Solche Anlagen 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.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Querstrom-Filtration der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 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 CH-A5-680 976 und US-A-5,112, 489 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Querstrom-Filtration bekannt. Zur Verbesserung der Filtrationsleistung wird hier der Betrieb beim Anfahren anders gestaltet.

Aus JP-A-62 218 610 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Öl bekannt.

Aus JP 04-371 218 ist eine Membranfiltrationsanlage bekannt, bei der ein Teil des von einem Batchtank dem Filterelement zugeführten Mediums durch ein Gefäß geleitet wird, in dem das Medium gerührt wird. Das Drehmoment an der Welle des Rührwerks wird gemessen und erlaubt eine Aussage über die Viskosität des zu filtrierenden Gutes.

Übersteigt die Viskosität einen bestimmten Grenzwert, so wird die Förderpumpe zum Filterelement gestoppt, wodurch die Filtration unterbrochen wird. Bei den eingangs

erwähnten molekulardispersen oder kolloiddispersen Stoffgemischen würde, wenn diese Stoffgemische strukurviskoses Verhalten zeigen, der Stillstand der Pumpe unweigerlich zum sofortigen Verblocken des Filterelements führen. Andererseits steigt im Laufe des Filtrationsvorgangs der Druckabfall über dem Filterelement, so daß dann offensichtlich ein größer werdender Teilstrom des zu filtrierenden Stoffgemisches durch das genannte Rührwerk fließt. Das hat Einfluß auf den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Viskosität.

Bei einer Anlage gemäß WO-A1-01/51186 tritt gelegentlich das Problem auf, daß Verstopfungen des Filtrationsmoduls gleich zu Beginn des Filtrationsprozesses auftreten.

Der wirtschaftliche Schaden ist dann immens, wenn die einzelnen Elemente des Filtrationsmoduls verstopfen und durch das thixotrope Verhalten des zu filtrierenden Stoffgemisches so verblocken, daß ein Freispülen gar nicht mehr möglich ist, was insbesondere bei gewundenen Membranmodulen nach der in WO-A1-98/19778 beschriebenen Art auftreten kann. So kann es vorkommen, daß neue Membranmodule sofort unbrauchbar werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Schäden sicher zu verhindern.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Viskosität des zu filtrierenden Stoffgemisches nach dem Start der Anlage, aber vor Beginn des eigentlichen Filtrationsprozesses zu ermitteln und mit dem Filtrationsprozeß erst dann zu beginnen, wenn das zu filtrierende Stoffgemisch eine so niedrige Viskosität aufweist, daß das Verblocken von Membranmodulen des Filtrationsmoduls mit Sicherheit auszuschließen ist. Die Erfindung besteht also darin, vor Beginn des Filtrationsprozesses die Viskosität des zu filtrierenden Stoffgemisches zu ermitteln und den Start des Filtrationsprozesses vom ermittelten Wert der Viskosität abhängig zu machen.

An sich sollte die Viskosität des zu filtrierenden Stoffgemisches so niedrig sein, daß die Filtration problemlos durchgeführt werden kann. Jedenfalls wird die Herstellung des Stoffgemisches entsprechend ausgelegt. Das durch den vorherigen Produktionsprezeß gewonnene Stoffgemisch wird meist einem Batchtank zugeführt. Mit der Filtration wird

dann begonnen, wenn sich im Batchtank eine bestimmte Menge des Stoffgemisches angesammelt hat.

