SE443075B - Forfarande och anordning for framstellning av mjolkkoncentrat genom membranfiltrering - Google Patents

Description

8402970-1 Vidare måste även mjölkkvalitet kontra filteranläggningens reglerutrustning beaktas. Mjölkens kvalitet är även beroende av den mekaniska behandlingen av mjölken. En mekanisk misshandel leder bl.a. till förstörelse av proteinmem- branet runt fettgloberna i mjölken. Därför måste en skonsam reglerings- utrustning eftersträvas.

Om endast aspekten att medelst enkel apparatur åstadkomma ett lättreglerat koncentrationsförhållande beaktas, torde en satsvis arbetande membranfilter- anläggning ligga närmast till hands. Mjölken samlas i en batchtank och får cirkulera genom membranfiltret tills önskad mängd permeat borttagits. Åter- stående mjölkkoncentrat töms sedan i kyltank. Denna metod har emellertid två klara nackdelar. Dels blir uppehålla- och behandlingstiden lång, vilket naturligtvis påverkar mjölkens kvalitet- Dels tillförs kyltanken hela kon- centratmängdeu på kort tid, varför mjölkens uppehållstid inom det skadliga temperaturintervallet ytterligare förlängs. Det bör även observeras, att koncentrering av mjölk genom ultrafiltrering sker bäst vid en temperatur av S0-60°C, vilket vid ett batchförfarande kan innebära, att i kyltanken redan tidigare kylt koncentrat tillsammans med nytillförd sats når en bland- ningstemperatur inom ovannämnda skadliga intervall. Vid konventionella membranfilteranläggningar för kontinuerlig drift används normalt flödesreg- lering i kombination med koncentrationsmätning, varvid ingående flöde an- Kpassas så att filterenheterna arbetar vid optimal kapacitet. Förutom att flödesmätning och koncentrationsmätning, som vanligen utföres med refrakto- meter, innebär en relativt kostsam reglerutrustning, är denna, inom ultra- filtreringstekniksn, vanliga reglermetod känslig och bör hanteras av spe- ciellt utbildad personal. Då vidare den momentana mjölkproduktionen under pågående mjölkning kan variera avsevärt beroende på om högmjölkande eller lågmjölkande djur mjölkas under ett visst skede, krävs understundom mellan- lagring av avsevärda mjölkmängder för filtrering av mjölken vid konstant kapacitet. Alternativet är att anpassa filterenhetens kapacitet till det momentant producerade mjölkflödet.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att åstadkomma ett förfarande och en anordning för membranfiltrering av vid en mjölkningsanläggning producerad mjölk så att ovannämnda problem med förlängd uppehållstid mellan mjölkning 8402970-1 och kyllagring elimineras samtidigt som en bestämd koncentreringsgrad uppnås medelst en enkel och funktionssïker apparatur.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkoma ett sätt att reglera en membranfilteranlïggning för framställning av mjölkkoncentrat så att anläggningens avverkning enkelt kan anpassas till momentant producerat mjölkflöde under upprätthållande av en exakt koncentreringsgrad utan att nämnda känsliga och kostsama mïtapparatur behöver installeras.

Dessa ändamål har uppnåtts enligt uppfinningen genom ett förfarande av det inledningsvis nämnda slaget, vilket främst kännetecknas av att ett under på- gående mjölkning producerat mjölkflöde direkt kontinuerligt inmatas på en membranfilterenhets koncentratsida efter eventuell uppvärmning till en tem- peratur av 50-70°C, och att koncentrationsgraden hos det från nämnda kon- centratsida utgående koncentratet bestäms genom att två positiva pumpar an- ordnas att arbeta vid ett konstant inbördes avverkningsförhållande och styra var sitt flöde valt bland till koncentratsidan inmatat mjölkflöde, från kon- centratsidan utgående koncentratflöde och från membranfilterenhetens per- meatsida utgående permeatflöde.

Enligt uppfinningen åstadkoms en synnerligen enkel koncentrationsreglering genom att två positiva pumpar, som styr var sitt flöde, samordnas att pro- ducera flöden som bildar en bestämd kvot. Samordningen sker enklast meka- niskt genom gemensam drivaxel eller drivmekanism, men även andra former av synkronisering är möjlig. Hed tanke på att filteranläggningen skall kunna betjänas av ordinarie mjölkningspersonal utan risk för koncentrationsvaria- tioner hos det framställda koncentratet, utgörs kvotreglering av tvâ posi- tiva pumpar, en robust och synnerligen funktionssäker lösning.

För det speciella ändamålet att anpassa Elltreringsutrustnlngens avverkning till den momentana mjölkproduktionen erbjuder vidare kvotregleringen av tvi positiva pumpar enligt uppfinningen en enkel och fördelaktig lösning i det att regleringen av filtrets belastning kan utföras utan någon som helst in- verkan på det förinställda avverkningsförhillandet mellan de tvi pumparna.

