СПОСОБ ПРОМЫВКИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ МОДУЛЕЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОСВЕТЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B01D65/02 

Изобретение относится к способу промывки фильтрационных модулей установки для осветления жидкостей, в частности, сырого сока продуктов растительного происхождения или продуктов, полученных с помощью биотехнологии, путем перекрестноточной фильтрации, например, микро- или ультрафильтрации, при осуществлении которых в циркуляционном контуре ретентата поддерживается высокое содержание твердой фазы. В случае получаемого из растительных продуктов сырого сока имеются в виду как содержащие, так и не содержащие алкоголь соки, например фруктовые соки, виноградный сок, соки из ягод или других плодов и овощей, а также семян масличных культур для получения масла. Помимо указанных речь может также идти о продуктах, получаемых из различных растительных продуктов, например, пиве, в частности, получаемого из дрожжей из ферментатора и резервуарного танка.

Известен способ (заявка N 89/02708, A 23 L 2/30, 1989), по которому при осветлении жидкости в циркуляционном контуре ретентата поддерживается высокое содержание твердой фазы. Это делается с целью существенно повысить фильтрационную способность мембран.

Вследствие высокого содержания твердой фазы в циркуляционном контуре ретентата в таких установках возникает опасность забивания фильтрационных модулей устройств перекрестноточной фильтрации. Для предотвращения этого, прежде всего при внезапной остановке установки, например, при отключении электроэнергии, при прекращении подачи управляющего воздуха в устройствах с пневмоприводом и т. п. все линии ретентата перекрестноточной фильтрующей системы должны быть как можно быстрее промыты. В противном случае вязкость ретентата, являющегося тиксотропной жидкостью, которая при остановке циркуляционного насоса ретентатного контура перестает двигаться, возрастает. В результате в некоторых случаях фильтрационные модули становится уже невозможно промыть промывочной жидкостью и приходится чистить по отдельности каждую линию, прибегая к трудоемким механическим способам, большей частью вручную. Как правило, это возможно только в случае модулей с каналами большого диаметра. Модули с узкими каналами забиваются необратимо.

Указанная проблема осложняется еще и тем, что в целях резкого увеличения производительности перекрестноточной фильтрации часто работают при очень высоком (выше обычного среднего значения) содержании твердой фазы в циркуляционном контуре ретентата.

Для того чтобы избежать указанных неприятных последствий, в известных способах при прекращении работы установки в циркуляционный контур ретентата подают воду для промывки модулей. Подача воды осуществляется в направлении работы циркуляционного насоса для ретентата с помощью запорной арматуры. При подаче воды происходит разбавление ретентата, в результате вязкость его уменьшается, и установка после запуска снова может начать нормально работать.

Для упрощения схемы трубопроводов подачу ретентата в модуль или модульный блок, т.е. несколько последовательно соединенных модулей, обычно осуществляют асимметрически. Для этого от главного трубопровода последовательно ответвляются несколько боковых трубопроводов, идущих к отдельным модульным блокам или модулям. Таким же образом осуществляется и отвод ретентата от модульного блока. По другому известному варианту в состав установки входят три модуля, которые питаются от трех отдельных трубопроводов, симметрично ответвляющихся от главного трубопровода.

Подача воды в качестве промывочной жидкости в циркуляционный контур ретентата и известный способ ввода ретентата в модульный блок, в частности симметричный подвод и отвод, в простейших случаях позволяют снизить опасность забивания модулей. Если, однако, как это имеет место в данном случае, установка работает в режиме, при котором в циркуляционном контуре ретентата поддерживается очень высокое содержание твердой фазы, этих известных мер в указанных аварийных ситуациях становится уже недостаточно для того, чтобы промыть фильтрационные модули водой.

Задачей изобретения поэтому является создание способа или разработка мер предосторожности для установки вышеуказанного типа, которые за счет исключения опасности забивания фильтрационных модулей, в частности при очень высоком содержании в циркуляционном контуре ретентата твердой фазы, обеспечили бы бесперебойную работу установки.

Решение этой задачи в соответствии с изобретением состоит в том, что при остановке установки в перекрестноточный модуль со стороны ретентата в возрастающем во времени количестве и/или геометрически раздельно подают промывную жидкость.

Остальные особенности и предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в формуле изобретения.

