Solche Querstrom-Filtrationsanlagen werden vorteilhaft angewendet, wenn es darum geht, molekulardisperse oder kolloiddisperse Stoffgemische, allenfalls mit Anteilen von Fest- bzw. Schwebstoffen, zu filtrieren. Beispiele für solche Stoffgemische sind Stoffgemische, wie sie bei der Produktion von Frucht-und Obstsäften zunächst anfallen. Diese Stoffgemische werden dann durch die Filtration in klaren Frucht-oder Obstsaft einerseits und die im wesentlichen verbleibenden Trübstoffe andererseits aufgetrennt. Dem Stoffgemisch kann beispielsweise vor der Filtration auch noch Aktivkohle zugesetzt werden, um bestimmte Wirkungen zu erzielen. Auch diese Aktivkohle muß dann mit den Trübstoffen von der Flüssigkeit abgetrennt werden.

Eine Querstrom-Filtrationsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der WO-A1-01/51186 bekannt. Hierin wird eine Lösung gezeigt, wie Verstopfungen des Filtrationsmoduls durch feste Retentatanteile entfernt werden können. Bei Anlagen solcher Art besteht also das Problem, daß die Filterelemente verstopfen können, so daß die Produktion unterbrochen werden muß, um zunächst die Verstopfungen zu entfernen.

Produktionsunterbrüche sind aber unerwünscht.

Aus EP-A1-0 669 159 ist ein Verfahren zur Rückwärtsspülung von Filtrationsmodulen bekannt. Da es hier um Filtrationsmodule für die Wasserreinigung geht, stellen sich keine mit der Produktion von Frucht-und Obstsäften vergleichbaren Probleme.

Aus WO-A2-02/26363 ist eine Membranfilteranlage bekannt. Sie enthält eine Vorrichtung zur Begasung. Durch Begasung des zu filtrierenden Stoffgemisches läßt sich der Druckunterschied zwischen Eintritt und Austritt des Membranfiltermoduls verändern, so daß er beispielsweise gleich Null wird, was den Wirkungsgrad der Filtrationsanlage verbessern soll.

Aus der schweizerischen Patentanmeldung 2242/01 ist es bekannt, während des Filtrationsvorgangs die Viskosität des Stoffgemischs zu überwachen. Damit kann erreicht werden, daß Verstopfungen gar nicht erst auftreten.

Aus WO-A1-00/03794 ist eine Filtrationsanlage bekannt, bei der nach Abschluß eines Filtrationszyklus über ein Ventil Spülwasser einspeisbar ist, das zur Verdrängung von hochviskosen Retentat-Resten aus der Filtereinheit dient. Durch eine solche Spülung kann das Verstopfen verhindert werden, wenn sie rechtzeitig eingeleitet wird. Die Einleitung der Spülung ist aber durchaus nicht unproblematisch, weil sich die Viskosität schlagartig ändert. Somit kann es trotz rechtzeitiger Einleitung einer Spülung zur Verblockung des Retentats in den Membranrohren des Filtrationsmoduls kommen.

Aus der schweizerischen Patentanmeldung 0204/02 ist es bekannt, die Spülung so vorzunehmen, daß die schlagartige Veränderung der Viskosität verhindert wird.

Es ist auch bekannt (WO-A2-01/15797), den Vorratstank einer solchen Anlage, den sogenannten Batch-Tank, unter Druck zu betreiben. Auf dem zu filtrierenden Stoffgemisch lastet dabei ein bestimmter Druck, der beispielsweise durch Druckluft erzeugt wird. Das hat den Vorteil, daß die der Förderung des Stoffgemischs dienende Pumpe weniger Leistung aufbringen muß.

Es sind also verschiedene Ausgestaltungen von Querstrom-Filtrationsanlagen bekannt, die einen sicheren Betrieb ermöglichen. Grundsätzlich besteht aber das Problem, daß auch unvorhersehbare Störungen auftreten können, die zum Betriebsunterbruch führen.

Beispielsweise kann ein Stromunterbruch vorkommen, der dazu führt, daß die Querstrom- Filtrationsanlage augenblicklich still steht. Hat das Retentat im Verlauf des Prozeßablaufs bereits eine hohe Viskosität erreicht, so führt das Stillstehen der Förderpumpe dazu, daß das Retentat im Filterelement still steht. Das kann zu einer Verblockung des Filterelements führen, die einen Wiederstart der Förderung unmöglich macht. Das Filterelement muß dann ausgebaut und von Hand gereinigt werden, was aber nicht immer möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Querstrom-Filtrationsanlage zu schaffen, bei der auch bei unvorhersehbaren Ereignissen Verblockungen des Filterelements vermieden werden.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Schema einer Querstrom-Filtrationsanlage.

