EP3559196A1 - Regelung der aufkonzentrierung im crossflow bei der membranfiltration von bier - Google Patents

Regelung der aufkonzentrierung im crossflow bei der membranfiltration von bier

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Publication number
EP3559196A1
EP3559196A1 EP17826506.2A EP17826506A EP3559196A1 EP 3559196 A1 EP3559196 A1 EP 3559196A1 EP 17826506 A EP17826506 A EP 17826506A EP 3559196 A1 EP3559196 A1 EP 3559196A1
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EP
European Patent Office
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sensor
parameter
concentration
measuring
unfiltrate
Prior art date
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Pending
Application number
EP17826506.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Angelika Grosser
Christian Kloner
Joerg Zacharias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3559196A1 publication Critical patent/EP3559196A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12H—PASTEURISATION, STERILISATION, PRESERVATION, PURIFICATION, CLARIFICATION OR AGEING OF ALCOHOLIC BEVERAGES; METHODS FOR ALTERING THE ALCOHOL CONTENT OF FERMENTED SOLUTIONS OR ALCOHOLIC BEVERAGES
    • C12H1/00—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages
    • C12H1/02—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material
    • C12H1/06—Precipitation by physical means, e.g. by irradiation, vibrations
    • C12H1/063—Separation by filtration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L2/00—Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation
    • A23L2/70—Clarifying or fining of non-alcoholic beverages; Removing unwanted matter
    • A23L2/72—Clarifying or fining of non-alcoholic beverages; Removing unwanted matter by filtration
    • A23L2/74—Clarifying or fining of non-alcoholic beverages; Removing unwanted matter by filtration using membranes, e.g. osmosis, ultrafiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/08—Specific process operations in the concentrate stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D2311/24—Quality control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D2311/246—Concentration control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/60—Specific sensors or sensor arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/70—Control means using a programmable logic controller [PLC] or a computer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/10—Cross-flow filtration

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for filtering beer.
  • the beer is filtered to remove yeast from the beer.
  • the membrane filtration of beer has been an increasingly accepted technology for several years.
  • the crossflow method is used, in which the unfiltered beer, i. the unfiltrate is circulated through the membrane filter and the filtrate is withdrawn from the membrane filter. The unfiltrate is thereby flowed along the membrane, wherein the filtrate emerges perpendicular thereto.
  • plastic hollow fibers or ceramic filter cartridges with microfiltration pores are used as membrane.
  • the unfiltrate side (retentate side) inevitably concentrates on this. This means that the yeast concentration and the concentration of the other retained components (mixture of different proteins, bitter substances and polysaccharides, etc.) increases over time in the unfiltered cycle.
  • the problem with the known filtration methods is that during the course of the filtration, the unfiltrate is concentrated to such an extent, and in the course of filtration there is a limit at which the filtration must be stopped and the concentrate must be disposed of. Furthermore, the membrane locks after a certain time so strong that a cleaning is inevitably necessary. To control the filtration of the transmembrane pressure is usually observed and then stopped at predetermined limits, the filtration, expelled the unfiltered or diluted concentrated filtrate with fresh unfiltered.
  • the present invention has the object to provide a device and a method for filtering beer, which allow to extend the life of a membrane filter in a simple manner.
  • the device according to the invention for filtering beer comprises a membrane filter through which unfiltered material can be circulated and filtrate can be diverted. Furthermore, at least one sensor in the unfiltered stream is provided for measuring a parameter which depends on the yeast concentration in the unfiltrate or retentate. Next, a control / regulating device is provided for controlling / regulating process parameters of the filtering process as a function of the measured parameter. The fact that the sensors are arranged in situ, no sample must be removed, so that a continuous measurement is possible.
  • the process can be controlled or regulated as a function of the yeast concentration in the unfiltered. Since the sensor is thus arranged in situ in the unfiltered stream, the yeast concentration in the lines of the device can be monitored and suitable measures can be taken if the concentration is too high. Thus, the measures can already be taken before it comes to clogging of the membrane. Therefore, the service life of the membrane filter can be significantly increased. In addition, the filtration end, i. when, e.g. a cleaning must take place, be accurately determined and no inaccurate estimation using a concentration factor is necessary.
