DE102016225841A1 - Regelung der Aufkonzentrierung im Crossflow bei der Membranfiltration von Bier - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern von Bier mit einem Membranfilter, durch den Unfiltrat im Kreislauf geführt und Filtrat abgezweigt werden kann, mindestens einen Sensor im Unfiltratstrom zum Messen eines Parameters, der von der Hefekonzentration im Unfiltrat abhängt und einer Steuer-/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln von Prozessparametern des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern von Bier.
  • Bei der Herstellung von Bier wird nach der Gärung/Reifung das Bier filtriert, um Hefe aus dem Bier zu entfernen. Die Membranfiltration von Bier ist seit einigen Jahren eine zunehmend akzeptierte Technologie. Dabei kommt insbesondere die Crossflow-Methode zum Einsatz, bei der das unfiltrierte Bier, d.h. das Unfiltrat, im Kreislauf durch den Membranfilter geleitet wird und das Filtrat aus dem Membranfilter abgezogen wird. Das Unfiltrat wird dabei entlang der Membran geströmt, wobei das Filtrat senkrecht dazu austritt. Als Membran werden beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen verwendet.
  • Dabei konzentriert sich die Unfiltratseite (Retentatseite) zwangsläufig auf. Das heißt, dass die Hefekonzentration sowie die Konzentration der übrigen rückgehaltenen Bestandteile (Mischung aus verschiedenen Proteinen, Bitterstoffen und Polysacchariden, etc.) mit der Zeit im Unfiltratkreislauf ansteigt. Problematisch bei den bekannten Filtrationsverfahren ist jedoch, dass sich im Verlauf der Filtration das Unfiltrat so stark aufkonzentriert, und es im Laufe der Filtration eine Grenze gibt, bei der die Filtration gestoppt werden muss und das Konzentrat entsorgt werden muss. Desweiteren verblockt die Membran nach einer bestimmten Zeit so stark, dass eine Reinigung zwangsläufig notwendig ist. Zur Steuerung der Filtration wird in der Regel der Transmembrandruck beobachtet und dann bei vorbestimmten Grenzwerten die Filtration gestoppt, das Unfiltrat ausgeschoben oder das aufkonzentrierte Unfiltrat mit frischen Unfiltrat verdünnt. Das heißt, dass hier erst reagiert wird, wenn die Membran bereits verblockt, d.h. viel zu spät, da eigentlich das Verblocken der Membran verhindert bzw. verzögert werden soll. Bislang war es nicht möglich, den Filtrationsprozess so zu steuern oder zu regeln, dass ein entsprechendes Verblocken der Membran frühzeitig verhindert werden kann. Somit haben die Membranfilter zur Bierfiltration im Stand der Technik nur eine geringe Standzeit.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern von Bier bereitzustellen, die ermöglichen, die Standzeit eines Membranfilters auf einfache Art und Weise zu verlängern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Filtern von Bier umfasst einen Membranfilter, durch den Unfiltrat im Kreislauf geführt und Filtrat abgezweigt werden kann. Weiter ist mindestens ein Sensor im Unfiltratstrom vorgesehen zum Messen eines Parameters, der von der Hefekonzentration im Unfiltrat bzw. Retentat abhängt. Weiter ist eine Steuer-/Regeleinrichtung vorgesehen zum Steuern/Regeln von Prozessparametern des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters. Dadurch, dass die Sensoren in situ angeordnet sind, muss keine Probe entnommen werden, so dass eine kontinuierliche Messung möglich ist.
  • Somit kann auf einfache Art und Weise der Prozess in Abhängigkeit der Hefekonzentration im Unfiltrat gesteuert oder geregelt werden. Da der Sensor also in situ im Unfiltratstrom angeordnet ist, kann die Hefekonzentration in den Leitungen der Vorrichtung überwacht werden und es können bei zu hoher Aufkonzentration geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Somit können die Maßnahmen bereits ergriffen werden, bevor es zu einem Zusetzen der Membran kommt. Daher kann die Standzeit des Membranfilters deutlich erhöht werden. Außerdem kann das Filtrationsende, d.h. wann z.B. eine Reinigung stattfinden muss, exakt bestimmt werden und es ist kein ungenaues Abschätzen unter Verwendung eines Aufkonzentrierungsfaktors notwendig.
