WO2022268307A1 - Method and device for filtering beer - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for filtering beer according to the preamble of claims 1 and 13.
- Filtration is one of the key processes in brewery operations. In addition to technological requirements, economic requirements such as long filter service lives, low operating costs and easy-to-use systems also play a major role.
- the transmembrane pressure in the individual modules increases over time because the filter membranes become clogged over time.
- the modules filter up to a maximum transmembrane pressure TMD, which is set in such a way that the modules are not damaged.
- TMD transmembrane pressure
- a filtration cycle is ended and the membranes are cleaned before a new cycle can be run.
- the filtrate flow is usually regulated.
- FIG. 6 shows a diagram in which the transmembrane pressure is shown as a function of time.
- FIG. 6 is an internal development from which the present invention proceeds.
- the increase in the transmembrane pressure as a function of time is not the same for the series-connected modules 1ai, 1a 2 and 1a 3 .
- the transmembrane pressure increase for the modules 1ai, 1a 2 is essentially the same, with the transmembrane pressure of the first module being slightly greater than that of the second module, the transmembrane pressure of the third module increases more slowly. This means that the modules are subject to different loads.
- an intermediate cleaning is carried out after a predetermined time, here at a time of two hours. Then the filtration is started again. The filtration cycle lasts until one of the modules has reached the maximum transmembrane pressure.
- the transmembrane pressures at the end of the filtration cycle or interval of the different modules differ significantly.
- the first module first reaches the maximum transmembrane pressure.
- the third and second module could be used for longer in order to increase the amount of filtration per cycle. Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a method and a device that increase the filtration quantity per filtration cycle in a simple manner.
- the method according to the invention is used for filtering beer using at least one module package, each with a plurality of modules for cross-flow filtration.
- a module can be a membrane module through which unfiltrate flows in a cross-flow circuit and filtrate can be discharged.
- a module package includes several modules. It is also possible for several such module packages to be arranged in a filter unit.
- a filtration cycle begins at the beginning of filtration and ends after all modules have reached a maximum transmembrane pressure limit. After the filtration cycle, cleaning takes place, e.g. with a cleaning agent, and a new filtration cycle begins until the next cleaning.
- the transmembrane pressure is at least temporarily regulated in at least one module and the filtrate flow is simultaneously regulated in at least one module.
- the filtration process can thus be individually adjusted, which means that the filtration volume per filtration cycle can be increased.
- the individual control means a longer service life, ie a longer filtration cycle or a higher filtrate flow can be achieved, which increases the total amount of filtrate per filtration cycle and saves overall consumption costs, especially cleaning costs and time.
- the modules of a module package can be arranged in series in a non-filtrate line and non-filtrate can be circulated through the modules. For example, if the transmembrane pressure in the individual modules increases at different rates due to the position of the modules, the control can be adjusted in such a way that the service life and/or the filtrate flow increases.
- the filtrate flow is first regulated in all modules and then switched from filtrate flow regulation to transmembrane pressure regulation in at least one module.
- the filtrate flow can continue to be regulated or a switch can be made to transmembrane pressure regulation.
- transmembrane pressure limit for a module is reached, in particular a maximum transmembrane pressure limit, the module is not switched off or bypassed as in the prior art, but it continues to be operated, but then via a transmembrane pressure control. This ensures that the transmembrane pressure limit is not exceeded and the module is not damaged.
- the module then remains in operation until the end of the filtration of the entire package and can thus be used effectively.
- the maximum transmembrane pressure limit for the modules is set in such a way that the modules are not damaged.
- the modules are switched from filtrate flow control to transmembrane pressure control one after the other as soon as the respective module has reached the transmembrane pressure limit value.
- the last module in a module pack has reached the transmembrane pressure limit, either cleaning can be used, carried out or started, or filtration continues for a certain period of time if capacity is still required. It can then continue to be filtered until at least one module has reached a predetermined limit, e.g decreases over time).
- the difference between the transmembrane pressure of a module and the transmembrane pressure of a further module, which at the same time has a higher, in particular the highest, transmembrane pressure in the package, is greater than or equal to a predetermined differential value Dr, at one of the two modules can be switched from filtrate flow control to transmembrane pressure control, with the setpoint of the transmembrane control corresponding in particular to the transmembrane pressure of the module at which the filtrate flow is further controlled.
- Dr a predetermined differential value
- At least one module is switched to transmembrane control if the differential value Dr or a correlating value is exceeded - whereby, for example, the pressure difference does not necessarily have to be determined to determine the conversion, but also the time or filtered quantity at which a certain difference value of the pressures is reached, can be determined empirically and after this time or filtered amount the control is switched.
- the trigger for this can also be that the gradients of the TMD gradient/time/filtered quantity have a different gradient, so that the more rapidly increasing module has a steeper/higher gradient, for example.
- This value can also be used individually or in addition to the decision-making process. This means that if there is a certain deviation in the gradient of individual modules, the control can be switched to transmembrane pressure control.
- the setpoint of the transmembrane control corresponds to the transmembrane pressure of the module at which the filtrate flow is regulated, i.e. the module that has the highest transmembrane pressure, for example, the filtrate flow-controlled module assumes a so-called master function for at least one other module, i.e. it gives the setpoint before, which increases as a function of time or filtered quantity.
- the target value of the transmembrane pressure control thus follows the current transmembrane pressure of the filtrate flow-controlled module.
- the transmembrane pressure can be regulated to a target value that is greater than its transmembrane pressure when switching to transmembrane pressure regulation and, in particular, corresponds to the transmembrane pressure of the filtrate flow-controlled module with the highest transmembrane pressure.
- the aim is therefore that all modules are exhausted at the end of the filtration at a maximum transmembrane pressure.
- the filtration flow will increase so that temporarily a higher output, i.e. a higher filtration quantity per time occurs.
- a flow limitation upwards is optionally possible.
- the transmembrane pressure can be adjusted differently, with at least one module of a package having the transmembrane pressure regulated to a setpoint which becomes smaller than a transmembrane pressure when switching to transmembrane pressure regulation and in particular the transmembrane pressure of the filtrate flow-regulated module with the lowest corresponds to transmembrane pressure.
- the filtrate flow-controlled module with the lowest transmembrane pressure has a master function for one or more modules, i.e. it specifies the setpoint.
- a flow limiter e.g. below, is optionally possible in order to find a sensible end.
- the filtrate flow control of modules undergoing filtration can be adjusted by controlling with flow increase rates in specified flow ranges and per filtered quantity or time and adding a transmembrane pressure as a target value/conductance.
- transmembrane pressure As a target value is used to control the flow with corresponding flow increase rates (+/-hl/h) to a target value.
- the TMD of that module can be taken as the master, which has the highest or lowest value, or the mean value of all modules that are in the TMD or filtrate flow range.
- the target value of the module switched to transmembrane pressure regulation is an average value of the transmembrane pressures of the filtrate flow regulated modules.
- the mean is determined from the moduli that are within a given range of transmembrane pressure or filtrate flux to treat outliers separately.
- At least two module packs are arranged in parallel, with the two module packs having a common unfiltrate inlet and a common unfiltrate outlet, wherein if the module packs each have n modules at n locations in a row, the modules at the same nth location in the respective Pa ket are regulated in such a way that the regulation have the same controlled variable, in particular the same setpoint (where n is a whole natural number).
- n is a whole natural number
- the filtrate flow values and/or transmembrane pressure values for modules that are arranged at the same nth point in the n module packages can be averaged, for example, so that there is a switchover from filtrate control to transmembrane pressure control when the respective average value is a corresponding one size.
- the filtrate flow values and/or transmembrane pressure values for modules that are arranged at the same nth position of the n module packages can be determined in each case, in which case there is a switchover from filtrate flow control to transmembrane pressure control if, for example, at least one module (of the modules connected to are arranged at the same point or connected together) has a value that has a corresponding size.
- a device in particular for carrying out the method, has at least one module package, each with a plurality of modules for cross-flow filtration. Furthermore, the device has a control device that can switch at least one module from filtrate flow control to transmembrane pressure control during a filtration cycle.
- the filtration process can be ideally adapted to the respective module conditions, such as module position, module age, etc., which means that the filtration volume per filtration cycle can be significantly increased.
- the requirements of the filtration process when starting up and shutting down the filter system can be taken into account.
- the filtration can be divided into 4 main phases. As a rule, it is particularly favorable to structure these phases as follows:
- the modules of a module package are arranged in series in a non-filtrate line and non-filtrate can be circulated through the modules.
- Filtrate can be discharged in a respective filtrate line of the corresponding module, with the filtrate flow being measured in the filtrate line.
- the transmembrane pressure is determined, for example, on the basis of a pressure measurement in the common unfiltrate line before and after the module package and a pressure measurement in the respective filtrate lines. This means that to measure the transmembrane pressure, only two pressure sensors must be provided in the unfiltrate feed line common to all modules and one pressure sensor in the respective filtrate lines.
- the pressure is determined immediately before and after the module in the unfiltrate line.
- the actuator for controlling the filtrate flow or the transmembrane pressure can be a control valve, which is then arranged in the respective filtrate line.
- FIG. 1 shows, roughly diagrammatically, a device according to the present invention.
- FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a device according to the present invention.
- FIG. 3 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time for an exemplary embodiment of the method according to the invention.
- FIG. 4 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time for a further exemplary embodiment.
- FIG. 5 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time for a further exemplary embodiment.
- FIG. 6 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time.
- FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the present invention.
- the device can have a plurality, that is to say n, module packages 3a, 3b, 3n, which are arranged side by side in parallel.
- each module package 3a, 3b, 3n has six modules for cross-flow filtration.
- the first module package 3a has the module 1ai at its first place, followed by the modules 1a 2 , 1a 3 , 1a 4 , 1a 5 , 1a 6 , 1a n (module 1a n is not shown).
- the module package 3b is provided with the first module 1bi, followed by the modules 1b 2 , 1b 3 , 1b 4 , 1bs, 1b 6 , 1b n (module 1b n is not shown).
- the modules in a module pack 3a, 3b, 3n are arranged in series in the unfiltrate line 4, the module packs 3a, 3b, 3n having a common unfiltrate inlet 5 and being supplied with unfiltrate, for example via a pump 12. Even if not shown, a non-filtrate buffer tank can be arranged in front of the pump 12, for example.
- the non-filtrate from the last modules 1a 6 , 1b 6 (1a n ; 1 b n ) is combined again in a common non-filtrate line 4 and fed directly back to the modules 1 supplied -.
- the Unfilt rate is passed through the individual modules 1 in a cycle as shown by the arrow.
- the filtrate leaves the individual modules 1 in cross-flow and is discharged via a respective filtrate line 8, with the filtrate from modules which are arranged at the same n-th point being fed into a common filtrate line 8 1 , 8 2 , 8 3 , 8 4 , 8 5 , 8 d , 8 n open out.
- each of the filtrate lines 8 there is a control valve 10i to 10n , here 10i to 106, via which the transmembrane pressure in a respective module or the filtrate flow through the module can be adjusted.
- corresponding flow meters 11 n are arranged in order to measure the filtrate flow, that is, the corresponding actual value of the volume flow.
- there is also a pressure sensor 9i to 9 n for measuring the pressure in the respective filtrate lines 8.
- the unfiltrate line 4 there is a pressure sensor 90 after the module package (So in the return) and a pressure sensor 91 in front of the module package (here, for example, after the pump 12) is provided.
- TMD transmembrane pressure
- TMDn ((Psensor91 Psensor9o)/riModule_in_Series)/2 — Psensor9n
- the pressure loss in the modules is not taken into account here, but it can be calculated.
- the pressure before and after each individual module in the unfiltrate line can also be determined and calculated from this mean value minus the pressure in the corresponding filtrate line.
- this entails an increased outlay in terms of apparatus.
- the outlay on equipment can be reduced even further by generally dispensing with the pressure sensors. All that is required for this is a sensor for determining the crossflow volume flow.
- the pressure losses can then be determined using known fluid mechanics equations. Absolute values of pressures can also be calculated at necessary measurement positions such as the inlet of the membrane modules, the outlet of the membrane modules and also at intermediate positions. They can be determined from the sum of the pressure losses up to these positions. Only the pressure pv ordmck in front of the crossflow needs to be known using a sensor in order to be able to determine the outlet pressure level.
- the pressure at the inlet of the membrane modules is the sum of the upstream pressure and the pressure loss up to the inlet of the membrane modules:
- the pressure at the membrane module outlet and the total pressure loss of the crossflow circuit can also be determined in an analogous manner, and consequently also the pressure loss between the membrane module inlet and the membrane module outlet.
- the total sum of the pressure loss of the entire crossflow circuit can be calculated as the sum of all section pressure losses of the individual pipeline sections of the crossflow circuit and the sum of the pressure loss coefficients of all installations, bends and other resistances in the line.
- this approach requires the calculation of the flow velocities at the corresponding positions of the pipe sections, which is determined using the simplified form of the continuity equation at the corresponding positions.
- the form of flow is determined, which results in laminar or turbulent depending on the density and dynamic viscosity of the pumped fluid (e.g. beer) and the corresponding pipe friction coefficient and representative diameter of the pipe.
- the pumped fluid e.g. beer
- the device has a control device 7, which is shown only schematically, and into which measured values for the measured pressure values in the filtrate lines 8n and the unfiltrate line 4 can be passed. Furthermore, the flow rates measured by the flow meter 11 n per unit of time can also be fed to the controller 7 .
