WO2001051186A1

WO2001051186A1 - Verfahren und vorrichtung zum freimachen von durchflusswegen in filtrationsmodulen

Info

Publication number: WO2001051186A1
Application number: PCT/CH2000/000675
Authority: WO
Inventors: Eduard Hartmann
Original assignee: Bucher Guyer AG
Current assignee: Bucher Guyer AG
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2002-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Querstrom-Filtrationsanlage mit einem Filtrationsmodul (5) mit einer Filtrationsmembran (6) mit einer Retentatseite und einer Permeatseite, einem Behälter (1) für ein zu filtrierendes Medium (2) und einer Förderpumpe (4) zwischen dem Behälter (1) und dem Filtrationsmodul (5). Dabei werden Verstopfungen durch feste Retentatanteile in Retentat-Durchflusswegen auf der Retentatseite der Filtrationsmembran (6) entfernt. Dies erfolgt dadurch, dass durch saugseitige Verbindung der Förderpumpe (4) der retentatseitige Druck an der Filtrationsmembran (6) soweit abgesenkt wird, dass von der Permeatseite durch die Filtrationsmembran (6) hindurch rückströmendes Permeat die Verstopfungen freispült und zusammen mit den verstopfenden Retentatanteilen über die Förderpumpe (4) abgesaugt wird. Durch Verzicht auf druckfeste Permeattanks werden kostengünstige Grossmodule mit relativ geringem apparativem Aufwand ermöglicht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Freimachen von Durchflusswegen in Filtrationsmodulen

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freimachen von Retentat-Durchflusswegen von darin befindlichem Material in Filtrationsmodulen, welche in einer Membran- Filtrationsanlage im Querstrom-Modus betrieben werden, wobei in diesen Retentat-Durchflusswegen Durchfluss- Verblockungen auftreten, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung .

Derartige Verfahren werden in Anlagen eingesetzt, welche Stoff-Gemische an porösen Membranen in Anteile mit unterschiedlichen Partikelgrössen trennen. Beim Querstrommodus werden dabei die zu trennenden Stoff- Gemische in Durchflusswegen tangential an den Membranen entlang geführt, damit die zurückgehaltenen Anteile (Retentate) sich nicht auf den Membranen ablagern und deren Poren für den Durchläse der Permeate verstopfen. 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 Trübstoffen der Fruchtmaische getrennt werden. STAND DER TECHNIK

Eine Anlage zur Behandlung von Wasser in einem Kreislauf mit Tangential-Filtration ist aus EP 0,433,200 AI (GIE ANJOU-RECHERCHE) bekannt. Diese Anlage wird verwendet bei der Filtration und Reinigung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wässern, mit einem Kreislauf für die zu behandelnden Wässer, welcher wenigstens eine Membrane für Tangential-Filtration umfasst . Dabei bestand die Aufgabe, eine Anlage zur Tangential-Filtration mit Membranen mit Ozon-Injektion bereit zu stellen, welche erlaubt, die chemischen und internen Oberflächen-Verschlammungen der Membrane zu begrenzen.

Diese Anlage umfasst Mittel zum Einführen eines oxidierenden Gases in die zu behandelnde Flüssigkeit in den Kreislauf vor der Membrane. Dabei bilden sich Mikroblasen des genannten Gases von einer solchen Grosse, dass sie rechtsseitig der Membrane in der Flüssigkeit Turbulenzen erzeugen. Diese begrenzen, zusammen mit der Oxidation die Verschlammung der genannten Membrane und führen zu einer Verbesserung des Durchflusses und der physiko-chemischen Eigenschaften des Filtrates. Erforderlichenfalls umfasst die Anlage Mittel zum Einführen chemischer Reagentien und/oder Adsorptionsmittel in den Kreislauf der Filtration.

Im Querstromverfahren betriebene Membranmodule neigen im Falle gewisser zu filtrierender Produkte zu Verstopfungen von retentatseitig der Membranen angeordneten Querstromkanälen. Insbesondere ist dieses Problem bei der

Filtration von trubstoffhaltigen Fruchtsäften mit Verfahren der Mikrofiltration (MF) oder Ultrafiltration (UF) bekannt. Bei solchen Anwendungen besteht das Ziel, im Fruchtsaft vorliegende kolloidale oder feststoffhaltige, zum Teil faserartige Trubstoffe aus dem Saft abzutrennen und permeatseitig der Membranen einen klaren Saft zu erhalten.

