SE521186C2 - Förfarande och anordning för testning av rengöringseffektivitet för ett filter i ett filtersystem - Google Patents

Description

l0 l5 20 25 30 b) Ul 521 186 2 pelvis vara ett fel vid öppnandet av en ventil någonstans i systemet. När filtren inte har rengjorts fullständigt innan en tillverkningscykel börjar, förkortas cykeln, eftersom det ovan nämnda trycket stiger för snabbt. Detta leder till produktförluster eftersom systemet måste gå in i rengöringsfas tidigare än beräknat.

För att undvika detta är det önskvärt att ha något sätt att testa huruvida rengöringen har lyckats eller inte, innan en framställningscykel påbörjas.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att till- handahålla en lösning på de tidigare beskrivna problemen.

Detta ändamål uppnås genom ett förfarande för att testa effektiviteten hos en rengöringsprocedur för ett filter i ett filtrersystem, varvid filtret är försett med porer, innefattande stegen att utföra rengöringsproceduren för filtret, blöta filtret, trycksätta filtrersystemet, mäta en tryckminskning i filtrersystemet under en förutbestämd tidsperiod, och baserat på tryckminskningen bestämma huruvida ren- göringsproceduren har varit effektiv eller inte, varvid en tryckminskning som är mindre än ett förutbestämt tröskelvärde indikerar att rengöringsproceduren inte har varit effektiv.

I en föredragen utföringsform innefattas filtret i ett system för att framställa steriliserad mjölk, med fördel skummjölk, och är rengöringsproceduren en CIP-pro- cedur, där filtret rengörs med en vätska. Vid slutet av rengöringsproceduren leds vätskan bort från filtrersyste- met, varvid filtrets porer lämnas indränkta med vätskan.

Vätskan är med fördel, men inte nödvändigtvis, vatten.

För det fall att rengöringsproceduren konstateras vara icke-effektiv, utförs med fördel en ytterligare ren- göringsprocedur för filtret. lO 15 20 25 30 Lu LFI 521 186 3 Det ovan nämnda ändamålet uppnås också med en anord- ning för att testa effektiviteten hos en rengöringsproce- dur för ett filtrersystem, som innefattar ett filter med porer. Anordningen innefattar filtertrycksättningsorgan, en trycksensor som är inställd att mäta ett tryck i filt- rersystemet, och en styrenhet som är operativt ansluten till filtertrycksättningsorganet och trycksensorn. Efter att filtrersystemet har varit föremål för rengöringspro- ceduren, påverkar styrenheten filtertrycksättningsorganet för att ästadkomma ett tryck över filtret, övervakar en utsignal från trycksensorn för att bestämma en minskning i trycket över filtret under en förutbestämd tid, och uppskattar ett kvalitativt resultat av rengöringsprocedu- ren genom att jämföra den bestämda tryckminskningen mot fördefinierade referensdata.

Med fördel innefattar filtertrycksättningsorganet en gastillförselenhet, som är ansluten till filtret, och en första och en andra ventil vilka är anordnade vid en in- gångssida respektive en utgångssida av filtret, varvid trycksensorn är anordnad mellan dessa ventiler och varvid styrenheten är anordnad att göra så att gastillförsel- enheten förser filtret med gas såväl som att stänga den första och den andra ventilen för att åstadkomma trycket över filtret.

Dessutom indikerar det kvalitativa resultatet, som uppskattats av styrenheten, med fördel huruvida rengö- ringsproceduren har varit effektiv eller inte. I det senare fallet kan styrenheten vara anordnad att initiera ytterligare en rengöringsprocedur för filtrersystemet.

Förfarandet och anordningen i enlighet med uppfin- ningen ger fördelen att reducera antalet tillverknings- störningar, eftersom risken att behöva avbryta en till- verkningscykel i förtid är avsevärt reducerad tack vare uppfinningen. I sin tur uppnås en mer kostnadseffektiv -É wv-Aq/Ül-»J v...

Cillvcinniug.

