DE19918899A1 - Continual process to regulate and control the composition mixture of processed food and drink by determining the sum or individual concentration levels - Google Patents

Continual process to regulate and control the composition mixture of processed food and drink by determining the sum or individual concentration levels

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Abstract

An aqueous solution containing a mixture of several ingredients forms part of a continual process which is optimized by a regulation and control system. An aqueous solution containing a mixture of several ingredients forms part of a continual process which is optimized by a regulation and control system. The regulation and control operates by especially continual determination of the sum of the concentrations, or the individual concentrations of specific substances, in especially gas phase sample volumes. The sample volume incorporates especially the entire range of substances present in the aqueous solution. A sample of the liquid is continually tapped from the main flow and the gas phase is diluted in a hot dry gas. The dilution is effected by a venturi jet which draws the sample, and a heated chamber with a pump, mixer section, and heated has feed. The dilution process is regulated and adapted as required to the subsequent gas analysis instrument.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Analyse und optimierten Prozeßregelung oder -steuerung von wässrigen Vielstoffgemischen.The invention relates to a method for continuous analysis and optimized Process regulation or control of aqueous multicomponent mixtures.

Es ist bekannt, verfahrenstechnische Prozesse mit dem Ziel, die Zusammensetzung eines wässrigen Vielstoffgemisches zu verändern, durch die Bestimmung von Meßgrößen der flüssigen Phase zu regeln oder zu steuern. Oft ist eine kontinuierliche Analyse der Zusammensetzung der flüssigen Phase des Vielstoffgemisches aufgrund von Störstoffen nicht oder nur diskontinuierlich möglich. Liegen z. B. in einer Suspension Störstoffe wie Feststoffe oder gelöste Substanzen vor, so ist eine Analyse mit gaschromatographischen Methoden aufgrund der Probenaufbereitung nur zeitverzögert möglich.It is known to process processes with the aim of the composition of a to change aqueous multicomponent mixture by determining the measurands of the regulate or control the liquid phase. Often a continuous analysis of the Composition of the liquid phase of the multicomponent mixture due to impurities not possible or only discontinuously. Lying z. B. in a suspension of contaminants such as Solids or dissolved substances before, is an analysis with gas chromatography Methods can only be delayed due to sample preparation.

Stand der Technik ist es, leicht und schnell erfaßbare Meßgrößen, wie z. B. die Temperatur, in der flüssigen Phase zu bestimmen, die jedoch nur beschränkt auf die Zusammensetzung des Vielstoffgemisches bzw. auf den Verlauf des Prozesses schließen lassen.State of the art is to easily and quickly detectable measurands such. B. the temperature, to be determined in the liquid phase, but only limited to the composition of the multicomponent mixture or to draw conclusions about the course of the process.

Die Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegeben Erfindung besteht darin, eine kontinuierliche Bestimmung geeigneter Meßgrößen während des Prozesses durchzuführen, die für eine optimierte Regelung oder Steuerung des Prozesses ausreichend genau auf die Zusammensetzung des Vielstoffgemisches schließen lassen.The object of the invention specified in claim 1 is a to continuously determine suitable measured variables during the process, which are sufficiently precise for the optimized regulation or control of the process Allow the composition of the multicomponent mixture to be concluded.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

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 flüssigen Phase des Vielstoffgemisches erfolgt, sondern durch die Gasanalyse eines Probenvolumenstromes der Gasphase des gesamten Vielstoffgemisches, in dem die Substanzkonzentrationen einzeln oder als Summe bestimmt werden. Vorteilhaft ist, daß eine Verdünnung des Probenvolumenstromes der Gasphase mit einem trockenen, erhitzten Gas nach Anspruch 2 stattfindet. So wird die Kondensation des Wassers und anderer Substanzen vermieden. Vorteilhaft ist außerdem, daß für die Absaugung der Gasphase bei der Verdünnung nach Anspruch 3 eine Venturidüse verwendet wird. The advantages achieved by the invention are in particular that the analysis, Regulation or control of the process not by determining measured variables in the liquid phase of the multicomponent mixture, but by gas analysis of a Sample volume flow of the gas phase of the entire multicomponent mixture in which the Substance concentrations can be determined individually or as a sum. It is advantageous that a Dilution of the sample volume flow of the gas phase with a dry, heated gas takes place according to claim 2. This is how the condensation of water and other substances avoided. It is also advantageous that for the suction of the gas phase at Dilution according to claim 3, a Venturi nozzle is used.  