Die genannten Verstopfungen oder Blockierungen der Querstromkanäle haben teils produktbedingte und teils anlagenbedingte Ursachen. Der verwendete Filtrationsprozess ist meistens ein Batch-Prozess . Dabei wird ein Produkt als Retentat aus einem Batch-Tank über eine Retentat- Kreislaufpumpe Filter-Moduleinheiten zugeführt, durchläuft diese im Querstrom und gelangt anschliessend in den Batch- Tank zurück. In diesem Kreislauf und im Batch-Tank konzentrieren sich die durch die Membranen der Moduleinheiten rückgehaltenen Trubstoffe mit der Zeit auf . Mit zunehmender Aufkonzentration der Trubstoffe steigt die Viskosität im Retentat schliesslich um einen Faktor von ca. 50 bis auf 50 mPas oder höher an. Das Fliessverhalten eines solchen ochviskosen Retentates ist dann stark strukturviskos und thixotrop und führt zu den genannten Blockierungen .

Andererseits sind für solche Filtrationsprozesse eingesetzte Membranen meistens auf Membranrohren mit einem Durchmesser zwischen ca. 1-30 mm und einer unterbrechungsfreien Länge zwischen ca. 1-80 m in Mehrkanalmodulen angeordnet. In solchen Modulen wird eine Vielzahl von Membranrohren im Querstrom gleichzeitig parallel angeströmt, wobei sich der zugeführte Produktstrom auf die einzelnen Membranrohre aufteilt . Beim Eintreten einer Betriebsstörung. z.B. einer Unterbrechung der Stromversorgung, steigt nun die Viskosität des Retentates infolge fehlender Materialscherung sehr schnell an. Bereits nach einer kurzen Unterbrechung ist ein Wieder-Anfahren aller parallel geschalteten Membranrohre meistens nicht mehr möglich, die genannten Blockierungen lösen sich mindestens bei einigen Membranrohren nicht mehr. Falls die Filtration noch mit einigen Membranrohren fortgesetzt werden kann, steigt die Viskosität in den blockierten Membranrohren noch weiter an.

Eine andere Ursache für die genannte Blockierung von Membranrohren ist die Produkteverdrängung mit einem niederviskosen Spülmedium, wie sie aus PCT/CH99/00294 (BUCHER-GUYER) bekannt ist. Ist nämlich in einem Batch- Prozess der oben genannten Art ein Sollwert der Feststoff- Konzentration erreicht, so muss vor der Bearbeitung eines nachfolgenden Batch das hochviskose Retentat im Kreislauf und im Batch-Tank durch ein leicht fliessendes Medium (bei Fruchtsaft-Filtration meist Wasser) ersetzt, d.h. verdrängt werden. Erfolgt diese Verdrängung in den parallel angeströmten Membranrohren infolge räumlichen Unterschieden von Viskosität und Strömungsgeschwindigkeit nicht absolut parallel, so werden oft einzelne Membranrohre vorzeitig frei während andere Membranrohre blockieren und nicht mehr frei gespült werden können.

Die genannte Blockierung von Membranrohren kann aber neben den bereits genannten Ursachen auch schon durch unvermeidbar unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen parallel angeströmten Membranrohren herbeigeführt werden. Eine geringere

Strömungsgeschwindigkeit in einem der Membranrohre führt infolge der längeren Verweilzeit zu einer höheren Eindickung oder Viskosität des Retentates in diesem Membranrohr. Diese Effekte verstärken einander, was zu einer sehr schnellen Erhöhung des Strömungswiderstandes und infolge des für alle Membranrohre gleichen Eingangsdruckes zu einem totalen Stillstand des Retentates und einer Verblockung in dem betreffenden Membranrohr führt .

Zur Behebung von Blockierungen der beschriebenen Art sind folgende Verfahren bekannt :

Rohrförmige Filtrationsmembranen auf Polymermaterial werden vorzugsweise in geradlinigen Teilen mit Längen von maximal 3 m verwendet. Diese geradlinigen Teile werden mit

Verbindungsbögen zu längeren Serien (Passen) verbunden. Bei einer Blockierung in einer Serie öffnet man die Verbindungsbögen und versucht, die Blockierung mit einer Wasserlanze frei zu spülen. Dabei ist der Arbeitsaufwand je nach Fall enorm hoch. Ist z.B. eine 5-Pass-Anlage mit je 16 Filtrationsmodulen pro Serie verblockt, wobei jedes Filtrationsmodul 19 parallele Membranrohre von je 3 m Länge aufweist, so müssen 5*16*19 = 1520 einzelne Membranrohre frei gespült werden. Werden Blockierungen eines Teiles der Membranrohre über längere Zeit nicht bemerkt, so verfestigt sich das blockierende Retentat so stark, dass ein Freispülen mit einer Wasserlanze nicht mehr möglich ist. Ein Ausbohren kommt wegen der Beschädigungsgef hr der Membrane selten infrage . Meistens müssen Filtrationsmodule mit Verblockungen dieser Art durch neue Module ersetzt werden. Handelt es sich um gesinterte Membranen aus Metall, so versucht man gelegentlich, anders nicht lösbare Verblockungen durch ausglühen der gesinterten Rohre zu entfernen. Dies ist ebenfalls mit hohen Kosten und langen Betriebsunterbrüchen verbunden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemässe Verfahren zum Freimachen von Retentat-Durchflusswegen so auszubilden, dass die hiervor beschriebenen Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen weitgehend behoben sind.