  • Der mindestens eine Sensor ist in vorteilhafter Weise in situ im Unfiltratkreislauf und/oder in einem Rücklauf zu einem Aufkonzentriertank vorgesehen. Es ist vorteilhaft, wenn der Sensor im Unfiltratkreislauf angeordnet ist, da hier ständig die Aufkonzentrierung des Unfiltrats überwacht werden kann. Bei der Anordnung im Rücklauf bzw. der Rücklaufleitung ist vorteilhaft, dass der Sensor kleiner ausgebildet werden kann und somit günstiger ist als ein Sensor, der im Unfiltratkreislauf angeordnet ist, denn hier ist dieselbe Aufkonzentrierung wie im Kreislauf vorhanden.
  • Vorteilhafterweise ist der Sensor ein Viskositätssensor und/oder Dichtesensor d.h. dass der gemessene Parameter die Viskosität des Unfiltrats bzw. die Dichte des Unfiltrats ist. Werden beide Größen gemessen kann ein kombinierter Sensor verwendet werden, aber auch zwei Sensoren.
  • Es ist auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ zu dem o.g Sensor oder Sensoren ein Sensor zur Messung der Viskoelastizität verwendet wird.
  • In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass es einen Zusammenhang gibt zwischen der Viskosität des Unfiltrats und der Hefekonzentration (Hefezellzahl/ml) und der Dichte und der Hefekonzentration. Somit können über diese Parameter sehr einfach Rückschlüsse über die Hefekonzentration gemacht werden. Sensoren zum Messen der Viskosität und/oder der Dichte können auf einfache Art und Weise in situ in der Vorrichtung angeordnet werden. Es können auch Sensoren vorgesehen sein, die sowohl die Dichte als auch die Viskosität bestimmen können. Insbesondere eignet sich dazu z.B. ein kommerziell erhältlicher Coriolis-Massendurchflussmesser mit induzierter Torsionsbewegung. Dann können beispielsweise auch beide Werte zur Auswertung bzw. zum Steuern und Regeln von Prozessparametern verwendet werden.
  • Die Steuer-/Regeleinrichtung ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters ein Filtrationsende bestimmt werden kann. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit der Hefekonzentration die Vorrichtung gestoppt wird. Es ist auch möglich, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters die Hefekonzentration im Unfiltrat bzw. Retentat eingestellt wird. Wenn beispielsweise bestimmt wird, dass die Hefekonzentration bzw. der Parameter zu hoch ist, kann die Konzentration herabgesetzt werden, indem beispielsweise aus dem Unfiltratkreislauf Unfiltrat abgeleitet wird, beispielsweise in einen Tank oder Kanal Das zirkulierende Unfiltrat wird dann mit frischem Unfiltrat, das der Vorrichtung zugeführt wird, verdünnt und weist damit eine niedrigere Konzentration auf, so dass die Vorrichtung weiter betrieben werden kann, ohne dass der Filterprozess gestoppt werden muss. Durch frühzeitiges Anpassen der Hefekonzentration kann insgesamt die Standzeit des Filters erhöht und die Gesamtfiltrationsleistung erhöht werden (d.h., dass die Filtrationsleistung konstant hoch gehalten werden kann und ein Leistungsabfall verhindert werden kann) und ein Zusetzen bzw. Verblocken und ein damit verbundener Reinigungsprozess verzögert werden. Somit kann die Standzeit des Filters erhöht werden.
  • Es ist auch möglich, dass mehrere unterschiedliche Parameter zur Steuer- und Regelung herangezogen werden. Vorzugsweise sind dann neben dem Sensor zum Messen der Dichte und/oder der Viskosität oder Viskoelastizität noch mindestens einer folgender Sensoren vorgesehen: Sensor zur Messung der Trübung des Unfiltrats, Sensor zur Messung des Transmembrandrucks, Sensor zur Messung des Filtratflusses (l/m2h), Messung des Massendurchflusses durch den Filter. Dabei kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Steuer- oder Regelung eine Fuzzy-Logic oder ein künstlich neuronales Netz aufweisen. Somit können also gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die gemessenen Daten einem Softwaresensor zugeführt werden und mittels Fuzzy-System oder künstlich neuronalem Netz auf die Hefekonzentration geschlossen werden. Diese intelligenten Systeme sind in der Lage, unscharfe Daten bzw. Parameter zu einer verlässlichen Aussage zu führen, nämlich ob die Konzentration im Unfiltratstrom im Sollbereich liegt, oder zu hoch ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Unfiltrat gefiltert, wobei das Unfiltrat im Kreislauf durch ein Membranfilter geleitet und Filtrat aus dem Membranfilter abgeleitet wird, ein Parameter im Unfiltratstrom, der von der Hefekonzentration im Unfiltrat abhängt, während der Filtration gemessen wird und Prozessparameter des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters gesteuert oder geregelt werden.