- the controller 7 can, for example, control both the control valves 10i to 10n and the pump 12, for example.
- the control device 7 can control the actuators, i.e. the control valves 10n , in such a way that the filtrate flow serves as the controlled variable, with the filtrate flow being the volume flow, i.e. a specific volume per time, for example in 15 hl/h is used.
- the control device 7 can also regulate the transmembrane pressure via the respective actuator 10n as a control variable, with the respective actual value for the transmembrane pressure for the respective modules 1n being measured here via the sensors 90, 91 and 9n and as described above can be calculated. As will be explained in more detail below, the control device 7 can switch from filtrate flow regulation to transmembrane pressure regulation for the individual modules 1n, in particular as a function of the transmembrane pressure determined for the respective module 1n.
- FIG. 1 The exemplary embodiment shown in FIG. 1 was described using two module packages 3a, 3b. However, n module packages can be provided which are connected to a common unfiltrate line 4, in particular 1 to 5, in particular 1 to 3. The advantage of this connection is that for the respective modules, i.e. those on the same n ten Place are arranged, only one actuator 10, a pressure sensor 9 and a flow meter 11 must be provided, since the filtrate flows into a common filtrate line 8.
- a module package comprises 6 modules, although the invention is not intended to be limited thereto.
- two to 10 modules 1 can be arranged in a module package 3 and arranged in series in the unfiltrate line 4 .
- membrane modules are suitable for the invention, in particular membrane modules in which many hollow-fiber membranes are bundled to form a membrane module.
- Ceramics and plastics are particularly suitable as diaphragm material, advantageously polyethersulfone.
- the mean pore diameter is, for example, 0.2 ⁇ m-0.8 ⁇ m, in particular 0.45 ⁇ m.
- the filtering surface per module is, for example, in a range of 1 m 2 - 50 m 2 , in particular 13 m 2 per module 1.
- the membrane bundle is housed in a pressure pipe made of stainless steel, which has at least one unfiltrate inlet and one unfiltrate outlet as well as one filtrate outlet, in such a way that the unfiltrate can be filtered in crossflow.
- FIG. 3 shows an embodiment according to the present invention.
- the diagram shows the transmembrane pressure as a function of time.
- the modules 1 start at time to (beginning of the filtration cycle) with the filtration, with Un filtrate first being divided via the unfiltrate inlet 5 and the pump 12 to the respective module packages 3a, b and the modules 1 of the respective package flows through in series and the unfiltrate is recirculated back to the unfiltrate inlet 5.
- the filtrate flow in the filtrate lines 81, 82, 83 is measured continuously via the flow meters 11 1 , 11 2 , 11 3 .
- the control device 7 records the measured values and regulates the respective actuator, here the control valve 10i, I O2 , I O3 , to a predetermined volume flow, for example in a range from 3 hl/h to 10 hl/h.
- the transmembrane pressure for the individual modules 1 is determined by the control device 7 via the pressure sensors 9 1 , 9 2 , 9 3 and the pressure sensors 91 , 90 .
- the transmembrane pressure in the individual modules increases continuously. in the present exemplary embodiment, the transmembrane pressure of the modules 1ai, 1a 2 and 1bi, 1b 2 increases faster than the transmembrane pressure of the modules 1a 3 , 1b 3 .
- the flow setpoint is here, for example, in a range of 4 hl/h - 8 hl/h.
- an intermediate cleaning is initiated.
- the intermediate cleaning is therefore initiated at this point in time ti, because the service life can be extended in this way.
- the flow direction of the unfiltrate in the modules is reversed directly without the unfiltrate, e.g. beer, having to be pushed out.
- two such intermediate cleanings are carried out, but it is also possible to carry out several intermediate cleanings or none at all.
- the filtration then starts again, with the transmembrane pressure of the first two modules again increasing faster than the transmembrane pressure of the third module.
- an intermediate cleaning is carried out again.
- another filtration follows, where the transmembrane pressure of the first two modules rises steeply while the transmembrane pressure of the third module rises less sharply.
- the respective first module 1ai, 1bi is the first module to reach the maximum transmembrane limit (see arrow 1) at a point in time t 3 , which is designed in such a way that the module is not damaged during filtration, for example is in a range of 1.0 bar - 1.5 bar. Normally this module would now stop the filtration of all modules or the module would be bypassed.
- the filtrate flow control for the respective module 1ai, 1bi is switched by the control unit 7 to transmembrane pressure control, with the setpoint for the control being in particular the maximum transmembrane pressure.
- the actuator here is the control valve 10i .
- the respective second module 1a 2 , 1b 2 reaches the maximum transmembrane pressure limit (see arrow 2) at a point in time U as the second module. Instead of terminating the filtration with this module, the system switches from filtrate flow control to transmembrane pressure control, with the target value corresponding in particular to the maximum transmembrane pressure.
- the actuator here is the control valve IO2.
- the present invention now makes it possible that, although modules of a package have already reached the maximum transmembrane pressure, they can still be used until the end of the filtration cycle, and the remaining modules can also be operated until the maximum transmembrane pressure limit is reached, so that the Yield is increased overall.
- the device After the end of the filtration cycle, the device is cleaned and is available for a new filtration cycle.
- FIG. 4 shows a further exemplary embodiment according to the present invention, which is also explained using the device as shown in FIG.
- the filtration begins at time t o , with all modules being controlled according to the filtrate flow.
- the difference Dr between the transmembrane pressure of the third module 1a 3 , 1b 3 and the first module 1ai, 1bi is greater than a predetermined difference limit value.
- the control device 7 can determine this either by comparing the transmembrane pressures determined by measurement, but it can also be set for a specific time or filtered quantity that has been determined empirically and at which a corresponding Dr results.
- an increase in the gradient over time of the transmembrane pressure can determine the onset, or another value corresponding to the transmembrane pressure difference is determined, which is used to determine that the control must be switched over.
- the third module 1a 3 , 1b 3 is switched over by the control device 7 to transmembrane pressure regulation.
- the module 1a 3 , 1b 3 is regulated to a transmembrane pressure that is greater than the transmembrane pressure during the changeover and in particular to the transmembrane pressure of the filtrate flow-controlled module 1ai, 1bi with the highest transmembrane pressure.
- the third module would then be regulated to this transmembrane pressure, as can be seen from the dashed line in FIG. It is advantageous if the setpoint is switched to the transmembrane pressure of the module with the highest transmembrane pressure, since this module then assumes a master function and the control follows this master module means that the setpoint of the transmembrane pressure-controlled modules adapts with increasing transmembrane pressure of the master module. This results in the master module, which one/all other modules can use as orientation. Thus, all modules at the end of the filtration are exhausted at the same time at the maximum transmembrane pressure. This regulation will increase the total flow during filtration, so that there will be a higher output at times.
- An upward flow limitation of the membrane when switching to transmembrane pressure control is optionally possible in order to prevent damage to the membranes, eg to 8 hl/h - 15 hl/h. It is possible that the filtrate flow is gradually increased when switching to a transmembrane pressure control, which leads to a control delay but protects the membrane, since the flow is not suddenly increased.
- the transmembrane pressure difference between the second and first modules is now also greater than a predetermined differential value Dr, so that the second module or the second modules 1a 2 , 1b 2 then also follow the master module 1ai, 1bi and, as previously described, transmembrane pressure be managed. This takes place, for example, until the master module 1ai has reached the maximum transmembrane pressure limit. Then the other modules also reach the maximum transmembrane pressure limit due to the regulation and are also exhausted to the maximum, so that the filtration cycle can be ended.
- Dr a predetermined differential value Dr
- FIG. 5 shows a further exemplary embodiment according to the present invention, which is also explained in more detail with reference to the device as shown in FIG.
- all modules are initially regulated according to the filtrate flow until, after a time x, the transmembrane pressure difference Dr between the module with the lowest transmembrane pressure and the respective transmembrane pressures of the other modules is greater than a differential value Dr.
- the difference Dr between the first and second modules and the transmembrane pressure of the third modules is greater than the transmembrane pressure limit value Dr.
- the modules 1ai, 1bi and 1a 2 , 1 b 2 are now switched to a transmembrane pressure control, with the target value of the control preferably corresponding to the transmembrane pressure of the module with the lowest transmemb rantik, here the third modules 1a 3 , 1b 3 .
- the third modules 1a 3 , 1b 3 further regulate ter the filtrate flow.
- the target value of the transmembrane pressure control for the first and second modules then changes according to the current values of the transmembrane pressure of the master module, that is to say here the third modules 1a 3 , 1b 3 .
- an intermediate cleaning is carried out, after which the filtration after the intermediate cleaning starts, for example, at a lower transmembrane pressure than before the intermediate cleaning.
- the transmeme fire pressures then rise again during filtration. Since here too Dr between the third modules and the other modules is greater than a certain differential limit value Dr, regulation continues accordingly, which means that the third modules 1a 3 , 1b 3 continue to be regulated with regard to the filtrate flow, while the first two modules 1ai , 1bi, 1a 2 , 1b 2 can be further controlled by transmembrane pressure and follow the transmembrane pressure of the third module with their set point.
- the modules are also maximally exhausted at the end of filtration at the maximum transmembrane pressure reached.
- the total flow of the membrane filtration will drop, so that a lower output is temporarily produced.
- the filtration is significantly extended, i.e. the filtration cycle lasts longer, so that a larger total amount of filtrate can be obtained in the filtration cycle.
- a high filtrate flow can initially be started, which can then be lowered successively (advantageously not suddenly) by the regulation when switching to transmembrane pressure regulation. It is not possible to overrun the membranes of the modules by controlling the transmembrane pressure too high.
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Abstract
The invention relates to a device and a method for filtering beer using at least one pack of modules with a plurality of modules each for crossflow filtration, wherein, during a filtering cycle, in a pack (3) of modules at least temporarily the transmembrane pressure in at least one module (1) is controlled and at the same time the filtrate flow is controlled in at least one module (1).
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren von Bier Method and device for filtering beer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtrieren von Bier gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13. The invention relates to a method and a device for filtering beer according to the preamble of claims 1 and 13.
Die Filtration ist einer der Schlüsselprozesse im Brauereibetrieb. Neben technologischen Anforderungen spielen auch wirtschaftliche Anforderungen, wie hohe Filterstandzeiten, ge ringe Betriebskosten und leicht bedienbare Systeme eine große Rolle. Filtration is one of the key processes in brewery operations. In addition to technological requirements, economic requirements such as long filter service lives, low operating costs and easy-to-use systems also play a major role.
Bei der Cross-Flow-Biermembranfiltration steigt der Transmembrandruck in den einzelnen Modulen mit laufender Zeit, weil die Filtermembranen mit der Zeit zusetzten. Die Module filt rieren bis zu einem maximalen Transmembrandruck TMD, der so festgelegt ist, dass die Module nicht geschädigt werden. Bei Erreichen des maximalen Transmembrandrucks wird ein Filtrationszyklus beendet und es folgt eine Reinigung der Membranen, bevor ein neuer Zyklus gefahren werden kann. Innerhalb eines Zyklus kann es auch eine oder mehrere Zwi schenreinigungen geben, um ein Verblocken der Membranen hinauszuzögern, bei denen z.B. die Strömungsrichtung durch das Modul umgekehrt wird. In der Regel wird bei der Bier membranfiltration der Filtratfluss geregelt. With cross-flow beer membrane filtration, the transmembrane pressure in the individual modules increases over time because the filter membranes become clogged over time. The modules filter up to a maximum transmembrane pressure TMD, which is set in such a way that the modules are not damaged. When the maximum transmembrane pressure is reached, a filtration cycle is ended and the membranes are cleaned before a new cycle can be run. There can also be one or more intermediate cleanings within a cycle to delay clogging of the membranes, during which, for example, the direction of flow through the module is reversed. In beer membrane filtration, the filtrate flow is usually regulated.
