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EP4135882A1 - Vorrichtung und verfahren zum filtrieren von bier - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum filtrieren von bier

Info

Publication number
EP4135882A1
EP4135882A1 EP21712487.4A EP21712487A EP4135882A1 EP 4135882 A1 EP4135882 A1 EP 4135882A1 EP 21712487 A EP21712487 A EP 21712487A EP 4135882 A1 EP4135882 A1 EP 4135882A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unfiltrate
membrane filter
buffer tank
line
sediment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21712487.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Knut STELLE
Jörg Zacharias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP4135882A1 publication Critical patent/EP4135882A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/147—Microfiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/11—Post fermentation treatments, e.g. carbonation, or concentration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12H—PASTEURISATION, STERILISATION, PRESERVATION, PURIFICATION, CLARIFICATION OR AGEING OF ALCOHOLIC BEVERAGES; METHODS FOR ALTERING THE ALCOHOL CONTENT OF FERMENTED SOLUTIONS OR ALCOHOLIC BEVERAGES
    • C12H1/00—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages
    • C12H1/02—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material
    • C12H1/06—Precipitation by physical means, e.g. by irradiation, vibrations
    • C12H1/063—Separation by filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/25—Recirculation, recycling or bypass, e.g. recirculation of concentrate into the feed

Definitions

  • the invention relates to a device for filtering beer and a method according to the preambles of claims 1 and 9.
  • the beer is filtered after fermentation / maturation in order to remove yeast and cloud particles from the beer. If the beer has stabilized (e.g. with xerogel or PVPP) before filtration, these substances must also be removed.
  • Membrane filtration of beer has been an increasingly accepted technology for several years.
  • Various materials are used as the membrane, for example hollow plastic fibers or ceramic filter candles with microfiltration pores.
  • the crossflow method is used, in which the unfiltered beer, i.e. the unfiltrate (UF), is circulated through the membrane filter and the filtrate is withdrawn from the membrane filter. The unfiltrate is guided along the membrane, the filtrate exiting perpendicular to it.
  • the unfiltrate side inevitably concentrates on.
  • a membrane filter e.g. comprises several modules, i.e. filter modules.
  • a module is understood to be a housing in which the membrane (s) are arranged and which has an unfiltrate inlet, a filtrate outlet and a concentrate outlet.
  • modules are grouped together to form membrane filter units (ME) that can be operated in parallel.
  • Each membrane filter unit has a return line via which the concentrate from the modules is returned as unfiltrate to the modules for filtration and can be returned to a concentrate collecting line to return the concentrate to the unfiltrate buffer tank.
  • an unfiltrate buffer tank is provided through which the unfiltrate is fed to the membrane filter.
  • the unfiltrate sediments in the unfiltrate buffer tank.
  • the membrane filter concentrates the unfiltrate (and thus the contained particle load), via a concentrate collecting line leading to the unfiltrate buffer tank, part of the unfiltrate can be returned as concentrate to the unfiltrate buffer tank.
  • An unfiltrate buffer tank can have a lateral and a lower outlet opening. From the side outlet of the unfiltrate buffer tank, the unfiltrate has a low particle load / concentration at the beginning of the filtration (which corresponds to the concentration of the beer that is conveyed from the storage cellar).
  • the particles for example yeast, can sediment from the start of the process (the start of the process also includes the filling of the unfiltrate buffer tank) on and in the course of the filtration (duration) in the unfiltrate buffer tank and are deposited in the lower area of the unfiltrate buffer tank.
  • the lower area of the tank thus has an increased particle load / concentration, in particular if the particle load / concentration is increased over time through the membrane filter, because unfiltrate, i.e. concentrate from the membrane filter, is fed back into the unfiltrate buffer tank.
  • the filter either receives a continuously increasing particle load, which means that later filtration cycles start with a higher concentration, or the filter suddenly receives a large particle load when switching from the side to the lower outlet. It is particularly critical if the membrane filter is loaded abruptly via the lower drain. This is also disadvantageous because the trans membrane pressure then increases very sharply.
  • TMD transmembrane pressure
  • a filtration cycle begins when the unfiltrate is fed into the filtration unit and ends, for example, when a maximum transmembrane pressure is reached or after a certain time.
  • a filtration cycle is understood to mean the period of approximately 1 hour to 6 hours.
  • a cycle series is understood to mean several, approximately four to eight filtration cycles.
  • the pure filtration time of a cycle series is about 20 to 30 hours.
  • the membrane can be cleared with a short ("simple", which takes one to two hours, for example), mostly only alkaline treatment (a so-called “regeneration") like that, since a large part of the "membrane fouling" can be removed and it follows the next filtration cycle. If the filtration cycles are too small because the regeneration is no longer sufficient, a long (“intensive”, which takes four to eight hours, for example) cleaning usually takes place with various cleaning agents and cleaning agent additives to eliminate the “membrane fouling”. With this long cleaning, the series of filtration cycles is completed.
  • the present invention is based on the object of providing a device and a method for filtering beer which enable filtration with an adjustable, in particular as constant as possible, particle load of the unfiltrate over several filtration cycles.
  • the device according to the invention has at least one membrane filter, in particular at least one membrane filter unit with several modules for crossflow filtration.
  • a membrane filter can also comprise only one module.
  • the device has an unfiltrate buffer tank, wherein unfiltrate can be circulated through the unfiltrate buffer tank and the at least one membrane filter.
  • the concentrate collecting line is understood to be the line through which the concentrate from the at least one membrane filter is returned to the unfiltrate buffer tank.
  • the unfiltrate buffer tank has a drain at its lower end and an upper, in particular lateral, drain above it.
  • the lower outlet can be arranged, for example, at the lowest point of the unfiltrate buffer tank.
  • the invention is not limited to a lower drain and can also have a further drain (for example a tank outlet, as will be explained in more detail below), the two drains then being able to open into a common line.
  • the term upper flow is to be understood in the sense of at least one upper flow.
  • the overlying drain is arranged in an upper area of the unfiltrate buffer tank and preferably extends from the side wall, ie the frame. It is alternatively also possible that the upper drain is located in a cover or cone and, for example, comprises a pipeline that protrudes into the upper area of the unfiltrate buffer tank in order to draw off unfiltrate with its opening at the corresponding height in the upper area. Such a pipeline can also extend from the frame of the tank into the upper region of the tank in order to draw off unfiltrate there.
