Способ осветления жидкостей и устройство для его осуществления

 

Область использования: пищевая промышленность для осветления жидкостей. Сущность изобретения: способ заключается в том, что при непрерывной поперечно проточной фильтрации во время начальной фазы фильтрации производят, по меньшей мере, один слив остатка из циркуляции остатка, величина которого составляет максимально 10% от величины слива остатка, производимого во время стационарной производственной фазы. Устройство для реализации указанного способа содержит устройство фильтрации с поперечным потоком (УФПП), трубопровод для слива остатка в начальной фазе на входе или на выходе УФПП со стороны осадка. УФПП снабжено циркуляционным контуром для остатка с трубопроводом для слива остатка в стационарной производственной фазе. Трубопровод для слива остатка в начальной фазе снабжен регулирующими органами для управления количеством протекающего остатка. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и установке для осветления жидкостей, в частности сырого сока из растительных продуктов, а также биохимически изготовленных продуктов при помощи непрерывного поперечно-поточного фильтрования, в частности, микро- и ультрафильтрации с высокой долей твердых веществ в циркуляционном контуре перемешивания осадка.

В случае полученного из растительных продуктов сока речь может идти как об алкогольных, так и безалкогольных сырых соках, как, например, сыром соке из фруктов, винограда, ягод или же из других фруктов и овощей, а также масличных семян для получения масла. Кроме того, сюда относятся также и продукты, получаемые из многих растительных продуктов, например, пиво, в частности в связи с рекуперацией пива из фементационного склада и склада пивных дрожжей.

Из WO 89/02708 известен прием, согласно которому при осветлении жидкостей с высоким содержанием твердых веществ применяют перемешивание остатка циркуляцией. Целью этого приема является улучшение фильтрующей способности мембран. Во время начальной фазы рабочего процесса доля твердых веществ в циркуляционном контуре перемешивания остатка постоянно возрастает. При этом, фильтрующая способность сначала падает, а затем снова возрастает до высокой величины. Во время этой начальной фазы отвод остатка из циркуляции не производят. Однако, как только достигается наивысшая величина производительности фильтрования, доля твердых веществ благодаря равномерному отводу остатка из циркуляции во время стационарной производственной фазы становится постоянной, для того чтобы на конечном уровне сохранять производительность фильтрования, который отличается существенно более высокой производительностью по сравнению с первоначальной величиной. Регулирование стока остатка производится при этом в зависимости от замеренной производительности фильтрации или же от отводимых из нее количеств.

При осуществлении таких известных способов начальная фаза при известных обстоятельствах может длиться сравнительно продолжительное время. Это имеет место в том случае, когда начальная производительность фильтрации мембран сравнительно невелика или же когда промежуточные состояния проявляются со сравнительно низкой производительностью фильтрации мембран. Другая причина заключается в том, что в сыром соке содержатся только сравнительно небольшие количества твердых веществ, например, меньше, чем 0,5% труба. Если эти обстоятельства наличествуют в отдельности или в комбинированной форме, то начальная фаза может длиться, например, от 5 до 24 часов. Обусловленные циркуляцией и связанной с этим механической нагрузкой остатка структурные изменения последнего могут проявляться так, что после достижения необходимой высокой концентрации труба в остатке не наступит никакого улучшения фильтрующей производительности мембран, причем эта производительность может даже резко упасть.

В основу настоящего изобретения положена задача устранить вышеперечисленные недостатки, еще дальше улучшить в экономическом отношении вышеописанный способ и повысить производительность фильтрования.

Согласно настоящему изобретению поставленная задача решается тем, что во время начальной фазы производят, по меньшей мере, один дополнительный отвод остатка из контура циркуляции остатка, который по сравнению с отводом остатка во время происходящей стационарной производственной фазы сравнительно небольшой.

Другие признаки, а также выгодные формы выполнения предмета изобретения описаны в пунктах формулы изобретения.

Как показали результаты экспериментов, с помощью согласно изобретению дополнительного отвода остатка во время начальной фазы остаток, несмотря на незначительное отводимое количество, в циркуляции обновляется, благодаря чему также и в тяжелых случаях, то есть когда начальная фаза сравнительно долго продолжается, наступает эффект улучшения фильтрационной производительности при высокой доле труба в остатке при фильтрации, в частности яблочного сока, а также соков других видов фруктов, что происходит в большинстве случаев.

Более подробно предмет изобретения описывается ниже с помощью чертежа, на котором представлен пример его выполнения, а именно: на фиг. 1 одноступенчатая установка непрерывного поперечно-поточного фильтрования для осуществления способа согласно изобретению, и на фиг. 2 установка поперечно-поточного фильтрования согласно фиг.1 в двух ступенчатой форме выполнения.

