способ диафильтрации продукта и устройство для осуществления способа

Формула изобретения

1. Способ диафильтрации продукта, включающий в себя следующие этапы:

а) образование потока продукта;

б) образование первого потока посторонней для продукта вымывной жидкости;

в) образование второго потока собственной для продукта вымывной жидкости;

г) подачу первого и второго потоков жидкостей к потоку продукта с его разбавлением обоими потоками жидкостей;

д) подачу разбавленного первым и вторым потоками жидкостей потока продукта к мембранным фильтрующим средствам (1):

е) установление соотношения обоих потоков жидкостей между собой, причем в качестве второго потока жидкости образуют пермеат от мембранных фильтрующих средств (1).

2. Способ по п.1, при котором устанавливают подаваемое с первым и вторым потоками жидкостей общее количество жидкости.

3. Способ по п.1, при котором установление подаваемого общего количества жидкости и/или соотношения обоих потоков жидкостей между собой осуществляют автоматически в регулирующем контуре (16, 17, 18, 19), в частности в зависимости от параметров способа, определяемых непрерывно или периодически посредством измерения.

4. Способ по п.3, при котором измеряют поток пермеата мембранных фильтрующих средств (1) и подаваемое с первым и вторым потоками жидкостей общее количество жидкости устанавливают в зависимости от измеренного потока пермеата, в частности на значение, соответствующее измеренному потоку пермеата.

5. Способ по п.4, при котором образуют устанавливаемые независимо друг от друга первый и второй потоки жидкостей.

6. Способ по п.4, при котором поток продукта подвергают циркуляции в контуре через мембранные фильтрующие средства (1).

7. Способ по п.4, при котором давление на стороне пермеата мембранных фильтрующих средств (1) поддерживают, в основном, постоянным независимо от общего количества жидкости и/или независимо от соотношения обоих потоков жидкости между собой, в частности, в основном, поддерживают атмосферное давление.

8. Способ по п.4, при котором продукт, образованный в виде потока продукта, предварительно вымывают предшествующими способами диафильтрации.

9. Способ по п.8, при котором в предшествующих способах диафильтрации в качестве вымывной жидкости используют исключительно пермеат и, в частности, при котором в предшествующих способах диафильтрации используют пермеат, образуемый соответствующим способом диафильтрации и/или последующим способом диафильтрации.

10. Способ по п.9, при котором в предшествующих способах диафильтрации измеряют образованные фильтрующими средствами (1) количества пермеата и подаваемые в качестве вымывной жидкости количества пермеата в зависимости от образованных количеств пермеата устанавливают, в частности регулируют, на значение 10-100% образованных количеств пермеата и, в частности, на значение 80-100% образованных количеств пермеата.

11. Способ по п.10, при котором на сторонах пермеата мембранных фильтрующих средств (1), используемых в предшествующих способах диафильтрации или во всех способах диафильтрации, поддерживают единое, в основном, постоянное давление, в частности, в основном, атмосферное давление.

12. Способ по п.11, при котором стороны пермеата мембранных фильтрующих средств (1), используемых в предшествующих способах диафильтрации или во всех способах диафильтрации, соединяют между собой посредством соединительных линий.

13. Способ по п.12, при котором способу диафильтрации и, при необходимости, предшествующим способам диафильтрации предваряют дополнительные способы мембранной фильтрации, в частности способы нано-, ультра- и/или микрофильтрации.

14. Способ по п.12, при котором в качестве продукта используют фруктовый сок, предпочтительно сок косточковых плодов, ягод, цитрусовых, ананасовый, виноградный, яблочный или грушевый сок.

15. Устройство для осуществления способа по любому из предыдущих пунктов, содержащее:

а) мембранные фильтрующие средства (1) с впуском (2) для продукта, выпуском (3) для продукта и выпуском (4) для пермеата;

б) трубопровод (9) для подачи потока продукта к впуску (2) для продукта мембранных фильтрующих средств (1);

в) трубопровод (10) для подачи потока вымывной жидкости к потоку продукта;

г) трубопровод (11) для подачи собственного для продукта потока пермеата к потоку продукта;

д) настроечные средства (12, 13, 16, 17, 18, 19) для установления соотношения подаваемых к потоку продукта протоков вымывной жидкости и пермеата между собой,

причем подающий трубопровод (11) для пермеата выполнен в виде возвратного трубопровода для возврата пермеата от выпуска (4) для пермеата мембранных фильтрующих средств (1) в поток продукта.

16. Устройство по п.15, у которого настроечные средства (12, 13, 16, 17, 18, 19) выполнены с возможностью усыновления подаваемых потоков вымывной жидкости и пермеата независимо друг от друга, в частности установления как общего количества, состоящего из подаваемых количеств вымывной жидкости и пермеата, так и отношения подаваемого количества вымывной жидкости к подаваемому количеству пермеата.