Wenn die Anlage zur Filtration dann angefahren wird, so befindet sich im Batchtank mindestens ein Teil des Stoffgemisches schon seit längerer Zeit. Das hat zur Folge, daß sich während dieses Stillstands der Anlage Fest-bzw. Schwebstoffe des Stoffgemisches im Batchtank teilweise abgesetzt haben. Im Batchtank hat also während des Stillstands eine Entmischung und damit auch eine Viskositätsänderung stattgefunden. Im unteren Teil des Batchtanks befindet sich damit ein Stoffgemisch mit einem sehr viel höheren Feststoffanteil und höherer Viskosität. Wird nun die Anlage in Betrieb genommen, wo wird zuerst Stoffgemisch mit einem sehr viel höheren Feststoffanteil zum Filtrationsmodul gefördert. Auch durch eine Abkühlung des Stoffgemischs kann die Viskosität erhöht sein. Außerdem könnte die Viskosität generell zu hoch sein. In allen solchen Fällen besteht somit die Gefahr, daß das Filtrationsmodul gleich zu Beginn verstopft. Durch die Erfindung wird das Verblocken sicher verhindert, weil zu Beginn des Prozesses das Stoffgemisch dem Filtrationsmodul noch gar nicht zugeleitet wird, sondern erst dann, wenn die Viskosität des geförderten Stoffgemisches unterhalb eines Grenzwertes liegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung von Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung zur Querstrom-Filtration näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung, Fig. 2 ein Verlaufsdiagramm für die Viskosität, Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren und Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Filterelement, in dem die Abtrennung der gewünschten flüssigen Phase aus dem Stoffgemisch erfolgt. Auf die Bauart des Filterelements kommt es dabei nicht an. In erster Linie kommt die Erfindung dann zur Anwendung, wenn das Filterelement 1 beispielsweise gewickelte oder lineare Rohrmembranen enthält, da mit solchen Filterelementen meistens Stoffgemische mit hohen Trübstoffanteilen verarbeitet werden. Das Filterelement 1 kann aber beispielsweise auch aus der

Hintereinanderschaltung von mehreren Linearmodulen bestehen, wobei jedes Liniearmodul aus parallel geschalteten Rohrmembranen besteht. Tritt eine Verblockung von Filterelementen auf, so führt das regelmäßig zu einem Betriebsunterbruch mit all seinen nachteiligen Folgen, wie dies zuvor erwähnt wurde. Durch die Erfindung kann das Verstopfen solcher Membranrohre des Filterelements 1 verhindert werden.

Das zu filtrierende Stoffgemisch befindet sich in einem Batchtank 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 die Förderleistung durch die Zuführleitung 3 konstant bleibt. Das ermöglicht eine gleichmäßige Produktion und ist zugleich Voraussetzung dafür, daß die Aufgabe der Erfindung gelöst wird. In die Zuführleitung 3 ist außerdem unmittelbar vor dem Filterelement 1 ein Absperrventil 6 eingesetzt, um den Stofffluß unterbrechen zu können.

Auf der Sekundärseite des Filterelements 1 ist in bekannter Weise eine Permeatleitung 7 an dieses angeschlossen, durch die das im Filterelement 1 abgetrennte Permeat, also beispielsweise der Obstsaft, abgenommen werden kann.

Andererseits führt vom Filterelement 1 eine Rückführleitung 8 zum Batchtank 2. Darin wird das Retentat vom Filterelement 1 zum Batchtank 2 zurückgeführt. In diese Rückführleitung 8 ist ein Druckregelventil 9 eingesetzt. Dieses Druckregelventil 9 ist von einem Drucksensor 10 aus ansteuerbar, der den Druck am Eingang des Filterelements 1 erfaßt. Der von diesem erfaßbare Druck in der Zuführleitung 3 unmittelbar vor dem Filterelement 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 Druckregelventil 9 mehr oder weniger geöffnet bzw. geschlossen werden.

Parallel zum Filterelement 1 ist eine Bypassleitung 12 geschaltet, die aus der Zuführleitung 3 vor dem Absperrventil 6 abzweigt und in die Rückführleitung 8 hinter dem Druckregelventil 9 einmündet. In der Bypassleitung 12 ist ein Bypass-

Absperrventil 13 eingesetzt. So weit ist diese Anordnung aus WO-A1-01/51186 schon bekannt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei diesem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Querstrom-Filtration in die Zuführleitung 3 ein Viskositätsmeßgerät 14 eingebaut. Das Signal des Viskositätsmeßgeräts 14 wird einem Steuergerät 16 zugeführt. Diesem Steuergerät 16 wird auch das Signal des Drucksensors 10 zugeführt. Es wird noch erläutert werden, welchem Zweck dies dient.

Außerdem bestehen Wirkverbindungen vom Steuergerät 16 zum Absperrventil 6, zum Druckregelventil 9 und zum ein Bypass-Absperrventil 13.