  • Gemäß der Erfindung kann der Parameter kontinuierlich in situ während des Filtrationsprozesses gemessen werden. So kann unmittelbar auf eine sich verändernde Hefekonzentration, die beispielsweise über einem Grenzwert liegt, reagiert werden. Die Aufkonzentration kann z.B. nicht höher als ein bestimmter Wert (zum Beispiel etwa 17-18% Trockensubstanz) getrieben werden ohne, dass die Leistung des Filters erheblich beeinträchtigt wird.
  • Die Parameter können im Unfiltratkreislauf gemessen werden und/oder im Rücklauf zu einem Aufkonzentriertank.
  • Dabei kann die Dichte und/oder die Viskosität als Parameter gemessen werden. Das Heranziehen der Dichte und/oder der Viskosität zum Bestimmen der Aufkonzentrierung des Unfiltrats ist eine besonders geschickte und einfache Maßnahme, um den Filterprozess zu überwachen. Die Messung der Viskoelastizität ist ebenfalls geeignet.
  • In Abhängigkeit des gemessenen Parameters kann die Hefekonzentration im Unfiltrat eingestellt werden, wobei insbesondere Unfiltrat aus dem Kreislauf ausgelagert werden kann, z.B. in einen Aufkonzentriertank oder Kanal oder Puffertank. Es ist aber auch möglich, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters das Ende des Filtrationsprozesses bestimmt werden kann. Die Verwendung von mehreren Sensoren und der Einsatz eines intelligenten Systems, beispielsweise einer Fuzzy-Logic oder eines künstlichen neuronalen Netzes, ermöglicht unscharfe Daten, d.h. verschiedene Messparameter zu einer verlässlichen Aussage zusammenzuführen.
  • Es ist möglich, dass vor dem Filtrationsprozess eine Eichkurve erstellt wird, die den Zusammenhang zwischen dem Parameter und der Konzentration der Hefe angibt. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme der folgenden Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt grob schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern von Bier.
    • 2 zeigt grob schematisch einen Graphen, der die Dichte in Abhängigkeit der Hefezellzahl/ml zeigt.
    • 3 zeigt grob schematisch einen Graphen, der die Viskosität in Abhängigkeit der Hefezellzahl/ml zeigt.
    • 4 zeigt grob schematisch die Steuer- und Regeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt grob schematisch die Steuer- und Regeleinrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 6 zeigt ein Blockdiagramm, der die Viskosität in Abhängigkeit der Zellzahl pro ml angibt.