17. Устройство по п.16, у которого настроечные средства (12, 13, 16, 17, 18, 19) содержат устройство автоматического регулирования, с помощью которого автоматически в регулирующем контуре (16, 17, 18 или 12, 13, 16, 17, 19) можно устанавливать или регулировать общее количество, состоящее из подаваемых количеств вымывной жидкости и пермеата и/или отношение подаваемого количества вымывной жидкости к подаваемому количеству пермеата, в частности в зависимости от параметров способа, определяемых непрерывно или периодически посредством измерения.

18. Устройство по п.17, у которого впуск (2) и выпуск (3) для продукта мембранных фильтрующих средств (1) соединены посредством циркуляционного насоса (5) в контур продукта.

19. Устройство по п.18, содержащее питающую линию (6) для подвода потока продукта к контуру продукта и сливную линию (8) для отвода потока продукта из контура продукта.

20. Устройство по п.19, у которого питающая линия (6) для продукта впадает вверх по потоку от сливной линии (8) для продукта в контур продукта.

21. Устройство по п.20, у которого питающая (6) и сливная (8) линии для продукта расположены в контуре продуктов зоне между выпуском (3) для продукта мембранных фильтрующих средств (1) и циркуляционным насосом (5).

22. Устройство по п.21, у которого подающий трубопровод (10) для вымывной жидкости впадает в контур продукта в зоне между выпуском (3) для продукта мембранных фильтрующих средств (1) и циркуляционным насосом (5), в частности в зоне между сливной линией (8) для продукта и циркуляционным насосом (5).

23. Устройство по п.22, у которого трубопровод (11) для подачи пермеата впадает в контур продукта в зоне между выпуском (3) для продукта мембранных фильтрующих средств (1) и циркуляционным насосом (5), в частности в зоне между сливной линией (8) для продукта и циркуляционным насосом (5).

24. Устройство по п.23, у которого подающий трубопровод (10) для вымывной жидкости и подающий трубопровод (11) для пермеата впадают в поток продукта через два отдельных или одно общее место впадения.

25. Устройство по п.24, выполненное таким образом, что давление на выпуске (4) для пермеата фильтрующих средств (1) не зависит от подаваемых количеств вымывной жидкости и пермеата, так что при изменении этих количеств не происходит изменения давления на выпуске (4) для пермеата, в частности выполнено таким образом, что давление на выпуске (4) для пермеата, в основном, является постоянным при атмосферном давлении.

26. Устройство по п.25, у которого в подающем трубопроводе (11) для пермеата расположен, в частности, регулируемый насос (13) для пермеата.

27. Устройство по п.26, у которого в подающем трубопроводе (10) для промывочной жидкости расположен, в частности, регулируемый насос (12) для вымывной жидкости.

28. Фильтрационная установка, в частности мембранная фильтрационная установка непрерывного действия, с устройством по любому из пп.15-27.

29. Установка по п.28, которая по любому из пп.15-27 образует первую ступень (D1) фильтрационной установки и к которой подключены одна или несколько дополнительных ступеней (D2, D3) диафильтрации, причем фильтрационная установка выполнена с возможностью подачи к дополнительным ступеням (D2, D3) диафильтрации в качестве вымывной жидкости исключительно соответственно собственного пермеата и/или пермеата соответствующей последующей ступени (D2, D3) диафильтрации.

30. Установка по п.29, в которой дополнительные ступени (D2, D3) диафильтрации содержат настроечные средства (13а, 13b), с помощью которых соответственно подаваемые количества пермеата могут быть установлены, в частности, независимо друг от друга, и, в частности, с помощью которых подаваемые количества пермеата могут быть установлены на поток пермеата соответствующей ступени (D2, D3) диафильтрации.

31. Установка по п.30, у которой настроечные средства (13а, 13b) содержат устройство (17) автоматического регулирования, с помощью которого можно автоматически регулировать соответственно подаваемое количество пермеата, в частности на количество пермеата соответствующей ступени (D2, D3) диафильтрации.

32. Установка по п.31, выполненная таким образом, что давления на сторонах пермеата фильтрующих средств (1a, 1b) дополнительных ступеней (D2, D3) диафильтрации не зависят от соответственно подаваемых количеств пермеата таким образом, что при изменении этих количеств, в основном, не происходит изменения давлений на сторонах пермеата фильтрующих средств (1а, 1b).

33. Установка по п.32, у которой стороны пермеата фильтрующих средств (1а, 1b) дополнительных ступеней (D2, D3) диафильтрации или всех ступеней (D1, D2, D3) диафильтрации соединены между собой таким образом, что при работе на сторонах пермеата фильтрующих средств (1а, 1b или 1, 1a, 1b) давление, в основном, одинаковое и, в частности, с возможностью сообщения с окружающим пространством таким образом, что давление на сторонах пермеата, в основном, соответствует атмосферному давлению.