Figur 6 zeigt ein Diagramm, in dem der Transmembrandruck in Abhängigkeit der zeit darge stellt ist. Bei Figur 6 handelt es sich um eine interne Entwicklung, von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Hier gibt es beispielsweise ein Modulpaket 3 mit drei Modulen 1ai, 1a2 und 1a3. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, verläuft der Anstieg des Transmembrandrucks in Abhängigkeit der Zeit für die in Serie geschalteten Module 1ai, 1a2 und 1a3 nicht gleich. Während der Transmembrandruckanstieg für die Module 1ai, 1a2 im Wesentlichen gleich verläuft, wobei der Transmembrandruck des ersten Moduls etwas größer ist als des zweiten Moduls, steigt der Transmembrandruck des dritten Moduls langsamer an. Das bedeutet, dass die Module unterschiedlich stark belastet werden. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird zunächst nach einer vorbestimmten Zeit eine Zwischenreinigung durchgeführt, hier bei einer Zeit von zwei Stunden. Dann wird erneut mit der Filtration begonnen. Der Filtrations zyklus dauert so lange bis eines der Module den maximalen Transmembrandruck erreicht hat. Die Transmembrandrücke zum Ende des Filtrationszyklus bzw. Intervalls der unter schiedlichen Module unterscheiden sich wesentlich. Das erste Modul erreicht hier zuerst den maximalen Transmembrandruck. Das dritte und zweite Modul könnten trotz Filtrationsende, welches durch das erste Modul eingeleitet wurde, noch länger genutzt werden, um die Filtra tionsmenge pro Zyklus zu erhöhen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die Filtrationsmenge pro Filtrationszyklus auf einfache Art und Weise erhöhen. FIG. 6 shows a diagram in which the transmembrane pressure is shown as a function of time. FIG. 6 is an internal development from which the present invention proceeds. Here, for example, there is a module package 3 with three modules 1ai, 1a 2 and 1a 3 . As can be seen from the diagram, the increase in the transmembrane pressure as a function of time is not the same for the series-connected modules 1ai, 1a 2 and 1a 3 . While the transmembrane pressure increase for the modules 1ai, 1a 2 is essentially the same, with the transmembrane pressure of the first module being slightly greater than that of the second module, the transmembrane pressure of the third module increases more slowly. This means that the modules are subject to different loads. As can be seen from the diagram, an intermediate cleaning is carried out after a predetermined time, here at a time of two hours. Then the filtration is started again. The filtration cycle lasts until one of the modules has reached the maximum transmembrane pressure. The transmembrane pressures at the end of the filtration cycle or interval of the different modules differ significantly. Here, the first module first reaches the maximum transmembrane pressure. Despite the end of filtration initiated by the first module, the third and second module could be used for longer in order to increase the amount of filtration per cycle. Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a method and a device that increase the filtration quantity per filtration cycle in a simple manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of claims 1 and 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Filtrieren von Bier mithilfe von mindestens ei nem Modulpaket mit jeweils mehreren Modulen zur Cross-Flow-Filtration. Ein solches Modul kann ein Membranmodul sein, durch das Unfiltrat im Cross-Flow im Kreislauf strömt und Filt rat abgeleitet werden kann. Ein Modulpaket umfasst dabei mehrere Module. Es ist auch möglich, dass mehrere solche Modulpakete in einer Filtereinheit angeordnet sind. The method according to the invention is used for filtering beer using at least one module package, each with a plurality of modules for cross-flow filtration. Such a module can be a membrane module through which unfiltrate flows in a cross-flow circuit and filtrate can be discharged. A module package includes several modules. It is also possible for several such module packages to be arranged in a filter unit.
Da die Membranoberflächen mit der Zeit zusetzen und der Transmembrandruck ansteigt, wird das Bier in Filtrationszyklen filtriert. Vorzugsweise beginnt ein Filtrationszyklus mit dem Anfang der Filtration und endet nachdem alle Module einen maximalen Transmembrand ruckgrenzwert erreicht haben. Nach dem Filtrationszyklus erfolgt dann eine Reinigung z.B. mittels Reinigungsmittel dann beginnt ein neuer Filtrationszyklus bis zur nächsten Reinigung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird während eines Filtrationszyklus in einem Modulpa ket zumindest zeitweise bei zumindest einem Modul der Transmembrandruck geregelt und gleichzeitig bei zumindest einem Modul der Filtratfluss geregelt. As the membrane surfaces become clogged over time and the transmembrane pressure increases, the beer is filtered in filtration cycles. Preferably, a filtration cycle begins at the beginning of filtration and ends after all modules have reached a maximum transmembrane pressure limit. After the filtration cycle, cleaning takes place, e.g. with a cleaning agent, and a new filtration cycle begins until the next cleaning. According to the present invention, during a filtration cycle in a module package, the transmembrane pressure is at least temporarily regulated in at least one module and the filtrate flow is simultaneously regulated in at least one module.
Somit kann das Filtrationsverfahren individuell angepasst werden, das heißt, dass die Filtra tionsmenge pro Filtrationszyklus gesteigert werden kann. Insbesondere kann durch Anpas sen der Regelung erreicht werden, dass am Ende des Filtrationszyklus alle Module den ma ximal möglichen Transmembrandruckgrenzwert erreicht haben und maximal erschöpft sind. Durch die individuelle Regelung kann eine längere Standzeit d.h. ein längerer Filtrationszyk lus oder aber ein höherer Filtratfluss erzielt werden, was die Gesamtmenge an Filtrat pro Filtrationszyklus erhöht und insgesamt Verbrauchskosten, insbesondere auch Reinigungs kosten und -zeit spart. Bei unterschiedlichen Zuständen der Membranen, sei es durch Reini gungszustände bzw. Verschmutzungszustände, Alterungsprozesse oder Anströmungsunter schiede, konnten bislang nicht alle Module maximal genutzt werden. Dies kann durch die kombinierte Filtratfluss-Transmembrandruckregelung verbessert werden, sodass alle Memb ranen in einer eines Modulpakets komplett an die Leistungsgrenze gebracht werden können. Außerdem kann im Vergleich zu einer reinen Transmembrandruckregelung, die Membran nicht extrem überfahren werden, wobei zu hohe Filtrationsflüsse entstehen könnten. Somit kann die Art der Regelung an das entsprechende Modul angepasst werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können so die Module eines Modulpakets in Reihe in einer Unfiltratleitung angeordnet sein und Unfiltrat im Kreislauf durch die Module geleitet werden. So kann beispielsweise, wenn auf Grund der Position der Module sich der Trans membrandruck in den einzelnen Modulen unterschiedlich schnell erhöht, die Regelung so angepasst werden, dass sich die Standzeit und/oder der Filtratfluss erhöht. The filtration process can thus be individually adjusted, which means that the filtration volume per filtration cycle can be increased. In particular, by adapting the control, it can be achieved that at the end of the filtration cycle all modules have reached the maximum possible transmembrane pressure limit and are maximally exhausted. The individual control means a longer service life, ie a longer filtration cycle or a higher filtrate flow can be achieved, which increases the total amount of filtrate per filtration cycle and saves overall consumption costs, especially cleaning costs and time. With different states of the membranes, be it due to cleaning states or contamination states, aging processes or differences in flow, not all modules could be used to the full. This can be improved by the combined filtrate flow transmembrane pressure control, so that all membranes in a module package can be pushed to the full performance limit. In addition, compared to a pure transmembrane pressure control, the membrane cannot be extremely overrun, which could result in excessive filtration flows. The type of control can thus be adapted to the corresponding module. According to the present invention, the modules of a module package can be arranged in series in a non-filtrate line and non-filtrate can be circulated through the modules. For example, if the transmembrane pressure in the individual modules increases at different rates due to the position of the modules, the control can be adjusted in such a way that the service life and/or the filtrate flow increases.
Vorteilhafterweise wird in einem Modulpaket zunächst bei allen Modulen der Filtratfluss ge regelt und dann bei zumindest einem Modul von Filtratflussregelung auf Transmembrand ruckregelung umgeschaltet. Insbesondere kann dabei in Abhängigkeit des Membrandrucks eines entsprechenden Moduls entweder weiter der Filtratfluss geregelt werden oder aber auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet werden. Advantageously, in a module package, the filtrate flow is first regulated in all modules and then switched from filtrate flow regulation to transmembrane pressure regulation in at least one module. In particular, depending on the membrane pressure of a corresponding module, either the filtrate flow can continue to be regulated or a switch can be made to transmembrane pressure regulation.
Das heißt, dass wenn ein bestimmter Transmembrandruckgrenzwert für ein Modul erreicht ist, insbesondere ein maximaler Transmembrandruckgrenzwert, das Modul nicht wie im Stand der Technik abgeschaltet oder überbrückt wird, sondern es trotzdem weiterbetrieben wird, jedoch dann über eine Transmembrandruckregelung. So kann sichergestellt werden, dass der Transmembrandruckgrenzwert nicht überschritten wird und somit das Modul nicht geschädigt wird. Vorteilhafterweise verbleibt dann das Modul bis zum Filtrationsende des gesamten Pakets im Betrieb und kann somit wirksam genutzt werden. Der maximale Trans membrandruckgrenzwert ist dabei für die Module so festgelegt, dass die Module nicht ge schädigt werden. Der Transmembrandruckgrenzwert wird entsprechend den Herstelleranga ben, bis zu welchem ein Modul belastet werden darf, festgelegt, ist also <= dem maximalen Transmembrandruck. Somit kann die Filtratmenge in einem Filtrationszyklus wesentlich er höht werden, da alle Module bis zum Erreichen des maximalen Transmembrandrucks betrie ben werden. This means that when a certain transmembrane pressure limit for a module is reached, in particular a maximum transmembrane pressure limit, the module is not switched off or bypassed as in the prior art, but it continues to be operated, but then via a transmembrane pressure control. This ensures that the transmembrane pressure limit is not exceeded and the module is not damaged. Advantageously, the module then remains in operation until the end of the filtration of the entire package and can thus be used effectively. The maximum transmembrane pressure limit for the modules is set in such a way that the modules are not damaged. The transmembrane pressure limit is specified according to the manufacturer's specifications, up to which a module may be loaded, i.e. <= the maximum transmembrane pressure. In this way, the amount of filtrate in a filtration cycle can be significantly increased, since all modules are operated until the maximum transmembrane pressure is reached.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden dabei nacheinander die Module von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet, sobald das jeweilige Modul den Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat. Wenn dann das letzte Modul eines Modulpakets den Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat, kann entweder eine Reinigung einsetzen, durchgeführt bzw. gestartet werden oder aber es wird noch für eine bestimmte Zeit weiter filtriert, wenn noch Kapazität benötigt wird. Es kann dann noch so lange weiterfil triert werden, bis zumindest ein Modul einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat, z.B. ei nen Filtratflussgrenzwert oder minimaler Gesamtfiltratfluss der Modulpakete was dann letzt endlich das Ende des Filtrationszyklus bestimmt (da der Fluss bei Erreichen und Halten des maximalen Transmembrandruck Grenzwertes mit der Zeit abnimmt).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Dif ferenz zwischen dem Transmembrandruck eines Moduls und dem Transmembrandruck ei nes weiteren Moduls, das zur selben Zeit einen höheren, insbesondere den höchsten Transmembrandruck im Paket aufweist, größer gleich ein vorbestimmter Differenzwert Dr ist, bei einem der beiden Module von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung um geschaltet werden, wobei insbesondere der Sollwert der Transmembranregelung dem Transmembrandruck des Moduls entspricht, bei dem der Filtratfluss weitergeregelt wird. Das bedeutet, dass die Transmembrandrücke ab einer bestimmten Abweichung aneinander an gepasst werden können. According to a preferred exemplary embodiment, the modules are switched from filtrate flow control to transmembrane pressure control one after the other as soon as the respective module has reached the transmembrane pressure limit value. When the last module in a module pack has reached the transmembrane pressure limit, either cleaning can be used, carried out or started, or filtration continues for a certain period of time if capacity is still required. It can then continue to be filtered until at least one module has reached a predetermined limit, e.g decreases over time). According to a further embodiment of the present invention, if the difference between the transmembrane pressure of a module and the transmembrane pressure of a further module, which at the same time has a higher, in particular the highest, transmembrane pressure in the package, is greater than or equal to a predetermined differential value Dr, at one of the two modules can be switched from filtrate flow control to transmembrane pressure control, with the setpoint of the transmembrane control corresponding in particular to the transmembrane pressure of the module at which the filtrate flow is further controlled. This means that the transmembrane pressures can be adapted to each other from a certain deviation.
Ganz allgemein gilt, dass dabei mindestens ein Modul auf Transmembranregelung umge stellt wird, wenn der Differenzwert Dr oder ein korrelierender Wert überschritten wird- wobei z.B. zur Bestimmung der Umstellung nicht unbedingt die Druckdifferenz bestimmt werden muss sondern auch die Zeit oder filtrierte Menge, bei der ein bestimmter Differenzwert der Drücke erreicht wird, empirisch bestimmt werden kann und nach dieser Zeit oder filtrierter Menge die Regelung umgeschaltet wird. Alternativ kann der Auslöser dazu auch sein, dass die Gradienten der TMD-Steigung/Zeit/filtrierte Menge eine unterschiedliche Steigung auf weisen, so dass das stärker ansteigende Modul z.B. einen steileren/höheren Gradienten aufweist. Auch dieser Wert kann einzeln oder zusätzlich zur Entscheidungsfindung herange zogen werden. D.h. bei einer bestimmten Abweichung der Gradientensteigung einzelner Module kann die Regelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet werden. In general, at least one module is switched to transmembrane control if the differential value Dr or a correlating value is exceeded - whereby, for example, the pressure difference does not necessarily have to be determined to determine the conversion, but also the time or filtered quantity at which a certain difference value of the pressures is reached, can be determined empirically and after this time or filtered amount the control is switched. Alternatively, the trigger for this can also be that the gradients of the TMD gradient/time/filtered quantity have a different gradient, so that the more rapidly increasing module has a steeper/higher gradient, for example. This value can also be used individually or in addition to the decision-making process. This means that if there is a certain deviation in the gradient of individual modules, the control can be switched to transmembrane pressure control.
Da der Sollwert der Transmembranregelung dem Transmembrandruck des Moduls ent spricht, bei dem der Filtratfluss geregelt wird, das heißt, das Modul, das z.B. den höchsten Transmembrandruck aufweist, übernimmt das Filtratfluss geregelte Modul eine sogenannte Masterfunktion für mindestens ein weiteres Modul- gibt also den Sollwert vor, der sich in Ab hängigkeit der Zeit oder filtrierter Menge erhöht. Der Sollwert der Transmembrandruckrege lung folgt also dem jeweils aktuellen Transmembrandruck des Filtratfluss geregelten Moduls.Since the setpoint of the transmembrane control corresponds to the transmembrane pressure of the module at which the filtrate flow is regulated, i.e. the module that has the highest transmembrane pressure, for example, the filtrate flow-controlled module assumes a so-called master function for at least one other module, i.e. it gives the setpoint before, which increases as a function of time or filtered quantity. The target value of the transmembrane pressure control thus follows the current transmembrane pressure of the filtrate flow-controlled module.
