GRIM, Gunnar (Hochstr. 6, Weichs, 85258, DE)
| Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Behandlung eines Ausgangsfluids durch ein Querstromfiltermodul (5), wobei das Querstromfiltermodul mindestens eine drehbar gelagerte Filterscheibe (7) aufweist, dadurch geken nzeich net, dass das Querstromfiltermodul kein eigenes Gehäuse aufweist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zum Behandlung eines Ausgangsfluids mit einem Behälter (1) zur Aufnahme des Ausgangsfluids und einem Querstromfiltermodul (5), wobei das Querstromfiltermodul mindestens eine drehbar gelagerte Filterscheibe (7) aufweist, dadurch geken nzeich net, dass das Querstromfiltermodul (5) im Behälter (1) angeordnet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch geken nzeichnet, dass die Behälterwandung eine Befestigungsglocke (8) aufweist, in der das Querstromfiltermodul (5) aufgehängt ist. 4. Vorrichtung zum Behandeln eines Ausgangsfluids mit einem Behälter (1) zur Aufnahme des Ausgangsfluids und einem Querstromfiltermodul (5), zum Abtrennen eines Produktfluids aus dem Ausgangsfluid wobei das Querstromfiltermodul (5) mindestens eine drehbar gelagerte Filterscheibe (7) aufweist und das Querstromfiltermodul (5) in einem separaten Gehäuse (10) angeordnet ist, dadurch ge ken nzeich net, dass das Gehäuse (12) ohne Zwischenschaltung einer Pumpe in Fluidverbindung mit dem Behälter (1) steht. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch geken nzeich net, dass das Querstromfiltermodul (5) angrenzend an eine Behälterwand angeordnet ist. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch geken nzeich net, dass eine Kühlvorrichtung (10) im Bereich des Querstromfiltermoduls (5) angeordnet ist. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge ken nzeich net, dass das Querstromfiltermodul vertikal hängend angeordnet ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch geken nzeichnet, dass das Querstromfiltermodul Rührelemente aufweist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch geken nzeichnet, dass im Behälter (1) ein Rührwerk (11) angeordnet ist. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch geken nzeichnet, dass eine Anzahl von Querstromfiltermodulen vorgesehen ist. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch geken nzeich net, dass der Behälter (1) als Reaktorgefäß zum Behandeln des Ausgangsfluids ausgebildet ist. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch geken nzeich net, dass das Verhältnis der Innenvolumen des Behälters zum Bauvolumen des Querstromfiltermoduls mindestens 3:1, vorzugsweise 10:1 oder größer ist. |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandlung eines Aus- gangsfluids z.B. der Abtrennen eines Produktfluids aus einem Ausgangsfluid gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise zum Aufkonzentrieren von Suspensionen in der Arzneimittelindustrie, der Lebensmittelindustrie oder der chemischen Industrie verwendet. Ein anderes Anwendungsbeispiel ist die Gewinnung von Alkohol, der von Mikroalgen produziert wird und aus einer Algenbrühe abgeschieden werden muss. Andere Beispiele sind Fermentationsbrühen, die ebenfalls aufkonzentriert werden müssen bzw. aus denen das flüssige Fermentationsprodukt abgetrennt wird.
Als besonders vorteilhaft hinsichtlich schonender Produktbehandlung und geringem Energieverbrauchs haben sich dabei Vorrichtungen mit dynamischer Querstromfilterung erwiesen. Bei diesen Vorrichtungen tragen zwei parallel angeordnete Achsen jeweils beabstandete Filterscheiben, wobei die Filterscheiben überlappend ineinandergreifen. Durch Drehen der Achsen wird ein Querstrom erzeugt, der an den Filterscheiben anhaftende Partikel ablöst, und das Permeat wird durch die hohl ausgebildeten Achsen abgeleitet.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 00/473212 bekannt. Im Betrieb wird das Ausgangsfluid, in der Regel eine Suspension, eine Fermentationsbrühe, eine Algenbrühe oder dergleichen in einem Vorratsbehälter gesammelt und dann über eine Leitung einen Kreislauf aus einer Zirkulations- pumpe, einer Querstromfiltervorrichtung und einer Kühleinheit zugeführt. In diesem Kreislauf zirkuliert das Ausgangsfluid, wobei das Produktfluid als Per- meat aus der Querstromfiltervorrichtung abgefüllt wird und das Ausgangsfluid aufkonzentriert wird.