34. Установка по п.33, у которой стороны пермеата фильтрующих средств (1а, 1b) дополнительных ступеней (D2, D3) диафильтрации соединены посредством, в частности, регулируемых насосов (13а, 13b) для пермеата с выпусками для пермеата фильтрующих средств (1, 1a) предшествующей ступени диафильтрации.

35. Установка по п.34, содержащая предшествующие ступеням (D1, D2, D3), диафильтрации ступени (U1, U2, U3) нано-, ультра- и/или микрофильтрации.

36. Применение устройства по любому из пп.15-27 или фильтрационной установки по любому из пп.28-35 для фильтрации фруктового сока, в частности сока косточковых плодов, ягод, цитрусовых, ананасового, виноградного, яблочного или грушевого сока.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к способу диафильтрации продукта, устройству для осуществления способа, фильтрационной установке с устройством, а также применению устройства и фильтрационной установки, согласно ограничительным частям независимых пунктов формулы.

Уровень техники

Диафильтрацией называется фильтрация продукта мембранными фильтрующими средствами с подачей вымывной жидкости к продукту, в результате чего уменьшается концентрация прошедших через фильтры компонентов продукта, т.е. происходит вымывание этих веществ без неизбежного повышения концентрации не прошедших через фильтры компонентов продукта или его концентрирование. В качестве вымывной жидкости используют посторонние для продукта вымывные жидкости, подаваемую отдельно воду или растворитель, собственный для продукта пермеат, отбираемый, например, у подключенной ступени диафильтрации, или смесь обоих (см. также R.F.Madsen, Design of sanitary and sterile UF- and diafiltration plants, Separation and Purification Technology, 22-23 (2001) 79-87). Этот исключительный возврат пермеата от мембранных фильтрующих средств обратно в поток продукта, используемый, при случае, для регулирования производительности по пермеату, не является диафильграцией, и здесь происходит не вымывание, а лишь циркуляция прошедших через фильтры компонентов в контуре.

Известные сегодня методы диафильтрации имеют тот недостаток, что степень вымывания продукта, т.е. степень обеднения прошедших через фильтры компонентов продукта, в стационарных эксплуатационных условиях, являющихся обязательными для многоступенчатых установок непрерывного действия, нельзя установить, а тем самым на качество и количество созданных потоков концентрата и пермеата можно воздействовать лишь условно.

Изложение изобретения

Поэтому поставлена задача создания способа и устройств, которые не имели бы недостатков уровня техники или, по меньшей мере, частично исключали их.

Эта задача решается посредством способа, устройства и фильтрационной установки, согласно независимым пунктам формулы.

Первый аспект изобретения касается способа диафильтрации продукта. При этом к потоку подвергаемого диафильтрации продукта, например к потоку концентрированного фруктового сока, подаваемого к мембранным фильтрующим средствам с целью фильтрации, подают первый поток посторонней для продукта вымывной жидкости, например воды, и второй поток жидкости из собственного для продукта пермеата, например возвращенный от используемых фильтрующих средств или полученный другими способами фильтрации пермеат, таким образом, что поток продукта перед поступлением в мембранные фильтрующие средства разбавляют посредством первого и второго потоков жидкости. При этом соотношение количеств вымывной жидкости, подаваемой в качестве первого потока жидкости, и пермеата, подаваемого в качестве второго потока жидкости и содержащего собственные для продукта, прошедшие через фильтры компоненты, устанавливают или регулируют до желаемого значения. В результате возникает то преимущество, что степень вымывания, которая при подаче исключительно посторонней для продукта вымывной жидкости максимальна, а при подаче исключительно собственного для продукта пермеата минимальна, можно устанавливать или регулировать, а качество и количество созданных потоков концентрата и пермеата даже в стационарных эксплуатационных условиях, необходимых для многоступенчатых установок непрерывного действия, можно устанавливать или регулировать в широких пределах. Степень вымывания может быть выражена, например, в процентах и вычислена в данном случае следующим образом:

где С₀ обозначает начальную концентрацию прошедших через фильтры веществ в продукте перед диафильграцией, а C_df - конечную концентрацию прошедших через фильтры веществ в продукте после диафильтрации.

В одном предпочтительном варианте осуществления способа устанавливают или регулируют общее количество подаваемой жидкости, состоящее из первого и второго потоков жидкостей, в результате чего можно устанавливать или регулировать вязкость покидающего мембранные фильтрующие средства в качестве ретентата потока продукта.

