СПОСОБ ПУСКА ФИЛЬТРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ И ФИЛЬТРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА, ДЛЯ КОТОРОЙ СООТВЕТСТВЕННО ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУСК Российский патент 2011 года по МПК B01D35/00 

Настоящее изобретение относится к способу пуска фильтрационной установки для обработки технологической жидкости в пищевой промышленности, фармацевтической промышленности, химической промышленности и других соответствующих областях после очистки фильтрационной установки и к фильтрационной установке, пуск которой осуществляют в соответствии с этим способом.

Уровень техники

Обработка технологических жидкостей с помощью фильтрации с целью использования или части жидкости, которая проходит через фильтр, пермеата, или части жидкости, которая задерживается фильтром, ретентата, является хорошо известной для ряда отраслей промышленности. В пищевой промышленности такие технологические и фильтрационные установки применяют, например, в производстве молочных продуктов и пива.

В частности известны фильтрационные установки для обработки молока, в которых, с целью увеличения срока хранения готового продукта, от технологической жидкости, молока, отделяют бактерии и споры.

Однако при этом происходит загрязнение фильтровальных мембран, что требует регулярной очистки фильтрационной установки и, соответственно, остановки ее работы. При пуске после очистки фильтрационной установки, которая кроме самого фильтра обычно содержит другое оборудование для предварительной обработки и/или последующей обработки технологической жидкости, для многих установок необходимо обеспечить прохождение через них постоянного потока жидкости, например, через пастеризующие установки и другие установки проточного типа, для того, чтобы они находились в работоспособном состоянии. Поэтому, перед тем как технологическую жидкость подают в фильтрационную установку, ее промывают струей нейтральной жидкости, например стерилизованной воды, и требуется определенный период времени, для того чтобы жидкость, которая выходит из установки, представляла собой только обработанную технологическую жидкость, а не ее смесь с нейтральной жидкостью, что приводит не только к потере технологической жидкости, но также к потере рабочего времени установки, причем величины этих потерь могут быть достаточно значительными.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является разработка способа пуска фильтрационной установки, который позволяет устранить эти недостатки, и разработка фильтрационной установки, которую запускают в соответствии с этим способом.

При фильтрации часто используют так называемое фильтрование в перекрёстном потоке, где технологическую жидкость на стороне ретентата рециркулируют при высокой скорости потока через каналы, параллельные поверхности мембраны, в силу чего скорость потока и явление турбулентности противодействуют закупориванию поверхности мембраны более крупными частицами из технологической жидкости, при этом они находятся в суспендированном состоянии в задерживаемой части технологической жидкости, ретентате.

Для микрофильтрации молока используют мембраны с размером пор в интервале 0,1-10 мкм (или 0,05-10 мкм), отсюда и присутствие в название слова "микро". Так как через мембрану могут пройти только частицы определенного размера, ее функция заключается в отделении определенных суспендированных частиц от остатка технологической жидкости.

В результате рециркуляции на стороне ретентата возникает излишнее перемешивание между ретентатом и вновь вводимой технологической жидкостью, и, при запуске фильтрационной установки с оборудованием для фильтрования в перекрестном потоке, упомянутые выше недостатки являются значительными, и поэтому дополнительной задачей настоящего изобретения является разработка способа, который используют в случае фильтрационной установки с оборудованием для фильтрования в перекрёстном потоке.

Раскрытие изобретения

Способ согласно настоящему изобретению позволяет устранить упомянутые выше недостатки в результате того, что для фильтрационной установки предусмотрена установка подачи вспомогательной жидкости, например контейнер с жидкостью, который соединен с оборудованием для последующей обработки, расположенным вслед за фильтрационной установкой, и во время запуска установки обеспечивает поток нейтральной жидкости, предпочтительно стерилизованной воды, из установки подачи вспомогательной жидкости в оборудование для последующей обработки для поддержания его в работоспособном состоянии. Затем в фильтрационное оборудование подают технологическую жидкость, и, когда получают поток отфильтрованной технологической жидкости, перекрывают поток жидкости из установки подачи вспомогательной жидкости в оборудование для последующей обработки, и затем поток отфильтрованной технологической жидкости вытесняет из оборудования для последующей обработки жидкость из установки подачи вспомогательной жидкости.

