專利名稱：橫流過濾設備和用于故障定位的方法
技術領域：
本發明涉及權利要求1的前序部分中所述種類的一種橫流過濾設備以及按權利要求7的前序部分所述的用于在一種這樣的設備中進行故障定位的方法。
如果涉及到要對于分子彌散的或膠體彌散的混合物進行過濾-在某種情況下有固體或懸浮物的成分，那就可以有利地應用這樣的橫流過濾設備。這種混合物的例子就是象在生產果實汁或水果汁時首先產生的混合物那樣。這些混合物然后一方面通過過濾而分離成清澈的果實汁或水果汁，另一方面是基本上殘留的懸浮漿料。混合料例如在過濾前也還可以添加進活性炭，以達到某些作用。這種活性炭然后也必須和懸浮料一起與液體分離。
在權利要求1的前序部分中所述的橫流過濾設備由WO-A1-01/51186就已知了。此處說明了一種解決辦法，即如何能除去由于固體滯留物成分而引起的過濾模塊堵塞。在這種類型的設備里也就是存在如下問題過濾元件可能發生堵塞，從而生產不得不中斷，以便首先除去所述堵塞。但生產中斷是不希望的。
由JP-A-07112185已知一種廢水處理裝置，其中也公開了應用壓縮氣體的一種清洗方法。
由JP-A-06226065已知一種清洗薄膜過濾器的方法。此時通過反流沖洗同時應用空氣來進行清洗。
由瑞士專利申請2242/01已知，在過濾過程中監測混合物的粘度。這樣就可以達到根本就不會發生堵塞。
由WO-A1-00/03794已知一種過濾設備，在此設備中在過濾循環結束之后通過一個閥門可以輸入沖洗水，該沖洗水用于將高粘度殘留物從過濾器單元里擠排出去。通過一種這樣的沖洗，如果及時進行的話，那就能阻止發生堵塞。但是進行沖洗決不是沒有問題了，因為粘度發生了突然的變化。因此盡管及時進行沖洗仍可能在過濾模塊的膜管里發生殘留物的堵塞。
由瑞士專利申請0204/02已知，這樣來進行沖洗，從而阻止了粘度發生突然性的變化。
已經了解到橫流過濾設備的各種不同方案，它們都可以實現可靠的工作。但原則上存在以下問題包含在這樣的設備里的過濾元件的使用壽命是有限制的。所出現的問題之一就是過濾元件可能有漏洞，因而不再能繼續進行過濾。
由WO-A1-98/19778已知用于這種橫流過濾設備的薄膜模件。該模件含有以卷繞彎曲狀布置在薄膜模件里的管膜。許多這樣的薄膜模件可以在橫流過濾設備里相互平行地布置。例如由WO-A1-01/51186已知的設備具有800個并聯的膜管。
由于一個漏洞而使單個膜管失效，則會造成不能再成功地進行過濾，這是因為產生的透過物不再是清澈了。通過裝入一個渾濁度傳感器雖然可以測出來-如果這是必要的話，但也存在以下問題必須對失效的膜管確定位置。用眼睛來尋找出最大渾濁度的位置一般來說達不到目的。
本發明的任務是完成一種橫流過濾設備，其性能應保證用它能夠實施一種故障定位的方法。
所述任務按本發明通過具有權利要求1的特征的橫流過濾設備以及通過具有權利要求7的特征的一種方法來解決。有利的改進方案見從屬權利要求。
以下根據附圖對本發明的實施例進行詳細說明。附圖示出
圖1一種橫流過濾設備的示意圖。
圖2一個過濾元件的細節圖。
在圖中1表示一個過濾元件，其中將所想要的液相從混合物里分離出來。它并不取決于過濾元件1的結構類型。如果過濾元件1例如包含有直的或卷繞的管狀膜或者毛細管的話，那就首先應用本發明，這是因為用這樣的過濾元件1大多就可以處理具有高含量懸浮漿料的混合物。如果過濾元件1的一些部分出現了堵塞，那么就有規律地造成停止工作，并伴有其所有不利的后果。