Если измеряют поток пермеата через мембранные фильтрующие средства, т.е. объемный или массовый поток созданного мембранными фильтрующими средствами пермеата, и устанавливают общее количество подаваемой жидкости, состоящее из суммы объемных или массовых потоков подаваемых первого и второго потоков жидкостей в зависимости от потока пермеата, то можно целенаправленно устанавливать или регулировать определенную степень концентрирования или разбавления покидающего мембранные фильтрующие средства потока продукта. Также можно целенаправленно избежать концентрирования или разбавления этого потока продукта, когда подают ровно столько жидкости, сколько, в целом, отводят через мембранные фильтрующие средства в качестве пермеата.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа первый и второй потоки жидкостей создают в виде устанавливаемых независимо друг от друга потоков жидкостей. За счет этого можно простым образом устанавливать или регулировать как соотношение потоков жидкостей между собой, так и общее количество подаваемой жидкости.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления способа подвергаемый диафильтрации поток продукта подвергают циркуляции в контуре через мембранные фильтрующие средства, в результате чего, при желании, достигается практически полное вымывание прошедших через фильтры компонентов или степень вымывания почти 100%.

Если в качестве второго потока жидкости используют пермеат, образованный мембранными фильтрующими средствами, то, при желании, можно полностью предотвратить вымывание прошедших через фильтры компонентов, что соответствует степени вымывания 0%, за счет возврата образованного пермеата полностью в отфильтровываемый поток продукта. Если при этом, как уже сказано, отфильтровываемый поток продукта подвергают циркуляции в контуре через мембранные фильтрующие средства, то степень вымывания можно устанавливать произвольно между 0 и 100%.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления способа давление на стороне пермеата мембранных фильтрующих средств постоянное и не связано с общим количеством подаваемых пермеата и вымывной жидкости и от соотношения этих потоков жидкостей между собой. За счет этого предотвращается возникновение отрицательных трансмембранных давлений, что, в частности, у мембранных фильтрующих средств с ламинированными мембранами может привести к разрушению мембран. Предпочтительным образом на стороне пермеата мембранных фильтрующих средств поддерживают атмосферное давление, поскольку это можно осуществить простым и надежным образом посредством вентиляции.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления способа продукт, подготавливаемый в виде потока продукта, предварительно вымывают одним или несколькими предшествующими способами диафильтрации. Происходит, следовательно, многоступенчатая диафильтрация, при которой описанному выше способу диафильтрации предшествуют дополнительные способы диафильтрации, так что для описанного выше способа подготавливают поток продукта, у которого уже посредством диафильтрации отобраны прошедшие фильтры компоненты. Таким образом, даже с непрерывными процессами фильтрации при большом расходе продукта достигается высокая эффективность вымывания.

При этом предпочтительно, если в предшествующих способах диафильтрации в качестве вымывной жидкости используют исключительно собственный для продукта пермеат, который предпочтительным образом получают соответствующим способом диафильтрации и/или непосредственно следующим за ним способом диафильтрации. Таким образом, в качестве вымывной жидкости используют только пермеат, который содержит такое же или меньшее количество прошедших через фильтры компонентов, что и полученный соответствующим способом пермеат, так что можно отказаться от посторонних для продукта вымывных жидкостей и во всех следующих друг за другом способах диафильтрации достичь с минимальным количеством посторонней для продукта вымывной жидкости максимальной эффективности вымывания при максимальной концентрации прошедших через фильтры компонентов в пермеате.

Предпочтительным образом в таких многоступенчатых способах диафильтрации полученные отдельными предшествующими способами диафильтрации с помощью мембранных фильтрующих средств количества пермеата по отдельности измеряют и подаваемые для осуществления отдельных способов диафильтрации количества пермеата в качестве вымывной жидкости устанавливают и регулируют в зависимости от этих измеренных количеств пермеата. За счет этого даже при переменном качестве продукта гарантированы стабильные эксплуатационные условия, что чрезвычайно важно для многоступенчатых установок непрерывного действия, чтобы обеспечить экономичную и надежную эксплуатацию. При этом предпочтительно, если подаваемый в соответствующем способе диафильтрации в качестве вымывной жидкости пермеат соответствовал на 10-100%, предпочтительно на 80-100%, полученному этим способом количеству пермеата, причем при значении ниже 100% происходит концентрирование потока продукта.

Также у таких многоступенчатых способов диафильтрации предпочтительно, если на сторонах пермеата мембранных фильтрующих средств, по меньшей мере, предшествующих способов диафильтрации или всех способов диафильтрации поддерживают единое постоянное давление, за счет чего можно поддерживать на низком уровне затраты на оборудование. При этом предпочтительно, если на сторонах пермеата поддерживают, в основном, атмосферное давление, поскольку это можно осуществить особенно просто и надежно.

Если при этом стороны пермеата мембранных фильтрующих средств предшествующих способов диафильграции или всех способов диафильтрации соединяют между собой посредством соединительной линии, то возникает особенно обозримая и надежная конструкция используемой фильтрационной установки.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа способу или способам диафильтрации предваряют дополнительные способы мембранной фильтрации, а именно предпочтительным образом способы нано-, ультра- и/или микрофильтрации. Такой способ представляет собой производственный способ, с помощью которого исходный продукт экономично и, при желании, можно, в основном, полностью разделить на прошедшие и не прошедшие через фильтры компоненты.