  • the at least one sensor is advantageously provided in situ in the non-filtrate circuit and / or in a return to a concentration tank. It is advantageous if the sensor is arranged in the unfiltered circulation, since the concentration of the unfiltered material can be constantly monitored here. In the arrangement in the return or the return line is advantageous that the sensor can be made smaller and thus cheaper than a sensor which is arranged in Unfiltratniklauf, because here is the same concentration as in circulation.
  • the senor is a viscosity sensor and / or density sensor, i. that the parameter measured is the viscosity of the unfiltered or the density of the unfiltered. If both sizes are measured, a combined sensor can be used as well as two sensors.
  • a sensor is used to measure the viscoelasticity.
  • the control / regulating device is designed such that a filtration end can be determined as a function of the measured parameter. This means that the device is stopped depending on the yeast concentration. It is also possible that the yeast concentration in the unfiltered or retentate is adjusted as a function of the measured parameter. For example, if it is determined that the yeast concentration or parameter is too high, the concentration may be reduced by, for example, discharging unfiltrate from the non-filtrate cycle, for example, to a tank or channel. The circulating non-filtrate is then fed to the device with fresh unfiltrate is diluted and thus has a lower concentration, so that the device can continue to operate without the filtering process must be stopped.
  • the overall filter life can be increased and the overall filtration performance can be increased (ie, the filtration performance can be kept consistently high and performance degradation can be prevented), delaying clogging and associated cleaning process , Thus, the service life of the filter can be increased.
  • the control or regulating system can have a fuzzy logic or an artificially neural network.
  • the measured data can be supplied to a software sensor and closed by means of fuzzy system or artificial neural network on the yeast concentration.
  • the advantage of additionally measuring the turbidity and including this parameter is that a haze measurement in beer filtration already exists in most cases or is almost always part of the beer filtration system and thus one can resort to an already existing technology. Since the turbidity measurement is usually based on the light radiation (transmitted light, scattered light), it may be that with high numbers of yeast cells, the refraction of light is no longer sufficient and thus leads to incorrect measurement results. This is the case in particular with a cell number from 10 8 cells / ml.
  • the advantage of viscosity measurement too recognize, because the measurement of viscosity shows meaningful measurement results especially at high cell count concentrations. As can be seen from FIG.
  • the viscosity increases significantly at approximately 10.sup.8 cells / ml (which corresponds approximately to the value of 100 on the x-axis), thus the viscosity indicates measurement results which can be used exactly in the range at which the turbidity measurement, due to inaccuracy or measuring limit of the turbidity measurement, can no longer be used.
  • the measuring range of the viscosity should be in a range of 0.002 to 1.5 Pas (at 0 ° C.), thus ensuring that the method / device according to the invention can be realized.
  • the controller may use either the measured parameter of the turbidity measuring sensor or the viscosity measurement or density measurement or viscoelasticity measurement parameter to control process parameters.
  • the measured values of the sensor are used for viscosity measurement (or density measurement or viscoelasticity measurement) and for a cell count or a corresponding measured value, which is less than a limit value (in particular ⁇ 10 8 cells / ml), the measured values of the sensor are used to measure turbidity.
  • unfiltrate is filtered, wherein the unfiltered material is circulated through a membrane filter and filtrate is discharged from the membrane filter, a parameter in the unfiltered stream, which depends on the yeast concentration in the unfiltrate, while the filtration is measured and process parameters of the filtering process depending on measured parameter can be controlled or regulated.
  • the parameter can be measured continuously in situ during the filtration process.
  • a changing yeast concentration which, for example, is above a limit value.
  • the concentration may e.g. no higher than a certain value (for example about 17-18% dry matter) without significantly affecting the performance of the filter.
  • the parameters can be measured in the unfiltrate cycle and / or in the return to a concentration tank.
  • the density and / or the viscosity can be measured as a parameter.
  • the use of density and / or viscosity to determine the concentration of the unfiltrate is a particularly skillful and simple means of monitoring the filtering process.
  • the measurement of the viscoelasticity is also suitable.
  • the yeast concentration can be adjusted in the unfiltered, in particular unfiltrate can be removed from the circulation, e.g. in a concentration tank or channel or buffer tank.
  • the end of the filtration process can be determined as a function of the measured parameter.
  • Fig. 1 shows a rough schematic view of the structure of the inventive device for filtering beer.
