieniowy czujnik (1 2 , 13) FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest sposób i urządzenie do zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej, przy użyciu urządzenia z modułami membranowymi z obiegiem pozostałości po procesie filtracji.

Do dnia dzisiejszego nie sąznane żadne specjalne urządzenia do zagęszczania pozostałości po procesach ultrafiltracji lub mikrofiltracji. Podczas klarowania soków owocowych przy użyciu takich metod filtracj i w pozostałościach po tych procesach stwierdza się na podstawie testu z użyciem wirówki odśrodkowej obecność do ok. 50% obj. mokrych osadów.

Oznacza to, że pozostałości te oddają w procesie odwirowywania przynajmniej 50% obj. cieczy. Mają one zatem nadal charakter płynny, w związku z czym ich usunięcie jako odpadów wymaga dodatkowej obróbki przy użyciu próżniowych filtrów obrotowych.

Próżniowe filtry obrotowe są filtrami z pomocniczą warstwą filtracyjnąi wymagająużycia ziemi okrzemkowej, którą należy do nich dostarczyć, a następnie usunąć jako odpad. Usuwanie pozostałości po procesie filtracji za pośrednictwem ścieków niejest praktycznie możliwe, w związku z czym pozostałość należy zagęścić i wysypać lub spalić na wysypisku. W obu przypadkach jak najmniejsza zawartość wody w pozostałości po procesie filtracji ma istotne znaczenie ekono4

177 892 miczne. Do dalszego zagęszczania pozostałości powyżej wspomnianych 50% celowe wydaje się zastosowanie specjalnie do tego celu przystosowanych urządzeń membranowych. Podobnie sformułowane problemy spotyka się również w innych zastosowaniach technologii membranowej poza produkcją soków owocowych.

Z JOURNAL OF FOOD SCIENCE, tom 51, nr 3,1986,strony 559-563 znanejest urządzenie z metalową membraną do ultrafiltracji, które pozwala w prosty sposób zwiększyć wydajność uzyskiwania soku jabłkowego. Uzyski soku otrzymywane przy pomocy tego urządzenia sięgały 85%, zastosowanie jednak tych urządzeń do zagęszczania pozostałości po procesie filtracji w szerszym zakresie nie wydaje się celowe.

Celem wynalazku jest zaproponowanie sposobu do zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy przy użyciu technologii membranowej oraz urządzenia do realizacji tego sposobu.

Sposób zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej przy użyciu urządzenia z modułami membranowymi i obiegiem pozostałości po procesie filtracji, w którym najpierw, w pierwszym przedziale czasowym, przetłacza się ciecz przy stałym natężeniu przepływu, po czym, w drugim przedziale czasowym, utrzymuje się stałą wartość ciśnienia cieczy, zaś strumień pozostałości po procesie filtracji znajdujący się w obiegu pozostałości doprowadza się do modułów membranowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie przetłacza się pozostałość po filtracji wstępnej w modułach membranowych i pierwszy przedział czasowy kończy się gdy ciśnienie wejściowe strumienia pozostałości na wejściu do modułów membranowych przekroczy uprzednio zadaną wartość, zaś w drugim etapie strumień pozostałości utrzymuje się pod stałym ciśnieniem za pomocąco najmniej jednego czujnika ciśnienia poprzez zmniejszenie strumienia przetłaczanej pozostałości do czasu, gdy osiągnie się wymaganąwartość zagęszczenia pozostałości, a następnie w trzecim etapie zagęszczoną pozostałość odprowadza się z obiegu za pomocą zaworu wyjściowego.

Korzystnie zagęszczanie w urządzeniu membranowym prowadzi się w układzie przeciwprądowym.

Korzystnie stopień zagęszczenia pozostałości po procesie filtracji określa się jej przepływem w obiegu zamkniętym.

Korzystnie w części pierwszego etapu ciśnienie wejścia w moduły membranowe początkowo utrzymuje się na stałym poziomie, przy czym na wejściu modułów spadki ciśnień steruje się przy pomocy ciśnieniowego zaworu regulacyjnego.

Korzystnie przed drugim lub trzecim etapem do pozostałości po procesie filtracyjnym doprowadza się ciecz wymywającą, aż stężenie pozostałości po procesie przesączania spadnie poniżej zadanej wartości według skali Brixa.