所需過濾的混合物位于一個產品液箱2里。它從此液箱經過一個輸送管路3抵達過濾元件1。在輸送管路3里使用了一個輸送泵4和一個流量計5，其中輸送泵4的轉速可以由流量計5來控制或調節，從而使得或者是通過輸送管路3的運輸能力或者是在過濾元件1的入口處在輸送管路3里的壓力保持恒定。這就可以按已知的方式實現一種經濟的生產。
在產品液箱2的通入到輸送管路3里的出口處有一個油箱截止閥6，它可以電動地或風動地操縱。在過濾元件1的次級側有一個透過物管路7連接在這個元件上，通過該透過物管路使所述在過濾元件1里分離出的透過物、也就是說例如清澈的水果汁能夠被取走。
另一方面有一條回流管路8從過濾元件1通至產品液箱2。其中，使殘留物從過濾元件1返回至產品液箱2。在所述回流管路8里設有一個節流閥9，它同樣可以電動地或風動地操縱。這個節流閥9可以由一個殘留物管路壓力傳感器10而來地進行控制，該傳感器檢測過濾元件1的殘留物入口處的壓力。在回流管路8處可以緊靠在過濾元件1之后布置另一個殘留物管路壓力傳感器10’。由殘留物管路壓力傳感器10可以檢測到的、緊靠在過濾元件1之前在回流管路3里的壓力與泵4的輸送能力和過濾元件1的狀態有關。混合物的粘度愈高，通流阻力就越高。粘度的增高可能是例如由于混合物中固體物質或懸浮物質的含量增高引起的。根據這種通流阻力可以電動地或風動地使節流閥9或多或少地打開或者關閉。在回流管路8通入到產品液箱2里之前有一個回流管路截止閥11，如果這個閥要使離開過濾元件1的殘留物都返回至產品液箱2的話，那么該閥是常開的。
位于液箱2里的混合物在液箱截止閥6打開時借助于輸送泵4運輸至過濾元件1。在過濾元件1里從混合物里分離出透過物。殘留物則通過回流管路8在回流管路截止閥11開啟時返回至產品液箱2。因而在過濾時就使循環流動的混合物的粘度提高了，因為如果在過濾元件1中分離出的透過物越多，在混合物中的固體物或懸浮物的成分就總是不斷提高。同時過濾能力下降了。若混合物的粘度達到某個大小，那就必須終止過濾，確切地說要及時終止，從而使過濾元件1不會堵塞。循環流動的混合物因此可以通過開啟一個布置在過濾元件1之后的排出閥12從回路里排出。
若要開始過濾過程的話，那么首先經過一段產品管路13將所要過濾的混合物輸送給產品液箱2。然后使輸送泵4運行。開始時在產品液箱2里的混合物粘度相對較低。對于輸送泵4的調節應保證通過輸送管路3的輸送能力保持恒定。在過濾元件1里分離出透過物，因而離開過濾元件1的殘留物具有較高的粘度。該殘留物又被輸送給產品液箱2。其數量則由于在過濾元件1里分離出透過物而變少了。通過產品管路13輸入另外的混合物用于進行補償。隨著過程的不斷進展，處于液箱2里的混合物的粘度就不斷地增高。如果輸送泵4使經過輸送管路3的輸送能力保持為恒定的話，那么粘度增高就造成了用殘留物管路壓力傳感器10可以檢測到的壓力升高。因為這個壓力針對過濾元件1的可承載性不得超過某一個極限值，因此輸送泵4的調節必須要保證不超過這個極限值。過濾能力則下降。
