PL178996B1

PL178996B1 - S posób i instalacja do zageszczania mieszanin cieczy i cial stalych przy uzyciu technologii membranowej PL

Info

Publication number: PL178996B1
Application number: PL95315157A
Authority: PL
Inventors: Eduard Hartmann
Original assignee: Bucher Guyer Ag Masch; Bucherguyer Ag Maschinenfabrik
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 2000-07-31
Also published as: SK281652B6; WO1996012553A1; SK83296A3; HU9601674D0; EP0735916B1; ATE188884T1; CA2179716A1; AU695591B2; DE59507648D1; HUT76180A; CZ287782B6; CZ180696A3; CH689328A5; NZ293220A; EP0735916A1; DK0735916T3; PL315157A1; HU218810B; AU3560795A; US5800713A

Abstract

1. Sposób zageszczania mieszanin cieczy i cial stalych przy uzyciu technologii membranowej z zastosowaniem in- stalacji z polaczonymi szeregowo kilkoma grupami modulów membranowych z obiegiem produktu filtracji, przy czym za pomoca, pracujacej w systemie okresowym lub quasi-ciaglym. instalacji membranowej produkt filtracji zageszcza sie w pie- rwszym etapie, wykorzystujac wszystkie grupy modulów membranowych, do chwili, gdy wskutek procesu zageszcza- nia stopien zageszczenia produktu filtracji przekroczy pierwsza zadana wartosc, znamienny tym. ze wówczas w drugim eta- pie podczas procesu zageszczania odlacza sie kolejno ze strumienia produktu filtracji co najmniej jedna grupe (2, 3) modulów membranowych, a zageszczanie prowadzi sie da- lej do chwili osiagniecia drugiej wartosci stopnia zageszcze- nia produktu filtracji, po czym w trzecim etapie zageszczony produkt filtracji odprowadza sie z obiegu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stopien zageszczenia produktu filtracji wyznacza sie na podstawie pomiaru spadku jego cisnienia na co najmniej jednej grupie (1, 2, 3) modulów membranowych. FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych przy użyciu technologii membranowej z zastosowaniem instalacji z połączonymi szeregowo kilkoma grupami modułów membranowych z obiegiem produktu filtracji, oraz instalacja do realizacji tego sposobu.

Do chwili obecnej nie są znane specjalne instalacje do zagęszczania produktów filtracji, które powstają w wyniku procesów ultrafiltracji lub mikrofiltracji. Przy klarowaniu soków owocowych za pomocątakich technologii filtrowania w pozostałościach produktów filtracji uzyskuje się stopień zagęszczenia sięgający do około 50% objętościowych zawartości mokrych osadów, mierzony w ramach testu wirówkowego. Oznacza to, że pozostałości produktów filtracji oddają w wirówce jeszcze co najmniej 50% filtracji oddają w wirówce jeszcze co najmniej 50% objętościowych cieczy. Takie produkty filtracji sąnadal płynne, a ich utylizacja wymaga użycia specjalnych obrotowych filtrów próżniowych.

Obrotowe filtry próżniowe zawierają pomocniczą warstwę filtracyjną! wymagają użycia ziemi okrzemkowej, którą należy dostarczać i ponownie usuwać. Usuwanie produktu filtracji za pomocą ścieków jest praktycznie niemożliwe, w związku z czym musi on być zagęszczany i wyrzucany na wysypisko lub spalany. W obu przypadkach zapewnienie jak najmniejszego udziału wody w produkcie filtracji ma bardzo istotne znaczenie ekonomiczne. Do dalszego zagęszczania produktu filtracji powyżej wspomnianych 50% objętościowych celowe wydaje się wykorzystanie, specjalnie do tego celu przystosowanych, instalacji membranowych. Podobne postawienie problemu występuje także w innych zastosowaniach technologii membranowej, poza dziedziną przetwórstwa soków owocowych.

Z Journal of Food Science, tom 51, Nr 3, 1986, strony 559-563 znana jest instalacja do ultrafiltracji przy użyciu membran metalowych z łatwym przejściem do zwiększenia wydajności uzysku soku jabłkowego. Osiągane uzyski soku wynoszą do 85%, nie wydaje się jednak, by takie instalacje o łatwym przejściu nadawały się do zagęszczania produktów filtracji w szerszym zakresie.

Znane membrany organiczne do instalacji filtracyjnych oraz pompy niezbędne do obiegu produktu filtracji w takich instalacjach są najczęściej przystosowane do ciśnienia roboczego nie większego niż 6,5 · 10³ Pa. Również typowe jednostopniowe pompy odśrodkowe nie pozwalają praktycznie osiągnąć wyższych ciśnień. Z drugiej strony czas potrzebny do całego procesu zagęszczania maleje proporcjonalnie do użytej powierzchni membrany. Jednak w trakcie procesu za

178 996 gęszczania następuje, początkowo powolny, a pod koniec szybszy, wzrost lepkości cyrkulującego produktu filtracji.