Sposób zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej przy użyciu urządzenia z modułami membranowymi i obiegiem pozostałości po procesie filtracji, według wynalazku charakteryzuje się tym, że strumień pozostałości po filtracji wstępnej, znajdujący się w obiegu pozostałości, doprowadza się do modułów membranowych, i w pierwszym etapie zwiększa się strumień pozostałości za pomocąco najmniej jednej dozującej pompy zasilającej do chwili, aż ciśnienie wejściowe strumienia pozostałości na wejściu do modułów membranowych osiągnie zadanąna wstępie wartość, a następnie w drugim etapie utrzymuje się na stałym poziomie ciśnienie wejścia do modułów membranowych poprzez regulację przepływu strumienia pozostałości za pomocąco najmniej jednego czujnika do chwili, gdy strumień pozostałości zostanie zmniejszony do poziomu zadanej wartości stopnia zagęszczenia pozostałości.

Urządzenie do zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej zawierające moduły do filtrowania pozostałości, obwód obiegu pozostałości po procesie filtracji do przenoszenia pozostałości do i z modułów membranowych oraz co najmniej jedną pompę, usytuowaną w obwodzie obiegu pozostałości, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pompę stanowi dozująca pompa zasilająca wyposażona w urządzenie do dostosowania wydajności tłoczenia do modułów membranowych, zbiornik mieszaniny substancji stałych i ciekłych usytuowany jest bezpośrednio przed pompą zasilającą, zaś wyjście modułów membraΠΊ 892 nowych jest połączone z ciśnieniowym zaworem regulacyjnym, przy czym korzystnie, pomiędzy dozującą pompą zasilającą a wejściem modułów membranowych, usytuowany jest co najmniej jeden ciśnieniowy czujnik.

Korzystnie jedna dozująca pompa zasilającajest wyposażona w elektroniczny regulator liczby obrotów.

Korzystnie dozująca pompa zasilająca jest pompą śrubowąjednowirnikową.

Korzystnie dozująca pompa zasilająca jest pompą membranową.

Korzystnie dozująca pompa zasilająca jest pompą zasilaną pneumatycznie.

Korzystnie za dozującą pompą zasilającą umieszczony jest rozdzielacz ilościowy, który jest rozdzielaczem statycznym bez części ruchomych.

Korzystnie za dozującą pompą zasilającą umieszczony jest rozdzielacz ilościowy, który jest rozdzielaczem dynamicznym z regulacją proporcji między poszczególnymi strumieniami cząstkowymi.

Korzystnie dozująca pompa zasilająca jest połączona po stronie ssącej ze zbiornikiem na mieszaninę substancji stałych i ciekłych, przewodem o długości poniżej trzech metrów.

Korzystnie zbiornik na mieszaninę substancji stałych i ciekłych posiada mieszadło.

Korzystnie za dozującą pompą zasilającą umieszczony jest homogenizator.

Korzystnie ciśnieniowy zawór regulacyjny stanowi zawór nadążny.

Korzystnie wyjście ciśnieniowego czujnika, jest połączone z ciśnieniowym zaworem regulacyjnym oraz z urządzeniem do dostosowania wydajności tłoczenia dozującej pompy zasilającej.

Korzystnie blok modułów membranowych posiada po stronie pozostałości po procesie przesączania czujnik do pomiarów stężenia w skali Brixa, którego sygnały pomiarowe są doprowadzane do zaworu, regulującego dopływ wody do obiegu pozostałości po procesie filtracyjnym.

Korzystnie w obiegu pozostałości po procesie filtracyjnym za blokami modułów membranowych umieszczonyjest przewód do tłoczenia pozostałości, któryjest rozgałęziony i łączy się z ciśnieniowym zaworem regulacyjnym, i z zaworem wylotowym do odprowadzaniapozostałości.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zgodnego z wynalazkiem kilkustopniowego urządzenia do zagęszczania z rozdzielaczem ilościowym, fig. 2 - schemat zgodnego z wynalazkiem kilkustopniowego urządzenia do zagęszczania z kilkoma pompami do tłoczenia pozostałości po procesie filtracji, fig. 3 - schemat zgodnego z wynalazkiem kilkustopniowego urządzenia do zagęszczania produktów o dużej zawartości substancji stałych, fig. 4 - schemat zgodnego z wynalazkiem jednostopniowego urządzenia do zagęszczania, fig. 5 - schemat zgodnego z wynalazkiem jednostopniowego urządzenia do zagęszczania z zamkniętym obiegiem pozostałości po procesie filtracji bez zbiornika załadunkowego do pracy quasi-ciągłej i fig. 5a - wykres wypływu, pozostałości po procesie filtracji F4 i dopływu produktu F1 w funkcji czasu w urządzeniu według fig. 5.

