DE19818771C2 - Verfahren zur Analyse eines flüssigen Vielstoffgemisches bei einem verfahrenstechnischen Prozess - Google Patents

Verfahren zur Analyse eines flüssigen Vielstoffgemisches bei einem verfahrenstechnischen Prozess

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines flüssigen Vielstoffgemisches bei einem verfahrenstechnischen Prozess.
Es ist bekannt, verfahrenstechnische Prozesse mit dem Ziel, die Zusammensetzung einer Lösung oder Suspension zu verändern, durch die Messung von Prozessgrößen in der Lösung oder Suspension zu regeln oder zu steuern. Eine häufig verwendete Prozessgröße ist z. B. die Temperatur der Lösung oder Suspension in Abhängigkeit von der Zeit. Die tatsächliche Zusammensetzung der Lösung oder Suspension kann jedoch dadurch nicht bestimmt werden. Eine mathematische Modellierung der zeitabhängigen Zusammensetzung als Funktion der Temperatur ist bei Vielstoffgemischen für den jeweiligen Einzelfall aufwendig. Diese ist nur bedingt aussagekräftig, da z. B. Veränderungen in der jeweiligen Charge nicht berücksichtigt werden.
Eine Analyse der Zusammensetzung der Lösung ist zeitverzögert, z. B. mit gaschromatographischen Methoden, möglich, die jedoch oft eine entsprechende Probenaufbereitung (z. B. Filtration) erfordern.
Das gilt beispielsweise auch für das aus der GB 2 171 197 A bekannte Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung einer Lösung unter Verwendung der Headspace-Technik, bei der zur Messung die Einstellung eines stationären Gleichgewichtes abzuwarten ist.
Stand der Technik ist es, leicht und schnell erfassbare Messgrößen in der Lösung oder Suspension wie z. B. pH-Wert oder Dichte zu bestimmen. Diese Messgrößen lassen jedoch nur beschränkt auf die jeweilige Zusammensetzung bzw. auf den Verlauf des Prozesses schließen.
Die Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegeben Erfindung besteht darin, ein Messverfahren zu finden, dass für eine optimierte Regelung oder Steuerung des Prozesses ausreichend genau auf die Zusammensetzung der Lösung oder Suspension schließen läßt. Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Analyse, Regelung oder Steuerung des Prozesses nicht durch die Bestimmung von Messgrößen in der Lösung oder Suspension bzw. in der flüssigen Phase erfolgt, sondern durch die Analyse der chemischen Substanzen in der Gasphase bzw. im Gasraum über der Lösung oder Suspension. Vorteilhaft ist, dass vor der Analyse der chemischen Substanzen eine Verdünnung mit einem trockenen, erhitzten Gas nach Anspruch 2 stattfindet. Vorteilhaft ist außerdem, dass für die Absaugung der Gasphase bei der Verdünnung nach Anspruch 3 eine Venturidüse verwendet wird. Durch die Verdünnung wird die Kondensation der chemischen Substanzen vermieden, und es kann der Sättigungsgrad der verdünnten Gasphase nach Anspruch 4 entsprechend den Anforderungen eines nachfolgenden Gasanalysengerätes geregelt werden. Vorteilhaft ist, dass dem Stand der Technik entsprechende Gasanalysensysteme nach Anspruch 5 eingesetzt werden können. Vorteilhaft ist außerdem, dass eine oder mehrere Substanzen oder eine Summe aus mehreren Substanzen als Messgrößen nach den Ansprüchen 5, 6 und 7 vorteilhaft ausgewählt werden können, die einen ausreichend genauen Rückschluss auf die Zusammensetzung der Lösung oder Suspension zulassen. Vorteilhaft ist außerdem, den Prozessablauf nicht zeitverzögert nach Anspruch 1 entsprechend der ausgewählten Messgrößen zu regeln oder zu steuern und damit optimieren zu können. Vorteilhaft ist außerdem nach Anspruch 8 die Regelung oder Steuerung mit lernfähigen Systemen auszuführen und die ausgewählten Messgrößen der Gasanalyse als Datengrundlage zu verwenden. Vorteilhaft ist, die Bestimmung der Messgrößen nach Anspruch 9 kontinuierlich durchzuführen, um den Prozessablauf möglichst genau steuern oder regeln zu können.
Zum Beispiel werden in der Nahrungs- und Genußmittelindustrie Verdampfungsprozesse zum Konzentrieren und Trennen von Lösungen oder Suspensionen, z. B. beim Konzentrieren von Bierwürze und Säften, beim Eindicken von Milchprodukten oder bei der Entalkoholisierung eingesetzt. Die Medien können gelöste, emulgierte oder suspendierte Bestandteile aufweisen. Der Zweck des Verdampfungsprozesses kann in der Entfernung von unerwünschten Bestandteilen (z. B. Wasser oder organischen Substanzen) oder in der Herstellung von Konzentraten (durch anschließende Kondensation) bestehen.