Mit der hydraulischen Schaltung nach der Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar. Wenn die Vorrichtung zur Querstrom-Filtration angefahren wird, so befindet sich im Batchtank 2 das Stoffgemisch meist schon seit längerer Zeit. Das hat zur Folge, daß sich während dieses Stillstands der Anlage Fest-bzw. Schwebstoffe im Batchtank 2 teilweise abgesetzt haben. In Batchtank 2 hat also während des Stillstands eine Entmischung, die in der Regel mit einer Viskositätsänderung verbunden ist, stattgefunden, was in der Fig. 1 dadurch angedeutet worden ist, daß die Schraffurlinien im Batchtank 2 im unteren Bereich kleinere Abstände aufweisen. In anderen Fällen könnte die Viskosität des Ausgangsprodukts generell zu hoch sein. In beiden Fällen gilt, daß dann, wenn die Vorrichtung in Betrieb genommen wird, Stoffgemisch mit zu hoher Viskosität zum Filterelement 1 gefördert wird. Auch durch eine Abkühlung des Stoffgemischs kann die Viskosität erhöht sein. Hier besteht, wie schon erwähnt, somit die Gefahr, daß das Filterelement 1 gleich zu Beginn verblockt. Deshalb ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß beim Anfahren der Anlage zunächst das Absperrventil 6 und das Druckregelventil 9 geschlossen bleiben, wodurch kein Stoffgemisch zum Filterelement 1 strömen kann. Geöffnet wird zunächst nur das Bypass- Absperrventil 13. Folglich wird das von der Förderpumpe 4 geförderte Stoffgemisch durch die Bypass-Leitung 12 und dann wieder zum Batchtank 2 geleitet. Beim Anfahren der Anlage, wenn also zuerst Stoffgemisch mit einem sehr viel höheren Feststoffanteil aus dem Batchtank 2 gefördert wird, so wird dessen Viskosität durch das Viskositätsmeßgerät 14 ermittelbar. Das zuerst geförderte Stoffgemisch mit einem sehr viel höheren Feststoffanteil gelangt nun zurück in den Batchtank 2 und mischt sich beim Einleiten mit dem oben im Batchtank 2 befindlichen Stoffgemisch mit einem sehr viel

geringeren Feststoffanteil. Je länger die Förderpumpe 4 Stoffgemisch aus dem Batchtank 2 durch die Bypass-Leitung 12 wieder zum Batchtank 2 fördert, desto besser durchmischt sich das Stoffgemisch im Batchtank 2. Die damit verbundene Änderung der Viskosität wird durch die Ermittlung der Viskosität mit dem Viskositätsmeßgerät 14 laufend gemessen. Nur dann, wenn die Viskosität einen Grenzwert unterschritten hat, können nun das Absperrventil 6 und das Druckregelventil 9 geöffnet und annähernd gleichzeitig das Bypass-Absperrventil 13 geschlossen werden. Damit beginnt die Filtration. Diese Anfahren der Anlage kann von dem Steuergerät 16, dem das Signal des Viskositätsmeßgeräts 14 zugeführt wird, automatisch ausgelöst werden. Ein Anfahren der Anlage allein aufgrund von Erfahrungswerten, das auch Fehlermöglichkeiten beinhaltet, ist dann nicht nötig. Zugleich könnte auf ein Rührwerk im Batchtank 2 verzichtet werden, mit dem sich vor dem Anfahren die Entmischung reduzieren ließe.

