DE3936797A1 - Verfahren zur abtrennung von bier aus einem beim gaerverfahren ausgeschleusten stoffstrom, welcher die bei der gaerung entstehende ueberschusshefe mitfuehrt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Bier aus einem beim Gärverfahren ausgeschleusten Stoffstrom, welcher die bei der Gärung entstehende Überschußhefe mitführt, wobei der Stoffstrom durch Mikrofiltration an tangential überströmten porösen Membranen aufkonzentriert und dabei das von Schweb­ stoffen befreite Bier als Filtrat abgezogen wird und wobei in Reinigungsintervallen das Rohrleitungsnetz entleert sowie anschließend eine an der Oberfläche der Membran haftende Deck­ schicht durch Spülung mit Flüssigkeit entfernt wird. - Mikro­ filtration bezeichnet eine Druckfiltration mit mikroporösen Membranen, die in einem Mikrofiltrationsmodul eingesetzt sind. Der Mikrofiltrationsmodul weist einen Strömungseingang und einen Strömungsausgang für den aufzukonzentrierenden Stoff­ strom sowie einen Filtratablauf auf. Für die Mikrofiltration finden vornehmlich Plattenmodule mit ebenen Membranen sowie Rohrbündelmodule mit innendurchströmten rohrförmigen Membranen Anwendung. Der aufzukonzentrierende Stoffstrom wird im Kreis umgepumpt und unter erhöhtem Druck durch die Mikrofiltrations­ module hindurchgeführt. Dabei werden die mikroporösen Membranen tangential mit in der Regel turbulenter Strömungsgeschwindig­ keit überströmt. An der Membranoberfläche reichert sich die im Stoffstrom enthaltene Hefe an und bildet eine Deckschicht, deren Dicke von der Hefekonzentration im Stoffstrom sowie von den Strömungsbedingungen vor der Membran abhängig ist. Mit der Deckschichtbildung geht eine Abnahme des Filtratflusses einher.

Das aus der Praxis bekannte Verfahren arbeitet im Chargen- oder Batchbetrieb. Zunächst wird ein Kreislaufbehälter mit dem aus dem Gärverfahren ausgeschleusten Stoffstrom gefüllt. Die im Kreislaufbehälter eingesetzte Charge wird anschließend durch Mikrofiltration in beschriebener Weise aufkonzentriert. Wenn der gewünschte Eindickungsgrad erreicht ist, wird das Konzentrat aus dem Kreislaufbehälter abgelassen und das Rohr­ leitungsnetz entleert. Anschließend werden die Mikrofiltrations­ module mit einer chemischen Reinigungslösung gespült. Die chemische Reinigungslösung wird den Mikrofiltrationsmodulen stoffstromseitig zugeführt und im Kreis umgepumpt. Die chemische Reinigungslösung überströmt die Membranoberfläche dabei mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Nach Beendigung des Spülvorganges muß das Rohrleitungsnetz sorgfältig entleert und zur Beseitigung von Rückständen mehrfach mit Inertgas und Wasser im Wechsel gespült werden. Die gebrauchte Reinigungs­ lösung wird verworfen.

Die Mikrofiltration kann auch als kontinuierliches Verfahren betrieben werden. Bei der kontinuierlichen Betriebsweise wird der aufzukonzentrierende Stoffstrom dem durch die Mikro­ filtrationsmodule durchgeführten Kreislaufstrom kontinuier­ lich zugeführt und ein Konzentratstrom mit im wesentlichen konstanter Hefekonzentration aus dem Kreislaufstrom abgezogen. Bei der kontinuierlichen Betriebsweise sind ebenfalls regel­ mäßige Spülungen erforderlich, da die an der Membranober­ fläche gebildete Deckschicht zu einer fortschreitenden Membran­ verblockung führt und einen stetigen Abfall des Filtratflusses zur Folge hat.