Andra ändamål och fördelar med samt egenskaper hos föreliggande uppfinning kommer att framgå av den följande lO 15 20 25 30 ba LN 521 186 . . . , ß n 4 detaljerade beskrivningen av en föredragen utföringsform, av de bifogade patentkraven likaväl som av de åtföljande ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna En föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning kommer nu att beskrivas mer detaljerat nedan med hänvisning till de åtföljande ritningarna, på vilka: Fig 1 är en schematisk vy av ett filtrersystem inne- fattande en anordning i enlighet med uppfinningen.

Fig 2 är ett flödesschema som visar förfarandet en- ligt föreliggande uppfinning.

Fig 3 och 4 är diagram över testresultat som erhål- lits under användning av uppfinningen i ett filtrersys- tem.

Detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform Filtrersystemet i fig 1 innefattar ett filter 1, en behållare 2, en matarpump 3 och en cirkulationspump 4. På finns det rören 5, 6, som leder till och från filtret 1, två ventiler 7a, 7b. En testutrustning 8, som kommer att beskrivas i detalj senare, är ansluten till systemet, vilket visas vid 9a, 9b. Vätska från behållaren 2, som kommer in i filtret 1 genom röret 5, delas i två delar när det passerar filtret, varvid en tappas av vid P och den andra vid R. Det finns två trycksensorer 10, 11 i systemet, vilka är anordnade på vardera sida om filtret.

Filtrersystemet i fig 1 är särskilt lämpligt för behandling av skummjölk, emellertid är även andra typer av mjölk möjliga.

Når systemet används för att sterilisera mjölk inne- håller behållaren 2 mjölk, som med hjälp av matarpumpen 3 matas till filtret 1 genom röret 5. Den del av mjölken, som endast innehåller partiklar vilka är tillräckligt små för att passera genom filtret 1, leds bort för eventuell vidare behandling vid P. Denna del kallas permeat. En annan del leds bort vid R, medan resten ätercirkuleras genom röret 6 för vidare behandling genom filtret 1. Den del av mjölken som leds bort vid R kallas retentat. 10 15 20 25 30 Lu UI 521 186 5 Cirkulationspumpen 4 möjliggör återcirkulation av mjölk genom filtret 1.

Trycket vid P mäts med trycksensorn 10, och trycket vid R mäts med trycksensorn 11. Trycket över filtret, som kallas TMP (”Trans Membrane Pressure", transmembran- tryck), beräknas som skillnaden mellan dessa två av en TMP-övervakningsenhet 12. TMP bör inte överskrida ett bestämt tröskelvärde under en tillverkningscykel. Om detta värde överstigs är det en indikation på att filtrets porer är för tilltäppta, varvid tillverkningscykeln kommer att avbrytas av TMP- övervakningsenheten 12. Följaktligen kan den återstående mjölken i behållaren 2 inte behandlas under denna cykel.

Systemet rengörs genom användande av en CIP-proce- dur. När systemet är i en rengöringsfas fylls behållaren 2 med en lämplig rengöringsvätska. Rengöringsvätskan passerar genom systemet på samma sätt som mjölken, utför följaktligen en rengöringsprocedur för systemet och tar i synnerhet bort föroreningar i filtrets porer. I den före- dragna utföringsformen innefattar rengöringsproceduren följande steg: Inledningsvis spolas systemet med vatten för att ta bort all resterande mjölk.

Sedan rengörs systemet med en basisk vätska, såsom natriumhydroxid eller kaliumhydroxid, möjligtvis med tillsats av tensider. Därefter spolas systemet återigen med vatten.

Efter detta spolas systemet med en sur vätska, såsom salpetersyra. Slutligen används vatten för att skölja systemet.

Emellertid utgör rengöringsproceduren själv inte någon central del av uppfinningen och kan utföras på andra sätt än som nämnts ovan.

Efter rengöringsfasen testas filtret 1 med testut- iustlirgen 8 i fig 1 i enlighet med förfarandet som pre- senteras i försel 14, fig 2. Testutrustningen 8 innefattar gastill- med fördel en tryckluftsmatning, som är anslu- 10 l5 20 25 30 h) U 1 521 186 6 ten till retentatsidan R hos filtret 1. En trycksensor 13 är anordnad att mäta trycket vid förutnämnda retentatsida R. En styrenhet 15 är operativt ansluten inte endast till tryckluftsmatningen 14 och trycksensorn 13 utan också till en första ventil 7a vid ingångssidan av filtret 1 likaväl som till en andra ventil 7b vid retentatsidan.

