KR20210024058A - 액체 및 기체로부터 고체 재료를 분리하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 또는 기체로부터 고체 재료를 분리하고 고체 재료를 배출하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 압력 용기(1) 및 적어도 하나의 필터 요소(10)를 포함하고, 적어도 하나의 필터 요소(10)는 압력 용기(1)에 배열되고 이에 대해 밀봉 차단되는 가요성 용기(8)에 배열된다. 압력 용기(1)는 고체 재료를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구(6)를 포함하고, 가요성 용기(8)는 적어도 하나의 배출 연결부(14)를 포함하며, 가요성 용기(8)의 배출 연결부(14)는 압력 용기(1)의 출구(6)를 통해 안내되고, 압력 용기(1)에 대해 밀봉 차단된다. 이 경우, 출구(6) 및 가요성 용기(8)의 배출 연결부(14)는 가요성 용기(8) 및 압력 용기(1) 외부의 환경(3)에 대해 폐쇄 기구(7, 7', 7'')을 통해 폐쇄 및 밀봉될 수 있다.

Description

액체 및 기체로부터 고체 재료를 분리하는 장치
본 발명은 압력 용기, 예를 들어 필름 또는 가요성 플라스틱의 가요성 용기 내의 하나 이상의 필터 요소, 및 배출 기구로 구성되는, 액체 및 기체로부터 고체 재료를 분리하고 후속적으로 고체 재료를 배출하기 위한 장치 및 그 적용에 관한 것이다.
일반적으로 "일회용 시스템" 또는 "단일 사용"이라는 용어로 분류되는 가요성 용기를 갖는 수많은 여과 시스템이 알려져 있다. 이러한 시스템의 장점은 일회용 부품의 무균성, 적은 투자 비용, 및 스테인리스 강 지지대 및 압력 용기의 세척 및 검증 비용 감소, 두 개의 제품 주기 사이의 오염 위험 없음, 그리고 높은 유연성 및 제품 변경 속도이다.
EP 2283907A1은 플라스틱 필름으로 밀봉 싸여 있고 압력 용기에서 작동되는 카트리지 형태의 필터 요소로 액체를 여과하는 장치를 설명한다. 고형물은 여과 중에 카트리지에 흡수되며, 제거되거나 가요성 용기로부터 제거될 수 없다. 여과 영역의 제한된 크기로 인해, 이러한 유형의 여과는 고형물 함량이 낮은 서스펜션에 사용된다.
WO2012/007222A1에서는, 가요성이고 신축성 있는 커버에 단단히 감겨져 있는 바람직하게는 수평으로 위치된 디스크 형상의 필터 요소로 구성된 일회용 필터 모듈이 설명되어 있다. 작동을 위해, 유닛은 포지셔닝 프레임에 배열되며, 이는 비여과 챔버에 부착된 내부 압력에 의해 확장되는 동안 가요성 커버를 지지하고 확장을 제한한다. 압력을 가하여 가요성 용기를 압착하는 것은 불가능하며, 진공에 의한 인출만이 가능하다. 또한, 디스크 형상의 플레이트의 기하학적 확장은 필터 표면이 제한된 범위로만 씻어내어지고 고체 재료는 배출될 수 없다는 것을 의미한다.
DE 3807828은 열가소성 수지의 다중 부분 용접 커버 및 내부에 필터 카트리지가 배치된 필름 튜브를 갖는 밀폐 용기 내의 액체 여과 장치를 개시한다. 커버 및 필터 카트리지는 스레드에 의해 연결된다. 필름 튜브가 컵에 설치되고, 커버를 눌러 환경으로부터 밀봉될 수 있으며, 여기서 필터 카트리지는 가요성 필름 튜브 내부에 배치된다. 이 장치는 잔류 부피 여과, 고형물 세척, 고형물 건조 또는 고형물 배출을 위한 솔루션을 제공하지 않는다. 농축된 또는 건조된 고형물의 배출을 위한 연결도 제공되지 않는다.
종래 기술에 따른 예시된 솔루션은 가요성 격벽에 의해 환경으로부터 분리된 멸균 영역에서 액체 및 기체로부터 고체 재료를 분리할 수 있게 한다. 실제 배출이 없으며, 고체 재료의 청소 및 회수가 의도되지 않는다. 종종, 가요성 용기는 사용 후 고체 재료를 배출하기 위해 절단된다. 이것은 고형물이 무균성을 방해하여 오염되거나 또는 환경에 도달한다는 단점이 있다. 또한, 가요성 용기가 파괴되면, 더 이상 재사용이 불가능하다.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 제거하고 재사용이 가능하고 멸균 조건 하에서 그리고 환경으로부터 밀봉된 영역에서 가요성 용기 내에서 액체 및 기체로부터 고체 재료를 분리할 수 있고 선택적으로 상기 고체 재료를 세척 및 제습한 다음 이들을 장치로부터 배출할 수 있는 단순화된 여과 시스템을 제공하는, 액체 및 기체로부터 고체 재료를 분리하기 위한 장치를 생성하는 것이다. 고체 재료의 배출의 장점은 여과 면적이 자유롭게 유지되고 여과 용기가 재생되어, 동일한 여과 용기에서 다시 여과를 작동할 수 있다는 것이다.