Более подробно изобретение поясняется с помощью нижеследующего описания и чертежа, на котором схематически изображен один из вариантов его осуществления.

Подлежащий осветлению сырой сок по трубопроводу 1 подается в циркуляционный контур ретентата 2 перекрестноточного фильтрационного устройства, представляющего собой предпочтительно микро- или ультрафильтрационное устройство. Установка может работать непрерывно по одно- или многоступенчатой схеме. Предлагаемый способ можно, однако, применять и при перекрестноточной фильтрации, осуществляемой полунепрерывно. В этом случае трубопровод 1 соединяется с буферной емкостью 4, в которую ретентат возвращается по трубопроводу 5, показанному на фиг. 1 штриховой линией (альтернативный вариант). В циркуляционном контуре ретентата 2 в случае данного примера осуществления одноступенчатого, работающего в непрерывном режиме перекрестноточного фильтрационного устройства 3, имеются циркуляционный насос 6, ступенчатый впускной 7 и ступенчатый выпускной 8 клапаны. Пермеат отводится из перекрестноточного фильтрационного устройства 3 по трубопроводу 9. Для повышения производительности фильтрации установка эксплуатируется в режиме, при котором в циркуляционном контуре ретентата поддерживается очень высокое содержание твердой фазы. Для предупреждения возникающей при этом опасности забивания фильтрационных модулей 10 перекрестноточного фильтрационного устройства 3, в частности при остановке установки, например при отключении электроэнергии, в установку подается промывная жидкость, предпочтительно вода. Для этой цели в установке имеется трубопровод 11, подсоединенный к циркуляционному контуру ретентата 2 перекрестноточного фильтрационного устройства 3 со стороны ретентата после циркуляционного насоса 6 и ступенчатого впускного клапана 7.

Для достижения максимально возможного эффекта промывки промывную жидкость вводят в циркуляционный контур ретентата 2 в увеличивающемся во времени количестве и/или геометрически раздельно. При этом промывную жидкость можно вводить непрерывно или порциями. Для подачи промывной жидкости с увеличением расхода во времени можно, например, вместо того, чтобы с самого начала подавать ее с определенным постоянным расходом, начать с подачи ее в небольших количествах и постепенно, предпочтительно медленно, увеличивать расход. Промывку можно начинать также с подачи относительно вязкой промывной жидкости, с вязкостью, несколько меньшей вязкости ретентата, и постепенно уменьшать ее вязкость. Этого можно добиться, добавляя, например, к промывной жидкости воду.

Для осуществления подачи промывной жидкости с исключительно геометрически увеличивающимся расходом можно подводить ее раздельно, в несколько точках циркуляционного контура ретентата 3, причем общее количество подаваемой в этом случае жидкости может оставаться постоянным во времени. В случае приведенного примера раздельное введение промывной жидкости осуществляется путем разветвления трубопровода 11 на несколько отдельных трубопроводов 12, подсоединенных один за другим к циркуляционному контуру ретентата 3 после ступенчатого впускного клапана 7.

Продолжительность периода от начала подачи промывной жидкости с первоначальным небольшим расходом до конечной величины расхода должна составлять не менее 30 с. Конечный расход промывной жидкости обычно считается достигнутым, когда после подвода воды в месте ее введения в трубопровод для ретентата снова устанавливается нормальное давление в линии.

С помощью перечисленных не очень жестких мер удается добиться смещения более вязкого ретентата с промывной жидкостью благодаря чему становится возможным полное вымывание ретентата из фильтрационных модулей 10. При этом не происходит образования каналов для прохождения промывной жидкости (воды) с относительно низкой вязкостью через вязкий ретентат, что затрудняет промывку.

Ввод промывной жидкости в циркуляционный контур ретентата 2 в принципе можно осуществлять в любой его точке. Предпочтительно, однако, вводить ее после циркуляционного насоса 6 в направлении движения ретентата. Это обеспечивает гарантию того, что жидкость будет проходить и в том случае, когда циркуляционный насос 6 не работает из-за отключения электроэнергии.

В качестве промывной жидкости обычно используют воду. В отдельных случаях можно, однако, использовать для этой цели и более вязкие жидкости, например, ретентат, предпочтительно сульфитированный, из предшествующего фильтрационного цикла или отводимый из контура при непрерывной фильтрации. В не очень критических ситуациях возможно также использование специально приготовленных суспензий из посторонних материалов.