Предпочтительным образом у способа, согласно первому аспекту изобретения, в качестве продукта используют фруктовый сок, предпочтительно сок косточковых плодов, ягод, цитрусовых, ананасовый, виноградный, яблочный или грушевый сок. У таких продуктов особенно проявляются преимущества способа, согласно изобретению.

Второй аспект изобретения касается устройства для осуществления способа, согласно первому аспекту изобретения. Устройство содержит мембранные фильтрующие средства, например устройство из несколько расположенных параллельно и/или последовательно мембранных фильтрующих модулей, снабженных впуском для продукта, выпуском для продукта и выпуском для пермеата. Точно так же имеются трубопровод для подачи потока продукта к впуску для продукта, трубопровод для подачи потока вымывной жидкости к потоку продукта, трубопровод для подачи собственного для продукта потока пермеата к потоку продукта и настроечные средства для установления или регулирования соотношения подаваемых к потоку продукта протоков вымывной жидкости и пермеата между собой и предпочтительно также для установления или регулирования подаваемого с первым и вторым потоками жидкостей общего количества жидкости. С помощью этого устройства возможны осуществление диафильтрации, согласно первому аспекту изобретения, и установление или регулирование в широких пределах качества и количества образованных потоков концентрата и пермеата.

В одном предпочтительном варианте выполнения устройства подаваемые к потоку продукта потоки вымывной жидкости и пермеата могут быть установлены независимо друг от друга, так что за счет их установления или регулирования можно устанавливать или регулировать как их соотношение между собой, так и подаваемое к потоку продукта общее количество этих потоков.

В другом предпочтительном варианте выполнения устройства оно содержит, кроме того, взаимодействующее с настроечными средствами устройство автоматического регулирования, с помощью которого можно автоматически в регулирующем контуре устанавливать или регулировать общее количество, состоящее из подаваемого количества вымывной жидкости и подаваемого количества пермеата и/или отношение подаваемого количества вымывной жидкости к подаваемому количеству пермеата, предпочтительно в зависимости от определяемых непрерывно или периодически посредством измерения параметров способа, таких, например, как вязкость продукта, образованное мембранными фильтрующими средствами количество пермеата или давление на впуске для продукта. Таким образом, даже при переменном качестве продукта можно автоматически гарантировать определенную постоянную степень вымывания и, при необходимости, также определенную постоянную вязкость выходящего из мембранных фильтрующих средств потока продукта.

Предпочтительным образом трубопровод для подачи пермеата выполнен в виде возвратного трубопровода для возврата пермеата от выпуска для пермеата мембранных фильтрующих средств в поток продукта. За счет этого можно отказаться от образованного извне пермеата и помимо вымывной жидкости использовать для разбавления продукта перед фильтрацией пермеат, образованный мембранными фильтрующими средствами устройства.

В другом предпочтительном варианте выполнения устройства впуск и выпуск для продукта мембранных фильтрующих средств соединены между собой посредством циркуляционного насоса в контур продукта, благодаря чему можно, по меньшей мере, часть продукта несколько раз разбавить сначала вымывной жидкостью и пермеатом, а затем отфильтровать и, таким образом, заметно повысить степень вымывания по сравнению с однократной проточной фильтрацией.

При этом предпочтительно, если имеются питающая линия для подвода потока продукта к контуру продукта и сливная линия для отвода потока продукта из контура продукта, так что возможна непрерывная эксплуатация устройства.

Предпочтительным образом питающая линия для продукта у таких устройств впадает вверх по потоку от сливной линии для продукта в контур продукта, что надежно предотвращает отток подаваемого к контуру продукта свежего продукта в сливную линию для продукта и обеспечивает подачу продукта к мембранным фильтрующим средствам за счет течения.

Также предпочтительно, если питающая и сливная линии для продукта расположены в контуре продукта в зоне между выпуском для продукта мембранных фильтрующих средств и циркуляционным насосом, так что мощности насоса в полном объеме достаточно для питания мембранных фильтрующих средств.

Точно так же предпочтительно, если трубопровод для подачи вымывной жидкости впадает в контур продукта в зоне между выпуском для продукта мембранных фильтрующих средств и циркуляционным насосом, предпочтительно в зоне между сливной линией для продукта и циркуляционным насосом, поскольку этим можно надежно предотвратить отток подаваемой вымывной жидкости в сливную линию для продукта. То же относится к расположению подающего трубопровода для пермеата.

В другом предпочтительном варианте выполнения устройства подающий трубопровод для вымывной жидкости и подающий трубопровод для пермеата впадают в поток продукта через два отдельных или одно общее место впадения, причем в последнем случае возникает то преимущество, что вымывная жидкость и пермеат могут смешиваться уже перед впадением в поток жидкости.

