专利名称：用于生产滤过液体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产滤过液体、特别是无菌水的方法，所述滤过液体在饮料生产中或在装瓶或包装工业中使用，在各情况中，所述方法在由膜反冲洗循环界定的生产循环的过程中在具有至少一个膜单元Ga-4f)的过滤设备(V)中进行，本发明还涉及一种用于生产滤过液体、特别是无菌水的过滤设备(V)，在各种情况下，所述滤过液体通过至少一个膜单元Ga-4f)被抽吸到生产循环中并且被打算用于特别是饮料生产中或用于装瓶或包装工业中。
背景技术：
对于例如在饮料生产过程中以及在装瓶和包装工业中的各种功能和加工而言，需要无菌水。无菌水通常通过使用UHT/HTST技术从原水生产出来，即，通过热力加热原水来保证微生物的死亡率并随后冷却到处理温度。这是非常耗能且高成本的方法。然而，通过监控温度，相对容易确保生产工厂的持久的功能性能力(functional capability)，使得在出现故障的情况下不会有被污染的无菌水被释放用于消耗。为了节约能量和成本，可替代的方案是用于生产适当品质的无菌水的膜技术。这里，使用膜单元，在生产循环中原水被抽吸经过膜单元，膜用作阻挡微生物和细菌的过滤器，由此使得水几乎无菌。各膜单元的膜必须例如定期被反冲洗(backwash)，由此两个连续的反冲洗循环和完整性测试在时间上限制了生产循环。然而，从生产循环出来的无菌水的产品体积(production volume)此时已经被释放用于消耗或者已经与其它并联运作的膜单元的产品体积混合并被释放用于消耗。然而，膜技术的不利之处在于，迄今为止仍未能经济地证明在各功能性循环过程中膜保持了功能性能力。生产循环过程中的膜破损或膜故障会导致品质不足的无菌水，该无菌水可能已经在功能和加工期间被使用了，这意味着复杂且高成本的测量。这是因为这种性质的干扰仅通过在生产循环之后进行常规的膜完整性测试来发现就太晚了。从EP 1 189 684 B和US 2003 015977 A中已知一种用于家庭用水的饮水机 (drinking water dispenser)，其中在操作性程序的过程中进行膜的功能性测试，如果结果显示膜破损或膜故障就停止生产。膜单元之后设有小型储水器，饮用水从该储水器中取出。储水器的目的是使得更大的产品体积和/或充足的饮用水可立即用于反冲洗循环，这是因为膜单元仅具有有限的供应性能。采用这种方式无法防止被污染的饮用水被消耗。当用微滤膜过滤或净化苹果汁、啤酒等时出现了类似的问题。如果本文在下面使用“无菌”一词，那么在各情况中该词均与基于所使用的过滤膜的孔径大小而实现的滤过液体的所期望的纯度相关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种前面所述类型的方法和用于实施该方法的设备，该方法对液体无菌性(过滤品质)的维持进行自监控，以便能够防止由被污染的液体的消耗而产生的后果性测量。
该设定的目的通过下述方法和设备的特征来解决。—种用于生产滤过液体、特别是无菌水的方法，所述滤过液体在饮料生产中或在装瓶或包装工业中使用，在各情况中，所述方法在由膜反冲洗循环界定的生产循环的过程中在具有至少一个膜单元的过滤设备(V)中进行，其特征在于，在生产加工中，生产循环的至少一个被过滤的产品液体体积在被释放用于消耗之前被临时地储存，直到被临时储存的所述产品液体体积获得无菌性证据。一种用于生产滤过液体、特别是无菌水的过滤设备(V)，在各种情况下，所述滤过液体通过至少一个膜单元被抽吸到生产循环中并且被打算用于特别是饮料生产中或用于装瓶或包装工业中，其特征在于，各膜单元Ga_4f)具有分配给该膜单元的膜反冲洗系统(18)和用于膜功能性测试(T)的无菌空气测试设备(16)以及位于该膜单元下游的临时储存装置(Z)，所述临时储存装置(Z)具有至少与在至少一个膜单元Ga-4f)的生产循环过程中产生的产品液体体积相对应的容量。