Die Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gegeben .

Demgemäss zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren zum Freimachen von Retentat-Durchflusswegen der eingangs genannten Art dadurch aus, dass durch Absenken des Druckes des retentatseitig der Membranen vorhandenen Materiales auf einen Wert unterhalb eines permeatseitig der Membranen vorliegenden Druckes blockierende Retentatanteile zusammen mit von der Permeatseite der Membranen durch die Membranen rückströmendem Material retentatseitig abgesaugt werden.

Ge äss einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird das retentatseitige Freiwerden der Membranen mit mindestens einem Sensor überwacht und der Absaugvorgang wird nach Absaugen eines vorgegebenen Anteiles von blockierenden Retentatanteilen automatisch beendet .

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 in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschliessen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen 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 erfindungsgemäss angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer einfachen Querstrom-Filtrationsanlage mit erfindungsgemässen Mitteln zum Freimachen eines Retentat-Durchflussweges,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Querstrom-Filtrationsanlage mit erfindungsgemässen Mitteln zum Freimachen mehrerer Retentat- Durchflusswege, und

Fig. 3 ein Schema von Vorgängen beim erfindungsgemässen Freimachen eines Retentat- Durchflussweges in einem Filtrationsmodul.

WEGE ZUM AUSFUHREN DER ERFINDUNG

Wie die schematische Schnittdarstellung einer Querstrom- Filtrationsanlage gemäss Fig. 1 zeigt, umfasst diese Anlage einen Behälter 1 für ein Produkt 2, welches filtriert werden soll . Über eine Verbindungsleitung 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 Permeat als Filtrat und ein Retentat getrennt.

Für das Permeat ist eine Abführleitung 7 vorgesehen und für das Retentat eine Ausgangsleitung 8. Über die Ausgangsleitung 8, ein Drosselventil 9 und ein Drosselventil 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, ist für die Zuleitung des Produktes 2 am Behälter 1 eine Zuführleitung 11 angeordnet. Eine soweit beschriebene Filtrationsanlage ist bekannt. Sie wird vorzugsweise derart betrieben, dass zunächst das Produkt 2 über die Zuführleitung 11 in dem Behälter 1 bis zu einem Niveau 12 aufgefüllt wird, und dass im Behälter 1 weiterhin eine konstante Arbeitsmenge, Charge oder Batch zur Verarbeitung vorliegt .

Der Behälter 1 wird deshalb auch als Batchtank 1 bezeichnet. Die Anlage gemäss Fig. 1 arbeitet somit im Batch-Modus. Infolge der Permeat-Abtrennung über die Abführleitung 7 erreicht das Produkt 2 im Behälter 1 immer höhere Eindickgrade. Wie bereits einleitend erwähnt, sind die porösen Membranen 6 im Filtrationsmodul 5 vorzugsweise auf Trägerrohren angeordnet, wie es Fig. 3 im Detail zeigt. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 werden diese Trägerrohre im Filtrationsmodul 5 vom Produkt 2 innen durchströmt (core-side feeding) und das Permeat wird nach Durchdringen der Membranen 6 von der Aussenseite der Trägerrohre über die Abführleitung 7 abgeführt.

Infolge des Eindickens des Produktes 2 im Behälter 1 oder im Filtrationsmodul 5 ergeben sich Verblockungen der Durchflusswege der Trägerrohre der Membranen 6, sodass der Durchfluss von der Verbindungsleitung 3 zur Ausgangsleitung 8 teilweise oder vollständig unterbrochen wird. Zum Freimachen dieser Durchflusswege weist Fig. 1 nun weitere Vorrichtungen auf . Zwischen dem Ausgang der Förderpumpe 4 und dem Eingang des Filtrationsmodules 5 ist ein Absperrventil 13 angeordnet, und der Ausgang der Förderpumpe 4 ist über ein weiteres Absperrventil 14 und eine kurzschliessende Rückführleitung 15 über das Drosselventil 10 in den Batchtank 1 rückführbar. Der Eingang des Filtrationsmodules 5 ist über ein weiteres

Absperrventil 16 und eine weitere Rückführleitung 17 mit dem Eingang der Förderpumpe 4 verbunden, und zwischen diesem Eingang der Förderpumpe 4 und dem Batchtank 1 ist ein weiteres Absperrventil 18 angeordnet.