이러한 장치는 예를 들어 식품 산업 또는 바이오 제약 산업에서 사용된다.
액체 및 기체로부터 고체 입자를 분리하기 위한 장치는 압력 용기 및 적어도 하나 이상의 필터 요소를 갖는 것으로 개시되며, 여기서 필터 요소는 압력 용기 내부에 배열되고 압력 용기 외부의 환경과 밀봉 차단되는 플라스틱으로 제조된 가요성 용기에 배열된다. 가요성 용기는 바람직하게는 압력 용기로부터 제거 가능하다. 본 발명에 따르면, 압력 용기는 고체 재료를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구를 포함하고, 가요성 용기는 적어도 하나의 배출 연결부를 포함하고, 여기서 가요성 용기의 배출 연결부는 압력 용기의 출구를 통해 안내되고, 압력 용기에 대해 밀봉 차단된다. 압력 용기의 출구 및 가요성 용기의 배출 연결부는 폐쇄 기구에 의해 밀봉 폐쇄될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 가요성 용기에서 여과 공정 동안 바람직하게는 건조 고체 재료, 농축된 고체 슬러지를 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 필터 장치의 새로운 사용을 위해 여과 용기의 전체 비우기 및 필터 표면의 재생을 가능하게 한다.
고체 재료를 배출하기 위한 출구는 바람직하게는 노즐이고, 용기 바닥, 용기 쉘 또는 압력 용기의 용기 뚜껑에 위치된다. 노즐은 압력 용기 벽을 통해 가요성 용기의 배출 연결부, 바람직하게는 연장부를 안내하고 이를 밀봉 차단할 수 있게 한다.
폐쇄 기구는 고체 재료를 배출하기 위해 출구 또는 노즐의 하류에 위치된다.
바람직한 실시예에서, 고체 재료를 배출하기 위한 출구를 개방하고 폐쇄하는 폐쇄 기구는 클램핑 장치, 바람직하게는 핀치 밸브이다. 바람직하게는, 폐쇄 기구는 접촉 없이 가요성 용기 또는 부착된 튜브의 연장부를 폐쇄할 수 있다. 이는, 가요성 용기 내부의 어떤 물질도 밸브와 접촉하지 않기 때문에, 멸균 적용에 특히 유리하다. 다른 실시예에서, 폐쇄 기구는 밸브, 바람직하게는 압력 작동 밸브 또는 수동 밸브, 예를 들어 가요성 용기에 연결될 수 있는 볼 밸브를 포함한다. 폐쇄 기구는 압력 용기 외부의 환경에 대해 가요성 용기를 밀봉하는데 사용된다. 일 실시예에서, 폐쇄 기구는 또한 환경으로부터 가요성 여과 용기와 압력 용기 사이의 영역을 밀봉한다.
가요성 용기의 배출 연결부는 가요성 용기의 일부 또는 연장부 또는 가요성 용기에 연결된 튜브일 수 있으며, 이는 압력 용기의 노즐 및 폐쇄 기구를 통해 안내 및 고정될 수 있다.
특별한 실시예에서, 가요성 용기의 배출 연결부와 압력 용기의 출구 사이의 밀봉은 바람직하게는 시일에 의해 달성될 수 있다. 시일은 바람직하게는 O- 링 또는 평평한 시일이다.
바람직하게는, 고체 재료를 배출하기 위한 출구, 소위 노즐, 및 가요성 용기의 배출 연결부는 압력 용기 및 가요성 용기의 하부 영역에 위치된다. 이를 통해, 중력으로 씻어내는 동안 용기의 하부 영역에 축적되는 침전된 고체 재료를 쉽게 배출할 수 있다. 다른 실시예에서, 고체 재료를 배출하기 위한 출구 및 가요성 용기의 배출 연결부는 압력 용기 및 가요성 용기의 측면 또는 상부 영역에 위치된다. 고체 재료가 많이 퇴적되는 경우, 용기의 하부에 고형물을 배출하는 것이 유리하다. 고체 재료를 배출하기 위한 출구의 치수는 고체 재료의 배출이 가능한 한 방해받지 않도록 선택되어야 한다. 매우 건조한 고체 재료의 경우, 출구의 직경, 즉, 해당 노즐 및 밀봉 기구는 가능한 크게 선택되어야 한다. 바람직하게는, 고체 재료를 배출하기 위한 출구의 직경은 15mm 이상, 더욱 바람직하게는 20mm 이상, 특히 바람직하게는 25mm 이상이어야 한다. 일 실시예에서, 고체 재료를 배출하기 위한 출구는 압력 용기, 특히 압력 용기의 용기 쉘과 동일한 직경을 갖는다. 이 실시예에서, 고체 재료를 배출하기 위한 출구는 압력 용기의 하부 영역에 위치되며, 압력 용기의 전체 바닥은 폐쇄 기구로 대체된다.
바람직하게는, 하나 이상의 필터 요소는 압력 용기에 매달려 있다.
