EP1144093A2 - Querstrom-filtrationsverfahren, sowie anlage zu dessen durchführung - Google Patents

Querstrom-filtrationsverfahren, sowie anlage zu dessen durchführung

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EP1144093A2
EP1144093A2 EP00947732A EP00947732A EP1144093A2 EP 1144093 A2 EP1144093 A2 EP 1144093A2 EP 00947732 A EP00947732 A EP 00947732A EP 00947732 A EP00947732 A EP 00947732A EP 1144093 A2 EP1144093 A2 EP 1144093A2
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EP
European Patent Office
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medium
container
pressure
pump
batch tank
Prior art date
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Withdrawn
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EP00947732A
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EP1144093A3 (de
Inventor
Eduard Hartmann
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Bucher Guyer AG
Original Assignee
Bucher Guyer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bucher Guyer AG filed Critical Bucher Guyer AG
Publication of EP1144093A2 publication Critical patent/EP1144093A2/de
Publication of EP1144093A3 publication Critical patent/EP1144093A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D61/147—Microfiltration
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating

Definitions

  • the invention relates to a cross-flow filtration method for separating liquid from a flowable medium, in which a material flow to be filtered and containing parts to be separated is required by means of a pump as retentate through a filtration module with porous membranes, the pump being a container, directly or indirectly is connected upstream for the flowable medium, and a system for its implementation
  • Such methods are used in plants which separate solid-liquid mixtures of porous memoranes and solid and liquid components.
  • the liquid components penetrate the membranes as permeate, while the solid components are retained as retentate.
  • the goal of wastewater treatment is the production of fresh water, which should be separated as far as possible from the contaminants.
  • fruit juice production the fruit juice should be separated from the pulp of the fruit mash
  • a process for thickening solid / liquid mixtures using a system with membrane modules Retentate cycle is known from EP 0,682,559 B1 (Bucher-Guyer).
  • the retentate flow in the membrane modules is kept almost constant. If, due to the thickening process of the retentate, the inlet pressure into the membrane modules is a predetermined one
  • the inlet pressure is kept constant until a setpoint of the degree of thickening of the retentate is reached.
  • the thickened retentate is then removed from the circuit.
  • the object of the invention is to further develop the generic cross-flow filtration process in such a way that even retentates with high degrees of thickening can still be fed to the feed pump and functional interruptions can thus be avoided.
  • the cross-flow Filtration method of the type mentioned above in that the flowable medium in the container is subjected to a pressure such that the medium is fed to the inlet of the pump with a pressure which is in a range between approximately the ambient pressure of the
  • the container for the medium is a closed batch tank
  • the medium is returned as retentate in a system in a circuit and in batch mode to the closed batch tank and the medium in the batch
  • the tank is pressurized with a pressure gas.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a cross-flow filtration system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further cross-flow filtration system according to the invention
  • 3 shows a diagram of a product container according to FIG. 1 with a gas pressure device, an eccentric screw pump and an agitator
  • FIG. 4 shows a variant of the product container according to FIG.
  • FIG. 5 shows a variant of the product container according to FIG. 4, the container having the shape of a cylinder with a horizontally mounted axis,
  • FIG. 6 shows a variant of the product container according to FIG.
  • FIG. 7 shows a variant of the system according to FIG. 1 with a retentate circuit, in which a feed pump for the product is arranged in the outlet of a filtration module,
  • FIG. 8 shows a diagram of a variant of a product container according to FIG. 1, in which a press plunger is fitted to increase the pressure of the product
  • FIG. 9 shows a variant of the product container according to FIG. 8 with a connected eccentric screw pump for the product
  • FIG. 10 shows a variant of the product container according to FIG.
  • Fig. 11 shows a variant of the system of FIG. 2, in which a gas pressure container for the product through a
  • FIG. 12 shows a variant of a product container for the system according to FIG. 2 with a built-in one Auger ,
  • FIG. 13 shows a variant of a product container for the system according to FIG. 2 with a built-in stirrer
  • FIG. 14 shows a variant of the system according to FIG. 1 with an internal product cycle.
  • this system comprises a container 1 for a product 2 which is to be filtered.
  • the product 2 is fed to a filtration module 5 in a manner known per se via a line 3 and a feed pump 4.
  • the filtration module 5 comprises porous membranes 6, which are used in microfiltration or ultrafiltration according to their separation limit. In the filtration module 5, the product is separated into a per eat as a filtrate and a retentate.
  • An outlet line 7 is provided for the permeate and an outlet line 8 for the retentate.
  • a radial pump 9 and a shut-off valve 10 Via the line 8, a radial pump 9 and a shut-off valve 10, the retentate returns to the container 1 with the product 2 ' , as a result of which a closed one is known Retentate cycle is given.