Im Filtrationsbetrieb sind die Absperrventile 18, 13 und das Drosselventil 9 offen und die Absperrventile 16, 14 geschlossen. Bei Auftreten der genannten Verblockungen der Membranen 6 werden die Absperrventile 18, 13, 9 geschlossen und die Absperrventile 16, 14 geöffnet. Durch die Saugwirkung der Förderpumpe 4 wird dann der Druck des retentatseitig der Membranen 6 vorhandenen Materiales 2 abgesenkt auf einen Wert unterhalb eines permeatseitig der Membranen 6 vorliegenden Druckes . Das dann von der Permeatseite der Membranen 6 durch die Membranen 6 rückströmende, niedrigviskose Material löst die Verblockungen des Materiales 2 in den Trägerrohren der Membranen 6 und wird zusammen mit dem verblockenden Material 2 einseitig vom Eingang des Filtrationsmodules 5 über die Förderpumpe 4 und die Rückführ- leitungen 17, 15 in den Batchtank 1 abgesaugt.

Wird zum Absaugen als Förderpumpe 4 eine Kreiselpumpe verwendet, so ist die Förderpumpe 4 vorteilhaft druckseitig mit einem Drosselventil 50 und saugseitig mit einer Vakuumsonde 51 ausgerüstet, welche in einer steuernden Wirkverbindung 52 mit dem Drosselventil 50 steht. Damit lasst sich das Saugvakuum der Förderpumpe 4 durch druckseitiges abdrosseln so beschränken, dass keine Kavitationen und damit keine Kavitationsschäden an der Förderpumpe 4 auftreten.

Die Rückströmung durch die Membranen 6 ist in Fig. 1 durch den Pfeil 19 symbolisiert. Damit permeatseitig der Membranen 6 hinreichend niedrigviskoses Material für die

Rückströmung bereit steht, ist an der Abführleitung 7 über ein weiteres Absperrventil 20 ein Tank 21 für ein Lösungsmittel angeschlossen. Als solche Lösungsmittel eignen sich vorzugsweise Permeat, Wasser, Laugen, Säuren, Chlor oder Enzyme. Für den normalen Ablauf des Permeates im Filtrationsbetrieb ist an der Abführleitung 7 ein weiteres Absperrventil 22 angeordnet, welches beim Freimachen der Retentat-Durchflusswege geschlossen ist. Schliesslich kann über ein weiteres Absperrventil 23 mittels einer Flüssigkeit oder eines Gases auf die Abführleitung 7 ein Permeat-Gegendruck eingeleitet werden, wodurch die Rückströmung gemäss dem Pfeil 19 unterstützt wird.

Die Vorgänge beim Freimachen eines Retentat-Durchflussweges in einem Filtrationsmodul zeigt Fig. 3 im Einzelnen. In einem solchen Filtrationsmodul 5 der zu Fig. 1 beschriebenen Art ist ein Bündel von Trägerrohren für die porösen Membranen 6 angeordnet , deren Innenseiten über eine Speiseleitung parallel mit dem Produkt angeströmt werden. Ein solches Trägerrohr 25 mit einer Membran 6 auf der

Innenseite zeigt schematisch Fig. 3. An der Membran 6 haben sich Feststoffanteile 2' als Verblockung so festgesetzt, dass ein Durchfluss des Retentates oder Produktes nicht mehr möglich ist. Beim vorhergehenden Filtrationsbetrieb war ein Permeatanteil 26 des Produktes durch die Membran 6 hindurch gelangt, dieser Permeatanteil umgibt, wie Fig. 3 zeigt, das Trägerrohr 25 auf dessen Aussenseite und steht unter einem Druck p2.