Figura 1 pokazuje w sposób schematyczny dwa filtracyjne bloki modułów membranowych 1i2. Każdy blokmodułowy zawiera serię kilku podwójnychmodułówfiltracyjnych, akażdy moduł filtracyjny składa się z jednej lub kilku rur, których ścianki są wykonane w postaci membran filtracyjnych. Takie bloki modułowe są znane i nie będą tutaj szczegółowo omawiane. Oba bloki modułów membranowych 1, 2 są przy pomocy przewodów 3, 4 połączone wraz ze zbiornikiem 5 na przeznaczone do zagęszczania produkty w obieg pozostałości po procesie filtracji. Do zbiornika 5 doprowadza się przewodem 6 surowce, które korzystnie poddaje się uprzednio procesowi wstępnej filtracji i które w przypadku soków owocowych zawierają po zagęszczeniu ok. 40 - 70% mokrych osadów.

Zbiornik 5 posiada mieszadło 7 ijest dołączony do dozującej pompy zasilającej 8, która doprowadza surowce poprzez homogenizator 9, przewód 4 i rozdzielacz ilościowy 10 do punktów wejścia pozostałości po procesie filtracyjnym do bloków modułowych. Zadaniem rozdzielacza ilościowego 10 jest zapewnienie jak najbardziej wyrównanych przepływów przez bloki

177 892 modułów membranowych 1, 2 nawet w przypadku różnych ciśnień P1 i P2 na wejściach modułów. Na obu wyjściach bloków modułów membranowych 12 oba cząstkowe strumienie pozostałości po procesie filtracji są ponownie łączone zwrotnym przewodem 3 i pozostałość wpływa przez sterowany ciśnieniowy zawór regulacyjny 11 z powrotem do zbiornika 5.

Gdy surowiec w zbiorniku 5 osiągnie minimalny poziom N2, rozpoczyna pracę dozująca pompa zasilająca 8. W fazie rozruchu pozostałość po procesie filtracji jest doprowadzana do modułów membranowych 12 przy zachowaniu stałego przepływu z dokładnością do ustalonych wielkości odchyłek. Wymagane do procesu filtracji ciśnienie przechodzenia przez membranę jest zadane w postaci ciśnień wejściowych P1, P2. Te ciśnienia wejściowe są wychwytywane przez czujniki 12, 13 na modułach membranowych 1, 2 i przekazywane przez przewody sterujące 14, 15 na sterowany ciśnieniowy zawór 11 regulacyjny i silnik 16 dozującej pompy zasilającej 8. W ten sposób poprzez regulację sterowanego, ciśnieniowego zaworu regulacyjnego 11, ciśnienie przejścia przez membranęjest utrzymywane na stałym poziomie. W dalszym ciągu procesu surowce są doprowadzane do zbiornika 5 w taki sposób, że dochodzi się do poziomu roboczego NI, leżącego powyżej wspomnianego poziomu minimalnego N2, po czym utrzymuje się tenże poziom roboczy N1. W następstwie, działania ciśnienia produkt przechodzący przez membranę wypływa z modułów membranowych 12 przez przewód 17, a w obiegu pozostałości po procesie filtracji wzrasta zawartość substancji, które nie przechodząprzez membrany modułów 12. Wzrasta przy tym lepkość pozostałości, a podczas przechodzenia przez moduły membranowe 12 wzrastają ciśnienia P1, P2. W następstwie tego przewód sterujący 14 zwiększa otwarcie ciśnieniowego zaworu regulacyjnego 11. Gdy zawór regulacyjny 11 zostanie otwarty całkowicie, ciśnienia P1, P2 zaczynają rosnąć bardziej intensywnie. Gdy P1, P2 osiągną zadaną wartość, wówczas dopływ surowca przez przewód 6 jest odcinany, a poprzez zawór 18 do zbiornika 5 doprowadzany jest płyn wymywający, który utrzymuje stan surowca w zbiorniku 5 na stałym poziomie roboczym N1.

Jako płyn wymywający można stosować wodę, alkohol lub inne rozcieńczalniki. Pozostałość po procesie filtracji zostaje wymyta, a po stronie produktów przechodzących przez membranę wzrasta stężenie substancji rozpuszczonych w tych produktach. Jeżeli chodzi o rozpuszczone substancje stałe, ich zawartość można wyznaczać metodą Brixa. W innych przypadkach można stosować urządzenia do pomiaru innych wielkości, jak np. wartość pH, lepkość, barwa, przewodność elektryczna itd.

Gdy stężenie w produktach przechodzących przez membranę spadnie poniżej wartości zadanej wówczas kończy się proces wymywania i zamyka się wlotowy zawór 18. W tym celu, w przedstawionym przykładzie wykonania, na przewodzie wylotowym 17 przewidziano czujnik 19 Brixa, którego sygnał jest za pośrednictwem przewodu sygnałowego 20 przekazywany do wlotowego zaworu 18. Ponieważ dopływ surowca pozostaje również odcięty, w obiegu pozostałości po procesie filtracji wzrasta stężenie substancji zatrzymanych przez moduły membranowe 12. Powoduje to dalszy wzrost lepkości, a przy stałym przepływie dalszy wzrost ciśnień P1, P2 na wejściu do bloków modułów membranowych 12. Tych ostatnich wzrostów można uniknąć, zmniejszając ilość przepływającą w jednostce czasu na tyle, by P1 i P2 utrzymywały się na stałym poziomie. W przypadku użycia śrubowej pompy jednowirnikowej jako dozującej pompy zasilającej 8 liczba obrotów śruby ulega po prostu zmniejszeniu wraz ze wzrostem lepkości.