일 실시예에서, 여러 필터 요소가 각각 편평한 방식으로 형성되고, 서로 평행하게 매달려 있으므로, 부피당 큰 총 필터 면적이 이용 가능하며, 이는 장치의 유량 및 필터 효율에 유리하다. 또한, 평행하게 배열된 필터 요소는 압축될 수 있다. 이를 위해, 이들은 서로 연결되어 다수의 필터 요소로 구성된 필터 패키지를 형성하며, 여기서 대부분의 수직 종 방향 연장부에 걸쳐 개별 필터 요소 사이에 미리 결정된 자유 공간이 존재한다.
추가 실시예에서, 적어도 하나의 필터 요소는 원형 방식으로 설계된다. 원형이라는 용어는 직경이 필터 요소의 길이 방향에 수직으로 둥글다는 것을 의미한다. 예를 들어, 이 실시예에서 적어도 하나의 필터 요소는 관형 방식으로 형성된다. 추가 실시예에서, 적어도 하나의 필터 요소는 디스크 형상 방식으로 형성된다. 디스크 형상이란 적어도 하나의 필터 요소가 편평한 원판 모양을 갖고 서로의 위에 쌓이거나 또는 평행하게 매달려 배열될 수 있다는 것을 의미한다.
평행하게 배열된 많은 갯수의 평평하거나, 원형 또는 관형 필터 요소로 구성된 필터 패키지는 필터 요소 사이의 자유 공간 및 내부 용기에 사용되는 플라스틱의 점소성 특성으로 인해 압축될 수 있다. 결과적으로 필터 패키지의 가요성은 예를 들어 잔류 부피 여과 또는 고체 재료 배출 중에 여과 용기를 비울 때 이점을 제공하는데, 왜냐하면 용기가 더 많이 압축될 수 있기 때문이다. 필터 요소의 가요성 및 콤팩트함은 잔류 부피 배출을 개선하고, 원료 함량을 감소시킨다.
실제 가요성 용기는 하나 이상의 필터 요소가 배열된 가요성 플라스틱으로 구성된다. 여과 공정은 가요성 내부 용기의 한정된 밀봉 공간에서 완전히 이루어지며, 여기서 처리될 액체 및 기체는 내부 가요성 용기의 플라스틱과만 접촉한다. 이는 공격적인 매체 및 공정 멸균 처리에 있어 상당한 이점이 있다.
바람직하게는, 필터 요소를 갖는 내부의 가요성 용기는 가스 또는 액체가 압력 용기와 접촉하지 않고 전체적으로 압력 용기로부터 제거될 수 있다. 이를 통해 장치는 일회용 시스템을 제공할 수 있다. 따라서 시간이 많이 걸리는 장치의 세척 및 살균이 필요하지 않다. 그러나, 본 발명은 또한, 고체 재료가 플러싱 액체 또는 기체로 플러싱되고 필터 요소로부터 씻어내려진 다음 장치로부터 배출될 수 있다는 점에서, 재사용 가능한 시스템을 가능하게 한다. 따라서, 장치는 동일한 서스펜션에 대해 여러 번 사용될 수 있으며, 가요성 용기는 각 통과 후 압력 용기로부터 제거될 필요가 없다.
필터 요소를 갖는 가요성 내부 용기인 실제 여과 용기는 전체가 플라스틱, 바람직하게는 점소성 재질로 제조되어, 컴팩트하게 접혀서 보관될 수 있으며, 사용 후 재활용되거나 또는 소각하여 완전히 폐기될 수 있다. 외부 압력 용기는 시스템에 안정성을 제공하고, 사전, 메인 및 잔류 부피 여과에 필요한 압력 강하를 제공하는데 사용된다.
압력 용기의 적절한 노즐을 사용하면 충전 및 비우기를 위해 가요성 용기의 입구 및 출구 연결부를 통과할 수 있다. 이러한 연결부는 과압 또는 진공으로 채워질 수 있는, 압력 용기 내부, 압력 용기의 내부 벽과 가요성 용기의 외부 벽 사이에 밀봉된 구역이 있는 방식으로 각각 밀봉된다. 이를 위해, 압력 용기에 추가 노즐이 있다.
본 발명에 따른 장치는 서로 다른 변형예로 실현될 수 있으며, 여기서 이들은 주로 연결부 및 폐쇄 기구의 배열이 다르다. 적용 분야에 따라, 노즐이라고도 하는 입구 및 출구를 압력 용기의 상부, 측면 또는 하부 영역에 배열할 수 있으면 유리하다. 압력 용기의 이러한 입구 및 출구를 통해 입구 및 출구 연결부가 가요성 용기를 통해 안내되어 서스펜션, 씻어냄 액체 또는 가스에 의해 이를 채우고 그리고 비우거나, 또는 여과액을 배출할 수 있다. 이러한 연결부는 각각 밀봉되어, 압력 용기의 내부 벽과 가요성 용기의 외부 벽 사이에 압력 용기 내부의 밀봉 구역이 존재하며, 이는 과압 또는 진공으로 채워질 수 있다. 이를 위해, 압력 용기에 압축 공기 공급을 위한 추가 연결부가 있으며, 이는 선택적으로 상단, 측면 또는 하단에서 한정될 수 있지만 적어도 하나의 위치에서 한정될 수 있다. 이것은 공정 유연성 및 용기의 여과 및 비우기의 효율성 측면에서 이점을 제공한다.
