EP3866954A1 - Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze - Google Patents

Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze

Info

Publication number
EP3866954A1
EP3866954A1 EP19789927.1A EP19789927A EP3866954A1 EP 3866954 A1 EP3866954 A1 EP 3866954A1 EP 19789927 A EP19789927 A EP 19789927A EP 3866954 A1 EP3866954 A1 EP 3866954A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filtration
filtration unit
unit
cleaning
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19789927.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas HIPPEL
Joerg Zacharias
Daniel NITSCHE
Maximilian FRAMMELSBERGER
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Priority claimed from PCT/EP2019/077911 external-priority patent/WO2020078970A1/de
Publication of EP3866954A1 publication Critical patent/EP3866954A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • B01D61/149—Multistep processes comprising different kinds of membrane processes selected from ultrafiltration or microfiltration
    • 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
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/11—Post fermentation treatments, e.g. carbonation, or concentration
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/48—Mechanisms for switching between regular separation operations and washing
    • 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
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/70—Control means using a programmable logic controller [PLC] or a computer
    • B01D2313/701—Control means using a programmable logic controller [PLC] or a computer comprising a software program or a logic diagram
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/90—Additional auxiliary systems integrated with the module or apparatus
    • B01D2313/903—Integrated control or detection device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/20—Operation control schemes defined by a periodically repeated sequence comprising filtration cycles combined with cleaning or gas supply, e.g. aeration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/02—Elements in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/04—Elements in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/40—Automatic control of cleaning processes

Definitions

  • the present invention relates to a membrane filter system for filtering beer and a method for controlling and / or regulating such a membrane filter system.
  • the beer is filtered after fermentation / maturation, in particular to remove yeast from the beer.
  • the membrane filtration of beer has been an increasingly used technology for some years.
  • the crossflow method is used in particular, in which the unfiltered beer, i.e. the unfiltrate is passed in a circuit through the membrane filter and the filtrate is withdrawn from the membrane filter.
  • plastic hollow fibers or ceramic filter cartridges with microfiltration pores are used as the membrane.
  • the membranes used are therefore also referred to as microfiltration membranes.
  • the transmembrane pressure can be observed, for example, and the filtration can then be stopped at predetermined limit values, the concentrate being pushed out and / or the concentrated unfiltrate being diluted with fresh unfiltrate.
  • the blocking of the membrane can be delayed by backwashing with filtrate, in particular with beer, and / or water.
  • predetermined limit values means that the reaction only takes place when the membrane is already blocked, so that blocking of the membrane cannot be prevented at an early stage.
  • the membrane filters for beer filtration in the prior art therefore only have a short service life.
  • the membrane filtration of beer especially the service life of the membrane filter before necessary cleaning, depends heavily on the raw materials of the beer Recipe and fermentation.
  • the duration of a filtration cycle ie the service life of a membrane filter, before cleaning, for example by backwashing with certain backwashing media or by cleaning-in-place (CIP), is very dependent on the beer to be filtered.
  • the membrane filter cleaning is not carried out optimally.
  • the duration of membrane filter cleaning is generally too long and can only be reduced by using more chemicals (for example, a higher concentration of lye or oxidizing agent). This increased use of chemicals results in higher operating costs and has a negative impact on the life of the membrane modules, which also increases the costs for the operator.
  • the membrane filter is not cleaned optimally, the subsequent filter process is often shortened.
  • the elusive and difficult Modelable framework conditions of the beer parameters at the beginning and during the ongoing filtration as well as the rigid control of the filter systems the automation of an optimal beer filtration. The control becomes more complex the more filtration units are to be used in parallel.
  • the object of the present invention to provide an apparatus and a method for the filtration of beer which overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art.
  • the service life of the membrane filter should be extended, the cleaning of the membrane filter should be optimized and the control of the filter system should be automated.
  • optimal filtration results should be achieved, particularly with regard to productivity and production costs.
  • an automated control or regulation of a filter system with several filtration units is to be made possible.
  • a device for the filtration of fluids, in particular beer comprising: a first, independently controllable and / or regulatable filtration unit with at least one membrane filter module, a second, independently controllable and / or regulatable filtration unit with at least one membrane filter module, and at least one control unit, the control unit being designed to adaptively control an occupancy of the second filtration unit as a function of at least one process parameter of a filtration with the first filtration unit.
  • the control unit can be designed to adaptively control an occupancy of the first filtration unit as a function of at least one process parameter of a filtration with the second filtration unit.
  • the unfiltered fluid in particular beer, ie the unfiltrate
  • the membrane filter In crossflow filtration, the unfiltered fluid, in particular beer, ie the unfiltrate, is generally passed in a circuit through the membrane filter, the filtrate being drawn off from the membrane filter. The unfiltrate flows along the membrane, the filtrate usually exiting perpendicularly to it.
  • plastic hollow fibers or ceramic filter cartridges with microfiltration pores are used as the membrane. Depending on the pore size, one speaks of microfiltration or ultrafiltration.
  • the pore size for beer filtration is in particular in a range from 0.1 to 1 pm, in particular from 0.4 to 0.6 pm.
  • Polyether sulfone for example, can be selected as the material for a hollow fiber membrane.
  • a large number of hollow fiber membranes can be bundled or combined to form a membrane filter module, the hollow fiber membranes being able to be integrated in a stainless steel pressure tube.
  • Several membrane filter modules can be combined in one filtration unit.
  • the individual membrane filter modules can be connected to one another, in particular in a row, or also partially or completely parallel to one another, by means of appropriately designed connecting lines or pipes, control or regulating valves, pumps and other elements of filtration units known per se.
  • the first and second filtration units can each be controlled and / or regulated independently.
  • the first and the second filtration unit can have the above-mentioned elements, in particular controllable valves and pumps, which allow independent control and / or regulation of the filtration with the respective filtration unit.
  • each filtration unit can have its own control and / or regulating unit for this purpose, which can be designed, for example, in the form of a programmable logic controller.
  • Other elements known per se such as a buffer tank for the unfiltrate, a buffer tank for the filtrate and one or more integrated CIP modules and / or backwashing lines, can be provided as part of the first and / or second filtration unit.
  • the first and the second filtration unit can in particular have separate circuits for the unfiltrate.
  • the first and the second filtration unit can be connected, for example via a controllable three-way valve or a valve node, to a feed line for the unfiltrate, in particular to a main buffer tank for the unfiltrate.
  • At least one control unit is also provided which is designed to adaptively control an occupancy of the second filtration unit as a function of at least one process parameter of a filtration with the first filtration unit. Additionally or alternatively, the control unit can be designed to adaptively control an occupancy of the first filtration unit as a function of at least one process parameter of a filtration with the second filtration unit. In very general terms, the control unit can be designed to adaptively control the occupancy of a specific filtration unit from a plurality of filtration units as a function of at least one process parameter of a filtration with at least one other filtration unit.
  • a multiplicity of independently controllable and / or regulatable filtration units can thus be provided, the occupancy of at least one of the filtration units being adaptively regulated as a function of at least one process parameter of a filtration with at least one further filtration unit.
  • Process parameters of two or more further filtration units can thus also be taken into account when regulating the occupancy of the filtration unit.
  • the regulation can be carried out by a separate control and / or regulating unit of the filtration unit, the occupancy of which is regulated, by separate control and / or regulating units of the at least one further filtration unit or by a higher-level regulating unit.
  • the occupancy of all filtration units can be regulated adaptively, with process parameters from at least one further filtration unit being taken into account in each case. Such control can be carried out in particular by the higher-level control unit.
  • process parameters of all other filtration units can be taken into account when regulating the occupancy of all filtration units. In this way, the overall occupancy of the filter system can be optimized.
  • filtration is generally to be understood to mean a sequence or sequence of filter processes and cleaning processes of the membrane filter modules involved, it also being possible to provide rest periods or breaks between cleaning processes and filter processes in which the filtration unit is in standby mode located.
  • the actual process of filtering the unfiltrate is referred to here and below as the filter process.
  • the cleaning process at least one membrane filter module, in particular all membrane filter modules, of the respective filtration unit are cleaned. A variety of different cleaning methods can be used, which are described in more detail below.
  • the occupancy of a filtration unit is to be understood here and below as the time sequence of the filter processes and cleaning processes mentioned above, potentially interrupted by standby phases.
  • the service life of a filtration unit results from the ratio of the time occupied by filter processes to the total filtration time.
  • other customary process phases for example the pretensioning of the membrane filter modules and the retraction of the filtration unit, are also taken into account in the adaptive regulation of the occupation of the filtration unit described below.
  • the respective process duration of the filter processes and cleaning processes is not defined in advance, but is, as described in more detail below, adaptively adapted, that is to say regulated, depending on one or more process parameters of a filtration with one or more filtration units.
  • the membrane filter system usually with carbon dioxide, can be set to operating pressure and prepared for the filtering process step. Leaving is generally the step after the actual filtering. The membrane module can be emptied / freed from the concentrated unfiltrate and the filtrate can be pushed out, the appropriate steps for cleaning being initiated.
  • process parameter is to be understood in general here and below and can include any type of parameter that belongs to the filtration with the respective filtration unit.
  • the type light, dark, Pils, Bock, wheat beer, etc.
  • the season the season, the region from which the raw materials come
  • the malt type for example with regard to protein content or hemicellulose
  • the raw fruit for example corn, rice, barley, sorghum
  • enzymes used and the like to process parameters that influence the filtration, in particular the fouling of the membrane filter.
  • this also includes events such as events that determine the market need for beer or the dependence on a particular operator of the filter.
  • the technological process parameters include directly measurable values, such as the yeast cell count, the turbidity, high-gravity brew, the fermentation time, the storage time, the use of top or bottom-fermenting yeast, the viscosity, the density, the general filterability, the pH and the like.
  • the technological process parameters also include parameters that were previously measured offline, ie in the laboratory, for example the content of protein, completely soluble nitrogen, MgS0 4 - precipitable nitrogen, free amino nitrogen, polyphenols, anthocyanogens, glucans (a, ß, gel) , Original wort, extract, the degree of fermentation, the degree of final fermentation, the color, iodine values, in particular photometric iodine values, of the unfiltrate, the number of foams, bitter units, the alcohol content or the like.
  • process parameters also includes parameters that are directly influenced by the control or regulation of the respective filtration unit.
  • this also includes control parameters such as the flow rate of the unfiltrate in the circuit, in particular the overflow speeds of the filter membranes, the volume flow of filtrate, the pressure level on the unfiltrate side or on the filtrate side, the transmembrane pressure, the degree of concentration, the cooling temperature, the speed and volume flow of a recirculation, flushing volumes, as well as concentration and type of CIP media used.
  • process parameters are the parameters: temperature of the fluid in a filter inlet, pressure of the fluid in the filter inlet, pressure of the fluid in a filter outlet, pressure of a filtrate, differential pressure of the fluid between the filter inlet and the filter outlet, differential pressure between the fluid in the filter inlet and the filtrate, Volume flow of the fluid supplied in the filter inlet, volume flow of the filtrate, flow rate of the fluid supplied in the filter inlet, flow rate of the filtrate, yield of the filter, operating time of the filter, filter life, filter runtime, turbidity of the fluid in the filter inlet, turbidity of the filtrate, concentration gradient Particles to be separated in the filter inlet, thickness of a cover layer on the filter, density of the cover layer on the filter, adsorption of particles in the filter body itself, filter resistance of the filter, filter throughput, filter exclusion limit, degree of hardness of the fluid in the filter inlet, degree of hardness of the filtrate, electrical conductivity of the fluid in the filter inlet, electrical conductivity of the filtrate,
  • process parameters here in particular also includes parameters output by a control and / or regulating unit of a filtration unit or the regulating unit of the device, in particular with regard to actions which are used to intervene in the filtration.
  • a control and / or regulating unit of a filtration unit or the regulating unit of the device in particular with regard to actions which are used to intervene in the filtration.
  • the time, strength and duration of backwashing steps e.g. with beer and / or water
  • intermediate cleaning e.g. short cleaning of the membrane with lye and additives
  • main cleaning e.g.
  • intensive cleaning of the membrane and the periphery such as the concentration tank, number and type of cleaning steps, type and amount of chemicals used for cleaning (acids, alkalis, additives, oxidizing agents, enzymes, and the like), running times of filter processes and cleaning processes, termination of a filter process Shortening a filtering process, lengthening or shortening a CIP cleaning process, starting or preparing a filtering process, standby, time and duration of a sleep state, an optimized occupancy plan, changes or adjustments in the brewing process and the like.
  • the control unit can be designed as a programmable logic controller and, in particular, in addition to a process unit and a memory unit, one or more sensors for determining at least one process parameter of a filtration with the first Have filtration unit.
  • the control unit can be provided as a higher-level control unit of the device, which receives data from separate control and / or control units of the filtration units, processes them and transfers processed data to one or more of the separate control and / or control units.
  • the separate control and / or regulating unit of the second filtration unit can also be used for the aforementioned adaptive control of the occupancy of the second filtration unit.
  • the at least one process parameter of the filtration with the first filtration unit can be transmitted from a corresponding control and / or regulating unit of the first filtration unit via data lines or wirelessly to the control and / or regulating unit of the second filtration unit.
  • the control or regulation of the filtration with the first and second filtration units is no longer completely independent of one another. Rather, the at least one process parameter is taken into account in the control of the filtration with the second filtration unit. More specifically, the control unit adjusts a sequence or sequence of filter processes and cleaning processes that are carried out with the second filtration unit, depending on the at least one process parameter of the filtration with the first filtration unit.
  • the occupancy of the second filtration unit as a function of the at least one process parameter of the filtration with the first filtration unit, it is possible in particular to react flexibly to deviations from an expected process duration of a filter process or a cleaning process of the first filtration unit.
  • the control or regulation of the second filtration unit can be adapted such that the occupancy of the entire filter system is optimized. In particular, excessively long standby phases or rest periods of individual filtration units in which these are unproductive can be avoided.
  • the process parameter of the filtration with the first filtration unit can include a process duration, in particular residual process duration, a filter process and / or a cleaning process of the first filtration unit, the process duration being predicted by means of the control unit or a separate control and / or regulation unit of the first filtration unit.
  • the control unit or the separate control and / or regulating unit of the first filtration unit can determine one or more process parameters of the filtration with the first filtration unit, in particular measure using one or more sensors. Process parameters that influence the duration of a filter process or a cleaning process or are related to these are preferably determined or measured.
  • an overflow velocity or a volume flow of the unfiltrate, a pressure level of the unfiltrate, a pressure level of the filtrate, the transmembrane pressure or a gradient of the transmembrane pressure as control parameters of the control or regulation of a filter process with the first filtration unit influence the process duration, in particular Remaining process time, the filter process.
  • one end of the filtering process can be delayed by increasing the transmembrane pressure.
  • the above-mentioned parameters of the fluid to be filtered can be taken into account when forecasting the process duration or residual process duration of the filter process. In the same way, parameters can be read from other linked company databases or a cloud from other systems.
  • the above-mentioned parameters of the fluid to be filtered can also be measured offline beforehand and made available to the control unit or measured during the filtering process, for example by sensors arranged in situ.
  • Findings relating to the relationship between the process duration and the process parameters mentioned above can be incorporated into the forecast of the process duration or remaining process duration of a filter process.
  • the forecast can be made on the basis of a linear extrapolation of a measured or simulated course of the filter process.
  • concentration of the unfiltrate or the fouling of the membrane filter is generally not linear and in particular cannot be represented by simple modeling. There is therefore always a discrepancy between the predicted process duration and the actual remaining runtime of the filter process before at least an intermediate cleaning, for example an intermediate CIP cleaning, has to be carried out. Nevertheless, taking into account the predicted process duration of a filter process of the first filtration unit leads to an optimization of the occupancy of the second filtration unit.
  • a cleaning process of the second filtration unit can be intensified and / or shortened depending on the process parameter of the filtration with the first filtration unit, in particular a predicted remaining process time of a filter process of the first filtration unit.
  • intensify the cleaning process for example, a volume flow of a backwashing fluid, a flow rate of the backwashing fluid in a backwashing inlet or a differential pressure of the backwashing fluid between the backwashing inlet and in the backwashing outlet can be increased for a cleaning process by means of backwashing.
  • Backwashing means that a backwashing fluid is against the direction of filtration, i.e. is led from the filtrate side through the membrane to the unfiltrate side.
  • the filtrate itself, water and / or air and / or a production gas (for example carbon dioxide or an inert gas) and / or cleaning agents such as lye can be used as the backwashing fluid. If only the filtrate is backwashed, the filter process does not have to be interrupted. Such backwashing with filtrate can delay the clogging of the membrane, thereby extending the remaining process time of the filter process.
  • cleaning by backwashing is therefore to be understood as backwashing, in which the filtering process is interrupted, in particular the above-mentioned steps of retraction and prestressing may be necessary.
  • backwashing is (also) carried out with backwashing fluids other than the filtrate.
  • Cleaning by means of backwashing can also comprise several backwashing steps, in particular with different backwashing media.
  • the cleaning process can also be intensified by adapting the respective intensity and / or duration of individual backwashing steps.
  • the type and / or amount of chemicals used can be adjusted to intensify a CIP cleaning process. For example, instead of the chemicals of an intermediate CIP, the chemical type, chemical quantity or concentration of a main CIP can be used.
  • An intermediate CIP or intermediate cleaning differs from a main CIP or main cleaning in terms of duration, intensity and type, amount and concentration of the chemicals used.
  • the cleaning process can be shortened. This can be done in particular in such a way that the second filtration unit for the first filtration unit at the end of the filtering process Filtering the fluid is available. In this way, an interruption in the production of the filter system can be avoided.
  • the influence of the at least one process parameter of the filtration with the first filtration unit on the regulation of filter processes or cleaning process in the second filtration unit can be unconditional, in the sense that the filtration with the second filtration unit is adjusted without direct reaction to the filtration with the first filtration unit becomes.
  • the regulation of the filtration with the second filtration unit is therefore subordinate to the regulation of the filtration with the first filtration unit as the master.
  • separate control and / or regulating units of the first and second filtration units can be configured as slaves with respect to a higher-level regulating unit as masters.
  • a filter process of the second filtration unit can be extended depending on the process parameter of the filtration with the first filtration unit, in particular a predicted remaining process duration of a cleaning process of the first filtration unit. In this way it can be ensured that the cleaning of the first filtration unit is completed before the filtering process of the second filtration unit is ended.
  • An extension of the filter process can, as mentioned above, for example, by increasing the limit value of the transmembrane pressure, by changing (depending on the filter state an increase or decrease can be useful) the crossflow volume flow and / or by lowering a pressure level of the filtrate, and / or by lowering the Filtrate volume flow and / or by changing the direction of the flow direction of the unfiltrate.
  • the adaptation of the filter process of the second filtration unit can necessarily take place in dependence on the process parameter of the filtration with the first filtration unit or in retrospect on the control or regulation of the filtration of the first filtration unit.
  • the filtering process or cleaning process of the second filtration unit and the cleaning process or filtering process of the first filtration unit run at least partially in parallel. This does not exclude that further process steps, for example the above-mentioned pretensioning or retraction of the membrane filter modules, are provided. These process steps can be integrated into the optimization of the occupancy control, whereby the duration of the further process steps can be predetermined or can also be controlled adaptively.
  • the occupancy of the filtration units can be optimized.
  • standby phases or resting phases of individual filtration units can be largely avoided.
  • control unit and / or the separate control and / or control unit of the first filtration unit can therefore be designed to predict the process duration on the basis of fuzzy logic and / or artificial neural networks.
  • a control or regulation based on fuzzy logic is able to lead unsharp data or parameters to a reliable statement.
  • expert systems do not require complete modeling of the filter system, but can rather be used as black box or gray box systems.
  • fuzzy logic complex problems can easily be described by using fuzzy rules.
  • a linguistic rule comprises a number of premises in the form of belonging to a number of input variables, i.e. Process parameters, to a number of linguistic values, which are linked by a logical link, the so-called precondition of the rule, and an action in the form of a membership function of an output variable, for example a control or regulation parameter and one of the above-mentioned actions, to one linguistic value.