Przy zagęszczaniu w celu uzyskania wysokiej zawartości mokrych osadów w krótkim czasie korzystne jest zwiększenie stosowanej powierzchni membrany. Jeżeli zgodnie z tym połączy się równolegle kilka grup znanych modułów membranowych, wówczas pompy do przetłaczania produktu filtracji muszą charakteryzować się wysoką wydajnością, co jest niekorzystne z ekonomicznego punktu widzenia. Jeżeli z kolei tego typu grupy modułów membranowych połączy się szeregowo, wówczas z uwagi na występujące znaczne lepkości typowe ciśnienia robocze okazują się niewystarczające do prowadzenia procesu.

Celem wynalazku jest zaproponowanie sposobu zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych przy użyciu technologii membranowej oraz instalacji do realizacji tego sposobu, które przy ograniczonej czasochłonności umożliwiąuzyskanie wysokich zawartości mokrych osadów w zagęszczonym materiale.

Sposób zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych przy użyciu technologii membranowej z zastosowaniem instalacji z połączonymi szeregowo kilkoma grupami modułów membranowych z obiegiem produktu filtracji, przy czym za pomocą, pracującej w systemie okresowym lub quasi-ciągłym, instalacji membranowej produkt filtracji zagęszcza się w pierwszym etapie, wykorzystując wszystkie grupy modułów membranowych, do chwili, gdy wskutek procesu zagęszczania stopień zagęszczenia produktu filtracji przekroczy pierwszą zadaną wartość, polega według wynalazku na tym, że wówczas w drugim etapie podczas procesu zagęszczania odłącza się kolejno ze strumienia produktu filtracji co najmniej jedną grupę modułów membranowych, a zagęszczanie prowadzi się dalej do chwili osiągnięcia drugiej wartości stopnia zagęszczenia produktu filtracji, po czym w trzecim etapie zagęszczony produkt filtracji odprowadza się z obiegu.

Korzystnie stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie pomiaru spadku jego ciśnienia na co najmniej jednej grupie modułów membranowych.

Korzystnie też stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie jego przepływu w obiegu produktu filtracji.

Korzystnie też stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie pomiaru jego lepkości.

Korzystnie też stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie pomiaru jego zmętnienia.

Instalacja do zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych, zawierająca kilka grup modułów membranowych, przy czym każda z grup zawiera wejście substancji filtrowanej, wyjście produktu filtracji oraz kilka modułów membranowych pomiędzy tym wejściem i wyjściem, przy czym grupy modułów membranowych sąpołączone szeregowo w obiegu produktu filtracji tak, że wyjście produktu filtracji jednej grupy modułów jest połączone przewodem rurowym z wejściem substancji filtrowanej następnej grupy modułów, charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera elementy odcinające usytuowane na przewodach rurowych, łączących wyjście produktu filtracji co najmniej jednej grupy modułów membranowych z wejściem substancji filtrowanej pierwszej grupy modułów membranowych, oraz że zawiera elementy odcinające usytuowane na przewodach rurowych łączących wejście substancji filtrowanej co najmniej jednej następnej grupy modułów i wyjście produktu filtracji poprzedniej grupy modułów.

Instalacja według wynalazku korzystnie zawiera urządzenie mieszające, umieszczone w strumieniu produktu filtracji przed odłączalną grupą modułów membranowych.

Korzystnie urządzenie mieszające ma postać mieszalnika statycznego.

Korzystnie w instalacji według wynalazku odłączalna grupa modułów membranowych ma postać grupy wieloprzejściowej z kilkoma równoległymi ścieżkami produktu filtracji, przy czym każda ścieżka produktu filtracji zawiera kilka, połączonych szeregowo, modułów membranowych, zaś wzajemnie równoległe ścieżki produktu filtracji uchodzą do wspólnego przewodu do doprowadzania względnie odprowadzania produktu filtracji, przy czym elementy odcinające umieszczone są na wspólnych przewodach produktu filtracji, w które połączone są przewody

178 996 produktu filtracji dla poszczególnych równoległych ścieżek produktu filtracji w postaci odpowiednich przejść.

Korzystnie przewody doprowadzające i odprowadzające produkt filtracji dla poszczególnych przejść przy podziale i łączeniu we wspólne przewody produktu filtracji dla wszystkich przejść mają jednakową długość.

