EP0932441A1 - Verfahren zum betrieb einer querstrom-filtrationsanlage, sowie anlage zu dessen durchführung - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer querstrom-filtrationsanlage, sowie anlage zu dessen durchführung

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Publication number
EP0932441A1
EP0932441A1 EP98925372A EP98925372A EP0932441A1 EP 0932441 A1 EP0932441 A1 EP 0932441A1 EP 98925372 A EP98925372 A EP 98925372A EP 98925372 A EP98925372 A EP 98925372A EP 0932441 A1 EP0932441 A1 EP 0932441A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
filtration
product
electric motor
flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98925372A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bucher Guyer AG
Original Assignee
Bucher Guyer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bucher Guyer AG filed Critical Bucher Guyer AG
Publication of EP0932441A1 publication Critical patent/EP0932441A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a cross-flow filtration system for a product comprising at least one filtration module with product flow and permeate drain, a pipeline for supplying and discharging the product to and from the filtration module, a pump with an electric motor in the pipeline for the supply line of the product to the filtration module, as well as a device for adjusting the flow of the pump.
  • the invention also relates to a cross-flow filtration system for carrying out this method.
  • Nanofiltration and reverse osmosis In all operating modes, at least one pump is required to transport a product to be filtered past the surface of the filtration membrane. A static pressure and a flow rate of the product occur at each filtration membrane, which cause part of the product to permeate the filtration membranes.
  • a known optimization goal of such systems is a large filtration capacity as the amount of permeate in liters per membrane area in square meters and filtration time in hours.
  • Another goal is to achieve a high maximum degree of thickening of the remaining part of the product as a retentate. The degree of thickening is expressed as a proportion of the Wet strubes in percent of the retentate amount determined in a centrifuge test. In addition to many other operating parameters, these goals are directly dependent on the stated static pressure and flow velocity of the product.
  • Solids concentrations at the end of the filtration also have advantages in the subsequent washing out of the retentate.
  • the required time and detergent (water) is largely dependent on this solids concentration.
  • the object of the invention is therefore to enable the maximum possible filtration performance due to the plant with a high solids content of the product without endangering operational safety as a result of overloads.
  • this object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by measuring the strength of the operating current of the electric motor and adjusting the delivery flow of the pump to at least one predetermined value by means of the setting device.
  • the method is preferably carried out in such a way that the predetermined value of the operating current of the electric motor is a maximum permissible setpoint of the current consumption.
  • the value of the operating current of the electric motor is used as a controlled variable by comparison with the predetermined value as Setpoint is regulated to the setpoint by means of a controller via the device for setting the delivery flow of the pump as a controlled system in a control loop.
  • a device for adjusting the delivery flow of the pump is preferably a throttle valve connected downstream of the pump in the supply line of the product or a device assigned to the power supply of the electric motor for adjusting the frequency of the operating current and thus the pump speed.
  • the inlet pressure into the filtration module can be controlled by a throttle device in the module outlet for the retentate.
  • the method according to the invention offers the additional advantage, even when module cleaning is required outside of the filtration operation, that better cleaning of the modules in the flow method is made possible as a result of the safe maximum product flow.
  • FIG. 1b shows the courses of different operating sizes in a filtration with a small system according to FIG.
  • FIG. 1c shows a scale display for an operator of a small system according to FIG. 2a shows a diagram of a large-scale system with crossflow filtration for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2b shows the curves of different operating sizes in a filtration with a large system according to Fig. 2a
  • FIG. 2c is a diagram of a speed control in a large system according to FIG. 2c.
  • a simple cross-flow filtration system comprises a container 1 for holding a quantity of raw juice to be filtered from fruits, which is supplied as a raw product via a line 2. Via a line 3 connected to the container 1 at the bottom, the juice is fed from a pump 4 via a valve 5 to a filtration module 6 of a type known per se. Filtration modules of this type comprise a multiplicity of tubular filtration membranes, to which the product to be filtered is passed outside or mostly inside. These membranes are symbolized by a single membrane 7 in FIG.