  • each rule can be specified by an expert, can also be learned by successive systems formed in cascades or by an automated method.
  • an artificial neural network can be used in the automated method.
  • Such an artificial neural network can be monitored, that is, logged and evaluated, of suitable process parameters Learn or adapt the rules of the filtration units again, whereby the observation can take place by an expert, in particular during the filtration operation.
  • a predetermined or learned rule can also be adapted through optimization steps.
  • An optimization step can include the adaptation of a fuzzy set belonging to a linguistic value used in a rule or a prioritization or elimination of the rule.
  • the initial variable can be obtained by defuzzifying a membership function.
  • control unit and / or the separate control and / or regulating unit of the first filtration unit can in particular have a Mamdani controller or a Sugeno controller.
  • the prognosis of the process duration can be trimmed towards an optimized expert system, which enables a reliable prognosis of the process duration or remaining process duration of filter processes and cleaning processes of the filtration units even without previous and external expert knowledge.
  • An artificial neural network consists of one or more artificial neurons, which are arranged in one or more layers. Each artificial neuron determines an output signal from one or more input signals.
  • a net input can be determined from the one or more input signals with the aid of one or more predetermined weights as the sum of the weighted input signals.
  • the output signal can be determined from the net input using an activation function.
  • the activation function can be a threshold value function, a sigmoid function or a linear function.
  • a sigmoid function has the advantage that it is continuously differentiable and can therefore be used in optimization processes such as the steepest gradient process.
  • An artificial neuron can in particular be in the form of a variable threshold perceptron.
  • An artificial neural network has the particular advantage that it is an adaptive system. This involves learning an artificial neural network in the Generally, by adjusting the weights of the input signals to the neurons.
  • a multilayer neural network such as the multilayer percepton (MLP)
  • MLP multilayer percepton
  • An artificial neural network for predicting the process duration of filter processes or cleaning processes can be trained offline, ie without process control, by an expert, or (also) learn online (ie during ongoing process control).
  • an artificial neural network in the form of a neuro-fuzzy controller can be combined with a fuzzy controller.
  • a fuzzy controller allows the transparency of the intuitive rules of fuzzy systems to be combined with the learning ability of artificial neural networks.
  • a neuro-fuzzy controller is able to learn linguistic rules and / or membership functions or to optimize existing ones.
  • a neuro-fuzzy controller can be implemented as a cooperative system in which the neural network operates independently of the fuzzy system, and the parameters of the fuzzy system are determined and / or optimized by the neural network.
  • the learning of the neural network can be done by learning fuzzy sets or by learning linguistic rules.
  • the learning of fuzzy sets can be done by a modified back propagation method, in which the position and form of the membership function of the fuzzy set is changed instead of the weights.
  • a neuro-fuzzy controller can also be implemented as a hybrid system in which the properties of fuzzy logic and the artificial neural network are inseparably combined.
  • an artificial neural network can be linked to physical or process engineering models to form a hybrid controller.
  • the fuzzy sets can take the place of a fuzzy neuron, whereby instead of the weighted sum and the activation function for the fuzzy neurons of an inner layer, the determination of the straight line of affiliation (fuzzyfication) for the input signals and their inference occurs. Instead of the weighted sum and the activation function for the fuzzy neurons of the starting layer, the composition and defuzzification can occur.
  • One way of learning in the hybrid neuro-fuzzy controller is to specify all possible rules for the control and / or regulation of the filter system or filtration unit or the filtering process or cleaning process before commissioning the controller, and the neuro-fuzzy controller to regulate rules that are not required Have online operations eliminated.
  • One or more fuzzy controllers and / or artificial neural networks can be integrated into the control unit and / or the separate control and / or regulating unit of the first filtration unit in order to predict the process duration or remaining process duration.
  • the linguistic rules of the fuzzy controller can include models, facts, environmental data, etc. and physically Show chemical relationships as expert knowledge.
  • the artificial neural networks used can also be trained on the basis of such models or facts.
  • fuzzy controllers and / or artificial neural networks to predict the process duration allows a significantly more reliable prognosis of the process duration to be made, even with inadequate modeling and unknown influences on the process duration.
  • the system used can be designed to be capable of learning, so that the prognoses become better with increasing operating time of the filter system.
  • control unit can be designed to adaptively regulate the occupancy of the second filtration unit on the basis of a fuzzy Perform logic and / or artificial neural networks.
  • the above-mentioned actions can be determined as output parameters of the fuzzy systems, artificial neural networks or neuro-fuzzy systems used, for example whether an intervention in an ongoing filter process or an ongoing cleaning process should take place.
  • the termination of a filter process or the time of a filtration end can be determined as output parameters.
  • the overflow speed, the filtration speed, the maximum transmembrane pressure, a point in time for a cleaning process by backwashing, a reversal of the unfiltrate flow, a point in time and a number of intermediate CIPs, and a point in time for a main CIP can be determined as starting parameters.
  • a cleaning process can be initiated and / or the type and duration of the cleaning process can be selected, for example by backwashing, intermediate CIP or main CIP.
  • the duration of a filter process can be adjusted, the duration of a soaking process of the membrane filter module can be adjusted, and a standby can be prepared.
  • control unit and the separate control and / or regulating units of the filtration units can, in particular, as mentioned, be designed as programmable logic controllers, with a connection to the cloud for training the artificial neural networks being additionally provided. Data sets from other filter systems can thus be used to improve the adaptive control of the occupancy.
  • At least one sensor in particular assigned to the first filtration unit, can be provided, the process parameter of the filtration with the first filtration unit comprising a process parameter of the filtration with the first filtration unit measured by means of the sensor.
  • a viscosity sensor and / or a density sensor can be provided which measures the viscosity of the unfiltrate or the density of the unfiltrate in the respective circuit of the first filtration unit.
  • a sensor for measuring the viscosity can be designed as a quartz viscometer, in particular with piezomechanical quartz sensors. The density can be determined, for example, by radiation absorption, bending vibrators or the like.
  • a sensor for measuring the viscoelasticity can also be provided.
  • sensors for measuring process parameters include a sensor for measuring the turbidity of the unfiltrate, a sensor for measuring the color of the unfiltrate and / or the filtrate, a sensor for measuring the transmembrane pressure, a sensor for measuring the filtrate flow, and a sensor for measuring the Overflow speed, a sensor for measuring the mass flow through the membrane filter, a temperature sensor for the unfiltrate, a sensor for measuring a backwash volume flow, a sensor for measuring a backwash speed, a sensor for measuring a backwash pressure and the like.
  • the process parameter or parameters of the filtration with the first filtration unit measured by the sensors can be used as an alternative or in addition to the predicted process duration of a filter process and / or a cleaning process of the first filtration unit by the control unit according to the invention in order to adaptively control an occupancy of the second filtration unit.
  • Process parameters relating to the filtration with the first filtration unit can thus be explicitly taken into account when regulating the occupancy of the second filtration unit. In this way, a more fundamental but more complex optimization of the occupancy of the second filtration unit can be achieved.
  • the second filtration unit can comprise a plurality of membrane filter modules connected in parallel with a double inlet line and a double return line, controllable shut-off devices being provided between the membrane filter modules connected in parallel for reversing a direction of flow of the unfiltrate during the filtration, and the control unit being designed to reverse the flow direction of the unfiltrate in the second filtration unit as a function of the process parameter of the filtration with the first filtration unit.
  • Each membrane filter module of the second filtration unit thus has two inlet lines which can be opened and closed by the control unit via controllable shut-off devices, for example shut-off valves, and which are connected to the inlet or the outlet of the membrane filter module for unfiltrate.
  • each membrane filter module has two return lines which can be selectively opened and closed by the control unit via controllable shut-off devices and which are also connected to the inlet or the outlet of the following membrane filter module for unfiltrate.
  • the feed lines of the subsequent module can be given by the return lines of the previous module.
  • Controllable shut-off devices are thus provided between the membrane filter modules connected in parallel.
  • the duration of a filter process can be extended, since an area of the membrane filter modules that is initially less loaded by membrane fouling is now exposed to a higher load and vice versa.
  • Such a reversal of the direction of flow of the unfiltrate can thus be used by the control unit in a targeted manner, for example depending on a remaining process duration of a cleaning process of the first filtration unit, in order to extend a filtering process of the second filtration unit, for example until the cleaning process of the first filtration unit is completed.
  • the second filtration unit can have membrane filter modules connected in series and a reversible pump with which the direction of flow of the unfiltrate can be reversed in a controlled manner.
  • a method for filtering fluids in particular with one of the devices described above, the method comprising a sequence of filter processes for filtering unfiltrate and of cleaning processes for cleaning the membrane filter modules of the first and second filtration units, wherein the unfiltrate is passed in separate circuits through at least one membrane filter module of the first filtration unit and through at least one membrane filter module of the second filtration unit, and wherein the filtrate is derived from the membrane filter modules, an occupancy of the second filtration unit depending on at least one process parameter of a filtration with the first filtration unit is controlled adaptively.
  • the same variations and developments that were described above in connection with the devices for filtering fluids according to the invention can also be applied to the method for filtering fluids.
  • the developments of the first and second filtration units, the membrane filter modules and the control and / or regulating units described above can be used.
  • the sequence can also include further sections, for example the above-mentioned pretensioning and retraction of the membrane filter modules, standby phases or rest phases and the like.
  • the cleaning processes can in particular be backwashing processes, intermediate CIPs and main CIPs.
  • the process parameters described above can be used as process parameters of the filtration with the first filtration unit.
  • an occupancy of the first filtration unit can be adaptively regulated as a function of at least one process parameter of a filtration with the second filtration unit.
  • the process parameters described above can be used to adaptively control the occupancy of the first filtration unit.
  • the process parameter of the filtration with the first filtration unit can include a predicted process duration, in particular residual process duration, of a filter process and / or a cleaning process of the first filtration unit.
  • the occupancy of at least one filtration unit of a plurality of filtration units can be adaptively regulated as a function of at least one process parameter of a filtration with one or more other filtration units of the plurality of filtration units.
  • the occupancy of all filtration units of the large number of filtration units can be regulated adaptively.
  • the adaptive control of the occupancy of the second filtration unit can include adapting at least one control parameter of a filter process and / or a cleaning process of the second filtration unit, the control parameter of the filter process of the second filtration unit being adapted in particular as a function of a predicted remaining process duration of a parallel cleaning process of the first filtration unit can, and / or wherein the control parameter of the cleaning process of the second filtration unit can be adapted in particular as a function of a predicted remaining process duration of a parallel filter process of the first filtration unit.
  • the filtering process and the cleaning process do not have to run completely parallel.
  • the control parameters described above can be used as control parameters.
  • limit values for process parameters such as the transmembrane pressure, in which a specific action, for example ending a filter process and initiating cleaning or backflushing with filtrate to extend the filtering process, can be carried out as control parameters.
  • the adaptive control can extend the filtering process at least until the cleaning process of the first filtration unit is complete.
  • the filter process can be extended until the pre-tensioning of the membrane filter modules of the first filtration unit that follows the cleaning process is completed. If, on the other hand, the second filtration unit is in a cleaning process while the first filtration unit is in a filter process, the adaptive control can intensify and / or shorten the cleaning process as described above, so that the second filtration unit is available to the first filtration unit at the end of the filtering process .
  • the adaptive control of the occupancy of the second filtration unit can include stopping a filter process and initiating a cleaning process of the second filtration unit and / or terminating the cleaning process and initiating a further filter process of the second filtration unit depending on the process parameter of the filtration with the first filtration unit.
  • the initiation of the cleaning process of the second filtration unit can in particular include a selection of the cleaning process from the following group: cleaning by backwashing, cleaning-in-place, cleaning by backwashing and cleaning-in-place, general cleaning and predetermined cleaning programs.
  • a cleaning process by backwashing as described above can comprise several backwashing steps, in particular with different backwashing media.
  • the initiation of the cleaning process can also include a selection of the type and amount of chemicals used in a CIP cleaning and / or the intensity and / or duration of the cleaning process and / or the adjustment of control parameters of the cleaning process. For example, an intermediate CIP with a small amount or concentration or a main CIP with a higher quantity or concentration and possibly other or additional chemicals.
  • the subsequent cleaning process can be adapted such that a fouling layer on the membrane filter modules of the second filtration unit is removed as completely as possible, taking into account the boundary conditions with regard to the occupation of the second filtration unit, in order to ensure a maximum process duration of the subsequent filter process.
  • the adaptation of the at least one control parameter of the filter process of the second filtration unit can include a reversal of a flow direction of the unfiltrate in the at least one membrane filter module of the second filtration unit.
  • the adaptation can in particular include the determination of a point in time at which the flow direction is reversed. In this way, as mentioned above, a remaining process time of the filtering process of the second filtration unit can be extended.
  • the reversal of the flow direction of the unfiltrate can be brought about by targeted activation of the shut-off devices described above, for example shut-off valves, in the inlet and return lines of the membrane filter modules of the second filtration unit connected in parallel.
  • the adaptive control of the occupancy of the second filtration unit can be carried out on the basis of fuzzy logic and / or artificial neural networks.
  • the process duration of a filter process or a cleaning process can be predicted on the basis of fuzzy logic and / or artificial neural networks.
  • the control and / or regulation of a filter process or a cleaning process of each filtration unit can also be carried out by a corresponding separate control and / or regulating unit of this filtration unit on the basis of fuzzy logic and / or artificial neural networks.
  • the devices and methods according to the invention permit an optimization of the occupancy of the filtration units of a filter system with a view to avoiding production interruptions and downtimes of individual filtration units.
  • Both the type and duration of the cleaning processes used can be optimized, and the length and periods of the filter processes of different filtration units can be coordinated.
  • the excessive use of cleaning agents, ie chemicals can be avoided in CIP cleaning, since the type and duration of the cleaning processes used are adaptively regulated as required. Excessive clogging of the membrane filter can also be avoided by uncontrollably increasing the transmembrane pressure.
  • the devices and methods according to the invention achieve an occupancy and overall process optimization which lead to optimally utilized filtration units with optimal cleaning and efficient total operating costs.
  • the occupancy of the filtration units is now flexibly and adaptively adjusted by filter processes and cleaning processes in order to optimize the overall occupancy of the filter system. This affects not only the length of a standby phase, but all process steps starting with soaking, i.e. the soaking with chemicals during CIP cleaning, the CIP duration and the length of the filtering process. Since fewer chemicals can be used in CIP cleaning, the service life of the filter membranes of the membrane filter modules is also extended, which means that additional costs can be saved.
  • Filtration of beer generally results in shorter cycles from the filtering process and cleaning process compared to other fluids, so that optimized occupancy control in breweries is particularly important.
  • the optimized occupancy control described above leads to more efficient filtration and thus to cost savings. Smaller filter systems can produce a higher amount of filtrate, which reduces the total cost of ownership.
  • the filter membranes are protected.
  • Figure 1 shows a rough schematic of the structure of a single filtration unit.
  • Figure 2 shows roughly schematically a filter system with several filtration units according to the present invention.
  • FIG. 3 shows the exchange of process parameters between separate control and / or regulating units of two filtration units according to the present invention.
  • FIG. 4 shows an alternative development for exchanging process parameters of a higher-level control unit.
  • FIG. 5 shows an example of an occupancy optimization for two filtration units.
  • FIG. 6 schematically shows the reversal of the flow direction in a filtration unit with several membrane filter modules connected in parallel.
  • FIG. 7 schematically shows a large number of characteristic curve fields for controlling and / or regulating the filtration units.
  • FIG. 1 shows, roughly schematically, an exemplary structure of an individual, independently controllable and / or regulatable filtration unit.
  • the filtration unit shown here carries out a filtration using the crossflow method.
  • the further developments described below can also be used for filtration using the dead-end flow method by simple adjustments.
  • the filtration unit shown in FIG. 1 comprises at least one membrane filter module 1, for example a crossflow membrane filter module, through which the unfiltrate, for example unfiltered beer, can be circulated (indicated by arrow K).
  • membrane filter module 1 for example a crossflow membrane filter module
  • the unfiltrate for example unfiltered beer
  • membrane filter modules can also be provided, which can be arranged in series or parallel to one another.
  • FIG. 6, A special variant of this is shown in FIG. 6, for example.
  • a filtrate line 18 is provided with a control or regulating valve 17, via which the filtrate is withdrawn from the membrane filter module 1.
  • the control valve 17 can be controlled or regulated by the control and / or regulating unit 8 of the filtration unit, for example in order to set a pressure level on the filtrate side.
  • the position of the control valve 17 is thus a manipulated variable of the control and / or regulation of a filter process of the filtration unit, for example the duration of the filter process can be controlled or regulated.
  • the pressure level on the filtrate side is a control or regulating parameter of the control and / or regulating unit 8.
  • the filtration unit also has an inlet line 3, through which, for example, beer loaded with yeast is pumped in the direction of the membrane filter module 1, for example via a, in particular controllable, pump 7.
  • the pump 7 can also be arranged on the section of the feed line 3 between the confluence of the line 13 and the point 16.
  • the filtration unit comprises a circulation line 5, into which the inlet line 3 opens at point 16, and through which the unfiltrate, i.e. the retentate can circulate in the circuit K.
  • the filtration unit also has a return line 6, via which unfiltrate can be discharged from the circulation line 5.
  • a control valve 9 is provided in the return line 6, via which the flow of the derived unfiltrate can be adjusted.
  • a control valve 19 is provided in the circulation line 5, via which the flow of the circulating unfiltrate can be adjusted.
  • a, in particular controllable, pump 15 can be provided in the circulation line 5, by means of which, for example, an overflow speed of the filter membrane through the non-filtrate can be set. The transmembrane pressure can be reduced, for example, by changing (depending on the filter state, an increase or decrease) of the overflow speed.
  • a drain line 12 branches off from the return line 6, via which the unfiltrate from the return line 6 can be fed to a channel 10 via a further control valve 11. The flow of the unfiltrate to this channel can be set via the control valve 11.
  • the return line 6 opens into a concentration tank 2, which is designed here, for example, as a cylindroconical tank and which is connected to the inlet line 3 via a line 13 and a control valve 14. Concentrated unfiltrate can thus be returned to the feed line 3 from the concentration tank 2.
  • sensors 4a and 4b are arranged in the circulation line 5 and the return line 6, respectively.
  • process parameters such as the viscosity or density of the unfiltrate, can be measured in situ during the filtration.
  • a viscosity sensor and / or a density sensor can be used as sensors, for example.
  • the measured process parameters are transmitted from the sensors 4a and 4b to the control and / or regulating unit 8 via lines (not shown) or wirelessly, where they are processed with the filtration unit to control and / or regulate the filtration.
  • the specific arrangement of the sensors 4a and 4b in FIG. 1 is not limiting, but is only illustrative. Fewer or more sensors can be provided, which can be arranged at different locations on the filtration unit.
  • the sensors can also send the measured process parameters to a transmit higher-level control unit, which it uses to control the occupancy of at least one further filtration unit.
  • the control valves 9, 11, 14, 17 and 19 as well as the pumps 7 and 15 can be used by the control and / or regulating unit 8 to control or regulate the filtration.
  • a flow rate or overflow rate of the unfiltrate in the membrane filter module 1 can be set as mentioned above.
  • the pressure level on the unfiltrate side can be influenced.
  • the control valve 17 By controlling the control valve 17, however, the pressure level on the filtrate side can be influenced.
  • the trans-membrane pressure and its gradient can thus be influenced directly via the filter membrane of the membrane filter module 1.
  • control and / or regulating unit 8 takes over the control or regulation of the above-mentioned control or regulating valves and pumps via corresponding control or regulating parameters.
  • a higher-level control unit controls individual or all of the above-mentioned control valves and pumps directly, for example to extend a filtering process.
  • the filtration unit can also have cleaning devices, not shown, such as a backwash line for a cleaning process by means of backwashing, and a CIP unit.
  • the cleaning devices can also be controlled or regulated by the control and / or regulating unit 8 and / or directly by a higher-level regulating unit.