  • 1 zeigt grob schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst einen Membranfilter 1, beispielsweise einen Crosssflow-Membranfilter, durch den unfiltriertes Bier, d.h. Unfiltrat, im Kreislauf geleitet werden kann. Dabei wird das Unfiltrat entlang der Membran geströmt und tritt senkrecht aus dem Filter als Filtrat aus. Als Membran können beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen verwendet werden. Die Porengröße zur Bierfiltration liegt insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 1 µm, insbesondere 0,4 - 0,6 µm Die Vorrichtung weist eine Zulaufleitung 3 auf, über die mit Hefe beladenes Bier in Richtung Membranfilter 1 beispielsweise über eine Pumpe 7 gepumpt wird. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Zirkulationsleitung 5, in die die Zulaufleitung 3 mündet und durch die das Unfiltrat, d.h. das Retentat, im Kreislauf K zirkulieren kann. Schließlich weist die Vorrichtung weiter eine Rücklaufleitung 6 auf, über die Unfiltrat aus der Zirkulationsleitung 5 abgeleitet werden kann. Dazu ist ein Stellventil 9 vorgesehen, über das der Fluss des abgeleiteten Unfiltrats eingestellt werden kann. Ferner zweigt von der Rücklaufleitung 6 eine Ablaufleitung 12 ab, über die über ein Stellventil 11 das Unfiltrat aus der Rücklaufleitung 6 dem Kanal 10 zugeführt werden kann. Über das Ventil 11 kann der Fluss des Unfiltrats eingestellt werden. Die Rücklaufleitung 6 mündet in einen Aufkonzentriertank 2, der hier z.B. als zylindrokonischer Tank ausgebildet ist und der über eine Leitung 13 und ein Stellventil 14 mit der Zulaufleitung 3 verbunden ist. Somit kann aufkonzentriertes Unfiltrat aus dem Aufkonzentriertank 2 erneut der Zuleitung 3 zugeführt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung zum Filtern von Bier mindestens einen Sensor 4a, 4b im Unfiltratstrom, d.h. auf der Retentatseite, auf zum Messen eines Parameters, der von der Hefekonzentration im Unfiltrat abhängt. Wie in 1 gezeigt ist, kann ein entsprechender Sensor 4a vorteilhafterweise in der Zirkulationsleitung 5 angeordnet sein. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Sensor 4a vor dem Filter 1. Es ist jedoch auch möglich, den Sensor an einer anderen Stelle im Unfiltratstrom anzubringen. Zusätzlich oder alternativ kann ein entsprechender Sensor 4b auch in der Rücklaufleitung 6 angeordnet sein, wie ebenfalls in 1 dargestellt ist, hier vorzugsweise in Flussrichtung nach dem Ventil 9.
  • Bei der Filtration konzentriert sich die Unfiltratseite zwangsläufig auf. Das heißt, dass die Hefekonzentration mit der Zeit im Unfiltratkreislauf ansteigt. Die Aufkonzentration darf einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Zum Beispiel darf die Aufkonzentration keinen Grenzwert überschreiten (zum Beispiel nicht höher als 17 bis 18 % Trockensubstanz betragen), da sonst die Leistung des Membranfilters 1 erheblich beeinträchtigt wird. Über die Sensoren 4a und 4b ist es möglich, dass auf einfache Art und Weise der Prozess in Abhängigkeit der Hefekonzentration im Unfiltrat gesteuert oder geregelt werden kann. Da der Sensor 4a, 4b in situ im Unfiltratstrom angeordnet ist, kann die Hefekonzentration ständig überwacht werden und es können bei zu hoher Aufkonzentration geeignete Maßnahmen ergriffen werden.
  • Als Sensoren eignet sich besonders ein Viskositätssensor und/oder Dichtesensor. Wie insbesondere aus der 3 hervorgeht, gibt es einen Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Hefekonzentration, d.h. der Hefezellzahl/ml. Mit zunehmender Hefezellzahl HZZ steigt auch die Viskosität η des Unfiltrats bei einer bestimmten Temperatur.
  • 6 zeigt beispielsweise die Viskosität in Abhängigkeit der Zellzahl bei 0°C einer Probe. Somit kann einfach über die Messung der Viskosität auf die Zellzahl und somit auf die Aufkonzentrierung rückgeschlossen werden.
  • Aber auch zwischen der Dichte des Unfiltrats und der Hefekonzentration gibt es, wie aus 2 hervorgeht, einen Zusammenhang. Mit steigender Hefekonzentration HZZ steigt auch die Dichte ρ des Unfiltrats.
  • Sensoren zum Messen der Viskosität oder Dichte können auf einfache Art und Weise in situ in die Vorrichtung integrieren, so dass eine kontinuierliche Überwachung des entsprechenden Parameters möglich ist.
  • Insbesondere ist zur Messung der Dichte und/oder Viskosität ein Coriolis-Massendurchflussmesser geeignet. Ein entsprechender Sensor kann mittels der Coriolismethode die Dichte bestimmen und mittels einer zusätzlichen Torsion die Viskosität. Es sind aber auch andere Inline-Viskositäts- und Durchflussmesser bzw. Inline-Dichte- und Durchflussmesser möglich. Als weitere Prozessviskosimeter zur In-situ-Messung sind beispielsweise auch Quarzviskosimeter, insbesondere piezomechanische Quarzsensoren, möglich. Die Dichtebestimmung kann auch durch Strahlungsabsorption, Biegeschwinger, d.h. Dichtebestimmung von dem durchströmenden Unfiltrat durch Schwingungsmessung, bestimmt werden. Die Dichte kann beispielsweise auch über eine Ultraschallmessung ermittelt werden.