Vorteilhaft ist, daß der Verdünnungsgrad des Probenvolumenstromes nach Anspruch 4 entsprechend den Anforderungen des nachfolgenden Gasanalysengerätes geregelt werden . kann. Vorteilhaft ist, daß dem Stand der Technik entsprechende Gasanalysensysteme nach Anspruch 5 eingesetzt werden können. Vorteilhaft ist außerdem, daß als Meßgrößen die Konzentrationen einzelner, mehrerer oder aller Substanzen, einzeln oder als Summe erfaßt, nach den Ansprüchen 5, 6 und 7 vorteilhaft ausgewählt werden können, die einen ausreichend genauen Rückschluß auf die Zusammensetzung des Vielstoffgemisches zulassen. Vorteilhaft ist außerdem, den Prozeßablauf kontinuierlich nach Anspruch 8 entsprechend der ausgewählten Meßgrößen zu regeln oder zu steuern und damit zu optimieren zu können. Vorteilhaft ist außerdem nach Anspruch 9 die Regelung oder Steuerung mit lernfähigen Systemen auszuführen und die ausgewählten Meßgrößen der Gasanalyse als Datengrundlage zu verwenden.It is advantageous that the degree of dilution of the sample volume flow according to claim 4 be regulated according to the requirements of the following gas analyzer. can. It is advantageous that the gas analysis systems corresponding to the prior art Claim 5 can be used. It is also advantageous that the Concentrations of individual, several or all substances, recorded individually or as a sum, can be advantageously selected according to claims 5, 6 and 7, the one sufficiently precise conclusion on the composition of the multicomponent mixture allow. It is also advantageous to continuously process the process according to claim 8 to regulate or control according to the selected measured variables and thus to to be able to optimize. The control or is also advantageous according to claim 9 Execute control with systems capable of learning and the selected measurands of the Use gas analysis as a data basis.

Zum Beispiel werden in der Nahrungs- und Genußmittelindustrie Verdampfungsprozesse zum Konzentrieren und Trennen von wässrigen Vielstoffgemischen, 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.For example, in the food and beverage industry, evaporation processes for concentrating and separating aqueous multicomponent mixtures, e.g. B. at Concentrate wort and juices, when thickening dairy products or when Dealcoholization used. The media can be dissolved, emulsified or suspended Have components.

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.The purpose of the evaporation process can be to remove unwanted ones Ingredients (e.g. water or organic substances) or in the manufacture of Concentrates exist (through subsequent condensation).

Die Zusammensetzung von wässrigen Vielstoffgemischen kann auch fermentativ durch Mikroorganismen verändert werden. Z. B. wird bei der Gärung von Bierwürze, der in der Würze vorhandene Zucker in Ethanol und CO2 und andere Gärungsprodukte umgewandelt.The composition of aqueous multicomponent mixtures can also be changed fermentatively by microorganisms. For example, in the fermentation of beer wort, the sugar present in the wort is converted into ethanol and CO 2 and other fermentation products.

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 z. B. mit gaschromatographischen Methoden abgetrennt werden müssen. Stand der Technik ist eine Zeit- und temperaturgesteuerte Ablaufsteuerung der Würzekochung. An embodiment for the application of the method according to the invention is the Wort boiling in breweries. This is technologically decisive for the later one Beer quality. Beer wort is a suspension of water as well as from dissolved and suspended malt and hop components. State of the art is the analysis of the Wort boiling process by examining the liquid wort. During the cooking arise z. B. protein agglomerates that like other solid components before a wort analysis e.g. B. must be separated using gas chromatographic methods. State of the art is a time and temperature controlled sequence control of wort boiling.  