여과 용기는 매우 사용자 친화적인 방식으로 압력 용기에 장착될 수 있고 사용 후 분해가 가능하도록 제작된다. 본 발명의 변형예에서, 용기 내부의 용기 입구는 가요성 플라스틱으로 제조된 튜브가 장착될 수 있다. 이것은 용기의 충전 과정을 최적화한다. 예를 들어, 필터 표면에 고체 재료 층의 축적을 방해하거나 또는 필터 요소에 의해 고체가 플러싱되지 않고 여과 중에 가요성 용기 내부의 튜브로 서스펜션을 도입할 수 있다. 고체 재료가 심하게 침전되는 경우, 고체 재료가 플러싱되는 방식으로 튜브의 도움으로 가요성 용기에 서스펜션을 도입하여, 침전되지 않고 서스펜션이 가능한 한 균질하게 혼합되도록 하는 것이 유리할 수 있다. 한 변형예에서, 튜브의 가장 안쪽 단부 중 하나에는 노즐이 장착되어 있으며, 이는 서스펜션의 유입에 유리한 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형예에서, 가요성 용기 내부의 용기 출구는 가요성 플라스틱으로 제조된 튜브가 장착된다. 이를 통해 가요성 용기 내부로부터 서스펜션 또는 고형 슬러지를 배출할 수 있다. 이러한 배열의 장점은 예를 들어 필터 표면이 막힌 경우에 나타나며, 여기서 잔류 서스펜션은 용기 내부로부터 제거되어야 하며, 배출 노즐을 통한 배출은 바람직하지 않다.
여과 공정, 특히 농축 공정에서는, 필터 요소에 쌓인 고체 입자 층을 씻어낼 수 있도록 필터 요소를 역세척해야 하는 경우가 많다. 대부분의 평면 필터 요소의 배열은 필터 요소로부터 고체 입자의 역세척 및 분리를 개선할 수 있다. 필터 요소의 역세척은 고밀도의 고체 입자 층이 쌓이는 것을 방지하여 여과액 흐름을 증가시킬 수 있다.
여과 공정에서 잘 알려진 문제는 필터 시스템의 잔류 부피를 처리하는 것이다. 본 발명에 따른 장치는 가요성 여과 용기를 외부 압력으로 압축하여 이를 부분적으로 또는 완전히 비움으로써 압력 용기에서 시스템을 사용함으로써 잔류 부피를 줄일 수 있다. 이는 특히 매우 고가의 매체에서 상당한 추가 비용을 방지할 수 있다. 비우기를 더욱 개선하기 위해, 여과 용기는 가스(예를 들어, 멸균 공기)로 플러싱될 수도 있다.
완전히 밀봉된 멸균 필터 요소, 증가된 필터 표면적, 이에 따른 높은 여과 효율, 감소된 잔류 부피 성분에 의한 완전한 여과, 및 건조 고체 재료 또는 고체 슬러지의 단순화된 배출로 인해, 본 발명에 따른 장치는 높은 유속, 최소화된 세척 비용 및 제품 교체 시 짧은 전환 시간을 갖는 비용 효율적인 여과 장치를 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 액체 또는 기체로부터 고체 재료를 여과하고 장치로부터 고체를 배출하기 위한 본 발명에 따른 장치의 적용을 포함한다.
본 발명에 따른 장치에 의해 액체 또는 기체로부터 고체 재료를 여과하고 고체를 배출하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
a) 가요성 용기의 내부와 여과액 배출부 사이에 압력 차를 적용하는 단계,
b) 가요성 용기에 서스펜션 또는 가스를 채우는 단계,
c) 여과액 배출부에 음압을 가하거나 또는 가요성 용기에 과압을 가하는 단계,
d) 가요성 용기를 가압하는 단계,
e) 플러싱 액체 또는 가스로 고체 재료를 플러싱하는(flushing) 단계,
f) 고체 재료를 필터 요소로부터 씻어내는 단계,
g) 폐쇄 기구를 개방하고 압력 용기의 출구에서 가요성 용기의 배출 연결부를 통해 고체 재료를 배출하는 단계
방법 단계 a) 내지 g)는 1 회 또는 여러 번 반복될 수 있다.
단계 b)에서 서스펜션 또는 가스로 가요성 용기를 채우는 단계는 예를 들어, 펌프에 의해 생성된 압력 강하 또는 압력 용기 벽과 가요성 용기 사이에 생성된 부압에 의해 수행될 수 있다.
위에 열거된 2 개 이상의 실시예 및 변형의 조합이 고려 가능하고 청구된다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예에 의해 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 압력 용기를 갖는 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 2는 비설치 및 비충전 상태 동안 편평하고 매달린 필터 요소를 갖는 일 실시예의 장치의 가요성 내부 용기를 종 방향 단면도로 도시한다.