Pumparnas totalavverkning kan exempelvis via ett gemensamt drivsystem varie- POOR QUALITY 8402970-1 ras genom ändring av pumparnas varvtal, slagfrekvens eller slagvolym och därigenom anpassas till mängden inkommande mjölk utan att deras relativa avverkning påverkas. Pumparnas totalavverkning kan enklast regleras av nivån i en ackumuleringsrank för producerad mjölk. Regleringsmetoden innebär vidare en skonsam behandling av mjölken i det att behovet av flödesregler- ande strypventiler elimineras. Reglering av de tvâ pumparnas totalavverkning kan vid enklare anordningar enligt uppfinningen även ske manuellt genom t.ex. inställning av pumparnas driftvarvtal med mekanisk variator eller liknande anordning. En dylik enkel reglering kan vara helt tillfyllest vid sådana mjölkningsanläggningar, där variationen i producerad mjölkmängd huvudsakligen är av säsongskaraktär, t.ex. då huvuddelen av djuren befinner sig i sama skede av laktationsperioden. Dock bör automatik för avstängning av filteranläggningen eller emittering av larmsignal alltid finnas, som träder i funktion då mjölken i en ackumuleringstank före filteranläggningen understiger en viss nivå.

Då enligt uppfinningen två positiva pumpar anordnas att reglera tvâ av de tre flödena valt bland inmatat mjölkflöde, utgående koncentratflöde och utgående permeatflöde, inses att tre olika huvudalternativ är möjliga. Ett första alternativ är att reglera ingående flöde och permeatflöde, ett andra -alternativ att reglera ingående flöde och utgående koncentratflöde samt ett tredje alternativ är att reglera utgående koncentratflöde och utgående permeatflöde- Av dessa tre alternativ är endera av de två första alternati- ven att föredraga, och dessa utföringsformer skall beskrivas närmare i det följande med hänvisning till bifogad ritning, där Fig. l visar ett flytschema över en membranfiltreringsanläggning, i vilken två positiva pumpar styr ingående mjölkflöde och utgående permeatflöde, Fig. i visar ett flytschema över en anläggning med två seriekopplade filter och med samma placering av de två positiva pumparna som i fig- l, Pig 3. visar ett modiferat utförande av anordningen i fig- l med samma placering av de två positiva pumparna, ßqf!!! vf-fíVšr ', öar* 8402970-1 Fig. 4 visar en filteranläggning, i vilken de tvâ positiva pumparna styr ingående mjölkflöde och utgående koncentratflöde, Fig. 5 visar en anläggning med två seriekopplade filterenheter och med samma placering av de två positiva pumparna som i fig. 4, och Fig. 6 visar en modifiering av anläggningen enligt fig. 4 med samma place- ring av de två positiva pumparna.

I samtliga figurer 1-6 ingår en membranfilterenhet 1 med åtskild koncentrat- sida 2 och permeatsida 3 av ett membran 4. Från ett utlopp 5 från koncen- tratsidan 2 leder en recirkulationsledning 6 via en cirkulationspump 7 till ett inlopp 8 på koncentratsidan 2. Permeatsidan 3 är försedd med ett per- meatutlopp 9. I fig. 2 och fig. 5, vilka visar anläggningar med två serie- kopplade filterenheter, har motsvarande hänvisningssiffror i den första fil- terenheten givits tillägget a och motsvarande hänvisningssiffror i den andra filterenheten givits tillägget b.

I den i fig. 1 visade anläggningen inkommer från en mjölkanläggning produce- rad mjölk via en ledning 10 till en bufferttank 11 försedd med en nivågivare 12. Till filterenheten 1 inmatat mjölkflöde styrs av en första positiv pump 13, som pumpar mjölk från bufferttanken ll via en ledning 14 och en värme- växlare 15, i vilken mjölken uppvärms till en för membranfiltreringen lämp- lig temperatur, vanligen i omrâdet 50-70°C. En andra positiv pump 16 styr det från permeatsidan 3 utgående permeatflödet genom permeatutloppet 9. De två positiva pumparna 13 och 16 drivs av ett gemensamt drivsystem 17 så att de arbetar vid ett konstant inbördes avverkningsförhållande. Drivenheten 17 kan lämpligen innefatta en elektrisk motor, som är kopplad till en gemensam drivaxel för de tvi positiva pumparna. Pumparnas 13 och 16 totala avverkning styrs av nivågivaren 12 i bufferttanken 11, t.ex. genom variation av motorns driftvarvtal.

