185658. lajstromszámú szabadalom • Eljárás folyadékok membránszűrésére az élelmiszeripar területén és berendezés az eljárás foganatosítására
185 658 2 A találmány tárgya eljárás folyadékok membránszűrésére az élelmiszeripar területén, amelynek során a szűrendő folyadékot előszűrő tartályon, majd végszürő tartályon vezetjük keresztül és külön-külön mérjük az előszűrő tartályban és a végszűrő tartályban bekövetkező nyomást. A találmány tárgyát képezi ezen kívül az eljárás foganatosítására alkalmas berendezés is. Az iparban alkalmazott membránszűrő berendezések a közeg áramlása szerint két fő csoportra és e csoportokon belül további alcsoportra oszthatók, úgymint:- keresztáramú berendezések,- direktáramú berendezések. A keresztáramú berendezéseknél a szűrlet a membránnal párhuzamosan áramlik és csak a turbulencia, valamint a nyomáskülönbség, mint hajtóerő viszi át a pórusméretnél kisebb részecskéket a permeátummal a membránon. Alkalmazása mind a mai napig a fordított ozmotikus, illetve ultraszűréses elven működő berendezések területére esik, mivel az igen magas keringetett mennyiséghez képest az elérhető szűrlet mennyisége relatíve csekély. A berendezések a meglehetősen bonyolult felépítés miatt drágák, bár nagy előnyük, hogy a membránok nem tömődnek el hosszú ideig, de a sokszorosra növekedett szivattyúzási teljesítmény miatt csak különleges technológiát igénylő feladatokra rentábilis üzemeltetési kiadások jelentkeznek (ilyen anyagok: vérplazma, tejsavó, aromaanyagok stb.). Ezek a berendezések síkmembrános, csöves és spirálmembrános kialakításban készülhetnek és ipari szélesebb körű elterjedésük a jövőben csak akkor várható, ha a berendezések egyszerűsödnek, vagy a membránok teljesítménye jelentősen növekszik. A direktáramú berendezések a hagyományos szűrési dimenziókban dolgoznak, illetve dolgoztak. E berendezésekre általában jellemző, hogy az áramlás iránya merőleges a szűrő felületére és a szennyezett folyadékból részben szitahatás, részben adszorpciós és elektrokinetikus hatások eredményeként a pórusméretnél nagyobb részecskék a szűrőn fennakadnak. A szürőanyagoknak ennek megfelelően két csoportja alakult ki: az előszűrők vagy mélységi szűrők olyan anyagok, amelyeknek rendezetlen kapillárisain zegzugosan haladva a részecskék részben tehetetlenségük, részben az előzőekben leírt hatások, valamint a folytonos irányelterelés miatt fennakadnak, miközben a folyadék átáramlása zavartalan. A végszűrők ezzel szemben egyenletes pórusméretü lyukakkal ellátott membránszerü anyagok, amelyeknél a szitahatáson kívül az egyéb hatások lényegében elhanyagolhatók. A direktáramú szűrők alkalmazását a szűrőanyag magas ára miatt csak olyan iparágak engedhették meg maguknak, ahol a szűrendő anyag értéke elegendően nagy volt ahhoz, hogy a szűrés még ilyen költségek mellett is rentábilis volt. Ilyen felhasználók főleg a gyógyszeripar, az űrkutatás és a mikroelektronika területéről kerültek ki. A membránszűréshez használt berendezések az ezeken a területeken kialakult konstrukciós elvet követik: maximális biztonság (gyógyszeripari felhasználási cél), magas fajlagos szűrőfogyasztás, külön előszűrés, majd ugyanazon a berendezésen külön lefolytatott végszűrés. Ennek megfelelően - a véletlen eseteket nem számítva - a szürőelemek egyetlen berendezésnél sincsenek maximálisan kihasználva, hiszen más nyomáshatárnál tömődik el egy mélységi elven működő előszűrő, és más volumen után egy felületi membránszűrő. A berendezések felépítésével összhangban alakultak ki a membránszürési eljárások, amelyek során a szűrendő anyagot előszűrőn, majd végszűrőn áramoltatják keresztül, és a szűrést végző szűrőgyertyákat azok eltömődésekor kicserélik. A szűrő eitömődésére jellemző az áramlási ellenállás megnövekedése, amely adott nyomás esetén az áramlási volumen csökkenésében, adott áramlási volumen esetén pedig a nyomáskülönbség megnövekedésében nyilvánul meg. Az élelmiszeripar területén víz, bor, üdítő italok stb. előírt minőségét membránszűrés alkalmazásával érik el. Az ipari méretű felhasználás széles körű elterjedését a költséges szürőgyertyák kicserélésének követelménye akadályozza, illetve csak értékesebb folyadékok szűrésénél teszi lehetővé. Az élelmiszeriparban jelentkező, a szűrés minőségére vonatkozó higiéniás követelmények az egyéb típusú, regenerálható szűrők alkalmazását gyakorlatilag kizárják. Az élelmiszeriparban használható szűrőgyertyák számos típusa ismert, ilyenek leírása található például a Pall Technische Information c. kiadvány (Pali GmbH. Dreieichenhain, Német Szövetségi Köztársaság) Studie Nr. 101a publikációjában (E. A. Kirnbauer és N. Emde: „Eine neue Generation mikrobiologischer Fdüssigkeits- und Gasfilter mit hohen Durchsatzleistungen für die pharmazeutische Industrie und verwandte Industriezweige”). Nem szorul külön magyarázatra, hogy minden olyan megoldás, amely az élelmiszeriparban használt membránszűrő gyertyák hasznos élettartamát növeli, fokozott gazdasági jelentőséggel bír. A találmány feladata olyan eljárás és berendezés létrehozása az élelmiszeriparban folyadékok membránszűrésére, amely többfokozatú szűrés esetén lehetővé teszi az alkalmazott szürőgyertyák élettartamának növelését az előszűrő és végszürő egymástól függetlenített hatékony és gyors tisztítása révén. A kitűzött feladat megoldásánál abból a tényből indultunk ki, hogy a szürőgyertyán bekövetkező nyomásesés a szűrőgyertya eltömődöttségétől függ. A szűrőgyertyákat akkor szokták cserélni, ha a gyártáshoz szükséges áramlási volument a maximális megengedett nyomásesésnél sem tudják átengedni. A találmány szerint mind az előszűrő, mind pedig a végszűrő fokozaton állandó áramlási volument állítunk be (például csavarszivattyú alkalmazásával), amely mellett az egyes szűrőfokozatokon mért nyomásesés a szűrőfokozat áramlási ellenállásától (azaz az eltömődöttségtől) függ. Amennyiben az állandó térfogatú áramlás mellett mért nyomásesés egy előírt első maximumot elér, akkor a normál szűrési üzemmódot leállítjuk, és az előszűrő és végszűrő tartályokat egymástól és 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