도 3은 충전 동안 압력 용기에 가요성 용기가 설치되어 있는 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 4는 여과 중 압력 용기에 설치된 가요성 용기를 갖는 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 5는 가요성 용기의 압축 및 잔류 부피 여과 동안 압력 용기에 가요성 용기가 설치된 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 6은 필터 요소의 역 세척 및 고체 재료의 제거 중에 압력 용기에 가요성 용기가 설치된 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 7은 고형물 배출 및 필터 요소의 재생 동안 압력 용기에 가요성 용기가 설치된 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 8은 가요성 용기의 압축 및 고체 재료의 배출 동안 압력 용기에 가요성 용기가 설치된 장치를 종 방향 단면도로 보여준다.
도 9는 밀봉 클램핑 장치를 갖는 일 변형예에서 폐쇄 기구를 갖는 장치의 단면을 종 방향 단면도로 도시한다.
도 10은 압력 작동식 밸브 및 가요성 용기 상의 배출 출구의 추가 밀봉을 갖는 일 변형예에서 폐쇄 기구를 갖는 장치의 섹션을 종 방향 단면도로 도시한다.
도 11은 수동 밸브 및 가요성 용기 상의 배출 출구의 추가 밀봉을 갖는 일 변형예에서 폐쇄 기구를 갖는 장치의 단면을 종 방향 단면도로 보여준다.
도 12a 내지 도 12d는 폐쇄 상태에서 상이한 크기의 폐쇄 기구를 갖는 장치의 단면을 종 방향 단면도로 도시한다.
도 13a 내지 도 13d는 개방 상태에서 상이한 크기의 폐쇄 기구를 갖는 장치의 섹션을 종 방향 단면도로 도시한다.
도 14a 내지 도 14b는 압력 용기의 측면 하부에 배출 노즐을 갖는 폐쇄 기구를 갖는 장치의 섹션을 종 방향 단면도로 도시한다.
도 1에서, 참조 번호 1은 외부 환경(3)에 대해 밀봉된 압력 용기 내부에 압력 용기 구역(2)을 형성하는, 뚜껑(1')으로 폐쇄될 수 있는 압력 용기를 나타낸다. 용기 뚜껑 또는 바람직하게는 압력 용기(1)의 용기 쉘에 있는 압력 라인(4)을 위한 적어도 하나의 노즐은 압력(4')을 내부 압력 용기 구역(2)에 적용하거나 또는 이를 진공(4'')으로 배출하는데 사용될 수 있다. 압력 용기 벽, 바람직하게는 뚜껑(1')에는 적어도 하나의 입구 노즐(5'), 하나의 출구 노즐(5'') 및 하나의 여과액 배출 노즐(5''')이 각각 존재한다. 고체 재료 및 액체를 배출하기 위한 추가 출구(6)가 바람직하게는 압력 용기(1)의 하부 영역에 위치한다. 폐쇄 기구(7)는 배출 출구(6)에 부착되어 배치된다.
도 2는 비-설치되고 채워지지 않은 상태의 가요성 용기를 보여준다. 가요성 용기 벽(8)은 외부 환경으로부터 내부 영역, 구역(9)을 밀봉한다. 하나 이상의 필터 요소(10)가 가요성 용기(8) 내부에 배열된다. 이러한 필터 요소 내에는, 수집기 피스(11)에 연결된 여과액 배출 채널이 있다. 여과 중에 여과액은 필터 채널을 통해 수집기 피스로 흐르고, 연결된 여과액 배출 연결부(12)를 통해 배출된다. 여과액 배출 연결부(12)는 가요성 용기 벽(8)을 통과하고, 밀봉 방식으로 연결된다(8'). 가요성 용기(8)는 바람직하게는 상부 영역에 적어도 2 개의 추가 연결부(13', 13'')를 가지며, 이는 서스펜션, 씻어냄 액체 또는 기체가 내부 구역(9)에 유입되게 하거나 또는 서스펜션, 씻어냄 액체 또는 기체가 내부 구역(9)을 떠나게 한다. 바람직하게는 가요성 용기(8)의 하부에 있는 연장부(14)는 고체 재료를 배출하고 내부 구역(9)으로부터 여과되지 않은 서스펜션을 배출하기 위해 사용된다. 이러한 배출 연결부(14)는 가요성 용기(8)의 연장부일 수 있거나, 또는 가요성 용기 벽(8)에 연결된 필름 또는 탄성 재료로 제조된 가요성 튜브로 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 8은 필터 표면의 충전, 여과, 잔류 부피 여과 및 플러싱, 역세척 및 재생, 고형물 배출 및 전체 비우기의 하위 프로세스 및 장치의 해당 구현을 보여준다. 이러한 프로세스는 임의의 순서로, 특히 여러 주기에서 반복적으로 수행될 수 있다.