Styrenheten 15 har ett valfritt operatörsgränssnitt 16, innefattande t ex en CRT- eller LCD-monitor, en uppsätt- ning indikatorlampor eller lysdioder, en skrivare eller plotter, ett tangentbord, en mus, en joystick, etc. såsom ett (ROM, Styrenheten 15 har också ett minne 17, läs-/skrivminne (RAM, SRAM, PROM, EPROM, EEPROM), eller optisk skiva, etc), ett läsminne ett permanent minne (magnetisk etc), eller någon kombination därav.

Styrenheten själv kan lämpligen implementeras av vilken kommersiellt tillgänglig mikroprocessor (CPU) som helst, eller någon annan programmerbar logisk enhet såsom en FPGA, tillsammans med programkod lagrad i minnet 17.

Styrenheten 15 kan alternativt realiseras som en integre- rad krets, som diskreta logiska grindar tillsammans med andra analoga och digitala komponenter, eller i någon kombination av ovanstående.

Med hänvisning till fig 2 börjar ett filterrengö- ringstestförfarande 20 i enlighet med den föredragna ut- föringsformen med den faktiska rengöringsproceduren 21, under vilken filtrersystemet, innefattande filtret 1, rengörs med vätska från behållaren 2 och, slutligen, spo- las med vatten. I ett efterföljande steg 22 leds vattnet bort från filtrersystemet och lämnar filtrets 1 porer in- dränkta med vatten. I steg 23 förmår styrenheten 15 sedan tryckluftsmatningen 14 att mata luft genom rören 9a, 9b till filtret 1. Dessutom driver styrenheten 15 de två ventilerna 7a, 7b att inta deras stängda tillstånd, var- vid filtret 1 är förseglat från resten av systemet och följaktligen trycksatt. En typisk typ av filter kan exem- pelvis trycksättas till ungefär 1600 mbar. Detta värde 10 15 20 25 30 U) U1 521 186 7 kan emellertid variera stort mellan olika tillämpningar och i synnerhet mellan olika typer av filter. Över tiden kommer luft att diffundera genom filtrets porer och trycket kommer följaktligen att falla. Om porerna är tilltäppta pä grund av otillräcklig rengöring, kommer det endast att vara en mindre minskning, eftersom diffusionen av luft genom filtrets porer kommer att redu- ceras. Följaktligen är detta en indikation på att filtret inte har rengjorts ordentligt. Sålunda initieras ett tryckminskningsmätningssteg 24 genom att återställa en intern tidräknare i styrenheten 15. Ett initialt tryck- värde erhålls som ett momentanvärde från trycksensorn 13.

När väl tidråknaren indikerar att en förutbestämd tids- period har passerat - värdet pä den förutbestämda tids- perioden kan lagras på lämpligt sätt i minnet 17 och kan exempelvis vara 120 s - läser styrenheten 15 återigen ett momentanvärde från trycksensorn 13. Tryckminskningen be- räknas sedan i styrenheten 15 som skillnaden mellan två momentanvärden från trycksensorn 13.

I ett steg 25 jämförs den beräknade tryckminskningen med ett förutbestämt tröskelvärde, vilket också kan vara lagrat i minnet 17. Om den beräknade tryckminskningen är större än (eller teoretiskt lika med) det förutbestämda tröskelvärdet, betraktar styrenheten 15 minskningen som normal och tydande på en effektiv rengöringsprocedur 21.

Exekveringen fortsätter till ett slutsteg 28, i vilket den återstående luften avluftas från filtrersystemet genom att öppna ventilerna 7a, 7b och en ny tillverk- ningscykel kan påbörjas. Å andra sidan, om den beräknade tryckminskningen faktiskt är mindre än det förutbestämda tröskelvärdet, följer ett steg 26 i vilket en operatör kan bli larmad om den felaktiga eller åtminstone otill- räckliga rengöringsproceduren 21, genom operatörsgräns- snittet 16. Operatören kommer sedan att kunna upprepa rengöringen av filtret 1, som indikerats vid 27 i fig 2.