In der Fig. 2 ist ein Diagramm gezeigt, in dem der zeitliche Verlauf der Viskosität n gezeigt ist. Dargestellt ist der Verlauf der Viskosität il beim Anfahren der Anlage, wie dies zuvor geschildert worden ist. Mit waagerecht gestrichelter Linie ist ein Grenzwert G, 1 für die Viskosität il eingezeichnet, bei dessen Überschreitung die Filtration nicht stattfinden soll. Befinden sich im unteren Bereich des Batchtanks 2 durch Entmischung Stoffgemisch mit höherem Feststoffanteil bzw. Stoffgemisch mit höherer Viskosität, so wird dieses zuerst gefördert. Das Viskositätsmeßgerät 14 mißt entsprechend zunächst einen ansteigenden Wert der Viskosität. Dieser Wert geht dann zurück, sobald Stoffgemisch mit niedrigerem Feststoffanteil gefördert wird. Der Wert kann dann aber wieder steigen, weil Stoffgemisch mit höherem Feststoffanteil wieder zurück in den Batchtank 2 geleitet wird, wie dies zuvor beschrieben worden ist. Mit t, ist eine Vormischzeit bezeichnet, während der das geförderte Stoffgemisch wieder zum Batchtank 2 zurückgeleitet wird. Ein Sollwert tson für diese Vormischzeit ty kann im Steuergerät 16 gespeichert sein. Ist die Vormischzeit tv abgelaufen, wird während einer weiteren Meßzeit tmess der Verlauf der Viskosität n weiter überwacht. Überschreitet die Viskosität il den Grenzwert Gn in dieser Zeit nicht, so kann die Umschaltung auf Filtration, also beispielsweise durch Schließen des Bypass-Absperrventil 13 (Fig. 1) und Öffnen des Absperrventils 6 und des Druckregelventils 9, erfolgen.

In der Fig. 3 ist der soeben geschilderte Ablauf noch als Flußdiagramm dargestellt.

Zunächst wird beim Start der Anlage der Ablauf der Vormischzeit tv überwacht. Ist diese

abgelaufen, also die Vormischzeit tv größer als der Sollwert tison, so beginnt die Meßzeit tress. Die Vormischzeit t, wird vorteilhaft mindestens so groß gewählt, daß während dieser Zeit etwa ein Drittel des Inhalts des Batchtanks 2 umgewälzt worden ist.

Damit hängt die effektive Größe der Vormischzeit t, auch von der Förderleistung der Förderpumpe 4 ab. Die Größe der Vormischzeit tv wird also nach den Gegebenheiten der gesamten Anlage festgelegt.

Ist die Vormischzeit t, abgelaufen, wird mit der Messung der Viskosität il begonnen. Ist die gemessene Viskosität T) größer als Grenzwert Grp so erfolgt eine Störungsmeldung und dann wird der Stop der Anlage ausgelöst.

Ist die gemessene Viskosität n kleiner als Grenzwert G", so folgt die Entscheidung, ob die Meßzeit tmess abgelaufen ist. Ist diese abgelaufen, erfolgt die Freigabe der Filtration. Dann werden das Absperrventil 6 und das Druckregelventil 9 geöffnet und das Bypass- Absperrventil 13 geschlossen.

Das Ablaufdiagramm beinhaltet somit die Lehre, daß während der Meßzeit tmess die gemessene Viskosität T) nie größer als Grenzwert Gon sein darf, um die Filtration freigeben zu können. Tritt während der Meßzeit t.", eine Spitze der Viskosität n auf, was in der Fig. 2 mit gestrichelter Linie dargestellt ist, so wird die Filtration nicht freigegeben.

Wesentlich ist, daß das Viskositätsmeßgerät 14 in Flußrichtung hinter der Förderpumpe 4 angeordnet ist. Dies deshalb, weil die zu filtrierenden Stoffgemische oftmals thixotrop und strukturviskos sind. Nur so wird ein brauchbarer Wert für die Viskosität il ermittelt.

Als Viskositätsmeßgerät 14 wird beispielsweise ein Rotationsviskosimeter verwendet.

Bedeutsam ist dabei, daß die Drehzahl des Rotationsviskosimeters nicht beliebig sein darf, sondern vorgewählt, also eingestellt, werden muß. Dabei wird die Einstellung der Drehzahl so vorgenommen, daß das Rotationsviskosimeter etwa jene Scherung auf das Stoffgemisch ausübt, die beim Durchfluß des Stoffgemisches durch das Filterelement 1 auftritt.

In JP 04-371 218 ist gezeigt, daß die Viskosität des Stoffgemischs während des ganzen Filtrationsprozesses ermittelt wird. Vom Rotationsviskosimeter wird somit auch das Ende des Filtrationsprozesses bestimmt. Es hat sich nun aber gezeigt, daß dies gar nicht

vorteilhaft ist. Die Viskosität des Stoffgemisches kennzeichnet nämlich nur den Zustand des Produktes, läßt aber den Zustand des Filterelements 1 völlig außer Betracht. Der Betriebszustand des Filterelements 1 ist aber entscheidend dafür, ob die Filtration noch wirtschaftlich weitergeführt werden kann.