In der Figur bedeutet 1 ein Filterelement, in dem die Abtrennung der gewünschten flüssigen Phase aus dem Stoffgemisch erfolgt. Auf die Bauart des Filterelements 1 kommt es dabei nicht an. In erster Linie kommt die Erfindung dann zur Anwendung, wenn das Filterelement 1 beispielsweise gerade oder gewickelte Rohrmembranen oder Kapillarrohre enthält, da mit solchen Filterelementen 1 meistens Stoffgemische mit hohen Trübstoffanteilen verarbeitet werden. Tritt eine Verstopfung von Teilen des Filterelements 1 auf, so führt das regelmäßig zu einem Betriebsunterbruch mit all seinen nachteiligen Folgen.

Das zu filtrierende Stoffgemisch befindet sich in einem Produkttank 2. Von diesem gelangt es durch eine Zuführleitung 3 zum Filterelement 1. In die Zuführleitung 3 sind eine Förderpumpe 4 und ein Durchflußmesser 5 eingesetzt, wobei die Drehzahl der Förderpumpe 4 durch den Durchflußmesser 5 in der Weise steuer-bzw. regelbar ist, daß entweder die Förderleistung durch die Zuführleitung 3 oder der Druck in der Zuführleitung 3 am Eingang des Filterelements 1 konstant bleibt. Das ermöglicht in bekannter Weise eine wirtschaftliche Produktion.

Im Auslauf des Produkttanks 2, der in die Zuführleitung 3 mündet, befindet sich ein Tank- Absperrventil 6, das motorisch oder pneumatisch betätigbar ist. Auf der Sekundärseite des Filterelements 1 ist eine Permeatleitung 7 an dieses angeschlossen, durch die das im Filterelement 1 abgetrennte Permeat, also beispielsweise der klare Obstsaft, abgenommen werden kann.

Andererseits führt vom Filterelement 1 eine Rückführleitung 8 zum Produkttank 2. Darin wird das Retentat vom Filterelement 1 zum Produkttank 2 zurückgeführt. In diese Rückführleitung 8 ist ein Drosselventil 9 eingesetzt, das ebenfalls motorisch oder pneumatisch betätigbar ist. Dieses Drosselventil 9 ist von einem Retentatleitungs- Drucksensor 10 aus ansteuerbar, der den Druck am Retentat-Eingang des Filterelements 1 erfaßt. An der Rückführleitung 8 kann unmittelbar hinter dem Filterelement 1 ein weiterer Retentatleitungs-Drucksensor 10'angeordnet sein. Der vom Retentatleitungs-

Drucksensor 10 erfaßbare Druck in der Zuführleitung 3 unmittelbar vor dem Filterelemente 1 hängt mit der Förderleistung der Förderpumpe 4 und dem Zustand des Filterelements 1 zusammen. Je höher die Viskosität des Stoffgemisches ist, desto höher ist der Durchflußwiderstand. Eine Erhöhung der Viskosität kann beispielsweise durch einen erhöhten Anteil an Fest-oder Schwebstoffen im Stoffgemisch verursacht sein. In Abhängigkeit von diesem Durchtrittswiderstand kann nun das Drosselventil 9 motorisch oder pneumatisch mehr oder weniger geöffnet bzw. geschlossen werden. Vor der Einmündung der Rückführleitung 8 in den Produkttank 2 befindet sich ein Rückführleitungs-Absperrventil 11, das immer dann geöffnet ist, wenn das das Filterelement 1 verlassende Retentat zum Produkttank 2 zurückgeführt werden soll.

Das im Produkttank 2 befindliche Stoffgemisch wird bei geöffnetem Tank- Absperrventil 6 mit Hilfe der Förderpumpe 4 zum Filterelement 1 gefördert. Im Filterelement 1 wird aus dem Stoffgemisch Permeat abgeschieden. Das Retentat wird durch die Rückführleitung 8 bei geöffnetem Rückftihrleitungs-Absperrventil 11 zum Produkttank 2 zurückgeführt. Dadurch erhöht sich im Laufe des Filtrationsprozesses die Viskosität des zirkulierenden Stoffgemisches, weil der Anteil an Fest-oder Schwebstoffen im Stoffgemisch immer weiter steigt, je mehr Permeat im Filterelement 1 abgeschieden worden ist. Gleichzeitig geht die Filtrationsleistung zurück. Hat die Viskosität des Stoffgemisches eine bestimmte Höhe erreicht, muß die Filtration beendet werden, und zwar so rechtzeitig, daß das Filterelement 1 nicht verstopfen kann. Das zirkulierende Stoffgemisch kann deshalb durch Öffnen eines Auslaßventils 12, das hinter dem Filterelement 1 angeordnet ist, aus dem Kreislauf abgenommen werden.