Alternativt kan ytterligare en rengöringsprocedur 27 initieras automatiskt av styrenheten 15. lO 15 20 25 30 LU U'I 521 186 8 Den ytterligare rengöringsproceduren 27 kan utföras pä olika sätt. I den föredragna utföringsformen realise- ras den ytterligare rengöringsproceduren 27 genom att upprepa den normala CIP-proceduren 21 i sin helhet.

Alternativt kan emellertid den ytterligare rengö- ringsproceduren 27 innefatta samma steg som den normala CIP-proceduren 21, men med antingen en kortare eller en längre varaktighet.

Som ett ytterligare alternativ utförs endast några av stegen i CIP 21 under den ytterligare rengöringsproce- duren 27.

I enlighet med ytterligare alternativ är koncentra- tionen av sur rengöringsvätska respektive basisk rengö- ringsvätska antingen högre eller lägre under den ytterli- gare rengöringsproceduren 27 jämfört med den normala CIP 21.

Ytterligare ett alternativ är att utföra ett extra- steg under den ytterligare rengöringsproceduren 27, vil- ket exempelvis innefattar användning av en enzymatisk rengöringsvätska.

Testutrustningen 8 kan med fördel implementeras av en kommersiellt tillgänglig integritetstestutrustning, såsom PALLTRONIC FFEO4 från Pall Process Filtration Limited, Europa House, Havant Street, Portsmouth PO1 3PD, England. Hittills har sädan integritetstestutrustning an- vänts endast för att verifiera att filterelementet är in- takt, dvs att det inte finns nägra sprickor eller andra defekter i filtret som skulle tillàta stora partiklar att passera genom filtret, vilket i sin tur skulle leda till en icke-steril produkt. Å andra sidan kan föreliggande uppfinning med fördel utgöra ny användning av sådan ut- rustning för att testa inte filterintegritet, utan fil- terrengöringseffektivitet. Det ska poängteras att test- utrustningen 8 kan realiseras av andra organ än förut nämnda integritetstestutrustning_ Fig 3 visar ett exempel på hur tryckminskningen varierar i ett bestämt filtrersystem. Systemet var i 10 15 20 25 30 Lp UI 521 186 M f... 9 varje testfall 59-71 föremål för en rengöringsprocedur efter en tillverkningscykel. Sedan trycksattes systemet till ungefär 1600 mbar, och tryckminskningen under 120 s mättes. I de flesta fallen var tryckminskningen ungefär 50-60 mbar, men i testfallen 62 och 63 var tryckminsk- ningen mycket lägre, 10-30 mbar. Dessa tvà tester utför- des efter otillräcklig rengöring av filtret.

En förbättring av utföringsformen som visas i fig 1-3 kommer nu att beskrivas med hänvisning till fig 4, vilken visar en långsiktig variation i tryckminskningen uppmätt under steg 24 i filterrengöringstestproceduren 20 i normalfallet effektiv, (dvs när filterrengöringen bedöms ha varit se steg 28 i fig 2).