Das gattungsgemäße Verfahren ist verbesserungsbedürftig. Ab­ gesehen von dem großen Bedarf an Reinigungschemikalien ist insbesondere nachteilig, daß die in regelmäßigen Abständen durchzuführenden Spülungen zu erheblichen Ausfallzeiten führen. Die zeitintensive Restentleerung mit Inertgas- und Wasserspülungen zur Entfernung von Chemikalienresten, welche im Anschluß an die Membranreinigung erforderlich ist, trägt zu den Ausfallzeiten in beachtlichem Maße bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, wie bei einem gattungsgemäßen Verfahren die reinigungsbe­ dingten Ausfallzeiten reduziert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß Mikro­ filtrationsmodule mit rohrförmigen Keramikmembranen verwendet werden und daß die Keramikmembranen währen der Reinigungs­ intervalle mit Heißwasser rückgespült werden, wobei das Heiß­ wasser unter Druck filtratseitig den Mikrofiltrationsmodulen zugeführt, durch die Keramikmembranen unter der Wirkung einer transmembranen Druckdifferenz hindurchgepreßt und im stoff­ stromseitigen Strömungskanal abgezogen wird. - Die Erfindung setzt ein bei der Auswahl von Keramikmembranen für die Mikro­ filtration des beim Gärverfahren ausgeschleusten hefehaltigen Stoffstroms. Keramikmembranen erlauben im Vergleich zu Mem­ branen aus Polymerwerkstoffen die Anwendung höherer Tempera­ turen. Die Erfindung nutzt die überraschende Erkenntnis, daß eine wirksame und vor allem rasche Abreinigung der Membran­ oberflächen mit Heißwasser ohne Zusatz von Chemikalien möglich ist. Zu der wirksamen und raschen Abreinigung trägt wesent­ lich bei, daß das Heißwasser nicht an der Oberfläche der Membranen tangential vorbeigeführt wird, sondern daß das Heiß­ wasser durch die Membranen hindurchgepreßt wird, und zwar mit im Vergleich zum Filtratfluß umgekehrter Strömungsrichtung. Arbeitet man nach der erfindungsgemäßen Lehre, so sind nur in großen Zeitintervallen Spülungen mit chemischer Reinigungs­ lösung erforderlich.

Das zur Membranrückspülung verwendete Heißwasser sollte eine Temperatur von mindestens 60°C aufweisen. Besonders gute Resultate werden mit Heißwassertemperaturen von 75° bis 90°C erreicht. Versuche, die nicht zum Stand der Technik gehören, haben gezeigt, daß der Filtratfluß nach der Membranrückspülung mit Heißwasser, das eine Temperatur von 75° bis 90°C auf­ weist, wieder 90% bis 95% des Anfangswertes beträgt. Vor­ teilhaft ist es, wenn die Keramikmembranen einen mittleren Porendurchmesser von 0,05µm bis 5µm, vorzugsweise von 0,2µm, aufweisen. Es versteht sich, daß eine vollständige Entleerung des Rohrleitungsnetzes vor der Membranrückspülung mit Heiß­ wasser nicht erforderlich ist. Will man eine Abwasserbelastung und Hefeverlust vermeiden, so ist es dennoch zweckmäßig, das Rohrleitungsnetz vor der Membranrückspülung zum Zwecke der vollständigen Entleerung mit Inertgas, gegebenenfalls auch im Wechsel mit Wasser, zu spülen.

Arbeitet man nach der erfindungsgemäßen Lehre, so können die durch Membranspülungen bedingten Ausfallzeiten deutlich re­ duziert werden. Dazu trägt wesentlich bei, daß nach Beendi­ gung des Spülvorganges eine Restentleerung mit einer mehrfach im Wechsel durchgeführten Inertgas- und Wasserspülung nicht erforderlich ist. Als weitere Vorteile kommen hinzu, daß Reinigungschemikalien eingespart werden können, und daß die Anbindung der Mikrofiltrationsanlage an eine normale Reini­ gungsstation der Brauerei mit Rückstapelung, vorzugsweise an eine Reinigungsstation nach der Bierfiltration, möglich ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Anlage zur Abtrennung von Bier aus einem beim Gärverfahren ausgeschleusten Stoff­ strom, welcher die bei der Gärung entstehende Überschußhefe mitführt. Zum grundsätzlichen Aufbau der Anlage gehören eine Zuführleitung 1 mit Zuführpumpe 2, eine Mehrzahl von Mikro­ filtrationsmodulen 3 mit tangential überströmbaren porösen Membranen 4, eine Umwälzleitung 5 mit Umwälzpumpe 6 sowie an die Mikrofiltrationsmodule 3 angeschlossene Filtratleitungen 7, die über eine Filtratsammelleitung 8 miteinander verbunden sind. An die Anlage sind Lagertanks 9, 10 für die aufkonzen­ trierte Überschußhefe sowie das abfiltrierte Bier ange­ schlossen. Ferner gehört zur Anlage ein Wärmetauscher 11 zur Thermostatierung eines in der Umwälzleitung umgepumpten Kreis­ laufstromes.