Zusätzlich werden Parameter wie z. B. die Dichte bzw. der Extraktgehalt in der Würze und das Würzevolumen zu Beginn und am Ende der Kochung bestimmt. Zur optimierten Regelung des Prozesses 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 oder gesteuert.In addition, parameters such as B. the density or extract content in the wort and determines the wort volume at the beginning and at the end of cooking. For the optimized Regulating the process would be a continuous measurement of the actual Composition of the wort advantageous during the cooking process. With that, the Process flow recorded in the product and the process not only via process variables such as Temperature, pressure and time regulated or controlled.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 ermöglicht, über die kontinuierliche Gasanalyse der Gasphase über der Würze (des Würzebrüdens) auf die momentane Zusammensetzung der Würze zu schließen. Würzebrüden besteht aus Wasserdampf und organischen Substanzen. Der hohe Wasserdampfgehalt des Probenvolumenstromes erlaubt keine direkte Gasanalyse oder beeinflußt diese oft negativ. Nach Anspruch 2 kann der Probenvolumenstrom zur Ermöglichung der Gasanalyse der Substanzkonzentrationen im Würzebrüden mit einem trockenen, erhitzten Gas verdünnt werden, um Kondensationen zu vermeiden. Vorteilhaft ist außerdem, daß durch die Verdünnung des Würzebrüdens nach Anspruch 2 oder der Regelung des Verdünnungsgrades nach Anspruch 4 die Gasanalyse nach Anspruch 5 mit geeigneten Gasanalysegeräten durchgeführt werden kann. Vorteilhaft können für die Gasanalyse des Würzebrudens Flammenionisationsdetektoren oder Sensorarrays nach den Ansprüchen 6 und 7 eingesetzt werden, um die Summe der Konzentrationen bestimmter Substanzen als Meßgröße zu ermitteln. 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 den Ansprüchen 8 und 9 verwendet werden. Vorteilhaft ist, damit durch eine optimierte Steuerung bzw. Regelung des Prozesses eine optimierte und standardisierte Produktqualität zu erhalten.The inventive method according to claim 1 enables the continuous Gas analysis of the gas phase over the wort (wort vapor) for the current one Close composition of the wort. Wort vapors consists of water vapor and organic substances. The high water vapor content of the sample volume flow allows no direct gas analysis or often negatively influences it. According to claim 2 Sample volume flow to enable gas analysis of the substance concentrations in the Wort vapors can be diluted with a dry, heated gas to prevent condensation avoid. It is also advantageous that the dilution of the wort vapor after Claim 2 or the regulation of the degree of dilution according to claim 4, the gas analysis can be carried out according to claim 5 with suitable gas analyzers. Advantageous can use flame ionization detectors or Sensor arrays are used according to claims 6 and 7 to the sum of the Determine concentrations of certain substances as a measured variable. To optimize the Cooking process, the results of the gas analysis can be used. Moreover can the signals of the measured quantities of the continuous gas analysis during the Cooking process for an optimized regulation or control of the process according to the Claims 8 and 9 are used. It is advantageous to use an optimized Control or regulation of the process an optimized and standardized product quality to obtain.

Das Verfahren ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.The procedure is not limited to this example.

Claims (9)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Analyse und optimierten Prozeßregelung oder -steuerung von wässrigen Vielstoffgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierliche Bestimmung der Summe bestimmter Substanzkonzentrationen oder der Konzentrationen einzelner Substanzen eines Probenvolumenstromes der Gasphase des gesamten flüssigen Vielstoffgemisches durchgeführt wird.1. A method for continuous analysis and optimized process regulation or control of aqueous multicomponent mixtures, characterized in that a continuous determination of the sum of certain substance concentrations or the concentrations of individual substances of a sample volume flow of the gas phase of the entire liquid multicomponent mixture is carried out. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich ein Probenvolumenstrom der Gasphase des wässrigen Vielstoffgemisches mit einem trockenen, erhitzten Gas verdünnt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that continuously Sample volume flow of the gas phase of the aqueous multicomponent mixture with a dry, heated gas is diluted. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 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.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the dilution with a dilution section is carried out from a Venturi nozzle for suction and a heated chamber with pump, mixing section and heated diluent gas supply consists. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnung geregelt und an das folgende Gasanalysengerät angepaßt werden kann.4. The method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the dilution regulated and can be adapted to the following gas analyzer. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse des kontinuierlich verdünnten Probenvolumenstromes mit einem oder mehreren Gasanalysengeräten durchgeführt wird.5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the analysis of continuously diluted sample volume flow with one or more Gas analysis equipment is carried out. 6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gasanalyse ein Flammenionisationsdetektor verwendet wird und kontinuierlich die Gesamtkohlenstoffkonzentration der Gasphase des Vielstoffgemisches als Summe der Substanzkonzentrationen bestimmt wird.6. The method according to claim 1, 2 and 5, characterized in that for gas analysis Flame ionization detector is used and continuously the Total carbon concentration of the gas phase of the multicomponent mixture as the sum of the Substance concentrations is determined. 7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gasanalyse Sensorarrays verwendet werden und kontinuierlich Stoffkonzentrationen oder die Summe bestimmter Stoffkonzentrationen in der Gasphase des gesamten Vielstoffgemisches als Meßgrößen bestimmt werden.7. The method according to claim 1, 2 and 5, characterized in that for gas analysis Sensor arrays are used and continuous substance concentrations or the sum certain substance concentrations in the gas phase of the entire multi-substance mixture as Measured variables can be determined. 8. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßgrößen der Gasanalyse für die Regelung oder Steuerung des Prozesses verwendet werden.8. The method according to claim 1, 2 and 5, characterized in that the signals of Measured variables of the gas analysis used for the regulation or control of the process become. 9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßgrößen der Gasanalyse als Parameter oder als Datengrundlage für lernfähige (adaptive) Regel- oder Steuerungssysteme verwendet werden.9. The method according to claim 1, 2 and 5, characterized in that the signals of Measured variables of gas analysis as parameters or as a data basis for adaptive learners Regulation or control systems are used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003048875A2 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method for guaranteeing at least one characteristic of a fluid used for producing food products

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