Diagrammet i fig 4 visar en serie tryckminsknings- provvärden som mätts upp för ett specifikt filtrersystem i steg 24 i fig 2 under ett stort antal tillverk- nings-/rengöringscykler. Som framgàr av fig 4, efter in- (fig l) minskningen, vilken uppmäts i steg 24 i fig 2, mer eller stallationen av filtret l i systemet, är tryck- mindre konstant (vid ungefär 58 mbar) under de första fä tillverknings-/rengöringscyklerna. I en sakta sjunkande grad börjar sedan respektive tryckminskningsvärden, som uppmäts i steg 24, att variera genom tillverknings-/ren- göringscyklerna. Efter ett stort antal tillverk- nings-/rengöringscykler (t ex vid ungefär cykel nr 75 i fig 4) uppgàr till slut det normala tryckminskningsvär- det, mbar, under 60 mbar, Denna långvariga skiftning i normalt tryckminskningsvärde som mätts i steg 24 i fig 2, till endast ungefär 40 dvs avsevärt lägre än det initiala värdet strax som mätts upp under de första cyklerna. beror framför allt på det faktum att ingen rengöringspro- cedur kommer att vara absolut perfekt i verkligheten (vilket för med sig att obetydliga mängder av mjölkrester kommer att bli kvar i filtret l och ackumulerat påverka det normala tryckminskningsvärdet som uppmäts i steg 24 i fig 2). 10 15 20 25 30 Lu UI 521 186 10 För att hantera ovan nämnda situation och undvika att långsiktigt avtagande i normal tryckminskning förväx- las med en onormal tryckminskning som i testen nr 62 och 63 i fig 3 (vilka indikerar en misslyckad rengöringspro- cedur), är rengöringsteststyrenheten 15 anordnad att ut- föra en serie kalibreringstryckminskningsmätningar när filtret 1 initialt installeras i filtrersystemet. Ett referensvärde för normal tryckminskning tas fram ur denna serie kalibreringsmätningar och lagras i minnet 17. Dess- utom beräknas ett andra referensvärde ur det första refe- rensvärdet och lagras också i minnet 17, vilket indikerar en gräns under vilken det långsiktiga avtagandet i normal tryckminskning ses som oacceptabel i termer av risk för sammanblandning med en onormal tryckminskning.

I exemplet i fig 4 kan det andra referensvärdet exempelvis vara satt till 40 mbar, vilket betyder att rengöringsteststyrenheten 15 vid tillverknings-/rengö- ringscykeln nr 75 kommer att märka att tryckminskningen som uppmåts i steg 24 i fig 2 nu är under den acceptabla nivån, såsom denna definieras av det andra referensvär- det, och sålunda påkallar åtgärd. En sådan åtgärd kan exempelvis vara att rengöringsteststyrenheten 15 beordrar en ytterligare rengöringsprocedur i analogi med stegen 26 och 27 i fig 2, såsom beskrivits ovan. En sådan ytterli- gare rengöringsprocedur kommer att ställa tillbaka det normala tryckminskningsvärdet till det första referens- värdet (dvs det initiala tryckminskningsvärdet beräknat från kalibreringsmätningarna) eller till ett värde som ligger nära detta första referensvärde. Med andra ord återställs referensvärdet för normal tryckminskning, så- som testats i steg 25 i fig 2, till sitt initiala värde såsom bestämts vid installationen av filtret l i filtrer- systemet. Som ett alternativ kan rengöringsteststyrenhe- ten 15 utföra en ny uppsättning av kalibreringsmätningar som tillägg till eller i stället för den ytterligare ren- göringsproceduren för att kompensera för den långsiktiga effekt som beskrivits ovan. lO 521 186 ll Föreliggande uppfinning har huvudsakligen beskrivits ovan med hänvisning till en föredragen utföringsform.

Emellertid är andra utföringsformer än den som beskrivits ovan lika möjliga inom uppfinningens omfattning, såsom den definieras av bifogade patentkrav. I synnerhet kommer de exakta värdena på trycksättningen av filtret 1, tryck- minskningsmàttiden och tryckminskningströskelvärdet (tryckminskningströskelvärdena) att behöva ställas in mot en faktisk tillämpningsmiljö, vilket enkelt inses av en fackman.

Claims (14)

10 15 20 25 30 (h: UT 521 186 12 PATENTKRAV

1. Förfarande för att testa effektiviteten hos en rengöringsprocedur för ett filter (1) i ett filtrersys- tem, varvid filtret är försett med porer, innefattande stegen att utföra rengöringsproceduren för filtret (1), att blöta filtret (1), att trycksätta filtrersystemet (23), att mäta en tryckminskning i filtrersystemet under (24). att baserat på tryckminskningen bestämma huruvida en förutbestämd tidsperiod och rengöringsproceduren har varit effektiv, varvid en tryck- minskning som är mindre än ett förutbestämt tröskelvärde indikerar att rengöringsproceduren inte har varit effek- (25).