  • a higher-level control unit as described above, can intensify and / or shorten a cleaning process, for example by controlling a controllable pump used for backwashing.
  • control and / or regulation of filter processes and cleaning processes of the filtration unit can be carried out by means of the control and / or regulating unit 8 on the basis of fuzzy logic and / or artificial neural networks.
  • Intuitive linguistic rules can be used, which sometimes combine opposing criteria with one another in order to obtain an optimal filtration result.
  • the individual rules can be weighted differently and / or prioritized and / or eliminated.
  • the linguistic rules can be derived, for example, from so-called characteristic curve fields, as shown in FIG. 7. Some exemplary, non-limiting characteristic curve fields for the control and / or regulation of a filtration unit are shown in FIG.
  • the sub-figure 7a) shows, for example, a characteristic curve of sustainability in relation to the output of filtrate.
  • the sub-figure 7b) shows the characteristic curve of sustainability with reference to an energy input.
  • the sub-figure 7c) shows a characteristic of the beer quality with reference to one Cleaning effort.
  • Sub-figure 7d shows a characteristic curve of the energy input with reference to the output.
  • the sub-figure 7e shows a characteristic curve of the discharge with reference to the membrane lifetime of the filter membrane.
  • sub-figure 7f) shows the characteristic curve of sustainability with reference to the cleaning time.
  • sustainability can be increased by using less media (a lower concentration of chemicals, or omitting a CIP component, for example enzymes) when cleaning the filter membranes, which means that cleaning takes longer or is not as effective.
  • less filtering for example, less beer is filtered
  • only a short filtering process can be achieved before the filter membrane has to be cleaned again.
  • the use of energy can be reduced by saving energy, for example by CIP cleaning at a lower temperature. This also means that cleaning takes longer or is not as effective, as a result of which the output quantity is reduced and / or the process duration of the filter process is shortened.
  • CIP cleaning can be carried out faster and with higher concentrations, temperatures and / or greater media use in order to reduce downtimes, i.e. To minimize times without filtration of the filtration unit.
  • this generally shortens the membrane life as shown in sub-figure 7e).
  • the beer quality is above all other sizes and must be met, especially for premium varieties. If necessary, the filtration speed is reduced for this.
  • a CIP cleaning can be carried out longer and more thoroughly, whereby the CIP cleaning may be carried out with high temperatures and high cleaning agent concentrations or additional additives. Often, beers that are fermented too short and have too high a yeast cell count are not filtered. In general, moderate operating conditions, e.g. moderate transmembrane pressures, the beer quality of the filtrate.
  • the filter membranes can be protected by moderate cleaning, ie low temperatures and low concentrations of chemicals.
  • the process duration of the filter process must be adjusted accordingly.
  • moderate cleaning takes longer, which also extends the process duration of the cleaning process.
  • the membrane life increases, so that costs can be reduced by the membrane exchange. However, this also reduces the amount of filtration.
  • the exemplary rules described above partially set opposite trends for the control or regulation of the filtration unit. With the help of fuzzy logic and / or artificial neural networks, however, an optimal balance between these trends can be determined, since no detailed modeling of the filtration or cleaning is required.
  • FIG. 2 shows roughly schematically a filter system with several filtration units according to the present invention.
  • Each of the illustrated, in principle independently controllable and / or regulatable, filtration units 120-1 to 120-N comprises at least the circuit K of the filtration unit shown in FIG. 1 with at least one membrane filter module 1, the circulation line 5, the pump 15, the control valve 19 and for example a sensor 4a.
  • each filtration unit can have its own separate control and / or regulating unit 108-1 to 108-N, which controls and / or regulates the filtration with the respective filtration unit.
  • each filtration unit 120-1 to 120-N can have its own concentration tank 2, its own return line 6 with control valve 9 and possibly sensor 4b and its own drain line 12 to the channel 10 as shown in FIG. 1.
  • the filtration units 120-1 to 120-N are shown in simplified form, only the separate control and / or regulating units 108-1 to 108-N being shown.
  • a return line with control valve 109-1 to 109-N leads from each filtration unit to a common return line 106 for the filtration units, which leads the return of unfiltered material to a common concentration tank 102.
  • this common return line 106 there is in turn a sensor 104 which can measure, for example, a viscosity of the returning unfiltrate. Even if not shown, a sensor can also be located in each return line of each filtration unit 120-1 to 120-N.
  • a common outlet line 1 12 with control valve 1 1 1 to a channel 1 10 is provided for unfiltrate to be discarded.
  • a common concentrate tank 102 can provide, for example, a balance in the process duration of filter processes with different filtration units.
  • a line 11 leads again via a control valve 114 into a common inlet line 103 for unfiltered fluid, in particular beer, which is supplied by a controllable pump 107 from an upstream system part, for example a storage tank.
  • the pump 107 can alternatively be arranged between the confluence of the line 13 and the branch to the individual filtration units.
  • a sensor 124 is provided, for example for measuring a yeast cell number of the supplied unfiltrate.
  • the unfiltrate supplied via the common inlet line 103 is led via branched inlet lines to the filtration units 120-1 to 120-N, separate control valves 123-1 to 123-N being provided in the individual inlet lines, by means of which the volume flow of unfiltrate to the respective filtration unit can be controlled or regulated. Controlled opening and closing of the control valves 123-1 to 123-N can ensure that only those filtration units that are currently in the status of the filtering process are supplied with unfiltrate. In contrast, the corresponding control valve can be closed during a cleaning process of a filtration unit.
  • Separate filtrate lines with their own control valves 1 17-1 to 1 17-N lead from the filtration units 120-1 to 120-N to a common filtrate line 1 18, which forwards the filtrate to a downstream system part, for example a pressure tank or a filling system.
  • a downstream system part for example a pressure tank or a filling system.
  • FIG. 2 also shows a higher-level control unit 180, by means of which the assignment of the filtration units 120-1 to 120-N is adaptively controlled, as described above.
  • the control unit 180 can either directly or indirectly control valves 123-1 to 123-N, 1 17-1 to 1 17-N and 109-1 to 109-N, as well as separate circuit pumps 15 (not shown in Figure 2) of the respective Control or regulate filtration units.
  • the control unit 180 passes on corresponding control signals to the respective separate control and / or regulating units 108-1 to 108-N, which are transmitted by the separate control and / or regulating units in the control or regulation of the Filter processes and cleaning processes of the respective filtration units are taken into account.
  • control signals can signal, for example, a desired extension of a filter process, a desired intensification and / or shortening of a cleaning process or the like, as described in detail above.
  • the control unit 180 can also send control signals directly to the control valves and pumps mentioned above.
  • the control of the occupancy of a filtration unit by means of the control unit 180 is carried out as described in FIG Dependence on at least one process parameter of a filtration with at least one further filtration unit from the group of filtration units 120-1 to 120-N.
  • the control unit 180 adapts filter processes and cleaning processes of the filtration units 120-1 to 120-N as described below using the example in FIG. 5 in order to optimize the occupancy of the entire filter system.
  • the control of the occupancy of each filtration unit can, however, as described above, also be carried out by the separate control and / or regulating units 108-1 to 108-N.
  • An example of such an individual occupancy control is demonstrated in FIG. 3 using the example of two filtration units.
  • the control and / or regulating units 208-1 and 208-2 and, by way of example, one sensor 204-1 and 204-2 are shown for each of the filtration units.
  • the sensor 204-1 of the first filtration unit transmits a measured process parameter 226-1 of a filtration with the first filtration unit to the control and / or regulating unit 208-2 of the second filtration unit.
  • the sensor 204-2 of the second filtration unit transmits a measured process parameter 226-2 of a filtration with the second filtration unit to the control and / or regulating unit 208-1 of the first filtration unit.
  • the control and / or regulating unit 208-1 of the first filtration unit predicts a process duration, in particular the remaining process duration, a filter process or a cleaning process of the first filtration unit, as described above in detail, and transmits the predicted process duration 225-1 to the control and / or Control unit 208-2 of the second filtration unit.
  • control and / or regulating unit 208-2 of the second filtration unit predicts a process duration, in particular remaining process duration, a filter process or a cleaning process of the second filtration unit and transmits the predicted process duration 225-2 to the control and / or regulating unit 208-1 of the first Filtration unit.
  • the control and / or regulating unit 208-1 of the first filtration unit regulates an assignment of the first filtration unit as described above, for example by extending a filter process or intensifying and / or or shortening a cleaning process of the first filtration unit.
  • the control and / or regulating unit 208-2 of the second filtration unit controls an occupancy of the second filtration unit as a function of the transmitted process parameter 226-1 and / or the transmitted process duration 225-1.
  • fuzzy logic and / or artificial neural networks can be used.
  • the control and / or regulating units 208-1 and 208-2 of the filtration units are configured to be equivalent.
  • a control and / or regulating unit can also be configured as a slave of the other control and / or regulating unit as a master. This is particularly conceivable if only the occupancy of one filtration unit from this pair is to be regulated as a function of at least one process parameter of a filtration with the other filtration unit.
  • a higher-level control unit 380 being configured as the master compared to the separate control and / or control units 308-1 and 308-2 of the filtration units configured as slaves.
  • the control and / or regulating unit 308-1 of the first filtration unit transmits a predicted process duration 325-1 to the higher-level regulating unit 380.
  • a sensor 304-1 shown as an example transmits a measured process parameter 326- to the first filtration unit. 1 to the control unit 380.
  • the transmitted process parameter 326-1 and / or the transmitted process duration 325-1 are processed by the control unit 380 in order to send a control signal 327-2 to the control and / or regulating unit 308 for regulating the occupancy of the second filtration unit -2 to transmit this second filtration unit.
  • the control and / or regulating unit 308-2 of the second filtration unit can then adapt a filter process or a cleaning process of the second filtration unit accordingly, as described above.
  • control and / or regulating unit 308-2 of the second filtration unit transmits a process duration 325-2 to the higher-level control unit 380.
  • a sensor 304-2 of the second filtration unit transmits a measured process parameter 326-2 to the control unit 380.
  • the transmitted process duration 325-2 and / or the transmitted process parameter 326-2 are processed by the control unit 380 in order to transmit a control signal 327-1 for controlling the occupancy of the first filtration unit to the control and / or regulating unit 308-1 of this first filtration unit.
  • the control and / or regulating unit 308-1 of the first filtration unit can then adapt a filter process or a cleaning process of the first filtration unit accordingly, as described above.
  • FIGS. 3 and 4 Mixed forms of the architectures in FIGS. 3 and 4 are also conceivable in a filter system with several filtration units.
  • the occupancy control according to the invention is demonstrated using an example occupancy optimization for two filtration units.
  • the assignments for the first filtration unit A and the second filtration unit B are shown here by way of example using sequences with the steps of pre-tensioning, filtration, shutdown, CIP and pause.
  • the present invention is not limited to these special steps, but alternative or additional cleaning processes and further process steps can be provided.
  • the occupancy optimization can be expanded accordingly to three or more filtration units.
  • an occupancy rule can guarantee that at least one filtration unit of a plurality of filtration units is always in a filter process.
  • control can also cause the output of filtrate to remain approximately constant.
  • suitable control parameters of the filter processes for example the transmembrane pressure and / or the overflow speed, can be adapted to adapt the instantaneous output to the filtrate of the individual filter processes in such a way that the total output is approximately constant.
  • the uppermost pair A1 / B1 in FIG. 5 shows, as is known in the prior art, rigid sequence sequences for the individual process steps.
  • the sequences shown it is assumed for demonstration purposes that the filtration with the two filtration units takes place under exactly the same circumstances, so that an optimal occupation without filtration gaps, in particular breaks, apart from an initial pause of the second filtration unit, is possible.
  • the sequence of shutting down, CIP cleaning and pretensioning takes place in the first filtration unit A1, so that the first filtration unit A1 is again available to the second filtration unit B1 at the end of the filtering process.
  • the filtrations with the individual filtration units never run completely the same, so that, as indicated in the middle pair A2 / B2, there are inevitably shifts and associated filtration gaps in the sequences.
  • the second filtration of the first filtration unit A2 in the sequence illustrated by way of example extends beyond the pretensioning of the second filtration unit B2, so that there is a shift here.
  • Other events can also lead to filtration gaps or breaks in the sequence.
  • a threshold value for the maximum concentration of the unfiltrate of a filtration unit can lead to an unexpectedly premature end of a filtering process of this filtration unit, so that no other filtration unit is available at this time. Since the sequence sequences in the prior art are rigidly specified, for example in the form of fixed limit values are specified, a once-occurring shift continues through the operation of the filter system, without the occurring filtration gaps being able to be corrected.
  • the adaptive control is shown as an example in FIG. 5 using the last pair A3 / B3.
  • the filtration of the first filtration unit A3 is controlled or regulated autonomously by the control and / or regulating unit of this filtration unit, i.e. regardless of the filtration of the second filtration unit B3.
  • the occupancy of the second filtration unit i.e. In particular, the times and duration of the filter processes and the cleaning processes of the second filtration unit B3, adaptively regulated as a function of predicted remaining process times of filter processes and cleaning processes of the first filtration unit A3.
  • the sequence of the first filtration unit A3 begins with a particularly long filter process, so that the first filter process of the second filtration unit B3 starts with an adaptively controlled delay. Since the first filter process of the illustrated sequence of the first filtration unit A3 is longer than usual, the higher-level control unit or the separate control and / or regulating unit of the first filtration unit A3 predicts an extended process duration of the subsequent CIP cleaning. In order to avoid the occurrence of a filtration gap due to this longer CIP cleaning, the first filtering process of the second filtration unit B3 is extended until the CIP cleaning and the subsequent pretensioning of the first filtration unit A3 are completed. In this way it is ensured that the first filtration unit A3 is again available for a subsequent filtering process at the end of the filtering process of the second filtration unit B3.
  • the control unit or the separate control and / or regulating unit of the first filtration unit A3 predicts this shortened process duration of the filter process.
  • the CIP cleaning of the second filtration unit B3 is therefore shortened, so that the second filtration unit B3 is again available for filtering product such as beer at the end of the shortened process duration of the filtering process of the first filtration unit A3.
  • the control unit additionally intensifies the CIP cleaning of the second filtration unit B3. In this way, the control unit can counteract instability in the sequence of filter processes and cleaning processes.
  • an adaptive control of the occupancy of one or more filtration units leads to an optimal utilization of the filter system, whereby the filter membranes can be protected and the use of chemicals can be reduced.
  • a filter process can be extended, for example, by reversing the direction of flow of unfiltrate in a filtration unit with several membrane filter modules connected in parallel or in series. Such a reversal of the flow direction is shown as an example in FIG. 6.
  • the filtration unit has a plurality of membrane filter modules 401 connected in parallel, which are connected to one another and to a common inlet line 435 and a common return line 436 via double inlet lines 431 and 432 and double return lines 433 and 434.
  • a pump 415 for circulating the unfiltrate is provided in the common feed line 435.
  • Controllable shut-off valves 430 are provided between the membrane filter modules 401 connected in parallel and are specifically opened or closed by a control and / or regulating unit of the filtration unit. In Figure 6, closed check valves are filled and open check valves are shown empty. In addition to the check valves between adjacent membrane filter modules 401, check valves 430 are also provided in the feed lines 431 and 432 of the first membrane filter module.
  • the shut-off valves 430 are opened or closed by the control and / or regulating unit in such a way that, as shown by arrows in FIG. 6, there is a flow through the membrane filter modules 401. Alternating opening and closing of the shut-off valves 430 in the feed lines results in a flow of the unfiltrate in the form of an S-curve, as shown in the upper figure in FIG. 6, with direct successive membrane filter modules 401 always being flowed through in the opposite direction.
  • the flow direction of the unfiltrate through the membrane filter modules 401 is exactly reversed as shown in the lower part figure. Due to the design of the filtration unit, this is possible without reversing the pumping direction of the pump 415. As a result, the roles of inlet and outlet for the unfiltrate are reversed on all membrane filter modules 401. Thereby For example, a thickness of the fouling layer along the filter membranes of membrane filter modules 401 can be compensated, which can lengthen the filtering process.
  • membrane filter modules are arranged in series, a reversal of the flow direction of the unfiltrate can be achieved, as mentioned above, by reversing a reversible pump.
  • the reversal of the flow direction of the unfiltrate through the membrane filter modules 401 can be forced by the higher-level control unit as part of the adaptive occupancy control.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Filtration von Fluiden, insbesondere von Bier, mit einer ersten, unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul, einer zweiten, unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul und wenigstens einer Regeleinheit zur Verfügung, wobei die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln.

Description

Membranfilteranlage und Verfahren zur Regelung derselben
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranfilteranlage zur Filterung von Bier sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer solchen Membranfilteranlage.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Bier wird nach der Gärung/Reifung das Bier filtriert, insbesondere um Hefe aus dem Bier zu entfernen. Die Membranfiltration von Bier ist seit einigen Jahren eine zunehmend eingesetzte Technologie. Dabei kommt insbesondere die Crossflow-Methode zum Einsatz, bei der das ungefilterte Bier, d.h. das Unfiltrat, im Kreislauf durch den Membranfilter geleitet wird und das Filtrat aus dem Membranfilter abgezogen wird. Als Membran werden beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen verwendet. Die verwendeten Membranen werden daher auch als Mikrofiltrationsmembranen bezeichnet.
Während des Filterprozesses setzen sich abzufiltrierende Stoffe auf bzw. in der Membran ab, wodurch der Filterwiderstand ansteigt und schließlich die Effizienz des Filterprozesses sinkt. Gleichzeitig nimmt im Unfiltrat die Konzentration der rückgehaltenen Bestandteile, insbesondere die Hefekonzentration, sowie die Konzentration von Proteinen, Bitterstoffen und Polysacchariden, etc., mit der Zeit zu. Im Verlauf der Filtration konzentriert sich das Unfiltrat so stark auf, dass der Filterprozess schließlich gestoppt werden muss, um das Konzentrat zu entsorgen, wobei die Membran gereinigt werden kann. Auch durch das Membranfouling, d.h. das Anlagern von Verschmutzungen, beispielsweise von Hefen, Proteinen, Hemicellulose oder dergleichen, an einer Membran, setzt sich die Membran zusehends zu, sodass eine Reinigung, beispielsweise durch Rückspülen mit Lauge und/oder Säure, erforderlich wird.
Zur Steuerung der Filtration kann beispielsweise der Transmembrandruck beobachtet und dann bei vorbestimmten Grenzwerten die Filtration gestoppt werden, wobei das Konzentrat ausgeschoben und/oder das aufkonzentrierte Unfiltrat mit frischem Unfiltrat verdünnt werden kann. Dabei kann das Verblocken der Membran durch Rückspülen mit Filtrat, insbesondere mit Bier, und/oder Wasser hinausgezögert werden. Das Verwenden vorbestimmter Grenzwerte bedeutet jedoch, dass erst reagiert wird, wenn die Membran bereits verblockt ist, sodass ein Verblocken der Membran nicht frühzeitig verhindert werden kann. Somit haben die Membranfilter zur Bierfiltration im Stand der Technik nur eine geringe Standzeit.
Darüber hinaus hängt die Membranfiltration von Bier, insbesondere die Standzeit der Membranfilter vor einer notwendigen Reinigung, stark von den Rohstoffen des Bieres, der Rezeptur und der Vergärung ab. Daher variiert die Dauer eines Filtrationszyklus, d.h. die Standzeit eines Membranfilters, bevor eine Reinigung, beispielsweise durch Rückspülen mit bestimmten Rückspülmedien oder durch Cleaning-in-Place (CIP), erforderlich wird, in Abhängigkeit von dem zu filtrierenden Bier sehr stark.
Als Resultat ergibt sich eine nicht unerhebliche Planungsunsicherheit für den Betreiber der Filteranlage, beispielsweise die Brauerei, wobei oft unerwünscht frühe, lange oder ungenügende Reinigungsprozesse der Membranfilter durchgeführt werden. Dies führt wiederum in der Regel zu längeren Produktionszeiten und erhöhten Betriebskosten.