  • the upper area is understood here to mean, for example, the upper half of an unfiltrate buffer tank.
  • the upper, in particular, lateral outlet of the unfiltrate buffer tank is connected to at least one membrane filter via an unfiltrate line. Unfiltrate can be conducted to the at least one membrane filter via the unfiltrate line.
  • the unfiltrate buffer tank is, for example, connected to the unfiltrate line with a valve, for example a double seat valve, when open.
  • Sediment can be added to the unfiltrate via the lower outlet of the unfiltrate buffer tank via a metering device. Because the sediment from the lower area of the unfiltrate buffer tank can be added to the unfiltrate withdrawn from an upper area, the particle load, that is, the solids per volume of liquid, can be set in a desired area. If there are several membrane filters, i.e. membrane filter units, they can be started at different times. It is then possible for the membrane filters to have a particle load in the same range regardless of the starting time of the filtration. This particle load can therefore in particular be kept essentially constant, which has a very positive effect on the course of the filtration.
  • the arrangement according to the invention also offers the possibility that degassed water can be added to the sediment at the end of the filtration cycle, i.e. before cleaning, which has the advantage that the highly concentrated content in the lower area of the Unfiltrate buffer tanks can filter even more beer and thus increase system efficiency, or when the sediment is expelled into the gully, beer losses are significantly reduced.
  • water is added to the sediment, it is possible that the wort previously produced in the process in the brewhouse is brewed with a higher original wort (extract content).
  • sediment is understood to mean concentrated unfiltrate which is removed from the lower area of the unfiltrate buffer tank and which in particular has a higher particle load than unfiltrate which is removed via the upper outlet.
  • the lower outlet of the unfiltrate buffer tank is advantageously connected to the unfiltrate line via a first metering line at a metering point D, the metering device being arranged in the metering line.
  • This arrangement is particularly suitable for metering in the sediment during the filtration.
  • the at least one membrane filter unit each has an unfiltrate inlet, a filtrate outlet and a concentrate outlet which opens into a concentrate collecting line.
  • the lower outlet of the unfiltrate buffer tank is connected to the concentrate outlet of the at least one membrane filter unit via a line. Then the sediment in the membrane filter unit can be fed to the unfiltrate or, when pushed out, to the water and filtered.
  • This arrangement is particularly suitable for adding the sediment at the end of a filtration cycle, i.e. shortly before the intermediate cleaning, when the unfiltrate in the membrane filter is expelled with water, for example.
  • the metering device advantageously comprises a pump, in particular a metering pump, which can be controlled and convey a specific volume flow of sediment in the direction of the unfiltered fluid. It is also possible, for example, to provide a pump with a flow meter and / or an additional control valve as the metering device.
  • the device comprises a control via which the amount / time of sediment that is metered into the unfiltrate can be metered in in a regulated manner.
  • a measured value acts as an actual value for the control and is compared with a set target value or, for example, a previously empirically determined amount / time of sediment can be added.
  • the dosed amount / time of sediment can be dosed depending on the following measured values:
  • Transmembrane pressure on at least one of the modules of the membrane filter unit can be carried out in a simple manner by adding a certain percentage of its volume of sediment to the unfiltrate.
  • the device can also have a device for measuring the turbidity or a value proportional thereto.
  • the turbidity can, for example, be measured optically, for example with a transmitted light sensor or scattered light sensor; a 25 ° or 90 ° turbidity measurement is common, and the turbidity can be specified as an EBC unit.
  • the turbidity is proportional to the particle load.
  • other values can also be measured which are proportional to the particle load or turbidity, such as, for example, viscosity, viscoelasticity, conductivity or density.
  • the turbidity can be measured simply and inexpensively.
  • a desired particle load can thus be set and maintained in a simple manner.
  • the device for measuring the turbidity or a proportional value is preferably located between the dosing point D, at which the dosing line opens into the unfiltrate line, and the at least one membrane filter.
  • the particle load can thus be measured in front of the at least one membrane filter.
  • the lower area of the unfiltrate buffer tank is preferably designed in such a way that it tapers conically downwards, for example the opening angle of the cone is between 60 and 70 °.
  • the conical bottom allows the sediment to be drawn off particularly easily.
  • the upper or side drain can preferably be arranged in the upper half of the unfiltrate buffer tank. This upper half ensures that there is no sediment. In any case, the upper drain should be above the conical area.
  • the lower drain can comprise a tank outlet nozzle, in the form of a drain pipe, which protrudes into the unfiltrate buffer tank from below, in such a way that sediment can drain through the drain pipe and / or through an area between the drain pipe and the tank wall of the unfiltrate buffer tank, preferably via valves , in particular control valves, it is possible to set whether sediment is to be diverted from the unfiltrate buffer tank through the drain pipe and / or the area between the drain pipe and the tank wall.
  • the area between the drain pipe and the tank wall can be diverted from the unfiltrate buffer tank separately in a separate line to the membrane filter.
  • two lower outlets can be present, the tank outlet nozzle which protrudes into the unfiltrate buffer tank for the (preferably continuous) dosing into the unfiltrate line during the filtration and the lower outlet for direct feeding into the concentrate outlet of the corresponding Membrane filter.
  • the membrane can block more quickly, so it is advantageous if the sediment can settle in the unfiltrate buffer tank.
  • the tank outlet nozzle can guarantee that sediment with a lower particle load (via the dosing device) is dosed during the filtration (continuously) via the tank outlet nozzle and that sediment with the highest particle load can be dosed at the end of a filter cycle and so can the membrane blocked less quickly during the filtration cycle.
  • unfiltrate in the form of beer is filtered from an unfiltrate buffer tank with at least one membrane filter and unfiltrate is recycled to the unfiltrate buffer tank as concentrate.
  • membrane filters can be operated in parallel, for example, with the concentrate from each membrane filter being fed into a common concentrate collecting line, for example, and then being returned to the unfiltrate buffer tank.
  • Unfiltrate is removed from the unfiltrate buffer tank from an upper, in particular lateral outlet and sediment is removed via an un direct outlet at the lower end of the unfiltrate buffer tank and added to the unfiltrate at least temporarily.