Auf der Innenseite des Trägerrohres 25 ist nun, beispielsweise mit einer Querstrom-Filtrationsanlage gemäss Fig. 2, durch beidseitiges Absaugen des Retentates ein Druck pl, mit pl < p2 , oder ein Teilvakuum erzeugt worden, unter welchem das Retentat steht. Wie Fig. 3 zeigt, strömt an den beiden Enden der Verblockung 2' das Permeat 26 infolge des Teilvakuums pl durch die Membran 6 nach innen zurück und löst dabei Feststoffanteile 2'' von der Verblockung 2' ab. Durch Absaugen der Feststoffanteile 2'' in Richtung der Pfeile 19', 19'', wird die Verblockung 2' abgebaut und der Retentat-Durchflussweg wieder frei gemacht. Dieser Abbau der Verblockungen 2' ist hier besonders wirksam, weil nicht nur p2 grösser pl eingestellt, sondern für pl ein Teilvakuum, z.B. 0.2 bar verwendet wird, welches durch einen Abbau von inneren Reibungen die Verblockungen 2' auflockert.

Eine schematische Darstellung einer weiteren Querstrom- Filtrationsanlage mit Mitteln zum Freimachen mehrerer Retentat-Durchflusswege zeigt Fig. 2, wobei der Fig. 1 entsprechende Bauelemente in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen tragen, wie in Fig. 1. Die Anlage gemäss Fig. 2 umfasst vier Filtrationsmodule 5', 5'', 5''', 5' ' ' ' , welchen über die Verbindungsleitung 3 und die Förderpumpe 4 von dem Batchtank 1 her das Produkt 2 parallel zugeführt wird. Der Retentatkreislauf wird durch die allen Filtrationsmodulen gemeinsame Ausgangsleitung 8 zum Batchtank 1 geschlossen.

Im Gegensatz zu dem Filtrationsmodul 5 gemäss Fig. 1, welches eine Abflussleitung 7 für das Permeat aufweist, geben die Filtrationsmodule 5', 5'', 5' ' ' , 5 ' ' ' ' gemäss Fig. 2 das Permeat 26 direkt an die Umgebung ab. Dieses Permeat 26 wird hier durch eine drucklose Wanne 30 aufgefangen, aus welcher es bei Erreichen eines Niveaus 31 mit einer Überlaufleitung 7' abgeführt wird. Die Wanne 30 besitzt einen abnehmbaren Deckel 32 und unten eine Entleerungsöffnung 7'', an welche ein Absperrventil 22 zur Entleerung und ein weiteres Absperrventil 22' für einen Restablass angeschlossen sind. In dem Deckel 32 ist eine Öffnung für einen Zulauf 21' eines Lösungsmittels oder von Permeat angebracht, sodass der Permeatspiegel bis zum Niveau 31 aufgefüllt werden kann. Dann stehen die Filtrationsmodule 5', 5'', 5' ' ' , S ' ' ' ' unter einem Druck p2 gemäss der umgebenden Flüssigkeitssäule des Permeates 26.

Das Niveau 31 ist so gewählt, dass die Filtrationsmodule mit den Permeatseiten ihrer Membranen vollständig in das Permeat eintauchen, damit beim Zurücksaugen in die Retentat-Durchflusswege keine Luft angesaugt wird, welche die Verblockungen in gewissen Fällen weniger gut lösen würde. Bei schwachen Verblockungen zeigte sich allerdings, dass die Permeatseiten der Membranen auch mit Luft umgeben sein können und dennoch eine Absaugung des Retentates möglich ist. Eine Verwendung derartiger druckloser Wannen 30 ist besonders vorteilhaft bei grossen Filtrationsmodulen, wie sie durch Aufwickeln langer

2

Rohrmembranen mit Filtrationsflächen von über 100 m gebaut werden können.

Zum einseitigen oder beidseitigen Absenken des Retentat- druckes und zum Absaugen weist die Filtrationsanlage gemäss Fig. 2 weitere Vorrichtungen auf, deren Funktion durch eine Anzahl von Absperrventilen steuerbar ist. Das Absperrventil 18 am Ausgang des Batchtanks 1, Drosselventil 9 am Reten- tatausgang der Filtrationsmodule 5', 5'', 5''', 5' ' ' ' , Absperrventil 13 zwischen der Förderpumpe 4 und dem Eingang der Filtrationsmodule 5', 5'', 5' ' ' , 5' ' ' ' , und Absperrventil 14 zwischen dem Ausgang der Förderpumpe 4 und dem Batchtank 1 entsprechen jenen der Anlage gemäss Fig. 1.

Neben der Rückführleitung 17 mit Absperrventil 16 von den Filtrationsmodulen zur Förderpumpe 4 ist gemäss Fig. 2 noch eine zweite Rückführleitung 33 zum Absaugen des Retentates über ein Absperrventil 34, eine besondere Saugpumpe 35 mit Vakuumsonde 53 und ein weiteres Absperrventil 36 in den Batchtank 1 angeordnet . Zwischen Ein- und Ausgang der Filtrationsmodule 5', 5'', 5''', 5'''' ist eine Saugleitung 37 mit einem Absperrventil 38 angeordnet, welche eine Umschaltung zwischen einseitigem und beidseitigem Absaugen erlaubt. Soll das Retentat nicht in den Batchtank 1 geführt werden, so kann es am Ausgang der Saugpumpe 35 über ein Absperrventil 39 oder am Ausgang der Förderpumpe 4 über ein Absperrventil 40 abgeführt werden.