  • Als Parameter kann beispielsweise auch die Viskoelastizität gemessen werden, die sich in Abhängigkeit der Hefekonzentration ändert. Die Viskoelastizität setzt sich aus einem Speicher- und einem Verlustmodul zusammen (G* = G‘ + i · G“), wobei G‘ dem Speichermodul entspricht, G“ dem Verlustmodul und G* die Viskoelastizität und i2 = -1 angibt. Bei ideal viskosen Flüssigkeiten (newtonschen Fluiden) ist der Speichermodul sehr klein gegenüber dem Verlustmodul, bei ideal elastischen Festkörpern, die dem Hook'schen Gesetz gehorchen, ist der Verlustmodul sehr klein gegenüber dem Speichermodul. Viskoelastische Materialien weisen sowohl einen messbaren Speichermodul als auch einen messbaren Verlustmodul auf. Bei dem zu filtrierenden Bier ist der Speichermodul kleiner als der Verlustmodul. Man beobachtet also bei Bier als Unfiltrat ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Materialverhalten, das charakteristisch für das Unfiltrat ist und in Abhängigkeit der Zusammensetzung und Konzentration schwankt. Somit können über die Viskoelastizität auch Rückschlüsse auf die Hefekonzentration gemacht werden.Sensoren zum Messen der Viskoelastizität sind kommerziell erhältlich.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine Steuer-/Regeleinrichtung 8 (siehe z. B. 1) auf zum Steuern/Regeln von Prozessparametern des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters. Die Steuer-/Regeleinrichtung 8 ist insbesondere derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters z.B. ein Filtrationsende bestimmt werden kann und/oder die Hefekonzentration im Unfiltrat eingestellt werden kann.
  • 4 zeigt grob schematisch ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein vom Sensor 4 erfasster Parameter, beispielsweise der Istwert η ist der Viskosität, wird an die Steuer- und Regeleinrichtung 8 geleitet, wo er mit einem Sollwert, beispielsweise ηSoll verglichen wird. Übersteigt die Konzentration den Sollwert bzw. Grenzwert, so wird ein entsprechendes Signal an ein Stellglied weitergeleitet über die Hefekonzentration im Unfiltrat eingestellt bzw. gesenkt werden kann. Dieses Stellglied ist beispielsweise das Stellventil 9, über das eine bestimmte Menge an Unfiltrat aus der Kreislaufleitung 5 abgeleitet werden kann, z.B. in den Aufkonzentriertank 2 oder den Kanal 10. Durch Ableiten des Unfiltrats und Zuleiten von frischem Unfiltrat über die Zulaufleitung 3 verdünnt sich die Konzentration, was die Standzeit des Filters erhöhen kann. Es kann auch eine Regelung in einem geschlossenen Regelkreis durchgeführt werden aber auch eine offene Steuerkette ist möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Steuer/Regeleinrichtung 8 die Steuerung oder Regelung auf der Grundlage mehrerer unterschiedlicher Parameter durchführen. Dazu sind vorzugsweise neben dem mindestens einen Sensor zum Messen der Dichte und/oder Viskosität 4a,b noch mindestens einer der folgenden Sensoren vorgesehen: Sensor 400 zum Messen der Trübung des Unfiltrats, Sensor 40 zur Messung des transmembranen Drucks des Membranfilters. Es können auch beispielsweise noch nicht dargestellte Sensoren zum Messen des Filtratflusses, zum Messen des Massendurchflusses durch den Filter oder ein Sensor zum Messen des Druckverlustes entlang dem Filterelement bzw. entlang der Hohlfasern eingesetzt und wie nachfolgend beschrieben zur Auswertung herangezogen werden.