Aufgrund der Vielzahl von Prozessparametern, die sich auf das Membranfouling und Verblocken der Membranen auswirken und schwer in einem Modell zu erfassen sind, besteht der übliche Ansatz beim Betrieb von Filteranlagen mit Membranfiltern darin, fest vorgegebene Programmabläufe bezüglich der Filterprozesse und/oder der Reinigungsprozesse einzusetzen. Beispielsweise werden feste Grenzwerte für den Transmembrandruck als Abbruchkriterien für den Filterprozess vorgegeben. Ebenso werden häufig Überströmgeschwindigkeiten und Filtrationsflüsse der Crossflow-Filtration konstant vorgegeben oder bei sich zusetzendem Filter unverhältnismäßig schnell erhöht.
Darüber hinaus ist es bei Steuer- und Regelsystemen des Stands der Technik bisher nur möglich, die Dauer des Filterprozesses linear im Vorhinein oder während der Filtration vorherzusagen, um rechtzeitig Maßnahmen einzuleiten, durch die die Filtration verlängert bzw. optimiert werden kann. Ein lineares Vorhersagemodell weicht jedoch im Allgemeinen von der realen Situation ab, da der Filtrationsverlauf bestenfalls in der ersten Hälfte einer Filtration linear ist und dann meist exponentiell abklingt.
Dies führt aufgrund der grundsätzlichen Abhängigkeit vom Produktionsplan einer jeden Brauerei dazu, dass unbefriedigend geringe Mengen Bier filtriert werden und die Auslastung der Brauerei nicht optimal ist.
Des Weiteren werden auch die Membranfilterreinigungen aufgrund der starren / unflexiblen Prozessabläufe (zum Beispiel fest vorgegebene Zeiten oder fest vorgegebener Flux oder fest vorgegebene Durchströmungsrichtungen) nicht optimal durchgeführt. Die Dauer einer Membranfilterreinigung ist im Allgemeinen zu lang und kann lediglich durch einen erhöhten Chemikalieneinsatz (zum Beispiel eine höhere Laugen- oder Oxidationsmittelkonzentration verkürzt werden). Dieser erhöhte Chemikalieneinsatz hat höhere Betriebskosten zu Folge und wirkt sich negativ auf die Lebensdauer der Membranmodule aus, was zusätzlich die Kosten des Betreibers erhöht.
Wird die Reinigung der Membranfilter nicht optimal durchgeführt, ist darüber hinaus häufig der nachfolgende Filterprozess verkürzt. In Summe erschweren die schwer greifbaren und modellierbaren Rahmenbedingungen der Bierparameter zu Beginn und während der ablaufenden Filtration sowie die starre Steuerung der Filteranlagen die Automatisierung einer optimalen Bierfiltration. Die Steuerung wird dabei umso komplexer, je mehr Filtrationseinheiten parallel eingesetzt werden sollen.
Es liegt somit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Filtration von Bier zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile des Stands der Technik überwinden. Insbesondere sollen die Standzeit der Membranfilter verlängert, die Reinigung der Membranfilter optimiert und die Steuerung bzw. Regelung der Filteranlage automatisiert werden. Dabei sollen trotz wechselnder Bierparameter optimale Filtrationsergebnisse, insbesondere in Hinblick auf Produktivität und Produktionskosten, erzielt werden. Des Weiteren soll eine automatisierte Steuerung bzw. Regelung einer Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten ermöglicht werden.
Beschreibung der Erfindung
Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung zur Filtration von Fluiden, insbesondere von Bier, umfassend: eine erste, unabhängig steuerbare und/oder regelbare Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul, eine zweite, unabhängig steuerbare und/oder regelbare Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul, und wenigstens eine Regeleinheit, wobei die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Alternativ oder ergänzend kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, eine Belegung der ersten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln.
Neben Bier können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch andere Fluide, beispielsweise Wasser, Milch oder andere flüssige Lebensmittel, filtriert werden. Die Filtration kann dabei als Dead-End-Filtration oder Crossflow-Filtration durchgeführt werden. Bei der Crossflow-Filtration wird das ungefilterte Fluid, insbesondere Bier, d.h. das Unfiltrat, im Allgemeinen in einem Kreislauf durch den Membranfilter geleitet, wobei das Filtrat aus dem Membranfilter abgezogen wird. Das Unfiltrat strömt dabei entlang der Membran, wobei das Filtrat in der Regel senkrecht dazu austritt. Als Membran werden beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen verwendet. Je nach Porengröße spricht man von Mikrofiltration oder Ultrafiltration. Die Porengröße zur Bierfiltration liegt insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 1 pm, insbesondere von 0,4 bis 0,6 pm. Als Werkstoff für eine Hohlfasermembran kann beispielsweise Polyethersulfon gewählt werden. Bei Membranfiltern können eine Vielzahl von Hohlfasermembranen zu einem Membranfiltermodul gebündelt bzw. zusammengefasst werden, wobei die Hohlfasermembranen in einem Druckrohr aus Edelstahl integriert werden können. Mehrere Membranfiltermodule können in einer Filtrationseinheit kombiniert werden. Dabei können die einzelnen Membranfiltermodule insbesondere in Reihe, oder aber auch teilweise oder vollständig parallel zueinander, durch entsprechend ausgebildete Verbindungsleitungen bzw. Rohre, Steuer- oder Regelventile, Pumpen und weitere an sich bekannte Elemente von Filtrationseinheiten miteinander verbunden werden.
Erfindungsgemäß sind die erste und die zweite Filtrationseinheit jeweils unabhängig steuerbar und/oder regelbar. Hierzu können die erste und die zweite Filtrationseinheit die oben genannten Elemente, insbesondere steuerbare Ventile und Pumpen, aufweisen, welche eine unabhängige Steuerung und/oder Regelung der Filtration mit der jeweiligen Filtrationseinheit gestatten. In einer Variante kann jede Filtrationseinheit hierzu eine eigene Steuer- und/oder Regeleinheit aufweisen, die beispielsweise in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgebildet sein kann. Weitere an sich bekannte Elemente, wie beispielsweise ein Puffertank für das Unfiltrat, ein Puffertank für das Filtrat sowie ein oder mehrere integrierte CIP-Module und/oder Rückspülleitungen, können als Teil der ersten und/oder zweiten Filtrationseinheit vorgesehen sein. Bei Einsatz der Crossflow-Methode können die erste und die zweite Filtrationseinheit insbesondere eigene Kreisläufe für das Unfiltrat aufweisen.
Die erste und die zweite Filtrationseinheit können, beispielsweise über ein steuerbares Drei- Wege-Ventil oder einen Ventilknoten, mit einer Zuführleitung für das Unfiltrat, insbesondere mit einem Hauptpuffertank für das Unfiltrat, verbunden sein.
Es versteht sich, dass äquivalent ausgebildete weitere Filtrationseinheiten vorgesehen sein können, die gemäß den nachfolgend beschriebenen Weiterbildungen ausgebildet und gesteuert werden können.
Erfindungsgemäß ist zudem wenigstens eine Regeleinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, eine Belegung der ersten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Ganz allgemein kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, die Belegung einer bestimmten Filtrationseinheit aus einer Vielzahl von Filtrationseinheiten in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit wenigstens einer anderen Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Es kann somit eine Vielzahl von unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheiten vorgesehen sein, wobei die Belegung wenigstens einer der Filtrationseinheiten in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit adaptiv geregelt wird. Somit können auch Prozessparameter von zwei oder mehr weiteren Filtrationseinheiten bei der Regelung der Belegung der Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Die Regelung kann wie unten beschrieben durch eine separate Steuer- und/oder Regeleinheit der Filtrationseinheit, deren Belegung geregelt wird, durch separate Steuer- und/oder Regeleinheiten der wenigstens einen weiteren Filtrationseinheit oder durch eine übergeordnete Regeleinheit erfolgen. Des Weiteren können die Belegungen aller Filtrationseinheiten adaptiv geregelt werden, wobei jeweils Prozessparameter von wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Eine solche Regelung kann insbesondere von der übergeordneten Regeleinheit durchgeführt werden. Schließlich können bei der Regelung der Belegungen aller Filtrationseinheiten jeweils Prozessparameter von allen anderen Filtrationseinheiten berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Gesamtbelegung der Filteranlage optimiert werden.
Hier und im Folgenden ist unter dem Begriff der Filtration ganz allgemein eine Abfolge bzw. Sequenz von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der involvierten Membranfiltermodule zu verstehen, wobei zusätzlich Ruhephasen bzw. Pausen zwischen Reinigungsprozessen und Filterprozessen vorgesehen sein können, in denen sich die Filtrationseinheit im Standby- Modus befindet. In Abgrenzung zum Begriff der Filtration wird der eigentliche Prozess des Filterns des Unfiltrats hier und im Folgenden als Filterprozess bezeichnet. Beim Reinigungsprozess wird wenigstens ein Membranfiltermodul, insbesondere werden alle Membranfiltermodule, der jeweiligen Filtrationseinheit gereinigt. Dabei können eine Vielzahl unterschiedlicher Reinigungsmethoden zum Einsatz gelangen, die weiter unten genauer beschrieben werden.
Unter der Belegung einer Filtrationseinheit ist hier und im Folgenden die zeitliche Abfolge der oben erwähnten Filterprozesse und Reinigungsprozesse, potentiell unterbrochen durch Standby-Phasen, zu verstehen. Beispielsweise ergibt sich die Standzeit einer Filtrationseinheit als Verhältnis der zeitlichen Belegung durch Filterprozesse zur gesamten Filtrationszeit. Neben den reinen Filterprozessen und Reinigungsprozessen werden bei der nachfolgend beschriebenen adaptiven Regelung der Belegung der Filtrationseinheit auch weitere übliche Prozessphasen, beispielsweise das Vorspannen der Membranfiltermodule sowie das Abfahren der Filtrationseinheit berücksichtigt. Anders als beispielsweise das Vorspannen bzw. das Abfahren ist im Folgenden die jeweilige Prozessdauer der Filterprozesse und Reinigungsprozesse nicht im Vorhinein festgelegt, sondern wird wie unten genauer beschrieben abhängig von einem bzw. mehreren Prozessparametern einer Filtration mit einer oder mehreren Filtrationseinheiten adaptiv angepasst, d.h. geregelt. Beim Schritt des Vorspannens kann die Membranfilteranlage, in der Regel mit Kohlendioxid, auf Betriebsdruck eingestellt und für den Prozessschritt des Filterns vorbereitet werden. Abfahren ist im Allgemeinen der Schritt nach dem eigentlichen Filtern. Dabei kann das Membranmodul von dem aufkonzentrierten Unfiltrat entleert/befreit werden sowie das Filtrat ausgeschoben werden, wobei die entsprechenden Schritte für die Reinigung eingeleitet werden.
Der Begriff Prozessparameter ist hier und im Folgenden allgemein zu verstehen und kann jede Art von Parameter umfassen, der zu der Filtration mit der jeweiligen Filtrationseinheit gehört. Beispielsweise sind hiermit offline, d.h. separat vom Betrieb der Filtrationseinheit, beispielsweise im Labor, gemessene Parameter, insbesondere bezüglich des zu filtrierenden Fluides, umfasst. Im Fall von Bier gehören beispielsweise die Sorte (Hell, Dunkel, Pils, Bock, Weißbier, etc.), die Jahreszeit, die Saison, die Region, aus der die Rohstoffe stammen, die Malzsorte (beispielsweise im Hinblick auf Eiweißgehalt oder Hemicellulose), die Rohfrucht (zum Beispiel Mais, Reis, Gerste, Sorghum), eingesetzte Enzyme, und dergleichen zu Prozessparametern, die die Filtration, insbesondere das Fouling der Membranfilter, beeinflussen. Im breitesten Sinne fallen hierunter auch Ereignisse, wie zum Beispiel Veranstaltungen, die den Marktbedarf an Bier bestimmen oder die Abhängigkeit von einem bestimmten Bediener des Filters.
Zu den technologischen Prozessparametern hingegen gehören unmittelbar messbare Werte, wie beispielsweise die Hefezellzahl, die Trübung, High-Gravity-Sude, die Fermentationsdauer, die Lagerdauer, der Einsatz von ober- oder untergäriger Hefe, die Viskosität, die Dichte, die allgemeine Filtrierbarkeit, der pH-Wert und dergleichen. Zu den technologischen Prozessparametern gehören auch solche Parameter, die bisher offline, d.h. im Labor, gemessen werden, beispielsweise der Gehalt an Eiweiß, gesamtlöslichem Stickstoff, MgS04- fällbarem Stickstoff, freiem Aminostickstoff, Polyphenolen, Anthocyanogenen, Glukanen (a, ß, Gel), Stammwürze, Extrakt, der Vergärungsgrad, der Endvergärungsgrad, die Farbe, Jodwerte, insbesondere photometrische Jodwerte, des Unfiltrats, die Schaumzahl, Bittereinheiten, der Alkoholgehalt oder dergleichen.
Unter den Begriff Prozessparameter fallen hier und im Folgenden jedoch auch solche Parameter, die von der Steuerung bzw. Regelung der jeweiligen Filtrationseinheit direkt beeinflusst werden. Insbesondere fallen darunter auch Steuer- bzw. Regelparameter wie die Flussgeschwindigkeit des Unfiltrats im Kreislauf, insbesondere die Überströmgeschwindig- keiten der Filtermembranen, der Volumenstrom an Filtrat, das Druckniveau auf Unfiltratseite bzw. auf Filtratseite, der Transmembrandruck, der Grad der Aufkonzentration, die Kühltemperatur, die Geschwindigkeit und der Volumenstrom einer Rezirkulation, Spülmengen, sowie Konzentration und Art von eingesetzten CIP-Medien. Weitere Prozessparameter sind die Parameter: Temperatur des Fluides in einem Filtereinlauf, Druck des Fluides im Filtereinlauf, Druck des Fluides in einem Filterauslauf, Druck eines Filtrats, Differenzdruck des Fluides zwischen dem Filtereinlauf und dem Filterauslauf, Differenzdruck zwischen dem Fluid im Filtereinlauf und dem Filtrat, Volumenstrom des im Filtereinlauf zugeführten Fluides, Volumenstrom des Filtrats, Strömungsgeschwindigkeit des im Filtereinlauf zugeführten Fluides, Strömungsgeschwindigkeit des Filtrats, Ausbeute des Filters, Betriebszeit des Filters, Standzeit des Filters, Laufzeit des Filters, Trübung des Fluides im Filtereinlauf, Trübung des Filtrats, Konzentrationsgradient eines abzutrennenden Partikels im Filtereinlauf, Dicke einer Deckschicht auf dem Filter, Dichte der Deckschicht auf dem Filter, Adsorption von Partikeln im Filterkörper selber, Filtrationswiderstand des Filters, Filterdurchsatz, Ausschlussgrenze des Filters, Härtegrad des Fluides im Filtereinlauf, Härtegrad des Filtrats, elektrische Leitfähigkeit des Fluides im Filtereinlauf, elektrische Leitfähigkeit des Filtrats, Konzentration eines Salzes im Fluid im Filtereinlauf, Konzentration des Salzes im Filtrat, Konzentration eines für ein Membranfouling entscheidenden Ions im Filtereinlauf, Konzentration des für das Membranfouling entscheidenden Ions im Filtrat, Nummer eines Filtrations-Zyklus, Rückspülwiderstand des Filters, Volumenstrom eines Rückspülfluides, Strömungsgeschwindigkeit des Rückspülfluides in einem Rückspüleinlauf, Trübung des Rückspülfluides in einem Rückspülauslauf, Differenzdruck des Rückspülfluides zwischen dem Rückspüleinlauf und dem Rückspülauslauf, Dauer eines Rückspülprozesses und Lebenszeit des Filters, sowie deren Abweichungen von vorbestimmten Referenzkurven.
Der Begriff Prozessparameter umfasst hier insbesondere auch von einer Steuer- und/oder Regeleinheit einer Filtrationseinheit bzw. der Regeleinheit der Vorrichtung ausgegebene Parameter, insbesondere im Hinblick auf Aktionen, mit denen in die Filtration eingegriffen wird. Als nicht abschließende Liste seien beispielsweise Zeitpunkt, Stärke und Dauer von Rückspülschritten, z.B. mit Bier und/oder Wasser, Zwischenreinigungen, z.B. kurze Reinigungen der Membran mit Lauge und Additiven, sowie Hauptreinigungen, z.B. intensive Reinigung der Membran und der Peripherie wie des Aufkonzentrierungstankes, Anzahl und Art der Reinigungsschritte, Art und Menge der bei einer Reinigung verwendeten Chemikalien (Säuren, Laugen, Additive, Oxidationsmittel, Enzyme, und dergleichen), Laufzeiten von Filterprozessen und Reinigungsprozessen, Beenden eines Filterprozesses, Verkürzen eines Filterprozesses, Verlängern oder Verkürzen eines CIP-Reinigungsprozesses, Start bzw. Vorbereitung eines Filterprozesses, Standby, Zeitpunkt und Dauer eines Ruhezustands, ein optimierter Belegungsplan, Veränderungen bzw. Anpassungen im Brauverfahren und dergleichen genannt.
Die Regeleinheit kann als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein und insbesondere neben einer Prozesseinheit und einer Speichereinheit einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung wenigstens eines Prozessparameters einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit aufweisen. Die Regeleinheit kann als übergeordnete Regeleinheit der Vorrichtung vorgesehen sein, die Daten von separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten der Filtrationseinheiten empfängt, diese verarbeitet und verarbeitete Daten an eine oder mehrere der separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten übergibt. Anstelle einer übergeordneten Regeleinheit kann jedoch auch die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der zweiten Filtrationseinheit zu der erwähnten adaptiven Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit verwendet werden. In diesem Fall kann der wenigstens eine Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit von einer entsprechenden Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit über Datenleitungen oder kabellos an die Steuer- und/oder Regeleinheit der zweiten Filtrationseinheit übertragen werden.
Dadurch, dass bei der Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit wenigstens ein Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit berücksichtigt wird, erfolgt die Steuerung bzw. Regelung der Filtration mit der ersten und zweiten Filtrationseinheit nicht mehr vollständig unabhängig voneinander. Vielmehr wird der wenigstens eine Prozessparameter bei der Steuerung bzw. Regelung der Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit berücksichtigt. Genauer gesagt passt die Regeleinheit einen Ablauf bzw. eine Sequenz von Filterprozessen und Reinigungsprozessen, die mit der zweiten Filtrationseinheit durchgeführt werden, in Abhängigkeit von dem wenigstens einem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit an.
Auf diese Weise ist es möglich, auf den Verlauf der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit flexibel zu reagieren und insbesondere von dem sonst üblichen, starr vorgegebenen Ablauf der Filtration, d.h. einer starr vorgegebenen Belegung, bei Bedarf abzuweichen. Bisher wurde mit Filtrationseinheiten nach einem vorgegebenen Ablaufdiagramm filtriert und anschließend gereinigt. Nach Abschluss der Reinigung, beispielsweise einer CIP, steht die entsprechende Filtrationseinheit wieder für einen nachfolgenden Filterprozess zur Verfügung. Dies wurde bisher unabhängig von dem Status weiterer Filtrationseinheiten durchgeführt, sodass es bei Abweichungen von dem erwarteten Filtrationsverlauf, insbesondere bei einer geringen Zahl installierter Filtrationseinheiten, zu Engpässen im Ausstoß der Brauerei kommen konnte.
Durch adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann insbesondere auf Abweichungen von einer erwarteten Prozessdauer eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit flexibel reagiert werden. Dabei kann die Steuerung bzw. Regelung der zweiten Filtrationseinheit derart angepasst werden, dass die Belegung der gesamten Filteranlage optimiert wird. Insbesondere können übermäßig lange Standby-Phasen bzw. Ruhepausen einzelner Filtrationseinheiten, in denen diese unproduktiv sind, vermieden werden. Außerdem kann erreicht werden, dass stets mindestens eine Filtrationseinheit einen Filterprozess durchführt, sodass stets Filtrat abgeführt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein sonst üblicher Puffertank für das Filtrat verkleinert oder sogar eventuell weggelassen werden.