  • FIG. 1 there is a free space 11 in the container 1 above the product 2, to which a compressed gas can be supplied by means of a line 12 via a control valve 13.
  • a further line 14 is arranged on the container 1 for supplying the product 2.
  • an outlet valve 15 which branches off in front of the latter works with a subsequent retentate outlet line 16.
  • FIG. 1 also schematically shows control circuits for the gas pressure in the room 11 and the delivery capacities of the pumps 4 and 9.
  • the gas pressure in the room 11 is regulated via pressure sensors 17, 18 and the control valve 13.
  • the delivery rates of the pumps 4, 9 and thus the working pressure in the filtration module 5 are regulated via a flow sensor 19 and pressure sensors 20, 21.
  • FIG. 2 schematically shows a further cross-flow filtration system according to the invention, reference numerals according to FIG. 1 indicating components with a corresponding function.
  • Fig. 2 shows an open container 1 'for the product 2 to be filtered, which is supplied via a line 14 and discharged via a line 3.
  • the product 2 reaches the filtration module 5 via the feed pump 4.
  • the remaining retentate after separation of a permeate via line 7, is passed through an outlet line 8, a control valve 22 and the shut-off valve 10 into the open container 1 'returned.
  • the closed retentate cycle described so far is known per se.
  • the function of the closed container 1 according to FIG. 1 for increasing the pressure can be carried out in the system according to FIG. 2 by a separate closed and smaller pressure container 1 ′′.
  • the pressure container 1 ′′ is connected in parallel with the open container 1 ′ and connects the outlet line 8 of the filtration module 5 to the inlet of the feed pump 4 via the control valve 22, so that in a second operating mode the product 2 circulates solely in the retentate circuit via the pressure container 1 ′′ , in addition to the shut-off valve 10, a shut-off valve 23 is also mounted, with which the container 1 ' can be completely separated from the retentate cycle.
  • a further shut-off valve 24 or 25 is used at the inlet or at the outlet of the pressure vessel 1 ′′, which, together with the shut-off valves 10 and 23, enables switching between the above-mentioned operating modes.
  • 1 is equipped with a control valve 13 'for the pressure of a compressed gas supplied via a line 12 and arranged above the product 2 and a feed pump 26 for supplying the retentate.
  • a supply line 28 for rinsing water is arranged between the pressure vessel 1 ′′ and the feed pump 4 via a shut-off valve 27. This means that after the filtration of a batch in batch operation, the thickened retentate can be expelled via the outlet line 16.
  • a control circuit is also provided in the system according to FIG. 2, which regulates the delivery rate of the pump 4, the control valve 22 and thus the working pressure in the filtration module 5 via pressure sensors 20, 21 and the flow sensor 19. 2, the product 2 is therefore fed to the inlet of the feed pump 4 with the pressure generated in the pressure vessel 1 ′′.
  • This pressure like the corresponding pressure in the system according to FIG. 1, lies between the pressure of the filtration module 5 and the outlet pressure of the feed pump
  • FIG. 3 shows a schematic of a closed system with an open batch tank 1 'with the pressure tank 1''.
  • the first operating mode it is moved over the open container 1 'until the delivery problems of the delivery pump 4 occur as a result of the retentate thickening.
  • the second operating mode via the smaller pressure vessel 1 '', smaller batches are then continued in batch mode to higher degrees of thickening. Inexpensive radial pumps as feed pumps 4 are sufficient for this.
  • Fig. 3 shows a schematic of a closed
  • Product container 1 which can be used instead of the container 1 according to FIG. 1.
  • This product container 1 also has a line 12 for supplying a compressed gas and a line 8 for returning the retentate.
  • the feed pump 4 according to FIG. 1 is designed here as an eccentric screw pump 4 'and connected directly to the outlet of the product container 1.
  • An agitator 30 with a connected screw conveyor 31 in the container 1 additionally facilitates the conveyance of the retentate 2 to the filtration module 5 according to FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a variant of the product container 1 according to FIG. Here is the space for the compressed gas from the
  • the press bellows 35 is fastened and designed in the product container 1 in such a way that the division into the partial spaces for compressed gas and product can vary within wide limits.
  • the direction of rotation of the feed pump 4 ' is reversed with respect to the arrangement according to FIG. 3 in order to make its screw 36 usable for the intake of the product 2 at the same time.
  • FIG. 5 shows a variant of the product container 1 according to FIG. 4.
  • the container 1 has the shape of a cylinder and is mounted horizontally with its axis. Accordingly, the separating bellows 35 ′′ is attached to the wall of the cylinder along a line which lies in a horizontal plane in which the cylinder axis also lies.
  • FIG. C shows a variant of the product container 1 according to FIG. 3, in which, however, the feed pump 4 'with the screw 36 connects directly to the outlet of the container 1, similarly to the embodiment according to FIG. 4.