因为根据本方法，在生产序列(production sequence)中与生产循环之后的反冲洗循环相关联地为相关膜单元产生无菌性证据，直到无菌性证据产生才会将产品液体体积释放出，否则将其临时储存，所以确保了当在连续的完整性测试之间发生膜破损或膜故障时生产出的被污染的无菌水不会被释放用于消耗，而是能够以合理的成本和能量支出被预先弃用。由于在消耗之前进行无菌性证据和临时储存，所以在微滤设备或超滤设备中通过采用成本及能量最优化的膜技术，本方法具有重要的自监控的特征以确保消耗时的无菌性。具有反冲洗系统的过滤设备、用于相关膜单元的膜功能性能力的无菌空气测试设备和具有预定容量的临时储存装置的组合，通过自监控确保了无菌性的维持。如果还不能确认膜功能性能力，至少临时储存装置的容量和选择性的结构确保了来自生产加工的被污染的无菌水不能被通过而用于消耗。如果需要的话，在两个连续的反冲洗循环和膜功能性能力测试(完整性测试)之间生产出的被污染的无菌水会被弃用。可选择地，之后进行清洗循环，该清洗循环涉及临时储存装置但无需涉及任何消耗件，因此该清洗循环只导致生产的短暂中断。根据本方法，在膜单元的各反冲洗循环之后进行膜功能性测试。在各膜功能性测试之前生产出的液体被临时储存，并且仅当膜功能性测试获得了积极的结果并且因此获得生产循环的无菌性证据时该被储存的液体才被释放用于消耗。便利地，根据本方法，采用在反冲洗循环之后、可选择地在膜单元被排空的状态下被导入的加压的无菌空气进行作为泡点测试的膜功能性测试。优选地，采用泡点测试，随着时间的逝去相对于基准对无菌空气的压强和/或体积进行测量，在该测量中建立被导入的无菌空气在膜单元中是如何变化的。例如，以约Ibar的压强、即低于形成气泡的膜压强，导入无菌空气。确认穿透流(through-flow)或压强下降是否例如没有削减某一时间窗。借助于泡点测试，膜功能性障碍或膜破损能够以合理的支出被快速确定，这能够用于对生产加工的停止进行初始化，至少对被影响的膜单元进行初始化。与反冲洗循环相关联地，泡点测试能够被自动地初始化并且被常规地评估，以便在生产加工中获得无菌性证据的自监控。为了实现在生产加工中要求的额定性能，根据本方法也可以便利地在多个并联的膜单元中进行多个并联的、可选择地重叠的生产循环。在这种情况中获得了用于生产循环的连续的无菌性证据，并且直到获得相关的无菌性证据，将到此为止产生的产品体积的总量临时地储存起来。采用这种方式，不能确切地排除例如完美可接受的无菌水的产品体积被已经被污染的无菌水的产品体积所污染或至少部分污染的可能性。然而，临时储存防止了例如被污染的无菌水被当作滤过液体释放用于消耗。当从进行了的膜功能性测试中得到消极结果时，至少临时储存装置中的物质被弃用，这是因为消极结果表示膜破损或膜功能性障碍。也就是说无菌空气太快地或者以每单位时间非常大量的方式通过膜，这能够容易地被确定。优选地，之后进行清洗循环，该清洗循环至少包括临时储存装置和管件直至出现问题的膜单元。以这种方式，生产加工要求的中断可以相对短，由此决定没有已经被污染的液体被无控制地释放用于消耗。便利地，生产加工被连续地控制或者以依次地随后装载(charge)的方式被间歇性地控制。采用连续的生产加工并且仅采用一个容量足够的临时储存装置，原水能够通过单个的原水抽吸站被抽吸通过包括并联连接的多个膜单元的整个过滤设备。原水抽吸站例如将压强约7bar的原水供应至膜单元，并且将生产出的压强例如约为6bar的无菌水抽吸入并且通过临时储存装置。在采用随后的临时储存装置的间歇性运作(批量原理)时，临时储存装置仅能够在获得无菌性证据之后被释放而打开。临时储存装置到那时才能够被重新注满。在这种情况下，便利地使用多个原水泵。便利地，多个并联连接的膜单元的相关的膜单元的生产循环也可以至少设定为如下的时间周期，在该时间周期过程中可以在其它膜单元中依照其所在顺序依次地进行反冲洗循环并获得无菌性证据。