  • FIG. 2 shows, roughly schematically, a graph showing the density as a function of the yeast cell count / ml.
  • FIG. 3 shows, roughly schematically, a graph showing the viscosity as a function of the yeast cell count / ml.
  • FIG. 4 shows, roughly schematically, the control and regulating device according to the present invention.
  • Fig. 5 shows a rough schematic of the control and regulating device according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 6 shows a block diagram indicating the viscosity as a function of the number of cells per ml.
  • Fig. 1 shows a rough schematic of a possible embodiment according to the present invention.
  • the device comprises a membrane filter 1, for example a crossflow membrane filter, through which unfiltered beer, i. Unfiltered, can be circulated.
  • the unfiltrate is flowed along the membrane and emerges vertically from the filter as filtrate.
  • plastic hollow fibers or ceramic filter cartridges with microfiltration pores can be used as membrane.
  • the pore size for beer filtration is in particular in a range from 0.1 to 1 ⁇ m, in particular 0.4-0.6 ⁇ m.
  • the device has a feed line 3, via which beer loaded with yeast is pumped in the direction of membrane filter 1, for example via a pump 7 becomes.
  • the device comprises a circulation line 5, into which the feed line 3 opens and through which the unfiltrate, i. the retentate, can circulate in the circulation K.
  • the device further has a return line 6, can be derived via the unfiltered from the circulation line 5.
  • a control valve 9 is provided, via which the flow of the discharged unfiltered material can be adjusted.
  • a drain line 12 branches off from the return line 6, via which the non-filtrate from the return line 6 can be supplied to the channel 10 via a control valve 1 1. Via the valve 1 1, the flow of the unfiltered can be adjusted.
  • the return line 6 opens into a concentration tank 2, here e.g. is designed as a cylindroconical tank and which is connected via a line 13 and a control valve 14 to the supply line 3.
  • concentrated unfiltered material from the concentration tank 2 can be supplied to the feed line 3 again.
  • the beer filtering device comprises at least one sensor 4a, 4b in the unfiltered stream, i. on the retentate side, to measure a parameter that depends on the yeast concentration in the unfiltrate.
  • a corresponding sensor 4a may advantageously be arranged in the circulation line 5.
  • the sensor 4a is located in front of the filter 1.
  • a corresponding sensor 4b may also be arranged in the return line 6, as likewise shown in FIG. 1, here preferably in the flow direction downstream of the valve 9.
  • the unfiltrate side inevitably concentrates. This means that the yeast concentration increases over time in the unfiltrate cycle.
  • the concentration may do not exceed the agreed limit.
  • the concentration must not exceed a limit (for example, not higher than 17 to 18% dry matter), otherwise the performance of the membrane filter 1 will be significantly impaired.
  • the process can be controlled or regulated in a simple way depending on the yeast concentration in the unfiltered. Since the sensor 4a, 4b is arranged in situ in the unfiltered stream, the yeast concentration can be constantly monitored and suitable measures can be taken if the concentration is too high.
  • Particularly suitable sensors are a viscosity sensor and / or density sensor. As can be seen in particular from Fig. 3, there is a relationship between the viscosity and the yeast concentration, i. the yeast cell count / ml. As the yeast cell count HZZ increases, the viscosity ⁇ of the unfiltered material increases at a certain temperature.
  • Fig. 6 shows, for example, the viscosity as a function of the cell number at 0 ° C of a sample. Thus, it is easy to deduce the cell number and thus the concentration by measuring the viscosity.
  • Sensors for measuring the viscosity or density can easily be integrated in situ into the device so that continuous monitoring of the corresponding parameter is possible.
  • a Coriolis mass flowmeter is suitable for measuring the density and / or viscosity.
  • a corresponding sensor can determine the density by means of the Coriolis method and the viscosity by means of an additional torsion.
  • other in-line viscosity and flow meters or inline density and flow meters are also possible.
  • quartz viscometers in particular piezo-mechanical quartz sensors, are also possible as further process viscometers for in-situ measurement.
  • Density determination can also be achieved by radiation absorption, bending oscillators, i. Density determination of the flowing unfiltrate by vibration measurement, to be determined.
  • the density can also be determined, for example, by means of an ultrasound measurement.
  • the viscoelasticity can be measured, which changes depending on the yeast concentration.