Der Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann eine Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit umfassen, wobei die Prozessdauer mittels der Regeleinheit oder einer separaten Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit prognostiziert wird. Hierzu kann die Regeleinheit bzw. die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit einen oder mehrere Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit bestimmen, insbesondere mittels einer oder mehrerer Sensoren messen. Bevorzugt werden solche Prozessparameter bestimmt bzw. gemessen, die die Dauer eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses beeinflussen oder mit dieser Zusammenhängen. Beispielsweise beeinflussen eine Überströmgeschwindigkeiten bzw. ein Volumenstrom des Unfiltrats, ein Druckniveau des Unfiltrats, ein Druckniveau des Filtrats, der Transmembrandruck bzw. ein Gradient des Transmembrandrucks als Steuer- bzw. Regelparameter der Steuerung bzw. Regelung eines Filterprozesses mit der ersten Filtrationseinheit die Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, des Filterprozesses. Beispielsweise kann ein Ende des Filterprozesses durch Erhöhen des Transmembrandrucks hinausgezögert werden. Des Weiteren können bei der Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer des Filterprozesses die oben erwähnten Parameter des zu filtrierenden Fluides berücksichtigt werden. Genauso können Parameter aus anderen gekoppelten Datenbanken des Betriebes oder einer Cloud von anderen Anlagen eingelesen werden. Die oben erwähnten Parameter des zu filtrierenden Fluides können vorab auch offline gemessen und der Regeleinheit zur Verfügung gestellt werden oder während des Filterprozesses, beispielsweise durch in situ angeordnete Sensoren, gemessen werden.
In die Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer eines Filterprozesses können Erkenntnisse bezüglich Zusammenhängen zwischen der Prozessdauer und den oben erwähnten Prozessparametern einfließen. Im einfachsten Fall kann die Prognose aufgrund einer linearen Extrapolation eines gemessenen bzw. simulierten Verlaufs des Filterprozesses erfolgen. Wie bereits oben erwähnt ist die Aufkonzentration des Unfiltrats bzw. das Fouling des Membranfilters jedoch im Allgemeinen nicht linear und insbesondere nicht durch einfache Modellierung darzustellen. Somit ergibt sich stets eine Diskrepanz zwischen der prognostizierten Prozessdauer und der tatsächlichen Restlaufzeit des Filterprozesses, bevor zumindest eine Zwischenreinigung, beispielsweise eine Zwischen-CIP-Reinigung, durchgeführt werden muss. Dennoch führt die Berücksichtigung der prognostizierten Prozessdauer eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zu einer Optimierung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit. Beispielsweise kann ein Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit, insbesondere einer prognostizierten Restprozessdauer eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit, intensiviert und/oder verkürzt werden. Zur Intensivierung des Reinigungsprozesses kann beispielsweise ein Volumenstrom eines Rückspülfluides, eine Strömungsgeschwindigkeit des Rückspülfluides in einem Rückspüleinlauf bzw. ein Differenzdruck des Rückspülfluides zwischen dem Rückspüleinlauf und im Rückspülauslauf für einen Reinigungsprozess mittels Rückspülens erhöht werden.
Unter Rückspülen versteht man, dass ein Rückspülfluid gegen die Filtrationsrichtung, d.h. von der Filtratseite durch die Membran zur Unfiltratseite geführt wird. Als Rückspülfluid können das Filtrat selbst, Wasser und/oder Luft und/oder ein Produktionsgas (zum Beispiel Kohlendioxid oder ein Inertgas) und/oder Reinigungsmittel wie etwa Lauge verwendet werden. Wird nur mit dem Filtrat rückgespült, so muss hierzu der Filterprozess nicht unterbrochen werden. Ein solches Rückspülen mit Filtrat kann das Zusetzen der Membran hinauszögern, wodurch die Restprozessdauer des Filterprozesses verlängert wird. Wird jedoch mit einem anderen Rückspülfluid rückgespült, so ist im Allgemeinen eine Unterbrechung des Filterprozesses erforderlich, beispielsweise um das Rückspülfluid vor Wiederaufnahme des Filterprozesses vollständig aus dem Membranfilter zu entfernen. Dies ist z.B. beim Rückspülen mit sauerstoffhaltigem Wasser bei der Bierfiltration erforderlich.
Hier und im Folgenden ist unter einer Reinigung durch Rückspülen daher ein Rückspülen zu verstehen, bei dem der Filterprozess unterbrochen wird, wobei insbesondere die oben erwähnten Schritte des Abfahrens und Vorspannens erforderlich sein können. Bei der Reinigung durch Rückspülen erfolgt das Rückspülen somit (auch) mit anderen Rückspülfluiden als dem Filtrat. Eine Reinigung mittels Rückspülens kann zudem mehrere Rückspülschritte, insbesondere mit unterschiedlichen Rückspülmedien, umfassen. Dabei kann eine Intensivierung des Reinigungsprozesses auch durch Anpassen der jeweiligen Intensität und/oder Dauer einzelner Rückspülschritte erfolgen. Zur Intensivierung eines CIP- Reinigungsprozesses kann die Art und/oder Menge eingesetzter Chemikalien angepasst werden. Beispielsweise kann anstelle der Chemikalien einer Zwischen-CIP die Chemikalienart, Chemikalienmenge bzw. -konzentration einer Haupt-CIP verwendet werden. Eine Zwischen-CIP bzw. Zwischenreinigung unterscheidet sich von einer Haupt-CIP bzw. Hauptreinigung durch Dauer, Intensität und Art, Menge und Konzentration der eingesetzten Chemikalien.
Zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen Intensivierung des Reinigungsprozesses kann der Reinigungsprozess verkürzt werden. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass die zweite Filtrationseinheit bei Beendigung des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zum Filtern des Fluides zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann eine Unterbrechung der Produktion der Filteranlage vermieden werden.
Der Einfluss des wenigstens einen Prozessparameters der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit auf die Regelung von Filterprozessen bzw. Reinigungsprozess in der zweiten Filtrationseinheit kann unbedingt sein, in dem Sinne, dass die Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit ohne direkte Rückwirkung auf die Filtration mit der ersten Filtrationseinheit angepasst wird. Die Regelung der Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit ist somit als Slave der Regelung der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit als Master untergeordnet. Alternativ kann jedoch auch eine Rückwirkung auf die Filtration mit der ersten Filtrationseinheit erfolgen. Beispielsweise können separate Steuer- und/oder Regeleinheiten der ersten und zweiten Filtrationseinheit als Slave bezüglich einer übergeordneten Regeleinheit als Master konfiguriert sein. In diesem Fall kann beispielsweise zusätzlich zu der Intensivierung und/oder Verkürzung des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit eine Verlängerung des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit bewirkt werden. Dadurch kann insbesondere ein Kompromiss zwischen einer möglichst vollständigen Reinigung der zweiten Filtrationseinheit und einem nicht übermäßigem Fouling der ersten Filtrationseinheit erzielt werden. Dieser Ausgleich kann insbesondere durch die oben erwähnte übergeordnete Regeleinheit bewirkt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit, insbesondere einer prognostizierten Restprozessdauer eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit, verlängert werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Reinigung der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist, bevor der Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit beendet wird. Eine Verlängerung des Filterprozesses kann wie oben erwähnt beispielsweise durch Erhöhen des Grenzwertes des Transmembrandrucks, durch Verändern (je nach Filterzustand kann eine Erhöhung oder Absenkung sinnvoll sein) des Crossflow-Volumenstromes und/oder durch Absenken eines Druckniveaus des Filtrats, und/oder durch Absenken des Filtratvolumenstromes und/oder durch einen Richtungswechsel der Anströmrichtung des Unfiltrats erzielt werden. Auch hier kann die Anpassung des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit unbedingt in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit erfolgen oder aber in Rückwirkung auf die Steuerung bzw. Regelung der Filtration der ersten Filtrationseinheit.
Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen verlaufen der Filterprozess bzw. Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit und der Reinigungsprozess bzw. Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zumindest teilweise parallel. Dies schließt nicht aus, dass weitere Prozessschritte, beispielsweise das oben erwähnte Vorspannen bzw. Abfahren der Membranfiltermodule, vorgesehen sind. Diese Prozessschritte können in die Optimierung der Belegungssteuerung integriert werden, wobei die Dauer der weiteren Prozessschritte vorgegeben oder ebenfalls adaptiv gesteuert werden kann.
Durch wechselseitiges Verlängern von Filterprozessen und/oder Intensivieren und/oder Verkürzen von Reinigungsprozessen der ersten und zweiten Filtrationseinheit kann die Belegung der Filtrationseinheiten optimiert werden. Insbesondere können wie oben erwähnt Standby-Phasen bzw. Ruhephasen einzelner Filtrationseinheiten weitgehend vermieden werden.
Wie oben bereits erwähnt ist eine Prognose einer Prozessdauer bzw. Restprozessdauer eines Filterprozesses bzw. Reinigungsprozesses aufgrund von Modellen häufig unzuverlässig. Gemäß einer Weiterbildung kann die Regeleinheit und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit daher dazu ausgebildet sein, die Prozessdauer auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze zu prognostizieren. Eine Steuerung bzw. Regelung auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik ist in der Lage, unscharfe Daten bzw. Parameter zu einer verlässlichen Aussage zu führen. Solche sogenannten Expertensysteme benötigen dabei keine vollständige Modellierung des Filtersystems, sondern können vielmehr als Blackbox- bzw. Graybox-Systeme eingesetzt werden. In der Fuzzy-Logik können komplexe Probleme durch die Verwendung von unscharfen Regeln einfach beschrieben werden. Dabei wird für jede konkrete Eingangsgröße mithilfe der Zugehörigkeitsfunktion der unscharfen Menge (Fuzzy-Menge) eines linguistischen Wertes der Zugehörigkeitsgrad zu dem entsprechenden linguistischen Wert bestimmt. Die Anwendung der Fuzzy-Logik zur Steuerung und/oder Regelung einer Filteranlage ermöglicht dabei, die Prozessführung durch Vorgeben einfacher und intuitiver linguistischer Regeln und Werte zu beeinflussen. Eine linguistische Regel umfasst dabei eine Anzahl von Prämissen in der Form einer Zugehörigkeit einer Anzahl von Eingangsgrößen, d.h. Prozessparametern, zu einer Anzahl linguistischer Werte, welche durch logische Verknüpfung miteinander verbunden werden, die so genannte Vorbedingung der Regel, und eine Aktion in der Form einer Zugehörigkeitsfunktion einer Ausgangsgröße, beispielsweise eines Steuer- bzw. Regelparameters sowie einer der oben genannten Aktionen, zu einem linguistischen Wert.
Gemäß dieser Weiterbildung kann jede Regel durch einen Experten vorgegeben werden, auch durch aufeinanderfolgende in Kaskaden ausgebildete Systeme oder durch ein automatisiertes Verfahren erlernt werden. Bei dem automatisierten Verfahren kann insbesondere ein künstliches neuronales Netz eingesetzt werden. Ein solches künstliches neuronales Netz kann dabei durch Beobachtung, d.h. Protokollieren und Auswerten geeigneter Prozessparameter der Filtrationseinheiten Regeln neu erlernen oder anpassen, wobei die Beobachtung insbesondere während des Filtrationsbetriebs durch einen Experten stattfinden kann.
Eine vorbestimmte oder erlernte Regel kann weiterhin durch Optimierungsschritte angepasst werden. Dabei kann ein Optimierungsschritt die Anpassung einer zu einem in eine Regel verwendeten linguistischen Wert gehörenden Fuzzy-Menge oder eine Priorisierung bzw. Eliminierung der Regel umfassen. Nach Auswertung der linguistischen Regeln kann die Ausgangsgröße durch Defuzzyfizieren einer Zugehörigkeitsfunktion erhalten werden. Durch Verknüpfen mehrerer linguistischer Regeln durch Komposition lassen sich auch komplizierte Zusammenhänge im Bereich der Prozessführung leicht formulieren. Insbesondere können durch Komposition linguistische Regeln zur Regelung gegensätzlicher Trends, beispielsweise auf der Grundlage der im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Kennlinienfelder, implementiert werden, sodass eine Optimierung der Prozessführung, insbesondere eine zuverlässige Prognose der Prozessdauer auf der Grundlage der Fuzzy-Logik möglich wird.
Zur Anwendung der Fuzzy-Logik kann die Regeleinheit und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit insbesondere einen Mamdani-Regler oder einen Sugeno-Regler aufweisen.
Durch alternativen oder zusätzlichen Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes kann die Prognose der Prozessdauer zu einem optimierten Expertensystem hin getrimmt werden, welches auch ohne vorheriges und externes Expertenwissen eine zuverlässige Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der Filtrationseinheiten ermöglicht.
Ein künstliches neuronales Netz besteht aus einem oder mehreren künstlichen Neuronen, welche in einer oder mehreren Schichten angeordnet sind. Jedes künstliche Neuron bestimmt dabei aus einem oder mehreren Eingangssignalen ein Ausgangssignal. Aus dem einen oder mehreren Eingangssignalen kann dabei unter Zuhilfenahme einer oder mehrerer vorbestimmte Gewichte ein Netto-Input als Summe der gewichteten Eingangssignale bestimmt werden. Aus dem Netto-Input kann unter Verwendung einer Aktivierungsfunktion das Ausgangssignal bestimmt werden. Die Aktivierungsfunktion kann dabei eine Schwellwertfunktion, eine sigmoide Funktion oder eine lineare Funktion sein. Dabei hat eine sigmoide Funktion den Vorteil, dass sie stetig differenzierbar ist und somit in Optimierungsverfahren wie dem Verfahren des steilsten Gradienten eingesetzt werden kann. Ein künstliches Neuron kann insbesondere in der Form eines Perzeptrons mit variabler Schwelle vorliegen.
Ein künstliches neuronales Netz hat insbesondere den Vorteil, dass es sich um ein lernfähiges System handelt. Dabei geschieht das Lernen eines künstlichen neuronalen Netzes im Allgemeinen durch Anpassen der Gewichte der Eingangssignale der Neuronen. Für ein mehrschichtiges neuronales Netz, wie das Multilayer Perzepton (MLP), kann zum Durchführen eines Lernschritts der Backpropagation-Algorithmus angewendet werden. Ein künstliches neuronales Netz zur Prognose der Prozessdauer von Filterprozessen bzw. Reinigungsprozessen kann offline, d.h. ohne Prozessführung, durch einen Experten trainiert werden, oder (auch) online, d.h. während laufender Prozessführung, lernen.
Insbesondere kann ein künstliches neuronales Netz in Form eines Neuro-Fuzzy Reglers mit einem Fuzzy-Regler kombiniert werden. Dadurch kann die Transparenz der intuitiven Regeln von Fuzzy-Systemen mit der Lernfähigkeit von künstlichen neuronalen Netzen vereint werden. Insbesondere ist ein Neuro-Fuzzy Regler in der Lage, linguistische Regeln und/oder Zugehörigkeitsfunktionen zu erlernen oder bestehende zu optimieren.
Ein Neuro-Fuzzy Regler kann als kooperatives System realisiert werden, in welchem das neuronale Netz unabhängig von dem Fuzzy-System arbeitet, und die Parameter des Fuzzy- Systems durch das neuronale Netz bestimmt und/oder optimiert werden. Dabei kann das Lernen des neuronalen Netzes durch Lernen von Fuzzy-Mengen oder durch Lernen von linguistischen Regeln geschehen. Das Lernen von Fuzzy-Mengen kann durch ein modifiziertes Backpropagation-Verfahren, bei welchem anstelle der Gewichte die Lage und Form der Zugehörigkeitsfunktion der Fuzzy-Menge verändert wird, geschehen.
Ein Neuro-Fuzzy Regler kann aber auch als hybrides System realisiert werden, in welchem die Eigenschaften der Fuzzy-Logik und des künstlichen neuronalen Netzes untrennbar vereint sind. Alternativ oder ergänzend kann ein künstliches neuronales Netz mit physikalischen bzw. verfahrenstechnischen Modellen zur Bildung eines hybriden Reglers verknüpft werden. Anstelle der Gewichte können bei einem Fuzzy-Neuron die Fuzzy-Mengen treten, wobei anstelle der gewichteten Summe und der Aktivierungsfunktion bei den Fuzzy-Neuronen einer inneren Schicht die Bestimmung der Zugehörigkeitsgerade (Fuzzyfizierung) für die Eingangssignale und deren Inferenz tritt. Anstelle der gewichteten Summe und der Aktivierungsfunktion bei den Fuzzy-Neuronen der Ausgangsschicht kann hingegen die Komposition und Defuzzyfizierung treten. Eine Möglichkeit des Lernens im hybriden Neuro- Fuzzy Regler besteht darin, vor Inbetriebnahme des Reglers alle für die Steuerung und/oder Regelung der Filteranlage bzw. Filtrationseinheit oder des Filterprozesses bzw. Reinigungsprozesses möglichen Regeln vorzugeben und durch den Neuro-Fuzzy Regler nicht benötigte Regeln im Online-Betrieb eliminieren zu lassen.
Eine oder mehrere Fuzzy-Regler und/oder künstliche neuronale Netze können zur Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer in die Regeleinheit und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit integriert sein. Die linguistischen Regeln des Fuzzy-Reglers können dabei Modelle, Fakten, Umgebungsdaten, etc. und physikalisch- chemische Zusammenhänge als Expertenwissen abbilden. Anhand solcher Modelle bzw. Fakten können auch die verwendeten künstlichen neuronalen Netze trainiert werden.
Die Verwendung von Fuzzy-Reglern und/oder künstlichen neuronalen Netzen zur Prognose der Prozessdauer erlaubt es, auch bei unzureichender Modellierung und unbekannten Einflüssen auf die Prozessdauer, eine deutlich zuverlässigere Prognose der Prozessdauer abzugeben. Insbesondere kann das verwendete System lernfähig ausgebildet sein, sodass die Prognosen mit zunehmender Betriebszeit der Filteranlage besser werden.
Zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen Prognose der Prozessdauer von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der Filtrationseinheiten auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze durchzuführen. Hierzu können als Ausgangsparameter der verwendeten Fuzzy-Systeme, künstlicher neuronaler Netze bzw. Neuro-Fuzzy-Systeme die oben erwähnten Aktionen bestimmt werden, beispielsweise ob ein Eingriff in einen laufenden Filterprozess bzw. einen laufenden Reinigungsprozess erfolgen soll. Insbesondere können als Ausgangsparameter der Abbruch eines Filterprozesses bzw. der Zeitpunkt eines Filtrationsendes bestimmt werden. Des Weiteren können die Überströmgeschwindigkeit, die Filtrationsgeschwindigkeit, der maximale Transmembrandruck, ein Zeitpunkt für einen Reinigungsprozess durch Rückspülen, eine Umkehr der Unfiltratströmung, ein Zeitpunkt sowie eine Anzahl von Zwischen-CIPs, sowie ein Zeitpunkt für eine Haupt-CIP als Ausgangsparameter bestimmt werden. Des Weiteren kann ein Reinigungsprozess eingeleitet werden und/oder die Art und Dauer des Reinigungsprozesses, beispielsweise durch Rückspülen, Zwischen-CIP oder Haupt-CIP, gewählt werden. Schließlich kann die Dauer eines Filterprozesses angepasst werden, die Dauer eines Soaking-Prozesses des Membranfiltermoduls angepasst werden, sowie ein Standby vorbereitet werden.