在膜单元的生产循环过程中，反冲洗循环和膜功能性测试依次地在没有临时储存可以被消耗的被污染的无菌水的其它膜单元中进行。由于在控制侧设有某一超量或偏差范围，诸如反冲洗循环可能在各膜单元中被要求较早的异常现象 (exception)不会破坏操作程序的平衡。同样为了确保无菌水的所要求的额定供应，被要求较早的这种性质的反冲洗循环可以被作为进行主要清洗的诱因(inducement)，因为这通常是性能能力降低的指征。为了实现采用过滤设备时较高的额定性能，多个并联的膜单元被设置并且被连接至原水抽吸站和临时储存装置。临时储存装置的容量至少与相关膜单元的生产循环过程中的所有膜单元的产品体积的总量相对应，或者至少与当前没有进行膜功能性测试的那些膜单元的产品体积的总量相对应。为了安全起见，优选地，临时储存装置的容量甚至与相关膜单元的生产循环的时间周期内加上在反冲洗循环和在与反冲洗循环相关联的为了获得该膜单元的无菌性证据而进行的膜功能性测试的时间周期内所有膜单元的产品体积的总量对应。如果临时储存装置被形成为使得其确保了生产出的无菌水被预定分层，因此接下来被污染的无菌水或者该水的前部不会与没有被污染的无菌水一起进入位于消耗件附近的层，那么作为选择，临时储存装置的容量也可以被制成小一些的尺寸。这是因为来自出故障的膜单元的生产循环的产品体积是临时储存装置中的最后一部分，而之前被导入的产品体积没有包含被污染的无菌水。便利地，无菌空气测试设备被形成用于测试膜功能性能力，使得采用在某压强下被导入相关膜单元的无菌空气，能够进行泡点测试，该测试迅速地提供无菌性证据使得生产加工可以继续不发生变化，或者发出膜故障的信号，该信号可以用于初始化生产加工的中断。
在实践性的实施方式中，临时储存装置是具有要求容量的储罐。该储罐也可以是没有任何内置功能部件的简单的储罐。优选地，该储罐被形成具有位于底部的入口和位于顶部的出口。便利地，诸如入口罐(pot)和/或引导板等内置功能部件事实上被设置于储罐内，以迫使入口和出口之间的无菌水被预定地分层。作为选择，临时储存装置可以包括至少一个盘管(pipe coil)。在进一步便利的实施方式中，临时储存装置包括至少两个例如储罐或盘管形式的部分储存器，在该部分储存器中在过滤过程中生产出的液体，例如无菌水，可以被选择性地导入。便利地，各部分储存器具有要求的容量，采用该部分储存器可以确保生产出的无菌水仅当获得了无菌性证据时才被释放用于消耗。如果具有被污染的无菌水的部分储存器和负责该部分储存器的膜单元被孤立了，那么生产工厂可以利用其它的部分储存器和完整的膜单元进一步运作。基本上，特别是对于连续的操作加工，可以便利地将多个膜单元连接至共用的单个原水泵。过滤设备因此可以以合理小的能量支出被运作。采用具有至少两个并联连接的二者选一地供给的部分储存器的临时储存装置，可以便利地在膜单元和该临时储存装置之间设置两个管件。该两个管件包括双向旁路接头和转换构件。选择性地，为了考虑防腐和再污染方面的问题，反冲洗循环也可以双倍地存在。 对于无菌性证据无法获得的情况，受影响的部分储存器被排空，而其它的部分储存器被选择。采用转换构件和双向旁路接头，可以为反冲洗循环和生产循环设置更安全的流路，而被污染的部分储存器和被污染的管件段可以被排空并被清洗。最后，过滤设备便利地具有可以被计算机化的生产控制-监控设备，该生产控制-监控设备至少被连接至相关的膜单元上的或相关的膜单元内的功能监控传感器。 同样，膜功能性能力测试可以像反冲循环一样，也就是便利地依次或相继地经由生产控制-监控设备被控制和评估。
基于
本发明的目的的实施方式。以下示出图1是用于生产无菌水的超滤(ultrafiltration)设备的概略说明图，图2是为了清楚说明生产加工的概略性的较大超滤设备，和图3是超滤设备的具体变型的概略说明图。