  • In 5 sind beispielhaft drei Sensoren, Sensor 4, Sensor 40, Sensor 400 vorgesehen, die neben der Dichte und/oder Viskosität noch weitere Parameter, wie hier beispielsweise Ist-Werte des Transmembrandrucks und der Trübung an die Steuer-/Regeleinrichtung 8 leiten.
  • Es können auch noch weitere Parameter von der Steuer-/Regeleinrichtung 8 zur Auswertung verwendet werden, wie beispielsweise Standzeit des Filters zu einem bestimmten Zeitpunkt, Biersorte, benötigte Pumpenleistung (um zum Beispiel das Unfiltrat mit einem vorbestimmten Durchfluss zu fördern), Zyklusnummer der Filtration oder Alter der Membran etc.
  • Das heißt, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Parameter z.B. einem Softwaresensor in der Steuer-/Regelungseinrichtung 8 zugeführt werden und mittels einem künstlichen neuronalen Netz (KNN) oder einem Fuzzy-System auf die Hefekonzentration geschlossen werden kann. Dazu können bestimmte Entscheidungsregeln aufgestellt werden, die sich jedoch in Abhängigkeit unterschiedlicher Prozesse unterscheiden können. Beispielsweise kann die Steuer/Regeleinrichtung 8, wie in 5 gezeigt ist, entscheiden, dass nur dann bestimmt wird dass die Hefekonzentration zu hoch wird, wenn alle 3 Sollwerte für die 3 entsprechenden Parameter überschritten werden. Dies ist nur ein grobes Beispiel für eine Entscheidungsregel. Diese intelligenten Systeme sind in der Lage, unscharfe Parameter zu einer verlässlichen Aussage über die Hefekonzentration zusammen zu führen.
  • Wird dann in der Steuer-/Regeleinrichtung 8 bestimmt, dass die Aufkonzentrierung zu hoch ist, wird zum Beispiel ein Stellglied , z.B. das Stellventil 9 angesteuert, um beispielsweise Unfiltrat aus dem Unfiltratkreislauf 5 zum Verdünnen des Unfiltrats abzuleiten. Anstelle die Konzentration einzustellen, wie zuvor beschrieben wurde, kann in Abhängigkeit des gemessenen Parameters oder der gemessenen Parameter auch das Filtrationsende bestimmt werden, wobei dann über ein entsprechendes Stellglied der Filtrationsprozess gestoppt wird und eine geeignete Maßnahme, beispielsweise eine Reinigung eingeleitet wird, um die Filteroberfläche des Membranfilters 1 zu reinigen.
  • Es können jedoch auch noch andere Maßnahmen ergriffen werden, wenn beispielsweise bestimmt wird dass die Hefekonzentration zu hoch ist. Beispielsweise kann der Filter mit Bier rückgespült werden, Konzentrat ausgeschoben werden und der Filter neu befüllt werden, ein Zwischenreinigungsschritt eingeleitet werden, eine Haupt CIP Reinigung eingeleitet werden etc. Somit kann eine optimale Reaktion auf die abgeschätzte Konzentration aufgrund der unscharfen Parameter vorgenommen werden. Die Steuer-/Regeleinrichtung kann auch in Abhängigkeit der diversen Parameter entscheiden, welche Maßnahme am geeignetsten ist und diese dem Bediener vorschlagen oder selbstständig einleiten.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme der 1 näher erläutert.
  • Bei dem Filterverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird Bier nach der Fermentation über eine zum Beispiel Frequenz geregelte Pumpe 7 und einer Zulaufleitung 3 in Richtung Membranfilter 1 beispielsweise mit einem Fluss von 5 bis 250 hl/h zugeleitet. Über die Pumpe oder entsprechende Regelventile kann beispielsweise der Fluss eingestellt werden. Es ist zudem denkbar, dass die Zulaufleitung 3 im Aufkonzentriertank 2 endet und/oder direkt wie in 1 dargestellt mündet. Zudem ist es auch denkbar, dass die Pumpe 7 nach dem Aufkonzentriertank 2 in der Zulaufleitung 3 sitzt. Als Filter wird hier ein Crossflow - Filtermodul eingesetzt Das Unfiltrat hat beispielsweise eine Hefekonzentration von 0,1 bis 30 mio/ml. Die Hefezellzahl hängt u.a. von der Lagerzeit, dem Sedimentationsverhalten der Hefe während der Lagerung und ob ein Separator vorgeschalten wird, ab Das Unfiltrat wird durch den Filter 1 geleitet, wobei ein Teil als Filtrat im Crossflow abgeleitet wird und das Unfiltrat, das durch den Membranfilter 1 strömt, im Kreislauf K in der Zirkulationsleitung 5 zurück geleitet wird, wobei an einem Punkt 16 dem zirkulierenden Unfiltrat neues Unfiltrat aus der Zulaufleitung 3 zugeführt wird.Während der Filtration steigt die Hefekonzentration im Unfiltratkreislauf K. Die Hefekonzentration wird dabei gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kontinuierlich über den Sensor 4a überwacht, der z.B. die Viskosität und/oder Dichte des Unfiltrats misst.