В результате больше нет необходимости в наличии непрерывного потока жидкости через фильтрационное оборудование во время заполнения указанного оборудования с целью поддержания в работоспособном состоянии оборудования для последующей обработки, и может быть сведено на нет смешение между нейтральной жидкостью и технологической жидкостью, соответственно при меньшем времени простаивания установки и при меньшей потери технологической жидкости.

Таким образом, изобретение предлагает способ запуска фильтрационных установок для фильтрации технологической жидкости, в частности жидкости для производства продуктов питания, таких как молоко, в котором установка включает оборудование для подачи технологической жидкости, фильтрационное оборудование и оборудование для последующей обработки, в частности оборудование проточного типа, такое как оборудование для пастеризации, в котором предусмотрено фильтрационное оборудование для обработки потока технологической жидкости из оборудования для подачи, и подачи потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки, установка для подачи вспомогательной жидкости, которая соединена с оборудованием для последующей обработки, где способ включает следующие стадии:

подачи потока жидкости, предпочтительно стерилизованной воды, из установки подачи вспомогательной жидкости в оборудование для последующей обработки,

подачи потока технологической жидкости в фильтрационную установку,

перекрытия потока жидкости из установки подачи вспомогательной жидкости в оборудование для последующей обработки, когда уже получен поток отфильтрованной технологической жидкости, который удовлетворяет заданным критериям, и направление потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки вместо этого потока жидкости из установки подачи вспомогательной жидкости.

Способ согласно изобретению является особенно предпочтительным для фильтрационной установки, включающей оборудование для фильтрования в перекрёстном потоке, особенно - микрофильтрацию, так как в результате предотвращается рециркуляция жидкости на стороне ретентата, которая в противном случае приводила бы к излишнему перемешиванию нейтральной жидкости и технологической жидкости.

В специальном варианте осуществления фильтрационную установку используют для микрофильтрации, и она имеет размер пор в интервале от 0,05 микрометра до 10 микрометров, предпочтительно - от 0,1 микрометра до 5 микрометров, и наиболее предпочтительно - от 1 микрометра до 2 микрометров.

Предпочтительным вариантом осуществления является также применение оборудования для фильтрования в перекрёстном потоке, которое имеет равномерный трансмембранный перенос практически через всю мембрану.

Загрязнение мембраны является основным препятствием для применения микрофильтрации. Степень загрязнения определяет частоту очистки мембраны, срок службы и необходимую поверхность мембраны, от чего сильно зависят затраты, конструкция и эксплуатация процесса фильтрации. Важным фактором, влияющим на скорость загрязнения, является степень равномерности в продольном направлении каналов, то есть в направлении потока ретентата при трансмембранном переносе, то есть потока пермеата на единицу площади мембраны. Так как давление технологической жидкости в каналах понижается в направлении от ввода до вывода ретентата, то соответственно понижается давление трансмембранного перехода. При равномерной проницаемости мембраны и равномерном давлении на стороне пермеата мембраны, мембрана на входе в канал в фильтре будет быстро забиваться, причем причина заключается в том, что давление ретентата здесь является высоким, трансмембранный переход является при этом также высоким, давление будет вызывать движение частиц в ретентате в мембрану и забивать ее, следовательно, что будет приводить к короткому интервалу времени между необходимыми чистками фильтрационной установки; вот почему предпочтительно использовать мембраны, описанные, например, в патентном документе US 6375014, где внешние стороны мембранных модулей снабжены макропористым слоем, который имеет уменьшающуюся толщину в направлении от входа к выходу ретентата, и где толщину подбирают таким образом, чтобы суммарная проницаемость позволяла получать равномерный поток через мембрану и противодействовала вызываемому потоком падению давления в каналах.

В патентом документе US 5679780 описан другой способ предотвращения возникновения разницы давлений при трансмембранном переходе путем рециркуляции пермеата вдоль мембраны при такой скорости, при которой достигается соответствующее падение давления, как вдоль внешней стороны мембраны, так и вдоль ее внутренней стороны внутри каналов, в силу чего разница давления в трансмембране является более равномерной в продольном направлении фильтрующих каналов, то есть в основном направлении потока ретентата.