Gdy przepływ spadnie poniżej zadanej wartości minimalnej lub gdy zostanie osiągnięty pożądany stopień zagęszczenia pozostałości, wówczas jest ona wyrzucana z urządzenia. Następuje to poprzez zawór 21 w przewodzie wylotowym 22, przy czym zamknięty zostaje ciśnieniowy zawór regulacyjny 11. Proces wyrzucania kończy się, gdy w zbiorniku osiągnięty zostanie minimalny poziom N2.

Następnie poprzez przewód 6 doprowadza się ponownie świeży surowiec, otwierając jednocześnie ciśnieniowy zawór regulacyjny 11, zamykając zawór wylotowy 21 i ustawiając stan surowca w zbiorniku 5 na jego poziomie roboczym N1. W wyniku narzucenia określonych warunków dla ciśnień P1, P2 na wejściu modułów membranowych 1, 2 wydajność dozującej pompy zasilającej 8 wzrasta ponownie do zadanej na wstępie wartości, a ciśnieniowy zawór

177 892 regulacyjny 11 przejmuje ponownie funkcję regulacji ciśnień P1, P2. Opisany tu proces zagęszczania przeprowadza się raz lub kilka razy do chwili przetworzenia całego surowca przeznaczonego do zagęszczania lub do chwili, gdy w wyniku gwałtownie malejącej przepustowości membran konieczne okaże się chemiczne czyszczenie membran modułów 12.

Po przetworzeniu całego surowca, przeznaczonego do zagęszczenia, proces filtracji zostaje zakończony procesem wymywania. W tym celu, bezpośrednio po ostatnim ze wspomnianych wyżej procesów wyrzucania pozostałości do zbiornika 5, poprzez zawór 18 doprowadzana jest woda lub inna podobnie działająca ciecz. Jednocześnie otwierany jest ciśnieniowy zawór regulacyjny 11 i zamykany zawór wylotowy 21. Po osiągnięciu w zbiorniku 5 poziomu roboczego N1 układ zostaje odwrócony, tj. zawór wylotowy 21 zostaje ponownie otwarty, natomiast ciśnieniowy zawór regulacyjny 11 zamknięty, a zmieszana z wodą, wymyta pozostałość po procesie filtracj i zostaje wyrzucona. Proces ten można powtarzać tak często, aż wyeliminuj e się w przybliżeniu wszystkie substancje, zatrzymane w pozostałości po procesie filtracyjnym przez membrany filtracyjne.

W czasie procesu wymywania i przesączania pozostałości po procesie filtracji zadaniem mieszadła 7, działającego w połączeniu z homogenizatorem 9, jestjak najbardziej równomierne rozprowadzenie wody w pozostałości po procesie filtracji. Celem tego jest osiągnięcie lepszego efektu wymywania oraz swobodnego przesączania wysokolepkiej pozostałości przez filtracyjne moduły membranowe 12. Ponieważ w modułach tych pozostałość przepływa najczęściej jednocześnie przez dużą liczbę rurek membranowych, rozpuszczone wysokolepkie resztki pozostałości nie powodują zakłóceń przepływu, zatykania się rurek lub ich blokowania.

Przy pomocy opisanego w odniesieniu do fig. 1 urządzenia można zatem również w przypadku modułów wielokanałowych i urządzeń wieloblokowych osiągnąć zagęszczenie pozostałości po procesie filtracji, odpowiadające 100% mokrych osadów, wyznaczonych w teście odśrodkowym. W przedstawionym w sposób schematyczny na fig. 2 urządzeniu objaśnione wcześniej odnośniki przypisane sąelementom, spełniającym te same funkcje, co na fig. 1. Na fig. 2 zrezygnowano natomiast z rozdzielacza ilościowego 10. W związku z tym każdy moduł membranowy 1,2 posiada własną dozującą pompę zasilającą 8', 8. Obie te pompy pracują zawsze w tych samych warunkach, narzucanych przez wspólny przewód sterujący 15'. Z uwagi na to w przewodach 4', 4 doprowadzających pozostałość po procesie filtracji wymagana jest obecność dwóch homogenizatorów 10', 10.