這樣就可以達到一種狀態過濾能力對于一種經濟地運行來說太小了，而且最終也不再可靠了，那么就要終止過濾。但是不得使過濾設備里的輸送泵4關停，因為這不可避免地會造成堵塞。現在就必需將處于設備里的混合物從所述設備里排出。熟知的方式是通過沖洗。為使所述位于過濾元件1的次級側的產品、透過物不會由于沖洗水而變稀，要在開始沖洗過程之前將產品排出。
因此設有一個沖洗水箱14，從水箱里可以將沖洗水經過一條沖洗管路15引入到輸送管路3中。在沖洗管路15里設有一個沖洗管路截止閥16。在沖洗水箱14和沖洗管路截止閥16之間還設有一個元件，其任務在于阻止在打開沖洗管路截止閥16時讓可觀數量的混合物從輸送管路3回流至沖洗水箱14。當從過濾過程過渡至沖洗過程的同時，或多或少地關閉液箱截止閥6，并打開沖洗管路截止閥16。液箱截止閥6和沖洗管路截止閥16由一個控制儀20來操縱，用此儀器可以控制所述過濾過程。在或多或少同時地開啟沖洗管路截止閥16和關閉液箱截止閥6時，由于在產品液箱2里的容量和沖洗水箱14里的容量之間的一個液位高度差H、如果該液位高差H達到某個數值的話，就可能使混合物從產品液箱2流向沖洗水箱14，其中也必須考慮到產品液箱2里的密度大于沖洗水箱14里沖洗水的密度。通過所述的元件阻止了可觀數量的混合物在向著沖洗水箱14的方向上的這種進入。由于在已知的過濾設備中沖洗管路15大多達到幾米長，因此沖洗水箱14沒有受到混合物進入的傷害。沖洗水箱14里的水也就是說未受污染。
這種阻止混合物回流的元件或者是一種止回閥17或者是一種回流節流閥17’，如同這由瑞士專利申請0204/02中所知的那樣。
在以前所描述的生產循環結束時沖洗水位于過濾元件1里。那么關停橫流過濾設備。然后也可以進行維護作業。
一種這樣的橫流過濾設備可以很可靠、很經濟地運行。正常運行時可以可靠地排除過濾元件1的堵塞。但存在以下問題工作運行時在過濾元件1里可能出現失效。在過濾元件1的其中一個膜管里的一個漏洞則造成透過物不再清澈。那就必須使設備停機，以更可以換失效的元件。如開頭所述，失效位置的識別一定還有問題。
因此按照本發明規定了有一種壓縮空氣管路25通入輸送管路3中到達過濾元件1，該壓縮空氣管路可以由一個壓縮空氣截止閥26截止住。通過打開壓縮空氣截止閥26借助于壓縮空氣將過濾元件1里的沖洗水從過濾元件1里排出去。為使壓縮空氣不進入輸送管路3和布置在此管路里的輸送泵4以及流量計5，還必需在過濾元件1的附近在輸送管路3里設置一個輸送管路截止閥28。
由瑞士專利0204/02已知的排出閥12如圖1所表示的那樣最好在緊靠過濾元件1之后進行布置。
若殘留物或沖洗水從過濾元件1里擠排出去了，那么就用空氣充滿過濾元件1的初級范圍。若過濾元件1的其中一個零件具有一個漏洞，那么空氣通過該漏洞就可以進入到過濾元件1的次級范圍里。通過肉眼觀察就可以很容易地識別出漏洞的準確位置。為了能夠識別出過濾元件1里的漏洞，有利的是使過濾元件1里的空氣壓力緩慢地提高。為了能夠實現這樣一種緩慢的壓力變化，最好在壓縮空氣截止閥26和壓縮空氣管路25接入輸送管路3處之間設有一個可調節的節流閥27。因此就可以緩慢地提高作用于過濾元件1上的空氣壓力。然后很容易地觀察到在過濾元件1的哪個位置上有空氣選出。因此就確定了失效的位置。設備則可以停車，并通過更換失效的零部件來排除故障。
但開始時在過濾元件1里還有沖洗水。為了進行漏損檢驗必須首先將該沖洗水實際上完全地從過濾元件1里擠排出去。隨著空氣壓力的緩慢增高這就不可能了，尤其是如果過濾元件1包含有多個并聯的膜管的話；這還要加以指出。