  • G * G + i * G "
  • G "is the loss modulus and G * is the viscoelasticity
  • i 2 -1
  • Viscoelastic materials have both a measurable storage modulus and a measurable loss modulus:
  • the beer storage capacity is smaller than the loss modulus, so for beer as unfiltrate a partially elastic, partially viscous material behavior is characteristic for the unfiltrate and varies depending on the composition and concentration, and thus viscoelasticity can be used to determine the yeast concentration, and sensors for measuring viscoelasticity are commercially available.
  • the device according to the invention also has a control / regulating device 8 (see, for example, FIG. 1) for controlling / regulating process parameters of the filtering process as a function of the measured parameter.
  • the control device 8 is in particular designed such that, depending on the measured parameter, e.g. a filtration end can be determined and / or the yeast concentration can be adjusted in the unfiltered.
  • FIG. 4 shows, roughly schematically, a simplified embodiment according to the present invention.
  • a parameter detected by the sensor 4 for example the actual value ⁇ is the viscosity, is passed to the control and regulating device 8, where it is compared with a desired value, for example Hsoii. If the concentration exceeds the setpoint or limit value, a corresponding signal is forwarded to an actuator via which the yeast concentration in the unfiltered filtrate can be set or lowered.
  • This actuator is for example the control valve 9, via which a certain amount of unfiltered material can be discharged from the circulation line 5, e.g. in the concentration tank 2 or the channel 10.
  • the concentration dilutes which can increase the service life of the filter. It can also be a closed loop control but also an open timing chain is possible.
  • the controller 8 may perform the control based on a plurality of different parameters.
  • at least one of the following sensors are preferably provided in addition to the at least one sensor for measuring the density and / or viscosity 4a, b: sensor 400 for measuring the turbidity of the unfiltered, sensor 40 for measuring the transmembrane pressure of the membrane filter. It may also, for example, not shown sensors for measuring the filtrate flow, for measuring the mass flow through the filter or a sensor for measuring the pressure loss along the filter element or used along the hollow fibers and used for the evaluation as described below.
  • three sensors, sensor 4, sensor 40, sensor 400 are provided by way of example, which, in addition to the density and / or viscosity, convey further parameters, such as, for example, actual values of the transmembrane pressure and the turbidity to the control / regulating device 8 ,
  • controller 8 may also be used by the controller 8 for evaluation, such as filter life at a particular time, type of beer, required pumping capacity (for example, to deliver the unfiltered product at a predetermined flow rate), cycle number of the filtration, or Age of the membrane etc.
  • the parameters e.g. a software sensor in the control / regulating device 8 and can be closed by means of an artificial neural network (KNN) or a fuzzy system on the yeast concentration.
  • KNN artificial neural network
  • certain decision rules can be established, which, however, may differ depending on different processes. For example, as shown in FIG. 5, the controller 8 may decide that it is only determined that the yeast concentration becomes too high if all 3 setpoints for the 3 corresponding parameters are exceeded. This is just a rough example of a decision rule.
  • These intelligent systems are able to combine fuzzy parameters to give a reliable indication of the yeast concentration.
  • an actuator e.g. the control valve 9 is driven to derive, for example, unfiltered from the Unfiltrat Vietnameselauf 5 for diluting the unfiltrate.
  • the filtration end can also be determined, in which case the filtration process is stopped via a corresponding actuator and a suitable measure, for example cleaning, is initiated around the filter surface to clean the membrane filter 1.
  • the filter can be backwashed with beer, concentrate pushed out and the filter refilled, an intermediate cleaning step initiated, a main CIP cleaning initiated, etc.
  • an optimal response to the estimated concentration due to the fuzzy parameters can be made.
  • the control device can also be dependent The various parameters decide which measure is the most suitable and suggest it to the operator or initiate independently.
  • beer is fed after fermentation via a pump 7 which is, for example, frequency regulated and a feed line 3 in the direction of membrane filter 1, for example with a flow of 5 to 250 hl / h.
  • the flow can be adjusted via the pump or corresponding control valves.
  • the feed line 3 terminates in the concentration tank 2 and / or opens directly as shown in Fig. 1.
  • the pump 7 is located after the concentration tank 2 in the supply line 3.
  • the filter used here is a crossflow filter module.
  • the unfiltrate has, for example, a yeast concentration of 0.1 to 30 ml / ml.