För att förhindra oreglerat lïckage via pumpen 13 och en utloppsledning 18 från koncentratsidan 2 är en tryckhillningsventil 19 anordnad i ledningen 18. För övervakning av filtermenbranets 4 kapacitet och kondition ïr ett PooR QUALITY 8402970-1 tryckkännande organ 20 anordnat mellan permeatutloppet 9 och den positiva pumpen 16. Då filtreta kapacitet överskrids t.ex. genom igensättning sjunker trycket på permeatsidan, vilket registreras av det tryckavkïnnande organet som kan utgöras av en manometer eller en tryckvakt. Det tryckavkännande organet 20 kan vara anordnat att styra och reducera pumparnaa 13 och 16 av- verkning via det gemensama styrsystemet 17.

Fig- 2 visar en variant av anläggningen i fig. 1 med tvâ seriekopplade fil- terenheter la och lb. Seriekopplingen av de två filterenheterna la och lb sker via en förbindelseledning 21 mellan enhetens la recirkulationsledning 6a och enhetens lb recirkulationsledning 6b. De positiva pumparna 13 och 16 med den gemensamma drivanordningen 17, tryckhällníngsventilen l9 och det tryckavkännande organet 20 har samma principiella placering och funktion som i anläggningen enligt fig. l och har givits samma hänvisningsbeteckningar.

Den positiva pumpen 16 är dock ansluten till såväl permeatutloppet 9a från filterenheten la som permeatutloppet 9b från filterenheten lb.

Fig. 3 visar en modifiering av anläggningen enligt fig. 1 och skiljer sig från denna genom att utloppet 9 från permeatsidan 3 via ett ventilorgan 22 mynnar i en behållare 23 med nivågivare 24 som öppnar och stänger ventil- organet 22, samt att den positiva pumpen 16 som styr permeatflödet är anord- nad att kontinuerligt avlägsna permeat från behållaren 23. För övervakning av filtermembranets 4 maximala kapacitet och kondition är ytterligare ett nivåkännande organ 24a anordnat i behållaren 23. Då den positiva pumpen 16 pumpat ut större permeatflöde än filterenheten l förmår producera, sjunker nivån i behållaren 23 under flottörorganets 24 reglerområde. Det är då nivå- givarens 24a uppgift att åstadkomma larm eller en anpassning av pumparnas 13 och 16 totalavverkning. En dylik anpassning kan t.ex. astadkommas genom att tryckgivaren 20 via en tyristor 25 eller annan signalomvandlare anordnats att påverka pumparnas 13 och 16 gemensamma drivsystem 17 för att reducera pumparnas totala avverkning.

I det i fig. ä visade flytschemat är en första positiv pump 26 anordnad att styra vid filterenheten l inmatat,mjö1kflöde, medan en andra positiv pump 27 är anordnad att styra det från koncentratsidan 2 utgående koncentratflödet- susanna* :LIV 8402970-1 Den för pumparna 26 och 27 gemensamma drivanordningen har beteckningen 28. I detta fall mynnar permeatutloppet 9 fritt vid atmosfärstryck medan övervak- ning av Eiltermembranets 4 kapacitet och kondition i detta fall lämpligen sker medelst ett tryckavkännande organ 29 på koncentratsidan 2. Om filter- kapaciteten ej motsvarar pumparnas 26 och 27 avverkning, stiger trycket på koncentratsidan 2, och det tryckavkännande organet 29 kan kopplas till ett larmorgan eller en brytkontakt. Det tryckavkännande organet 29 kan även vara anordnat att vid ett visst tryck påverka pumparnas 26 och 27 gemensamma drivanordning 23 så att pumparnas avverkning reduceras.

Fig. 5 visar samma anläggning som i fig. 4 med undantag av att två serie- kopplade filterenheter la och Ib ingår. De tvâ filterenheterna seriekopplas genom att cirkulationsledningen 6a för filterenheten la förbinda med cirku- lationsledningen 6b för filterenheten lb via en ledning 30. Den positiva pumpen 27, som utmatar koncentrat från anläggningen, är ansluten till koncentratutloppet 5b från den andra filterenheten lb.

Fig. 6 visar en modifiering av anläggningen i fig. 4. Modifieringen består i att utloppet från koncentratsidan 2 via ett ventilorgan 31 mynnar i en be- hållare 32 med nivågivare 33 som öppnar och stänger ventilorganet 31, samt att den positiva pumpen 27 som styr koncentratflödet är anordnat att konti- nuerligt avlägsna koncentrat från behållaren 32. Denna utföringsform har fördelen att trycket vid pumpens 27 inlopp är konstant. Pumpen kan därför arbeta vid konstant tryckförhållande eftersom mottrycket även kan göras kon- stant, och god mätnoggrannhet uppnås genom att pumpens interna läckage blir konstant. Denna fördel gäller naturligtvis även för den i fig. 3 visade utföringsformen.