Dabei kann zum Beispiel bei zumindest einem Modul eines Pakets der Transmembrandruck auf einen Sollwert geregelt werden, der größer als sein Transmembrandruck bei der Umstel lung auf Transmembrandruckregelung ist und insbesondere dem Transmembrandruck des Filtratfluss geregelten Moduls mit dem höchsten Transmembrandruck entsprechen. Ziel ist es somit, dass alle Module zum Filtrationsende bei einem maximalen Transmembrandruck erschöpft sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Filtrationsfluss steigen, so dass
zeitweise ein höherer Output, das heißt, eine höhere Filtrationsmenge pro Zeit entsteht. Eine Flussbegrenzung nach oben ist optional möglich. For example, in at least one module of a package, the transmembrane pressure can be regulated to a target value that is greater than its transmembrane pressure when switching to transmembrane pressure regulation and, in particular, corresponds to the transmembrane pressure of the filtrate flow-controlled module with the highest transmembrane pressure. The aim is therefore that all modules are exhausted at the end of the filtration at a maximum transmembrane pressure. In this embodiment, the filtration flow will increase so that temporarily a higher output, i.e. a higher filtration quantity per time occurs. A flow limitation upwards is optionally possible.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Transmembrandruck anders ange passt werden, wobei bei zumindest einem Modul eines Pakets der Transmembrandruck auf einen Sollwert geregelt wird, der kleiner wird als ein Transmembrandruck bei der Umstellung auf Transmembrandruckregelung und insbesondere dem Transmembrandruck des Filtrat fluss geregelten Moduls mit dem niedrigsten Transmembrandruck entspricht. Das heißt, dass hier das Filtratfluss geregelte Modul mit dem niedrigsten Transmembrandruck für ein oder mehrere Module eine Masterfunktion aufweist also den Sollwert vorgibt. Auch hier ist eine Flussbegrenzung nach z.B. unten optional möglich, um ein sinnvolles Ende zu finden. According to a further exemplary embodiment, the transmembrane pressure can be adjusted differently, with at least one module of a package having the transmembrane pressure regulated to a setpoint which becomes smaller than a transmembrane pressure when switching to transmembrane pressure regulation and in particular the transmembrane pressure of the filtrate flow-regulated module with the lowest corresponds to transmembrane pressure. This means that the filtrate flow-controlled module with the lowest transmembrane pressure has a master function for one or more modules, i.e. it specifies the setpoint. Here, too, a flow limiter, e.g. below, is optionally possible in order to find a sensible end.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Filtratflussregelung in Filtration befindlicher Module angepasst werden, indem mit Flusssteigerungsraten in spezifizierten Flussbereichen und pro filtrierter Menge oder Zeit geregelt und ein Transmembrandruck als Zielwert/Leitwert hinzu genommen wird. According to one embodiment, the filtrate flow control of modules undergoing filtration can be adjusted by controlling with flow increase rates in specified flow ranges and per filtered quantity or time and adding a transmembrane pressure as a target value/conductance.
Bei der Umstellung auf die kontrollierte und begrenzte Filtratflussregelung, die Transmemb randruckbasiert ist, wird durch Hinzunahme eines Transmembrandruckes als Zielwert die Flussregelung kontrolliert mit entsprechenden Flusssteigerungsraten (+/-hl/h) auf einen Soll wert geregelt. When switching to the controlled and limited filtrate flow control, which is based on transmembrane pressure, the addition of a transmembrane pressure as a target value is used to control the flow with corresponding flow increase rates (+/-hl/h) to a target value.
Steigt der Transmembrandruck in Abhängigkeit der filtrierten Menge zu stark an (außerhalb des erlaubten TMD-Anstiegsbereiches) verringert sich die Filtratflusssteigerung oder bleibt konstant bzw. verringert sich bei fortlaufend starken Transmembrandrucksteigerung bis zum Ursprungswert und umgekehrt. If the transmembrane pressure increases too much depending on the filtered quantity (outside the permitted TMD increase range), the increase in filtrate flow decreases or remains constant or decreases to the original value with a continuously strong increase in transmembrane pressure and vice versa.
Unabhängig davon kann ab einer bestimmten filtrierten Menge oder Zeit der TMD desjenigen Modules als Master her genommen werden, welches den höchsten oder niedrigsten Wert hat, oder auch der Mittelwert aller Module, welche im TMD oder Filtratfluss Bereich liegen.Irrespective of this, from a certain filtered quantity or time, the TMD of that module can be taken as the master, which has the highest or lowest value, or the mean value of all modules that are in the TMD or filtrate flow range.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Sollwert des auf Transmembrandruckre gelung umgeschalteten Moduls ein Mittelwert der Transmembrandrücke der Filtratfluss gere gelten Module. So können die Module so angepasst werden, dass sie am Ende des Filtrati onszyklus ebenfalls maximal erschöpft sind. Somit ist der Gesamtoutput sehr variabel. Die minimalen und maximalen Filtratflüsse können sich dann relativ gleichmäßig verhalten, also
nur eine geringe Schwankungsbreite aufweisen. Dies ist insbesondere bei Membranpaketen mit einer Anzahl >=3 eine potentialstarke Ausprägung. According to a further exemplary embodiment, the target value of the module switched to transmembrane pressure regulation is an average value of the transmembrane pressures of the filtrate flow regulated modules. The modules can be adjusted so that they are also fully exhausted at the end of the filtration cycle. The overall output is therefore very variable. The minimum and maximum filtrate flows can then behave relatively evenly, i.e have only a small range of fluctuation. In the case of membrane packs with a number of >=3, this is a potentially strong characteristic.
Der Mittelwert wird von den Modulen bestimmt, welche sich innerhalb einer vorgegebenen Größenordnung des Transmembrandruckes oder Filtratfluss befinden, um Ausreißer geson dert zu behandeln. The mean is determined from the moduli that are within a given range of transmembrane pressure or filtrate flux to treat outliers separately.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Modulpakete parallel an geordnet, wobei die beiden Modulpakete einen gemeinsamen Unfiltratzulauf und einen ge meinsamen Unfiltratablauf aufweisen, wobei wenn die Modulpakete jeweils n Module an n Stellen hintereinander ausweisen, die Module an der gleichen n-ten Stelle im jeweiligen Pa ket derart geregelt werden, dass die Regelung die gleiche Regelgröße aufweisen, insbeson dere den gleichen Sollwert ( wobei n eine ganze natürliche Zahl ist). Dies liegt insbesondere daran, dass die jeweiligen Module der Pakete, die an der gleichen Stelle angeordnet sind, auch einen gemeinsamen Filtratablauf aufweisen, in dem dann ein Druck bzw. der Durch fluss gemessen werden kann und ein Stellventil zum Einstellen des Filtratflusses oder des Transmembrandrucks angeordnet sein kann. So können beispielsweise mehrere Modulpake te auf einfache Art und Weise gleichzeitig geregelt werden. Man kann dabei zum Beispiel die Filtratflusswerte und/oder Transmembrandruckwerte für Module, die an der gleichen n-ten Stelle der n Modulpakete angeordnet sind, zum Beispiel jeweils mittein, so dass dann von Filtratregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet wird, wenn der jeweilige Mit telwert eine entsprechende Größe aufweist. Alternativ dazu können die Filtratflusswerte und/oder Transmembrandruckwerte für Module, die an der gleichen n-ten Stelle der n Mo dulpakete angeordnet sind jeweils bestimmt werden, wobei dann von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet wird, wenn z.B. mindestens ein Modul (der Mo dule die an der gleichen Stelle angeordnet bzw. gemeinsam verschaltet sind) einen Wert aufweist, der eine entsprechende Größe aufweist. According to a preferred embodiment, at least two module packs are arranged in parallel, with the two module packs having a common unfiltrate inlet and a common unfiltrate outlet, wherein if the module packs each have n modules at n locations in a row, the modules at the same nth location in the respective Pa ket are regulated in such a way that the regulation have the same controlled variable, in particular the same setpoint (where n is a whole natural number). This is due in particular to the fact that the respective modules of the packages, which are arranged at the same point, also have a common filtrate outlet in which a pressure or the flow can then be measured and a control valve for adjusting the filtrate flow or the transmembrane pressure is arranged can be. For example, several module packages can be controlled simultaneously in a simple manner. For example, the filtrate flow values and/or transmembrane pressure values for modules that are arranged at the same nth point in the n module packages can be averaged, for example, so that there is a switchover from filtrate control to transmembrane pressure control when the respective average value is a corresponding one size. As an alternative to this, the filtrate flow values and/or transmembrane pressure values for modules that are arranged at the same nth position of the n module packages can be determined in each case, in which case there is a switchover from filtrate flow control to transmembrane pressure control if, for example, at least one module (of the modules connected to are arranged at the same point or connected together) has a value that has a corresponding size.
Eine Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens weist mindestens ein Mo dulpaket mit jeweils mehreren Modulen zur Cross-Flow-Filtration auf. Ferner weist die Vor richtung eine Steuereinrichtung auf, die während eines Filtrationszyklus mindestens ein Mo dul von einer Filtratflussregelung auf eine Transmembrandruckregelung umstellen kann.A device, in particular for carrying out the method, has at least one module package, each with a plurality of modules for cross-flow filtration. Furthermore, the device has a control device that can switch at least one module from filtrate flow control to transmembrane pressure control during a filtration cycle.
Durch eine Kombination beider Regelungsmöglichkeiten in einem Filtrationszyklus kann der Filtrationsprozess ideal an die jeweiligen Modulgegebenheiten, wie beispielsweise Modulpo sition, Modulalter etc. angepasst werden, wodurch die Filtrationsmenge pro Filtrationszyklus wesentlich erhöht werden kann.
Zudem kann durch die Möglichkeit der gezielten Umschaltung zwischen Transmembrand ruckregelung und Volumenstromregelung gezielt auf die Anforderungen des Filtrationspro zesses beim Anfahren und beim Abfahren der Filteranlage Rücksicht genommen werden. Die Filtration kann so z.B. in 4 Hauptphasen unterteilt werden. So ist es in der Regel beson ders günstig, diese Phasen wie folgt zu gestalten: By combining both control options in one filtration cycle, the filtration process can be ideally adapted to the respective module conditions, such as module position, module age, etc., which means that the filtration volume per filtration cycle can be significantly increased. In addition, due to the possibility of targeted switching between transmembrane pressure control and volume flow control, the requirements of the filtration process when starting up and shutting down the filter system can be taken into account. For example, the filtration can be divided into 4 main phases. As a rule, it is particularly favorable to structure these phases as follows:
1. Beim Anfahren der Filtration ist es insbesondere auch zum Schutz der Memb rane notwendig, diese vor übermäßig hohen Filtratflüssen und zu schneller Verschmutzung (also vor dem „Überfahren“) abzusichern. So ist es z.B. vor teilhaft, zu Beginn der Filtration mit sehr geringen Transmembrandrücken (z.B. mit 0,05bar) anzufangen und somit mit einer Transmembrandrucksteuerung zu starten, um die Filtration anzufahren, um zu große Volumenströme (max. 10hl/h oder max. 50l/(m2h)) durch die Membran zu vermeiden. Diese TMDs können dann sanft erhöht werden, bis ein voreingestellter Nennvolumenstrom (z.B. 7,5hl/h) erreicht wird. Gleichzeitig ist es sinnvoll, zusätzlich den maxima len Filtratvolumenstrom zu beobachten und mit einem Grenzwert zu abzusi chern. 1. When starting up the filtration, it is particularly important to protect the membranes from excessively high filtrate flows and too rapid contamination (i.e. from being “overrun”). For example, it is advantageous to start with very low transmembrane pressures (e.g. with 0.05 bar) at the beginning of the filtration and thus to start with a transmembrane pressure control in order to start the filtration in order to avoid excessive volume flows (max. 10hl/h or max. 50l /(m 2 h)) through the membrane to avoid. These TMDs can then be increased gently until a preset nominal flow rate (eg 7.5hl/h) is reached. At the same time, it makes sense to also monitor the maximum filtrate volume flow and to secure it with a limit value.
2. An diesem Punkt wird auf Filtratflussregelung umgeschaltet. In dieser Phase läuft der Membranfilter dann wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben wird (Fig. 3 bis 6). Es wird solange der Volumenstrom der einzelnen Filt ratstränge geregelt, bis entsprechende Abweichungen beim TMD erreicht werden. Dann erfolgt die Umstellung der Regelung der einzelnen Pakete.2. At this point it switches to filtrate flow control. In this phase, the membrane filter then runs as described in the exemplary embodiments (FIGS. 3 to 6). The volume flow of the individual filtrate lines is regulated until corresponding deviations in the TMD are reached. Then the control of the individual packages is changed.
3. Dann wird mindestens 1 Modul von Filtratflussregelung auf Transmembrand ruckregelung gemäß den Figuren (3 bis 6) umgeschaltet und bis zum Ende des Zyklus filtriert. Bei der Bestimmung des Endzeitpunktes der Filtration ist es durchaus angebracht, diesen Zeitpunkt anhand zweier wichtiger Punkte zu bestimmen: a. Zum einen sollte er an eine kostentechnisch sinnvollen Mindestfiltrat menge gekoppelt werden. Diese gilt es mit einer Filtrationszeit- Mengenbilanz zu berechnen. b. Zum anderen ist es wichtig zu berücksichtigen, ab welchem Zeitpunkt eine Membran zu sehr belastet wird und nur noch mit überhöhtem Reinigungsaufwand wieder sauber gereinigt werden kann.