Durch das wiederholte Zirkulieren des Ausgangsfluids im Kreislauf, insbesondere durch das wiederholte Passieren der Zirkulationspumpe, können empfindliche Ausgangsfluide wie Algenbrühen etc. hinsichtlich der Produktqualität beeinträchtigt werden, da im Kreislauf sowohl mechanische als auch thermische Energie eingebracht wird . Des Weiteren ist eine genaue Temperatursteuerung während des gesamten Kreislaufs praktisch nicht erzielbar.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und die es gestattet, auch empfindliche Ausgangs- bzw. Pro- duktfluide schonend zu behandeln.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2 bzw. des Anspruchs 4; die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Querstromfiltermodul direkt im Vorratsbehälter anzuordnen. Unter Querstromfiltermodul ist dabei mindestens eine Achse mit einer darauf angeordneten drehbaren Filterscheibe zu verstehen; vorzugsweise besteht das Querstromfiltermodul aus der eingangs beschriebenen Struktur mit zwei beabstandeten Achsen und mehreren Filterscheiben, die überlappend angeordnet sind, wie es aus der eingangs genannten WO 00/47312 bekannt ist.
Gemäß einem alternativen Vorschlag wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Querstromfiltermodul in einem separaten Gehäuse unterzubringen, wobei das Gehäuse mit dem Behälter ohne Zwischenschaltung einer Pumpe in Fluid- verbindung steht. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist, ein System der eingangs genannten Art ohne Zirkulationspumpe aufzubauen. Dabei wird die Rezirkulierung durch den Dichtunterschied im Aus- gangsfluid, der durch das Querstromfiltermodul erzeugt wird, und durch die Rotation der Filterscheiben aufrechterhalten, wodurch sich eine gleichförmige Aufkonzentrierung im gesamten Behälter ergibt und keine übermäßige Aufkonzentrierung im Bereich der Filterscheiben erfolgt.
Gemäß dem ersten Vorschlag ist somit kein Gehäuse erforderlich, wodurch der konstruktive Aufwand erheblich verringert ist. Dabei kann die Behälterwandung eine Befestigungsglocke aufweisen, an der das Querstromfiltermodul aufgehängt ist. Im Betrieb bildet sich in der Befestigungsglocke ein Gaspolster, das verhindert, dass der Fluidspiegel des Ausgangsfluids (Retentats) bis in den Bereich der Aufhängung des Querstromfiltermoduls ansteigt, so dass insbesondere bei aggressiven Retentaten eine Beschädigung der Aufhängung vermieden werden kann.
Alternativ kann das Querstromfiltermodul auch von oben in einen offenen Behälter, z.B. offener Tank, Becken, Rinne oder Kanal eingehängt werden. Durch diese offene Bauweise wird auch erreicht, dass Aufhängung und Antrieb des Querstromfiltermoduls von der Ausgangsflüssigkeit benetzt werden können.
Zur Unterstützung der Zirkulation kann das Querstromfiltermodul Rührelemente aufweisen, und/oder im Behälter kann ein Rührwerk vorgesehen sein.
Abhängig vom Abfluss des Produktfluids (Permeats) können mehrere Querstromfiltermodule vorgesehen sein.
Schließlich kann der Behälter als Reaktorgefäß zum Behandeln des Retentats ausgebildet sein, beispielsweise zum Kultivieren von Bakterien, anderen Mikroorganismen, Mikroalgen etc. Dazu ist vorzugsweise die Möglichkeit einer Temperierung des Behälters vorgesehen. Durch den Verzicht auf eine Zirkulationspumpe wird eine schonende Behandlung des Ausgangs- und des Produktfluids sichergestellt, und der konstruktive Aufwand ist gegenüber den bekannten Systemen deutlich vermindert.
Es ist offensichtlich, dass erfindungsgemäß das Innenvolumen des Behälters deutlich größer ist als das Bauvolumen des Querstromfiltermoduls. Unter Bauvolumen des Querstromfiltermoduls soll dabei das Volumen verstanden werden, das eine Einhüllende der Filterscheiben umschließen würde; dies entspricht bei bekannten Querstromfiltermodulen etwa dem Innenvolumen des die Filterscheiben umschließenden Gehäuses. Das Innenvolumen des Behälters beträgt erfindungsgemäß mindestens das dreifache des Bauvolumens des Querstromfiltermoduls, vorzugsweise das zehnfache oder mehr.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt einer ersten Ausführungsform, und
Fig. 2A - 2H schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen.