В другом предпочтительном варианте устройство выполнено таким образом, что давление на выпуске для пермеата фильтрующих средств не зависит от подаваемых количеств вымывной жидкости и пермеата, так что при изменении этих количеств не происходит изменения давления на выпуске для пермеата. При этом предпочтительно, если устройство выполнено таким образом, что давление на выпуске для пермеата, в основном, является постоянным при атмосферном давлении, что может быть реализовано, например, за счет использования вентилируемой линии для отвода пермеата. Таким образом, можно надежно предотвратить повышение давления на стороне пермеата мембранных фильтрующих средств, которое у ламинированных мембран может привести к их разрушению.

Если в подающем трубопроводе для пермеата и/или в подающем трубопроводе для вымывной жидкости расположен предпочтительно регулируемый насос для пермеата или вымывной жидкости, то пермеат или вымывная жидкость может подаваться также с низкими давлениями, например из резервуара под атмосферным давлением. К тому же у регулируемых и предпочтительным образом объемных насосов возможно простое установление или регулирование подаваемых количеств пермеата и/или вымывной жидкости.

Третий аспект изобретения касается фильтрационной установки с устройством, согласно второму аспекту изобретения, причем фильтрационная установка предпочтительным образом представляет собой мембранную фильтрационную установку непрерывного действия. С такими фильтрационными установками изобретение может применяться с особой выгодой.

В одном предпочтительном варианте выполнения фильтрационная установка, установленная перед содержащимся в нем устройством, согласно второму аспекту изобретения, содержит одну или несколько дополнительных ступеней диафильграции. Кроме того, фильтрационная установка выполнена с возможностью подачи к дополнительным ступеням диафильтрации в качестве вымывной жидкости исключительно собственного пермеата и/или пермеата остальных ступеней диафильтрации, причем предпочтительно, если к каждой дополнительной ступени диафильтрации может подаваться пермеат следующих за ней ступеней диафильтрации. Таким образом, может быть достигнута максимальная степень вымывания с минимальным количеством внешней вымывной жидкости, и образуется минимальное общее количество пермеата с максимальной концентрацией прошедших через фильтры веществ в пермеате.

В другом предпочтительном варианте выполнения фильтрационной установки дополнительные ступени диафильтрации содержат настроечные средства, с помощью которых подаваемые к отдельным ступеням по подающим трубопроводам количества пермеата могут быть установлены, предпочтительно независимо друг от друга, таким образом, что соответственно подаваемое количество пермеата будет соответствовать мощности насоса соответствующей ступени диафильтрации. Таким образом, можно установить вязкость продукта для каждой ступени диафильтрации и гарантировать надежную работу фильтрационной установки.

При этом предпочтительно, если настроечные средства содержат устройство автоматического регулирования, с помощью которого можно автоматически регулировать подаваемое по соответствующему подающему трубопроводу количество пермеата, предпочтительно на количество пермеата соответствующей ступени диафильтрации, так что можно предотвратить концентрирование продукта на соответствующей ступени диафильтрации.

Предпочтительно фильтрационная установка выполнена таким образом, что давления на сторонах пермеата фильтрующих средств соответствующих ступеней диафильтрации не зависят от подаваемых по подающим трубопроводам количеств пермеата, так что при изменении этих количеств, в основном, не происходит изменения давлений на сторонах пермеата фильтрующих средств. За счет этого можно простым образом поддерживать постоянными трансмембранные давления.

Точно так же предпочтительно, если стороны пермеата фильтрующих средств дополнительных ступеней диафильтрации или всех ступеней диафильтрации фильтрационной установки соединены между собой, так что при работе на сторонах пермеата фильтрующих средств давление, в основном, одинаковое. За счет этого сокращаются затраты на оборудование, и облегчается управление процессом. Если при этом стороны пермеата могут сообщаться с окружающим пространством, так что давление, в основном, соответствует атмосферному давлению, то это может быть реализовано особенно простым образом, и можно надежно предотвратить возникновение отрицательных трансмембранных давлений.

Если при этом стороны пермеата фильтрующих средств дополнительных ступеней диафильтрации соединить посредством предпочтительно регулируемых насосов для пермеата с подающими трубопроводами для пермеата предшествующей ступени диафильтрации, то достигается оптимальная эффективность вымывания.

Еще в одном предпочтительном варианте выполнения фильтрационная установка содержит предшествующие ступеням диафильтрации ступени нано-, ультра- и/или микрофильтрации. С помощью таких фильтрационных установок жидкие исходные продукты можно экономичным образом и, при желании, в основном, полностью разделить на прошедшие и не прошедшие через фильтры вещества.