Soll der Filtrationsvorgang begonnen werden, so wird dem Produkttank 2 zunächst über eine Produktleitung 13 das zu filtrierende Stoffgemisch zugeführt. Die Förderpumpe 4 geht dann in Betrieb. Anfangs ist das im Produkttank 2 enthaltene Stoffgemisch relativ niederviskos. Die Förderpumpe 4 wird so geregelt, daß die Förderleistung durch die Zuführleitung 3 konstant bleibt. Im Filterelement 1 wird Permeat abgetrennt, so daß das das Filterelement 1 verlassende Retentat eine höhere Viskosität aufweist. Dieses Retentat wird wieder dem Produkttank 2 zugeführt. Dessen Menge ist wegen der Abscheidung von Permeat im Filterelement 1 kleiner. Zum Ausgleich wird durch die Produktleitung 13 weiteres Stoffgemisch zugeführt. Mit fortschreitender Dauer des Prozesses steigt so die Viskosität des im Produkttank 2 befindlichen Stoffgemisches immer weiter an. Das führt

dann dazu, daß dann, wenn die Förderpumpe 4 die Förderleistung durch die Zuführleitung 3 konstant hält, der mit dem Retentatleitungs-Drucksensor 10 erfaßbare Druck ansteigt. Weil dieser Druck im Hinblick auf die Belastbarkeit des Filterelements 1 einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf, wird dann die Förderpumpe 4 so geregelt, daß dieser Grenzwert nicht überschritten wird. Die Filtrationsleistung geht dann zurück.

Dadurch wird dann ein Zustand erreicht, daß die Filtrationsleistung zu klein für einen wirtschaftlichen Betrieb wird und schließlich auch nicht mehr sicher ist. Dann soll die Filtration beendet werden. Ein Abstellen Förderpumpe 4 der Filtrationsanlage darf nun aber nicht erfolgen, weil dies unweigerlich zur einer Verstopfung führen würde. Es ist jetzt nötig, das in der Anlage befindliche Stoffgemisch aus dieser zu verdrängen. Dies geschieht in bekannter Weise durch Spülen. Damit das auf der Sekundärseite des Filterelements 1 befindliche Produkt, das Permeat, nicht durch Spülwasser verdünnt wird, wird es vor Beginn des Spülvorgangs abgelassen.

Deshalb ist ein Spülwassertank 14 vorhanden, aus dem Spülwasser durch eine Spülleitung 15 in die Zuführleitung 3 eingespeist werden kann. Im Zuge der Spülleitung 15 ist ein Spülleitungs-Absperrventil 16 eingesetzt. Zwischen dem Spülwassertank 14 und dem Spülleitungs-Absperrventil 16 ist noch ein Element angeordnet, dessen Aufgabe es ist, zu verhindern, daß beim Öffnen des Spülleitungs- Absperrventils 16 nennenswerte Mengen des Stoffgemischs aus der Zuführleitung 3 zum Spülwassertank 14 zurückströmen. Beim Übergang vom Filtrations-zum Spülvorgang wird mehr oder weniger gleichzeitig das Tank-Absperrventil 6 geschlossen und das Spülleitungs-Absperrventil 16 geöffnet. Das Tank-Absperrventil 6 und das Spülleitungs- Absperrventil 16 werden von einem Steuergerät 20, mit dem der Filtrationsprozeß steuerbar ist, betätigt. Beim mehr oder weniger gleichzeitigen Öffnen des Spülleitungs- Absperrventils 16 und Schließen des Tank-Absperrventils 6 könnte infolge eines Niveau- Unterschieds H zwischen dem Inhalt im Produkttank 2 und dem Inhalt im Spülwassertank 14 dann Stoffgemisch aus dem Produkttank 2 zum Spülwassertank 14 strömen, wenn der Niveau-Unterschied H eine bestimmte Größe hat, wobei auch zu berücksichtigen ist, daß die Dichte im Produkttank 2 größer ist als jene des Spülwassers im Spülwassertank 14. Dieses Eindringen nennenswerter Mengen des Stoffgemischs in Richtung zum Spülwassertank 14 wird durch das erwähnte Element verhindert. Da bei

bekannten Filtrationsanlagen die Spülleitung 15 meist mehrere Meter lang ist, bleibt der Spülwassertank 14 vom Eindringen von Stoffgemisch verschont. Das im Spülwassertank 14 enthaltene Wasser wird also nicht verschmutzt.