具体实施例方式下面参照用于生产无菌水的超滤设备对本发明进行阐述和说明，不过这些实施方式同样适用于通常的膜过滤法，并且尤其包括微滤设备，采用该微滤设备例如可过滤或澄清苹果汁、啤酒或类似液体。图1中的超滤设备1包括作为主要部件的原水抽吸站1、至少一个膜单元如或4b 以及临时储存装置Z，在图示情况中超滤设备1具有至少两个并联连接的膜单元如和4b， 临时储存装置Z用于储存在生产加工中生产出的无菌水。在原水抽吸站1中，例如为连续的生产加工设置了单个的原水泵2，该泵经由管件 3和并联的分支线路3a、;3b将原水抽吸至膜单元^、4b的入口 fe、5b。在各膜单元^、4b中，例如上部罐入口 6和下部罐出口 8以两者之间夹着膜7和经由该膜7收集从原水中生产出的无菌水的中央收集管路9的方式设置。从上到下的穿透流不是必要的。膜7无需被构造成立式的(代替方案具有筒管模块(bobbin module)的RO系统、UF系统)。并联的管路10a、10b将收集管路9连接至通向临时储存装置Z的入口 12的管路 10。临时储存装置Z例如是储罐11，该储罐可以被设计成没有内置功能部件，或者如图所示被配备有诸如入口罐(未示出)或流体引导板等内置功能部件14，该内置功能部件14迫使被导入到这里示出的下部入口 12和顶部出口 13之间的无菌水分层。可以设置有关闭构件的出口 13例如被连接至未示出的消耗件。超滤设备V的另一个装备部件是可选择的共用的无菌空气测试设备16，采用该无菌空气测试设备，通过随时对体积(volume)或压强进行监控，可以两者选一地为各膜单元 4a,4b的连接件15a、1 供给例如Ibar的加压无菌空气，以进行膜功能性能力测试。此夕卜， 为各膜单元^、4b设置反冲洗系统18，采用该反冲洗系统可以在生产循环之前和之后在相关的膜单元内进行反冲洗循环。借助于无菌空气测试设备16与反冲洗循环相关联地进行膜功能性能力测试，在反冲洗循环以及膜单元的排空之后便利地进行该测试。在图示实施方式中，利用源自至少一个膜单元如或仙的生产循环的无菌水进行各反冲洗循环。为此目的，关闭构件19和旁通线路20可以被设置于管路IOa和IOb之间。作为选择，也可以为各膜单元^、4b设置独立的反冲洗回路。可选择地，为各膜单元^、4b设置关闭构件22a、 22b，同样也可选择性地为入口 5ajb设置关闭构件(未示出)。储罐11可以在底部装配有弃用出口 21。此外，可以将膜单元^、4b，管路10a、IObUO和储罐11连接至未图示的清洗系统。如果只设置了一个膜单元如或4b，那么临时储存装置Z具有至少与膜单元如或 4b的生产循环的产品体积对应的容量。另一方面，如果多个膜单元同时运作，那么临时储存装置Z具有与在生产循环中产生的产品体积加上在反冲洗循环和膜功能性能力测试过程中产生的无菌水的体积的和对应的容量。过滤设备，此处例如是超滤设备，被分配有生产控制-监控设备CU，优选是带有输入和显示部分的计算机化设备，该计算机化设备可以至少被连接至与膜单元4a、4b相连或在膜单元^、4b中的功能-监控传感器31。在图1中的实施方式中，可以仅利用一个单个的原水泵2进行连续的生产加工，该泵例如供应约7bar压强的原水，并且由于膜单元如、仙中的功能性造成的压强损失，该泵将约6bar压强的无菌水传输到临时储存装置Z。仅当通过成功地完成膜功能性能力测试获得了无菌性证据时，临时储存在临时储存装置Z中的无菌水的体积才被释放用于消耗。如果例如由于测试显示膜破损或膜故障而没有获得无菌性证据，那么临时储存的无菌水不会被释放用于消耗，而是被弃用，运作程序被中断，并且便利地进行清洗循环或局部清洗。为了获得无菌性证据，在反冲洗循环之后选择性地将无菌空气供入被排空的膜单元如或4b并且继续运行另一膜单元如或4b的生产循环，以及进行无菌空气的压强随时间下降的情况或无菌空气的导入量随时间变化的情况的测量(泡点测试(biAble-point test))。考虑预定的时间窗。如果该时间窗被削减，例如无菌空气的压强衰退太快或者无菌空气流过得太快，那么可将此作为存在膜破损或膜故障的指征。如果时间窗被维持，那么可被评估作为无菌性证据，并且被测试的膜单元可以被再次投入运作。