Die Regeleinheit sowie die separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten der Filtrationseinheiten können insbesondere wie erwähnt als speicherprogrammierbare Steuerungen ausgebildet sein, wobei zusätzlich eine Anbindung an die Cloud zum Trainieren der künstlichen neuronalen Netze vorgesehen sein kann. Damit können Datensätze anderer Filteranlagen zur Verbesserung der adaptiven Regelung der Belegung verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann wenigstens ein, insbesondere der ersten Filtrationseinheit zugeordneter, Sensor vorgesehen sein, wobei der Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit einen mittels des Sensors gemessenen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit umfasst. Beispielsweise kann ein Viskositätssensor und/oder ein Dichtesensor vorgesehen sein, der die Viskosität des Unfiltrats bzw. die Dichte des Unfiltrats in dem jeweiligen Kreislauf der ersten Filtrationseinheit misst. Ein Sensor zur Messung der Viskosität kann als Quarzviskosimeter, insbesondere mit piezomechanischen Quarzsensoren, ausgebildet sein. Die Dichtebestimmung kann beispielsweise durch Strahlungsabsorption, Biegeschwinger oder dergleichen erfolgen. Ebenso kann ein Sensor zur Messung der Viskoelastizität vorgesehen sein. Da ein Zusammenhang zwischen der Viskosität des Unfiltrats und der Hefekonzentration (Hefezellzahl pro Milliliter) sowie der Dichte und der Hefekonzentration besteht, können über diese Parameter sehr einfach Rückschlüsse auf die Hefezellzahl gezogen werden. Sensoren zum Messen der Viskosität und/oder der Dichte können auf einfache Art und Weise in situ in der Filtrationseinheit angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Coriolis- Massendurchflussmesser mit induzierter Torsionsbewegung zur gleichzeitigen Messung von Dichte und Viskosität verwendet werden. Weitere denkbare Sensoren zum Messen von Prozessparametern umfassen einen Sensor zur Messung der Trübung des Unfiltrats, einen Sensor zur Messung der Farbe des Unfiltrats und/oder des Filtrats, einen Sensor zur Messung des Transmembrandrucks, einen Sensor zur Messung des Filtratflusses, einen Sensor zur Messung der Überströmgeschwindigkeit, einen Sensor zur Messung des Massendurchflusses durch den Membranfilter, einen Temperatursensor für das Unfiltrat, einen Sensor zur Messung eines Rückspülvolumenstroms, einen Sensor zur Messung einer Rückspülgeschwindigkeit, einen Sensor zur Messung eines Rückspüldrucks und dergleichen.
Der oder die von den Sensoren gemessenen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit können alternativ oder ergänzend zu der prognostizierten Prozessdauer eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit von der erfindungsgemäßen Regeleinheit verwendet werden, um eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Somit können explizit die Filtration mit der ersten Filtrationseinheit betreffende, gemessene Prozessparameter bei der Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann eine grundlegendere, aber aufwändigere Optimierung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit erzielt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die zweite Filtrationseinheit mehrere parallel geschaltete Membranfiltermodule mit einer doppelten Zulaufleitung und einer doppelten Rücklaufleitung umfassen, wobei zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen steuerbare Absperrvorrichtungen für eine Umkehrung einer Flussrichtung des Unfiltrats während der Filtration vorgesehen sind, und wobei die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, die Flussrichtung des Unfiltrats in der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit umzukehren. Jedes Membranfiltermodul der zweiten Filtrationseinheit hat somit zwei Zulaufleitungen, die über steuerbare Absperrvorrichtungen, beispielsweise Sperrventile, von der Regeleinheit gezielt geöffnet und geschlossen werden können und mit dem Einlauf bzw. dem Ablauf des Membranfiltermoduls für Unfiltrat verbunden sind. Gleichzeitig weist jedes Membranfiltermodul zwei Rücklaufleitungen auf, die über steuerbare Absperrvorrichtungen von der Regeleinheit gezielt geöffnet und geschlossen werden können und ebenfalls mit dem Einlauf bzw. dem Ablauf des folgenden Membranfiltermoduls für Unfiltrat verbunden sind. Zwischen zwei Membranfiltermodulen können die Zulaufleitungen des nachfolgenden Moduls durch die Rücklaufleitungen des vorausgehenden Moduls gegeben sein. Somit sind zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen steuerbare Absperrvorrichtungen vorgesehen. Durch gezieltes Öffnen jeweils nur einer der beiden Absperrvorrichtungen in den Zulaufleitungen bzw. Rücklaufleitungen kann, selbst ohne Umsteuern einer das Unfiltrat umwälzenden Pumpe, eine Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats durch die einzelnen Membranfiltermodule der zweiten Filtrationseinheit bewirkt werden. Die Absperrvorrichtungen werden dabei stets so angesteuert, dass die Membranfiltermodule nacheinander von dem Unfiltrat durchströmt werden. Durch Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats kann dabei die Dauer eines Filterprozesses verlängert werden, da ein zunächst weniger durch Membranfouling belasteter Bereich der Membranfiltermodule nun einer höheren Belastung ausgesetzt wird und umgekehrt. Eine solche Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats kann somit von der Regeleinheit gezielt, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Restprozessdauer eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit, eingesetzt werden, um einen Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit zu verlängern, beispielsweise bis der Reinigungsprozess der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist.
Alternativ kann die zweite Filtrationseinheit in Reihe geschaltete Membranfiltermodule und eine umsteuerbare Pumpe aufweisen, mit der die Flussrichtung des Unfiltrats gesteuert umgekehrt werden kann.
Die oben genannten Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zur Filtration von Fluiden, insbesondere mit einer der oben beschriebenen Vorrichtungen, gelöst, wobei das Verfahren eine Sequenz von Filterprozessen zum Filtern von Unfiltrat und von Reinigungsprozessen zum Reinigen der Membranfiltermodule der ersten und der zweiten Filtrationseinheit umfasst, wobei das Unfiltrat in separaten Kreisläufen durch wenigstens ein Membranfiltermodul der ersten Filtrationseinheit und durch wenigstens ein Membranfiltermodul der zweiten Filtrationseinheit geleitet wird, und wobei das Filtrat aus den Membranfiltermodulen abgeleitet wird, wobei eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv geregelt wird. Hierbei können dieselben Variationen und Weiterbildungen, die oben im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Filtration von Fluiden beschrieben wurden, auch auf das Verfahren zur Filtration von Fluiden angewendet werden. Insbesondere können die oben beschriebenen Weiterbildungen der ersten und zweiten Filtrationseinheit, der Membranfiltermodule sowie der Steuer- und/oder Regeleinheiten eingesetzt werden. Neben den Filterprozessen und Reinigungsprozessen kann die Sequenz auch weitere Abschnitte, beispielsweise das oben erwähnte Vorspannen und Abfahren der Membranfiltermodule, Standby-Phasen bzw. Ruhephasen und dergleichen umfassen. Bei den Reinigungsprozessen kann es sich wie oben beschrieben insbesondere um Rückspülprozesse, Zwischen-CIPs und Haupt-CIPs handeln. Als Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit können die oben beschriebenen Prozessparameter verwendet werden.
Des Weiteren kann wie bereits oben erwähnt zusätzlich oder alternativ eine Belegung der ersten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit adaptiv geregelt werden. Erneut können die oben beschriebenen Prozessparameter zur adaptiven Regelung der Belegung der ersten Filtrationseinheit eingesetzt werden. Insbesondere kann der Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit eine prognostizierte Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit umfassen. Ebenso kann wie oben erwähnt die Belegung wenigstens einer Filtrationseinheit einer Vielzahl von Filtrationseinheiten in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit einer oder mehreren anderen Filtrationseinheiten der Vielzahl von Filtrationseinheiten adaptiv geregelt werden. Des Weiteren können die Belegungen aller Filtrationseinheiten der Vielzahl von Filtrationseinheiten adaptiv geregelt werden.
Die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit kann ein Anpassen wenigstens eines Steuerparameters eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit umfassen, wobei der Steuerparameter des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit insbesondere in Abhängigkeit von einer prognostizierten Restprozessdauer eines parallel verlaufenden Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit angepasst werden kann, und/oder wobei der Steuerparameter des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit insbesondere in Abhängigkeit von einer prognostizierten Restprozessdauer eines parallel verlaufenden Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit angepasst werden kann. Dabei müssen der Filterprozess und der Reinigungsprozess nicht vollständig parallel verlaufen. Als Steuerparameter können die zuvor beschriebenen Steuer- und Regelparameter verwendet werden. Insbesondere können Grenzwerte für Prozessparameter wie den Transmembrandruck, bei denen eine bestimmte Aktion, beispielsweise das Beenden eines Filterprozesses und Einleiten einer Reinigung oder ein Rückspülen mit Filtrat zum Verlängern des Filterprozesses, ausgeführt werden, als Steuerparameter angepasst werden.
Befindet sich beispielsweise die zweite Filtrationseinheit in einem Filterprozess, während sich die erste Filtrationseinheit in einem Reinigungsprozess befindet, so kann die adaptive Regelung den Filterprozess zumindest so lange verlängern, bis der Reinigungsprozess der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist. Darüber hinaus kann der Filterprozess verlängert werden, bis das auf den Reinigungsprozess folgende Vorspannen der Membranfiltermodule der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist. Befindet sich hingegen die zweite Filtrationseinheit in einem Reinigungsprozess, während sich die erste Filtrationseinheit in einem Filterprozess befindet, so kann die adaptive Regelung den Reinigungsprozess wie oben beschrieben intensivieren und/oder verkürzen, damit die zweite Filtrationseinheit zum Ende des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zur Verfügung steht.
Die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit kann ein Beenden eines Filterprozesses und Einleiten eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit und/oder ein Beenden des Reinigungsprozesses und Einleiten eines weiteren Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit umfassen. Durch adaptives Beenden eines Filterprozesses und Einleiten eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann flexibel auf ein frühzeitiges Bereitstehen der ersten Filtrationseinheit reagiert werden, sodass die Wirksamkeit der Reinigung der zweiten Filtrationseinheit verbessert werden kann. Durch adaptives Beenden des Reinigungsprozesses und Einleiten eines weiteren Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann flexibel auf ein vorzeitiges Ende eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit reagiert werden. Auf diese Weise kann eine Unterbrechung der Filtration der Gesamtfilteranlage vermieden werden.
Das Einleiten des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit kann insbesondere eine Auswahl des Reinigungsprozesses aus der folgenden Gruppe umfassen: Reinigen durch Rückspülen, Cleaning-in-Place, Reinigen durch Rückspülen und Cleaning-in-Place, Generalreinigung und vorbestimmte Reinigungsprogramme. Beispielsweise kann ein Reinigungsprozess durch Rückspülen wie oben beschrieben mehrere Rückspülschritte, insbesondere mit unterschiedlichen Rückspülmedien, umfassen. Wie oben beschrieben kann das Einleiten des Reinigungsprozesses zudem eine Auswahl der Art und Menge eingesetzter Chemikalien einer CIP-Reinigung und/oder die Intensität und/oder Dauer des Reinigungsprozesses und/oder das Anpassen von Steuerparametern des Reinigungsprozesses umfassen. Beispielsweise kann eine Zwischen-CIP mit geringer Menge bzw. Konzentration gewählt werden oder eine Haupt-CIP mit höherer Menge bzw. Konzentration und eventuell anderen oder zusätzlichen Chemikalien. Bei einer Generalreinigung kann sogar der Austausch einzelner oder aller Filtermembranen vorgesehen sein. Neben dem wenigstens einen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann auch wenigstens ein Prozessparameter eines vorangehenden Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Dadurch kann der nachfolgende Reinigungsprozess derart angepasst werden, dass eine Foulingschicht auf den Membranfiltermodulen der zweiten Filtrationseinheit möglichst vollständig, unter Berücksichtigung der Randbedingungen bezüglich der Belegung der zweiten Filtrationseinheit, entfernt wird, um eine maximale Prozessdauer des nachfolgenden Filterprozesses zu gewährleisten.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Anpassen des wenigstens einen Steuerparameters des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit wie oben beschrieben eine Umkehrung einer Flussrichtung des Unfiltrats in dem wenigstens einen Membranfiltermodul der zweiten Filtrationseinheit umfassen. Dabei kann das Anpassen insbesondere das Bestimmen eines Zeitpunktes, zu dem die Flussrichtung umgekehrt wird, umfassen. Auf diese Weise kann wie oben erwähnt eine Restprozessdauer des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit verlängert werden. Die Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats kann durch gezieltes Ansteuern der oben beschriebenen Absperrvorrichtungen, beispielsweise von Sperrventilen, in den Zulauf- und Rücklaufleitungen der parallel geschalteten Membranfiltermodule der zweiten Filtrationseinheit bewirkt werden.
Die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit kann wie oben beschrieben auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Des Weiteren kann wie oben beschrieben die Prognose der Prozessdauer eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Schließlich kann auch die Steuerung und/oder Regelung eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses einer jeden Filtrationseinheit durch eine entsprechende separate Steuer- und/oder Regeleinheit dieser Filtrationseinheit auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze durchgeführt werden. Auf diese Weise können mittels einfacher intuitiver Regeln und durch Trainieren der künstlichen neuronalen Netze zuverlässige Prognosen der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer von Filterprozessen und Reinigungsprozessen gemacht werden, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Optimierung der Belegung der Filtrationseinheiten verwendet werden können.
Insbesondere bei der Filtration von Bier besteht eine starke, schwer vorhersagbare Abhängigkeit der Standzeit verwendeter Membranfiltermodule von den eingesetzten Rohstoffen. Trotz der Schwierigkeit der Vorhersage einer verbleibenden Restprozessdauer eines Filterprozesses gestatten die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren eine Optimierung der Belegung der Filtrationseinheiten einer Filteranlage hinsichtlich der Vermeidung von Produktionsunterbrechungen und Stillstandzeiten einzelner Filtrationseinheiten. Sowohl die Art und Dauer der eingesetzten Reinigungsprozesse können optimiert werden, als auch die Länge und Zeiträume der Filterprozesse verschiedener Filtrationseinheiten aufeinander abgestimmt werden. Dadurch kann der übermäßige Einsatz von Reinigungsmitteln, d.h. Chemikalien, bei der CIP-Reinigung vermieden werden, da Art und Dauer der eingesetzten Reinigungsprozesse bedarfsgerecht adaptiv geregelt werden. Ebenso kann ein übermäßiges Zusetzen der Membranfilter durch unkontrolliertes Erhöhen des Transmembrandrucks vermieden werden.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren erreichen eine Belegungs- und Gesamtprozessoptimierung, die zu optimal ausgelasteten Filtrationseinheiten mit optimaler Reinigung und effizienten Gesamtbetriebskosten führen. Im Gegensatz zu den sonst üblichen starren Abläufen der Filterprozesse und Reinigungsprozesse wird die Belegung der Filtrationseinheiten durch Filterprozesse und Reinigungsprozesse nun flexibel und adaptiv angepasst, um die Gesamtbelegung der Filteranlage zu optimieren. Dies betrifft nicht nur die Länge einer Standby-Phase, sondern alle Verfahrensschritte beginnend beim Soaking, d.h. dem Einweichen mit Chemikalien bei der CIP-Reinigung, über die CIP-Dauer und die Länge des Filterprozesses. Da bei der CIP-Reinigung weniger Chemikalien eingesetzt werden können, wird auch die Standzeit der Filtermembranen der Membranfiltermodule verlängert, wodurch weitere Kosten eingespart werden können.
Bei der Filtration von Bier ergeben sich im Vergleich zu anderen Fluiden im Allgemeinen kürzere Zyklen aus Filterprozess und Reinigungsprozess, sodass eine optimierte Belegungssteuerung in Brauereien besonders wichtig ist. Bei Brauereien mit durchgehendem Betrieb führt die oben beschriebene optimierte Belegungssteuerung zu einer effizienteren Filtration und somit zur Kosteneinsparung. Bei kleineren Filteranlagen kann eine höhere Menge an Filtrat produziert werden, wodurch die Gesamtbetriebskosten sinken. Darüber hinaus werden die Filtermembranen geschont.
Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen. Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im Weiteren beschriebenen Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.
Figur 1 zeigt grob schematisch den Aufbau einer einzelnen Filtrationseinheit. Figur 2 zeigt grob schematisch eine Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt den Austausch von Prozessparametern zwischen separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten zweier Filtrationseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt eine alternative Weiterbildung zum Austausch von Prozessparametern einer übergeordneten Regeleinheit.
Figur 5 zeigt eine beispielhafte Belegungsoptimierung für zwei Filtrationseinheiten.
Figur 6 zeigt schematisch die Umkehrung der Flussrichtung in einer Filtrationseinheit mit mehreren parallel geschalteten Membranfiltermodulen.
Figur 7 zeigt schematisch eine Vielzahl von Kennlinienfeldern zur Steuerung und/oder Regelung der Filtrationseinheiten.
In den im Folgenden beschriebenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Zur besseren Übersichtlichkeit werden gleiche Elemente nur bei ihrem ersten Auftreten beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die mit Bezug auf eine der Figuren beschriebenen Varianten und Ausführungsformen eines Elements auch auf die entsprechenden Elemente in den übrigen Figuren angewendet werden können.
Figur 1 zeigt grob schematisch einen exemplarischen Aufbau einer einzelnen, unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheit. Die hier dargestellte Filtrationseinheit führt eine Filtration nach der Crossflow-Methode durch. Es versteht sich jedoch, dass die im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen durch einfache Anpassungen auch für Filtrationen nach der Dead-End-Flow-Methode eingesetzt werden können.
Die in der Figur 1 dargestellte Filtrationseinheit umfasst wenigstens ein Membranfiltermodul 1 , beispielsweise ein Crossflow-Membranfiltermodul, durch das das Unfiltrat, beispielsweise ungefiltertes Bier, im Kreislauf geführt werden kann (angedeutet durch den Pfeil K). Selbstverständlich können auch mehrere Membranfiltermodule vorgesehen sein, die in Reihe oder parallel zueinander angeordnet sein können. Eine spezielle Variante hierzu ist beispielsweise in der Figur 6 gezeigt. Bei der Crossflow-Filtration wird das Unfiltrat entlang der Membran der Membranfiltermodule geströmt und tritt senkrecht aus dem Membranfilter als Filtrat aus. Hierzu ist eine Filtratleitung 18 mit einem Stell- bzw. Regelventil 17 vorgesehen, über die das Filtrat aus dem Membranfiltermodul 1 abgezogen wird. Das Regelventil 17 kann dabei von der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 der Filtrationseinheit gesteuert bzw. geregelt werden, beispielsweise um ein Druckniveau auf der Filtratseite einzustellen. Die Stellung des Regelventils 17 ist somit eine Stellgröße der Steuerung und/oder Regelung eines Filterprozesses der Filtrationseinheit, über die beispielsweise eine Dauer des Filterprozesses gesteuert bzw. geregelt werden kann. Entsprechend ist beispielsweise das Druckniveau auf der Filtratseite ein Steuer- bzw. Regelparameter der Steuer- und/oder Regeleinheit 8.
Die Filtrationseinheit weist weiterhin eine Zulaufleitung 3 auf, über die beispielsweise mit Hefe beladenes Bier in Richtung Membranfiltermodul 1 , beispielsweise über eine, insbesondere regelbare, Pumpe 7, gepumpt wird. Die Pumpe 7 kann anders als in der Figur 1 gezeigt auch an dem Teilstück der Zulaufleitung 3 zwischen Einmündung der Leitung 13 und dem Punkt 16 angeordnet sein. Ferner umfasst die Filtrationseinheit eine Zirkulationsleitung 5, in die die Zulaufleitung 3 am Punkt 16 mündet, und durch die das Unfiltrat, d.h. das Retentat, im Kreislauf K zirkulieren kann. Schließlich weist die Filtrationseinheit weiterhin eine Rücklaufleitung 6 auf, über die Unfiltrat aus der Zirkulationsleitung 5 abgeleitet werden kann. Dazu ist ein Regelventil 9 in der Rücklaufleitung 6 vorgesehen, über das der Fluss des abgeleiteten Unfiltrats eingestellt werden kann. Des Weiteren ist in der Zirkulationsleitung 5 ein Regelventil 19 vorgesehen, über das der Fluss des zirkulierenden Unfiltrats eingestellt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann in der Zirkulationsleitung 5 eine, insbesondere regelbare, Pumpe 15 vorgesehen sein, mittels derer beispielsweise eine Überströmgeschwindigkeit der Filtermembran durch das Unfiltrat eingestellt werden kann. Durch eine Veränderung (je nach Filterzustand kann eine Erhöhung oder Absenkung sinnvoll sein) der Überströmgeschwindigkeit kann beispielsweise der Transmembrandruck reduziert werden. Von der Rücklaufleitung 6 zweigt eine Ablaufleitung 12 ab, über die über ein weiteres Regelventil 1 1 das Unfiltrat aus der Rücklaufleitung 6 einem Kanal 10 zugeführt werden kann. Über das Regelventil 1 1 kann der Fluss des Unfiltrats zu diesem Kanal eingestellt werden. Die Rücklaufleitung 6 mündet in einem Aufkonzentriertank 2, der hier zum Beispiel als zylindrokonischer Tank ausgebildet ist, und der über eine Leitung 13 und ein Regelventil 14 mit der Zulaufleitung 3 verbunden ist. Somit kann aufkonzentriertes Unfiltrat aus dem Aufkonzentriertank 2 erneut der Zuleitung 3 zugeführt werden.