  • the particle load can be set in a defined manner during the entire filtration and can also be kept constant in a certain range.
  • the sediment can in particular be metered in in a regulated manner, with the metered amount / time (i.e., for example, the volume flow) of sediment being able to be regulated as a function of a measured value, in particular as a function of the turbidity or a proportional value of the unfiltrate and / or the sediment and / or as a function of the flow rate, in particular of the unfiltrate and / or the sediment and / or as a function of a transmembrane pressure on at least one of the modules of a membrane filter unit.
  • the metered amount / time i.e., for example, the volume flow
  • turbidity or flow of the unfiltrate or sediment means that the corresponding value of the unfiltrate or sediment is measured in line sections before the dosing and a desired mixing ratio can be determined and set or regulated on this basis, for example the volume flow of the unfiltrate can be determined before the dosing point and the volume flow of the sediment before the dosing point can then be regulated to a desired value - or vice versa.
  • turbidity or flow of the unfiltrate and sediment means that the corresponding value is measured before the dosing point for both sediment and unfiltrate or is also measured in a line section after the dosing point, i.e. at a point where the Sediment has already been added to the unfiltrate. Then, e.g. when measuring the turbidity, the volume flow of the sediment can be adjusted in such a way that an actual value can be regulated to a target value.
  • the setpoint is not constant in the control during a filtration cycle and is selected, for example, so that the particle load is initially moderate at the beginning of a filtration cycle, then increases slightly in the middle of the filtration cycle and towards the end of the Filtration cycle decreases and increases again when the sediment is pushed out of the unfiltrate buffer tank with water.
  • the unfiltrate is concentrated in the unfiltrate buffer tank and can be reduced by adding sediment to the unfiltrate from the unfiltrate buffer tank, which has the function of a sedimentation tank, as already explained, either into the unfiltrate line in front of the at least one membrane filter and / or into the at least one membrane filter, in particular in the concentrate drain of the at least one membrane filter.
  • the sediment is introduced from the lower outlet of the unfiltrate buffer tank into a concentrate outlet of the at least one membrane filter, ie introduced backwards and then introduced into the unfiltrate stream and filtered.
  • the valves in the membrane filter unit are switched in such a way that the concentrate that leaves the individual modules is fed back to the modules as unfiltrate in a return line and is not diverted into the concentrate collecting line and then the sediment and water also as unfilt council can be fed to the individual modules.
  • At least one of several membrane filter units is in a filtration cycle and is filtering unfiltrate from the unfiltrate buffer tank
  • at least one other membrane filter unit can be operated in such a way that water, in particular degassed water, is continuously passed through this membrane filter unit and sediment from the lower drain of the unfiltrate buffer tank and / or yeast beer or gelager beer is introduced into a concentrate drain of the corresponding membrane filter unit and is thus introduced into the water flow and filtered.
  • This alternative operating mode can therefore not only be carried out at the end of a filtration cycle, but also as a continuous filtration process for several hours (for example 1 to 6 hours, i.e. the duration of a filtration cycle) for at least one selected membrane filter unit.
  • the device is operated during a filtration cycle series over a time interval t before the tank is emptied, for example, and the device is cleaned, for example, wherein there are several successive filtration cycles during the time interval t and the particle load (solids per Volume of liquid), in particular the yeast concentration, is set or regulated in filtration cycles in such a way that the maximum particle load does not exceed a limit value and is essentially constant, which means that large fluctuations can be avoided. In other words, if there are several successive filtration cycles, essentially the same particle loads can always be assumed.
  • an additional connection can be provided in the line that leads from the lower outlet of the unfiltrate buffer tank to the concentrate outlet of the respective at least one membrane filter, which is connected in particular to a tank or other system for yeast beer or gelager beer for recovery, wherein the concentrate control valve takes over the dosing function.
  • a connection for water can be provided in such a way that water can be passed through the respective membrane filter in addition to the unfiltrate or as an alternative to the unfiltrate.
  • the unfiltrate can be introduced into the unfiltrate buffer tank via a tangential inlet.
  • upper drain is to be understood in the sense of at least one upper drain through which the unfiltrate can be withdrawn from the upper area of the unfiltrate buffer tank.
  • the present invention also relates to a device for filtering beer with at least one membrane filter, in particular at least one membrane filter unit with several modules, for crossflow filtration.
  • the membrane filter has an unfiltrate line for supplying unfiltrate.
  • the membrane filter is also connected to a filtrate line for discharging the filtrate produced and a return line for the concentrate via which the unfiltrate leaves the crossflow filter and can be recycled.
  • the device has a collecting tank which is connected to the membrane filter via the return line for the concentrate and the unfiltrate line and preferably additionally via the filtrate line. It is advantageous if the collecting tank is also connected to the filtrate line, since then, for example, corresponding mixed phases can be passed from the filter into the collecting tank.
  • this interconnection enables greater process freedom and increases efficiency. It is irrelevant from which point the filtrate line, the return line and the unfiltrate line open into the collection tank.
  • a valve device is also provided which can be switched in such a way that a medium can at least partially or completely be conducted into the collecting tank via the filtrate line and / or the return line for concentrate and / or can be conducted from the collecting tank back to the membrane filter, in particular in the Unfiltratlei device and / or return line for concentrate. It is thus possible to route mixed phases, for example beer and water or backwashing liquid such as a mixture of beer and water, beer or water from the filter into the collection tank, or else concentrate with a high solids content I.
  • the collection tank is advantageously provided in addition to an unfiltrate buffer tank, with unfiltrate preferably being able to circulate through the unfiltrate buffer and the at least one membrane filter, and with the collection tank being connected in particular to the lower outlet of the unfiltrate buffer tank.
  • An additional collection tank in addition to the unfiltrate buffer tank is advantageous because, for example, the unfiltrate or concentrate can circulate via the unfiltrate buffer tank during the filtration and the separate collection tank does not affect the ongoing filtration. Inserts and mixed phases from the collection tank can be fed back into the filtration process at any point in time or added to the unfiltrate that is fed to the membrane filter.
  • the contents of the collection tank can also be returned to the unfiltrate buffer tank.