도 3은 가요성 여과 용기(8)를 서스펜션으로 채우는 동안 가요성 여과 용기가 설치된 압력 용기(1)를 도시한다. 가요성 용기(8)의 배출 연결부(14)는 출구 노즐(6)을 통해 안내되고, 외부 환경(3)으로부터 내부 압력 용기 구역(2)을 밀봉한다. 배출 연결부(14)는 외부 환경(3)으로부터 여과 용기의 내부 구역을 밀봉하는 폐쇄 기구(7)에 의해 밀봉 차단된다. 여과 용기(8)의 2 개의 입구 및 출구 연결부(13', 13'')는 압력 용기(1)의 입구 및 출구 노즐(5', 5'')을 통해 안내되고, 또한 밀봉 방식으로 압력 용기 벽에 연결된다. 여과 용기의 여과액 배출 연결부(12)는 압력 용기의 여과액 배출 노즐(5''')을 통해 유사한 밀봉 방식으로 안내된다. 이러한 배열에서, 여과 용기의 내부 구역(9)은 입구 연결부(13')를 통해 서스펜션으로 채워진다. 동시에 내부 구역(9)은 출구 연결부(13'')를 통해 통기될 수 있다. 서스펜션은 분리될 고체 재료(16)와 함께 여과될 액체(15)로 구성된다. 더 넓은 의미에서, 서스펜션은 고체 재료를 포함하는 기체로도 이해될 수 있으며, 여기서 여과될 기체는 참조 번호 15로 표시되고 고체 재료는 번호 16으로 구분된다. 충전되는 동안, 내부 압력 용기 구역(2)은 노즐(4 및 4'')을 통해 통기되므로, 여과 용기(8)의 가요성 벽은 압력 용기(1)의 윤곽에 적응될 수 있으며, 이에 의해 지지되고 추가 확장이 제한된다. 본 발명의 추가 개발에서, 가요성 여과 용기는 비워진 형태로 설치될 수 있고, 노즐(4)에 및 이에 따라 압력 용기 벽(1)과 가요성 용기(8) 사이에(즉, 내부 압력 용기 구역(2)) 음압을 가하여 팽창 및 충전될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 실제 여과를 보여준다. 여과 용기의 내부 영역(9)과 여과액 측면(12) 사이에 압력 구배를 적용하여 서스펜션이 여과된다. 압력 구배는 입구 연결부(13')를 통해 용기(9)의 내부로 과압을 생성하거나 또는 여과액 출구(12)에서 음압을 생성함으로써 생성된다. 여과액은 필터 요소(10)를 통해 흐르고, 수집기 피스(11)에서 결합되고 여과액 배출 연결부(12)를 통해 배출된다. 고형물(16)은 필터 요소(10)에 모인다. 여과 중에, 노즐(13'')은 서스펜션을 배출하거나 또는 내부 구역(9)을 통기시키는데 사용될 수 있다.
계속되는 잔류 부피 여과는 도 5에 나와 있다. 노즐(4 및 4')을 통해 과압이 내부 압력 용기 구역(2)으로 도입되어, 가요성 여과 용기(8)를 압축한다. 여과액 배출 연결부(12)를 개방함으로써, 여과 용기가 완전히 압축되고 여과 용기(9) 내부에 액체가 더 이상 없을 때까지 추가 여과액이 배출될 수 있다. 외력은 개별 필터 요소(10) 및 그 위에 수집된 고체 재료(16)를 추가로 가압한다. 이것은 필터 요소(10) 사이 및 필터 요소 자체 내부의 체적을 감소시켜, 이들 체적에 남아있는 임의의 서스펜션이 더 잘 제거될 수 있다. 본 발명의 추가 개발에서, 고체 재료(16)는 이제 연결부(13' 또는 13'')를 통해 도입된 추가 씻어냄 액체 또는 가스로 세척 및/또는 건조될 수 있다. 본 발명의 추가 개발에서, 서스펜션은 가요성 용기(8)가 압축되는 동안 연결부(13' 및 13'')를 통해 배출될 수 있다.
도 6은 고체 재료(16)을 씻어냄에 의한 필터 요소(10)의 재생을 도시한다. 여과 방향에 대해 반대 방향으로 필터 요소를 역세척함으로써, 고체 재료(16)는 필터 요소(10)로부터 분리될 수 있다. 이를 위해, 여과액, 씻어냄 액체 또는 가스가 여과액 배출 연결부(12) 및 필터 요소(10)를 통해 가요성 용기(8)의 내부 구역(9)으로 도입된다. 고체 재료(16)가 블라스팅 오프되고, 필터 요소(10)는 이제 다시 자유로워진다. 추가 개발에서, 여과 사이클이 이제 처음부터 계속되거나(도 3) 또는 다음 단계에서 농축된 고체가 비워질 수 있다(도 7). 본 발명의 추가 개발에서, 고체 재료는 연결부(13', 13'')를 통해 액체 또는 기체를 도입함으로써 추가로 씻어내어질 수 있다. 본 발명의 추가 개발에서, 잔류 체적 여과 없이 충전된 상태에서 역세척을 수행할 수도 있다(도 5). 이 경우, 고체 재료(16)는 필터 요소(10)에 의해 씻어내어지고, 따라서 새로운 여과를 위해 방출된다.