Как показано на фиг.1, сырой сок из резервуара 1 подают через трубопровод 2 в циркуляционный контур для остатка 3 одноступенчатой непрерывно работающей установки поперек поточного фильтрования 4, которая выполнена в виде установки ультра- и микрофильтрации. В циркуляционном контуре для остатка 3 расположен циркуляционный насос 5, выходной клапан ступени 6 и входной клапан ступени 7. При взгляде в направлении циркуляции ответвляется между клапаном 6 и циркуляционным насосом 5 трубопровод 8 для слива остатка, через который производится непрерывный отвод остатка во времени стационарной рабочей фазы. Другой трубопровод 9 для слива остатка расположен между входным клапаном 7, последовательно подключенному к циркуляционному насосу 5, и устройством поперечно-поточной фильтрации 4. Через трубопровод 9 для слива остатка отводят во время начальной фазы производственного процесса сравнительно небольшое количество остатка из циркуляционного контура 3. С целью обеспечения оптимальных производственных условий необходимо, чтобы количество осадка, отведенного во время стационарной рабочей фазы через трубопровод для слива осадка 8, составляло преимущественно, по меньшей мере, 10-ти кратное количество осадка, которое отводят во время начальной фазы через трубопровод 9 для слива остатка. Соотношение, может быть равным, например, 30:1. Этого сравнительно небольшого количества отведенного остатка во время начальной фазы достаточно для того, чтобы обновить остаток в циркуляционном контуре.

Трубопроводы 8 и 9 для слива остатка предусмотрены для его раздельного отвода во время стационарной рабочей фазы и начальной фазы. Можно было бы применять также и совместный трубопровод для отвода остатка для обоих производственных состояний с различными количествами стока, однако это в большинстве случаев связано с трудностями при регулировании небольших количеств во время начальной фазы. Трубопровод 9 для слива остатка можно благодаря небольшому количеству сливаемого остатка без вреда способу устанавливать в любом месте циркуляционного контура 4 для остатка.

Для регулирования количества сточного остатка во время стационарной производственной фазы измеряют в циркуляционном контуре 4 долю твердых веществ преимущественно (потому что этот метод самый простой) величины, зависимые от доли твердых веществ. Как показано в примере выполнения согласно фиг. 1, измеряют для этого потребление мощности циркуляционным насосом 5 при определенных постоянных, гидравлических производственных условиях, например, давлениях, количестве перекачиваемой среды, при помощи амперметра 10. Замеренные, таким образом, величины через линию цепи управления 11 используют для регулирования регулирующего клапана 12, расположенного в трубопроводе 8 для слива остатка. Из-за большего количества подлежащего отводу остатка в большом ряде случаев было бы обеспечить стабильное регулирование, если слив остатка производится в зоне участка замера между циркуляционным насосом 5 и выходным клапаном6.

Другая возможность измерения доли твердых веществ в циркуляции 3 остатка во время стационарной производственной фазы заключается в проведении замера разности давлений между входом модуля и выходом модуля устройства для поперечно-поточного фильтрования 4 при постоянном расходе. Кроме того, в качестве замеряемой величины можно использовать расход через модуль устройства 4 для фильтрования поперек потока при постоянной разности давлений или наоборот.

Слив остатка можно производить как во время начальной фазы так, в частности, и при очень небольших количествах стока, также импульсивным образом. Регулирование постоянно или импульсивно отводимого через трубопровод 9 для слива остатка количества последнего во время начальной фазы производится в зависимости от мощности прницания F, преимущественно временного изменения мощности проницания F (дифференциал dp/dt млм практически отношение разности F/t). Для этого провод цепи управления 13 направлен от места измерения 16 при трубопроводе 14 для слива пермеата (Permeat) устройства для фильтрования поперек потока 4 к расположенному в трубопроводе 9 для слива остатка регулирующему клапану 15. Находящееся в проводе цепи управления 13 место измерения 16 для определения производительности пермеата F служит для регулирующего клапана 15, работа которого зависит от отводимой величины измерения dF/dt.

Устройство 4 для фильтрования поперек может быть выполнено многоступенчатым. В примере выполнения изобретения согласно фигуре 2 это устройство состоит из двухступенчатой установки непрерывного действия со ступенями 17 и 18. Сливы остатка происходят преимущественно во время начальной фазы раздельно для каждой ступени через соответствующие сливные трубопроводы для остатка 9 наружу из общей системы. Однако в отдельных случаях возможно также и общее направление в ближайшую более высокую ступень.

Перевод остатка с одной ступени 17 на ступень 18 производится по тем же самым регулирующе-техническим причинам, как в примере выполнения согласно фиг. 1, то есть со стороны низкого давления на сторону низкого давления отдельных циркуляционных контуров 4 для остатка. Следующая ступень (в примере выполнения в соответствии с фигурой 2 ступень 18) осуществляется поэтому преимущественно, по меньшей мере, на стороне низкого давления с давлением несколько меньшим по сравнению с предыдущей ступенью, чтобы в случае необходимости (поскольку перевод производится не при помощи дозирующего насоса), можно благодаря этому отказаться от перекачивающего насоса. Другой альтернативой является промежуточное включение небольшого безнапорного резервуара между отдельными ступенями 17 и 18 (альтернатива отмечена на фигуре 2 штрих-линией).