  • the main advantage of this additional collection tank is that, for example, mixed phases that had to be discarded can now be reused at a later point in time without affecting the ongoing filtration, which would be the case if the corresponding mixed phases were returned to the unfiltrate buffer tank would.
  • the use of two tanks thus enables process optimization.
  • the present invention is explained in more detail with reference to the following figures.
  • FIG. 1 shows, roughly schematically, an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 1a schematically shows a section of FIG. 1 during production.
  • Figure 1b shows schematically a section of Figure 1 at the end of the filtration cycle.
  • FIG. 2 shows schematically a diagram which shows the yeast concentration as a function of the filtration time.
  • FIG. 3 shows schematically an unfiltrate buffer tank with a tank outlet nozzle.
  • FIG. 4 schematically shows an embodiment in which discharges, mixed phases and concentrates are fed to a collecting tank and reused.
  • FIG. 1 shows, roughly schematically, an embodiment according to the present invention.
  • the device 1 comprises an unfiltrate buffer tank 3 which, for example, has a filling volume in a range from 5 hl to 500 hl.
  • the unfiltrate buffer tank 3 is designed in such a way that its lower end tapers conically, in particular at an opening angle ⁇ of 60 to 70 °.
  • a lower outlet 4 At the lower end of the conical area there is a lower outlet 4, which leads into a metering line 12, 16, in particular via a valve, in particular a double seat valve 80.
  • a tank outlet nozzle to be provided, as shown in FIG. 3 and explained in more detail below.
  • the unfiltrate buffer tank 3 has an upper outlet 5, which is arranged above the lower outlet 4.
  • the upper drain 5 is a lateral drain which is arranged, for example, in the frame of the unfiltrate buffer tank 3.
  • the upper outlet 5 is located above the conical area, preferably in the upper half of the unfiltrate buffer tank 3. In this area, a strong concentration of the unfiltrate due to sedimentation is not to be expected.
  • the upper drain 5 can also be designed in such a way that it does not draw off the unfiltrate via the side wall, but rather via a cover or cone the upper half of the tank opens.
  • the unfiltrate buffer tank 3 also has an inlet 20, in particular a lateral inlet, which is also arranged above the lower outlet 4, preferably above the conical area and preferably below the upper outlet 5.
  • the inlet 20 is preferably essentially as a tangential inlet pronounced so that the introduction is tangential or with a tangential directional component.
  • UF unfiltrate
  • QIT measuring instruments
  • the lateral outlet 5 opens via a discharge line 6a into the unfiltrate line 6, which is connected to at least one membrane filter 2a, 2b, 2c, as will be explained in more detail below.
  • a corresponding valve in particular a special double seat valve 22, can be arranged between the discharge line 6a and the unfiltrate line 6.
  • a line 23 also opens out via the valve, for example via valve 22, into the unfiltrate line 6, the line 23 being connectable to the supply line 19 via the line 35 and via a valve 35a and valve 24.
  • the unfiltrate tank 3 can be connected to the lines 35 and 23.
  • the unfiltrate line 6 there can be a pump 24a, via which the unfiltrate can be pumped in the direction of the membrane filter 2a, 2b, 2c.
  • a device for measuring the turbidity 18 or a proportional value, such as, for example, the viscosity or viscoelasticity, conductivity or density, can be arranged in the unfiltrate line 6. The measured values are proportional to the turbidity and particle load.
  • a cooler 26 can optionally also be provided in the unfiltrate line 6.
  • the unfiltrate line 6 opens here via a valve, for example a double seat valve, into the unfiltrate inlet 8a, 8b, 8c of the respective membrane filter unit 2a, 2b, 2c.
  • a valve for example a double seat valve
  • three membrane filters 2a, 2b, 2c are shown, each in the form of a membrane filter unit which comprises several individual filter modules 40, as shown in FIGS. 1a, 1b.
  • the membrane filter units 2a, 2b, 2c are, for example, connected in parallel.
  • each membrane filter unit 2a, 2b, 2c has a filtrate outlet 9a, 9b, 9c which open into a common filtrate line 90 via corresponding valves, for example double seat valves.
  • the respective concentrate outlets 10a, 10b, 10c of the respective membrane filter unit 2a, 2b, 2c are connected to a concentrate collecting line 11 via corresponding valves 25a, 25b, 25c, here double seat valves.
  • the concentrate outlets 10a, 10b, 10c of the respective membrane filter 2a, 2b, 2c are connected in series, for example, with the lines from the respective concentrate outlets 10a, 10b, 10c to the common concentrate collecting line 11 via the corresponding valves 25a, 25b, 25c from each other can be separated.
  • the concentrate drain to be selected from certain membrane filter units 2a, 2b, 2c, for example a membrane filter unit can also be bridged.
  • the membrane filter units 2a, 2b, 2c can be interconnected in such a way that their filtration cycles can begin and end independently of one another. Concentrate can be circulated back to the unfiltrate buffer tank 3 via the concentrate collecting line 11.
  • Each membrane filter unit 2a, 2b, 2c has a return line 89 via which the concentrate from the modules 40 is returned as unfiltrate to the modules for filtration and can also be returned via a concentrate drain 10 of a concentrate collecting line 11 to transfer the concentrate to the unfiltrate buffer tank 3 to lead back as can be seen in Fig. 1a and 1b.
  • a control valve 70 and a flow meter 71 are provided for regulating the derived volume flow of the concentrate or, as will be explained below, for dosing sediment that is backwards into the return line via the concentrate outlet 10 89 is added in order to be filtered, as will be explained in more detail below.
  • the lower outlet 4 of the unfiltrate buffer tank 3 is connected to the unfiltrate line 6 via a metering line 12, 16.
  • the dosing device 7 can be located, which here has a dosing pump 7a with a flow meter 7b, for example, in such a way that the volume flow of the unfiltrate or sediment from the lower outlet 4 of the unfiltrate buffer tank 3 can be regulated.
  • it is only essential that the volume flow of the sediment that is withdrawn via the lower outlet 4 can be adjusted or regulated via the metering device 7, in particular via a control device (not shown) as a function of a measured value.
  • the metered amount / time can be regulated as a function of the measured value of the device 18, that is to say, for example, the turbidity.