Korzystnie elementy odcinające do wyłączania lub włączania co najmniej jednej grupy modułów membranowych mająprzyłącza zawierające co najmniej jeden otwór spustowy, zaopatrzony w dodatkowe elementy przełączeniowe.

Korzystnie otwór spustowy jest bezpośrednio lub pośrednio połączony ze strumieniem produktu filtracji.

Korzystnie w przewodzie doprowadzającym produkt filtracji do odłączalnej grupy modułów membranowych umieszczona jest co najmniej jedna pompa obiegowa.

Korzystnie obieg produktu filtracji w instalacji zawiera urządzenie do regulacji wielkości, cyrkulującego w nim, strumienia produktu filtracji. Korzystnie urządzenie do regulacji strumienia produktu filtracji zawiera pompę o regulowanej liczbie obrotów.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat instalacji zagęszczającej z trzema ustawionymi szeregowo grupami modułów membranowych, fig. 2 schemat instalacji zagęszczającej z dwiema grupami modułów membranowych w wykonaniu wieloprzejściowym, fig. 3 schemat układu modułów membranowych w instalacji zagęszczającej według fig. 2, fig. 4 schemat elementu odcinającego do wyłączania i włączania grupy modułów membranowych w instalacji według jednej z fig. 1-3, fig. 5 schemat innego elementu odcinającego do wyłączania i włączania grupy modułów membranowych w instalacji według jednej z fig. 1-3, i fig. 6 element odcinający według fig. 5 do wyłączania i włączania grupy modułów membranowych w instalacji według jednej z fig. 1-3 w przekroju.

Schemat instalacji zagęszczającej według fig. 1 ukazuje trzy grupy modułów membranowych 1, 2, 3 do zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych za pomocą filtracji. Zagęszczana ciecz przechodzi przez przewód doprowadzający 4 do zbiornika 5. Z dna zbiornika 5 wychodzi przewód 6, idący przez pompę obiegową 7 o sterowanej liczbie obrotów i zawór wspomagający

8, oraz przez mieszalnik statyczny 9 do wejścia pierwszej grupy 1 modułów membranowych. Grupa 1, co będzie przedmiotem dalszego opisu, zawiera dużą liczbę połączonych równolegle i szeregowo rur membranowych, przez które przepływa zagęszczana ciecz.

Wykonane w postaci membran filtracyjnych ścianki rur membranowych zatrzymują stałe składniki cieczy w produkcie filtracji, natomiast oddzielona ciecz przepływa przez membrany, po czym jest zbierana w oznaczonych strzałkami 10 przewodach przefiltrowanej cieczy i odprowadzana. Produkt filtracji natomiast przechodzi z grupy 1 modułów membranowych przez element odcinający 11, następną pompę obiegową 12 i następny mieszalnik statyczny 13 do przewodów produktu filtracji 2 modułów membranowych. Stamtąd przedostaje się on przez następny element odcinający 14, pompę obiegową 15 i mieszalnik statyczny 16 do przewodów produktu filtracji grupy 3 modułów membranowych.

Grupy 1,2 i 3 mają taką samą konstrukcję i taką samą zasadę działania, mogą się jednak różnić ilością modułów membranowych. Po oddzieleniu ciekłych składników, odprowadzanych do przewodów 10 przefiltrowanej cieczy, produkt filtracji przechodzi z grupy 3 przez przewód 17, dwa elementy odcinające 18, 19 i zawór wspomagający 20 ponownie do zbiornika 5.

Jak pokazuje fig. 1, każdemu z elementów odcinających 14,11 jest przyporządkowany następny element odcinający 21, 22. Poprzez zamknięcie elementu odcinającego 14 i otwarcie elementu odcinającego 21 lub poprzez zamknięcie elementu odcinającego 11 i otwarcie elementu odcinającego 22 można wyłączać ze strumienia produktu filtracji grupy 3 lub 2 modułów membranowych. W celu pomiaru ciśnienia w strumieniu produktu filtracji na wejściu lub wyjściu gru

178 996 py 1 modułów membranowych umieszczony jest czujnik ciśnieniowy 23 lub 24, zaś przepływ można mierzyć za pomocą przepływomierza 25 na wyjściu sterowanej pompy obiegowej 7.

Przewody sygnałowe czujników 23, 24, 25 i przewody sterujące zaworów wspomagających 8, 20 są połączone z urządzeniem regulacyjnym 26.

W opisanym powyżej przykładzie wykonania przebieg procesu zagęszczania jest następujący:

Proces rozpoczyna się za pomocą trzech grup 1,2,3 modułów membranowych. W tym celu elementy odcinające 11, 14,18,19 oraz zawór wspomagający 20 są otwarte, natomiast elementy odcinające 22,21 sązamknięte. Urządzenie regulacyjne 26 ustawia przepływ, poprzez pompę 7 o liczbie obrotów sterowanej według sygnału przepływomierza 25, na wartości 90 m³/h. Zawór wspomagający 20 jest wówczas zamknięty do chwili, gdy na wejściu grupy 1 uzyska się według sygnału czujnika 23 ciśnienie równe 6 -10⁵ Pa.