Des Weiteren sind in der nicht limitierenden Weiterbildung der Figur 1 Sensoren 4a und 4b in der Zirkulationsleitung 5 bzw. der Rücklaufleitung 6 angeordnet. Mittels dieser Sensoren können Prozessparameter, wie beispielsweise die Viskosität oder Dichte des Unfiltrats, in situ während der Filtration gemessen werden. Wie oben im Detail beschrieben können als Sensoren beispielsweise ein Viskositätssensor und/oder ein Dichtesensor eingesetzt werden. Die gemessenen Prozessparameter werden von den Sensoren 4a und 4b an die Steuer- und/oder Regeleinheit 8 über nicht dargestellte Leitungen oder kabellos übermittelt, wo sie zur Steuerung und/oder Regelung der Filtration mit der Filtrationseinheit verarbeitet werden. Es versteht sich, dass die spezifische Anordnung der Sensoren 4a und 4b in der Figur 1 nicht limitierend, sondern lediglich illustrativ ist. Es können weniger oder mehr Sensoren vorgesehen sein, die an verschiedenen Stellen der Filtrationseinheit angeordnet sein können. Die Sensoren können die gemessenen Prozessparameter wie oben beschrieben auch an eine übergeordnete Regeleinheit übermitteln, die sie zur Regelung einer Belegung wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit verwendet.
Die Regelventile 9, 1 1 , 14, 17 und 19 sowie die Pumpen 7 und 15 können von der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 zur Steuerung bzw. Regelung der Filtration eingesetzt werden. Beispielweise lässt sich über Ansteuerung der Pumpe 15 wie oben erwähnt eine Strömungsgeschwindigkeit bzw. Überströmgeschwindigkeit des Unfiltrats im Membranfiltermodul 1 einstellen. Mittels Ansteuerung der Pumpe 7 lässt sich das Druckniveau auf der Unfiltratseite beeinflussen. Mittels Ansteuerung des Regelventils 17 hingegen lässt sich das Druckniveau auf der Filtratseite beeinflussen. Durch Ansteuern der Pumpe 7 und/oder Ansteuern des Regelventils 17 kann somit der T ransmembrandruck und dessen Gradient über die Filtermembran des Membranfiltermoduls 1 direkt beeinflusst werden. Bei der dargestellten Filtrationseinheit übernimmt die Steuer- und/oder Regeleinheit 8 die Steuerung bzw. Regelung der oben genannten Stell- bzw. Regelventile und Pumpen über entsprechende Steuer- bzw. Regelparameter. Es ist jedoch auch denkbar, dass eine übergeordnete Regeleinheit einzelne oder alle der oben genannten Regelventile und Pumpen direkt ansteuert, um beispielsweise einen Filterprozess zu verlängern.
Die Filtrationseinheit kann darüber hinaus über nicht dargestellte Reinigungsvorrichtungen, wie beispielsweise eine Rückspülleitung für einen Reinigungsprozess mittels Rückspülens sowie eine CIP-Einheit verfügen. Auch die Reinigungsvorrichtungen können von der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 und/oder direkt von einer übergeordneten Regeleinheit gesteuert bzw. geregelt werden. Beispielsweise kann eine übergeordnete Regeleinheit wie oben beschrieben einen Reinigungsprozess intensivieren und/oder verkürzen, indem beispielsweise eine für das Rückspülen verwendete steuerbare Pumpe angesteuert wird.
Wie oben im Detail beschrieben kann die Steuerung und/oder Regelung von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der Filtrationseinheit mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Dabei können intuitive linguistische Regeln verwendet werden, die teilweise gegensätzliche Kriterien miteinander kombinieren, um ein optimales Filtrationsergebnis zu erhalten. Wie oben beschrieben können die einzelnen Regeln unterschiedlich gewichtet und/oder priorisiert und/oder eliminiert werden. Dabei können die linguistischen Regeln beispielsweise von sogenannten Kennlinienfeldern, wie sie in Figur 7 dargestellt sind, abgeleitet werden. In Figur 7 sind einige exemplarische, nicht limitierende Kennlinienfelder für die Steuerung und/oder Regelung einer Filtrationseinheit wiedergegeben.
Die Unterfigur 7a) zeigt beispielsweise eine Kennlinie der Nachhaltigkeit mit Bezug auf den Ausstoß an Filtrat. Die Unterfigur 7b) zeigt die Kennlinie der Nachhaltigkeit mit Bezug auf einen Energieeinsatz. Die Unterfigur 7c) zeigt eine Kennlinie der Bierqualität mit Bezug auf einen Reinigungsaufwand. Die Unterfigur 7d) hingegen zeigt eine Kennlinie des Energieeinsatzes mit Bezug auf den Ausstoß. Die Unterfigur 7e) zeigt eine Kennlinie des Ausstoßes mit Bezug auf die Membranlebenszeit der Filtermembran. Die Unterfigur 7f) schließlich zeigt die Kennlinie der Nachhaltigkeit mit Bezug auf die Reinigungsdauer.
Beispielsweise kann die Nachhaltigkeit erhöht werden, indem ein geringerer Medieneinsatz (eine geringere Konzentration an Chemikalien, bzw. Weglassen einer CIP-Komponente, zum Beispiel von Enzymen) bei der Reinigung der Filtermembranen angesetzt wird, wodurch die Reinigung länger dauert oder nicht so effektiv ist. Im anschließenden Filterprozess kann daher weniger filtriert (zum Beispiel weniger Bier filtriert) werden bzw. nur eine kurze Filterprozessdauer erreicht werden, bis die Filtermembran erneut gereinigt werden muss.
Der Energieeinsatz kann durch Energieeinsparung, beispielsweise durch eine CIP-Reinigung mit geringerer Temperatur, reduziert werden. Auch hierdurch dauert die Reinigung länger oder ist nicht so effektiv, wodurch sich die Ausstoßmenge reduziert und/oder die Prozessdauer des Filterprozesses verkürzt wird.
Im Allgemeinen ist eine hohe Ausstoßmenge an Filtrat oberstes Ziel beim Betrieb einer Filteranlage ohne Rücksicht auf Nachhaltigkeit und Membranlebenszeit. Hierzu kann eine CIP- Reinigung schneller und mit höheren Konzentrationen, Temperaturen und/oder größerem Medieneinsatz gefahren werden, um Stillstandszeiten, d.h. Zeiten ohne Filtration der Filtrationseinheit, zu minimieren. Dies verkürzt jedoch wie in Unterfigur 7e) dargestellt im Allgemeinen die Membranlebenszeit.
Die Bierqualität steht über allen anderen Größen und muss erfüllt werden, insbesondere bei Premiumsorten. Gegebenenfalls wird hierzu die Filtrationsgeschwindigkeit reduziert. Eine CIP- Reinigung kann länger und gründlicher durchgeführt werden, wobei die CIP-Reinigung eventuell mit hohen Temperaturen und hohen Reinigungsmittelkonzentrationen oder zusätzlichen Additiven durchgeführt wird. Häufig werden keine zu kurz fermentierten Biere mit zu hohen Hefezellzahlen filtriert. Im Allgemeinen begünstigen moderate Betriebsbedingungen, z.B. moderate Transmembrandrücke, die Bierqualität des Filtrats.
Um die Nachhaltigkeit der Filtration zu verbessern, kann weiterhin nur nach Bedarf gereinigt werden. D.h. es wird nur so viel und nur dann gereinigt, wie und wann es notwendig ist. Eine Bewertung des Reinigungserfolges durch entsprechend angeordnete Sensoren, beispielsweise zur Messung einer Trübung im Rückspülfluid, kann dabei unterstützend wirken. Da aus der Membran ausgelöste oder abgelöste Partikel, wie beispielsweise Hefen, Trübungen verursachen, kann man dadurch den Erfolg und die Dauer einer Rückspülung bewerten. Ein Beispiel für die Optimierung der Nachhaltigkeit bei bedarfsgetriebener Reinigung ist in der Unterfigur 7f) dargestellt. Um die Filtermembranen vor Membranbruch zu schützen, dürfen die Transmembrandrücke nicht zu hoch sein. Dies begrenzt einerseits die Filtrationsgeschwindigkeit. Andererseits können die Filtermembranen durch moderate Reinigung, d.h. geringe Temperaturen und geringe Konzentrationen an Chemikalien, geschont werden. Um dennoch eine ausreichende Reinigung der Filtermembranen zu garantieren, muss entsprechend die Prozessdauer des Filterprozesses angepasst werden. Zusätzlich dauert eine moderate Reinigung länger, wodurch sich auch die Prozessdauer des Reinigungsprozesses verlängert. Im Gegenzug erhöht sich jedoch die Membranlebenszeit, sodass Kosten durch den Membranaustausch reduziert werden können. Allerdings reduziert sich dadurch auch die Filtrationsmenge.
Die oben beschriebenen exemplarischen Regeln setzen teilweise gegensätzliche Trends für die Steuerung bzw. Regelung der Filtrationseinheit. Mithilfe der Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze kann jedoch ein optimaler Ausgleich zwischen diesen Trends bestimmt werden, da keine detaillierte Modellierung der Filtration bzw. Reinigung erforderlich ist.
Figur 2 zeigt grob schematisch eine Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung. Jede der dargestellten, prinzipiell unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N umfasst zumindest den Kreislauf K der in der Figur 1 dargestellten Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul 1 , der Zirkulationsleitung 5, der Pumpe 15, dem Regelventil 19 und beispielsweise einem Sensor 4a. Es können jedoch Abwandlungen dieses Kreislaufes verwendet werden. Beispielsweise kann jede Filtrationseinheit über eine eigene, separate Steuer- und/oder Regeleinheit 108-1 bis 108- N verfügen, die die Filtration mit der jeweiligen Filtrationseinheit steuert und/oder regelt. Ebenso kann jede Filtrationseinheit 120-1 bis 120-N über einen eigenen Aufkonzentriertank 2, eine eigene Rücklaufleitung 6 mit Regelventil 9 und möglicherweise Sensor 4b sowie eine eigene Ablaufleitung 12 zum Kanal 10 wie in Figur 1 dargestellt verfügen.
Zur Illustration der vorliegenden Erfindung der adaptiven Belegungssteuerung sind die Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N jedoch vereinfacht dargestellt, wobei lediglich die separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 108-1 bis 108-N gezeigt sind. Von jeder Filtrationseinheit führt eine Rücklaufleitung mit Regelventil 109-1 bis 109-N zu einer gemeinsamen Rücklaufleitung 106 für die Filtrationseinheiten, die den Rücklauf an Unfiltrat in einen gemeinsamen Aufkonzentriertank 102 führt. In dieser gemeinsamen Rücklaufleitung 106 ist wiederum ein Sensor 104 vorgesehen, der beispielsweise eine Viskosität des rücklaufenden Unfiltrats messen kann. Auch wenn nicht dargestellt, so kann sich auch ein Sensor in jeder Rücklaufleitung einer jeden Filtrationseinheit 120-1 bis 120-N befinden. Ebenso ist eine gemeinsame Auslaufleitung 1 12 mit Regelventil 1 1 1 zu einem Kanal 1 10 für zu verwerfendes Unfiltrat vorgesehen. Ein gemeinsamer Aufkonzentriertank 102 kann beispielsweise für einen Ausgleich in der Prozessdauer von Filterprozessen mit verschiedenen Filtrationseinheiten sorgen. Von dem Aufkonzentriertank 102 führt erneut eine Leitung 1 13 über ein Regelventil 1 14 in eine gemeinsame Zulaufleitung 103 für ungefiltertes Fluid, insbesondere Bier, das mittels einer steuerbaren Pumpe 107 von einem vorgeschalteten Anlagenteil, beispielsweise einem Lagertank, zugefördert wird. Auch hier kann die Pumpe 107 alternativ zwischen der Einmündung der Leitung 1 13 und der Verzweigung zu den einzelnen Filtrationseinheiten angeordnet sein. Des Weiteren ist in der hier dargestellten, nicht limitierenden Weiterbildung ein Sensor 124, beispielsweise zum Messen einer Hefezellzahl des zugeförderten Unfiltrats vorgesehen.
Das über die gemeinsame Zulaufleitung 103 zugeführte Unfiltrat wird über verzweigte Zulaufleitungen zu den Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N geführt, wobei in den einzelnen Zulaufleitungen jeweils eigene Regelventil 123-1 bis 123-N vorgesehen sind, mittels derer der Volumenstrom an Unfiltrat zu der jeweiligen Filtrationseinheit gesteuert bzw. geregelt werden kann. Durch gesteuertes Öffnen und Schließen der Regelventile 123-1 bis 123-N kann sichergestellt werden, dass lediglich denjenigen Filtrationseinheiten Unfiltrat zugeführt wird, die sich gerade im Status des Filterprozesses befinden. Während eines Reinigungsprozesses einer Filtrationseinheit kann hingegen das entsprechende Regelventil geschlossen werden.
Von den Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N führen jeweils eigene Filtratleitungen mit eigenen Regelventilen 1 17-1 bis 1 17-N zu einer gemeinsamen Filtratleitung 1 18, die das Filtrat zu einem nachgeschalteten Anlagenteil, beispielsweise einem Drucktank oder einer Abfüllanlage, weiterleitet.
In der Figur 2 ist zudem eine übergeordnete Regeleinheit 180 gezeigt, mittels derer wie oben beschrieben die Belegung der Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N adaptiv geregelt wird. Hierzu kann die Regeleinheit 180 entweder direkt oder indirekt die Regelventile 123-1 bis 123- N, 1 17-1 bis 1 17-N und 109-1 bis 109-N, sowie separate Kreislaufpumpen 15 (in Figur 2 nicht dargestellt) der jeweiligen Filtrationseinheiten steuern bzw. regeln. Bei einer indirekten Regelung der Belegungen der Filtrationseinheiten gibt die Regeleinheit 180 entsprechende Steuersignale an die jeweiligen separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 108-1 bis 108-N weiter, die von den separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten bei der Steuerung bzw. Regelung der Filterprozesse und Reinigungsprozesse der jeweiligen Filtrationseinheiten berücksichtigt werden. Solche Steuersignale können beispielsweise eine gewünschte Verlängerung eines Filterprozesses, eine gewünschte Intensivierung und/oder Verkürzung eines Reinigungsprozesses oder dergleichen, wie oben im Detail beschrieben, signalisieren. Bei der direkten Regelung kann die Regeleinheit 180 auch Steuersignale unmittelbar an die oben genannten Regelventile und Pumpen senden. Die Regelung der Belegung einer Filtrationseinheit mittels der Regeleinheit 180 erfolgt dabei wie oben beschrieben in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit aus der Gruppe der Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N. Dabei passt die Regeleinheit 180 Filterprozesse und Reinigungsprozesse der Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N wie unten anhand des Beispiels in der Figur 5 beschrieben an, um eine Belegungsoptimierung der gesamten Filteranlage durchzuführen.
Anstelle der übergeordneten Regeleinheit 180 kann die Regelung der Belegung einer jeden Filtrationseinheit jedoch wie oben beschrieben auch durch die separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 108-1 bis 108-N vorgenommen werden. Ein Beispiel für eine solche individuelle Belegungsregelung ist in der Figur 3 am Beispiel zweier Filtrationseinheiten demonstriert. Der Einfachheit halber sind von den Filtrationseinheiten lediglich die Steuer- und/oder Regeleinheiten 208-1 und 208-2 sowie exemplarisch je ein Sensor 204-1 und 204-2 dargestellt.
Dabei übermittelt der Sensor 204-1 der ersten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 226-1 einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit. Umgekehrt übermittelt der Sensor 204-2 der zweiten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 226-2 einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit. Des Weiteren prognostiziert die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit wie oben im Detail beschrieben eine Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit und übermittelt die prognostizierte Prozessdauer 225-1 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit. Entsprechend prognostiziert die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit eine Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses oder eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit und übermittelt die prognostizierte Prozessdauer 225-2 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit.
In Abhängigkeit von dem übermittelten Prozessparameter 226-2 und/oder der übermittelten Prozessdauer 225-2 regelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit wie oben beschrieben eine Belegung der ersten Filtrationseinheit, beispielsweise durch Verlängern eines Filterprozesses oder Intensivieren und/oder Verkürzen eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit. Entsprechend regelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem übermittelten Prozessparameter 226-1 und/oder der übermittelten Prozessdauer 225-1. Dabei können wie oben beschrieben eine Fuzzy-Logik und/oder künstliche neuronale Netze zum Einsatz gelangen. In der Weiterbildung der Figur 3 sind die Steuer- und/oder Regeleinheiten 208-1 und 208-2 der Filtrationseinheiten gleichwertig konfiguriert. Es kann jedoch auch eine Steuer- und/oder Regeleinheit als Slave der anderen Steuer- und/oder Regeleinheit als Master konfiguriert sein. Dies ist insbesondere dann denkbar, wenn lediglich die Belegung einer Filtrationseinheit aus diesem Paar in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der anderen Filtrationseinheit geregelt werden soll.
Insbesondere wenn eine Vielzahl von Filtrationseinheiten vorgesehen sind, empfiehlt sich eine Regelung der Belegungen der Filtrationseinheiten durch eine übergeordnete Regeleinheit. Diese Situation ist vereinfacht in der Figur 4 dargestellt, wobei eine übergeordnete Regeleinheit 380 als Master gegenüber den als Slave konfigurierten separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 308-1 und 308-2 der Filtrationseinheiten konfiguriert ist.
In der Architektur der Figur 4 übermittelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-1 der ersten Filtrationseinheit eine prognostizierte Prozessdauer 325-1 an die übergeordnete Regeleinheit 380. Des Weiteren übermittelt ein exemplarisch dargestellter Sensor 304-1 der ersten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 326-1 an die Regeleinheit 380. Der übermittelte Prozessparameter 326-1 und/oder die übermittelte Prozessdauer 325-1 werden von der Regeleinheit 380 verarbeitet, um ein Steuersignal 327-2 zur Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-2 dieser zweiten Filtrationseinheit zu übermitteln. In Abhängigkeit von dem Steuersignal 327-2 kann die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-2 der zweiten Filtrationseinheit dann wie oben beschrieben einen Filterprozess bzw. einen Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit entsprechend anpassen.
Umgekehrt übermittelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-2 der zweiten Filtrationseinheit eine Prozessdauer 325-2 an die übergeordnete Regeleinheit 380. Ebenso übermittelt ein Sensor 304-2 der zweiten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 326-2 an die Regeleinheit 380. Die übermittelte Prozessdauer 325-2 und/oder der übermittelte Prozessparameter 326-2 werden von der Regeleinheit 380 verarbeitet, um ein Steuersignal 327-1 zur Regelung der Belegung der ersten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-1 dieser ersten Filtrationseinheit zu übermitteln. In Abhängigkeit von dem Steuersignal 327-1 kann die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-1 der ersten Filtrationseinheit dann wie oben beschrieben einen Filterprozess bzw. einen Reinigungsprozess der ersten Filtrationseinheit entsprechend anpassen.