  • the metering line 12, 16 opens at the metering point D into the unfiltrate line 6, here via the valve 27, in particular the double seat valve.
  • the valve 27, for example, sediment can also be discharged into a gully via a gully valve or, for example, via the valve 29 into a line 13 which, via a valve, in particular a double seat valve 30, via the line 14 to the concentrate outlet 10 of the respective membrane filter unit 2a , 2b, 2c leads.
  • the line 13 is also connected to the line 12, that is to say the metering line, via a valve 31.
  • sediment can also be fed to the concentrate collecting line 11.
  • sediment can alternatively or in addition to the dosing at dosing point D also be introduced into the concentrate drain 10a, 10b, 10c of the membrane filter units 2a, 2b, 2c into the membrane filter and added there, in particular via the concentrate control valve 70, which is shown here takes over the function of the metering device, as shown in Figure 1 and 1a.
  • a CIP return is designated by 32.
  • FIG. 3 shows a further embodiment according to the present invention wherein the lower drain 4 has a tank outlet nozzle, ie drain pipe 4b, which protrudes into the unfiltrate tank 3 from below, so that sediment can drain through the drain pipe 4b and / or through an area 4c between the Drain pipe 4b and the tank wall of the unfiltrate buffer tank 3, whereby it is preferably possible to set via valves 60a, 60b in the line sections 12a and 12b, in particular control valves, whether sediment flows through the drain pipe 4b and / or the area 4c between the drain pipe 4b and the tank wall of the unfilt ratbuffertank 3 is to be diverted.
  • the line sections 12a and 12b open into the common line 12.
  • the valve arrangement 80 in particular the double seat valve 80, is connected to the area 4c and to the line 23 and line 35.
  • the sediment is preferably withdrawn via the drain pipe 4b when the sediment is added via the dosing point D (because it has a lower particle load than the sediment which is withdrawn in area 4c), while the sediment is preferably withdrawn via area 4c when the sediment is fed directly to the filter module, that is to say via the concentrate drain 10.
  • the area 4c between the drain pipe 4b and the tank wall of the unfiltrate buffer tank 3 can also be diverted separately, for example via the line 13 up to the concentrate drain 10, to the membrane filter units 2a, 2b, 2c, although not shown.
  • Beer is introduced as unfiltrate from a storage cellar 21 via the feed line 19 for filling the unfiltrate buffer tank 3, preferably first via the outlet 4, the valves 35a and 80 being switched in such a way that the beer flows into the line 35 into the unfiltrate buffer tank 3.
  • the valve arrangement 24 and 35a is switched in such a way that the beer does not flow into the line 35, which is connected to the line 23.
  • the unfiltrate buffer tank 3 is only filled via the inlet 20.
  • the unfiltrate can be fed to the Unfiltratlei device 6 via the upper, here lateral drain 5 via the line 6a when the valve arrangement 22 is opened accordingly, and for example via the pump 24a in the direction of the membrane filter 2a, 2b, 2c. be pumped.
  • the turbidity or a correspondingly proportional value can be measured via the optional device 18 and passed on to a controller, not shown.
  • the unfiltrate can also be cooled via the cooler 26.
  • the unfiltrate enters the membrane filter or membrane filter unit 2a, 2b, 2c via the respective unfiltrate inlet 8a, 8b, 8c, which is currently in a filtration cycle, with filtrate being passed through the corresponding filtrate outlet 9 into a common Filtratlei device 90.
  • Concentrate can be fed into the common concentrate collecting line 11 via the concentrate drain 10 with the appropriate switching of the valve 25 of the respective membrane filter unit 2a, 2b, 2c and in the circuit K, for example, via the line 19 when the valve arrangement 92 and 24, in particular the double seat valves, is opened accordingly 92 and 24 and the closed valve arrangement 35a can be returned to the unfiltrate buffer tank 3 via the inlet 20.
  • sediment settles in the lower area of the unfiltrate buffer tank 3.
  • a metering device 7 or here 7a, 7b sets the volume flow of the withdrawn sediment as a function of the turbidity 18 measured by the device 18 or a proportional value.
  • the volume flow is preferably regulated as a function of the corresponding measured value. This means that if the turbidity measured after the dosing point D is still relatively low, a higher amount of sediment can be added than if the turbidity has a correspondingly higher value.
  • the turbidity is measured according to the dose point D. It can thus be effectively prevented that there is a high concentration in the lower region of the unfiltrate buffer tank 3.
  • the particle load in the unfiltrate to be filtered can be kept constant over many filtration cycles.
  • Regulating the volume flow of the sediment as a function of the turbidity 18 is only one possible exemplary embodiment.
  • the metered amount / time of the metered sediment can be regulated as a function of the flow, in particular the unfiltrate (before or after the metering point D) and / or the sediment (in the metering line).
  • transmembrane pressure is measured on at least one module 40 and sent to the controller.
  • the particle load i.e. the solids per volume of the liquid
  • the membrane filters can have a defined particle load regardless of the start of the filtration, which can be kept essentially constant, which has a very positive effect on the filter process.
  • An abruptly large particle load can be prevented, since the particle load in the lower area can be kept low. In this way, a sudden, strong increase in diaphragm pressure (transmembrane pressure) can be prevented.
  • unfiltrate i.e. beer from the storage tank 21
  • unfiltrate i.e. beer from the storage tank 21
  • the unfiltrate is preferably fed in via metering point D.
  • unfiltrate is via the return line 89 the z. B. in series or parallel scarf ended modules 40 for filtration.
  • no sediment is metered in via the concentrate outlet 10.
  • the unfiltrate is pushed out of the membrane filter unit with water, in particular degassed water, as shown for example in FIG. 1b.
  • water, in particular ent gassed water for example via the connection 82, with appropriately opened valves in the membrane filter or membrane filter unit, which z. B requires intermediate cleaning due to reaching the transmembrane pressure limit value.
  • water in particular degassed water
  • the valve arrangement 22 is in particular switched in such a way that no unfiltrate is supplied via the line 6a and the upper outlet 5. Sediment is drawn off via the lower outlet 4 and, as also described above, can be metered into the line 6 via the metering point D.