  • the screw conveyor 31 and the agitator 30 according to FIG. 3 are dispensed with.
  • FIG. 7 schematically shows a variant of the system according to FIG. 1. In this variant, a radial pump 9 is only sufficient in the outlet line 8 of the membrane module 5 to convey the retentate 2 in a circuit with the lines 3 and 8
  • Container 1 by the compressed gas from line 12 is sufficient to avoid delivery problems at the entrance of the single delivery pump 9.
  • a product container 1 ′′ ′′ can be used in this system according to FIG. 8.
  • the product container 1 ′′ ′′ has a fitted press piston 40 neost means 41 for its operation.
  • the return line 8 for the retentate is expediently movable in this case and passed through the plunger 40
  • FIG. 9 shows a variant of the product container 1 ′′ ′′ according to FIG. 8 with a connected eccentric screw pump 4 ′ for the product 2.
  • the piston 40 here has a ring 42 for better sealing. In the position shown with broken lines, the piston 40 has already displaced part of the product 2 to the filtration module 5 according to FIG. 1 um, which line 7 has not been completely returned through the line 8 due to the loss of filtrate.
  • FIG. 10 shows a variant of the product age 1 ′′ ′′ according to FIG. 9 with a widened egg feed for the eccentric screw pump 4 ′. This allows heavily thickened products to be drawn in with less pressure than with a product holder according to FIG. 9.
  • FIG. 11 shows a variant of the system according to FIG. 2, in which the gas pressure container 1 ′′ for the product 2 is replaced by a pressure vessel 45 with a pressure piston 46.
  • a retrofit of a known system with an open batch tank 1 'with a pressure vessel 45 can be carried out with even less effort be connected as a retrofit according to FIG. 2.
  • FIG. 12 shows a variant of a product container 1 ′ for the system according to FIG. 2 with a built-in screw conveyor 50.
  • a screw conveyor 50 is sufficient to ensure the product intake of a downstream feed pump 4 according to FIG. 2 ,
  • FIG. 13 shows a variant of a product container 1 'for the system according to FIG. 2. Similar to the variant according to FIG. 3, the one according to FIG. 13 has a built-in agitator 30. However, the eccentric screw pump 4' is simple in that Output of the product container 1 'built-in screw conveyor 50' replaced, which is sufficient for simple cases.
  • FIG. 14 shows a variant of the system according to FIG. 1, with an internal product cycle.
  • the gas pressure in the free space 11 of the container 1 enables the feed pump 4 to work without problems.
  • a control valve 22 with a pressure sensor 20 operates in a manner similar to the variant according to FIG together.
  • An inner product circuit is now provided by a second feed pump 51 and a retentate return 52 from the control valve 22 to the inlet of the feed pump 51.
  • the outer circuit works via the container 1, line 3, filtration module 5, line 8 and shut-off valve 10 and the inner circuit via the
  • Retentate return 52, feed pump 51, filtration module 5 and line 8 simultaneously. While a relatively large flow of 3 e.g. 30 m / h is running, only a small amount of container 3 is required
  • Product flow of 1.5 m / h, for example are supplied, which corresponds to the permeate discharge via line 7. If the container 1 is at a distance from the filtration module 5 arranged, only the small product flow advantageously has to run over this distance, the larger flow circulates only in the relatively short inner circuit via the retentate return 52.

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Abstract

Bei einer Querstrom-Filtrationsanlage mit einem Filtrationsmodul (5), einem Behälter (1) für ein zu filtrierendes Medium (2) und einer Förderpumpe (4) zwischen dem Behälter (1) und dem Filtrationsmodul (5) wird das Medium (2) in dem Behälter (1) durch ein Druckgas oder andere Vorrichtungen unter einen erhöhten Druck gesetzt. Dadurch können auch Medien (2) mit hohen Eindickgraden noch der Förderpumpe (4) zugeführt und damit Funktionsunterbrüche der Anlage vermieden werden.