Четвертый аспект изобретения касается применения устройства, согласно второму аспекту изобретения, или фильтрационной установки, согласно третьему аспекту изобретения, для фильтрации фруктового сока, в частности сока косточковых плодов, ягод, цитрусовых, ананасового, виноградного, яблочного или грушевого сока. При таком применении особенно проявляются преимущества изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие варианты, преимущества и применения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы и в нижеследующем описании и изображены на чертежах, на которых представляют:

- фиг.1: схематично устройство, согласно изобретению, в виде отдельной ступени диафильтрации;

- фиг.2: схематично фильтрационную установку, согласно изобретению, с одноступенчатой диафильтрацией и предшествующей многоступенчатой ультрафильтрацией;

- фиг.3: схематично другую фильтрационную установку, согласно изобретению, с многоступенчатой противоточной диафильтрацией и предшествующей многоступенчатой ультрафильтрацией.

Пути реализации изобретения

Основной принцип изобретения виден из фиг.1, где изображена схема устройства, согласно изобретению, в виде отдельной ступени диафильграции. Как видно, ступень диафильтрации содержит в качестве мембранного фильтрующего средства поперечноточный фильтрующий элемент 1 с впуском 2 для продукта, выпуском 3 для продукта и выпуском 4 для пермеата. Впуск 2 и выпуск 3 для продукта соединены посредством циркуляционного трубопровода 9 с циркуляционным насосом 5 в контур продукта, причем циркуляционный трубопровод 9 образует подающий трубопровод для продукта. К контуру продукта непрерывно по питающей линии 6 посредством питающего насоса 7 может подаваться продукт с прошедшими через фильтр компонентами, а через сливную линию 8 может отбираться продукт с меньшей по сравнению с подаваемым продуктом концентрацией прошедших через фильтр компонентов. Речь идет, следовательно, об открытом контуре продукта, обеспечивающем непрерывную работу ступени диафильтрации. Между сливной линией 8 для продукта и стороной всасывания циркуляционного насоса 5 в подающий трубопровод 9 для продукта и тем самым в контур продукта впадают подающий трубопровод 10 для вымывной жидкости и подающий трубопровод 11 для пермеата, по которым посредством насоса 12 для вымывной жидкости и насоса 13 для пермеата определенные количества вымывной жидкости (здесь воды) и пермеата могут быть введены в протекающий по подающему трубопроводу поток продукта для его разбавления. В то время как насос 12 отбирает вымывную жидкость из резервуара 14, подающий трубопровод 11 для пермеата выполнен в виде возвратного трубопровода 11 за счет того, что сторона всасывания насоса 13 для пермеата соединена с выпуском 4 для пермеата поперечноточного фильтрующего элемента 1 и тем самым со стороной пермеата его фильтрующих мембран. Точно так же с выпуском 4 для пермеата соединена сливная линия 15 для пермеата, по которому лишний пермеат может быть отведен к сборнику для него (не показан). В выпуске 4 для пермеата поперечноточного фильтрующего элемента 1, в подающем трубопроводе 11 для пермеата и в подающем трубопроводе 10 для вымывной жидкости расположены расходомеры 16, с помощью которых можно отдельно измерять образованный фильтрующим элементом 1 поток пермеата и подаваемые к потоку продукта количества пермеата и вымывной жидкости. Расходомеры 16 функционально связаны с устройством 17 автоматического регулирования, которое в зависимости от измеренных расходов может по определенным заданным значениям осуществлять, при необходимости, регулирующее воздействие для установления определенного соотношения между подаваемым количеством пермеата и подаваемым количеством вымывной жидкости и/или между образованным фильтрующим элементом 1 количеством пермеата и подаваемым к потоку продукта общим количеством вымывной жидкости и пермеата. Если регулирующее воздействие необходимо, то оно происходит посредством управления дроссельными клапанами 18 в подающем трубопроводе 11 для пермеата и в подающем трубопроводе 10 для вымывной жидкости или посредством регулирования числа оборотов насосов 12, 13 для вымывной жидкости и пермеата с помощью преобразователей 19 частоты. На фиг.1 схематично показаны обе возможности.

Если, например, максимальная степень концентрирования выходящего из фильтрующего элемента 1 продукта не должна быть превышена, то устройство регулирования определяет посредством расходомеров 16 образованный фильтрующим элементом 1 поток пермеата, а также подаваемые по подающему трубопроводу 10 для вымывной жидкости и подающему трубопроводу 11 для пермеата к контуру продукта количества вымывной жидкости и пермеата и регулирует эти количества так, что возникает желаемое соотношение между образованным потоком пермеата и количеством жидкости, подаваемых в качестве пермеата и вымывной жидкости. Если должна быть достигнута определенная степень вымывания, то соотношение между подаваемыми количествами пермеата и вымывной жидкости устанавливают на определенное значение, причем степень вымывания возрастает с возрастанием количества вымывной жидкости и уменьшением количества пермеата.