도 7은 건조 또는 농축된 고체 재료(16) 또는 나머지 서스펜션의 배출을 보여준다. 폐쇄 기구(7)가 개방되고, 고체 재료(16) 또는 잔류 액체가 배출 연결부(14)를 통해 빠져 나갈 수 있다. 또한, 여과 용기의 내부(9) 및 필터 요소(10)는 연결부(12, 13' 또는 13'')를 통해 액체 또는 가스를 도입함으로써 플러싱될 수 있다.
도 8에서 가요성 여과 용기는 내부 압력 용기 구역(2)에 압력을 가하여 가압된다. 고체 재료(16), 서스펜션 또는 플러싱 액체의 마지막 잔류물은 배출 연결부(14)를 통해 배출될 수 있다. 가요성 여과 용기는 이제 완전히 비워지고 소기되었으며, 이제 압력 용기(1)에서 제거되거나 또는 재충전 및 후속 여과에 사용될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 폐쇄 기구(7)의 상이한 실시예 및 환경(3)으로부터 내부 압력 용기 구역(2)의 밀봉을 도시한다. 예시된 접근법은 예시적인 것이며, 임의의 조합으로 수행될 수 있다.
도 9는 압력 용기(1)를 보여준다. 가요성 용기(8)에는 연장부(14)가 장착되어 있다. 일 실시예에서, 이 연장부(14)는 가요성 용기(8)와 동일한 재료, 예를 들어 가요성 플라스틱 다층 필름으로 제조된다. 압력 용기(1)의 일 벽에는 리드 스루(6)가 있다. 이것은 바람직하게는 낮은 영역에 위치된다. 가요성 용기(8)는 압력 용기(1)에 설치되며, 여기서 연장부(14)는 고형물을 배출하기 위해 출구(6)를 통해 가져온다. 출구(6)에 이어, 폐쇄 기구(7), 바람직하게는 클램핑 장치, 바람직하게는 핀치 밸브가 있으며, 이는 여과 용기의 연장부(14)가 용기 내부의 고체 재료 또는 서스펜션과 직접 접촉하지 않고 밀봉 차단되게 한다. 폐쇄 기구는 또한 적어도 폐쇄된 상태에서, 바람직하게는 또한 개방된 상태에서 환경(3)으로부터 내부 압력 용기 구역(2)을 밀봉한다.
도 10은 폐쇄 기구를 갖는 배출 기구의 다른 실시예를 도시한다. 연결 피스(17')가 가요성 용기의 가요성 벽에 밀봉 방식으로 부착되고, 가요성 용기가 설치될 때 압력 용기(1)의 출구(6)에 삽입되고, 여기서 O- 링으로 도시된 시일(18')은 환경(3)으로부터 내부 압력 용기 구역(2)을 밀봉하기 위해 사용된다. 연장부(14)는 필름 튜브 또는 가요성 튜브 재료, 예를 들어 실리콘으로 구성되고, 연결 피스(17')에 밀봉 연결되고, 후속 클램핑 장치(7')를 통과한다. 추가 예로서, 이것은 멤브레인 바디로 표현되는데, 이는 압력을 가함으로써 연장부(14)에 가압력을 가하고 이를 폐쇄한다. 여기에서도, 가요성 용기의 밸브와 고체 또는 액체 사이의 직접적인 접촉이 방지되어, 멸균 작동에 유리하다.
도 11은 압력 용기(1)에 대한 연결 피스(17')를 위한 시일로서 평평한 시일(18'')을 갖는 또 다른 변형예를 도시한다. 가요성 용기(8)의 연장부(14)에는 그 단부에 또 다른 연결부(19')가 제공되며, 이는 예를 들어 볼 밸브와 같은 밸브(7'')에 연결될 수 있다.
도 12 및 도 13은 폐쇄 상태(도 12a 내지 도 12d) 및 개방 상태(도 13a 내지 도 13d)에서 상이한 크기의 폐쇄 기구(7)를 갖는 본 발명의 변형예를 도시한다. 거친 고체 재료 또는 고체 슬러지(16) 및 특히 매우 건조한 고체 재료를 사용하는 적용에서, 특히 고체 재료를 배출하기 위한 출구(6) 또는 배출 연결부(14)가 매우 작은 개구를 갖는 경우, 배출이 어렵다. 배출 직경이 너무 작으면, 고체 재료 또는 고체 슬러지(16)가 바람직하지 않게 흘러내리거나 또는 전혀 흐르지 않거나 또는 배출 연결부(14)가 막힐 위험이 있다. 따라서, 출구 노즐(6), 폐쇄 기구(7) 및 배출 연결부(14)(개방 상태)에 대해 고체 재료에 적합한 직경이 선택되어야 한다.
도 14a는 고체 재료를 배출하기 위한 측면 출구(6) 및 배출 연결부(14)를 갖는 본 발명의 변형예를 도시한다. 폐쇄 기구(7)를 개방함으로써 고체 재료(16)가 배출된다(도 14b). 또한, 가요성 용기(8)는 연결부(4)를 통해 구역(2)에 압력을 가함으로써 압축될 수 있으며, 이는 고체 재료 또는 고체 슬러지(16)의 완전한 배출을 유리하게 한다.