Для мембраны с практически равномерным трансмембранным переходом нет необходимости во время запуска в рециркуляции пермеата, в результате чего последующее смешение может быть ограничено. Более того, существует возможность практически полного отвода жидкости со стороны пермеата фильтрационной установки, перед тем как в установку подают поток технологической жидкости во время запуска установки, в результате чего нет необходимости в рециркуляции жидкости на стороне пермеата, для того чтобы достигнуть равномерного трансмембранного перехода для ограничения загрязнения мембраны.

Дополнительным преимуществом является то, что со стороны ретентата фильтрационной установки практически полностью отводят жидкость, перед тем как в установку подают поток технологической жидкости во время пуска, и/или то, что со стороны пермеата фильтрационной установки практически полностью отводят жидкость, перед тем как в установку подают поток технологической жидкости во время пуска. Также предпочтительно, чтобы жидкость, которую отводят из фильтрационной установки, направляли в контейнер, который образует часть установки подачи вспомогательной жидкости, в силу чего жидкость может быть повторно использована во время запуска фильтрационной установки.

И, наконец, предпочтительным вариантом осуществления является непрерывная промывка перед пуском фильтрационной установки с помощью потока жидкости, предпочтительно стерилизованной воды, который поступает из фильтрационного оборудования в оборудование для последующей обработки, причем указанный способ включает стадию направления указанного потока жидкости через байпас вокруг фильтрационного оборудования, для того чтобы поддерживать этот поток жидкости через оборудование для последующей обработки, пока отводят жидкость из фильтрационного оборудования.

И, наконец, изобретение относится к фильтрационной установке для фильтрации технологической жидкости, которая включает оборудование для подачи технологической жидкости, фильтрационное оборудование и оборудование для последующей обработки, где фильтрационное оборудование предназначено для обработки потока технологической жидкости из оборудования для подачи и направления потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки, установку подачи вспомогательной жидкости, которая соединена с оборудованием для последующей обработки, где фильтрационная установка также включает устройство управления, которое предназначено для регулирования запуска фильтрационной установки в соответствии с упомянутым выше способом.

Краткое описание чертежа

Далее изобретение описывают со ссылкой на чертеж, где приведена схематическая иллюстрация установки для обработки технологической жидкости.

Осуществление изобретения

На чертеже показана установка, которая включает фильтрационное оборудование для фильтрации технологической жидкости со специальными устройствами для очистки и последующего пуска установки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Установка включает входной трубопровод 1 для подачи технологической жидкости и входной трубопровод 9 для подачи стерилизованной воды, где оба входных трубопровода 1, 9 ведут через клапан 8 в установку 2 предварительной обработки, которая через клапан 12 и участок трубопровода 3, в свою очередь, соединена с входом фильтрационной установки 4, выход которой соединен через участок трубопровода 5 и клапан 17 со входом установки 6 для последующей обработки. Ее вход соединен через клапан 10 с выпускным трубопроводом 7 для вывода подвергнутой последующей обработке технологической жидкости и вторым выпускным трубопроводом 11 для отвода другой жидкости из установки. Установка также включает байпас 13, который соединяет клапаны 12 и 17, установку подачи вспомогательной жидкости в виде контейнера 15 для стерилизованной воды, вход которой соединен со сливом жидкости 14 фильтрационной установки 4 и выход соединен с клапаном 17.

В процессе нормальной работы в установку подают технологическую жидкость, предпочтительно продукт питания в виде жидкости, которым, например, может быть молоко или пиво, через участок трубопровода 1. Через клапан 8 технологическую жидкость подают в оборудование для предварительной обработки 2, которым, например, может быть оборудование для гомогенизации технологической жидкости, и далее через клапан 12 и участок трубопровода 3 в фильтрационную установку 4, которая может предпочтительно быть оборудованием для фильтрования в перекрёстном потоке, таким как микрофильтрация для удаления, например, бактерий и спор. Часть отфильтрованной технологической жидкости, предпочтительно пермеат из фильтрационного процесса, в качестве варианта ретентат, подают из фильтрационной установки 4 через трубопровод 5 и клапан 17 в оборудование 6 для последующей обработки, которое, например, может быть оборудованием для пастеризации, и, наконец, подвергнутая последующей обработке технологическая жидкость поступает через клапан 10 далее из установки через трубопровод 7, например, для последующей упаковки или переработки.

Предпочтительно, чтобы оборудование 2 для предварительной обработки, фильтрационная установка 4 и оборудование 6 для последующей обработки были проточного типа, то есть чтобы технологическая жидкость, которая проходит через оборудование 2, 4, 6, подвергалась обработке непрерывно, в противоположность обработке в периодических установках, в силу чего может быть реализован непрерывный поток технологической жидкости через установку.