  • Die Messwerte werden an die Steuer-/Regeleinrichtung 8 geleitet, wie aus 4 hervorgeht.
  • Zur Auswertung kann z.B. Viskosität oder Dichte oder Viskoelastizität, herangezogen werden. Wird beispielsweise ein Sensor verwendet, der Dichte und Viskosität als Parameter messen kann, , können auch beide Werte zur Auswertung herangezogen werden. Wenn beispielsweise der Parameter, d.h. z.B. die Viskosität und/oder Dichte, einen vorbestimmten ersten Grenzwert bzw. Sollwert überschreiten, so wird eine geeignete Maßnahme ergriffen, z.B. das Ventil 9 angesteuert, das sich öffnet und eine bestimmte Menge an Unfiltrat aus der Zirkulationsleitung 5 über die Rücklaufleitung 6 in den Aufkonzentriertank 2 leitet. Alternativ oder zusätzlich kann das Unfiltrat auch über einen Kanal 10 durch Öffnen des Ventils 11 abgeleitet werden. Durch Ableiten des aufkonzentrierten Unfiltrats und Zuleiten von frischem Unfiltrat am Punkt 16 aus dem Zulauf 3 sinkt die Hefekonzentration in der Zirkulationsleitung 5 und der Filter kann weiter betrieben werden. Der Grenzwert den die Hefekonzentration nicht übersteigen darf liegt z.B. liegt beispielsweise in einem Bereich108 - 1011 Zellen/ml. Der Parameter wird inline kontinuierlich gemessen, so dass auf eine steigende Konzentration im Unfiltratstrom reagiert werden kann, bevor der Membranfilter 1 zusetzt. Steigt die Konzentration erneut an und übersteigt den zuvor genannten Grenzwert, wird erneut das Ventil 9 geöffnet, um Unfiltrat abzuleiten.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch durch Messen des Parameters das Filtrationsende bestimmt werden. Insbesondere wird der Zeitpunkt bzw. Schaltpunkt für das Filtrationsende bestimmt, wenn zum Beispiel eine bestimmte Viskosität (Grenzwert zum Beispiel 0,005-0,10 Pas bei 0°CUnd/oder ein bestimmter Transmembrandruck zwischen beispielsweise 1,2 bis 1,7 bar erreicht ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor 4b auch in der Rücklaufleitung 6 angeordnet sein. Um den Parameter zu messen, muss dazu das Ventil 9 geöffnet werden, wenn der Sensor in Flussrichtung hinter dem Ventil liegt. Bei manchen Prozessführungen wird kontinuierlich etwa 5-20 % des Unfiltrats über die Rücklaufleitung 6 rückgeführt, sodass auch mit dem Sensor 4b eine kontinuierliche Messung möglich ist.
  • Vorteilhaft an der Lage in der Rücklaufleitung 6 ist, dass der Sensor 4 kleiner ausgebildet werden kann und somit günstiger ist als in der Zirkulationsleitung 5. Zum Ende der Filtration kann dann aus dem Aufkonzentriertank 2 aufkonzentriertes Unfiltrat über die Zulaufleitung dem Membranfilter 1 zugeführt werden, wobei das Konzentrat beispielsweise gezielt Unfiltrat, das über die Zulaufleitung 3 über die Pumpe zugeführt wird, über das Ventil 14 zudosiert werden kann.