根据本方法，确定了例如在开始时以及在转为反冲洗循环时处于前面的无菌水流所在的位置，由此确保了在获得无菌性证据之前前面的无菌水流不离开临时储存装置。对于各膜单元而言，在各情况中，无菌水必须不离开临时储存装置至少直到获得第二次无菌性证据。这要求生产出的无菌水在临时储存装置中停留一定的时间并且临时储存装置具有适当的尺寸。临时储存装置在其它实施方式中也可以是盘管(pipe coil)。对于各膜单元而言，有四个不同的运作状态(图2、图3):T = Tl =生产循环之前的膜单元的膜功能性测试(反冲洗循环+膜功能性测试+ 生产准备)X =准备状态(即，膜单元完整并且处于等待位置)P=生产循环T = T2 =下一生产循环之前的膜单元的膜功能性测试(反冲洗循环+膜功能性测试+膜单元的生产准备)因为通常新的生产循环在T2之后运行，对于这种情况T2再次变成Tl。于是，对于具有至少两个并联的膜单元^、4b的超滤设备而言，无菌水在临时储存装置Z中的最大的总的停留时间为t总=t生产循环+tT2对于最大的体积流量而言，采用下述公式给出了临时储存装置的最小容量
权利要求
1.一种用于生产滤过液体、特别是无菌水的方法，所述滤过液体在饮料生产中或在装瓶或包装工业中使用，在各情况中，所述方法在由膜反冲洗循环界定的生产循环的过程中在具有至少一个膜单元Ga_4f)的过滤设备(V)中进行，其特征在于，在生产加工中，生产循环的至少一个被过滤的产品液体体积在被释放用于消耗之前被临时地储存，直到被临时储存的所述产品液体体积获得无菌性证据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在膜单元的反冲洗循环之后对该膜单元进行膜功能性测试(T)，该膜功能性测试(T)优选地是完整性测试，仅当膜功能性测试(T)获得积极结果时，至少被临时储存的产品液体体积被释放用于消耗，反之如果没有获得无菌性证据，则临时储存的产品液体体积被弃用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了发现膜破损或膜故障，利用加压的无菌空气进行作为泡点测试的膜功能性测试(T)，优选地，采用与基准有关的膜功能性测试， 随着时间的逝去对无菌空气的压强和/或体积进行测量，所述无菌空气的压强被设定为低于膜的气泡形成压强值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有在各种情况中均由膜单元生产产品液体体积的多个并联的生产循环的生产加工中，顺次获得所有的膜单元Ga_4f) 的无菌性证据，并且所产生的所有产品液体体积被临时储存，直到获得各自的无菌性证据。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在膜功能性测试的结果确认了膜破损或膜故障的情况下，将临时储存在临时储存装置(Z)中或临时储存在包括至少两个部分储存器(11a，lib)的临时储存装置的部分储存器(11a，lib)中的液体弃用，并且优选地进行所述临时储存装置(Z)或相关的部分储存器(Ila或lib)以及至少通向出故障的膜单元 (4a-4f)的那个管路的清洗。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述生产加工连续地进行或者以依次装载的方式间歇地进行。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，为多个并联的膜单元 (4a-4f)中的相应膜单元的生产循环设定至少一个时间周期，在该时间周期过程中在其它膜单元中能够顺次地进行反冲洗循环并且能够获得无菌性证据。