Description

Oαerstrom-Filtrationsverfahren , sowie Anlage zu dessen Durchführung
Beschreibung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Querstrom-Filtrationsverfahren zum Abtrennen von Flüssigkeit aus einem fliessf h gen Medium, bei dem ein zu filtrierender, abzutrennende Teile enthaltender Stoffstrom mittels einer Pumpe als Retentat durch ein Filtrationsmodul mit porösen Membranen gefordert wird, wobei der Pumpe direkt oder indirekt ein Behalter für das fliessfahige Medium vorgeschaltet ist, sowie eine Anlage zu dessen Durchfuhrung
Derartige Verfahren werden m Anlagen eingesetzt, welche Fest-flussig-Gemische an porösen Memoranen m feste und flüssige Anteile trennen Die fl ssigen Anteile durchdringen dabei die Membranen als Permeat, wahrend die festen Anteile als Retentat zurückgehalten werden. Bei der Abwasser-Reinigung ist das Ziel die Produktion von Frischwasser, welches möglichst weitgehend von den Verunreinigungen abgetrennt werden soll . Bei der Fruchtsaft-Herstellung soll der Fruchtsaft von den Trubstoffen der Fruchtmaische getrennt werden
STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren zum Eindicken von Fest/Flussig-Gemischen unter Verwendung einer Anlage mit Membranmodulen mit Retentatkreislauf ist aus EP 0,682,559 Bl (Bucher-Guyer) bekannt. Dabei wird in einem ersten Schritt der Retentat - Förderstrom in den Membranmodulen annähernd konstant gehalten. Wenn aufgrund des Eindickvorganges des Retentates der Einlaufdruck in die Membranmodule einen vorgegebenen
Sollwert überschreitet, wird in einem zweiten Schritt durch Reduktion des Retentat-Förderstromes der Ξinlaufdruck so lange konstant gehalten, bis ein Sollwert des Eindickgrades des Retentates erreicht ist. Anschliessend wird das eingedickte Retentat aus dem Kreislauf abgeführt.
Bei den bekannten Verfahren ergibt sich das Problem, dass bei hohen Retenta -Eindickgraden feine Luftblasen zur eter.tat-Kreislaufpumpe gelangen, die zu einem Funktionsunterbruch führen. Aus diesem Grund hat man bei Eindickanlagen schon Schnecken-Exzenterpumpen als Kreislaufpumpen verwendet. Dadurch verschiebt sich der Funktionsunterbruch aber nur bis zu dem Retentatzustand, bei dem das Retentat garnicht mehr zu dem Eingang der Pumpe angesaugt werden kann. Dieses Problem begrenzt beispielsweise bei der Direktfiltration von Fruchtmaischen die maximal mögliche Saftausbeute, wenn ran keine Diafiltration verwendet .
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemässe Querstrom-Filtrationsverfahren so weiterzubilden, dass auch Retentate mit hohen Eindickgraden noch der Förderpumpe zugeführt und damit Funktionsunterbrüche vermieden werden könne .
Die Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gegeben .
Demgemäss zeichnet sich das erfindungsgemässe Querstrom- Filtrationsverfahren der eingangs genannten Art dadurch aus, dass das fliessfähige Medium in dem Behälter einem Druck unterworfen wird derart, dass das Medium dem Eingang der Pumpe mit einem Druck zugeführt wird, welcher in einem Bereich zwischen etwa dem Umgebungsdruck des
Filtrationsmodules und dem Ausgangsdruck der Pumpe liegt .
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist der Behälter für das Medium ein geschlossener Batch-Tank, das Medium wird als Retentat in einer Anlage in einem Kreislauf und in Batch- Fahrweise in den geschlossenen Batch-Tank rückgeführt und das Medium in dem Batch-Tank wird durch Beaufschlagen mit einem Druc gas unter Druck gesetzt .
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale, sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können m beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschliessen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung sowie vorteilhafte Aus ührur.gsformen und VJeiterbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbaren Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination er indungsgemäss angewandt werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Querstrom-Filtrationsanlage,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Querstrom-Filtrationsanlage , Fig. 3 ein Schema eines Produktbehälters gemäss Fig. 1 mit einer Gasdruckvorrichtung, einer Exzenter- Schneckenpumpe und einem Rührwerk,
Fig. 4 eine Variante des Produktbehälters gemäss Fig.
3, bei der ein Druckgas und das Produkt durch einen Pressbalg getrennt sind,
Fig. 5 eine Variante des Produktbehälters gemäss Fig. 4, wobei der Behälter die Form eines Zylinders mit horizontal gelagerter Achse hat,
Fig. 6 eine Variante des Produktbehälters gemäss Fig.
Fig. 7 eine Variante der Anlage gemäss Fig. 1 mit einem Retentatkreislauf , bei der eine Förderpumpe für das Produkt im Ablauf eines Filtrationsmodules angeordnet ist,
Fig. 8 ein Schema einer Variante eines Produktbehälters gemäss Fig. 1, bei dem ein eingepasster Presskolben zur Erhöhung des Druckes des Produktes vorhanden ist,
Fig. 9 eine Variante des Produktbehälters gemäss Fig. 8 mit einer angeschlossenen Exzenter- Schneckenpumpe für das Produkt ,
Fig. 10 eine Variante des Produktbehälters gemäss Fig,
9 mit einem verbreiterten Einzug für die Exzenter- Schneckenpumpe,
Fig. 11 eine Variante der Anlage gemäss Fig. 2, bei der ein Gasdruckbehälter für das Produkt durch ein
Druckgefäss mit Presskolben ersetzt ist,
Fig. 12 eine Variante eines Produktbehälters für die Anlage gemäss Fig. 2 mit einer eingebauten Förderschnecke ,
Fig. 13 eine Variante eines Produktbehälters für die Anlage gemäss Fig. 2 mit einem eingebauten Rührwerk, und
Fig. 14 eine Variante der Anlage gemäss Fig. 1 mit einem inneren Produktkreislauf .