因此有利的是首先應用一種盡可能高的空氣壓力將沖洗水從過濾元件1里擠排出。接著又使壓力降低并緩慢地升高。將沖洗水從過濾元件1里擠排出采用的壓力恰好在過濾元件1的承載極限之下、例如達到6巴。排出沖洗水在壓力為大約3至6巴時進行。接著使壓力降低，最后又緩慢地升高，例如先到1巴，然后又慢慢升到2巴。若過濾元件1失效，那么所謂的冒氣泡點、也就是說空氣冒出來時的壓力達到1至2巴的壓力范圍。
為了使操縱容易，最好平行于可調節的節流閥27設有一個可接通的開關閥29，如在圖1中用虛線所示的那樣。在此情況下最好按如下來進行。在打開壓縮空氣截止閥26之后使開關閥29打開，并因此應用大約3至6巴的空氣壓力將沖洗水迅速而完全地從過濾元件1里擠排出。然后又使開關閥29關閉。接著則借助于可調節的節流閥27使空氣壓力慢慢升至達到冒氣泡點。
這種變型因此是有利的，因為借助于一個可調節的節流閥27不可能使壓力很快地提高，如同為了接近完全地將沖洗水從過濾元件1里排出所必需的那樣。
壓縮空氣管路25最好具有一個蓄壓器32。因而有足夠大量的壓縮空氣在緊靠著橫流過濾設備附近提供使用。常常有這樣的問題工作運行時已有的壓縮空氣管路沒有大的橫斷面而且相對較長。為了保證使過濾元件1完全和順暢地排空吹出，這個蓄壓器32是有利的。蓄壓器32的大小取決于橫流過濾設備的情況，也就是說尤其取決于過濾元件1的尺寸大小。
此處應該提到，各個管路部分在過濾元件1處完全可以是大容積的，因而這些管路部分也可以起到蓄壓器32的作用。
為了直觀清楚起見，在圖1中并未畫出從控制儀20至壓縮空氣截止閥26和至輸送管路截止閥28的控制線路。
蓄壓器32里的壓縮空氣的壓力最好為至少3巴。壓力的上限由過濾元件1的承載極限來定，它例如可達約為6巴。
如果沒有強大有效的壓縮空氣系統可供使用的話，那么也可以使用另一種壓縮空氣、例如可取自一個高壓瓶34的氮氣來代替壓縮空氣。蓄壓器32則可由高壓瓶34供給壓縮空氣，這借助于一個減壓閥35可以無需輸入外界能源而自動地進行。
在圖2中作為一個例子表示了一個過濾元件1，這從原理上說如同由WO-A1-01/51186所已知的那樣。相同的附圖標記表示如同圖1中相同的元件。過濾元件1包含有許多薄膜模件40，它們相互平行地布置在輸送管路3和回流管路8之間。如前所述，如果從壓縮空氣管路25起用壓縮空氣施加于過濾元件1，那么就很容易識別出在一個薄膜模件40里的一個漏洞-氣泡41會從漏洞位置處通過位于過濾元件1里的液體而浮上來。這樣就可以容易地確定失效位置。該失效的薄膜模件40就可以容易地找到，然后就可以更換掉。
可能會發生這樣的情況過濾元件1的失效正好發生在一個生產循環開始的時候，那么，如果殘留物的粘度還比較小，就可以借助于壓縮空氣直接將殘留物從過濾元件1里擠排出去。就不需要在開始找出漏洞之前借助于壓縮空氣進行沖洗了。
同時可能發生以下情況空氣首先根本不能通過失效位置出來，因此故障位置不能找到。若過濾過程已經進行了一定的時間而且因此使混合物的粘度略有升高了，那可能就會是這樣。在過濾元件1的膜管內壁上則已經沉積了一定數量的固體物，該固體物可能阻礙空氣通過。但是因為透過物出現了渾濁，那必然有一個漏洞，所以在這樣情況下就先借助于沖洗水來沖洗過濾元件1，將沉積下來的固體物沖刷掉。為此又使壓縮空氣截止閥26關閉，并使輸送管路截止閥28打開。然后按已知的方式對過濾元件1進行沖洗。接著按所述方式將沖洗水從過濾元件1里排出，然后用緩慢增高的空氣壓力尋找漏洞。