  • the volume flow of the sediment can also be regulated via the regulation described above as a function of the measured turbidity or the correspondingly proportional value.
  • the setpoint can be set accordingly here.
  • the added amount / time of sediment in particular the volume flow, can be regulated independently of the control parameters previously described in connection with the regulation via the metering point D. It is regulated, for example, according to the measured transmembrane pressure on at least one module 40 of the corresponding membrane filter unit 2a, 2b, 2c. However, it is also possible for the metered amount / time to be empirically determined and set in advance.
  • a connection 81 can also be provided in the line 13, which leads from the lower run 4 to the concentrate run 10 of the respective at least one membrane filter 2a, 2b, 2c, which in particular is connected to a tank or other system for yeast beer or jelly beer connected to recovery.
  • yeast beer can be metered in via the concentrate outlet 10, with the concentrate control valve 70 taking over the metering function.
  • the operating mode shown in FIG. 1b takes place not only at the end of a filtration cycle. While at least one of several membrane filter units 2a, 2b, 2c is in a filtration cycle and is filtering unfiltrate from the unfiltrate tank 3, at least one other membrane filter unit 2a, 2b, 2c can be operated in such a way that water, in particular degassed water, e.g.
  • Connection 82 is passed through this membrane filter unit 2a, 2b, 2c and sediment is introduced via, for example, line 13 from the lower outlet 4 of the unfiltrate buffer tank 3 and / or yeast beer or gelager beer via a connection 81 into a concentrate outlet 10 of the corresponding membrane filter unit 2a, 2b, 2c and is introduced into the water stream and filtered.
  • This alternative operating mode can therefore not only be carried out at the end of a filtration cycle, but can also be carried out as a continuous filtration process for several hours (e.g. 1 to 6 hours, i.e. the duration of a filtration cycle) for at least one selected membrane filter unit.
  • the membrane filter unit 2a can be operated in accordance with the alternative operating mode, while, for example, in the case of the membrane filter units 2b and 2c, the filtration process runs as shown in FIG. 1a.
  • Figure 2 shows the yeast cell count (10 6 yeast cells / ml) of the unfiltrate that is fed to the at least one membrane filter 2a, 2b, 2c, depending on the filtration time (hours), ie operating time of the membrane filter without cleaning time.
  • the hatched values show the yeast cell number as a function of time according to the present invention.
  • the yeast cell count can be kept essentially constant over time, i.e. during several successive filtration cycles, since the yeast load can be controlled in that sediment from the lower area of the unfiltered buffer tank 3 can be metered into the unfiltrate in a targeted manner.
  • a filtration cycle takes about 6 hours, for example.
  • the filtration cycle begins either with the expulsion of water with beer or, if the filter is under a gas atmosphere, with the filling with beer and usually ends when the maximum or a certain transmembrane pressure is reached or when no more beer is filtered who should and the pushing out of the beer.
  • the dotted values show, for example, the course of the yeast cell number according to the prior art.
  • the unfiltrate slowly concentrates here.
  • the bare values also show a method according to the state of the art in which the unfiltrate buffer tank 3 is emptied from below after a first filtration cycle, which likewise leads to a significant increase in the number of yeast cells.
  • the first low value of, for example, 2 to 5x10 6 yeast cells per ml at the beginning of the filtration cycle results from the fact that unfiltrate is first removed from the upper outlet and there is a control delay until the yeast cell count, ie solid load, by metering in sediment, here for example to 15x10 6 yeast cells per ml.
  • the device 1 can be operated over a time interval t before the tank, for example, is emptied and the device is, for example, cleaned, for example the membrane filter unit (s) is or are backwashed, during which Time interval the particle load, in particular yeast concentration, is set.
  • the present invention thus enables a filtration with a regulated addition of the sediment from the unfiltrate buffer tank depending on the membrane filter status of a respective membrane filter (e.g. filtration, end of the filtration cycle, filtration of yeast beer and yeast beer).
  • a respective membrane filter e.g. filtration, end of the filtration cycle, filtration of yeast beer and yeast beer.
  • the pumps used can be frequency-controlled.
  • This unfiltrate buffer tank which functions as a sedimentation tank with a dosing device for sediment, can also be used, for example, for precoat filtration for beer. It can also be useful for precoat filtration if the filter inlet has a defined particle load. With precoat filtration, no concentrate is returned, but sedimentation takes place here as a result of the continuous feeding of unfiltrate from the storage cellar with different particle loads (e.g. by changing the storage tank) into the unfiltrate buffer tank, especially if filter aids or stabilizers have been used beforehand.
  • FIG. 4 Another possibility of increasing the yield in the production of beer is shown in FIG. 4.
  • a mixed phase consisting of water and beer results.
  • Any mixed phases produced can be collected in a collecting tank 55 (a so-called reworktank), especially when it comes to beers which have been produced using the high gravity method (a wort with a high original wort (extract content) is brewed in the brewhouse).
  • a collecting tank 55 a so-called reworktank
  • beer can also be used for backwashing.
  • Concentrate that, for example, should no longer be circulated at the end of the filtration can also be fed to the collecting tank 55. This can also be necessary in particular if the concentrate collecting line 11 is not used or not available and the concentrate is merely returned to the membrane filter 2 as unfiltrate to the modules 40 for filtration via a return line 89.
  • these discharges are either thrown away in the sewage system (gully) or they are collected in pre / post tanks or in residual beer tanks and recycled in some other way. For the filtration process, this represents a loss of unfiltrate every time. This is particularly true when it comes to beers that have a high solids load and therefore require frequent expulsions.
  • the beer losses can be reduced to a minimum.
  • Mixed phases can, for example, be conducted from the filtrate line 90 to the line 42 and thus to the collecting tank 55 via a connecting line 41a. Even if not shown in FIG. 4, the line 41a can also connect the filtrate outlet 90 to the line 42. Via a connecting line 41b, concentrate can, for example, be conducted from the return line 89 to the line 42 and thus to the collecting tank 55. Via a connecting line 41c, concentrate can, for example, be led from the concentrate collecting line 11 to the line 42 and thus to the collecting tank 55.
  • the mixed phase that occurs during the backwashing of the membrane filter 2a, 2b, 2c can be fed into the tank via the line 89 and line 41b 55 are directed.