При обычной работе установку следует чистить через регулярные интервалы времени, обычно после 6-14 часов работы с технологической жидкостью, особенно вследствие отложений в фильтрационной установке 4. Очистка может быть осуществлена несколькими различными способами, и она обычно включает промывку установки с помощью стерилизованной воды, которую подают через входной трубопровод 9 и которая следует по пути переработки технологической жидкости, то есть через оборудование 2 для предварительной обработки через фильтрационную установку 4 в оборудование 6 для последующей обработки.

Прежде чем установку переключают для обычной работы по обработке технологической жидкости, продолжают перепускание стерилизованной воды, для того чтобы оборудование проточного типа, например пастеризующие устройства в оборудовании 6 для последующей обработки, оставалось работоспособным с точки зрения потока жидкости, давления, температуры и так далее и в него можно было подавать технологическую жидкость для обработки. Для такого оборудования проточного типа важно, чтобы через него проходил непрерывный поток жидкости, прерывание которого будет приводить к его неготовности к немедленной работе и необходимости осуществления пускового цикла с более короткой или более длинной продолжительностью.

Переключение на обработку технологической жидкости начинается с подачи стерилизованной воды в фильтрационную установку 4 вместо байпаса 13 путем переключения клапанов 12 и 17 с помощью регулирующего устройства (не показано), которое регулирует работу установки, для того чтобы жидкость из оборудования 2 для предварительной обработки поступала через байпас 13 в оборудование 6 для последующей обработки. Далее, стерилизованную воду отводят из фильтрационной установки в контейнер 15, по меньшей мере, со стороны ретентата фильтра. В зависимости от типа фильтрационной установки 4, воду могут также отводить со стороны пермеата, особенно если используют предпочтительный тип фильтров с перекрестным потоком, в которых трансмембранное давление является практически постоянным в продольном направлении фильтра в направлении от входа до выхода ретентата, но без них требуется поток жидкости на стороне пермеата фильтра. Путем создания постоянного потока стерилизованной воды через байпас 13, поток через оборудование 6 для последующей обработки поддерживается неизмененным, в результате чего оно остается в работоспособном состоянии и готово к принятию и обработке отфильтрованной технологической жидкости, как только начнет работать фильтрационная установка 4.

Путем переключения клапана 8 на входе, технологическая жидкость может далее быть направлена в установку из входного трубопровода 1 вместо стерилизованной воды из входного трубопровода 9. Так как оборудование 2 для предварительной обработки является оборудованием проточного типа, технологическая жидкость вытесняет стерилизованную воду из оборудования 2 для предварительной обработки без возникновения значительного смешения двух жидкостей. В случае технологической жидкости, проходящей через оборудование 2 для предварительной обработки и направляющейся в клапан 12, который регулируется с помощью ряда датчиков в установке, которые связаны с регулирующим устройством установки, клапан 12 переключают так, чтобы поток жидкости из оборудования 2 для предварительной обработки поступал в фильтрационную установку 4 вместо байпаса 13. Для того чтобы поддерживать установку для последующей обработки 6 в работоспособном состоянии, клапан 17 переключают так, чтобы стерилизованная вода поступала из контейнера 13 через участок трубопровода 16 в оборудование для последующей обработки 6, и через клапан 10 стерилизованную воду, наконец, выводят из установки через выпускной трубопровод 11, например, для возвращения и повторного использования воды.

Когда фильтрационная установка 4 готова для работы и может создавать соответствующий поток отфильтрованной технологической жидкости для подачи в оборудование 6 для последующей обработки, клапан 17 переключают так, чтобы отфильтрованная технологическая жидкость поступала из фильтрационной установки 4 через трубопровод 5 в оборудование 6 для последующей обработки и через клапан 10 выходила из установки через выпускной трубопровод 11 для отвода. Эту смесь стерилизованной воды и технологической жидкости направляют или в установку для очистки сточных вод, или в оборудование для повторной обработки, для того чтобы, по меньшей мере, часть технологической жидкости могла быть регенерирована и использована. Это не происходит до тех пор, пока датчики, которые подсоединены к регулирующему устройству, не укажут, что полностью обработанная технологическая жидкость соответствует определенному качеству, и клапан 10 переключается так, чтобы полностью обработанная технологическая жидкость поступала через выпускной трубопровод 7, например, для последующей упаковки или переработки.