Również w urządzeniu, przedstawionym w sposób schematyczny na fig. 3, wspomniane wyżej odnośniki przypisane są elementom, spełniającym objaśnione wcześniej funkcje. Na fig. 3 zamiast zaworu regulacyjnego 11 zastosowano pompę śrubowąjednowimikową30, wypompowującąpozostałość ze stref ciśnieniowych modułów membranowych 12. Pompa 30 ma, podobniejak pompa zasilająca 8, możliwość ciągłej regulacji przepływu. Przy pomocy tego urządzenia proces zagęszczania realizowany jest analogicznie, jak to miało miejsce w przypadku urządzenia, opisanego w odniesieniu do fig. 1. Rezygnacja z zaworu regulacyjnego 11 umożliwia jednak tutaj filtrowanie także zacierów, które zatykałyby zawór 11, nie zakłócająjednak pracy pompy 30. Do procesów zagęszczania i wymywania niezbędny jest zawór odcinający 31.

Podobnie jak urządzenia według fig. 1 i 2, również urządzenie według fig. 3 pracuje w sposób okresowy. W porównaniu ze wspomnianym na wstępie, znanym z JOURNAL OF FOOD SCIENCE, 1986, urządzeniem, w którym proces ultrafiltracj i odbywa się przy użyciu membrany metalowej, ma ono tę zaletę, że w blokach modułów membranowych 12 potrzebnajest niewielka ilość modułów i że ciśnienia przejścia przez membrany mogą być niskie. W porównaniu do urządzeń według fig. 1 i 2 urządzenie według fig. 3 ma tę zaletę, że znajdujące się ewentualnie w pozostałości po procesie filtracji większe cząstki substancji stałych nie przechodzą do sterowanego zaworu, grożąc jego zatkaniem. Urządzenie to umożliwia odsączanie i zagęszczanie również tych produktów z branży soków owocowych lub branży spożywczej, które prasuje się bardzo trudno lub których nie daje się w ogóle prasować.

Również fig. 4 pokazuje urządzenie, w którym zrezygnowano z zaworu regulacyjnego 11 do sterowania przepływem pozostałości po procesie filtracji na wyjściach modułów 12. Zadane

177 892 na wstępie ciśnienie robocze P1 jednego przejścia 1 jest mierzone czujnikiem 12 i osiągane za pośrednictwem przewodu steruj ącego 15 w wyniku zwiększenia lub zmniejszenia przepływu dozującej pompy zasilającej 8. Proces wymywania rozpoczyna się w momencie, gdy przepływ pozostałości po procesie filtracji spadnie poniżej zadanego na wstępie przepływu minimalnego F1. Przepływ F1 jest mierzony przez czujnik 41 na wyjściu dozującej pompy zasilającej 8. Proces wyrzucania pozostałości po procesie filtracji rozpoczyna się analogicznie, jak to opisano w odniesieniu do fig. 1, przy pomocy zaworów 21 i 41. Zalety urządzenia opisanego w odniesieniu do fig. 4 to niskie koszty wytwarzania i niewielki koszt systemu regulacji.

F igura 5 pokazuj e wariant opisanychj uż urządzeń, w którym dzięki rezygnacji ze wstępnego zbiornika 5 uzyskano izolację względem powietrza z otoczenia. Sterowanie przebiegiem procesów odbywa się tutaj centralnie za pośrednictwem procesora 52, do którego doprowadzane są mierzone czujnikami 12', 12 ciśnienia robocze P1, P2 pozostałości po procesie filtracji na wejściu i wyj ściu bloku modułów membranowych 1 oraz mierzone czujnikiem 41 przepływy pozostałości po procesie filtracji i czujnikiem 53 przepływy pozostałości po procesie odsączania.

D»· co ± Zjv ovwj wjt opviuj^w οι^ιη^νιιΐ AV pUmpe O poprzez przewód 15, sterowanym zaworem 11 i zaworem wylotowym 21 do odprowadzania pozostałości.

Przy pomocy urządzenia według fig. 5 można prowadzić w sposób ciągły lub quasi-ciągły okresowe odsączanie pozostałości po procesie filtracji. Jak pokazuje wykres czasowy na fig. 5A, przesączanie pozostałości następuje w chwilach powtarzających się pików jej wypływu F4 na przewodzie 22 zawsze wtedy, gdy następuje silny spadek dopływu produktu F1 z pompy 8. Zaleta tego wariantu polega na niewielkim utlenianiu pozostałości przez powietrze z otoczenia. Korzyść tę można wzmocnić, stosując gaz obojętny lub eliminując straty lotnych środków wymywających, jak alkohol itp.

Na podstawie tabeli 1 i diagramu 1 opisany został przeprowadzony w praktyce tok procesu zagęszczania ze strumieniem pozostałości utrzymanym na początku czasowo na stałym poziomie, a na podstawie tabeli 2 i diagramu 2 tok procesu zgęszczania ze strumieniem pozostałości zmienianym przez cały czas zagęszczania. Zastosowane do tego celu urządzenie do zagęszczania odpowiadało następującej specyfikacji.