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Wie die schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Querstrom-Filtrationsanlage gemäss Fig.
1 zeigt, umfasst diese Anlage einen Behälter 1 für ein Produkt 2, welches filtriert werden soll. Über eine Leitung 3 und eine Förderpumpe 4 wird das Produkt 2 in an sich bekannter Weise einem Filtrationsmodul 5 zugeführt. Das Filtrationsmodul 5 umfasst poröse Membranen 6, welche gemäss ihrer Trenngrenze in der Mikrofiltration oder Ultrafiltration eingesetzt werden. In dem Filtrationsmodul 5 wird das Produkt in ein Per eat als Filtrat und ein Retentat getrennt .
Für das Permeat ist eine Ausgangsleitung 7 vorgesehen und für das Retentat eine Ausgangsleitung 8. Über die Leitung 8, eine Radialpumpe 9 und ein Absperrventil 10 gelangt das Retentat in den Behälter 1 mit dem Produkt 2 'zurück, wodurch in an sich bekannter Weise ein geschlossener Retentatkreislauf gegeben ist. Wie Fig. 1 zeigt, befindet sich in dem Behälter 1 über dem Produkt 2 ein freier Raum 11, dem mittels einer Leitung 12 über ein Regelventil 13 ein Druckgas zugeführt werden kann. Für die Zuleitung des Produktes 2 ist am Behälter 1 eine weitere Leitung 14 angeordnet. Mit dem Absperrventil 10 zusammen arbeitet ein vor diesem abzweigendes Auslassventil 15 mit anschliessender Retentat-Ausgangsleitung 16.
Die Anlage gemäss Fig. 1 arbeitet somit im Batch-Modus, und der Behälter 1 als Batch-Tank. Infolge der Permeat- Abtrennung über die Leitung 7 erreicht das Produkt im Behälter 1 immer höhere Eindickgrade . Durch die Drucküberlagerung mit Druckgas im Raum 11 wird dabei eine Blasenbildung im Retentat in der Leitung 3 vermieden und der Einzug und die Förderung der Förderpumpe 4 sichergestellt. Für eine gute Funktion der Anlage zeigt Fig. 1 noch schematisch Regelkreise für den Gasdruck im Raum 11 und die Förderleistungen der Pumpen 4 und 9. Über Druckεensoren 17, 18 und das Regelventil 13 wird der Gasdruck im Raum 11 geregelt. Über einen Durchfluss-Sensor 19 und Drucksensoren 20, 21 werden die Förderleistungen der Pumpen 4, 9 und damit der Arbeitsdruck im Filtrationsmodul 5 geregel .
Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemässe Querstrom-Filtrationsanlage, wobei 3ezugszeichen gemäss Fig. 1 auf Bauelemente mit entsprechender Funktion hinweisen. Fig. 2 zeigt einen offenen Behälter 1' für das zu filtrierende Produkt 2, welches über eine Leitung 14 zugeführt und über eine Leitung 3 abgeführt wird. In einer ersten Betriebsart gelangt das Produkt 2 über die Förderpumpe 4 zu dem Filtrationsmodul 5. Von dort wird das verbleibende Retentat, nach Abtrennung eines Permeates über die Leitung 7, durch eine Ausgangsleitung 8, ein Regelventii 22 und das Absperrventil 10 in den offenen Behälter 1' zurückgeführt. Der soweit beschriebene geschlossene Retentatkreislauf ist an sich bekannt .
Die Funktion des geschlossenen Behälters 1 gemäss Fig. 1 zur Druckerhöhung kann in der Anlage gemäss Fig. 2 von einem getrennten geschlossenen und kleineren Druckbehälter 1' ' übernommen werden. Der Druckbehälter 1'' ist dem offenen Behälter 1' parallel geschaltet und verbindet die Ausgangsleitung 8 des Filtrationsmodules 5 über das Regelventil 22 mit dem Eingang der Förderpumpe 4. Damit in einer zweiten Betriebsart das Produkt 2 allein im Retentatkreislauf über den Druckbehälter 1' ' zirkuliert, ist zusätzlich zu dem Absperrventil 10 noch ein Absperrventil 23 montiert, womit der Behälter 1' vollständig vom Retentatkreislauf getrennt werden kann.