Gemäß Figur 1 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Behälter 1 zur Aufnahme des Retentats mit einem Zulauf 2 und einem Ablauf 3 sowie einem abnehmbaren Deckel 4.
Im Behälter ist ein Querstromfiltermodul 5 befestigt. Dieses Querstromfiltermodul weist zwei Hohlachsen 6 auf, an denen hohle Filterscheiben zueinander axial beabstandet befestigt sind. Die Filterscheiben überlappen zwischen den Achsen 6.
Die Achsen 6 sind in einer Befestigungsglocke 8 drehbar aufgehängt, und das Innere Hohlachsen 6 steht in Fluidverbindung mit einem Permeatabfluss 9. Des Weiteren ist im Bereich des Querstromfiltermoduls 5 an der Behälterwand eine Kühlvorrichtung 10 ausgebildet. Zum Abtrennen des Produktfluids wird der Behälter 1 mit dem Ausgangsfluid gefüllt, wobei unterhalb der seitlich und nach oben geschlossenen Befestigungsglocke 8 ein Gaspolster verbleibt, das verhindert, dass der Fluidspiegel bis an die Aufhängung der Achse 6 steigt.
Die Achsen und damit die Filterscheiben 7 werden in Drehung versetzt, und aus dem Ausgangsfluid wird das Produktfluid ausgefiltert. Durch die Drehung der Filterscheiben und durch die entstehenden Dichteunterschiede im Ausgangsfluid im Bereich des Querstromfiltermoduls wird eine Zirkulation des Ausgangsfluids im Behälter 1 sichergestellt. Zusätzlich können Rührelemente (nicht dargestellt) am unteren Ende der Achsen vorgesehen sein.
Der für die Filtration erforderliche Druck ergibt sich durch den Gravitationsdruck des Ausgussfluids im Behälter, wobei die Filtration zusätzlich dadurch unterstützt werden kann, dass der Behälter unter Druck gesetzt wird oder dass das Permeat an der Permeatausgangsleitung 9 mit Unterdruck abgeführt wird.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 2A entspricht dem der Figur 1, wobei zusätzlich ein Rührwerk 11 im Behälter vorgesehen ist, um die Zirkulation und die Homogenisierung des Retentats zu unterstützen und um eine Sedimentie- rung innerhalb des Retentats zu verhindern.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 2B und 2C unterscheiden sich von dem der Figur 1 lediglich durch die Höhenanordnung des Querstromfiltermoduls bzw. durch die Flussrichtung des Fluids im Behälter, wie durch die Pfeile angedeutet ist.
In allen Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2A bis 2C ist das Querstromfiltermodul in einer Ausbuchtung des Behälters 1 angeordnet. Dabei können mehrere Querstromfiltermodule vorgesehen sein, die im Umfang des Behälters angeordnet sind, wie die Querschnitts-Draufsicht der Figur 2 G zeigt. Gemäß Figur 2D ist in einer alternativen Ausführungsform das Querstromfiltermodul 5 in einem separaten Gehäuse 12 untergebracht, das über Ventile 13, 14 in Fluidverbindung mit dem Behälter 1 steht. Auch in dieser Ausführungsform erfolgt der Fluidaustausch zwischen dem Querstromfiltermodul und dem Behälter lediglich aufgrund des durch die Filtration entstehenden Dichteunterschiedes und die durch die Rotation der Filterscheiben erzeugte Strömung. Auch hier kann das Querstromfiltermodul zusätzlich mit Rührelementen versehen sein, die eine Strömung unterstützen.
Die Ausführungsformen der Figuren 2E und 2F entsprechen denen der Figuren 2B und 2C, wobei wie in der Figur 2D das Querstromfiltermodul in einem separaten Gehäuse angeordnet ist.
Schließlich entspricht die Darstellung der Figur 2H dem Ausführungsbeispiel der Figur 2G mit mehreren Querstromfiltermodulen.
In allen Ausführungsbeispielen kann das Abtrennen das Produktfluids chargenweise oder kontinuierlich erfolgen. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn hohe Konzentrationsschwankungen im Ausgangsfluid bzw. Re- tentat vermieden werden sollen.
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