Urządzenie urządzenia odpowiadające schematowi przedstawionemu na fig. 1 jest wyposażone w 4 bloki. W każdym bloku połączone są szeregowo 4 moduły UF typu Supercor firmy Koch. Każdy z tych modułów posiada wewnątrz 19 rur membranowych o średnicy wewnętrznej 1/2 cala czyli 0,0127 metra. Długość każdej z tych rur wynosi 3 metry. Aktywna powierzchnia membranowa przypadająca na moduł wynosi 2,2 m². Granica rozdziału membrany przebiega przy około 2000 daltonów. Dopuszczalne ciśnienie wewnętrzne w rurach membranowych wynosi 6 x 10⁵ N/m2.

Dla przetłoczenia pozostałości zainstalowano pompę śrubowąjednowirnikową o maksymalnej wydajności rzędu 140 m³/h przy maksymalnym ciśnieniu rzędu 6 x 10⁵ N/m2.

1. Proces zagęszczenia ze strumieniem pozostałości utrzymanym ra początku na stałym poziomie.

Zagęszczona została pozostałość po przetłoczeniu przez 4 połączone szeregowo urządzenia UF, które służą do klarowania tłoczonych soków jabłkowych. Pozostałość po przetłoczeniu przez te urządzenia była częściowo wymywana wodą. Rozpuszczalna sucha substancja stanowiła około 4,8% wagowych, udział mokrego osadu wynosił w granicach 41% objętościowych i temperatura w granicach 53°C.

Cel produkcji polegał na tym, aby osiągnąć dalsze jeszcze wymywanie udziałów cukru w pozostałości i zagęszczenie w część osadu drożdżowego do co najmniej 80% objętościowych. Pozostałajeszcze po procesie zagęszczania resztkowa ilość pozostałości odpowiada tym samym około połowie doprowadzanej ilości pozostałości. Przy starcie o godz. 8.00 strumień przetłaczanej pozostałości utrzymywany był na stałym poziomie przy 90 m3/m za pomocą obwodu regulacji zamkniętej. Ciśnienie na wejściu do modułów utrzymywane było również na stałym poziomie rzędu 5,8 x 105 N/m2 za pomocą regulatora, podczas gdy na wyjściu modułów było ono lekko

177 892 zdławione za pomocą zaworu regulacyjnego 11. Ciśnienie wyjściowe na modułach wynosiło przy tym 2,9 x 10⁵ N/m2 Chwilowa wydajność filtracyjna była rzędu 0,91 m³/h. Ten stan regulacji zaznaczony jest w tabeli 1 zakresem procesu 1. Jednocześnie do pozostałości doprowadzona była zaworem regulacyjnym woda z prędkością 0,91 m3/h a rozpuszczalne cząsteczki wypłukiwane były jeszcze stale z pozostałości. Proces ten utrzymywany był tak długo aż osiągnięta została około godz. 11.03 zadana na wstępie wartość rzędu 2,9% rozpuszczalnej substancji suchej. Podczas procesu wymywania lekko maleje lepkość pozostałości, co odzwierciedla się w lekkim wzroście ciśnienia wyjściowego modułu od 2,9 do 3,4 x 10⁵ N/m².

W końcowym zakresie 2 procesu sukcesywnie wzrasta lepkość w pozostającej pozostałości a ciśnienie wyjściowe modułu ponownie wyraźnie spada, kiedy to jednocześnie otwarty został zawór regulacyjny 11 (fig. 1). Tym samym wzrasta takżejednocześnie różnica ciśnień między wejściem modułu i wyjściem modułu. Około godziny 13.32 zawór regulacyjny 11 był już całkowicie otwarty. Od tego czasu nie można już było utrzymać na stałym poziomie ciśnienia wejściowego do modułu przy stałym przepływie pozostałości 90 m3/h na wysokości 5,8 x 10⁵ N/m2. Ciśnienie wejściowe wzrastało dalej i wartość zadana osiągnęła 6 x 105 N/m2. Ciśnienia tego nie wolnojuż było dalej podnosić. Przy wyższych ciśnieniach moduły mogłyby ulec uszkodzeniu.

Aby maksymalne dopuszczalne ciśnienie mogło być utrzymane na poziomie stałym 6 x 105 N/m2, prowadzi się trzeci etap procesu. Do regulacji ciśnienia wejściowego modułu służy układ regulacji, który jako sygnał wejściowy posiada przepustowość pozostałości. Przepustowość pozostałości obniża się sukcesywnie wraz ze wzrastąjącąlepkościąpozostałości. W procesie tym w dalszym ciągu wzrasta stopień zagęszczania, przy czym różnica ciśnień między ciśnieniem wejściowym modułu i ciśnieniem wyjściowym modułu jest mimo to utrzymana na stałym poziomie. Przy osiągnięciu zadanego minimalnego strumienia pozostałości przetłoczonej rzędu 54 m3/h proces zagęszczania został ukończony a pozostałość wypchnięta z urządzenia.