  • the yeast cell number depends i.a.
  • the sedimentation behavior of the yeast during storage and whether a separator is upstream, from The unfiltered is passed through the filter 1, wherein a portion is discharged as a filtrate in the crossflow and the unfiltered, which flows through the membrane filter 1 in the circulation K is returned in the circulation line 5, wherein at a point 16 the circulating unfiltered new unfiltrate from the feed line 3 is supplied.
  • the yeast concentration increases in the unfiltrate cycle K.
  • the yeast concentration is monitored in this case according to a preferred embodiment, continuously via the sensor 4a, which is e.g. measures the viscosity and / or density of the unfiltrate.
  • the measured values are passed to the control device 8, as shown in FIG.
  • viscosity or density or viscoelasticity can be used. If, for example, a sensor is used that can measure density and viscosity as parameters, both values can also be used for the evaluation. If, for example, the parameter, ie, for example, the viscosity and / or density, exceed a predetermined first limit value or desired value, a suitable measure is taken, for example, the valve 9 is activated, which opens and a certain amount of unfiltered material from the circulation line 5 via the Return line 6 passes into the concentration tank 2. Alternatively or additionally, the unfiltered material can also be discharged via a channel 10 by opening the valve 11.
  • the yeast concentration in the circulation line 5 drops and the filter can continue to be operated.
  • the limit which the yeast concentration must not exceed, for example, is in a Siemensl O 8-10 11 cells / ml.
  • the parameter becomes continuous inline measured, so that it can be reacted to an increasing concentration in the unfiltered stream before the membrane filter 1 is added. If the concentration increases again and exceeds the aforementioned limit value, valve 9 is opened again in order to remove unfiltered material.
  • the filtration end can also be determined by measuring the parameter.
  • the time or switching point for the filtration end is determined if, for example, a certain viscosity (limit value for example 0.005-0.10 Pas at 0 ° C and / or a certain transmembrane pressure between, for example, 1, 2 to 1, 7 bar
  • the sensor 4b may also be arranged in the return line 6.
  • the valve 9 In order to measure the parameter, the valve 9 must be opened when the sensor is behind the valve in the flow direction -20% of the unfiltered recycled via the return line 6, so that even with the sensor 4b a continuous measurement is possible.
  • An advantage of the position in the return line 6 is that the sensor 4 can be made smaller and thus more favorable than in the circulation line 5.
  • the concentrate for example, targeted unfiltered, which is supplied via the supply line 3 via the pump, can be added via the valve 14.
  • control / regulating device 8 for the evaluation, wherein in particular the turbidity of the non-filtrate with the aid of a corresponding sensor or the transmembrane pressure is measured.
  • control may determine a particular course of action depending on the particular yeast concentration and either notify the operator or be initiated automatically.
  • the filter is e.g. cleaned by backwashing.

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Abstract

Regelung der Aufkonzentrierung im Crossflow bei der Membranfiltration von Bier 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 Hefe- konzentration im Unfiltrat abhängt und einer Steuer-/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln von Prozessparametern des Filterprozesses in Abhängigkeit des gemessenen Parameters.

Description

Regelung der Aufkonzentrierung im Crossflow bei der Membranfiltration von Bier
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 bei- spielsweise 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 Gesamtfiltrati- onsleistung 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.
Der Vorteil zusätzlich die Trübung zu messen und diesen Parameter miteinzubeziehen liegt darin, dass eine Trübungsmessung bei der Bierfiltration in den meisten Fällen bereits vorhanden bzw. fast immer Teil der Bierfiltrationsanlage ist und man somit auf eine bereits vorhandene Technik zurückgreifen kann. Da die Trübungsmessung in der Regel auf der Lichtstrahlung (Durchlicht, Streulicht) basiert, kann es sein, dass bei hohen Hefezellzahlen die Lichtbrechung nicht mehr ausreichend gegeben ist und es somit zu falschen Messergebnissen kommt. Dies ist insbsondere bei einer Zellzahl ab 108 Zellen/ml der Fall. Hier ist der Vorteil der Viskositätsmessung zu erkennen, denn die Messung der Viskosität zeigt insbesondere auch bei hohen Zellzahlkonzentrationen aussagefähige Messergebnisse. Wie man anhand der Figur 6 erkennt steigt die Viskosität bei etwa 108 Zellen/ml signifikant an (das entspricht ungefähr dem Wert von 100 auf der x-Achse), somit gibt die Viskosität exakt in dem Bereich verwertbare Messergebnisse an bei welcher die Trübungsmessung, infolge Ungenauigkeit bzw. Messgrenze der Trübungsmessung, nicht mehr eingesetzt werden kann. Der Messbereich der Viskosität sollte sich in einem Bereich von 0,002 bis 1 ,5 Pas (bei 0°C) befinden, somit wird gewährleistet dass das erfindungsgemäße Verfahren / Vorrichtung realisiert werden kann.