Изобретение предназначено для фильтрации технологической жидкости. Способ пуска фильтрационной установки включает следующие стадии: подачу потока жидкости, предпочтительно стерилизованной воды, из установки для подачи вспомогательной жидкости в оборудование для дальнейшей обработки, подачу потока технологической жидкости в фильтрационное оборудование, перекрытие потока жидкости из установки для подачи вспомогательной жидкости в оборудование для последующей обработки, когда поток отфильтрованной технологической жидкости, которая удовлетворяет заданным критериям, уже получен, и вместо него направление потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки. Установка содержит оборудование для подачи технологической жидкости, фильтрационное оборудование, оборудование для последующей обработки и установку для подачи вспомогательной жидкости, которая соединена с оборудованием для последующей обработки. Технический результат: сокращение потерь технологической жидкости и рабочего времени установки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ пуска фильтрационной установки для фильтрации технологической жидкости, в котором установка содержит оборудование для подачи технологической жидкости, фильтрационное оборудование и оборудование для последующей обработки, в которой фильтрационное оборудование предусмотрено для обработки потока технологической жидкости из оборудования для подачи и доставки потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки, и установку для подачи вспомогательной жидкости, которая соединена с оборудованием для последующей обработки, причем способ включает следующие стадии:
подача потока жидкости, предпочтительно стерилизованной воды, из установки для подачи вспомогательной жидкости в оборудование для дальнейшей обработки,
подача потока технологической жидкости в фильтрационное оборудование, и
перекрытие потока жидкости из установки для подачи вспомогательной жидкости в оборудование для последующей обработки, когда поток отфильтрованной технологической жидкости, которая удовлетворяет заданным критериям, уже получен, и вместо него направление потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки.

2. Способ по п.1, в котором фильтрационное оборудование содержит оборудование для фильтрования в перекрестном потоке.

3. Способ по п.1 или 2, в котором фильтрационное оборудование содержит оборудование для микрофильтрации.

4. Способ по п.3, в котором оборудование для микрофильтрации имеет размер пор, который находится в интервале от 0,05 до 10 мкм, предпочтительно, от 0,1 до 5 мкм, и наиболее предпочтительно от 1 до 2 мкм.

5. Способ по п.2, в котором фильтрование в перекрестном потоке происходит через мембрану, вдоль которой течет технологическая жидкость на стороне ретентата, в которой происходит практически равномерный трансмембранный перенос практически через всю мембрану.

6. Способ по п.1, в котором жидкость практически полностью сливают со стороны ретентата фильтрационного оборудования перед тем, как в фильтрационное оборудование подают поток технологической жидкости во время пуска установки.

7. Способ по п.1, в котором жидкость практически полностью сливают со стороны пермеата фильтрационного оборудования перед тем, как в фильтрационное оборудование подают поток технологической жидкости во время пуска установки.

8. Способ по п.6 или 7, в котором жидкость, которую сливают из фильтрационного оборудования, направляют в контейнер, который образует часть установки для подачи вспомогательной жидкости.

9. Способ по п.6 или 7, в котором перед пуском фильтрационной установки фильтрационное оборудование непрерывно промывают потоком жидкости, предпочтительно стерилизованной водой, который подают из фильтрационного оборудования в оборудование для последующей обработки, в котором указанный способ включает стадию подачи указанного потока жидкости через байпасное соединение вокруг фильтрационного оборудования для того, чтобы поддерживать этот поток жидкости через оборудование для последующей обработки, в то время как сливают жидкость из фильтрационного оборудования.

10. Фильтрационная установка для фильтрации технологической жидкости, в которой установка включает оборудование для подачи технологической жидкости, фильтрационное оборудование и оборудование для последующей обработки, в которой фильтрационное оборудование предусмотрено для обработки потока технологической жидкости из оборудования для подачи и для направления потока отфильтрованной технологической жидкости в оборудование для последующей обработки, установку для подачи вспомогательной жидкости, которая соединена с оборудованием для последующей обработки, где фильтрационная установка дополнительно включает регулирующее устройство, которое предусмотрено для регулирования пуска фильтрационной установки по любому из пп.1-9.