  • part of the product penetrates openings in the membranes 7 and reaches the other sides of the membranes 7, from which it is removed as a permeate or filtrate by means of a collecting line 8.
  • the remaining part of the product is returned as retentate through a line 9 via a valve 10 into the container 1.
  • the permeate penetrates the membranes 7 due to a pressure difference (also called transmembrane pressure), which is generated by the pump 4 in connection with the flow resistance of the filtration module 6 and the valve 10.
  • the transmembrane pressure in modules 6 of known type is limited to a permissible maximum value of typically 6 bar. Since the permeate in the collecting line 8 according to FIG. 1 a is under ambient pressure, one can be provided at the input of the module 6 Pressure gauge 11 of the transmembrane pressure pl be monitored.
  • the pump 4 is driven by an electric motor 12 which has a scale display 13 for monitoring its operating current il of the type shown in FIG. 1c.
  • valve 5 When operating the small system according to FIG. 1 a, valve 5 is closed at the beginning and valve 10 is partially open. Then the pump 4 is started. The electric current il absorbed by the electric motor 12 can be read off the scale display 13, FIG. 1c. Now valve 5 is fully opened and valve 10 is then opened until a maximum permissible current imax according to the marking on the scale display 13 is reached.
  • the pump 4 is dimensioned such that the transmembrane pressure pl generated does not exceed a permissible maximum value for the module 6 at the beginning and also during a subsequent increase as a result of a thickening of the retentate.
  • Ib shows the courses of the current il and the pressure pl over the time t. This completes the start-up phase of this small system.
  • the pressure drop ⁇ p via the filtration module 6 increases due to the thickening of the retentate. Due to the pump characteristics of the pump 4, the inlet pressure pl at the module 6 then increases and the electrical current consumption il of the motor 12 decreases, as shown in FIG. 1b . If the current consumption il reaches a minimum value imin, as it is shown on the scale display 13, then a minimum product flow rate Ql is also reached at the input of the module 6, corresponding to a maximum permissible wet tub content of the retentate, as shown in FIG. 1b.
  • the occurrence of imin means an alarm message, in which manual or automatic re-dilution and then product displacement of the residual amount of retentate in the retentate circuit 1, 3, 4, 5, 6, 9, 10 is initiated with water.
  • the time of the beginning of the redilution is in Fig. Lb on the t-axis with R designated, the course of the viscosity of the retentate
  • a regulating and control unit 20 is provided according to FIG. 2a, which regulates the operating current il of the electric motor 12 for the pump 4 for the circulation of the product as a controlled variable
  • the control unit 20 Comparing setpoint imax and regulating il to imax.
  • the control unit 20 generates a control signal which is fed to a control valve 5 'as a control path for the product flow Q1 generated by the pump 4.
  • a pressure meter 11 'at the input of the filtration module 6 generates a signal p1 corresponding to the inlet pressure prevailing there, with which a control valve 10' in the retentate output line 9 of the module 6 is set via the control unit 20 so that p1 is at the maximum permissible transmembrane pressure pmax remains constant.
  • control valve 5 ' is closed at the beginning and the control valve 10' is fully open. Then the pump 4 is started against the closed control valve 5 '. Then the opens
  • Control circuit 12, 20, 5 ' the control valve 5' and regulates the drive current il of the electric motor 12 for the pump 4 to the maximum permissible value imax constant, as shown in FIG. 2b.
  • the control valve 10 ' regulates a constant inlet pressure pmax at the module 6, as is also shown in FIG. 2b.
  • FIG. 2b also shows how the viscosity ⁇ of the retentate increases over the course of the operating time t. This has the consequence that the pressure px at the outlet of the pump 4 also increases until the start R of the redilution, the
  • the beginning R of the redilution can be initiated when a minimum product flow Q1 at the input of the module 6, corresponding to a maximum permissible wet matter content of the retentate, has been reached.
  • a flow transmitter 21 is provided according to FIG. 2a, the output signal of which is fed to the control unit 20. If the product flow rate Q1 reaches the minimum value Qmin, the control unit 20 interrupts the retentate cycle by sending the retentate via a control line 22 and a slide 23, as well as a
  • Control line 24 and a slide 25 from the container 1 to a rinsing tank 26 are controlled by the rinsing tank 26.