Фильтрационные модули 10 перекрестноточного фильтрационного устройства 3 предпочтительно имеют крупные каналы с диаметром или шириной не менее 4 мм. Предпочтительно используют трубчатые модули, поскольку с их помощью удается обеспечить наиболее равномерный поток и создать конструкцию без карманов с застойными зонами.

В случае данного примера осуществления в состав фильтрационного устройства вводят восемь отдельных фильтрационных модулей или восемь блок-модулей с несколькими последовательно соединенными модулями в каждом. Ввод ретентата в фильтрационные модули 10 осуществляется симметрично через трубопровод 13, разветвляющийся на два трубопровода, каждый из которых в свою очередь разветвляется на два трубопровода. В результате питания фильтрационных модулей 10 осуществляется симметрично, по иерархической схеме от центрального трубопровода. По такой же схеме осуществляется и отвод ретентата из фильтрационных модулей 10, который собирается в трубопроводе 14, входящем в циркуляционный контур ретентата 2.

По другим вариантам осуществления каждая ступень установки перекрестноточной фильтрации 3 может состоять из двух, четырех, восьми, шестнадцати и т. д. блок-модулей или отдельных модулей. Подвод и соответственно отвод материала может осуществляться иерархически от центральных трубопроводов, в группах из двух, четырех, восьми, шестнадцати и т.д. блок-модулей или отдельных модулей.

Такое расположение фильтрационных модулей 10 и подача в них жидкостей обеспечивает равномерную промывку всех модулей. Тем самым, например, исключается возможность менее качественной промывки отдельных модулей, что привело бы к увеличению опасности забивания установки.

Предпочтительно промывная жидкость поступает в перекрестноточное фильтрационное устройство 3 по трубопроводу 15 из емкости 16, содержащей умягченную воду или конденсат вторичного пара и соединенной трубопроводом 17 с источником сжатого воздуха. Благодаря такой конструкции промывная жидкость в аварийных случаях может быть очень быстро подана в установку.

Для автоматизации подачи промывной жидкости с постепенно увеличивающимся во времени расходом регулируется или контролируется ее расход и/или уменьшение во времени ее вязкости. Управление может осуществляться по заданной программе с непрерывным или скачкообразным изменением. Регулирование может осуществляться по какому-либо изменяющемуся в процессе промывки параметру. Возможно также комбинирование обоих приемов, регулирования и управления. В случае приведенного примера осуществления расход ретентата через фильтрационные модули 10 изменяется в месте измерения 18 в циркуляционном контуре ретентата 2 и полученный сигнал по трубопроводу системы управления 19 передается в управляющий и исполнительный орган 20, управляющий расположенным на трубопроводе для подачи промывной жидкости 11 регулирующим клапаном 21.

Независимо от этих управляющих и регулирующих процессов при, например, отключении электроэнергии, ступенчатый впускной клапан 7 автоматически закрывается, а ступенчатый выпускной клапан 8 полностью открывается.

Описанный способ позволяет также путем нажатия кнопки или с помощью дистанционного управления автоматически останавливать перекрестноточную фильтрационную установку, работающую в режиме с очень высоким содержанием твердой фазы в циркуляционном контуре ретентата, не опасаясь при этом забивания фильтрационных модулей. Это упрощает обслуживание и, кроме того, создает возможность еще больше повысить степень автоматизации всей производственной линии.

Применение изобретения не ограничивается приведенными примерами. Оно может с успехом использоваться и в тех случаях, когда из экономических соображений (исходя из требования сокращения потерь продукта в случае его высокой стоимости) стремятся к достижению максимально возможных выходов.

Кроме того, изобретение можно использовать и в тех случаях, когда из экономических соображений (исходя из суммарных затрат на весь процесс в целом, например, с учетом последующей сушки или хранения, как это, в частности, имеет место при очистке сточных вод) стремятся получить как можно более сухой продукт.

Применение изобретения не ограничивается только описанными модульными системами. В принципе оно с успехом может использоваться в любых известных модульных системах.