2. Förfarande enligt krav 1, varvid rengöringsproce- tiv duren innefattar användning av en vätska i filtrersyste- met och varvid steget att blöta filtret (1) utförs vid slutförandet av rengöringsproceduren genom att leda bort vätskan från filtrersystemet, medan porerna hos filtret lämnas indränkta med vätskan.

3. Förfarande enligt kraven 1, 2 eller 3, varvid vätskan innehåller vatten.

4. Förfarande enligt något av kraven 1, 2 eller 3, (21) (CIP, Cleaning In Place)-procedur. varvid rengöringsproceduren är en rengöring-på-plats

5. Förfarande enligt något av föregående krav, var- vid filtret (1) används i ett system för att framställa steriliserad mjölk, med fördel skummjölk.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, vida- (27) rengöringsprocedur för filtret re innefattande steget att utföra ytterligare en (1), i fallet att förut- nämnda rengöringsprocedur bestämdes inte vara effektiv.

7. Anordning för att testa effektiviteten hos en rengöringsprocedur för ett filtrersystem, varvid filtrer- lO l5 20 25 30 (in UI 521 136 l3 systemet innefattar ett filter (1) med porer, k ä n n e - t e c k n a d av 14), som är anordnad att mäta ett filtertrycksättningsorgan (7a, 7b, (13), tryck i filtrersystemet, (15) trycksättningsorganet och trycksensorn, efter det att filt- en trycksensor och en styrenhet som är operativt ansluten till varvid styrenheten är anordnad, rersystemet har blivit föremål för rengöringsproceduren, att påverka filtertrycksättningsorganet för att upprätta ett tryck över filtret, att övervaka en utsignal från trycksensorn för att bestämma en minskning i trycket över filtret under en förutbestämd tid, och att uppskatta ett kvalitativt resultat av rengöringsproceduren genom att jämföra den bestämda tryckminskningen mot fördefinierade referensdata.

8. Anordning enligt krav 7, varvid filtrersystemet vidare innefattar en vätskebehàllare (2) för matning av en vätska genom filtret (1) (15) förande av rengöringsproceduren leda bort vätskan från filtret, under rengöringsproceduren och varvid styrenheten är anordnad att vid slut- medan dess porer lämnas indränkta med vätskan.

9. Anordning enligt krav 7 eller 8, varvid filter- trycksättningsorganet (7a, 7b, 14) (14), första och andra ventiler innefattar en gastill- (1), som är anordnade vid som är ansluten till filtret och (7a, 7b), en ingàngssida respektive en utgångssida hos filtret, och förselenhet varvid styrenheten (15) är anordnad att göra så att gas- tillförselenheten förser filtret med gas såväl som att stänga den första och den andra ventilen för att åstad- komma trycket över filtret.

10. Anordning enligt något av kraven 7-9, varvid (13) (7a, är anordnad mellan den första och den 7b).

11. ll. Anordning enligt något av kraven 7-10, varvid trycksensorn andra ventilen filtrersystemet innefattas i ett system för framställning av steriliserad mjölk, med fördel skummjölk. 10 15 20 521 186 l4

12. Anordning enligt något av kraven 7-11, varvid det kvalitativa resultatet, som uppskattas av styrenheten (15), indikerar huruvida rengöringsproceduren har varit effektiv eller inte.

13. Anordning enligt något av kraven 7-12, varvid styrenheten (15) är anordnad, i fall det uppskattade kva- litativa resultatet indikerar att rengöringsproceduren inte har varit effektiv, att initiera en ytterligare ren- göringsprocedur för filtrersystemet.

14. Anordning enligt något av kraven 7-13, varvid trycket som åstadkommes av filtertrycksättningsorganet (14) över filtret är ungefär 1600 mbar, den förutbestämda tiden är ungefär 120 s, och tryckminskningen hos filtret efter att varit föremål för en effektiv rengöringsproce- dur är definierad av nämnda fördefinierade referensdata som 50-60 mbar, medan tryckminskningen hos filtret efter att ha varit föremål för en icke-effektiv rengöringspro- cedur är definierad av nämnda fördefinierade referensdata som 10-30 mbar.