  • Water is used for the back-dilution and rinsing, which is fed to the line 3 via a slide 27 opened for this purpose by the control unit 20, while the inlet from the container 1 is closed via a slide 28. If the container 1 is also to be rinsed, slide 27 is closed, slide 28 opened; and the water is supplied to the container 1 via a line 29.
  • the control valve 5' with the controller 20 for its control value can be replaced by a controller 20 'for the frequency of the drive current of the motor 12 and thus the speed n the pump 4, as shown in Fig. 2c.
  • the current intensity il is measured in the controller 20 'as a controlled variable, but il is changed by the frequency as a manipulated value and not by the product flow Ql according to FIG. 2a.
  • the embodiment according to FIG. 2c prevents unnecessary energy destruction in the valve 5 'according to FIG. 2a, but it also avoids mechanical problems caused by the moving parts of the valve 5'.
  • the container 1 receives the amount of raw juice to be filtered as a batch tank at the beginning of each filtration process, and then the supply of the raw juice is interrupted.
  • FIG. 2a the possibility is provided that retentate is continuously discharged from the line 9 for returning the retentate via a slide 30.
  • the slide 30 can be opened and closed by the control unit 20. When the slide valve 30 is open, continuous operation of the filtration system with continuous supply of raw juice and continuous removal of permeate is possible. Flushing of the system is necessary in this case due to a decrease in the permeate flow in line 8 due to blockage of the membranes 7 of the module 6.

Abstract

Das Verfahren bezieht sich auf den Betrieb einer Querstrom-Filtrationsanlage für ein Produkt. Diese Anlage umfasst ein Filtrationsmodul (6), eine Rohrleitung (3) zur Zuleitung des Produktes, eine Rohrleitung (9) zur Ableitung des Produktes, eine Pumpe (4) mit Elektromotor (12) zur Umwälzung des Produktes und ein Regelventil (5') zur Einstellung des Förderstromes (Q1) der Pumpe (4). Um die anlagenbedingte maximal mögliche Filtrationsleistung bei einem hohen Feststoffanteil des Produktes zu ermöglichen, ohne die Betriebssicherheit infolge von Überlastungen zu gefährden, wird die Stärke des Betriebsstromes (i1) des Elektromotors (12) gemessen. Der Betriebsstrom (i1) wird durch Einstellen des Förderstromes (Q1) der Pumpe (4) durch das Regelventil (5') über einen Regler (20) auf einen maximal zulässigen Wert geregelt.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Querstrom-Filtrationsanlacre , sowie Anlage zu dessen Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Querstrom-Filtrationsanlage für ein Produkt umfassend mindestens ein Filtrationsmodul mit Produkt-Durchlauf und Permeat -Ablauf , eine Rohrleitung zur Zu- und Ableitung des Produktes zum und vom Filtrationsmodul, eine Pumpe mit Elektromotor in der Rohrleitung zur Zuleitung des Produktes zum Filtrationsmodul, sowie eine Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes der Pumpe. Die Erfindung betrifft auch eine Querstrom-Filtrationsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens .
Bekannte Querstrom-Filtrationsanlagen arbeiten in den Betriebsarten Ultrafiltration, Mikrofiltration,
Nanofiltration und Umkehrosmose. In allen Betriebsarten ist mindestens eine Pumpe erforderlich, um ein zu filtrierendes Produkt an der Oberfläche von Filtrationsmembranen vorbei zu transportieren. Dabei tritt an jeder Filtrationsmembran ein statischer Druck und eine Strömungsgeschwindigkeit des Produktes auf, welche bewirken, dass ein Teil des Produktes als Permeat die Filtrationsmembranen durchdringt .