1 압력 용기
1' 압력 용기의 뚜껑
2 압력 용기 구역
3 환경
4 압력 라인
4' 압축 공기 공급부
4'' 진공 공급부
5' 입구 노즐
5'' 출구 노즐
5''' 여과액 배출 노즐
6 고체 재료를 배출하기 위한 출구, 배출 출구, 배출 노즐
7 폐쇄 기구
7' 클램핑 장치, 핀치 밸브
7'' 밸브
8 가요성 용기
8' 여과액 배출 연결부와 가요성 용기의 연결
9 가요성 용기의 내부 구역
10 필터 요소
11 수집 피스
12 여과액 배출 연결부
13' 입구 연결부
13'' 출구 연결부
14 연장부, 배출 연결부
15 액체 또는 기체, 여과액
16 고체 재료
17' 연결 피스
18' O-링
18'' 평평한 시일
19' 밸브 연결부

Claims (17)

  1. 입구 연결부(13')를 위한 적어도 하나의 입구 노즐(5'), 여과액 배출 연결부(12)를 위한 적어도 하나의 여과액 배출 노즐(5'''), 및 복수의 필터 요소(10)를 갖는 압력 용기(1)를 포함하는, 액체 또는 기체로부터 고체 재료를 분리하는 장치로서, 상기 필터 요소(10)는 나란히 평행하게 배열되고 서로 연결되어 필터 패키지를 형성하며, 상기 개별 필터 요소(10) 사이에는 수직 종 방향 연장부의 대부분에 걸쳐 자유 공간이 존재하고, 상기 필터 요소(10)는 상기 압력 용기(1) 내에 배열되어 이에 대해 밀봉 차단되는 가요성 용기(8)에 배열되고, 상기 압력 용기(1)는 고체 재료의 배출을 위한 적어도 하나의 출구(6)를 포함하고, 상기 가요성 용기(8)는 적어도 하나의 배출 연결부(14)를 포함하며, 상기 가요성 용기(8)의 상기 배출 연결부(14)는 압력 용기(1)의 출구(6)를 통해 안내되고 압력 용기(1)에 대해 밀봉 차단되며, 상기 가요성 용기(8)의 출구(6) 및 배출 연결부(14)는 폐쇄 기구(7, 7', 7'')를 통해 가요성 용기(8) 및 압력 용기(1) 외부의 환경(3)에 대해 밀봉 폐쇄될 수 있는, 상기 장치에 있어서,
    상기 필터 요소(10)는 상기 가요성 용기(8)를 비우기 위해 함께 압축될 수 있도록 설계되고, 상기 압력 용기(1) 내부의 압력 용기 구역(2)에 압축 공기(4')를 로딩하고 상기 가요성 용기(8) 내의 상기 필터 요소(10)를 압축하기 위해, 압력 라인(4)이 상기 압력 용기(1)에 부착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄 기구(7)는 클램핑 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄 기구(7)는 핀치 밸브인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 용기(8)의 배출 연결부(14)와 상기 압력 용기(1)의 출구(6) 사이의 밀봉이 시일에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 장치 .
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시일은 O- 링 또는 평면 시일인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고체 재료를 배출하기 위한 출구(6)의 직경은 적어도 15mm, 특히 적어도 20mm, 바람직하게는 적어도 25mm인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    고체 재료를 배출하기 위한 출구(6)의 직경은 압력 용기(1)의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 요소(10)는 매달린 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 평행하게 나란히 배열된 필터 요소(10)는 각각 평평한 설계인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 요소(10)는 원형 설계인것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 용기(8)는 압력 용기(1)로부터 제거 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고체 재료를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구(6) 및 가요성 용기(8)의 배출 연결부(14)는 압력 용기(1) 및 가요성 용기(8)의 하부 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가요성 용기(8)는 입구 및 출구 연결부(13', 13'')를 가지며, 상기 입구 및 출구 연결부(13', 13'')에는 가요성 용기(8) 내부에 튜브가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가요성 용기(8) 상의 튜브의 단부에는 노즐이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 액체 또는 기체로부터 고체 재료를 여과하고 장치로부터 고체 재료를 배출하기 위한 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 액체 또는 기체로부터 고체 재료를 여과하고 고체 재료를 배출하는 방법으로서,
    a) 가요성 용기(8)의 내부와 여과액 배출부 사이에 압력 차를 적용하는 단계,
    b) 상기 가요성 용기(8)에 서스펜션 또는 가스를 채우는 단계,
    c) 상기 여과액 배출부에 음압을 가하거나 또는 상기 가요성 용기(8)에 과압을 가하는 단계,
    d) 상기 가요성 용기(8)를 가압하는 단계,
    e) 입구 연결부(13')를 통해 플러싱 액체 또는 가스로 고체 재료를 플러싱하는(flushing) 단계,
    f) 다음 사이클을 위해 필터 요소(10)의 재생을 위해 고체 재료를 필터 요소(10)로부터 여과액 배출 연결부(12)를 통해 씻어내는 단계,
    g) 폐쇄 기구(7, 7', 7'')를 개방하고 압력 용기(1)의 출구(6)에서 가요성 용기(8)의 배출 연결부(14)를 통해 고체 재료를 배출하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    단계 a) 내지 g)가 1 회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
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