Dieses den Stoffgemisch-Rückfluß verhindernde Element ist entweder ein Rückschlagventil 17 oder eine Rückflußdrossel 17', wie dies aus der schweizerischen Patentanmeldung 0204/02 bekannt ist.

Am Ende eines zuvor geschilderten Produktionszyklus befindet sich im Filterelement 1 Spülwasser. Nun kann die Querstrom-Filtrationsanlage abgestellt werden. Dann können auch Wartungsarbeiten durchgeführt werden.

Eine solche Querstrom-Filtrationsanlage läßt sich also sehr sicher und wirtschaftlich betreiben. Im Normalbetrieb ist das Verblocken des Filterelements 1 mit Sicherheit auszuschließen. Es besteht aber das Problem, daß eine Störung zum Stillsetzen der Anlage führt, wie dies eingangs erwähnt worden ist, wobei vor allem ein Stromunterbruch Ursache der Störung sein kann. Es sind aber auch andere Defekte möglich.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß in die Zuführleitung 3 zum Filterelement 1 eine Druckluftleitung 25 einmündet, die von einem Druckluft-Absperrventil 26 absperrbar ist. Durch das Öffnen des Druckluft-Absperrventils 26 wird das im Filterelement 1 befindliche Retentat mittels Druckluft aus dem Filterelement 1 verdrängt. Damit die Druckluft nicht in die Zuführleitung 3 und die darin angeordnete Förderpumpe 4 und den Durchflußmesser 5 eindringt, ist es zudem erforderlich, in der Nähe des Filterelements 1 in der Zuführleitung 3 ein Zuführleitungs-Absperrventil 28 anzuordnen.

Das aus der schweizerischen Patentanmeldung 0204/02 bekannte Auslaßventil 12 ist vorteilhaft unmittelbar hinter dem Filterelement 1 angeordnet, wie dies in der Figur gezeigt ist.

Damit bei einem Stromunterbruch, durch den auch das Steuergerät 20 nicht mehr funktionsfähig ist, das Retentat aus dem Filterelement 1 sofort verdrängt wird, ehe es verblocken kann, ist das Druckluft-Absperrventil 26 erfindungsgemäß so beschaffen, daß es bei fehlender Ansteuerung selbsttätig öffnet. Gleichzeitig ist das Zuführleitungs- Absperrventil 28 so beschaffen, daß es bei fehlender Ansteuerung selbsttätig schließt.

Auch das Drosselventil 9 sowie das Rückführleitungs-Absperrventil 11 oder das Auslaßventil 12 sind so beschaffen, daß sie bei fehlender Ansteuerung selbsttätig öffnen.

Ist das Drosselventil 9 und das Rückführleitungs-Absperrventil 11 derart beschaffen, wird das mittels Druckluft aus dem Filterelement 1 verdrängte Retentat in den Produkttank 2 geleitet, was in der Regel sinnvoll ist. Alternativ kann aber auch das Auslaßventil 12 so beschaffen sein, daß es selbsttätig öffnet. Dann wird das aus dem Filterelement 1 verdrängte Retentat in eine Auffangwanne 30 geleitet, so daß vom Wartungspersonal später entschieden werden kann, was mit diesem Teil des Retentats geschehen soll.

Tritt also eine Störung auf, sei es durch einen Stromausfall oder durch Betätigen eines Not-AUS-Schalters, so öffnen einerseits das Druckluft-Absperrventil 26 und andererseits das Rückmhrleitungs-Absperrventil 11 oder das Auslaßventil 12 selbsttätig, während das Zuführleitungs-Absperrventil 28 selbsttätig schließt. Ohne die Notwendigkeit einer Bedienungshandlung wird also erreicht, daß das im Filterelement 1 befindliche Retentat augenblicklich durch Druckluft aus dem Filterelement 1 verdrängt wird.

Das zuvor erwähnte selbsttätige Öffnen bzw. Schließen der Ventile kann je nach Bauart der Ventile und Art der Ansteuerung und auch je nach Art der Störung auf verschiedene Art und Weise gelöst werden. So ist beispielsweise das Öffnen bzw. Schließen im Störungsfall durch Federkraft ebenso möglich wie durch eine pneumatische Steuerung.