Ein bekanntes Optimierungsziel solcher Anlagen ist eine grosse Filtrationsleistung als Permeatmenge in Liter pro Membranfläche in Quadratmeter und Filtrationszeit in Stunden. Ein weiteres Ziel ist, einen hohen maximalen Eindickgrad des zurückbleibenden Teiles des Produktes als Retentat zu erreichen. Der Eindickgrad wird als Anteil des Nasstrubes in Prozent der Retentatmenge in einem Zentrifugentest bestimmt. Diese Ziele sind neben vielen anderen Betriebsparametern direkt abhängig von den genannten Grossen statischer Druck und Strömungsgeschwindigkeit des Produktes.
Die genannten Optimierungsziele lassen sich nur bedingt erreichen, weil bekannte Filtrationsmembranen auf organischer Basis, z.B. beim Betrieb einer Ultrafiltration, einen niedrigen zulässigen Betriebsdruck von ca. 6 bar haben. Im Hinblick auf Filtrationsleistung und Feststoffkonzentration ergibt sich also das Ziel, wenigstens den vorgegebenen zulässigen Betriebsdruck immer voll auszunutzen. Denn wenn man bei gegebener Membrangrösse und gegebenem Produktdurchsatz pro Stunde den maximal zulässigen Betriebsdruck fahren kann, erreicht man gleichzeitig maximale Feststoffkonzentration und Viskosität des Retentates.
Bei einer Diafiltration ergeben hohe
Feststoffkonzentrationen bei Filtrationsende auch Vorteile bei der darauf folgenden Auswaschung des Retentates. Der dazu erforderliche Bedarf an Zeit und Waschmittel (Wasser) ist wesentlich von dieser Feststoffkonzentration abhängig.
Der angstrebte Betrieb mit maximal zulässigem Betriebsdruck und hoher Feststoffkonzentration des Retentates führt nun besonders bei Verwendung von nicht volumetrisch fördernden Pumpen für das Produkt zu Problemen. Der Zusammenhang von Fördermenge und Förderdruck solcher Pumpen ändert sich bei Änderungen der Retentat-Eigenschaften. Hierbei wirken sich die Einflüsse folgender Eigenschaften aus: Die Viskosität des Retentates, Die spezifische Masse des Retentates und - Das strukturviskose oder thixotrope Verhalten des
Retentates .
Versucht man, durch Regelung bei der Filtration den maximal zulässigen Betriebsdruck an der Membran konstant zu halten, so ergeben sich starke Schwankungen der Produkt- Förderleistung in Liter pro Stunde. Versucht man, diese Schwankungen der Förderleistung an der Pumpe auszuregeln, so führen insbsondere Änderungen der spezifischen Masse des Produktes zu Änderungen der Leistungsaufnahme in Kilowatt des Antriebsmotors der Pumpe und damit zu Überlastungen mit Not-Stops der Förderung und damit der Anlage. Solche Unterbrechungen der Förderung bei hoher Feststoffkonzentration des Retentates haben aber infolge des strukturviskosen Verhaltens die Folge, dass sich die Anlage dann nicht wieder anfahren lässt. Es treten oft Schäden an den Filtrationsmodulen auf, und das verblockte Produkt kann nur durch Handreinigung mit grossem Zeitaufwand entfernt werden.
Die genannten Umstände führen bei bekannten Gross- und Kleinanlagen entweder dazu, dass man die maximal mögliche Filtrationsleistung nicht ausschöpft, oder dass der erforderliche Aufwand für Überwachung und Regelung der Anlagen sehr hoch wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die anlagenbedingte maximal mögliche Filtrationsleistung bei einem hohen Feststoffanteil des Produktes zu ermöglichen, ohne die Betriebssicherheit infolge von Überlastungen zu gefährden.
Gemäss der Erfindung wird die Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Stärke des Betriebsstromes des Elektromotors gemessen und durch Einstellen des Förderstromes der Pumpe mit Hilfe der Einstellvorrichtung auf mindestens einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
Das Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, dass der vorgegebene Wert des Betriebsstromes des Elektromotors ein maximal zulässiger Sollwert der Stromaufnahme ist. Dabei wird der Wert des Bertriebsstromes des Elektromotors als Regelgrösse durch Vergleich mit dem vorgegebenen Wert als Sollwert mittels eines Reglers über die Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes der Pumpe als Regelstrecke in einem Regelkreis auf den Sollwert geregelt.