In einer Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten sind zudem auch Mischformen der Architekturen in den Figuren 3 und 4 denkbar. In der Figur 5 wird die erfindungsgemäße Belegungssteuerung anhand einer beispielhaften Belegungsoptimierung für zwei Filtrationseinheiten demonstriert. Die Belegungen für die erste Filtrationseinheit A und die zweite Filtrationseinheit B sind hier exemplarisch anhand von Sequenzen mit den Schritten Vorspannen, Filtration, Abfahren, CIP sowie Pause dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen Schritte beschränkt ist, sondern alternative oder zusätzliche Reinigungsprozesse sowie weitere Prozessschritte vorgesehen sein können. Es versteht sich auch, dass die Belegungsoptimierung entsprechend auf drei oder mehr Filtrationseinheiten erweitert werden kann. Beispielsweise kann eine Belegungsregelung garantieren, dass sich stets wenigstens eine Filtrationseinheit einer Vielzahl von Filtrationseinheiten in einem Filterprozess befindet. Bei ausreichend hoher Anzahl von Filtrationseinheiten, beispielsweise 10 oder mehr, kann die Regelung auch bewirken, dass der Ausstoß an Filtrat annähernd konstant bleibt. Zusätzlich zur Belegungssteuerung können hierzu geeignete Steuerparameter der Filterprozesse, beispielsweise der Transmembrandruck und/oder die Überströmgeschwindigkeit, angepasst werden, um den Momentanausstoß an Filtrat der einzelnen Filterprozesse so anzupassen, dass der Gesamtausstoß annähernd konstant ist.
Das oberste Paar A1/B1 in der Figur 5 zeigt wie im Stand der Technik bekannt starre Ablaufsequenzen für die einzelnen Prozessschritte. In den dargestellten Sequenzen ist zu Demonstrationszwecken angenommen, dass die Filtration mit den beiden Filtrationseinheiten unter exakt gleichen Umständen abläuft, sodass eine optimale Belegung ohne Filtrationslücken, insbesondere Pausen, abgesehen von einer anfänglichen Pause der zweiten Filtrationseinheit, möglich ist. In dieser idealisierten Situation läuft während des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit B1 in der ersten Filtrationseinheit A1 die Sequenz aus Abfahren, CIP-Reinigung und Vorspannen ab, sodass die erste Filtrationseinheit A1 zum Ende des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit B1 wieder zur Verfügung steht. Gleiches gilt umgekehrt für die zweite Filtrationseinheit B1 .
In der Realität laufen die Filtrationen mit den einzelnen Filtrationseinheiten jedoch niemals vollständig gleich ab, sodass sich wie im mittleren Paar A2/B2 angedeutet zwangsläufig Verschiebungen und damit verbundene Filtrationslücken in den Sequenzen ergeben. Beispielsweise läuft die zweite Filtration der ersten Filtrationseinheit A2 in der exemplarisch dargestellten Sequenz über das Vorspannen der zweiten Filtrationseinheit B2 hinaus, sodass sich hier eine Verschiebung ergibt. Auch andere Ereignisse können dazu führen, dass in der Ablaufsequenz Filtrationslücken bzw. Pausen entstehen. Beispielsweise kann ein Schwellwert für die maximale Aufkonzentration des Unfiltrats einer Filtrationseinheit zu einem unerwartet frühzeitigen Ende eines Filterprozesses dieser Filtrationseinheit führen, sodass zu diesem Zeitpunkt noch keine andere Filtrationseinheit zur Verfügung steht. Da die Ablaufsequenzen im Stand der Technik starr vorgegeben sind, beispielsweise indem fixe Grenzwerte vorgegeben werden, setzt sich eine einmal auftretende Verschiebung durch den Betrieb der Filteranlage fort, ohne dass die auftretenden Filtrationslücken korrigiert werden könnten.
Mit der vorliegenden Erfindung der adaptiven Regelung einer Belegung der Filtrationseinheiten lässt sich das Auftreten von Filtrationslücken effektiv vermeiden. Die adaptive Regelung ist in der Figur 5 anhand des letzten Paares A3/B3 exemplarisch dargestellt.
In der dargestellten Sequenz wird exemplarisch angenommen, dass die Filtration der ersten Filtrationseinheit A3 autonom von der Steuer-und/oder Regeleinheit dieser Filtrationseinheit gesteuert bzw. geregelt wird, d.h. ohne Rücksicht auf die Filtration der zweiten Filtrationseinheit B3. Umgekehrt wird die Belegung der zweiten Filtrationseinheit, d.h. insbesondere Zeitpunkte und Dauer der Filterprozesse und der Reinigungsprozesse der zweiten Filtrationseinheit B3, adaptiv in Abhängigkeit von prognostizierten Restprozessdauern von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der ersten Filtrationseinheit A3 geregelt.
Ohne Einschränkung beginnt die Ablaufsequenz der ersten Filtrationseinheit A3 mit einem besonders langen Filterprozess, sodass der erste Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit B3 adaptiv geregelt verzögert einsetzt. Da der erste Filterprozess der dargestellten Ablaufsequenz der ersten Filtrationseinheit A3 länger als gewöhnlich ist, prognostiziert die übergeordnete Regeleinheit oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit A3 eine verlängerte Prozessdauer der nachfolgenden CIP-Reinigung. Um das Auftreten einer Filtrationslücke aufgrund dieser längeren CIP-Reinigung zu vermeiden, wird der erste Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit B3 verlängert, bis die CIP-Reinigung und das nachfolgende Vorspannen der ersten Filtrationseinheit A3 abgeschlossen sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erste Filtrationseinheit A3 zum Ende des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit B3 wieder für einen nachfolgenden Filterprozess zur Verfügung steht.
In der dargestellten beispielhaften Ablaufsequenz wird nunmehr angenommen, dass der zweite Filterprozess der ersten Filtrationseinheit A3 frühzeitig beendet werden muss, da sich die Filtermembran schneller als erwartet zusetzt. Aufgrund eines oder mehrerer gemessener Prozessparameter dieses Filterprozesses prognostiziert die Regeleinheit oder die separate Steuer-und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit A3 diese verkürzte Prozessdauer des Filterprozesses. Um das Auftreten einer Filtrationslücke zu verhindern, wird daher die CIP- Reinigung der zweiten Filtrationseinheit B3 verkürzt, sodass die zweite Filtrationseinheit B3 zum Ende der verkürzten Prozessdauer des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit A3 wieder zum Filtern von Produkt wie beispielsweise Bier bereitsteht. Um dennoch eine effektive Reinigung der durch den vorhergehenden, verlängerten Filterprozess stark zugesetzten Filtermembran zu garantieren, intensiviert die Regeleinheit zusätzlich die CIP-Reinigung der zweiten Filtrationseinheit B3. Auf diese Weise kann die Regeleinheit einer Instabilität der Abfolge von Filterprozessen und Reinigungsprozessen entgegenwirken.
Wie an dem Beispiel in der Figur 5 exemplarisch dargestellt führt eine adaptive Regelung der Belegung einer oder mehrerer Filtrationseinheiten zu einer optimalen Auslastung der Filteranlage, wobei gleichzeitig die Filtermembranen geschont und der Einsatz an Chemikalien reduziert werden können.
Wie oben erwähnt kann ein Filterprozess beispielsweise durch Umkehrung der Flussrichtung von Unfiltrat in einer Filtrationseinheit mit mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Membranfiltermodulen verlängert werden. Eine solche Umkehrung der Flussrichtung ist exemplarisch in der Figur 6 dargestellt.
Der Einfachheit halber sind in der Figur 6 jeweils lediglich die für die Umkehrung der Flussrichtung erforderlichen Elemente der Filtrationseinheit dargestellt. Wie erwähnt weist die Filtrationseinheit eine Vielzahl von parallel geschalteten Membranfiltermodulen 401 auf, die über doppelte Zulaufleitungen 431 und 432 sowie doppelte Rücklaufleitungen 433 und 434 miteinander und mit einer gemeinsamen Zulaufleitung 435 und einer gemeinsamen Rücklaufleitung 436 verbunden sind. Exemplarisch ist hier in der gemeinsamen Zulaufleitung 435 eine Pumpe 415 zum Umwälzen des Unfiltrats vorgesehen.
Zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen 401 sind steuerbare Sperrventile 430 vorgesehen, die von einer Steuer- und/oder Regeleinheit der Filtrationseinheit gezielt geöffnet bzw. geschlossen werden. In der Figur 6 sind geschlossene Sperrventile ausgefüllt und offene Sperrventile leer dargestellt. Zusätzlich zu den Sperrventilen zwischen benachbarten Membranfiltermodulen 401 sind in den Zulaufleitungen 431 und 432 des ersten Membranfiltermoduls ebenfalls Sperrventile 430 vorgesehen.
Die Sperrventile 430 werden dabei von der Steuer- und/oder Regeleinheit derart geöffnet bzw. geschlossen, dass sich wie in der Figur 6 durch Pfeile dargestellt eine Strömung durch die Membranfiltermodule 401 ergibt. Durch alternierendes Öffnen und Schließen der Sperrventile 430 in den Zulaufleitungen ergibt sich wie in der oberen Figur der Figur 6 gezeigt eine Strömung des Unfiltrats in Form einer S-Kurve, wobei direkt aufeinanderfolgende Membranfiltermodule 401 stets in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden.
Wird die Konfiguration der Sperrventile 430 der oberen Teilfigur invertiert, so wird die Strömungsrichtung des Unfiltrats durch die Membranfiltermodule 401 wie in der unteren Teilfigur gezeigt exakt umgekehrt. Aufgrund der Ausbildung der Filtrationseinheit ist dies ohne Umkehr der Pumprichtung der Pumpe 415 möglich. Als Ergebnis werden die Rollen von Einlauf und Auslauf für das Unfiltrat bei allen Membranfiltermodulen 401 vertauscht. Dadurch kann eine Dicke der Foulingschicht entlang der Filtermembranen der Membranfiltermodule 401 ausgeglichen werden, wodurch der Filterprozess verlängert werden kann.
Bei Anordnung der Membranfiltermodule in Reihe kann eine Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats wie oben erwähnt mittels Umsteuern einer umsteuerbaren Pumpe erreicht werden.
Wie oben beschrieben kann die Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats durch die Membranfiltermodule 401 von der übergeordneten Regeleinheit als Teil der adaptiven Belegungssteuerung erzwungen werden.
Die beschriebenen Weiterbildungen zur adaptiven Belegungssteuerung von Filtrationseinheiten einer Filteranlage gestatten das effektive Vermeiden von Filtrationslücken und gleichzeitig optimale Reinigen der Membranfiltermodule. Dadurch kann einerseits die Membranlebenszeit verlängert werden, andererseits können Chemikalien und Energie eingespart werden, wodurch die Nachhaltigkeit der Filtration verbessert werden kann. Durch Optimierung des Belegungsplans kann zudem der Ausstoß der Filteranlage erhöht werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert wird.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Filtration von Fluiden, insbesondere von Bier, umfassend: eine erste, unabhängig steuerbare und/oder regelbare Filtrationseinheit (120-1 ) mit wenigstens einem Membranfiltermodul (1 , 401 ); eine zweite, unabhängig steuerbare und/oder regelbare Filtrationseinheit (120-2) mit wenigstens einem Membranfiltermodul (1 , 401 ); und wenigstens eine Regeleinheit (180, 108-2, 208-2, 380); dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (180, 108-2, 208-2, 380) dazu ausgebildet ist, eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit (120-2) in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) adaptiv zu regeln und/oder eine Belegung der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter (225-2, 226-2, 325-2, 326-2) einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit (120-2) adaptiv zu regeln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) eine mittels der Regeleinheit (180, 108-
2. 208-2, 380) oder einer separaten Steuer- und/oder Regeleinheit (8, 108-1 , 208-1 , 308-1 ) der ersten Filtrationseinheit prognostizierte Prozessdauer (225-1 , 325-1 ), insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regeleinheit (180, 108-2, 208-2, 380) dazu ausgebildet ist: einen Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit (120-2) in Abhängigkeit von dem Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ), insbesondere einer prognostizierten Restprozessdauer (225-1 , 325-1 ) eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit (120-1 ), zu verlängern; und/oder einen Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit (120-2) in Abhängigkeit von dem Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ), insbesondere einer prognostizierten Restprozessdauer (225-1 , 325- 1 ) eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit (120-1 ), zu intensivieren und/oder zu verkürzen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Regeleinheit (180, 108-2, 208-2, 380) und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit (8, 108-1 , 208-1 , 308-1 ) der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) dazu ausgebildet ist, die Prozessdauer auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze zu prognostizieren.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinheit (180, 108- 2, 208-2, 380) dazu ausgebildet ist, die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit (120-2) auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze durchzuführen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin wenigstens einen, insbesondere der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) zugeordneten, Sensor (4a, 4b, 204-1 , 304- 1 ) umfassend, wobei der Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) einen mittels des Sensors gemessenen Prozessparameter (226-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Filtrationseinheit (120-2) mehrere parallel geschaltete Membranfiltermodule (401 ) mit einer doppelten Zulaufleitung (431 , 432) und einer doppelten Rücklaufleitung (433, 434) umfasst, wobei zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen (401 ) steuerbare Absperrvorrichtungen (430) für eine Umkehrung einer Flussrichtung des Unfiltrats während der Filtration vorgesehen sind, und wobei die Regeleinheit (180, 108-2, 208-2, 380) dazu ausgebildet ist, die Flussrichtung des Unfiltrats in der zweiten Filtrationseinheit (120-2) in Abhängigkeit von dem Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) umzukehren.
8. Verfahren zur Filtration von Fluiden, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Sequenz von:
Filterprozessen zum Filtern von Unfiltrat, wobei das Unfiltrat in separaten Kreisläufen durch wenigstens ein Membranfiltermodul (1 , 401 ) einer ersten Filtrationseinheit (120-1 ) und durch wenigstens ein Membranfiltermodul (1 , 401 ) einer zweiten Filtrationseinheit (120-2) geleitet wird, und das Filtrat aus den Membranfiltermodulen (1 , 401 ) abgeleitet wird; und
Reinigungsprozessen zum Reinigen der Membranfiltermodule (1 , 401 ) der ersten und der zweiten Filtrationseinheit (120-1 , 120-2); dadurch gekennzeichnet, dass eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit (120-2) in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) adaptiv geregelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zusätzlich eine Belegung der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter (225-2, 226-2, 325-2, 326- 2) einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit (120-2) adaptiv geregelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 , 326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) eine prognostizierte Prozessdauer (225-1 , 325-1 ), insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) umfasst.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit (120-2) ein Anpassen wenigstens eines Steuerparameters eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) umfasst, wobei der Steuerparameter des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) insbesondere in Abhängigkeit von einer prognostizierten Restprozessdauer (225-1 , 325-1 ) eines parallel verlaufenden Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) angepasst wird, und/oder wobei der Steuerparameter des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) insbesondere in Abhängigkeit von einer prognostizierten Restprozessdauer (225-1 ,
325-1 ) eines parallel verlaufenden Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) angepasst wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , wobei die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit (120-2) ein Beenden eines Filterprozesses und Einleiten eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) und/oder ein Beenden des Reinigungsprozesses und Einleiten eines weiteren Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) in Abhängigkeit von dem Prozessparameter (225-1 , 226-1 , 325-1 ,
326-1 ) der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit (120-1 ) umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einleiten des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) eine Auswahl des Reinigungsprozesses aus der folgenden Gruppe umfasst: Reinigen durch Rückspülen, Cleaning-in-Place, Reinigen durch Rückspülen und Cleaning-in-Place, Generalreinigung und vorbestimmte Reinigungsprogramme.
14. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei das Anpassen des Steuerparameters des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit (120-2) eine Umkehrung einer Flussrichtung des Unfiltrats in dem wenigstens einen Membranfiltermodul (401 ) der zweiten Filtrationseinheit (120-2) umfasst.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit (120-2) auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgt.
EP19789927.1A 2018-10-19 2019-10-15 Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze Withdrawn EP3866954A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018217961 2018-10-19
DE102018218440.2A DE102018218440A1 (de) 2018-10-19 2018-10-29 Membranfilteranlage und Verfahren zur Regelung derselben
PCT/EP2019/077911 WO2020078970A1 (de) 2018-10-19 2019-10-15 Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3866954A1 true EP3866954A1 (de) 2021-08-25

Family

ID=70468655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19789927.1A Withdrawn EP3866954A1 (de) 2018-10-19 2019-10-15 Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3866954A1 (de)
CN (1) CN113260447A (de)
DE (1) DE102018218440A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022268307A1 (de) * 2021-06-23 2022-12-29 Krones Ag Verfahren und vorrichtung zum filtrieren von bier
EP4245406A1 (de) * 2022-03-17 2023-09-20 Saravanos Process++ SRL Systeme und verfahren zum zuführen von einlassmaterialien zu einem prozesssystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52150788A (en) * 1976-06-11 1977-12-14 Warutaa Purofuosu Osukaa Method and apparatus for cleaning reverse osmosis and ultraafiltration apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2817768B1 (fr) * 2000-12-13 2003-08-29 Lyonnaise Eaux Eclairage Procede de regulation d'une installation de filtration sur membranes
JP2009262087A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Hitachi Ltd 水処理装置の運転方法
CN201280443Y (zh) * 2008-10-08 2009-07-29 国网运行有限公司上海超高压管理处 换流站工业水预处理设备
CN102010031A (zh) * 2010-10-18 2011-04-13 北京坎普尔环保技术有限公司 具有至少两组可进行切换曝气操作膜组件的污水处理装置
JP5587240B2 (ja) * 2011-04-21 2014-09-10 株式会社日立製作所 海水淡水化システムの制御装置及びその制御方法
DE102016225841A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-21 Krones Ag Regelung der Aufkonzentrierung im Crossflow bei der Membranfiltration von Bier

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52150788A (en) * 1976-06-11 1977-12-14 Warutaa Purofuosu Osukaa Method and apparatus for cleaning reverse osmosis and ultraafiltration apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018218440A1 (de) 2020-04-23
CN113260447A (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60104720T2 (de) Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage
EP2626126B1 (de) Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung von Filteranlagen zur Ultrafiltration
EP2626120B1 (de) Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Reinigungsprozesses eines Medienfilters
EP3237341B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von lebensmitteln in geschlossenen behältnissen zur aufnahme von lebensmitteln
EP0689585B1 (de) Verfahren zum klären von bier mit hilfe der crossflow-mikrofiltration
EP3630935B1 (de) Verfahren für den crossflow bei der membranfiltration von bier
CH692479A5 (de) Querstrom-Filtrationsanlage sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.
EP3135367B1 (de) Steuerverfahren für ein filtersystem
WO2008132186A1 (en) Supervisory control system and method for membrane cleaning
EP4116781B1 (de) Verfahren zum überwachen einer produktionsanlage zum behandeln von getränken und überwachungssystem für die produktionsanlage
DE102018218440A1 (de) Membranfilteranlage und Verfahren zur Regelung derselben
WO2018076035A1 (de) Pasteurisierungsanlage und verfahren zum betreiben einer pasteurisierungsanlage
DE19824838A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Kristallen
WO2020078970A1 (de) Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze
DE3530943C2 (de)
EP2686413B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur stabilisierung einer flüssigkeit, insbesondere bier
DE10108957A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten, insbesondere Getränken
WO2010069641A1 (de) Wasseraufbereitungsanlage sowie verfahren und computerprogramm zum betreiben einer wasseraufbereitungsanlage
DE102020122029A1 (de) Verfahren zur Regelung einer Filtrationseinheit
EP3559196A1 (de) Regelung der aufkonzentrierung im crossflow bei der membranfiltration von bier
DE102020107587A1 (de) Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit sowie Ultrafiltrationsvorrichtung
WO1992000797A1 (de) Verfahren zum spülen der filtrations-module einer anlage zur klärung von flüssigkeiten
EP0987322B1 (de) Verfahren zur Regelung des Würzeabflusses aus einem Läuterbottich
DE2429574C2 (de)
EP4105311B1 (de) Vorrichtungsanordnung und verfahren zur abtrennung von zellen aus einem kulturmedium in einem bioprozess

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210218

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230523

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230831

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20251223