POOR QUALITY

Claims (10)

8402970-1 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av ett mjölkkoncentrat genom membranfiltre- ring av vid en mjölkningsanläggning producerad mjölk, k ä n n e t e c k - n a t a v att ett under pågående mjölkning producerat mjölkflöde (10) direkt kontinuerligt inmatas på en membranfilterenhets (l) koncentratsida (2) efter eventuell uppvärmning till en temperatur av S0-70°C, och att koncentreringsgraden hos det från nämnda koncentratsida utgående koncentra- tet bestäms genom att två positiva pumpar (13, 16) anordnas att arbeta vid ett konstant inbördes avverkningsförhållande och styra var sitt flöde valt bland till koncentratsidan (2) inmatat mjölkflöde, från koncentratsidan (2) utgående koncentratflöde och från membranfilterenhetens (1) permeatsida (3) utgående permeatflöde.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda två positiva pmmpars (13, 16) totalavverkning styrs 1 relation till det vid mjölkningsanläggningen producerade mjölkflödet, så att membranfilterenhetens kapacitet anpassas genom att drivtrycket över filterenhetens membran ställer in sig efter nämnda pumpars avverkning.

3. Anordning för framställning av ett mjölkkoncentrat genom membranfiltre- ring av vid en mjölkningsanläggning producerad mjölk enligt krav 1, vilken anläggning innefattar en filterenhet (ll) med av membran (4) åtskild per- meatsida (3) och koncentratsida (2), inlopp (8) till koncentratsidan för ett matarflöde av mjölk som skall koncentreras, utlopp (5) från koncentratsidan för ett koncentratflöde, en med cirkulationspump (7) försedd recirkulations- ledning (6) mellan nämnda utlopp (5) och inlopp (8) på koncentratsidan (2) och utlopp (9) från permeatsidan (3) för ett permeatflöde, samt eventuellt en värmeväxlarenhet (15) för uppvärmning av nämnda mjölkflöde till en tem- peratur i området S0-70°C, k ä n n e t e c k n a d a v att två positiva pumpar (13, 16) är anordnade att styra var sitt flöde valt bland nämnda matarflöde, koncentratflöde och permeatflöde, att vidare de två posi- tiva pumparna (13, 16) är anordnade att medelst ett för pumparna samordnat FÜOEQ QÉÉÄT ETY 8402970-1 drivsystem (17) arbeta vid ett konstant inbördes avverkningsförhållande, och att nämnda samordnade drivsystem (17) är anordnat att påverkas av det från mjölkningsanläggningen producerade mjölkflödet (10) så att filterenhetens (1) kapacitet anpassas genom att drivtrycket över membranet (2) ställer in sig efter nämnda pumpars (13, 16) avverkning.

4. Anordning enligt krav 3, krï n n e t e c k n a d a v att den ena av nämnda positiva pumpar (13) är anordnad att styra det till membranfilter- enheten (1) inmatade mjölkflödet medan den andra positiva pumpen (16) är anordnad att styra det från permeatsidan (3) utgående permeatflödet, samt att en tryckhållningsventil (19) är anordnad vid ett utlopp (18) från kon- centratsidan (2) för öppning av nämnda utlopp då ett bestämt tryck uppnåtts på koncentratsidan (2).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att ett tryck- kännande organ (20, är anordnat på filterenhetens permeatsida (3) för att övervaka att filtrets maximala kapacitet ej överskrids.

6. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v adt utloppet (9) från permeatsldan (3) via ett ventilorgan (22) mynnar i en behållare (23) med en nivågivare (24), som öppnar och stänger nämnda ventilorgan (22), samt att den positiva pumpen (16) som styr permeatflödet är anordnad att kontinuerligt avlägsna permeat från nämnda behållare (23).

7. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda be- hållare (23) är försedd med en nivågivare (24), som är anordnad att påverka nämnda gemensamma drivsystem (17) för att reducera nämnda positiva pumpars (13, 16) avverkning då permeatet i behållaren (23) understiger en visa nivå.

8. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att den ena positiva pumpen (26) styr det till filterenheten (1) inmatade mjölkflödet och den andra positiva pumpen (27) styr det från koncentratsidan (2) utgå- ende koncentratflödet. POÛR QUALITY 8402970-1 10

9. Anprdning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n'a d a v att ett tryck- kännande organ (29) är anordnat på filterenhetens (1) koncentratsída (2) för att övervaka att filtrets (4) maximala kapacitet ej överskrids.

10. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att ett utlopp från koncentratsidan (2) via ett ventilorgan (31) mynnar i en behållare (32) med en nivågivare (33), som öppnar och stänger nämndna ventílorgan (31), samt att den positiva pumpen (27) som styr koncentratflödet är anordnad att kontinuerligt avlägsna koncentrat från nämnda behållare (32).