Als Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes der Pumpe wird vorzugsweise ein der Pumpe in der Zuleitung des Produktes nachgeschaltetes Drosselventil oder eine der Stromversorgung des Elektromotors zugeordnete Einrichtung zur Einstellung der Frequenz des Betriebsstromes und damit der Pumpendrehzahl verwendet. Dabei kann zusätzlich der Einlaufdruck in das Filtrationsmodul durch eine Drosseleinrichtung im Modulauslauf für das Retentat gesteuert werden.
Weitere Varianten des Verfahrens, sowie einer Querstrom- Filtrationsanlage zu dessen Durchführung sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet .
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet gegenüber bekannten Anlagen auch bei erforderlichen Modul -Reinigungen ausserhalb des Filtrationsbetriebes den zusätzlichen Vorteil, dass infolge des gefahrlos möglichen maximalen Produkt-Durchflusses eine bessere Reinigung der Module im Durchfluss-Verfahren ermöglicht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung näher erläuter . Es zeigen:
Fig. la ein Schema einer Kleinanlage mit
Querstromfiltration zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. lb die Verläufe verschiedener Betriebsgrössen bei einer Filtration mit einer Kleinanlage gemäss Fig. la,
Fig. lc eine Skalenanzeige für eine Bedienperson einer Kleinanlage gemäss Fig. la, Fig. 2a ein Schema einer Grossanlage mit Querstromfiltration zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2b die Verläufe verschiedener Betriebsgrössen bei einer Filtration mit einer Grossanlage gemäss Fig. 2a, und
Fig. 2c ein Schema einer Drehzahlregelung bei einer Grossanlage gemäss Fig. 2c.
Gemäss Fig. la umfasst eine einfache Querstrom- Filtrationsanlage einen Behälter 1 zur Aufnahme einer zu filtrierenden Menge Rohsaft aus Früchten, welche als Rohprodukt über eine Leitung 2 zugeführt wird. Über eine, am Behälter 1 unten angeschlossene Leitung 3 wird der Saft von einer Pumpe 4 über ein Ventil 5 einem Filtrationsmodul 6 an sich bekannter Art zugeführt . Derartige Filtrationsmodule umfassen eine Vielzahl rohrförmiger Filtrationsmembranen, an denen das zu filtrierende Produkt aussen oder meist innen vorbei geleitet wird. Diese Membranen sind in Fig. la durch eine einzige Membran 7 symbolisiert .
Bei seinem Durchlauf durchdringt ein Teil des Produktes Öffnungen in den Membranen 7 und gelangt auf die anderen Seiten der Membranen 7, von denen es als Permeat oder Filtrat mittels einer Sammelleitung 8 abgeführt wird. Der zurückbleibende Teil des Produktes wird als Retentat durch eine Leitung 9 über ein Ventil 10 in den Behälter 1 zurück geführt. Das Permeat durchdringt die Membranen 7 infolge einer Druckdifferenz (auch Transmembrandruck genannt) , welche durch die Pumpe 4 in Verbindung mit dem Strömungswiderstand des Filtrationsmodules 6 und des Ventiles 10 erzeugt wird. Der Transmembrandruck ist bei Modulen 6 bekannter Art auf einen zulässigen Maximalwert von typisch 6 bar beschränkt . Da das Permeat in der Sammelleitung 8 gemäss Fig. la unter Umgebungsdruck steht, kann an einem am Eingang des Modules 6 vorgesehenen Druckmesser 11 der Transmembrandruck pl überwacht werden.
Die Pumpe 4 wird durch einen Elektromotor 12 angetrieben, welcher eine Skalenanzeige 13 zur Überwachung seines Betriebsstromes il von der in Fig. lc gezeigten Art aufweist .