Vorteilhaft weist die Druckluftleitung 25 einen Speicher 32 auf. Dadurch steht eine genügend große Menge an Druckluft in unmittelbarer Nähe der Querstrom- Filtrationsanlage zur Verfügung. Vielfach besteht nämlich das Problem, daß im Betrieb vorhandene Druckluftleitungen keinen großen Querschnitt aufweisen und relativ lang sind. Um nun zu garantieren, daß das Ausblasen des Filterelements 1 vollständig und zügig erfolgt, ist dieser Speicher 32 vorteilhaft. Die Größe des Speichers 32 richtet sich nach den Gegebenheiten der Querstrom-Filtrationsanlage, nämlich insbesondere nach den Dimensionen des Filterelements 1. Da die Erzeugung von Druckluft bei einem Stromausfall ebenfalls beendet wird, kann also dieser Speicher 32 je nach Gegebenheiten der Anlage unverzichtbar sein, um genügende Sicherheit zu gewährleisten.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur vom Steuergerät 20 zum Druckluft- Absperrventil 26 und zum Zuführleitungs-Absperrventil 28 führende Steuerleitungen nicht eingezeichnet.

Vorteilhaft weist die Druckluft im Speicher 32 einen Druck von mindestens 3 bar auf. Die Obergrenze für den Druck ist gegeben durch die Belastungsgrenze für das Filterelement 1 bzw. dessen Membranrohre.

Steht kein leistungsfähiges Druckluftsystem zur Verfügung, kann anstelle der Druckluft auch ein anderes Druckgas verwendet werden, beispielsweise Stickstoff, das aus einer Hochdruckflasche 34 entnehmbar ist. Der Speicher 32 wird dann aus dieser Hochdruckflasche 34 mit Druckgas versorgt, was mittels eines Druckreduzierventils 35 ohne Zufuhr äußerer Energie selbsttätig erfolgen kann.

Der Fachmann ist überrascht, daß die hier beschriebene Lösung, das Retentat aus dem Filterelement 1 mittels Druckluft verdrängen zu können, tatsächlich funktioniert, weil er weiß, daß das Verdrängen des Retentats mittels Spülwasser durchaus problematisch sein kann, wie dies eingangs beim Kommentar zu WO-A1-00/03794 erwähnt worden ist. Es kann nämlich durchaus zu einer partiellen Verstopfung des Filterelements 1 kommen. Das hat damit zu tun, daß das Filterelement 1 in der Regel aus einer größeren Zahl von parallelen Membranrohren besteht. Wird nun plötzlich Spülwasser gefördert, das das höher viskose Stoffgemisch aus dem Filterelement 1 verdrängt, so kann es vorkommen, daß in einzelnen Membranrohren des Filterelements 1 das höher viskose Stoffgemisch verbleibt, während es aus anderen Membranrohren durch das Spülwasser verdrängt wird.

In jenem der Membranrohre, das wegen der Toleranzen solcher Membranrohre die kleinste Filtrationsleistung aufweist, befinden sich zu diesem Zeitpunkt die wenigsten Feststoffe. Dieses Membranrohr wird folglich vom Spülwasser zuerst freigespült. Damit kann das Spülwasser durch dieses Membranrohr ungehindert fließen, was zur Folge hat, daß der Differenzdruck über der Länge der Membranrohre sinkt, was dann dazu führen kann, daß der verbleibende Differenzdruck nicht mehr ausreicht, um andere, mit mehr Feststoffen belastete Membranrohre freizuspülen.

So überrascht es, daß das Freimachen der Membranrohre vom Retentat mittels Druckluft gelingt, wie dies eingehende Versuche gezeigt haben. Die überraschende Wirkung der Druckluft dürfte mit deren Kompressibilität zusammenhängen. Zwar wird auch bei Anwendung von Druckluft zum Freispülen das am wenigsten mit Feststoffen belastete Membranrohr zuerst freigespült. Sobald das betreffende Membranrohr frei ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft durch dieses Membranrohr stark ansteigen und

zwar deutlich über jene Strömungsgeschwindigkeit, die mit Spülwasser erzeugt wird, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Spülwassers durch die Förderleistung der Förderpumpe 4 bestimmt und damit begrenzt wird. Aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft steigt der Druckabfall über dem zuerst freigemachten Membranrohr. Dies hat dann zur Folge, daß zum Freimachen der übrigen Membranrohre ein höherer Differenzdruck zur Verfügung steht.