Osiągnięty stopień zagęszczenia odpowiadał udziałowi mokrego osadu na poziomie 82% objętościowych, wyrażony w teście odśrodkowym przy 3000 g i 10 minutach trwania.

2. Proces zagęszczania ze zmiennym przez cały czas trwania strumieniem pozostałości.

Zagęszczona została pozostałość po przetłoczeniu przez 4 połączone szeregowo urządzenia - UF, które służądo klarowania tłoczonych sokówjabłkowych. Pozostałość, po przetłoczeniu przez te urządzenia, była częściowo wymywana wodą. Rozpuszczalna sucha substancja stanowiła około 5,35% wagowych, udział mokrego osadu wynosił w granicach 43% objętościowych a temperatura w granicach 54°C. Cel produkcji polegał na tym, aby osiągnąć dalsze jeszcze wymywanie udziałów cukru w pozostałości i zagęszczenie w część osadu drożdżowego do co najmniej 80% objętościowych. Przy starcie o godz 14:31 strumień pozostałości wynoszący od początku 120 m3/h został zmieniony przy pomocy obwodu regulacji tak, że ciśnienie wejściowe do modułu wzrosło od początkowej wartości 5,2 x 105 N/m2 do 5,8 x 105 N/m2 i pozostawało następnie na stałym poziomie. Na wyjściu strumienia pozostałości na modułach nie doszło do zdławienia. Ciśnienie wyjściowe na modułach wynosiło o godz. 14:50 po regulacji 1,2 x 10⁵N/m2. Chwilowa wydajność filtracyjna wynosiła 5,58 m3/h. Ten stan regulacji zaznaczony jest w tabeli 2 zakresem 1 procesu. Jednocześnie do pozostałości doprowadzona była zaworem regulacyjnym z prędkością 5,5 8 m.3/h woda, a rozpuszczalne cząsteczki wypłukiwane byłyjeszcze stale z pozostałości. Proces ten utrzymywany był tak długo aż osiągnięta została około godz. 19:20 zadana na wstępie wartość 0,59% rozpuszczalnej substancji suchej. Podczas procesu wymywania wzrasta wydajność filtracji do 6,43 m3/h. W końcowym zakresie procesu nie prowadzono już żadnej innej diafiltracji i pozostałość była dalej zagęszczana. Aby wartość zadana ciśnienia wejściowego do modułu 5,8 x 105 N/m2 nie wzrastałajuż dalej, redukcji uległ strumień pozostałości za pomocą wymienionego obwodu regulacji.

Przy osiągnięciu zadanego minimalnego strumienia pozostałości przetłoczonej rzędu 45 m3/h nastąpił koniec procesu zagęszczania a pozostałość została wypchnięta z urządzenia. Osiągnięty stopień zagęszczenia odpowiadał udziałowi mokrego osadu na poziomie 87% objętościowych, wyrażony w teście odśrodkowym przy 3000 g i 10 min. trwania.

177 892

,0 1

1ΊΊ 892

<0

177 892

ΙΌ

1ΊΊ 892

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej przy użyciu urządzenia z modułami membranowymi i obiegiem pozostałości po procesie filtracji, w którym najpierw, w pierwszym przedziale czasowym, przetłacza się ciecz przy stałym natężeniu przepływu, po czym, w drugim przedziale czasowym, utrzymuje się stałą wartość ciśnienia cieczy, zaś strumień pozostałości po procesie filtracji znajdujący się w obiegu pozostałości doprowadza się do modułów membranowych, znamienny tym, że w pierwszym etapie przetłacza się pozostałość po filtracji wstępnej w modułach membranowych (1,2) i pierwszy przedział czasowy kończy się gdy ciśnienie wejściowe strumienia pozostałości na wejściu do modułów membranowych (12) przekroczy uprzednio zadaną wartość, zaś w drugim etapie strumień pozostałości utrzymuje się pod stałym ciśnieniem za pomocąco najmniej jednego czujnika ciśnienia (12,13) poprzez zmniejszenie strumienia przetłaczanej pozostałości do czasu, gdy osiągnie się ’ wymaganą wartość zagęszczenia pozostałości, a następnie w trzecim etapie zagęszczoną pozostałość odprowadza się z obiegu za pomocą zaworu wyjściowego (21).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczanie w urządzeniu membranowym prowadzi się w układzie przeciwprądowym.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień zagęszczenia pozostałości po procesie filtracji określa się jej przepływem w obiegu zamkniętym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w części pierwszego etapu ciśnienie wejścia w moduły membranowe początkowo utrzymuje się na stałym poziomie, przy czym na wejściu modułów spadki ciśnień steruj e się przy pomocy ciśnieniowego zaworu regulacyjnego (11).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed drugim lub trzecim etapem do pozostałości po procesie filtracyjnym doprowadza się ciecz wymywającą, aż stężenie pozostałości po procesie przesączania spadnie poniżej zadanej wartości według skali Brixa.