Dies wird anhand von notwendiger Reinigungsdauer und wieder erziel ten Filtratvolumenstrom und Standzeit bei der nachfolgenden Filtration bestimmt. 3. Then at least 1 module is switched from filtrate flow control to transmembrane pressure control according to Figures (3 to 6) and filtered until the end of the cycle. When determining the end point of filtration, it is quite appropriate to determine this point in time using two important points: a. On the one hand, it should be linked to a minimum amount of filtrate that makes sense in terms of costs. This has to be calculated with a filtration time quantity balance. b. On the other hand, it is important to consider the point at which a membrane is subjected to too much stress and can only be cleaned again with excessive cleaning effort. This is determined based on the necessary cleaning time and recovered filtrate volume flow and service life in the subsequent filtration.
4. Beim Abfahren der Anlage ist zu berücksichtigen, dass auch beim Ausfahren und Ausdrücken mit beispielsweise CO2 oder entgastem Wasser nicht maxi male Filtratvolumenströme (z.B. wieder kleiner als 10hl/h) und auch nicht ma ximale Transmembrandrücke (z.B. <1,2bar) überschritten werden dürfen. Die se Werte können in der Steuerung als Grenzwerte hinterlegt sein. Dies ist vor teilhaft, weil durch zunehmende Verdünnung des Bieres durch das ausschie bende Wasser die Gesamtviskosität verringert wird (in Folge von Verdün nungseffekten) und dadurch die Filtratvolumenströme bei gleichbleibenden Druckniveaus größer werden und so die Membrane beschädigen könnten.4. When shutting down the system, it must be ensured that the maximum filtrate volume flow (e.g. again less than 10hl/h) and also the maximum transmembrane pressure (e.g. <1.2 bar) are not exceeded even when the system is extended and squeezing out with e.g. CO2 or deaerated water allowed to. These values can be stored in the controller as limit values. This is advantageous because the increasing dilution of the beer due to the escaping water reduces the overall viscosity (as a result of dilution effects) and the filtrate volume flows increase as a result while the pressure levels remain the same, which could damage the membrane.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Module eines Modulpakets in Reihe in einer Unfiltratleitung angeordnet und Unfiltrat kann im Kreislauf durch die Module geleitet werden. Filtrat kann in einer jeweiligen Filtratleitung des entsprechenden Moduls abgeleitet werden, wobei in der Filtratleitung der Filtratfluss gemessen wird. Der Transmembrandruck wird z.B. auf der Grundlage einer Druckmessung in der gemeinsamen Unfiltratleitung vor und nach dem Modulpaket und einer Druckmessung in den jeweiligen Filtratleitungen be stimmt. Das heißt, dass zur Messung des Transmembrandrucks nur zwei Drucksensoren, in der allen Modulen gemeinsamen Unfiltratzulaufleitung vorgesehen sein müssen und ein Drucksensor in den jeweiligen Filtratleitungen. Es ist auch möglich, dass zum Bestimmen des Transmembrandrucks für jedes Modul der Druck unmittelbar vor und nach dem Modul in der Unfiltratleitung bestimmt wird. Das Stellglied zum Regeln des Filtratflusses oder des Transmembrandrucks kann ein Regelventil sein, das dann in der jeweiligen Filtratleitung an geordnet ist. According to a preferred embodiment, the modules of a module package are arranged in series in a non-filtrate line and non-filtrate can be circulated through the modules. Filtrate can be discharged in a respective filtrate line of the corresponding module, with the filtrate flow being measured in the filtrate line. The transmembrane pressure is determined, for example, on the basis of a pressure measurement in the common unfiltrate line before and after the module package and a pressure measurement in the respective filtrate lines. This means that to measure the transmembrane pressure, only two pressure sensors must be provided in the unfiltrate feed line common to all modules and one pressure sensor in the respective filtrate lines. It is also possible that, in order to determine the transmembrane pressure for each module, the pressure is determined immediately before and after the module in the unfiltrate line. The actuator for controlling the filtrate flow or the transmembrane pressure can be a control valve, which is then arranged in the respective filtrate line.
Wenn es, wie zuvor beschrieben, mehrere parallele Modulpakete gibt, die einen gemeinsa men Unfiltratzulauf aufweisen, wobei jeweils Module an der gleichen Position, das heißt, an der gleichen n-ten Stelle einen gemeinsamen Filtratablauf aufweisen, reicht ein Stellglied, insbesondere ein Regelventil für die Module, die einen gemeinsamen Filtratablauf aufweisen und auch ein Drucksensor und ein Durchflussmesser. Die vorliegende Erfindung wird nach folgend unter Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt grob schematisch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. If, as described above, there are several parallel module packages that have a common unfiltrate inlet, with each module at the same position, i.e. at the same nth point, having a common filtrate outlet, one actuator, in particular a control valve for the modules that have a common filtrate outlet and also a pressure sensor and a flow meter. The present invention is explained in more detail below with reference to the following figures. FIG. 1 shows, roughly diagrammatically, a device according to the present invention.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a device according to the present invention.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. FIG. 3 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time for an exemplary embodiment of the method according to the invention.
Figur 4 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit für ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt. FIG. 4 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time for a further exemplary embodiment.
Figur 5 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit für ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt. FIG. 5 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time for a further exemplary embodiment.
Figur 6 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit zeigt.FIG. 6 shows a diagram showing the transmembrane pressure as a function of time.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the present invention.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung mehrere, das heißt, n Modulpake te 3a, 3b, 3n aufweisen, die nebeneinander parallel angeordnet sind. Hier weist jedes Modul paket 3a, 3b, 3n sechs Modulel zur Cross-Flow-Filtration auf. Hier weist das erste Modulpa ket 3a an seiner ersten Stelle das Modul 1ai auf, gefolgt von den Modulen 1a2 1a3, 1a4, 1a5, 1a6, 1an (Modul 1an ist nicht dargestellt). Parallel dazu ist das Modulpaket 3b vorgesehen mit dem ersten Modul 1bi gefolgt von den Modulen 1b2, 1b3, 1 b4,1 bs, 1 b6, 1bn (Modul 1bn ist nicht dargestellt). Die Module in einem Modulpaket 3a, 3b, 3n sind in Reihe in der Unfiltratleitung 4 angeordnet, wobei die Modulpakete 3a, 3b, 3n einen gemeinsamen Unfiltratzulauf 5 aufwei sen und beispielsweise über eine Pumpe 12 mit Unfiltrat versorgt werden. Auch wenn nicht dargestellt, so kann beispielhaft vor der Pumpe 12 ein Puffertank Unfiltrat angeordnet sein Das Unfiltrat aus den letzten Modulen 1a6, 1b6 (1an ;1 bn) wird wieder in einer gemeinsame Unfiltratleitung 4 zusammengefasst und direkt wieder den Modulen 1 zugeführt -. Das Unfilt rat wird wie durch den Pfeil dargestellt im Kreislauf durch die einzelnen Module 1 geleitet. Im Cross-Flow verlässt das Filtrat die einzelnen Module 1 und wird über eine jeweilige Filtratlei tung 8 abgeführt, wobei das Filtrat aus Modulen, die an der gleichen n-ten Stelle angeordnet sind in eine gemeinsame Filtratleitung 81, 82, 83, 84, 85, 8d, 8n münden. According to this exemplary embodiment, the device can have a plurality, that is to say n, module packages 3a, 3b, 3n, which are arranged side by side in parallel. Here each module package 3a, 3b, 3n has six modules for cross-flow filtration. Here, the first module package 3a has the module 1ai at its first place, followed by the modules 1a 2 , 1a 3 , 1a 4 , 1a 5 , 1a 6 , 1a n (module 1a n is not shown). Parallel to this, the module package 3b is provided with the first module 1bi, followed by the modules 1b 2 , 1b 3 , 1b 4 , 1bs, 1b 6 , 1b n (module 1b n is not shown). The modules in a module pack 3a, 3b, 3n are arranged in series in the unfiltrate line 4, the module packs 3a, 3b, 3n having a common unfiltrate inlet 5 and being supplied with unfiltrate, for example via a pump 12. Even if not shown, a non-filtrate buffer tank can be arranged in front of the pump 12, for example. The non-filtrate from the last modules 1a 6 , 1b 6 (1a n ; 1 b n ) is combined again in a common non-filtrate line 4 and fed directly back to the modules 1 supplied -. The Unfilt rate is passed through the individual modules 1 in a cycle as shown by the arrow. The filtrate leaves the individual modules 1 in cross-flow and is discharged via a respective filtrate line 8, with the filtrate from modules which are arranged at the same n-th point being fed into a common filtrate line 8 1 , 8 2 , 8 3 , 8 4 , 8 5 , 8 d , 8 n open out.
Schließlich ist in den Filtratleitungen 8 jeweils ein Regelventil 10i bis 10n, hier 10i bis 1Ü6 angeordnet, über das der Transmembrandruck in einem jeweiligen Modul oder der Filtrat fluss durch das Modul eingestellt werden kann. Darüber hinaus sind in der jeweiligen Filtrat-
leitung 8n, hier 81 bis 8e entsprechende Durchflussmesser 11 n, hier 111 bis 116 angeordnet, um den Filtratfluss, das heißt, den entsprechenden Ist-Wert des Volumenstroms zu messen. Schließlich ist in den Filtratleitungen 8n, hier 81 bis 8d auch jeweils ein Drucksensor 9i bis 9n, hier 9i bis 9b angeordnet zum Messen des Drucks in den jeweiligen Filtratleitungen 8. Ferner sind in der Unfiltratleitung 4 ein Drucksensor 90 nach dem Modulpaket (also im Rücklauf) und ein Drucksensor 91 vor dem Modulpaket (hier z.B. nach der Pumpe 12) vorgesehen. Durch Differenzbildung des Mittelwerts der gemessenen Drücke in der Unfiltratleitung 4 und der Filtratleitung 8 kann z.B. der jeweilige Transmembrandruck (TMD) für ein Modul an der entsprechend n-ten Stelle bestimmt werden. Das bedeutet, dass für den Transmembrand ruck TMDn an der Stelle n näherungsweise gilt: Finally, in each of the filtrate lines 8 there is a control valve 10i to 10n , here 10i to 106, via which the transmembrane pressure in a respective module or the filtrate flow through the module can be adjusted. In addition, in the respective filtrate Line 8 n , here 8 1 to 8e, corresponding flow meters 11 n , here 11 1 to 11 6 are arranged in order to measure the filtrate flow, that is, the corresponding actual value of the volume flow. Finally, in each of the filtrate lines 8 n , here 8 1 to 8 d , there is also a pressure sensor 9i to 9 n , here 9i to 9b for measuring the pressure in the respective filtrate lines 8. Furthermore, in the unfiltrate line 4 there is a pressure sensor 90 after the module package (So in the return) and a pressure sensor 91 in front of the module package (here, for example, after the pump 12) is provided. By forming the difference between the mean value of the measured pressures in the unfiltrate line 4 and the filtrate line 8, for example, the respective transmembrane pressure (TMD) for a module can be determined at the corresponding nth point. This means that for the transmembrane pressure TMD n at point n, the following approximately applies:
TMDn — ((Psensor91 Psensor9o)/riModule_in_Reihe)/2 — Psensor9n TMDn — ((Psensor91 Psensor9o)/riModule_in_Series)/2 — Psensor9n
Diese Näherung hat sich als ausreichend für die vorliegende Erfindung erwiesen. Hierbei ist der Druckverlust in den Modulen nicht berücksichtigt, der kann aber berechnet werden. Grundsätzlich kann auch der Druck vor und nach jedem einzelnen Modul in der Unfiltratlei tung bestimmt werden und aus diesem Mittelwert abzüglich des Drucks in der entsprechen den Filtratleitung ermittelt werden. Dies bringt jedoch einen erhöhten apparativen Aufwand mit sich. This approximation has proved sufficient for the present invention. The pressure loss in the modules is not taken into account here, but it can be calculated. In principle, the pressure before and after each individual module in the unfiltrate line can also be determined and calculated from this mean value minus the pressure in the corresponding filtrate line. However, this entails an increased outlay in terms of apparatus.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel lässt sich der apparative Aufwand noch weiter reduzieren, indem auf die Drucksensoren generell verzichtet wird. Hierzu ist lediglich ein Sensor zur Bestimmung des Crossflow-Volumenstroms notwendig. Die Druckverluste kön nen dann mit bekannten Gleichungen der Strömungsmechanik ermittelt werden. Auch kön nen absolute Werte von Drücken an notwendigen Messpositionen wie dem Einlauf der Membranmodule, dem Auslauf der Membranmodule und auch an Zwischenpositionen be rechnet werden. Sie lassen sich dabei durch die Summe der Druckverluste bis zu diesen Positionen ermitteln. Lediglich der Druck pvordmck vor dem Crossflow muss dazu noch mittels eines Sensors bekannt sein, um das Ausgangsdruckniveau bestimmen zu können. So ist dann beispielsweise der Druck am Einlauf der Membranmodule die Summe aus dem Vor druck und dem Druckverlust bis zum Einlauf der Membranmodule: According to a further exemplary embodiment, the outlay on equipment can be reduced even further by generally dispensing with the pressure sensors. All that is required for this is a sensor for determining the crossflow volume flow. The pressure losses can then be determined using known fluid mechanics equations. Absolute values of pressures can also be calculated at necessary measurement positions such as the inlet of the membrane modules, the outlet of the membrane modules and also at intermediate positions. They can be determined from the sum of the pressure losses up to these positions. Only the pressure pv ordmck in front of the crossflow needs to be known using a sensor in order to be able to determine the outlet pressure level. For example, the pressure at the inlet of the membrane modules is the sum of the upstream pressure and the pressure loss up to the inlet of the membrane modules:
PPosition Einlauf Membranmodul — Pvordruck ApvMembraneinlauf PPosition membrane module inlet — Padmission pressure Apvmembrane inlet
In analoger Weise lassen sich zudem der Druck am Membranmodulauslauf sowie der Ge samte Druckverlust des Crossflow-Kreislaufes bestimmen, und folglich auch der Druckverlust zwischen Membranmoduleinlauf und Membranmodulauslauf.