  • a mixed phase and / or concentrate from another production step of the beer production can be conducted through the line 42 and thus to the collecting tank 55 via a connecting line 41 d or connection 41 d.
  • mixed phases and / or concentrate can also be fed via appropriate lines into the unfiltrate buffer tank, which then serves as a collection tank.
  • the collecting tank 55 is preferably a separate collecting tank which is present in addition to the unfiltrate buffer tank 3. The advantage of a separate collection tank is that the ongoing filtration is initially not influenced, and the collected amount can then be returned in a targeted manner. This is particularly advantageous if, as already mentioned above, a targeted dosage of the mixed phase resulting from the backwashing (i.e.
  • the collection tank 55 into the unfiltrate flow, i.e., for example, into the unfiltrate line 6, 8, 10 or the return line 89 is to take place.
  • This enables, for example, a certain amount, for example only 510% proportional dosage of the collected amount.
  • this collected amount has a high concentration of solids, the renewed stress on the membrane can be controlled in a targeted manner. Ie with the help of the collected amount, the time, amount, concentration and duration of the return can be influenced in a targeted manner.
  • the solids load of the contents of the unfiltrate buffer tank 3 can be controlled in a targeted manner at any point in time.
  • the lower region of the collecting tank 55 is preferably designed in such a way that it tapers conically downwards, for example the opening angle of the cone is between 60 and 70 °, so that the collecting tank 55 also serves as a sedimentation tank.
  • the conical bottom allows the sediment to be drawn off particularly easily. In this case, the removal of the sediment is primarily used to separate the no longer usable solids which, for example, are passed into the gully.
  • the collecting tank 55 can have a lower inlet 44 and an inlet 43 located above it, preferably above the conical section of the collecting tank 55. Even if not shown, the collecting tank 55 can also have only one inlet, or several inlets arranged differently in height. The inlet or the inlets can also be used as drain (s).
  • the inlet 44 close to the bottom can also be used as an outlet. Via the outlets 44, 45, 46, 47, the medium is fed to the line 48 and thus to a further use.
  • the collecting tank 55 can also have only one drain or only two drains or more than four drains at different heights.
  • the feed line 42 to the collecting tank 55 there can be a separator (not shown) which separates the liquid from the solids contained therein.
  • the concentrate is removed from the filtration process and fed to a gully or other recycling (e.g. used yeast recycling, animal feed).
  • the liquid phase is fed back into the process via the collecting tank 55.
  • the optional separator 51 can, however, also be located in the line 48 which leads away from the collecting tank 55; the separator is preferably located in the line 48 in such a way that that in a circulation line with which the contents of the collecting tank 55 can be circulated via the outlets / inlets 43, 44, 45, 46, 47. If the collecting tank 55 is the unfiltrate buffer tank 3, then an optional separator 51 can also be arranged in the concentrate collecting line 11.
  • a separator another suitable separation device can also be present, such as, for example, a decanter or similar suitable systems.
  • the contents of the collection tank 55 can be fed to the membrane filter 2a, 2b, 2c via appropriate lines at certain times of the filtration process, for example if a certain turbidity value or a proportional value in the unfiltrate that is sent to the membrane filter is fed to the membrane filter 2a , 2b, 2c can be dosed as long as the content from the collecting tank 55 until a certain / maximum turbidity value or a proportional value in the unfiltrate to the membrane filter 2a, 2b, 2c is reached. It is also possible to continuously supply the contents of the collection tank 55 to the filtration process.
  • 5% to 10% content from the collecting tank 55 can be metered into the unfiltrate (5% means that 95 hl unfiltrate is added to 5 hl tank content from the collecting tank).
  • the contents of the collection tank 55 are fed to the membrane filter 2 towards the end of the filtration process. It is also conceivable that the contents of the collecting tank 55 are fed to the wort kettle or some other utilization (for example a waste yeast tank, a leftover beer tank, a separator, sedicanter or decanter.
  • the preferred use of the contents of the collecting tank 55 is the supply during or against End of the filtration process to the membrane filter 2a, 2b, 2c.
  • the addition can take place in any line that leads to the membrane filter 2 or, if the collecting tank 55 is a separate tank, it can also be fed to the unfiltrate buffer tank 3.
  • the medium Via the line 48 and 49 and the connecting line 50a, medium can be fed from the collecting tank 55 via the inlet 20 to the unfiltrate buffer tank 3. Even if not shown, the medium can also be fed to the unfiltered buffer tank 3 via the lower outlet 4.
  • the lines 48 and 49 as well as the connecting line 50b medium from the collecting tank 55 of the metering line 12, or via the connecting line iteration 50c of the line 13 are fed.
  • the medium can be fed from the collecting tank 55 via the lines 48 and 49 to the membrane filter 2a, 2b, 2c via one of the lines 14, 23, 35 or unfiltrate line 6 (before or after the dosing point D). Even if not shown in FIG. 4, the medium can be supplied with the metering device 7 or 70. Even if not shown in FIG.
  • the sediment can be fed from the unfiltrate buffer tank 3, for example via the connecting line 50b and the lines 49 and 48 via the inlet 43, to the collection tank 55, so that the unfiltrate puff fertank 3 cleaned and / or with unfiltrate which differs from the unfiltrate in the unfiltrate buffer tank 3 (for example unfiltrate of a different type of beer can be filled).
  • the unfiltrate buffer tank 3 has been refilled (for example before a filtration cycle or a change of beer type) with an unfiltrate from the storage cellar 21 with a low yeast cell count, the solids quantity / yeast cell count, i.e.
  • the load on the membrane 40 is to be started later should be successively increased through increased solids load.
  • the membranes 40 of the membrane filter 2a, 2b, 2c are not exposed to too high a particle load and are thereby protected. Since the discharges and concentrates are collected and reused, the membrane filters 2a, 2b, 2c can be rinsed at an earlier point in time, when the particle load is not that high, from an economic point of view. Thus, although the membrane filter 2a, 2b, 2c is backwashed more frequently, for example with water, the membranes 40 are protected by the lower particle load.