Produkt filtracji o udziale mokrych osadów równym 30% przepływa przez grupy 1, 2, 3 modułów membranowych, przy czym przefiltrowana ciecz zostaje oddzielona i odprowadzona przewodami 10. Wraz z upływem czasu trwania procesu wzrasta udział mokrych osadów, a wraz z nim lepkość w obiegu produktu filtracji. Zwiększają się spadki ciśnienia na grupach 1, 2, 3, a urządzenie regulacyjne 26 zwiększa otwarcie zaworu wspomagającego 20, aby na czujniku 23 utrzymać zadaną wartość ciśnienia równą 6 · 10³ Pa i nie dopuścić do jej przekroczenia.

Gdy zawór wspomagający 20 zostanie całkowicie otwarty, wówczas wzrasta ciśnienie na czujniku 23. Jeżeli ciśnienie to osiągnie 6,5 · 10⁵ Pa, wówczas zależnie od ustawienia urządzenia regulacyjnego 26 albo w celu ograniczenia wzrostu ciśnienia zmniejsza się najpierw przepływ, redukując liczbę obrotów pompy obiegowej 7, albo jednocześnie rozpoczyna się odłączanie grupy 3. Na tym etapie procesu produkt filtracji ma w obiegu i w zbiorniku 5 stopień zagęszczenia równy około 60% zawartości mokrych osadów. Wyłączanie grup membranowych jest znacznie bardziej skuteczne dla osiągnięcia wysokiego stopnia zagęszczenia niż zmniejszenie piędkości przepływu na membranach wskutek wspomnianego zumiej szenia przepływu. Masy produktu filtracji wykazują często silnie strukturalną lepkość. Zmniejszenie prędkości przepływu prowadzi wówczas do wzrostu lepkości, co powoduje nieznaczne zmniejszenie spadków ciśnienia pomiędzy wejściem i wyjściem grup.

Dalszy proces zagęszczania odbywa się tylko z udziałem grup 1 i 2. Do chwili wyłączenia grupy 2 na czujniku 23 utrzymywana jest przy tym, jak już wspomniano, stała zadana wartość ciśnienia. Proces wyłączania grupy 2 odbywa się korzystnie tak, że napływający do grup 1,2 produkt filtracji jest poprzez dodatkowy bezpośredni dopływ wody doprowadzany do około 20% zawartości mokrych osadów lub poprzez dodatkową przerwę w dopływie ze zbiornika 5 wskutek płukania jest tłoczony z około zerową zawartością mokrych osadów.

Istnieje przy tym niebezpieczeństwo, że substancje o zwiększonej zawartości mokrych osadów będą się odrywać ze strefy pomiędzy klapami 11,22 z opóźnieniem i zatykać poszczególne rury membranowe w grupie 2 modułów membranowych. Zapobiega się temu, przepuszczając produkt filtracji przez wstawiony przed grupę 2 mieszalnik 13, który przywraca równomierny rozkład osadów w przekrojach rur. W instalacjach wieloprzejściowych za mieszalnikiem 13 umieszczony jest symetryczny rozgałęziacz rurowy, jak pokazuje fig. 2. Tłoczony produkt filtracji jest przy tym albo zawracany poprzez elementy odcinające 27, 28 bezpośrednio do zbiornika 5, albo odprowadzany przez element odcinający 29. Bezpośrednio potem element odcinający 22 zostaje otwarty, natomiast elementy odcinające 11,19 zostają zamknięte.

Dalszy proces zagęszczania odbywa się z udziałem tylko grupy 1 modułów membranowych. Z reguły grupa 1 zawiera najednym przejściu taką samą lub mniejszą liczbę modułów membranowych, jak grupa 2. Przy tej samej lepkości produktu filtracji spadek ciśnienia na grupie 1 jest zatem równy jedynie połowie spadku ciśnienia przy równoczesnej pracy grup 1 i 2.