Am Eingang bzw. am Ausgang des Druckbehälters 1 ' ' ist andererseits je ein weiteres Absperrventil 24 bzw. 25 eingesetzt, welche zusammen mit den Absperrventilen 10 und 23 die Umschaltung zwischen den genannten Betriebsarten ermöglichen. Der Druckbehälter 1'' ist entsprechend dem Behälter 1 gemäss Fig. 1 mit einem Regelventil 13' für den Druck eines über eine Leitung 12 zugeführten und über dem Produkt 2 angeordneten Druckgases und einer Förderpumpe 26 zur Zuführung des Retentates ausgerüstet . Ausserdem ist zwischen dem Druckbehälter 1'' und der Förderpumpe 4 über ein Absperrventil 27 noch eine Zuführleitung 28 für Spülwasser angeordnet. Damit kann man nach Abschluss der Filtration einer Charge im Batch-Betrieb das eingedickte Retentat über die Ausgangsleitung 16 ausstossen.
Auch bei der Anlage gemäss Fig. 2 ist ein Regelkreis vorgesehen, welcher über Drucksensoren 20, 21 und den Durchfluss-Sensor 19 die Förderleistung der Pumpe 4, das Regelventil 22 und damit den Arbeitsdruck im Filtrationsmodul 5 regelt. Bei der Anlage gemäss Fig. 2 wird also das Produkt 2 dem Eingang der Förderpumpe 4 mit dem im Druckbehälter 1'' erzeugten Druck zugeführt. Dieser Druck liegt, wie auch der entsprechende Druck bei der Anlage gemäss Fig. 1, zwischen dem U gebur.gsdruck des Filtrationsmodules 5 und dem Ausgangsdruck der Förderpumpe
Die Anlage gemäss Fig. 2 lässt sich vorteilhaft durch
Nachrüsten einer bekannten Anlage mit offenem Batch-Tank 1' mit dem Druckbehälter 1'' aufbauen. Sie wird in der ersten Betriebsart über den offenen Behälter 1' solange gefahren, bis infolge der Retentat -Eindickung die Förderprobleme der Förderpumpe 4 auftreten. Nach Umschaltung auf die zweite Betriebsart über den kleineren Druckbehälter 1'' werden dann kleinere Chargen im Batch-Betrieb nacheinander auf höhere Eindickgrade weiter gefahren. Hierfür genügen kostengünstige Radialpumpen als Förderpumpen 4. Fig. 3 zeigt ein Schema eines geschlossenen
Produktbehälters 1, welcher anstelle des Behälters 1 gemäss Fig. 1 eingesetzt werden kann. Auch dieser Produktbehälter 1 weist eine Leitung 12 zur Zuführung eines Druckgases und eine Leitung 8 zur Rückführung des Retentates auf. Um ein stark eingedicktes Retentat 2 noch besser fördern zu können, ist die Förderpumpe 4 gemäss Fig. 1 hier jedoch als Exzenter-Schneckenpumpe 4' ausgebildet und unmittelbar an den Ausgang des Produktbehäiters 1 angeschlossen. Ein Rührwerk 30 mit einer angeschlossenen Förderschnecke 31 im Behälter 1 erleichtert zusätzlich die Förderung des Retentates 2 zum Filtrationsmodul 5 gemäss Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Variante des Produktbehälters 1 gemäss Fig. Ξ. Hierbei ist der Raum für das Druckgas aus der
Leitung 12 von dem Raum für das Produkt 2 aus der Leitung 14 durch einen Pressbalg 35 getrennt. Wie die unterbrochen dargestellte Linie 35' andeutet, ist der Pressbalg 35 so in dem Produktbehälter 1 befestigt und ausgebildet, dass die Aufteilung in die Teilräume für Druckgas und Produkt in weiten Grenzen variieren kann. Die Laufrichtung der Förderpumpe 4' ist gegenüber der Anordnung gemäss Fig. 3 umgekehrt, um deren Schnecke 36 gleichzeitig für den Einzug des Produktes 2 nutzbar zu machen.
Fig. 5 zeigt eine Variante des Produktbehäiters 1 gemäss Fig. 4. Hierbei hat der Behälter 1 die Form eines Zylinders und ist mit seiner Achse horizontal gelagert. Dem entsprechend ist der trennende Pressbalg 35'' an der Wand des Zylinders längs einer Linie befestigt, welche in einer horizontalen Ebene liegt, in der auch die Zylinderachse liegt .
Fig. c zeigt eine Variante des Produktbehäiters 1 gemäss Fig. 3, bei der jedoch die Förderpumpe 4' mit der Schnecke 36 ähnlich wie bei der Ausführung gemäss Fig. 4 direkt an den Ausgang des Behälters 1 anschliesst. Hierbei wird auf die Förderschnecke 31 und das Rührwerk 30 gemäss Fig. 3 verzichtet . Fig. 7 zeigt schematisch eine Variante der Anlage gemäss Fig. 1. Bei dieser Variante genügt zur Förderung des Retentates 2 im Kreislauf mit den Leitungen 3 und 8 eine Radialpumpe 9 nur m der Ausgangsleitung 8 des Membranmodules 5. Die Druckerhöhung des Produktes 2 im
Behälter 1 durch das Druckgas aus der Leitung 12 genügt, um Forderprobleme am Eingang der einzigen Forderpumpe 9 zu vermeiden .