Многоступенчатая фильтрация поперек потока практически целесообразна только в том случае, когда для достижения очень высокого выхода приходится работать с экстремально высокими долями твердых веществ. Целесообразным образом более высокие ступени оснащаются модулями, которые содержат существенно увеличенные каналы и/или пригодны для эксплуатации при более высоких давлениях, например, благодаря применению металлических мембран.

Экономичной альтернативой для многоступенчатой фильтрации является параллельная фильтрация. Это решение отмечено на фигуре 1, как альтернативный пример выполнения штрих-линией. Отводимые через трубопроводы 8 и 9 для слива остатка потоки последнего можно подводить через совместный трубопровод 20 к устройству поперечно-поточному фильтрованию рисайклинга 21 с очень высокой концентрацией труба. Таким образом, можно одновременно существенно повысить концентрацию тонкожидкого остатка из начальной фазы и тем самым улучшить общий выход. Пермеат фильтрационного устройства 21 можно возвращать через трубопровод 22 в резервуар 1.

Как в примере выполнения согласно фигуре 1, так и в примере выполнения изобретения согласно фигуре 2 раздельные сливные трубопроводы 8 и 9 для остатка стационарной производственной и начальной фазы имеют различный размер. Соотношение поперечных сечений трубопроводов для стока остатков во время стационарной фазы и начальной фазы составляет преимущественно, по меньшей мере, 10: 1. Например, поперечное сечение трубопровода 8 для слива остатка может составлять 30-ти кратное поперечного сечения трубопровода 9 для слива остатка.

Слив остатка из трубопровода 9 для начальной фазы производится автоматически при использовании устройство, особенно пригодных для отвода сравнительно небольших количеств, как, например, дозировочного насоса, в частности мембранных дозировочных насосов, управляемых импульсом клапанов и т.п. Управление исполнительными органами производится при помощи регуляторов. В качестве измеряемой величины служит преимущественно мощность пермеата, соответственно дифференциал по времени, соответственно дифференциальное отношение. В простых случаях достаточным является, однако, выпуск постоянного, небольшого количества остатка, которое в случае необходимости можно регулировать вручную.

Формула изобретения

1. Способ осветления жидкостей, например сырых соков, из растительных продуктов или биотехнологически изготовленных продуктов путем непрерывной поперечно поточной фильтрации, например микро- и ультрафильтрации, с высокой долей твердых веществ в циркуляции остатка, отличающийся тем, что во время начальной фазы фильтрации производят по меньшей мере один слив остатка из циркуляции остатка, величина которого составляет максимально 10% от величины слива остатка, производимого во время стационарной производственной фазы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение величины слива остатка во время стационарной производственной фазы к величине слива остатка во время начальной фазы составляет более 10, например 30.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что производят раздельный слив остатка во время начальной и производственной фаз процессов.

4. Способ по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что слив остатка во время начальной фазы процесса производят в любом месте циркуляции остатка.

5. Способ по одному из пп. 1 4, отличающийся тем, что регулирование стационарно или импульсообразно отводимого количества остатка во время начальной фазы производят в зависимости от мощности пермеата.

6. Способ по одному из пп. 1 5, отличающийся тем, что регулирование стационарно или импульсообразно отводимого количества остатка во время начальной фазы производят в зависимости от временного изменения мощности пермеата.

7. Устройство для осветления жидкостей, содержащее устройство фильтрации с поперечным потоком, снабженное циркуляционным контуром для остатка с трубопроводом для слива остатка в стационарной производственной фазе, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным трубопроводом для слива остатка в начальной фазе на входе или на выходе устройства фильтрации со стороны осадка, причем трубопровод для слива остатка в начальной фазе снабжен регулирующими органами для управления количеством протекающего остатка.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что трубопроводы для слива остатка в начальной фазе и в стационарном режиме имеют различные размеры.

9. Устройство по пп. 7 и 8, отличающееся тем, что отношение поперечных сечений трубопроводов для слива остатка в стационарной фазе и в начальной фазе больше 10.

10. Устройство по любому из пп. 7 9, отличающееся тем, что отношение поперечных сечений трубопроводов для слива остатка в стационарной фазе и в начальной фазе равно 30.

11. Устройство по любому из пп. 7 10, отличающееся тем, что в качестве регулирующих органов для управления количеством протекающего остатка в начальной фазе использован регулирующий клапан, дозировочный насос, управляемые импульсами клапаны или другие исполнительные органы, пригодные для отвода малых количеств жидкости.

12. Устройство по любому из пп. 7 10, отличающееся тем, что в качестве регулирующего органа для управления количеством протекающего остатка в начальной фазе использован мембранный дозировочный насос.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2