Dzięki tym mniejszym stratom ciśnienia zagęszczanie można kontynuować przy udziale tylko grupy 1. Regulacja ilości i ciśnienia ma w zasadzie taki sam przebieg, jak w przypadku wspólnej pracy obu grup 1 i 2. Po całkowitym otwarciu zaworu wspomagającego 20, przy utrzymaniu stałego ciśnienia równego 6,5 · 10⁵ Pa, mierzonego czujnikiem 23, strumień produktu fil

178 996 tracji, mierzony przepływomierzem 25, zostaje zredukowany do około 45 m³/h. Produkt filtracji w zbiorniku 5 zostaje wówczas zagęszczony do około 85% zawartości mokrych osadów. Produkt ten odprowadza się teraz, otwierając element odcinający 29 i zamykając zawór wspomagający 20. Następnie pozostały w grupie 1 produkt filtracji podlega znowu rozcieńczeniu przed ponownym dołączeniem grup 2 i 3 za pomocą otwarcia elementów odcinaj ących 11,14 i zamknięcia elementów odcinających 22, 21.

Niebezpieczeństwo, że substancje o zwiększonej zawartości mokrych osadów będą się odrywać ze strefy pomiędzy elementami odcinającymi 11,22 z opóźnieniem i zatykać poszczególne rury membranowe w grupie 2 lub 3 modułów membranowych, zostaje zmniejszone dzięki wykonaniu elementów odcinających według fig. 4,5 i 6. Przedstawiony na fig. 4 rozgałęziacz 40 zawiera elementy odcinające 11,22, 28 według fig. 1. Strumień produktu filtracji napływa przy tym z grupy 1 poprzez wlot 41 i przechodzi przez otwarty element odcinający 11 do grupy 2, podczas gdy przed zamkniętym elementem odcinającym 22 w martwej strefie 42 gromadzą się osady o wysokiej lepkości. Osady te są w odpowiednich momentach zawracane w trakcie procesu zagęszczania przez element odcinający 28 i otwór spustowy 55 do obiegu produktu filtracji w takim miejscu, gdzie ryzyko zatkania modułów membranowych jest stosunkowo niewielkie.

Postać wykonania elementów odcinających 11,22 według fig. 5 zawiera rozgałęziacz 50 z wlotem 51. Odstęp T osi obrotu elementów odcinających 11,22 jest przy tym tylko nieznacznie większy od średnicy D wlotu 51, korzystnie

T/D= 1,2 do 1,5 tak, że nie ma w tym przypadku martwej strefy 42 w rodzaju przedstawionej na fig. 4. Figura 6 ukazuje przekrój rozgałęziacza 50 według fig. 5.

Na przedstawionym na fig. 2 schemacie instalacji do zagęszczania według wynalazku elementy konstrukcji, odpowiadającej fig. 1, są zaopatrzone w takie same odnośniki. Instalacja według fig. 2 zawiera tylko dwie grupy 1, 2 modułów membranowych, których funkcja została już opisana w odniesieniu do fig. 1. Do zachodzącego podczas odłączania grupy 2 tłoczenia produktu filtracji o stopniu zagęszczenia około 60% z grupy 2 służy według fig. 2 element odcinający 37. Odprowadzanie produktu filtracji po zagęszczeniu do około 85% zawartości mokrych osadów odbywa się według fig. 2 poprzez otwarcie elementu odcinającego 38 i zamknięcie zaworu wspomagającego 20.

Figura 2 ukazuje grupy 1, 2 modułów membranowych w wersji 4-przejściowej. Grupa 1 zawiera połączone równolegle przejścia 101, 102,103, 104, natomiast grupa 2 zawiera połączone równolegle przejścia 201,202,203,204. Każde z przejść grupy 2 składa się z ośmiu połączonych szeregowo modułów membranowych, co widać dokładniej na fig. 3. Do obu grup 1, 2 używana jest tylko jedna wspólna pompa obiegowa 7.

Figura 3 ukazuje schemat przestrzennego rozmieszczenia modułów membranowych w instalacji do zagęszczania według fig. 2 w wykonaniu alternatywnym, w którym grupa 1 zawiera w każdym przejściu tylko pięć, natomiast grupa 2 dziewięć połączonych szeregowo modułów membranowych. Pozostałe elementy konstrukcji według fig. 3 są zaopatrzone w odnośniki odpowiadające fig. 2. Wszystkie moduły membranowe, które w przejściu 204 oznaczone są odnośnikami 2041 do 2049, obejmująz reguły wiązkę dziewiętnastu, połączonych równolegle, rur membranowych analogicznych do opisanych w odniesieniu do fig. 1. Przewody 10 przefiltrowanej cieczy, należące do grup 1, 2 według fig. 1 nie są przedstawione na fig. 3.

Jak pokazuje fig. 3, przewody produktu filtracji dla poszczególnych przejść 201 do 204 są połączone w grupach. Do tego celu stosuje się symetryczne rozgałęziacze rurowe, które służą równocześnie do tego, by przewody produktu filtracji łączyć na wejściu i wyjściu każdej z grup 1, 2 w jeden przewód. Na tych wspólnych pojedynczych przewodach odbywa się włączanie i wyłączanie grup 1, 2 modułów membranowych.