Das Freimachen verblockter Retentat-Durchflusswege in den Filtrationsmodulen 5' , 5' ' , 5' ' ' , 5' ' ' ' erfolgt bei der Anlage gemäss Fig. 2 ähnlich wie bei jener gemäss Fig. 1. Beim Filtrationsbetrieb sind die Absperrventile 18, 13, 9, 10 geöffnet und die Absperrventile 16, 14, 40, 34, 36, 38, 39 geschlossen. Tritt eine Verblockung eines oder mehrerer Durchflusswege auf, so kann man durch Schliessen der Absperrventile 18, 13, 14, 40, 16, 38, 9, 10 und Öffnen der Abperrventile 34, 36 ein am Retentateingang der Filtrationsmodule einseitiges Absaugen der blockierenden Retentatanteile über die Saugpumpe 35 und die

Rückführleitung 33 in den Batchtank 1 einleiten.

Soll dieses einseitige Absaugen über die Förderpumpe 4 erfolgen, so wird das Absperrventil 34 geschlossen, und die Absperrventile 16, 14, 10 werden geöffnet. Soll das Absaugen beidseitig am Retentateingang und am Retentatausgang der Filtrationsmodule 5', 5'', 5''', 5' ' ' ' erfolgen, so wird zusätzlich das Absperrventil 38 geöffnet.

Wie Fig. 2 zeigt, ist am Eingang der Förderpumpe 4 über ein Absperrventil 44 eine Leitung 45 für die Zugabe einer viskosen Flüssigkeit angeordnet. Diese Zugabe soll deshalb erfolgen, weil je nach Pumpenart der Saugeffekt der Förderpumpe 4 durch gleichzeitige langsame Zuführung einer hochviskosen Hilfsflüssigkeit verbessert wird. Als solche Hilfsflüssigkeit eignet sich bei Schneckenexzenter-Pumpen aufkonzentrierter klarer Apfelsaft .

Zum Erkennen des Freiwerdens der Retentat-Durchflusswege und der Funktion weist die Filtrationsanlage gemäss Fig. 2 am Eingang der Filtrationsmodule einen Drucksensor 41 auf, sowie an den Ausgängen der Fδrderpumpe 4 und der Saugpumpe 35 je einen Trübungssensor 42 und 43. Diese Trübungssensoren 42 oder 43 zeigen keine Trübung mehr an, wenn keine verblockenden Retentatanteile, sondern nur noch klares Permeat abgesaugt wird. Der Absaugvorgang dauert mit z.B. permeatseitig Wasser also solange, bis das retentatseitig abgesaugte Material klar wird. Dieser Vorgang kann je nach Art der Verstopfung und der

Membranrohr-Länge einige Minuten bis zu einigen Stunden dauern. Dabei benötigt man, je nach Ausrüstung der Filtrationsanlage keine Handarbeit und kann den Vorgang mittels der Trübungssensoren 42 oder 43 überwachen.

Bei einem beidseitigen Absaugvorgang über das Absperrventil 38 gemäss Fig. 2 gelingt das Freimachen erfahrungsgemäss mit einem retentatseitigen Druckabfall von 0.2 bis 0.8 bar. Der Permeatfluss durch die Membranen ist bei einem solchen Druckabfall sehr gering, sodass man hierbei permeatseitig relativ wenig Lösungsmittel benötigt . Bei einem

Ausführungsbeispiel einer Anlage mit Rohrmembranen für die

2 Mikrofiltration mit einer Fläche von insgesamt 200 m ergab sich bei einer Temperatur von 20 °C ein Transmembran-Fluss

2 von 20 Liter pro m und Stunde, also ein Bedarf an Lösungsmittel von 4000 Liter pro Stunde. Die Temperatur des Lösungsmittels wählt man je nach der Materialbasis der Membran-Trägerrohre vorzugsweise zwischen 20 °C und 80 °C. Dabei kann man als Lösungsmittel z.B. klares Permeat verwenden, das über die Rückführleitungen gemäss Fig. 2 dem Batchtank 1 für eine nachfolgende Filtration zugeführt wird.