Es ist deshalb vorteilhaft, für die Steuerung des einmal begonnenen Filtrationsprozesses nicht den Meßwert des Viskositätsmeßgeräts 14 heranzuziehen, sondern ein anderes Kriterium. Es hat sich gezeigt, daß der vom Drucksensor 10 ermittelte Wert viel besser geeignet ist, die laufende Filtration zu überwachen, weil in seinen Meßwert sowohl die Viskosität des Stoffgemisches als auch deren Strömungsgeschwindigkeit und auch der Zustand des Filterelements 1 eingeht. Mit fortschreitender Dauer des Filtrationsprozesses wird der Druck ansteigen. Er darf aber, um die Beschädigung des Filterelements 1 zu vermeiden, einen bestimmten Grenzwert, beispielsweise 6 bar, nicht überschreiten. Bei ganz geöffnetem Druckregelventil 9 kann eine weitere Steigerung des Druckes nur durch eine Reduktion der Förderleistung der Förderpumpe 4 vermieden werden. Unterhalb einer bestimmten Förderleistung der Förderpumpe 4 ist die Filtration dann nicht mehr wirtschaftlich und wird dann in der bekannten Weise beendet.

Weil also das Viskositätsmeßgerät 14 nach einmal begonnener Filtration gar nicht mehr benötigt wird, ist es vorteilhaft, dieses nicht in der Zuführleitung 3 anzuordnen. In der Fig. 4 ist eine vorteilhafte Lösung gezeigt. Hier befindet sich das Viskositätsmeßgerät 14 in einer am Batchtank 2 angeordneten Umwälzleitung 30. Diese Umwälzleitung 30 führt aus dem unteren Bereich des Batchtanks 2 heraus und mündet im mittleren oder oberen Bereich des Batchtanks 2 wieder ein. Um eine Umwälzung im Batchtank 2 zu erreichen, ist in die Umwälzleitung 30 eine Umwälzpumpe 31 eingebaut. Wegen der Thixotropie des zu filtrieren Stoffgemisches und der Ansaugeigenschaften der Umwälzpumpe 31 ist es auch hier vorteilhaft, das Viskositätsmeßgerät 14 in Flußrichtung hinter der Umwälzpumpe 31 anzuordnen.

Vorteilhaft an dieser Lösung ist, daß das Viskositätsmeßgerät 14 nicht für den großen Durchsatz in der Zuführleitung 3 ausgelegt sein muß, also auch billiger ist. Der Querschnitt der Umwalzleitung 30 kann kleiner sein als der Querschnitt der Zuführleitung 3. Durch diese Lösung ist die Viskosität n des Stoffgemisches im Batchtank 2 erfaßbar. Die Umwälzpumpe 31 muß nur vor Beginn des eigentlichen

Filtrationsprozesses betrieben werden, weil der Meßwert des Viskositätsmeßgeräts 14, wie zuvor erläutert, nur vor dem Start Beginn des eigentlichen Filtrationsprozesses benötigt wird.

Gleichzeitig ersetzt diese Lösung ein Rührwerk für den Batchtank 2, sofern die Umwälzpumpe 31 eine entsprechend ausreichende Pumpleistung aufweist.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Lösung. Hier ist das Viskositätsmeßgerät 14 in der Bypassleitung 12 angeordnet. Nach dem Beginn des eigentlichen Filtrationsprozesses ist das ein Bypass-Absperrventil 13 geschlossen, so daß die Bypassleitung 12 nicht mehr durchströmt wird. Das Viskositätsmeßgerät 14 wird nun auch außer Betrieb gesetzt.

Die gezeigten Lösungen sind nicht auf die in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigten hydraulischen Schaltungen beschränkt. Sie sind in gleicher Weise anwendbar bei Anlagen mit kontinuierlicher Retentatabfuhr und auch bei Anlagen mit nur teilweiser Rückführung des Retentats in den Batchtank 2, bei denen also ein Teil des Retentats unter Umgehung des Batchtanks 2 wieder der Zuführleitung 3 zugeführt wird.