Przykład. Zastosowanie odłączalnych jednostek modułowych

Na podstawie tabeli 1 i wykresu 1 opisano przebieg przeprowadzonego w praktyce procesu zagęszczania przy użyciu odłączalnych jednostek modułowych.

178 996

Zastosowana do tego celu instalacja zagęszczająca odpowiada następującej charakterystyce:

Instalacja jest zaopatrzona w 4 przejścia i dwie przełączalne grupy, z których każda zawiera 8 połączonych szeregowo modułów na każde przejście. Jeżeli obie grupy są czynne, wówczas w obiegu produktu filtracji znajduje się jednocześnie 16 połączonych szeregowo modułów na jedno przejście. Jeżeli jedna grupa zostanie odłączona, wówczas na jedno przejście przypada jeszcze 8 połączonych szeregowo, czynnych modułów. Cała instalacja jest wyposażona w 4 x 16 = 64 moduły. Stosuje się moduły typu Supercor firmy Koch. Każdy z tych modułów ma wewnątrz 19 rur membranowych o średnicy wewnętrznej 0,0127 m (1/2 cala). Długość każdej z tych rur wynosi 3 metry. Na każdy moduł przypada czynna powierzchnia membrany równa 2,2 m². Graniczna rozdzielczość membrany wynosi około 20000 daltonów. Dopuszczalne ciśnienie wewnętrzne w rurach membranach wynosi 6 10³ Pa.

Do tłoczenia produktu filtracji zainstalowana jest pompa śrubowa jednowimikowa o maksymalnej wydajności równej 90 m³/h przy maksymalnym ciśnieniu równym 6 · 10³ Pa. Poza tym budowa instalacji odpowiada w dużej mierze schematowi z fig. 2.

1. Zagęszczanie wstępne z dwiema czynnymi grupami, ogółem 16 połączonych szeregowo modułów membranowych na jedno przejście

Zagęszczaniu poddano produkt filtracji, uzyskany w produkcji z czterech ustawionych wcześniej instalacji ultrafiltracyjnych do klarowania wyciskanych soków jabłkowych. Produkt filtracji pochodzący z tych instalacji był już w dużej mierze wymyty wodą. Ilość rozpuszczalnej substancji suchej wynosiła nadal 0,76% wagowych, udział mokrych osadów 30% objętościowych, zaś temperatura produktu filtracji 53°C. Celem produkcji było dalsze zagęszczenie i zatężenie osadów do około 80% objętościowych. Pozostałość produktu filtracji, pozostająca po procesie zagęszczania, powinna zatem być mniejsza niż 40% doprowadzonej ilości produktu filtracji.

Po rozpoczęciu produkcji o godz. 14:50 strumień produktu filtracji utrzymywano na stałym poziomie, pomiędzy 75,2 i 77 m³/h, za pomocą w przybliżeniu niezmiennej liczby obrotów pompy śrubowej jednowimikowej. Jednocześnie za pomocą regulatora utrzymywano stałą wartość ciśnienia wejścia w moduły na poziomie około 5,5 · 10⁵ Pa, dławiąc lekko przepływ na wyjściu modułów za pomocą zaworu regulacyjnego 20. Ciśnienie wyjściowe na modułach wynosiło przy tym 2,2 · 10⁵ Pa. Początkowa wydajność filtracji wynosiła 12,7 m³/h. Zbiornik 5 był początkowo nadal zasilany zagęszczaną cieczą, w związku z czym poziom w zbiorniku 5 wraz z upływem czasu wzrósł z 65 do maksymalnie 83%.

Po pomiarze nr 5 nastąpiło przerwanie dopływu zagęszczanej cieczy 4 w zbiorniku 5. W następstwie tego nastąpiło szybkie obniżenie poziomu w zbiorniku, a co za tym idzie, szybkie zatężenie osadów w produkcie filtracji. Zatężenie osadów zwiększyło jednocześnie lepkość, a wraz z nią, przy stałej prędkości przepływu w rurach membranowych, spadek ciśnienia pomiędzy substancjami na wejściu i wyjściu obu przełączalnych grup modułów membranowych. Ponieważ po kolejnym wzroście lepkości w pomiarze nr 7 rosnący spadek ciśnienia nie dawał się już wyrównać poprzez dalsze otwieranie zaworu wspomagającego 20, ciśnienie wejścia w moduły wzrosło do 6 · 10⁵ Pa, osiągając tym samym wartość ciśnienia, zadaną w układzie sterowania instalacją do odłączania drugiej grupy modułów. W tym celu produkt filtracji w obu grupach rozcieńczono najpierw wodą i oddzielono z obu grup, druga grupę odłączono, następnie doprowadzono zagęszczony wstępnie produkt filtracji i poddano go dalszemu zagęszczaniu. Cały proces płukania i przełączania trwał mniej niż 3 minuty i zachodził w sposób całkowicie zautomatyzowany.