Beim Betrieb der Kleinanlage gemäss Fig. la ist zu Beginn das Ventil 5 geschlossen und Ventil 10 teilweise geöffnet . Dann wird die Pumpe 4 gestartet. Der dabei vom Elektromotor 12 aufgenommene elektrische Strom il ist auf der Skalenanzeige 13, Fig. lc ablesbar. Nun wird das Ventil 5 ganz geöffnet und anschliessend Ventil 10 soweit geöffnet, bis ein maximal zulässiger Strom imax gemäss der Markierung auf der Skalenanzeige 13 erreicht ist. Die Pumpe 4 ist bei dieser Kleinanlage so dimensioniert, dass der erzeugte Transmembrandruck pl zu Beginn und auch bei einem nachfolgenden Anstieg infolge einer Eindickung des Retentates einen zulässigen Maximalwert für das Modul 6 nicht überschreitet. Die Verläufe des Stromes il und des Druckes pl über der Zeit t zeigt Fig. Ib. Damit ist die Startphase dieser Kleinanlage beendet.
Mit zunehmender Filtrationszeit t vergrössert sich wegen der Eindickung des Retentates das Druckgefälle Δp über das Filtrationsmodul 6. Aufgrund der Pumpencharakteristik der Pumpe 4 nimmt dann der Einlaufdruck pl am Modul 6 zu und die elektrische Stromaufnahme il des Motors 12 ab, wie es Fig. lb zeigt. Erreicht die Stromaufnahme il einen Minimalwert imin, wie ihn die Skalenanzeige 13 zeigt, so ist auch ein minimaler Produktdurchfluss Ql am Eingang des Moduls 6, entsprechend einem maximal zulässigen Nasstrubanteil des Retentates erreicht, wie es Fig. lb zeigt. Das Auftreten von imin bedeutet eine Alarmmeldung, bei welcher von Hand oder automatisch eine Rückverdünnung und anschliessend eine Produktverdrängung der Rest- Retentatmenge im Retentat-Kreislauf 1, 3, 4, 5, 6, 9, 10 mit Wasser eingeleitet wird. Der Zeitpunkt des Beginns der Rückverdünnung ist in Fig. lb auf der t-Achse mit R bezeichnet, der Verlauf der Viskosität des Retentates mit
Bei dem Schema einer Grossanlage mit Querstromfiltration gemäss Fig. 2a weisen schon zu Fig. la beschriebene
Bezugszeichen auf Bauelemente mit entsprechender Funktion hin. Im Gegensatz zu Fig. la ist jedoch gemäss Fig. 2a eine Regel-und Steuereinheit 20 vorgesehen, welche den Betriebsstrom il des Elektromotors 12 für die Pumpe 4 zur Zirkulation des Produktes als Regelgrösse mit einem
Sollwert imax vergleicht und il auf imax regelt. Hierzu erzeugt die Regeleinheit 20 ein Stellsignal, welches einem Regelventil 5' als Regelstrecke für den von der Pumpe 4 erzeugten Produktstrom Ql zugeführt ist. Ausserdem erzeugt ein Druckmesser 11' am Eingang des Filtrationsmodules 6 ein dem dort herrschenden Einlaufdruck entsprechendes Signal pl, mit welchem ein Regelventil 10' in der Retentat- Ausgangsleitung 9 des Modules 6 über die Regeleinheit 20 so eingestellt wird, dass pl auf dem maximal zulässigen Transmembrandruck pmax konstant bleibt.
Beim Betrieb der Grossanlage gemäss Fig. 2a ist zu Beginn das Regelventil 5' geschlossen und Regelventil 10' ganz geöffnet. Dann wird die Pumpe 4 gegen das geschlossene Regelventil 5' angefahren. Anschliessend öffnet der
Regelkreis 12, 20, 5' das Regelventil 5' und regelt den Antriebsstrom il des Elektromotors 12 für die Pumpe 4 auf den maximal zulässigen Wert imax konstant, wie es Fig. 2b zeigt. Ebenso wird mit dem Regelkreis 11', 20, 10' durch das Regelventil 10' ein konstanter Einlaufdruck pmax am Modul 6 eingeregelt, wie es ebenfalls Fig. 2b zeigt. In Fig. 2b ist auch gezeigt, wie die Viskosität η des Retentates im Laufe der Betriebsdauer t zunimmt . Dies hat zur Folge, dass der Druck px am Ausgang der Pumpe 4 bis zum Beginn R der Rückverdünnung ebenfalls zunimmt, der
Produktstrom Ql aber abnimmt. Anschliessend beginnt zum Zeitpunkt S ein ReinigungsVorgang durch Spülen.