Die gesamte Summe des Druckverlustes des gesamten Crossflow-Kreislaufes lässt sich be rechnen als Summe aller Abschnittsdruckverluste der einzelnen Rohrleitungsabschnitte des Crossflow-Kreislaufes und der Summe der Druckverlustbeiwerte aller Einbauten, Bögen und sonstiger Widerstände der Leitung. The pressure at the membrane module outlet and the total pressure loss of the crossflow circuit can also be determined in an analogous manner, and consequently also the pressure loss between the membrane module inlet and the membrane module outlet. The total sum of the pressure loss of the entire crossflow circuit can be calculated as the sum of all section pressure losses of the individual pipeline sections of the crossflow circuit and the sum of the pressure loss coefficients of all installations, bends and other resistances in the line.
Sie stellt die notwendige Druckerhöhung der Crossflow-Pumpe dar: It represents the necessary pressure increase of the crossflow pump:
Des Weiteren ist für diesen Ansatz die Berechnung der Strömungsgeschwindigkeiten an den entsprechenden Positionen der Rohrabschnitte notwendig, welche über die vereinfachte Form der Kontinuitätsgleichung an den entsprechen Positionen ermittelt wird. Furthermore, this approach requires the calculation of the flow velocities at the corresponding positions of the pipe sections, which is determined using the simplified form of the continuity equation at the corresponding positions.
Mit Hilfe der Reynoldszahl wird dabei die Strömungsform bestimmt, die sich in Abhängigkeit von Dichte und dynamischer Viskosität des geförderten Fluids (beispielsweise Bier) und ent sprechender Rohrreibungszahl und repräsentativem Durchmesser der Leitung zu laminar oder turbulent ergibt. With the help of the Reynolds number, the form of flow is determined, which results in laminar or turbulent depending on the density and dynamic viscosity of the pumped fluid (e.g. beer) and the corresponding pipe friction coefficient and representative diameter of the pipe.
In der Literatur finden sich hierfür Gebrauchsformeln die zu guter Korrelation führen. In the literature, there are usage formulas for this that lead to good correlation.
Ferner weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung 7 auf, die nur schematisch dargestellt ist, und in die Messwerte für die gemessenen Druckwerte in den Filtratleitungen 8n und der Un filtratleitung 4 geleitet werden können. Ferner können auch die über die Durchflussmesser 11 n gemessenen Durchflussmengen pro Zeit der Steuerung 7 zugeleitet werden. Die Steue rung 7 kann z.B. sowohl die Regelventile 10i bis 10n als auch beispielsweise die Pumpe 12 ansteuern. So kann die Steuereinrichtung 7 während eines Filtrationszyklus die Stellglieder, das heißt, die Regelventile 10n derart ansteuern, dass der Filtratfluss als Regelgröße dient, wobei als Filtratfluss der Volumenstrom, das heißt, ein bestimmtes Volumen pro Zeit, zum Beispiel in 15 hl/h herangezogen wird. Die Steuereinrichtung 7 kann aber auch als Regel größe den Transmembrandruck über das jeweilige Stellglied 10n regeln, wobei hier über die Sensoren 90, 91 sowie 9n der jeweilige Ist-Wert für den Transmembrandruck für die jeweili gen Module 1n gemessen wird und wie zuvor beschrieben berechnet werden kann. Die Steuereinrichtung 7 kann wie nachfolgend noch näher erläutert wird, für die einzelnen Modu le 1n von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umschalten, insbesondere in Abhängigkeit des für das jeweilige Modul 1n ermittelten Transmembrandrucks. Furthermore, the device has a control device 7, which is shown only schematically, and into which measured values for the measured pressure values in the filtrate lines 8n and the unfiltrate line 4 can be passed. Furthermore, the flow rates measured by the flow meter 11 n per unit of time can also be fed to the controller 7 . The controller 7 can, for example, control both the control valves 10i to 10n and the pump 12, for example. During a filtration cycle, the control device 7 can control the actuators, i.e. the control valves 10n , in such a way that the filtrate flow serves as the controlled variable, with the filtrate flow being the volume flow, i.e. a specific volume per time, for example in 15 hl/h is used. The control device 7 can also regulate the transmembrane pressure via the respective actuator 10n as a control variable, with the respective actual value for the transmembrane pressure for the respective modules 1n being measured here via the sensors 90, 91 and 9n and as described above can be calculated. As will be explained in more detail below, the control device 7 can switch from filtrate flow regulation to transmembrane pressure regulation for the individual modules 1n, in particular as a function of the transmembrane pressure determined for the respective module 1n.
Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel wurde anhand von zwei Modulpaketen 3a, 3b beschrieben. Es können jedoch n Modulpakete vorgesehen sein, die an einer gemeinsamen Unfiltratleitung 4 hängen, insbesondere 1 bis 5, insbesondere 1- 3. Der Vorteil in dieser Ver schaltung liegt darin, dass für die jeweiligen Module, das heißt, die an der gleichen n-ten
Stelle angeordnet sind, jeweils nur ein Stellglied 10, ein Drucksensor 9 und ein Durchfluss messer 11 vorgesehen sein muss, da deren Filtrat in eine gemeinsame Filtratleitung 8 fliest. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst ein Modulpaket 6 Module, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt sein soll. Vorteilhafterweise können zum Beispiel zwei bis 10 Module 1 in einem Modulpaket 3 angeordnet sein und in Reihe in der Unfiltratleitung 4 angeordnet sein. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das dem Ausführungsbeispiel, dass in Figur 1 gezeigt ist, entspricht, mit der Ausnahme, dass hier die Modulanzahl n pro Modul paket n =3 beträgt. The exemplary embodiment shown in FIG. 1 was described using two module packages 3a, 3b. However, n module packages can be provided which are connected to a common unfiltrate line 4, in particular 1 to 5, in particular 1 to 3. The advantage of this connection is that for the respective modules, i.e. those on the same n ten Place are arranged, only one actuator 10, a pressure sensor 9 and a flow meter 11 must be provided, since the filtrate flows into a common filtrate line 8. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a module package comprises 6 modules, although the invention is not intended to be limited thereto. Advantageously, for example, two to 10 modules 1 can be arranged in a module package 3 and arranged in series in the unfiltrate line 4 . FIG. 2 shows an exemplary embodiment which corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, with the exception that here the number of modules n per module package is n=3.
Für die Erfindung sind herkömmliche Membranmodule geeignet, insbesondere Membranmo- dule, bei denen viele Hohlfasermembrane zu einem Membranmodul gebündelt werden. Conventional membrane modules are suitable for the invention, in particular membrane modules in which many hollow-fiber membranes are bundled to form a membrane module.
Als Membranwerkstoff eignet sich insbesondere Keramiken und Kunststoffe, vorteilhafter weise Polyethersulfon. Der mittlere Porendurchmesser betragt z.B. 0,2 pm - 0,8 pm, insbe sondere 0,45 pm. Die filtrierende Oberfläche pro Modul liegt z.B. in einem Bereich von 1 m2 - 50 m2 insbesondere bei 13 m2 je Modul 1. Das Membranbündel wird in ein Druckrohr aus Edelstahl eingehaust, welches zumindest einen Unfiltratzulauf und einen Unfiltratablauf so wie einen Filtratablauf aufweist, derart, dass das Unfiltrat im Crossflow filtriert werden kann.Ceramics and plastics are particularly suitable as diaphragm material, advantageously polyethersulfone. The mean pore diameter is, for example, 0.2 μm-0.8 μm, in particular 0.45 μm. The filtering surface per module is, for example, in a range of 1 m 2 - 50 m 2 , in particular 13 m 2 per module 1. The membrane bundle is housed in a pressure pipe made of stainless steel, which has at least one unfiltrate inlet and one unfiltrate outlet as well as one filtrate outlet, in such a way that the unfiltrate can be filtered in crossflow.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme des in Figur 2 ge zeigten Ausführungsbeispiels mit zwei Modulpaketen ä 3 Modulen 1 näher erläutert, soll je doch nicht darauf beschränkt sein. The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in FIG.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm zeigt den transmembranen Druck in Abhängigkeit der Zeit. Wie man Figur 3 entnehmen kann, starten die Module 1 beim Zeitpunkt to (Anfang Filtrationszyklus) mit der Filtration, wobei Un filtrat über den Unfiltratzulauf 5 und die Pumpe 12 zunächst zu den jeweiligen Modulpaketen 3a, b aufgeteilt wird und die Module 1 des jeweiligen Pakets in Reihe durchströmt und das Unfiltrat im Kreislauf zurück zum Unfiltratzulauf 5 geleitet wird. Dabei wird kontinuierlich der Filtratfluss in den Filtratleitungen 81 , 82, 83 über die Durchflussmesser 111 , 112, 113 gemes sen. Die Steuereinrichtung 7 erfasst die Messwerte und regelt das jeweilige Stellglied, hier das Regelventil 10i, I O2, I O3 auf einen vorbestimmten Volumenstrom, zum Beispiel in einem Bereich von 3 hl/h bis 10 hl/h. Gleichzeitig wird über die Drucksensoren 9i, 92, 93 und die Drucksensoren 91, 90 der transmembrane Druck für die einzelnen Module 1 von der Steuer einrichtung 7 bestimmt. Wie Figur 3 zu entnehmen ist, steigt, da die Module Filtratfluss gere gelt sind, der Transmembrandruck in den einzelnen Modulen kontinuierlich an,
wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Transmembrandruck der Module 1ai, 1a2, sowie 1bi, 1b2 schneller ansteigt als der Transmembrandruck der Module 1a3, 1b3. Figure 3 shows an embodiment according to the present invention. The diagram shows the transmembrane pressure as a function of time. As can be seen from Figure 3, the modules 1 start at time to (beginning of the filtration cycle) with the filtration, with Un filtrate first being divided via the unfiltrate inlet 5 and the pump 12 to the respective module packages 3a, b and the modules 1 of the respective package flows through in series and the unfiltrate is recirculated back to the unfiltrate inlet 5. The filtrate flow in the filtrate lines 81, 82, 83 is measured continuously via the flow meters 11 1 , 11 2 , 11 3 . The control device 7 records the measured values and regulates the respective actuator, here the control valve 10i, I O2 , I O3 , to a predetermined volume flow, for example in a range from 3 hl/h to 10 hl/h. At the same time, the transmembrane pressure for the individual modules 1 is determined by the control device 7 via the pressure sensors 9 1 , 9 2 , 9 3 and the pressure sensors 91 , 90 . As can be seen from Figure 3, since the modules are filtrate flow controlled, the transmembrane pressure in the individual modules increases continuously. in the present exemplary embodiment, the transmembrane pressure of the modules 1ai, 1a 2 and 1bi, 1b 2 increases faster than the transmembrane pressure of the modules 1a 3 , 1b 3 .
Der Durchflusssollwert liegt hier z.B. in einem Bereich von 4 hl/h - 8 hl/h. The flow setpoint is here, for example, in a range of 4 hl/h - 8 hl/h.
Zu einem Zeitpunkt ti (der in der Steuerung vorgegeben sein kann) wird eine Zwischenreini gung eingeleitet. Die Zwischenreinigung wird deswegen zu diesem Zeitpunkt ti eingeleitet, weil somit die Standzeit verlängert werden kann. Hierbei wird beispielsweise die Flussrich tung des Unfiltrats in den Modulen umgekehrt, direkt ohne dass das Unfiltrat z.B. Bier aus geschoben werden muss. Bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen werden zwei derar tige Zwischenreinigungen durchgeführt, es ist aber auch möglich mehrere Zwischenreinigun gen durchzuführen oder keine. At a point in time ti (which can be preset in the controller), an intermediate cleaning is initiated. The intermediate cleaning is therefore initiated at this point in time ti, because the service life can be extended in this way. Here, for example, the flow direction of the unfiltrate in the modules is reversed directly without the unfiltrate, e.g. beer, having to be pushed out. In the exemplary embodiments shown here, two such intermediate cleanings are carried out, but it is also possible to carry out several intermediate cleanings or none at all.