2. Zagęszczanie z jedną czynną grupą modułów, ogółem 8 połączonych szeregowo modułów na jedno przejście

Ponieważ w tym układzie połączonych jest szeregowo tylko 8 modułów na jedno przejście, strata ciśnienia na tej grupie jest początkowo niewielka, co przejawia się w lekkim wzroście wydajności tłoczenia produktu filtracji do około 83 m³/h i wzroście ciśnienia wyjściowego grupy do 2,9 · 10⁵ Pa. Ciśnienie wejściowe w grupie modułów jest przy tym znowu utrzymywane na stałym poziomie 5,8 10⁵ Pa za pomocą obwodu regulacyjnego. Zachodzi teraz dalsze zatężanie osadów

178 996 w produkcie filtracji przy nadal obniżającym się poziomie w zbiorniku i ponownie rosnącym spadku ciśnienia na grupie modułów. Ponieważ wyrównanie za pomocą zaworu wspomagającego jest możliwe jedynie do pomiaru nr 9, ciśnienie wejścia w grupę wzrasta ponownie do 6 · 10⁵ Pa. W ten sposób osiąga się drugą zadaną wartość ciśnienia, która przy pomiarze nr 10 tak reguluje zwrotnie liczbę obrotów pompy obiegowej, że ciśnienie wejścia w moduły pozostaje na stałym poziomie 6 · 10⁵ Pa. Wraz z upływem czasu stężenie produktu filtracji nadal rośnie. Przepływ produktu filtracji ulega dalszemu zmniejszeniu i przy pomiarze nr 12 osiąga zadaną wartość równą 30 m³/h. Im niższa jest ta wartość, tym wyższy można osiągnąć stopień zagęszczenia produktu filtracji. Pod koniec tego procesu zagęszczania osiągana zawartość osadów mokrych w produkcie filtracji wynosiła około 89%, co zostało zmierzone za pomocą wirówki laboratoryjnej przy 3000 g i czasie trwania wynoszącym 10 minut.

Odłączalne jednostki modułowe

Tabela 1

Pomiar	Czas	Produkt filtracji	Substancja oczyszczona	Ciśnienie na wejściu	Ciśnienie na wyjściu	Ilość modułów na przejście	Zbiornik zawartość
nr	h	m³/h	m³/h	Pa	Pa		%
1	14:50	77,00	12,70	5,810⁵	0,9-10⁵	16	65
2	16:46	76,90	12,50	5,510⁵	2,2-10⁵	16	76
3	17:35	76,50	12,00	' 5,5-10⁵	2,3-10⁵	16	80
4	18:13	76,20	12,50	5,5-10⁵	2,3-10⁵	16	83
5	19:03	75,70	12,30	5,5-10⁵	2,2-10⁵	16	84
6	19:20	75,40	12,60	5,5-10⁵	2,3-10⁵	16	78
7	19:47	75,20	13,00	6-10⁵	1,3-10⁵	16	56
8	20:00	82,60	6,20	5,5-10⁵	2,9-10⁵	8	51
9	20:14	83,40	5,70	5,5-10⁵	2,2-10⁵	8	48
10	20:37	59,10	3,40	6-10⁵	0,9-10⁵	8	40
11	20:42	51,10	2,60	610⁵	0,9-10⁵	8	38
12	20:51	30,00	2,10	6-10⁵	0,9-10⁵	8	36

Z powyższego opisu konstrukcji i zasady działania instalacji według wynalazku, przedstawionych na fig. 1 do 3, oraz sposobu według wynalazku wynika, że zgodnie z postawionym na wstępie zadaniem głównym celu włączania i wyłączania grup modułów membranowych stanowi poprawa całkowitej wydajności instalacji filtracyjnej. Wydajność procesu filtracji wzrasta proporcjonalnie do wielkości zastosowanej powierzchni membran. Zależnie od konkretnego zastosowania czas potrzebny do zajścia całego procesu zagęszczania wynosi do 20 sekund. W trakcie tego czasu lepkość cyrkulującego produktu filtracji wzrasta początkowo powoli, a pod koniec procesu szybciej. W wyniku dołączenia grupy 2 lub 3 modułów membranowych w zakresie niższej lepkości chwilowa wydajność filtracji ulega najczęściej co najmniej dwukrotnemu zwiększeniu.