  • Wie zuvor im Zusammenhang mit 5 beschrieben wurde, können auch mehrere Parameter von der Steuer-/Regeleinrichtung 8 zur Auswertung herangezogen werden, wobei insbesondere auch die Trübung des Unfiltrats mit Hilfe eines entsprechenden Sensors oder der transmembrane Druck gemessen wird.
  • Wie zuvor beschrieben kann von der Steuer-/Regel ein Richtung 8 eine bestimmte Maßnahme in Abhängigkeit der bestimmten Hefekonzentration bestimmt werden, und entweder dem Bediener mitgeteilt werden oder automatisch eingeleitet werden.
  • Am Ende der Filtration wird der Filter z.B. durch Rückspülen gereinigt.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Filtern von Bier mit einem Membranfilter (1), durch den Unfiltrat im Kreislauf (K) geführt und Filtrat abgezweigt werden kann, mindestens einen Sensor (4a, 4b) im Unfiltratstrom zum Messen eines Parameters, der von der Hefekonzentration im Unfiltrat abhängt und einer Steuer-/Regeleinrichtung (8) zum Steuern/Regeln von Prozessparametern des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (4a.b) in situ im Unfiltratkreislauf (5) angeordnet ist und/oder in einem Rücklauf (6) zu einem Aufkonzentriertank (2).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Viskositätssensor und/oder Dichtesensor ist, und zusätzlich oder alternativ ein Sensor zur Messung der Viskoelastizität verwendet wird.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters ein Filtrationsende bestimmt werden kann und/oder die Hefekonzentration im Unfiltrat eingestellt werden kann, insbesondere durch Ableiten des Unfiltrats aus dem Unfiltratkreislauf, vorzugsweise in einen Aufkonzentriertank (2) oder Kanal (10) oder Puffertank.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (8) die Steuerung oder Regelung auf der Grundlage mehrerer unterschiedlicher Parameter durchführt, wobei vorzugsweise neben dem mindestens einen Sensor zum Messen der Dichte und/oder der Viskosität oder der Viskoelastizität noch mindestens einer folgender Sensoren vorgesehen ist: Sensor zum Messen der Trübung des Unfiltrats, Sensor zur Messung des transmembranen Drucks des Membranfilters, Sensor zur Messung des Filtratflusses (l/m2h), Messung des Massendurchflusses durch den Filter.
  6. Vorrichtung nach mindestens Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (8) die Steuerung oder Regelung mittels einer Fuzzy-Logic oder mittels künstlichem neuronalen Netz durchführt
  7. Verfahren zum Filtern von Bier, insbesondere mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6 mit folgenden Schritten: Filtern von Unfiltrat, wobei das Unfiltrat im Kreislauf (K) durch einen Membranfilter (1) geleitet und Filtrat aus dem Membranfilter (1) abgeleitet wird, Messen eines Parameters im Unfiltratstrom, der von der Hefekonzentration im Unfiltrat abhängt während der Filtration und Steuern/Regeln von Prozessparametern des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter kontinuierlich in situ während des Filterprozesses gemessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter im Unfiltratkreislauf (5) gemessen wird und/oder in einem Rücklauf (6) zu einem Aufkonzentriertank (2).
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte und/oder die Viskosität als Parameter und/oder die Viskoelastizität als Parameter gemessen wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters die Hefekonzentration im Unfiltrat eingestellt wird, insbesondere indem Unfiltrat aus dem Unfiltratkreislauf (5) abgeleitet wird, vorzugsweise in einen Aufkonzentriertank (2) oder Kanal (10) oder Puffertank geleitet wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des gemessenen Parameters das Ende des Filtrationsprozesses bestimmt wird.
  13. Verfahren nach mindesten einem der Ansprüche 7-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung auf der Grundlage mehrerer Parameter von unterschiedlichen Sensoren durchgeführt wird, wobei vorzugsweise neben der Messung der Dichte und/oder Viskosität oder der Viskoelastizität noch mindestens ein Parameter folgender Gruppe gemessen wird: Trübung des Unfiltrats, transmembraner Druck, Filtratfluss oder Massedurchfluss durch den Filter.
  14. Verfahren nach mindesten einem der Ansprüche 7-13 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung auf der Grundlage einer Fuzzy-Logic oder mittels künstlichem neuronalen Netz durchgeführt wird
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