Will man bei einer Anlage gemäss Fig. 1 auf die Verwendung von Druckgas m dem Produktbehalter 1 zur Druckerhöhung verzichten, so kann man m dieser Anlage gemäss Fig. 8 einen Produktbehalter 1' ' ' verwenden Der Produktbehalter 1''' weist einen emgepassten Presskolben 40 neost Mitteln 41 zu dessen Betätigung auf. Die Ruckfuhrieitung 8 für das Retentat ist m diesem Fall zweckmassig beweglich und durch den Presskolben 40 hindurchgefuhrt
Fig. 9 zeigt eine Variante des Produktbehäiters 1' ' ' gemäss Fig. 8 mit einer angeschlossenen Exzenter-Schneckenpumpe 4' für das Produkt 2. Der Kolben 40 weist hier zur besseren Abdichtung einen R ng 42 auf. In der mit unterbrochenen Linien dargestellten Lage hat der Kolben 40 bereits einen Teil des Produktes 2 zum Filtrationsmodul 5 ge äss Fig. 1 hm verdrangt, we_cher durch den Verlust an Filtrat durcn die Leitung 7 nicnt vollständig durch die Leitung 8 zurückgeführt wurde.
Fig. 10 zeigt eine Variante des Produktbenalters 1 ' ' ' gemäss Fig. 9 mit einem verbreiterten Eirzug für die Exzenter-Schneckenpumpe 4'. Damit lassen sich stark eingedickte Produkte mit geringerem Druck einziehen, als mit einem Produkt ehalter gemäss Fig. 9.
Fig. 11 zeigt eine Variante der Anlage gemäss Fig. 2, bei der der Gasdruckbehalter 1 ' ' für das Produkt 2 durch ein Druckgefäss 45 mit Presskolben 46 ersetzt ist. Eine Nachr stung einer bekannten Anlage mit offenem Batch-Tank 1' mit einem Druckgefäss 45 kann mit noch weniger Aufwand verbunden sein, als eine Nachrüstung gemäss Fig. 2.
Fig. 12 zeigt eine Variante eines Produktbehäiters 1' für die Anlage gemäss Fig. 2 mit einer eingebauten Förderschnecke 50. Bei der Verarbeitung von Produkten mit noch ausreichender Fliessfähigkeit genügt eine derartige Förderschnecke 50, um den Produkteinzug einer nachgeschalteten Förderpumpe 4 gemäss Fig. 2 sicherzustellen.
Fig. 13 zeigt eine Variante eines Produktbehäiters 1' für die Anlage gemäss Fig. 2. Ähnlich der Variante gemäss Fig. 3 besitzt ene gemäss Fig. 13 ein eingebautes Rührwerk 30. Die Ξxzenter-Schneckenpumpe 4' ist jedoch durch eine einfache, in den Ausgang des Produktbehäiters 1' eingebaute Förderschnecke 50' ersetzt, welche für einfachere Fälle ausreicht .
Fig. 14 zeigt eine Variante der Anlage gemäss Fig. 1, mit einem inneren Produktkreislauf. Der Gasdruck in dem freien Raum 11 des Behälters 1 ermöglicht wie bei der Variante gemäss Fig. 1 ein problemloses arbeiten der Förderpumpe 4. Zur Regelung des Einlaufdruckes in das Filtrationsmodul 5 arbeitet hierbei ähnlich der Variante gemäss Fig. 2 ein Regeiventil 22 mit einem Drucksensor 20 zusammen. Ein innerer Produktkreislauf ist nun durch eine zweite Förderpumpe 51 und eine Retentatrückführung 52 vom Regelventil 22 zum Eingang der Förderpumpe 51 gegeben.
Im Produktionsbetrieb arbeiten der äussεre Kreislauf über den Behälter 1, Leitung 3, Filtrationsmodul 5, Leitung 8 und Absperrventil 10 und der innere Kreislauf über die
Retentatrückführung 52, Förderpumpe 51, Filtrationsmodul 5 und Leitung 8 gleichzeitig. Während über die Retentatrückführung 52 ein relativ grosser Durchfluss von 3 z.B. 30 m /Std. läuft, muss vom Behälter 1 nur ein geringer 3
Produktfluss von z.B. 1.5 m /Std. geliefert werden, welcher dem Permeatablauf über die Leitung 7 entspricht. Ist der Behälter 1 in einer Entfernung vom Filtrationsmodul 5 angeordnet, so muss über diese Entfernung vorteilhaft nur der geringe Produktfluss laufen, der grössere Durchfluss zirkuliert nur im relativ kurzen inneren Kreislauf über die Retentatrückführung 52.