8.一种用于生产滤过液体、特别是无菌水的过滤设备(V)，在各种情况下，所述滤过液体通过至少一个膜单元被抽吸到生产循环中并且被打算用于特别是饮料生产中或用于装瓶或包装工业中，其特征在于，各膜单元Ga-4f)具有分配给该膜单元的膜反冲洗系统(18)和用于膜功能性测试(T)的无菌空气测试设备(16)以及位于该膜单元下游的临时储存装置(Z)，所述临时储存装置(Z)具有至少与在至少一个膜单元Ga-4f)的生产循环过程中产生的产品液体体积相对应的容量。
9.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，多个、优选并联的膜单元Ga-4f)被设置连接至抽吸站(1)并且被以并联的方式连接至所述临时储存装置(Z)，所述临时储存装置(Z)的容量至少与在各膜单元的生产循环过程中膜单元Ga-4f)的产品液体体积的总量相对应，优选与在各膜单元的生产循环时间周期内加上在反冲洗循环以及与反冲洗循环相关联地进行的膜功能性测试的时间周期内膜单元所生产的产品液体体积的总量相对应。
10.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，在各情况中，能够利用无菌空气通过无菌空气测试设备(16)进行泡点测试，所述无菌空气被加压至预定水平并被导入到各膜单元(4a-4f)中。
11.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，所述临时储存装置(Z)包括至少一个储罐(11，11a，11b)，所述储罐优选地具有位于底部的入口(12)、位于顶部的出口(13)以及诸如至少入口罐和/或引导板等用于使所述入口和所述出口之间的液体分层的内置功能部件(14)。
12.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，所述临时储存装置(Z)包括至少一个盘管。
13.根据权利要求11或12所述的过滤设备，其特征在于，所述临时储存装置(Z)包括作为部分储存器的至少两个可供给的储罐(11a，lib)和/或盘管，各储罐和/或盘管均具有至少与膜单元的产品液体体积相对应的容量，或者具有至少与生产循环过程中膜单元Ga-4f)所生产的产品体积的总量相对应的容量。
14.根据权利要求9所述的过滤设备，其特征在于，所述膜单元被连接至共用的单个泵或抽吸站(2)。
15.根据权利要求13所述的过滤设备，其特征在于，在具有用于多个并联的膜单元 (4a-4f)的至少两个能二者选一地供给的部分储存器(11a，lib)的临时储存装置(Z)的情况下，采用转换构件(XT)和双向旁路接头06)将多个管路、特别是两个管路设置于所述膜单元和所述部分储存器(11a，lib)之间，所述转换构件用于在膜单元的膜功能性测试的结果确认了膜破损或膜故障之后从被鉴定为安全和不安全的流路( ，29) 转换至安全流路(30)。
16.根据权利要求8至15中的至少一项所述的过滤设备，其特征在于，生产控制-监控设备(CU)被设置并被至少连接至各膜单元Ga-4f)上的或者在各膜单元内的功能监控传感器(31)。
全文摘要
用于生产滤过液体的方法和设备。一种用于生产滤过液体、特别是无菌水的方法，其中，在各情况中，所述方法在由各膜单元(4a-4f)的膜反冲洗循环界定的生产循环的过程中在具有至少一个膜单元(4a-4f)的过滤设备(V)中进行，在生产加工中，生产循环的至少一个各自的产品液体体积在被释放用于消耗之前被临时地储存，直到被临时储存的产品液体体积获得了无菌性证据。在所述设备中，膜反冲洗系统(18)和无菌空气测试设备(16)被分配给各膜单元(4a-4f)，并且具有至少与在生产循环过程中产生的产品液体体积相对应的容量的至少一个临时储存装置(Z)被连接至各膜单元的下游。
文档编号B01D65/10GK102442714SQ20111030382
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者迪克·舒尔, 阿尔伯特·林克 申请人:克朗斯股份公司