BEISPIEL

Das Verfahren zum Freimachen wird anhand eines

Laborversuches mit einer Querstrom-Filtrationsanlage für die Mikrofiltration gezeigt. Das verwendete Mikrofiltrations-Modul hat folgende Spezifikation: Anzahl parallele Membranrohre 4 Stück Innendurchmesser der Membranrohre 5.5 mm Wanddicke der Membranrohre 2 mm

Länge jedes Membranrohres 32 m

Trenngrenze der Membranen 0.2 mikro m Membranmaterial PP (Polypropylen)

Struktur symmetrisch

Verarbeitetes Produkt :

Trübes Apfelkonzentrat mit Anteil löslicher Trockensubstanz 20 Gew.%

Nasstrubanteil bei Versuchsbeginn 5 Vol . %

Betriebsparameter der Anlage :

Retentattemperatur 50 °C mittlere Retentatgeschwindigkeit 2.5 m/s Retentat Eingangsdruck 6 bar

Der Versuchsablauf :

Die Filtration wurde gestartet und das Retentat wurde bei

50 °C auf 10 Vol.% Nasstrubanteil aufkonzentriert . Unmittelbar anschliessend wurde der Retentatkreislauf unterbrochen und nach einer Pause von 10 Minuten wieder gestartet. Anschliessend wurde auf 20 Vol . % Nasstrubanteil aufkonzentriert . Diese Schritte wurden wiederholt bis ein Nasstrubanteil von 60 Vol . % erreicht war. Anschliessend. konnte der Kreislauf bei einem Retentat-Eingangsdruck von 6- bar nicht mehr gestartet werden. Alle Membranrohre waren durch das Retentat verblockt , es wurde kein Durchfluss mehr erreicht .

Ausgehend von diesem verblockten Zustand wurde der Druck auf der Retentatseite mit einer volumetrisch fördernden Pumpe (Sinuspumpe) einseitig abgesenkt. Der Retentat- Eingang des Mikrofiltrationsmodules war dabei mit einer, durch einen Schieber abgesperrten Leitung mit dem Retentatausgang verbunden. Nach einer Saugzeit von 7

Minuten waren alle Verblockungen entfernt, und es wurde nur noch klares Wasser abgesaugt . Die Front der Verblockung in den Membran- rägerrohren wurde dabei mit einer mittleren Geschwindigkeit von 76 mm/s durch Ablösung des Materiales zurück verschoben. Mehrere Wiederholungen des Versuches zeigten, dass das Freisaugen der Verblockungen immer in einem Zeitraum von 6 bis 9 Minuten erfolgte.

Überträgt man das Ergebnis dieses Versuchsbeispieles auf eine Grossanlage mit 800 parallel geschalteten Membranrohren von je 32 m Länge, welche mit einer in der Förderleistung entsprechend angepassten Pumpe abgesaugt wird, so lässt sich im gleichen Zeitraum von 6 bis 9 Minuten bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen eine totale Verblockung entfernen. Wenn ermittelt werden kann, welche Membranrohre verblockt sind, so lässt sich durch Absaugen nur dieser Membranrohre mit entsprechenden Vorrichtungen die Menge des dazu erforderlichen Lösungsmittels reduzieren. Eine Verblockung solcher einzelner Membranrohre lässt sich mit fein fühlenden Sensoren für Veränderungen von Druck oder Durchfluss ermitteln. Der Filtrationsbetrieb lässt sich dann mit oder ohne Verdrängung des Produktes aus den Filtrationsmodulen automatisch unterbrechen, damit der Absaugvorgang zur Entfernung der Verblockung ebenfalls automatisch eingeleitet werden kann. Die Entfernung der Verblockung wird, wie oben beschrieben, mit Trübungssensoren erfasst und anschliessend wird die Filtration wieder automatisch gestartet.

Mit Verfahren und Vorrichtungen der oben beschriebenen Art lassen sich insbesondere bei Gross-Filtrationsanlagen retentatseitige Verblockungen von Durchflusswegen mit minimalem Aufwand schnell und zuverlässig freispülen, weil permeatseitig kein Überdruck, z.B. durch einen druckdichten Permeattank erforderlich ist. Damit ergeben sich folgende Vorteile :

Kostengünstigere Grossmodule - Geringerer apparativer Aufwand

Freimachen gezielt möglich

Freimachen automatisierbar

Nicht mehr reparierbare Modulschäden vermeidbar

Betrieb von Modulen mit langen oder gekrümmten Membranrohren, welche nicht in bekannter Weise mit