Wie bei der Kleinanlage gemäss Fig. la muss auch bei der Grossanlage gemäss Fig. 2a der Beginn R der Rückverdünnung eingeleitet werden, wenn ein minimaler Produktdurchfluss Ql am Eingang des Moduls 6, entsprechend einem maximal zulässigen Nasstrubanteil des Retentates erreicht ist. Hierzu ist gemäss Fig. 2a ein Durchflussgeber 21 vorgesehen, dessen Ausgangssignal der Steuereinheit 20 zugeführt ist . Erreicht der Produktdurchfluss Ql den minimalen Wert Qmin, so unterbricht die Steuereinheit 20 den Retentatkreislauf , indem sie das Retentat über eine Steuerleitung 22 und einen Schieber 23, sowie eine
Steuerleitung 24 und einen Schieber 25 vom Behälter 1 auf einen Spültank 26 umleitet.
Für die Rückverdünnung und Spülung wird Wasser verwendet, welches über einen, von der Steuereinheit 20 hierzu geöffneten Schieber 27 der Leitung 3 zugeführt wird, während der Zulauf vom Behälter 1 über einen Schieber 28 geschlossen wird. Soll auch der Behälter 1 mitgespült werden, so wird Schieber 27 geschlossen, Schieber 28 geöffnet; und über eine Leitung 29 das Wasser dem Behälter 1 zugeführt .
In dem Regelkreis 4, 12, 20, 5' für den Strom il des Elektromotors 12 kann man das Regelventil 5' mit dem Regler 20 für dessen Stellwert ersetzen durch einen Regler 20' für die Frequenz des Antriebsstromes des Motors 12 und damit die Drehzahl n der Pumpe 4, wie es Fig. 2c zeigt. Auch in diesem Fall wird im Regler 20' als Regelgrösse die Stromstärke il gemessen, il wird jedoch durch die Frequenz als Stellwert verändert und nicht durch den Produktstrom Ql gemäss Fig. 2a. Die Ausführung gemäss Fig. 2c verhindert eine unnötige Energievernichtung im Ventil 5' gemäss Fig. 2a, sie vermeidet aber auch mechanische Probleme durch die beweglichen Teile des Ventils 5'.
Gemäss den schematischen Darstellungen der Fig. la und 2a nimmt der Behälter 1 zu Beginn jedes Filtrationsvorganges die zu filtrierende Menge Rohsaft als Batch-Tank auf, anschliessend wird die Zufuhr des Rohsaftes unterbrochen. Gemäss Fig. 2a ist aber die Möglichkeit vorgesehen, dass über einen Schieber 30 aus der Leitung 9 zur Rückführung des Retentates laufend Retentat abgeführt wird. Der Schieber 30 kann durch die Steuereinheit 20 geöffnet und geschlossen werden. Bei geöffnetem Schieber 30 ist also ein kontinuierlicher Betrieb der Filtrationsanlage mit laufender Zufuhr von Rohsaft und laufender Abführung von Permeat möglich. Ein Spülen der Anlage wird in diesem Fall durch Rückgang des Permeatstromes in der Leitung 8 infolge Verstopfung der Membranen 7 des Modules 6 erforderlich.