178 996

Odł^czalna jednostki modułowe

Odpływ oczyszczonej substancji, ciśnienia, liczba modułów w szeregu

Przepływ produktu filtracji Poziom w zbiorniku m3/h % m3/h bar bar szeregowo

178 996

Cd

178 996

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych przy użyciu technologii membranowej z zastosowaniem instalacji z połączonymi szeregowo kilkoma grupami modułów membranowych z obiegiem produktu filtracji, przy czym za pomocą, pracującej w systemie okresowym lub quasi-ciągłym, instalacji membranowej produkt filtracji zagęszcza się w pierwszym etapie, wykorzystując wszystkie grupy modułów membranowych, do chwili, gdy wskutek procesu zagęszczania stopień zagęszczenia produktu filtracji przekroczy pierwszą zadaną wartość, znamienny tym, że wówczas w drugim etapie podczas procesu zagęszczania odłącza się kolejno ze strumienia produktu filtracji co najmniej jedną grupę (2,3) modułów membranowych, a zagęszczanie prowadzi się dalej do chwili osiągnięcia drugiej wartości stopnia zagęszczenia produktu filtracji, po czym w trzecim etapie zagęszczony produkt filtracji odprowadza się z obiegu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie pomiaru spadku jego ciśnienia na co najmniej jednej grupie (1, 2, 3) modułów membranowych.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie jego przepływu w obiegu produktu filtracji.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie pomiaru jego lepkości.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień zagęszczenia produktu filtracji wyznacza się na podstawie pomiaru jego zmętnienia.
6. Instalacja do zagęszczania mieszanin cieczy i ciał stałych, przy użyciu technologii membranowej zawierająca kilka grup modułów membranowych, przy czym każda z grup zawiera wejście substancji filtrowanej, wyjście produktu filtracji oraz kilka modułów membranowych pomiędzy tym wejściem i wyjściem, przy czym grupy modułów membranowych sąpołączone szeregowo w obiegu produktu filtracji tak, że wyjście produktu filtracji jednej grupy modułów jest połączone przewodem rurowym z wejściem substancji filtrowanej następnej grupy modułów, znamienna tym, że zawiera elementy odcinające (21, 22) usytuowane na przewodach rurowych, łączących wyjście produktu filtracji co najmniej jednej grupy (1,2,3) modułów membranowych z wejściem substancji filtrowanej pierwszej grupy (1) modułów membranowych, oraz zawiera elementy odcinające (11,14) usytuowane na przewodach rurowych łączących wejście substancji filtrowanej co najmniej jednej następnej grupy (2, 3) modułów i wyjście produktu filtracji poprzedniej grupy (1, 2) modułów.
7. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że zawiera urządzenie mieszające (9,13), umieszczone w strumieniu produktu filtracji przed odłączalną grupą(2,3) modułów membranowych.
8. Instalacja według zastrz. 7, znamienna tym, że urządzenie mieszające (9,13) ma postać mieszalnika statycznego.
9. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że odłączalna grupa (2,3) modułów membranowych ma postać grupy wieloprzejściowej z kilkoma równoległymi ścieżkami produktu filtracji, przy czym każda ścieżka produktu filtracji zawiera kilka, połączonych szeregowo, modułów membranowych, zaś wzajemnie równoległe ścieżki produktu filtracji uchodzą do wspólnego przewodu do doprowadzania względnie odprowadzania produktu filtracji, przy czym elementy odcinające (11, 22) umieszczone są na wspólnych przewodach produktu filtracji, w które połączone sąprzewody produktu filtracji dla poszczególnych równoległych ścieżek produktu filtracji w postaci przejść (101-104, 201-204).

178 996
10. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że przewody doprowadzające i odprowadzające produkt filtracji dla poszczególnych przejść (101-104,201-204) przy podziale i łączeniu we wspólne przewody produktu filtracji dla wszystkich przejść (101-104, 201-204) mająjednakową długość.
11. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że elementy odcinające (21, 22) mają przyłącza zawierające co najmniej jeden otwór spustowy (55), zaopatrzony w dodatkowe elementy przełączeniowe (27, 28).
12. Instalacja według zastrz. 11, znamienna tym, że otwór spustowy (55) jest bezpośrednio lub pośrednio połączony ze strumieniem produktu filtracji.
13. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że w przewodzie doprowadzającym produkt filtracji do odłączalnej grupy (2,3) modułów membranowych umieszczona jest co najmniej jedna pompa obiegowa (12,15).
14. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że obieg produktu filtracji w instalacji zawiera urządzenie (26,7,8,20) do regulacji wielkości, cyrkulującego w nim, strumienia produktu filtracji.
15. Instalacja według zastrz. 14, znamienna tym, że urządzenie do regulacji strumienia produktu filtracji zawiera pompę (7) o regulowanej liczbie obrotów.

* * *