Wasserlanzen freispülbar sind, ist ohne Ausfall infolge Verblockungen möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Freimachen von Retentat-Durchflusswegen von darin befindlichem Material (2') in Filtrationsmodulen (5) , welche in einer Membran- Filtrationsanlage im Querstrom-Modus betrieben werden, wobei in diesen Retentat-Durchflusswegen Durchfluss- Verblockungen auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass durch Absenken des Druckes (pl) des retentatseitig der Membranen (6) vorhandenen Materiales (2) auf einen Wert unterhalb eines permeatseitig der Membranen (6) vorliegenden Druckes (p2) blockierende Retentatanteile (2') zusammen mit von der Permeatseite der Membranen (6) durch die Membranen (6) rückströmendem Material (26) retentatseitig abgesaugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Permeatseite der Membranen (6) rückströmende

Material (26) eine Flüssigkeit ist, in welche die ganze Permeatseite der Membranen (6) eintaucht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Permeatseite der Membranen (6) rückströmende

Material gasförmig ist .

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die blockierenden Retentatanteile (2') retentatseitig der Membranen (6) gleichzeitig an einem Produkteingang und an einem Retentatausgang des Filtrationsmoduls (5'- 5 " " ) abgesaugt werden .

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die blockierenden Retentatanteile (2') retentatseitig der Membranen (6) nur an einem Produkteingang oder nur an einem Retentatausgang des Filtrationsmoduls (5) abgesaugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Filtrationsmodulen (5) mit mehreren Retentatkanälen die Retentatkanäle gruppenweise abgesaugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das retentatseitige Freiwerden der Membranen (6) mit mindestens einem Sensor (42, 43) überwacht und der Absaugvorgang nach Absaugen eines vorgegebenen Anteiles von blockierenden Retentatanteilen (2') automatisch beendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das retentatseitig abgesaugte Material mit dem permeatseitig vorhandenen Material verglichen und der Absaugvorgang beendet wird, wenn beide Materialien bis auf einen vorgegebenen Anteil gleich sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes der Querstromfiltration retentatseitig im Filtrationsmodul (5) der Durchfluss vom Materialeingang zum Retentatausgang überwacht und bei Eintreten einer Verstopfung der Filtrationsvorgang unterbrochen und der Absaugvorgang eingeleitet wird.

10.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Absaugwirkung auf die blockierenden Retentatanteile (2') dem Filtrationsmodul (5' -5"") permeatseitig Permeat oder Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, Laugen, Säuren, Chlor oder Enzyme zugeführt werden .

11.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Filtrationsmodul (5) permeatseitig der Druck auf einen Wert oberhalb des vorliegenden Atmosphärendruckes eingestellt wird.

12.Vorrichtung zum Freimachen von Retentat-Durchflusswegen von darin befindlichem Material (2') in Filtrationsmodulen (5) , welche in einer Membran- Filtrationsanlage im Querstrom-Modus betrieben werden, gekennzeichnet durch Mittel (16, 17, 4, 14, 15), welche auf der Retentatseite der Membranen (6) den Druck (pl) auf einen Wert unterhalb eines permeatseitig der

Membranen (6) vorliegenden Druckes (p2) absenken und Material absaugen können.

13.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Retentat-Kreislaufpumpe (4) einer zu den

Filtrationsmodulen (5) gehörenden Querstrom- Filtrationsanlage, welche als Mittel zum retentatseitigen Absaugen ausgerüstet ist.

14.Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Vakuumsonde (51) , welche saugseitig an der Retentat- Kreislaufpumpe (4) angeordnet ist.

15.Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein druckseitig der Retentat-Kreislaufpumpe (4) angeordnetes Drosselventil (50) , welches über eine steuernde Wirkverbindung (52) mit der Vakuumsonde (51) verbunden is .

16.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch

Mittel (34, 35, 36, 39) zum retentatseitigen Absaugen, welche nicht Teil einer zu den Filtrationsmodulen gehörenden Querstrom-Filtrationsanlage sind.

17.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel zum retentatseitigen Absaugen, welche eine Vakuumpumpe (35) umfassen.

18.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel zum retentatseitigen Absaugen, welche eine Venturi-Düse umfassen.

19.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Trübungswächter (42) , welcher in einer Retentatleitung (15) einer zu den Filtrationsmodulen (5' -5"") gehörenden Querstrom-Filtrationsanlage angeordnet ist.

O.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Pumpe (4) als Mittel zum retentatseitigen Absaugen, deren Saugseite mit einem Retentat-Durchflussweg in einem Filtrationsmodul (5) über eine Leitung (17) verbunden ist .

21.Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Material auf der Retentatseite der Membranen (5' -5"") ansaugseitig von den Mitteln (4) zum Absaugen während des Freimachens laufend ein hochviskoses Medium beigemischt wird.