Claims

Patentansprüche
1. Querstrom-Filtrationsverfahren zum Abtrennen von
Flüssigkeit aus einem fliessfähigen Medium (2), bei dem ein zu filtrierender, abzutrennende Teile enthaltender Stoffstrom mittels einer Pumpe (4, 4', 9, 51) als Retentat durch ein Filtrationsmodul (5) mit porösen Membranen (6) gefördert wird, wobei der Pumpe direkt oder indirekt ein Behälter (1, 1'', 1' ' ' , 45) für das fliessfähige Medium (2) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das fliessfähige Medium (2) in dem Behälter (1, 1'', 1''', 45) einem Druck unterworfen wird derart, dass das Medium dem Eingang der Fumpe (4, 4', 9, 51) mit einem Druck zugeführt wird, weicher in einem Bereich zwischen etwa dem Umgebungsdruck des Filtrationsmodules (5) und dem Ausgangsdruck der Pumpe liegt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter für das Medium ein geschlossener Batch-Tank (1, 1'') ist, dass das Medium als Retentat in einer Anlage in einem Kreislauf und in Batch-Fahrweise in den geschlossenen Eatch-Tank (1, 1 ' ' ,' rückgeführt wird, und dass das Medium (2) in dem Batch-Tank (1, 1' ') durch Beaufschlagen mit einem Druckgas unter Druck gesetzt wird.
Ξ. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einem Filtrationsmodul (5) mit tangential überströmbaren porösen Membranen (6), einer Förderpumpe
(4,
4', 9, 51) zur Zuführung des zu filtrierenden Mediums (2) als Retentat durch das Filtrationsmodul (5), sowie mit einem, der Förderpumpe direkt oder indirekt vorgeschalteten Behälter (1, 1'', 1 ' ' ' , 45) für das zu filtrierende Medium (2), gekennzeichnet durch Mittel
(12, 40, 41, 46) zur Erhöhung des Druckes des Mediums
(2) in dem Behälter (1, 1' ' , 1' ' ' , 45) .
. Anlage nach Anspruch 3 , gekennzeichnet durch mindestens ein Filtrationsmodul (5) mit Membranen (6), welche gemäss ihrer Trenngrenze in der Mikrofiltration oder Ultrafiltration eingesetzt werden.
5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein Batch-Tank (1''') für das Medium
(2) ist und dass die Mittel zur Erhöhung des Druckes des Mediums einen in den Batch-Tank (1''') eingepassten Presskolben (40) nebst Mitteln zu dessen Betätigung umfassen .
6. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein geschlossener Batch-Tank (1, 1'') für das Medium (2) ist und dass die Mittel zur Erhöhung des Druckes des Mediums (2) Mittel (12, 13) zur Zuführung eines Gases unter Druck in den Batch-Tank (1, 1'') zur Beaufschlagung des Mediums (2) umfassen.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Batch-Tanks (1', 1'') in einem Retentat-Kreislauf umfasst, deren einer der geschlossene Batch-Tank (1'') ist und ein kleineres Volumen hat als der andere Batch- Tank (1' ) .
8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Batch-Tank (1) das zu filtrierende Medium
(2) und das Gas unter Druck durch einen Pressbalg (35, 35'') getrennt sind.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Batch-Tank (1) die Form eines Zylinders hat und mit horizontal orientierter Achse gelagert ist.
10.Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein Druckgefäss (45) für das Medium (2) ist und dass die Mittel zur Erhöhung des Druckes des Mediums (2) einen in das Druckgefäss (45) eingepassten Presskolben (46) mit Mitteln zu dessen Betätigung umf assen .
11. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem geschlossenen Batch-Tank ein weiterer Batch-Tank vorgeschaltet ist, von dem her das Medium dem geschlossenen Batch-Tank über eine Druckpumpe zuführbar ist .
12. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erhöhung des Druckes des Mediums (2) eine in den Ausgang des Behälters (1, 1 ' ' ' ) für das Medium (2) eingebaute Exzenter-Schneckenpumpe (4') umfassen .
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (!''') zusätzlich zu der Ξxzenter- Schneckenpumpe (4') einen eingepassten Presskolben (40) nebst Mitteln (41) zu dessen Betätigung umfasst.
14. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) ein Rührwerk (30) aufweist.
15. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erhöhung des Druckes des Mediums (2) eine in den Behälter (1) eingebaute Förderschnecke (31, 50) umfassen, welche dessen Inhalt zum Behälterausgang fördert .
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