權利要求
1.具有至少一個過濾元件(1)的橫流過濾設備，可以從一個產品液箱(2)經過輸送管路(3)向該過濾元件輸送混合物，其中在產品液箱(2)和輸送管路(3)之間布置了一個液箱截止閥(6)，并且在此設備中沖洗水可以從一個沖洗水箱(14)經過一個沖洗管路(15)和一個沖洗管路截止閥(16)而輸入到輸送管路(3)里，其特征在于，-在輸送管路(3)進入到過濾元件(1)之前設有一個輸送管路截止閥(28)，而且在過濾元件(1)入口側通入一個壓縮空氣管路(25)，該管路可由一個壓縮空氣截止閥(26)截止住。
2.按權利要求1所述的橫流過濾設備，其特征在于，在位于壓縮空氣截止閥(26)和壓縮空氣管路(25)進入到輸送管路(3)處之間在那一段壓縮空氣管路(25)里設有一個可調的節流閥(27)，用該節流閥可以使壓力產生變化。
3.按權利要求2所述的橫流過濾設備，其特征在于，節流閥(27)并聯一個可接通的開關閥(29)。
4.按權利要求1至3中任意一項所述的橫流過濾設備，其特征在于，在壓縮空氣管路(25)里設有一個蓄壓器(32)。
5.按權利要求4所述的橫流過濾設備，其特征在于，蓄壓器(32)可以加載到至少為3巴的壓力。
6.按權利要求1至5中任意一項所述的橫流過濾設備，其特征在于，蓄壓器(32)可以通過一個減壓閥(35)由一個高壓瓶(34)供給壓縮氣體。
7.在按權利要求1所述的一種橫流過濾設備中用于故障定位的方法，其特征在于，使輸送管路截止閥(28)關閉并使壓縮空氣截止閥(26)打開，這樣就借助于壓縮空氣將殘留物或沖洗水從過濾元件(1)里擠排出去。
8.按權利要求7所述的方法，其特征在于，接著以已知的方式將固體物從過濾元件(1)里清洗掉，其方法是從沖洗水箱(14)里將沖洗水輸送給過濾元件(1)。
9.按權利要求8所述的方法，其特征在于，在結束對過濾元件(1)的沖洗以及借助于壓縮空氣將沖洗水擠排出之后又向過濾元件輸送壓縮空氣，其中借助于一個可調節的節流閥(27)使壓力慢慢地增高。
全文摘要
本發明涉及一種具有至少一個過濾元件(1)的橫流過濾設備，可以將一種混合物從一個產品液箱(2)經過一個輸送管路(3)而輸送給這過濾元件。此外還可以將沖洗水從一個沖洗水箱(14)輸送給該過濾元件(1)。按照本發明，在輸送管路(3)通入到過濾元件(1)中之前設有一個輸送管路截止閥(28)，并在過濾元件(1)的輸入側通入一個壓縮空氣管路(25)，該管路由一個壓縮空氣截止閥(26)截止住。通過關閉輸送管路截止閥(28)和打開壓縮空氣截止閥(26)而將殘留物或者沖洗水從過濾元件(1)里借助壓縮空氣擠排出去。由于一個在過濾元件(1)里存在的漏洞使空氣進入到過濾元件(1)的次級范圍中。那么就很容易可以看到空氣在過濾元件(1)的哪個位置上出來。這樣就確定了失效的位置。通過本發明就大大簡化了一種失效過濾元件(1)的維護和修理。
文檔編號A23L2/74GK1646211SQ03808266
公開日2005年7月27日 申請日期2003年3月25日 優先權日2002年4月12日
發明者E·哈特曼 申請人:布克-蓋耶股份公司