Anschließend startet erneut die Filtration, wobei auch hier wieder der Transmembrandruck der ersten beiden Module schneller ansteigt als der Transmembrandruck des dritten Moduls. Beim Zeitpunkt t2 wird erneut eine Zwischenreinigung durchgeführt. Im Anschluss folgt nach der Zwischenreinigung bei t2 eine weitere Filtration, wo der Transmembrandruck der ersten beiden Module steil ansteigt während der Transmembrandruck des dritten Moduls weniger stark ansteigt. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, erreicht das jeweilige erste Modul 1ai, 1bi zu einem Zeitpunkt t3 als erstes Modul den maximalen Transmembrangrenzwert (siehe Pfeil 1), der so ausgelegt ist, dass das Modul bei der Filtration nicht beschädigt wird und beispiels weise in einem Bereich von 1 ,0 bar - 1 ,5 bar liegt. Normalerweise würde nun dieses Modul die Filtration aller Module beenden oder das Modul würde überbrückt werden. The filtration then starts again, with the transmembrane pressure of the first two modules again increasing faster than the transmembrane pressure of the third module. At time t2, an intermediate cleaning is carried out again. After the intermediate cleaning at t2, another filtration follows, where the transmembrane pressure of the first two modules rises steeply while the transmembrane pressure of the third module rises less sharply. As can be seen in FIG. 3, the respective first module 1ai, 1bi is the first module to reach the maximum transmembrane limit (see arrow 1) at a point in time t 3 , which is designed in such a way that the module is not damaged during filtration, for example is in a range of 1.0 bar - 1.5 bar. Normally this module would now stop the filtration of all modules or the module would be bypassed.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun aber für das jeweilige Modul 1ai, 1bi die Filtrat flussregelung von der Steuereinheit 7 auf Transmembrandruckregelung umgestellt, wobei der Sollwert für die Regelung insbesondere der maximale Transmembrandruck ist. Das Stellglied ist hier das Regelventil 10i. According to the present invention, however, the filtrate flow control for the respective module 1ai, 1bi is switched by the control unit 7 to transmembrane pressure control, with the setpoint for the control being in particular the maximum transmembrane pressure. The actuator here is the control valve 10i .
Das jeweilige zweite Modul 1a2, 1b2 erreicht zu einem Zeitpunkt U als zweites Modul den maximalen Transmembrandruckgrenzwert (siehe Pfeil 2). Statt die Filtration mit diesem Mo dul zu beenden wird von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgestellt, wobei der Sollwert insbesondere dem maximalen Transmembrandruck entspricht. Das Stell glied ist hier wiederrum das Regeventil IO2. The respective second module 1a 2 , 1b 2 reaches the maximum transmembrane pressure limit (see arrow 2) at a point in time U as the second module. Instead of terminating the filtration with this module, the system switches from filtrate flow control to transmembrane pressure control, with the target value corresponding in particular to the maximum transmembrane pressure. The actuator here is the control valve IO2.
Die letzten, hier die dritten Modul(e) 1a3 und 1b3, erreichen erst zu einem Zeitpunkt ts den maximalen Transmembrandruck (siehe Pfeil 3), wobei es dann mehrere Möglichkeiten gibt,
wie weiter verfahren wird. Entweder wird, wenn das letzte Modul den Transmembrangrenz wert erreicht, die Filtration gestoppt und der Filtrationszyklus beendet. Es ist aber auch mög lich, dass, wenn noch Kapazität benötigt wird, alle Module bis zu einem Zeitpunkt te, wie durch Pfeil 4 dargestellt ist, weiter betrieben werden, wobei, wie zuvor beschrieben, bei allen Modulen dann der Transmembrandruck geregelt wird und der Sollwert vorzugsweise der maximale Transmembrandruck ist, da hier die Ausbeute am größten ist. Die vorliegende Er findung ermöglicht nun, dass obwohl, wenn Module eines Pakets bereits den maximalen Transmembrandruck erreicht haben, diese noch bis zum Ende des Filtrationszyklus verwen det werden können, und auch die restlichen Module bis zum Erreichen des maximalen Transmembrandruckgrenzwert betrieben werden, so dass die Ausbeute insgesamt erhöht wird. The last, here the third module(s) 1a 3 and 1b 3, only reach the maximum transmembrane pressure (see arrow 3) at a point in time ts, whereby there are then several possibilities how to proceed. Either, when the last module reaches the transmembrane limit, the filtration stops and the filtration cycle ends. However, it is also possible, please include, that if capacity is still required, all modules continue to be operated up to a point in time te, as shown by arrow 4, with the transmembrane pressure then being regulated in all modules and the Target value is preferably the maximum transmembrane pressure, since the yield is greatest here. The present invention now makes it possible that, although modules of a package have already reached the maximum transmembrane pressure, they can still be used until the end of the filtration cycle, and the remaining modules can also be operated until the maximum transmembrane pressure limit is reached, so that the Yield is increased overall.
Nach Ende des Filtrationszyklus wird die Vorrichtung gereinigt und steht für einen neuen Filtrationszyklus zur Verfügung. After the end of the filtration cycle, the device is cleaned and is available for a new filtration cycle.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, das eben falls auch anhand der Vorrichtung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, erläutert wird. Ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel beginnt die Filtration zum Zeitpunkt to, wobei alle Module nach Filtratfluss geregelt werden. Nach einer Zeit x zum Zeitpunkt ti ergibt sich, dass die Differenz Dr zwischen dem Transmembrandruck des dritten Moduls 1a3, 1b3 und dem ersten Modul 1ai, 1bi größer als ein vorbestimmter Differenzgrenzwert ist. Die Steuereinrichtung 7 kann dies entweder so ermitteln, in dem sie die durch Messung ermittel ten Transmembrandrücke vergleicht, es kann aber auch eine bestimmte Zeit oder filtrierte Menge festgelegt werden, die empirisch ermittelt wurde und bei der sich ein entsprechendes Dr ergibt. Oder es kann auch eine Steigung des Gradienten über die Zeit des Transmemb randrucks den Einsatz festlegen, oder aber es wird ein anderer, der Transmembrandruckdif ferenz entsprechender Wert ermittelt, über den bestimmt wird, dass die Regelung umge schaltet werden muss. Dann wird das dritte Modul 1a3, 1b3 von der Steuereinrichtung 7 auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet. Dabei wird das Modul 1a3, 1b3 auf einen Transmembrandruck geregelt, der größer ist als der Transmembrandruck bei der Umstellung und insbesondere auf den Transmembrandruck des filtratflussgeregelten Moduls 1ai, 1bi mit dem höchsten Transmembrandruck. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel würde dann das dritte Modul auf diesen Transmembrandruck geregelt werden, wie durch die gestri chelte Linie in Figur 4 zu erkennen ist. Vorteilhaft ist, wenn der Sollwert auf den Transmemb randruck des Moduls mit dem höchsten Transmembrandruck umgestellt wird, da dann die ses Modul eine Masterfunktion übernimmt und die Regelung diesem Mastermodul folgt, das
heißt, dass sich der Sollwert der transmembrandruckgeregelten Module mit zunehmendem Transmembrandruck des Mastermoduls anpasst. So ergibt sich das Mastermodul, an der sich eine/alle anderen Module orientieren können. So sind alle Module am Filtrationsende beim maximalen Transmembrandruck gleichzeitig erschöpft. Durch diese Regelung wird der Gesamtfluss bei der Filtration steigen, so dass zeitweise ein höherer Output entsteht. Eine Flussbegrenzung der Membran bei der Umstellung auf Transmembrandruckregelung nach oben ist optional möglich, um eine Schädigung der Membranen zu verhindern, z.B. auf 8 hl/h - 15 hl/h. Es ist möglich, dass der Filtratfluss beim Umschalten auf eine Transmembrand ruckregelung zunächst sukzessiv gesteigert wird was zwar zu einer Regelungsverzögerung führt aber die Membran schont, da der Fluss nicht schlagartig erhöht wird. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment according to the present invention, which is also explained using the device as shown in FIG. As in the previously described embodiment, the filtration begins at time t o , with all modules being controlled according to the filtrate flow. After a time x at time ti, the result is that the difference Dr between the transmembrane pressure of the third module 1a 3 , 1b 3 and the first module 1ai, 1bi is greater than a predetermined difference limit value. The control device 7 can determine this either by comparing the transmembrane pressures determined by measurement, but it can also be set for a specific time or filtered quantity that has been determined empirically and at which a corresponding Dr results. Or an increase in the gradient over time of the transmembrane pressure can determine the onset, or another value corresponding to the transmembrane pressure difference is determined, which is used to determine that the control must be switched over. Then the third module 1a 3 , 1b 3 is switched over by the control device 7 to transmembrane pressure regulation. The module 1a 3 , 1b 3 is regulated to a transmembrane pressure that is greater than the transmembrane pressure during the changeover and in particular to the transmembrane pressure of the filtrate flow-controlled module 1ai, 1bi with the highest transmembrane pressure. In the exemplary embodiment shown here, the third module would then be regulated to this transmembrane pressure, as can be seen from the dashed line in FIG. It is advantageous if the setpoint is switched to the transmembrane pressure of the module with the highest transmembrane pressure, since this module then assumes a master function and the control follows this master module means that the setpoint of the transmembrane pressure-controlled modules adapts with increasing transmembrane pressure of the master module. This results in the master module, which one/all other modules can use as orientation. Thus, all modules at the end of the filtration are exhausted at the same time at the maximum transmembrane pressure. This regulation will increase the total flow during filtration, so that there will be a higher output at times. An upward flow limitation of the membrane when switching to transmembrane pressure control is optionally possible in order to prevent damage to the membranes, eg to 8 hl/h - 15 hl/h. It is possible that the filtrate flow is gradually increased when switching to a transmembrane pressure control, which leads to a control delay but protects the membrane, since the flow is not suddenly increased.
Wie aus Figur 4 hervorgeht, erfolgt zum Zeitpunkt tz eine Zwischenreinigung, wonach die Filtration wiederaufgenommen wird und da Dr größer ist als der Differenzgrenzwert Dr (was in anderen Ausführungsbeispielen nicht sein muss) wird das dritte Modul 1a3, 1 b3 weiter transmembrandruckgeregelt, während die anderen beiden Module 1ai, 1 bi, 1a2, 1 b2 weiter Filtratfluss geregelt werden. Zum Zeitpunkt t4 wird dann wieder eine Zwischenreinigung durchgeführt. Im nächsten Intervall ist nun auch die Transmembrandruckdifferenz zwischen den zweiten und ersten Modulen größer als ein vorbestimmter Differenzwert Dr, so dass dann auch das zweite Modul bzw. die zweiten Module 1a2, 1 b2 dem Mastermodul 1ai, 1bi folgen und wie zuvor beschrieben Transmembrandruck geregelt werden. Dies erfolgt zum Beispiel solange, bis das Mastermodul 1ai den maximalen Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat. Dann erreichen auch die anderen Module aufgrund der Regelung den maxima len Transmembrandruckgrenzwert und sind ebenfalls maximal erschöpft, so dass der Filtra tionszyklus beendet werden kann. As can be seen from Figure 4, an intermediate cleaning takes place at the time tz, after which the filtration is resumed and since Dr is greater than the differential limit value Dr (which does not have to be the case in other exemplary embodiments), the third module 1a 3 , 1 b 3 is further transmembrane pressure-controlled while the other two modules 1ai, 1 bi, 1a 2 , 1 b 2 continue to be regulated for the filtrate flow. Intermediate cleaning is then carried out again at time t 4 . In the next interval, the transmembrane pressure difference between the second and first modules is now also greater than a predetermined differential value Dr, so that the second module or the second modules 1a 2 , 1b 2 then also follow the master module 1ai, 1bi and, as previously described, transmembrane pressure be managed. This takes place, for example, until the master module 1ai has reached the maximum transmembrane pressure limit. Then the other modules also reach the maximum transmembrane pressure limit due to the regulation and are also exhausted to the maximum, so that the filtration cycle can be ended.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, das eben falls anhand der Vorrichtung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, näher erläutert wird. Wie auch bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 4 sind zunächst alle Module nach Filtratfluss geregelt bis nach einer Zeit x der Transmembrandruckunterschied Dr zwischen dem Modul mit dem nied rigsten Transmembrandruck und den jeweiligen Transmembrandrücken der anderen Module größer als ein Differenzwert Dr ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel in Figur 5 ist die Diffe renz Dr zwischen ersten und zweiten Modulen und dem Transmembrandruck der dritten Module größer dem Transmembrandruckgrenzwert Dr. Jetzt wird bei den Modulen 1ai,1bi und 1a2,1 b2 auf eine Transmembrandruckregelung umgestellt, wobei vorzugsweise der Soll wert der Regelung dem Transmembrandruck des Moduls mit dem niedrigsten Transmemb randruck entspricht, hier den dritten Modulen1a3, 1b3. Die dritten Module 1a3, 1b3 regeln wei-
ter den Filtratfluss. Der Sollwert der Transmembrandruckregelung für die ersten und zweiten Module ändert sich dann entsprechend den aktuellen Werten des Transmembrandrucks des Mastermoduls, das heißt, hier der dritten Module 1a3, 1b3. Zum Zeitpunkt ti wird eine Zwi schenreinigung durchgeführt, wonach die Filtration nach der Zwischenreinigung z.B. bei ei nem niedrigeren Transmembrandruck startet als vor der Zwischenreinigung. Die Transmem brandrücke steigen dann während der Filtration wieder. Da auch hier Dr zwischen den drit ten Modulen und den anderen Modulen größer als ein bestimmter Differenzgrenzwert Dr ist, wird weiter entsprechend geregelt, das heißt, dass die dritten Module 1a3, 1b3 weiter Filtrat fluss geregelt werden, während die ersten beiden Module 1ai, 1bi, 1a2, 1b2 weiter Trans membrandruck geregelt werden und mit ihrem Sollwert dem Transmembrandruck der dritten Module folgen. Die Module sind beim Filtrationsende bei maximal erreichten Transmemb randruck auch maximal erschöpft. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wird der Gesamtfluss der Membranfiltration sinken, so dass zeitweise ein niedrigerer Output entsteht. Dafür wird im Umkehrschluss die Filtration deutlich verlängert, das heißt, der Filtrationszyk lus dauert länger, so dass insgesamt eine größere Menge an Filtrat im Filtrationszyklus ge wonnen werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann zunächst mit einem hohen Filt ratfluss begonnen werden, der beim Umstellen auf Transmembrandruckregelung dann suk zessive (vorteilhafterweise nicht schlagartig) durch die Regelung gesenkt werden kann. Ein Überfahren der Membranen der Module durch eine zu hohe Transmembrandruckregelung ist nicht möglich. FIG. 5 shows a further exemplary embodiment according to the present invention, which is also explained in more detail with reference to the device as shown in FIG. As in the exemplary embodiment in FIG. 4, all modules are initially regulated according to the filtrate flow until, after a time x, the transmembrane pressure difference Dr between the module with the lowest transmembrane pressure and the respective transmembrane pressures of the other modules is greater than a differential value Dr. In this exemplary embodiment in FIG. 5, the difference Dr between the first and second modules and the transmembrane pressure of the third modules is greater than the transmembrane pressure limit value Dr. The modules 1ai, 1bi and 1a 2 , 1 b 2 are now switched to a transmembrane pressure control, with the target value of the control preferably corresponding to the transmembrane pressure of the module with the lowest transmemb randruck, here the third modules 1a 3 , 1b 3 . The third modules 1a 3 , 1b 3 further regulate ter the filtrate flow. The target value of the transmembrane pressure control for the first and second modules then changes according to the current values of the transmembrane pressure of the master module, that is to say here the third modules 1a 3 , 1b 3 . At time ti, an intermediate cleaning is carried out, after which the filtration after the intermediate cleaning starts, for example, at a lower transmembrane pressure than before the intermediate cleaning. The transmeme fire pressures then rise again during filtration. Since here too Dr between the third modules and the other modules is greater than a certain differential limit value Dr, regulation continues accordingly, which means that the third modules 1a 3 , 1b 3 continue to be regulated with regard to the filtrate flow, while the first two modules 1ai , 1bi, 1a 2 , 1b 2 can be further controlled by transmembrane pressure and follow the transmembrane pressure of the third module with their set point. The modules are also maximally exhausted at the end of filtration at the maximum transmembrane pressure reached. In this exemplary embodiment according to FIG. 5, the total flow of the membrane filtration will drop, so that a lower output is temporarily produced. Conversely, the filtration is significantly extended, i.e. the filtration cycle lasts longer, so that a larger total amount of filtrate can be obtained in the filtration cycle. In this exemplary embodiment, a high filtrate flow can initially be started, which can then be lowered successively (advantageously not suddenly) by the regulation when switching to transmembrane pressure regulation. It is not possible to overrun the membranes of the modules by controlling the transmembrane pressure too high.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass, wenn die Differenz zwi schen dem Transmembrandruck zweier Module einen bestimmten Differenzwert Dr über steigt auf eine Transmembrandruckregelung, umzuschalten und als Sollwert einen mittleren Transmembrandruck der Filtrat geregelten Module zu verwenden. So kann eine beliebige Anzahl von Modulen bzw. Modulpaaren angepasst werden und der Filtrationszyklus maximal erschöpft werden. Es gibt dann nicht so große Flussschwankungen beim Umschalten der Regelung. According to a further exemplary embodiment, it is possible that when the difference between the transmembrane pressure of two modules exceeds a specific differential value Dr, switch to transmembrane pressure regulation and use a mean transmembrane pressure of the filtrate-regulated modules as the desired value. Any number of modules or module pairs can be adjusted and the filtration cycle can be exhausted to the maximum. There are then not such large flux fluctuations when the control is switched over.