Für den Fachmann ergibt sich eine Vielzahl von Verwendungen des Verfahrens für Säfte, Abwässer, Wasserentsalzungen usw., sowie von Mitteln zur Steuerung oder Regelung des Betriebsstromes des Elektromotors 12 für die Pumpe 4, welche alle den Rahmen der beigefügten Patentansprüche nicht verlassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betrieb einer Querstrom-Filtrationsanlage für ein Produkt umfassend mindestens ein Filtrationsmodul (6) mit Produkt-Durchlauf und Permeat- Ablauf (8), eine Rohrleitung zur Zu- (3) und Ableitung (9) des Produktes zum und vom Filtrationsmodul (6) , eine Pumpe (4) mit Elektromotor (12) in der Rohrleitung (3) zur Zuleitung des Produktes zum Filtrationsmodul (6) , sowie eine Vorrichtung (5, 5', 20') zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Betriebsstromes (il) des Elektromotors (12) gemessen und durch Einstellen des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4) mit Hilfe der Einstellvorrichtung (5, 5', 20') auf mindestens einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert des Betriebsstromes (il) des Elektromotors (12) ein maximal zulässiger Sollwert (imax) der Stromaufnahme ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Sollwert (imax) der Stromaufnahme zu Beginn eines Filtrationsvorganges der Filtrationsanlage eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Filtrationsvorganges eingeleitet wird, wenn der Betriebsstrom (il) des Elektromotors (12) einen minimal zulässigen Wert (imin) erreicht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Filtrationsvorganges durch eine Bedienperson von Hand eingeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Filtrationsvorganges der Filtrationsanlage eingeleitet wird, wenn der Förderstrom (Ql) der Pumpe (4) einen minimal zulässigen Wert (Qmin) erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Filtrationsvorganges durch eine Vorrichtung (23, 25, 27, 28) automatisch eingeleitet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Filtrationsvorganges mit einer Verdrängung des Retentates aus der Filtrationsanlage durch ein Spülmittel eingeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Bertriebsstromes (il) des Elektromotors
(12) als Regelgrösse durch Vergleich mit dem vorgegebenen Wert als Sollwert mittels eines Reglers
(20, 20') über die Vorrichtung (5', 20') zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4) als Regelstrecke in einem Regelkreis auf den Sollwert geregelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (imax) ein konstanter Wert ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4) ein der Pumpe (4) in der Zuleitung (3) des Produktes nachgeschaltetes Drosselventil (5, 5') verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4) eine der Stromversorgung des Elektromotors (12) zugeordnete Einrichtung (20') zur Einstellung der Frequenz des
Betriebsstromes und damit der Pumpendrehzahl verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufdruck (pl) in das Filtrationsmodul (6) durch eine Drosseleinrichtung (10') im Modulauslauf (9) für das Retentat gesteuert wird.
14.Querstrom-Filtrationsanlage zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend mindestens ein Filtrationsmodul (6) mit Produkt-Durchlauf und Permeat- Ablauf (8), eine Rohrleitung zur Zu- (3) und Ableitung (9) des Produktes zum und vom Filtrationsmodul (6) , eine Pumpe (4) mit Elektromotor (12) in der Rohrleitung (3) zur Zuleitung des Produktes zum Filtrationsmodul (6), sowie eine Vorrichtung (5, 5', 20') zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4), gekennzeichnet durch Mittel zur Messung der Stärke des Betriebsstromes (il) des Elektromotors (12) und durch Mittel (20, 20') zur Steuerung oder Regelung des Betriebsstromes (il) auf einen Sollwert durch Ansteuerung der Vorrichtung (5, 5', 20') zur Einstellung des Förderstromes der Pumpe (4) unter Verwendung der Messwerte der Messmittel.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4) ein der Pumpe (4) in der Zuleitung (3) des Produktes nachgeschaltetes Drosselventil (5, 5') umfasst .
16.Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung des Förderstromes (Ql) der Pumpe (4) der Stromversorgung des Elektromotors (12) zugeordnete Mittel (20') zur Einstellung der Frequenz des Betriebsstromes (il) und damit der Pumpendrehzahl umfasst .
17.Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Messung der Stärke des Betriebsstromes (il) des Elektromotors (12) eine visuell ablesbare Skalenanzeige (13) umfassen, welche Markierungen ( ax, min) für einen minimal zulässigen und für einen maximal zulässigen Wert aufweist.
18.Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil in der Ableitung des Retentates am Ausgang des Filtrationsmodules angeordnet ist.
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