Der aus dem Gärverfahren ausgeschleuste Stoffstrom, welcher die bei der Gärung entstehende Überschußhefe enthält, wird in der in der Figur dargestellten Anlage durch Mikrofiltra­ tion aufkonzentriert, wobei ein von Schwebstoffen befreites Bier als Filtrat abgezogen wird. Die Mikrofiltration ist als kontinuierliches Trennverfahren eingerichtet. Der zu be­ handelnde Stoffstrom, welcher die Überschußhefe in niedriger Konzentration enthält, wird dem in der Umwälzleitung 5 umge­ pumpten Kreislaufstrom kontinuierlich über die Zuführleitung 1 zugeführt. Aus dem Kreislaufstrom wird ferner über eine Konzentratleitung 12 ein Konzentratstrom mit einer im wesent­ lichen konstanten Hefekonzentration abgezogen, wobei der Mengenstrom durch ein Konzentratventil 13 in der Konzentrat­ leitung 12 eingestellt wird. Der in der Umwälzleitung 5 um­ gepumpte Kreislaufstrom steht unter erhöhtem Betriebsdruck und wird bei jedem Umlauf durch die Mikrofiltrationsmodule 3 hindurchgepumpt. Die Mikrofiltrationsmodule 3 sind mit rohr­ förmigen, innendurchströmten Keramikmembranen 4 ausgerüstet. Unter der Wirkung einer transmembranen Druckdifferenz wird Filtrat abgepreßt, welches über die Filtratleitungen 7 ab­ läuft. Infolge des Filtratflusses reichert sich die von der Membran zurückgehaltene Hefe an der Membranoberfläche an und bildet eine Deckschicht, deren Dicke von der Hefekonzentration im Kreislaufstrom und den Strömungsbedingungen an der Membran­ oberfläche abhängt. Die an der Membranoberfläche gebildete Deckschicht führt zu einer zunehmenden Verblockung der Keramikmembranen 4 und hat eine Abnahme des Filtratflusses zur Folge. In Reinigungsintervallen wird daher das Rohrlei­ tungsnetz über Entleerungsleitungen 14 entleert und an­ schließend die an der Oberfläche der Membranen haftende Deckschicht durch Spülung entfernt.

Die Keramikmembranen werden während der Reinigungsintervalle mit Heißwasser, welches eine Temperatur von mindestens 60°C, vorzugsweise von 75° bis 90°C, aufweist, rückgespült. Das Heißwasser wird unter Druck durch eine an die Filtratsammel­ leitung 8 angeschlossene Heißwasserzuführleitung 15 den Mikro­ filtrationsmodulen 3 filtratseitig unter Druck zugeführt. Unter der Wirkung einer transmembranen Druckdifferenz tritt das Heißwasser durch die Keramikmembranen 4 hindurch und wird dem stoffstromseitigen Strömungskanal der Mikrofiltrations­ module 3 über eine an die Umwälzleitung 5 angeschlossene Heißwasserabführleitung 16 abgezogen. Die Keramikmembranen 4 weisen einen mittleren Porendurchmesser von 0,05 bis 5µm, vorzugsweise von 0,2µm, auf.

Der Figur entnimmt man, daß an das Rohrleitungsnetz der Mikro­ filtrationsanlage eine Spülgasleitung 17 angeschlossen ist.

Zum Zwecke einer vollständigen Entleerung des Rohrleitungs­ netzes besteht so die Möglichkeit mit Inertgas, auch im Wechsel mit Wasser, zu spülen. Vorzugsweise werden CO₂ und/ oder Luft verwendet.

Claims (4)

1. Verfahren zur Abtrennung von Bier aus einem beim Gärver­ fahren ausgeschleusten Stoffstrom, welcher die bei der Gärung entstehende Überschußhefe mitführt, wobei der Stoffstrom durch Mikrofiltration an tangential überströmten porösen Membranen aufkonzentriert und dabei das von Schwebstoffen befreite Bier als Filtrat abgezogen wird und wobei in Reini­ gungsintervallen das Rohrleitungsnetz entleert sowie an­ schließend eine an der Oberfläche der Membranen haftende Deckschicht durch Spülung mit Flüssigkeit entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mikro­ filtrationsmodule mit rohrförmigen Keramikmembranen verwendet werden und daß die Keramikmembranen während der Reinigungs­ intervalle mit Heißwasser rückgespült werden, wobei das Heiß­ wasser unter Druck filtratseitig den Mikrofiltrationsmodulen zugeführt, durch die Keramikmembranen unter der Wirkung einer transmembranen Druckdifferenz hindurchgepreßt und im stoff­ stromseitigen Strömungskanal abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Membranrückspülung verwendete Heißwasser eine Temperatur von mindestens 60°C, vorzugsweise von 75° bis 90°C, auf­ weist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmembranen einen mittleren Porendurchmesser von 0,05 bis 5µm, vorzugsweise von 0,2µm, aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohrleitungsnetz vor der Membranrück­ spülung zum Zwecke der vollständigen Entleerung mit Inertgas, auch im Wechsel mit Wasser, gespült wird.