Wesentlich bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, die in Figuren 4 und 5 und zuvor be schrieben wurden ist, dass, wenn der Transmembrandruck der einzelnen Module zu weit auseinanderliegt, also die Transmembrandruckdifferenz größer als ein bestimmter Wert Dr ist, zumindest ein Modul bzw. die Module, die am gleichen Filtratauslass angebunden sind, transmembrandruckgeregelt werden und der Sollwert für die Transmembrandruckregelung derart angepasst wird, dass die Differenz zu den anderen Transmembrandrücken der ande ren Module verkleinert wird. Dies bringt bereits einen Vorteil.
It is essential in the previous exemplary embodiments, which were described in FIGS. 4 and 5 and previously, that if the transmembrane pressure of the individual modules is too far apart, i.e. the transmembrane pressure difference is greater than a certain value Dr, at least one module or the modules which are connected to the same filtrate outlet, are transmembrane pressure controlled and the setpoint for the transmembrane pressure control is adjusted in such a way that the difference to the other transmembrane pressures of the other modules is reduced. This already brings an advantage.
Claims
1. Verfahren zum Filtrieren von Bier mithilfe von mindestens einem Modulpaket (3) mit jeweils mehreren Modulen (1) zur Crossflow-Filtration, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Filtrationszyklus in einem Modulpaket (3) zumindest zeitweise bei zumindest einem Modul (1) der Transmembrandruck geregelt wird und gleichzei tig bei zumindest einem Modul (1) der Filtratfluss geregelt wird. 1. A method for filtering beer using at least one module package (3) each having a plurality of modules (1) for crossflow filtration, characterized in that during a filtration cycle in a module package (3) at least temporarily in at least one module (1) the Transmembrane pressure is regulated and at the same time the filtrate flow is regulated in at least one module (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1) eines Mo dulpakets (3) in Reihe in einer Unfiltratleitung (4) angeordnet sind und Unfiltrat im Kreislauf durch die Module (1) geleitet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the modules (1) of a module package (3) are arranged in series in an unfiltrate line (4) and unfiltrate is circulated through the modules (1).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Modul paket (3) zunächst bei allen Modulen (1) der Filtratfluss geregelt wird und dann bei zumindest einem Modul (1) von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in a module package (3) the filtrate flow is first controlled in all modules (1) and then switched from filtrate flow control to transmembrane pressure control in at least one module (1).
4 Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst bei allen Modulen (1) eines Modulpakets (3) der Filtratfluss geregelt wird, wobei in Abhängigkeit des Transmembrandrucks des jeweiligen Moduls entwe der weiter der Filtratfluss oder der T ransmembrandruck geregelt wird. 4 Method according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the filtrate flow is first regulated in all modules (1) of a module package (3), with either the filtrate flow or the transmembrane pressure being regulated as a function of the transmembrane pressure of the respective module will.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Modul (1) einen Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat, bei diesem Modul (1) von Filtratflussrege lung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet wird. 5. The method as claimed in claim 4, characterized in that when a module (1) has reached a transmembrane pressure limit value, this module (1) is switched over from filtrate flow regulation to transmembrane pressure regulation.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander die Module (1) von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet werden, sobald das jeweilige Modul (1) den Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat.
6. The method according to claim 5, characterized in that the modules (1) are switched over from filtrate flow control to transmembrane pressure control as soon as the respective module (1) has reached the transmembrane pressure limit.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Transmembrand ruckregelung der Sollwert dem Transmembrandruckgrenzwert entspricht und vor zugsweise der Transmembrandruckgrenzwert einem maximalen Transmembran grenzwert entspricht, den das Modul während der gesamten Filtration nicht überstei gen darf. 7. The method according to claim 6, characterized in that in the case of transmembrane pressure control, the target value corresponds to the transmembrane pressure limit and preferably the transmembrane pressure limit corresponds to a maximum transmembrane limit which the module must not exceed during the entire filtration process.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Differenz zwi schen dem Transmembrandruck eines Moduls (1) und dem Transmembrandruck ei nes weiteren Moduls (1), das zur selben Zeit einen höheren oder den höchsten Transmembrandruck im Modulpaket aufweist > einem Differenzwert Dr ist, bei einem der beiden Module von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umge schaltet wird, wobei insbesondere der Sollwert der Transmembranregelung dem Transmembrandruck des Moduls entspricht bei dem der Filtratfluss geregelt wird.8. The method according to claim 4, characterized in that if the difference between the transmembrane pressure of a module (1) and the transmembrane pressure of another module (1) which at the same time has a higher or the highest transmembrane pressure in the module package > a differential value Dr is when one of the two modules switches from filtrate flow control to transmembrane pressure control, with the setpoint of the transmembrane control corresponding in particular to the transmembrane pressure of the module at which the filtrate flow is controlled.
9. Verfahren nach mindestens Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumin dest einem Modul (1) eines Pakets (3) der Transmembrandruck auf einen Sollwert geregelt wird, der größer als sein Transmembrandruck bei der Umstellung auf die Transmembrandruckregelung ist und der insbesondere dem Transmembrandruck des filtratflussgeregeltem Moduls (1) mit dem höchsten Transmembrandruck entspricht. 9. The method according to at least claim 8, characterized in that in at least one module (1) of a package (3) the transmembrane pressure is regulated to a target value which is greater than its transmembrane pressure when switching to transmembrane pressure regulation and which in particular corresponds to the transmembrane pressure of the filtrate flow controlled module (1) with the highest transmembrane pressure.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Mo dul (1) eines Pakets (3) der Transmembrandruck auf einen Sollwert geregelt wird, der kleiner ist als sein Transmembrandruck bei der Umstellung auf Transmembrandruck regelung und insbesondere dem Transmembrandruck des filtratflussgeregeltem Mo duls mit dem niedrigsten Transmembrandruck entspricht. 10. The method according to claim 8, characterized in that in at least one module (1) of a package (3), the transmembrane pressure is regulated to a target value which is lower than its transmembrane pressure when switching to transmembrane pressure regulation and in particular the transmembrane pressure of the filtrate flow-regulated Mo module corresponds to the lowest transmembrane pressure.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des auf Transmembrandruckregelung umgeschalteten Moduls einem Mittelwert der Trans membrandrücke der Filtratfluss geregelten Module entspricht. 11. The method according to claim 8, characterized in that the target value of the module switched to transmembrane pressure control corresponds to a mean value of the transmembrane pressures of the filtrate flow-controlled modules.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Modulpakete (3a, 3b) parallel angeordnet sind und die beiden Modulpakete (3a, 3b) einen gemeinsamen Unfiltratzulauf (5) und einen gemeinsamen Unfiltratablauf 6 aufweisen, wobei, wenn die Modulpakete (3a, 3b) jeweils n Module an n Stellen hintereinander aufweisen, die Module, die an der gleichen n-ten Stelle im jeweiligen Paket (3) angeordnet sind, derart geregelt werden, dass die Regelungen die gleiche Regelgröße aufweisen, insbesondere den gleichen Sollwert.
12. The method according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that at least two module packages (3a, 3b) are arranged in parallel and the two module packages (3a, 3b) have a common unfiltrate inlet (5) and a common unfiltrate outlet 6, wherein , if the module packages (3a, 3b) each have n modules at n positions in a row, the modules that are arranged at the same nth position in the respective package (3) are controlled in such a way that the controls have the same controlled variable, in particular the same target value.
13. Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens mit mindestens einem Modulpaket (3a, 3b) mit jeweils mehreren Modulen (1) zur Crossflow-Filtration, mit ei ner Steuereinrichtung (7), die während eines Filtrationszyklus mindestens ein Modul (1) von einer Filtratflussregelung auf eine Transmembrandruckregelung umstellen kann. 13. Device, in particular for carrying out the method with at least one module package (3a, 3b), each with a plurality of modules (1) for crossflow filtration, with a control device (7) which, during a filtration cycle, controls at least one module (1) from a Filtrate flow control can switch to a transmembrane pressure control.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1) eines Modulpakets (3) in Reihe in einer Unfiltratleitung (4) angeordnet sind und Unfiltrat im Kreislauf durch die Module (1) geleitet wird und Filtrat in einer jeweiligen Filtratleitung14. Device according to claim 13, characterized in that the modules (1) of a module package (3) are arranged in series in a non-filtrate line (4) and non-filtrate is circulated through the modules (1) and filtrate in a respective filtrate line
(8) abgeleitet wird, wobei in der jeweiligen Filtratleitung (8) der Filtratfluss mittels Durchflussmesser (11) gemessen wird und der Transmembrandruck mittels Druck sensoren (9, 90,91) in der Unfiltratleitung (4) und jeweiligen Filtratleitung (8) über wacht wird. (8) is derived, with the filtrate flow being measured in the respective filtrate line (8) by means of a flow meter (11) and the transmembrane pressure being monitored by means of pressure sensors (9, 90,91) in the unfiltrate line (4) and the respective filtrate line (8). will.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied15. The apparatus of claim 13 or 14, characterized in that the actuator
(9) zum Regeln des Filtratflusses oder des Transmembrandrucks ein Regelventil (10) in der Filtratleitung (8) ist. (9) a control valve (10) in the filtrate line (8) for controlling the filtrate flow or the transmembrane pressure.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtrationszyklus mit dem Anfang der Filtration beginnt und endet, nachdem alle Module einen maximalen Transmembrandruckgrenzwert und/oder einen minima len Filtratflussgrenzwert und/oder einen minimalen Gesamtfiltratfluss erreicht haben.
16. The method according to at least one of claims 1-12, characterized in that a filtration cycle begins with the beginning of the filtration and ends after all modules have reached a maximum transmembrane pressure limit and/or a minimum filtrate flow limit and/or a minimum total filtrate flow.
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