6. Sposób zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej przy użyciu urządzenia z modułami membranowymi i obiegiem pozostałości po procesie filtracji, znamienny tym, że strumień pozostałości po filtracji wstępnej znajdujący się w obiegu pozostałości (5,8 12,3), doprowadza się do modułów membranowych (1,2), i w pierwszym etapie zwiększa się strumień pozostałości za pomocąco najmniej jednej dozującej pompy zasilającej (8) do chwili, aż ciśnienie wejściowe strumienia pozostałości na wejściu do modułów membranowych (12) osiągnie zadanąna wstępie wartość, a następnie w drugim etapie utrzymuje się na stałym poziomie ciśnienie wejścia do modułów membranowych (1,2) poprzez regulację przepływu strumienia pozostałości za pomocąco najmniej jednego czujnika (1^^, 13) do chwili, gdy strumień pozostałości zostanie zmniejszony do poziomu zadanej wartości stopnia zagęszczenia pozostałości.

7. Urządzenie do zagęszczania mieszanin ciał stałych i cieczy z zastosowaniem technologii membranowej zawierające moduły do filtrowania pozostałości, obwód obiegu pozostałości po procesie filtracji do przenoszenia pozostałości do i z modułów membranowych oraz co najmniej jednąpompę, usytuowanąw obwodzie obiegu pozostałości, znamienne tym, że pompę stanowi dozująca pompa zasilająca (8) wyposażona w urządzenie (16) do dostosowania wydajności tłoczenia do modułów membranowych (1, 2), zbiornik (5) mieszaniny substancji stałych i ciekłych usytuowany jest bezpośrednio przed pompą zasilającą (8), zaś wyjście modułów membranowych (12) jest połączone z ciśnieniowym zaworem regulacyjnym (11), przy czym korzystnie, pomiędzy dozującą pompą zasilającą (8) a wejściem modułów membranowych (1, 2), usytuowany jest co najmniejjeden ciśnieniowy czujnik (12,13).

177 892

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że jedna dozująca pompa zasilająca (8) jest wyposażona w elektroniczny regulator liczby obrotów.

9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że dozująca pompa zasilająca (8) jest pompą śrubowąjednowirnikową.

10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że dozująca pompa zasilająca (8) jest pompą membranową.

11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że dozująca pompa zasilająca (8) jest pompą zasilaną pneumatycznie.

12. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że za dozującą pompą zasilającą (8) umieszczony jest rozdzielacz ilościowy (10), który jest rozdzielaczem statycznym bez części ruchomych.

13. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że za dozującą pompą zasilającą (8) umieszczonyjest rozdzielacz ilościowy (10), który jest rozdzielaczem dynamicznym z regulacją proporcji między poszczególnymi strumieniami cząstkowymi.

14. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że dozująca pompa zasilająca (8) jest połączona po stronie ssącej ze zbiornikiem (5) na mieszaninę substancji stałych i ciekłych, przewodem o długości poniżej trzech metrów.

15. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zbiornik (5) na mieszaninę substancji stałych i ciekłych posiada mieszadło (7).

16. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że za dozującą pompą zasilającą (8) umieszczony jest homogenizator (9).

17. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że ciśnieniowy zawór regulacyjny (11) stanowi zawór nadążny.

18. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że wyjście ciśnieniowego czujnika (12,13) jest połączone z ciśnieniowym zaworem regulacyjnym (11) oraz z urządzeniem (16) do dostosowania wydajności tłoczenia dozującej pompy zasilającej (8).

19. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że blok modułów membranowych (12) posiada po stronie pozostałości po procesie przesączania czujnik (19) do pomiarów stężenia w skali Brixa, którego sygnały pomiarowe sądoprowadzane do zaworu (18), regulującego dopływ wody do obiegu pozostałości po procesie filtracyjnym.

20. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że w obiegu pozostałości po procesie filtracyjnym za blokami modułów membranowych (12) umieszczony jest przewód (3) do tłoczenia pozostałości, który jest rozgałęziony i łączy się z ciśnieniowym zaworem regulacyjnym (11), i z zaworem wylotowym (21) do odprowadzania pozostałości.