Описан способ промывки фильтрационных модулей перекрестноточной фильтрационной установки, предназначенной для осветления жидкостей, в частности сырого сока, эксплуатирующейся в режиме, при котором в циркуляционном контуре ретентата поддерживается высокое содержание твердой фазы. При остановке установки, например вследствие отключения электроэнергии, фильтрационные модули промываются от твердых частиц путем подачи в них со стороны ретентата промывной жидкости с увеличивающимся во времени и/или геометрически расходом, благодаря чему практически на нет сводится опасность забивания фильтрационных модулей. 26 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ промывки фильтрационных модулей установки для осветления жидкостей, включающей циркуляционный контур ретентата, работающей в режиме перекрестноточной фильтрации при высокой концентрации твердой фазы и подаче промывочной жидкости, отличающийся тем, что подачу промывочной жидкости в циркуляционный контур ретентата производят при остановке установки отдельно в каждый фильтрационный модуль по разветвляющейся от подающего трубопровода сети трубопроводов с увеличивающимся вдоль проводящего трубопровода расходом и/или с увеличивающимся во времени расходом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осветляемой жидкостью является сок продуктов растительного происхождения или полученных биотехнологией. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс ведут с использованием фильтрационных модулей с микро- или ультрафильтрами. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что промывочную жидкость подают непрерывно или порциями. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что подачу промывочной жидкости начинают с малого расхода и постепенно увеличивают его и/или используют промывочную жидкость, вязкость которой ниже вязкости ретентата, и в процессе промывки уменьшают вязкость промывочной жидкости. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что промывочная жидкость имеет более высокую вязкость, чем вода. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве промывочной жидкости используют ретентат с предыдущей стадии фильтрации. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве промывочной жидкости используют ретентат с предыдущей стадии фильтрации, преимущественно сульфированный. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве промывочной жидкости используют суспензию посторонних веществ. 10. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что вязкость промывочной жидкости снижают путем добавления воды. 11. Способ по пп.1 10, отличающийся тем, что продолжительность подачи промывочной жидкости до окончания промывки составляет не менее 30 с. 12. Способ по пп.1 11, отличающийся тем, что подачу промывочной жидкости осуществляют в нескольких местах циркуляционного контура ретентата, причем суммарное количество добавляемой жидкости остается постоянным. 13. Способ по пп.1 11, отличающийся тем, что ввод промывочной жидкости в циркуляционный контур ретентата осуществляют после циркуляционного насоса в направлении движения потока. 14. Способ по пп.1 13, отличающийся тем, что процесс ведут в установке с фильтрационными модулями, имеющими диаметр или ширину канала не менее 4 мм. 15. Способ по пп.1 14, отличающийся тем, что процесс ведут в установке, использующей в качестве фильтрационных модулей трубчатые модули. 16. Способ по пп. 1 15, отличающийся тем, что промывочную жидкость подают из емкости с умягченной водой или конденсатом вторичного пара. 17. Способ по пп.1 16, отличающийся тем, что количество подаваемой промывочной жидкости и/или ее вязкость регулируют и/или контролируют. 18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что регулирование осуществляют ступенчато или непрерывно. 19. Способ по пп.1 18, отличающийся тем, что процесс ведут в установке, содержащей фильтрационные модули, соединенные в ряд модульных блоков. 20. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что регулирование осуществляют в зависимости от расхода жидкости через модули перекрестноточной фильтрации. 21. Способ по пп. 1 20, отличающийся тем, что промывочную жидкость в фильтрационные модули или модульные блоки подают симметрично. 22. Способ по пп.1 21, отличающийся тем, что отвод жидкости из фильтрационных модулей или модульных блоков осуществляют симметрично. 23. Способ по пп.1 22, отличающийся тем, что процесс ведут в установке, содержащей 2, 4, 8 и 16 фильтрационных модулей или модульных блоков. 24. Способ по пп.1 23, отличающийся тем, что подачу промывочной жидкости из подводящего трубопровода в фильтрационные блоки осуществляют по иерархической схеме в группы модулей, при этом число групп постепенно увеличивается, а число модулей в группах постепенно уменьшается. 25. Способ по пп.1 24, отличающийся тем, что отвод жидкости из фильтрационных модулей осуществляют по иерархической схеме в группы из постепенно уменьшающегося четного числа модулей. 26. Способ по п. 20 или 21, отличающийся тем, что длина соединений фильтрационных модулей с центральным подводящим трубопроводом или отводящим трубопроводом одинакова для всех фильтрационных модулей. 27. Способ по пп.1 26, отличающийся тем, что промывочную жидкость подают автоматически при остановке установки для осветления жидкостей.