Somit kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit der Hefekonzentration die Steuer-/Regeleinrichtung entweder den gemessenen Parameter des Sensors zum Messen der Trübung oder den Parameter des Sensors zur Viskositätsmessung oder Dichtemessung oder der Viskoelastizitätsmessung zum Steuern- /Regeln von Prozessparametern heranziehen.
Bei einer Zellzahl bzw. einem korrespondierenden Messwert ,die größer ist als ein Grenzwert (z.B. >=108 Zellen/ml ), werden die Messwerte des Sensors zur Viskositätsmessung ( oder Dichtemessung oder Viskoelastizitätsmessung )herangezogen und bei einer Zellzahl bzw. einem korrespondierenden Messwert, die kleiner ist als ein Grenzwert (insbesondere <108 Zellen/ml ) werden die Messwerte des Sensors zum Messen der Trübung herangezogen.
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.
Fig. 1 zeigt grob schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern von Bier.
Fig. 2 zeigt grob schematisch einen Graphen, der die Dichte in Abhängigkeit der Hefezellzahl/ml zeigt.
Fig. 3 zeigt grob schematisch einen Graphen, der die Viskosität in Abhängigkeit der Hefezellzahl/ml zeigt.
Fig. 4 zeigt grob schematisch die Steuer- und Regeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 zeigt grob schematisch die Steuer- und Regeleinrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm, der die Viskosität in Abhängigkeit der Zellzahl pro ml angibt.
Fig. 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 μηη, insbesondere 0,4 - 0,6 μηη 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 1 1 das Unfiltrat aus der Rücklaufleitung 6 dem Kanal 10 zugeführt werden kann. Über das Ventil 1 1 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 Fig. 1 gezeigt ist, kann ein entsprechender Sensor 4a vorteilhafterweise in der Zirkulationsleitung 5 angeordnet sein. Bei dem in Fig. 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 Fig. 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 be- stimmten 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 Fig. 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.
Fig. 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 Fig. 2 hervorgeht, einen Zusammenhang. Mit steigender Hefekonzentration HZZ steigt auch die Dichte p 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 Coriolismetho- de die Dichte bestimmen und mittels einer zusätzlichen Torsion die Viskosität. Es sind aber auch andere I n I i ne-Vi skos itäts- 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 Speicherund 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. Fig. 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.
Fig. 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 Hsoii 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 Fig. 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 Figur 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 Fig. 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 Fig. 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 Figur 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 1 1 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 beispielsweise in einem Bereichl O8 - 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 Bei- spiel 0,005-0,10 Pas bei 0°C und/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 wer- den 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 Fig. 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
Ansprüche
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.
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).
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.
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.
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.
1 1. 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 Viskoelastizitat noch mindestens ein Parameter folgender Gruppe gemessen wird: Trübung des Unfiltrats, transmembraner Druck, Filtratfluss oder Massedurchfluss durch den Filter.
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.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Hefekonzentration die Steuer-/Regeleinrichtung (8)
entweder den gemessenen Parameter eines Sensors (4a, 4b) zum Messen der Trübung oder den Parameter eines Sensors (4a, 4b) zur Viskositätsmessung zum Steuern-/Regeln von Prozessparametern verwenden kann, oder
entweder den gemessenen Parameter eines Sensors (4a, 4b) zum Messen der Trübung oder den Parameter eines Sensors zur Dichtemessung zum Steuern-/Regeln von Prozessparametern verwenden kann, oder
entweder den gemessenen Parameter eines Sensors (4a, 4b) zum Messen der Trübung oder den Parameter eines Sensors zur Viskoelastizitätsmessung zum Steuern-/Regeln von Prozessparametern verwenden kann.
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