Если не должно происходить ни концентрирования, ни разбавления выходящего из фильтрующего элемента 1 продукта, то общее количество подаваемых пермеата и вымывной жидкости устанавливают на значение, которое равно потоку пермеата, образованному фильтрующим элементом.

На фиг.2 изображена схема многоступенчатой фильтрационной установки для фруктовых соков. Фильтрационная установка содержит две расположенные друг за другом ступени U1, U2 ультрафильтрации, за которыми расположена ступень D1 диафильтрации из фиг.1 с тем отличием, что здесь вымывную жидкость отбирают из водопроводной сети 20 и что в сливной линии 8 для продукта расположен насос 21 для ретентата, имеющий объемную подачу и эксплуатируемый в качестве дроссельного насоса. Фильтруемый продукт состоит в данном случае из неразбавленного исходного фруктового сока и подается к установке из питающего резервуара 22 посредством питающего насоса 7. Ступень D1 диафильтрации изображенной здесь фильтрационной установки также содержит устройство регулирования, как показано на фиг.1, которое, однако, для наглядности здесь не показано.

Обе ступени U1, U2 ультрафильтрации выполнены известным образом в виде открытых контуров ретентата с поперечноточными фильтрующими элементами 1с, 1d и циркуляционными насосами 5с, 5d и расположены друг за другом в питающей линии 6 для продукта ступени D1 диафильтрации таким образом, что к контуру продукта ступени D1 диафильтрации подается уже концентрированный продукт. Стороны пермеата поперечноточных фильтрующих элементов 1с, 1d обеих ступеней U1, U2 ультрафильтрации соединены с коллектором 15а для пермеата, по которому образованный на этих ступенях U1, U2 пермеат отводят в резервуар (не показан). Образованный на ступени D1 диафильтрации пермеат, который помимо собственных для продукта прошедших через фильтр веществ содержит также постороннюю для продукта вымывную жидкость и в данном случае фильтрации фруктового сока представляет собой разбавленный по сравнению с пермеатом обеих ступеней U1, U2 ультрафильтрации продукт, отводят по сливной линии 15 в отдельный резервуар для пермеата от диафильтрации или в общий резервуар для пермеата (не показан).

На фиг.3 схематично изображена другая фильтрационная установка с многоступенчатой противоточной диафильтрацией D1, D2, D3 и предшествующей многоступенчатой ультрафильтрацией U1, U2, U3, которая отличается от изображенной на фиг.2 только тем, что третья ступень U3 ультрафильтрации имеет такое же строение, что и ступени U1, U2, и что между ступенями U1, U2, U3 ультрафильтрации и ступенью D1 диафильтрации расположены две дополнительные ступени D2, D3 диафильтрации. Эти дополнительные ступени D2, D3 диафильтрации имеют практически такое же строение, что и ступень D1 диафильграции, с тем отличием, что они не содержат подающего трубопровода для вымывной воды. За это они, однако, на стороне всасывания своих насосов 13а, 13b для пермеата соединены не только с выпуском для пермеата своих собственных фильтрующих элементов 1a, 1b, но и дополнительно еще и с выпуском для пермеата расположенных за ней ступеней D2, D1 диафильграции, так что к их контурам продукта может подаваться собственный пермеат и/или пермеат последующей ступени диафильтрации в качестве вымывной жидкости. Таким образом, выпуски для пермеата фильтрующих элементов 1, 1a, 1b всех ступеней D1, D2, D3 диафильтрации соединены между собой и выпускают лишний пермеат от диафильтрации в сливную линию 15, которая служит коллектором и впадает в вентилируемый сборный резервуар для пермеата от диафильтрации или сборный резервуар для пермеата (не показан). За счет вентиляции в сборном резервуаре поддерживается атмосферное давление. Это важно в данном случае потому, что фильтрующие элементы 1, 1a, 1b оснащены ламинированными мембранами, которые разрушились бы при отрицательном трансмембранном давлении. Выпуски для пермеата поперечноточных фильтрующих элементов 1с, 1d, 1e ступеней U1, U2, U3 ультрафильтрации соединен с коллектором 15а для пермеата, по которому образованный на этих ступенях U1, U2, U3 пермеат может быть отведен в также вентилируемый резервуар для пермеата (не показан).

В то время как в настоящей заявке описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует ясно указать на то, что оно не ограничено ими и может быть реализовано также иным образом в объеме нижеследующей формулы изобретения. В частности, следует указать на то, что изобретение не ограничено изображенными типами установок непрерывного действия с открытым контуром продукта, а предусмотрены также другие установки, например с замкнутым контуром продукта, в котором его порциями подвергают диафильтрации до тех пор, пока не будет достигнута определенная степень вымывания, или с проточной диафильграцией без контура продукта.