Die Zusammensetzung von Lösungen kann auch fermentativ durch Mikroorganismen verändert werden, wie z. B. bei der Gärung von Bierwürze, wobei der in der Würze vorhandene Zucker in Ethanol und CO2 und andere Gärungsprodukte umgewandelt wird.
Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Würzekochung in Brauereien. Diese ist technologisch bestimmend für die spätere Bierqualität. Bierwürze ist eine Suspension aus Wasser sowie aus gelösten und suspendierten Malz- und Hopfenbestandteilen. Stand der Technik ist die Analyse des Würzekochprozesses durch die Untersuchung der flüssigen Würze. Während der Kochung entstehen z. B. Eiweißagglomerate, die wie andere feste Bestandteile vor einer Würzeanalyse abgetrennt werden müssen. Dies kompliziert eine Analyse der Gesamtsubstanzen. Stand der Technik ist außerdem eine zeit- und temperaturgesteuerte Ablaufsteuerung der Würzekochung. Zusätzlich werden Parameter wie z. B. die Dichte bzw. der Extraktgehalt in der Würze und Volumen zu Beginn und am Ende der Kochung bestimmt. Zur optimierten Regelung des Prozessverlaufes (z. B. optimierte Regelung des Extraktgehaltes und dessen Zusammensetzung) wäre eine kontinuierliche Messung der tatsächlichen Zusammensetzung der Würze während des Kochprozesses vorteilhaft. Damit würde der Prozessablauf im Produkt erfasst und der Prozess nicht nur über Prozessgrößen wie Temperatur, Druck und Zeit geregelt bzw. gesteuert.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 ermöglicht, über die Zusammensetzung der Gasphase bzw. der Dampfphase über der Würze (bzw. des Würzebrüdens) auf die Zusammensetzung der Würze zu schließen. Würzebrüden besteht aus Wasserdampf und organischen Substanzen. Nach Anspruch 2 kann zur Ermöglichung der Gasanalyse der organischen Substanzen der Würzebrüden mit einem trockenen, erhitzten Gas verdünnt werden, um Kondensationen zu vermeiden. Ein hoher Anteil an Wasserdampf bzw. eine hohe relative Feuchte beeinflusst die anschließende Analyse oft nachteilig, so dass nach Anspruch 4 die Verdünnung des Würzebrüdens entsprechend den Anforderungen der anschließenden Gasanalyse geregelt werden kann. Vorteilhaft können für die Gasanalyse des Würzebrüdens geeignete Gasanalysengeräte, Flammenionisationsdetektoren oder Sensorarrays nach den Ansprüchen 5, 6 und 7 eingesetzt werden. Zur Optimierung des Kochprozesses können die Ergebnisse der Gasanalyse verwendet werden. Außerdem können die Signale der Messgrößen der kontinuierlichen Gasanalyse während des Kochprozesses für eine optimierte Regelung oder Steuerung des Prozesses nach Anspruch 8 und Anspruch 9 verwendet werden. Vorteilhaft ist, damit durch eine optimierte Steuerung bzw. Regelung des Prozesses eine optimierte und standardisierte Produktqualität zu erhalten.
Das Verfahren ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung eines flüssigen Vielstoffgemisches bei einem verfahrenstechnischen Prozess, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht zeitverzögerte Bestimmung bestimmter Substanzkonzentrationen in der Gasphase über dem flüssigen Vielstoffgemisch durchgeführt wird und die bestimmten Substanzkonzentrationen zur Steuerung oder Regelung des Prozesses verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasphase des flüssigen Vielstoffgemisches zur Analyse mit einem trockenen, erhitzten Gas verdünnt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnung mit einer Verdünnungsstrecke durchgeführt wird, die aus einer Venturidüse zur Absaugung und einer beheizten Kammer mit Pumpe, Mischstrecke und beheizter Verdünnungsgaszufuhr besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnung an ein folgendes Gasanalysengerät angepaßt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der Gasphase mit einem oder mehreren Gasanalysengeräten durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Gesamtkohlenstoffkonzentration ein Flammenionisationsdetektor verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gasanalyse Sensorarrays verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Substanzkonzentrationen als Parameter oder als Datengrundlage für lernfähige Regel- oder Steuerungssysteme verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche Bestimmung der bestimmten Substanzkonzentrationen durchgeführt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2171197A (en) * 1985-01-05 1986-08-20 Lion Lab Ltd Method and apparatus for determining volatile components of liquid systems

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