  • the inlets and outlets can also be located inside the tank at different height levels of the collecting tank 55. It can be a concentrically arranged pipe inserted from below into the collecting tank 55, with a first central opening arranged at the lower end of the collecting tank 55. Furthermore, the second inflow or outflow can comprise a second pipe and the third inflow or outflow can comprise a third pipe, the second and third pipes preferably extending at least in sections within the collecting tank 55. The second and third tubes can be arranged one inside the other, preferably concentrically.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c), insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit mit mehreren Modulen, zur Crossflow Filtration und einem Unfiltratpuffertank (3), wobei Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank und den mindestens einen Membranfilter im Kreislauf geführt werden kann, der Unfiltratpuffertank an seinem unteren Ende einen unteren Ablauf (4) und einen darüber liegenden oberen, insbesondere seitlichen Ablauf (5) aufweist, wobei der obere, insbesondere seitliche Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine Unfiltratleitung mit dem mindestens einen Membranfilter verbunden ist, über die Unfiltrat zu dem mindestens einem Membranfilter geleitet werden kann dadurch gekennzeichnet, dass vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine Dosiereinrichtung (7) dem Unfiltrat Sediment zudosiert werden kann.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Filtrieren von Bier
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren von Bier sowie ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
Bei der Herstellung von Bier wird nach der Gärung/Reifung das Bier filtriert, um Hefe und Trü bungspartikel aus dem Bier zu entfernen. Falls vor der Filtration eine Stabilisierung des Bieres (z. B. mitXerogel oder PVPP) stattgefunden hat, so müssen auch diese Stoffe entfernt werden. Die Membranfiltration von Bier ist seit einigen Jahren eine zunehmend akzeptierte Technolo gie. Als Membran kommen verschiedene Werkstoffe zum Einsatz, beispielsweise Kunststoff hohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen. Dabei kommt insbesondere die Crossflow-Methode zum Einsatz, bei der das unfiltrierte Bier, das heißt das Unfiltrat (UF), im Kreislauf durch den Membranfilter geleitet wird und das Filtrat aus dem Membranfilter ab gezogen wird. Das Unfiltrat wird dabei entlang der Membran geführt, wobei das Filtrat senk recht dazu austritt. Dabei konzentriert sich die Unfiltratseite (Retentatseite) zwangsläufig auf. Das heißt, dass die Hefekonzentration, sowie die Konzentration der übrigen rückgehaltenen Bestandteile (Mischungen aus verschiedenen Proteinen, Bitterstoffen und Polysacchariden, sowie gegebenenfalls Stabilisierungsmitteln, etc.), mit der Zeit im Unfiltratkreislauf, das heißt, im Konzentrat ansteigt. Ein Membranfilter umfasst z.B. mehrere Module, d.h. Filtermodule. Unter Modul versteht man ein Gehäuse, in dem die Membran(en) angeordnet sind, und das einen Unfiltratzulauf, einen Filtratablauf sowie einen Konzentratablauf aufweist. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass mehrere Module zu Membranfiltereinheiten (ME) zusam mengefasst sind, die parallel betrieben werden können. Jede Membranfiltereinheit weist dabei eine Rücklaufleitung auf, über die das Konzentrat der Module als Unfiltrat erneut den Modulen zur Filtration rückgeführt wird und einer Konzentratsammelleitung rückgeführt werden kann um das Konzentrat in den Unfiltratpuffertank zurück zu leiten.
In dem zuvor genannten Kreislauf ist ein Unfiltratpuffertank vorgesehen, über den dem Memb ranfilter das Unfiltrat zugeführt wird. Das Unfiltrat sedimentiert im Unfiltratpuffertank. Wie zuvor erklärt, konzentriert der Membranfilter das Unfiltrat (und damit die enthaltene Partikelfracht) auf, über eine zum Unfiltratpuffertank führende Konzentratsammelleitung kann ein Teil des Unfiltrats, als Konzentrat, dem Unfiltratpuffertank zurückgeführt werden. Ein Unfiltratpuffertank kann eine seitliche und eine untere Auslauföffnung aufweisen. Aus dem seitlichen Ablauf des Unfiltratpuffertanks hat das Unfiltrat zu Beginn der Filtration eine geringe Partikelfracht/Kon zentration (die der Konzentration des Bieres, das vom Lagerkeller gefördert wird, entspricht). Die Partikel, zum Beispiel Hefe, können von Prozessbeginn (der Prozessbeginn umfasst auch die Befüllung des Unfiltratpuffertanks) an und im Laufe der Filtrations(dauer) im Unfiltratpuf fertank sedimentieren und lagern sich im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks ab. Somit weist der untere Bereich des Tanks eine erhöhte Partikelfracht/Konzentration auf, insbeson dere wenn die Partikelfracht/Konzentration im Laufe der Zeit durch den Membranfilter erhöht wird, weil Unfiltrat, das heißt Konzentrat des Membranfilters zurück in den Unfiltratpuffertank geleitet wird. Somit bekommt der Filter entweder eine kontinuierlich größer werdende Partikel fracht, was bedeutet, dass spätere Filtrationszyklen mit einer höheren Konzentration starten oder die Filter erhalten eine schlagartig große Partikelfracht, wenn vom seitlichen zum unteren Auslauf gewechselt wird. Es ist insbesondere kritisch, wenn der Membranfilter abrupt über den unteren Ablauf beschickt wird. Entsprechendes ist auch deshalb nachteilig, da sich der Trans membrandruck dann sehr stark erhöht.
Bei Überschreiten eines bestimmten / maximalen Transmembrandruckes (TMD) muss die Filt ration einer Membranfiltereinheit, die mehrere Module zur Crossflow Filtration aufweist, durch Produktionsmaßnahmen (Maßnahmen sind zum Beispiel ein Rückspülen mit Bier bzw. Was ser oder eine Reduzierung des Filtrationsflusses) unterbrochen oder durch eine Reinigung beendet werden. Zum einen darf ein bestimmter TMD (Transmembrandruck) nicht überschrit ten werden, da ansonsten die Membrane Schaden nehmen kann und zum anderen die Filtra tionsleistung mit zunehmenden TMD sinkt.
Ein Filtrationszyklus beginnt mit dem Zuleiten des Unfiltrats in die Filtrationseinheit und endet z.B. bei Erreichen eines maximalen Transmembrandrucks oder nach einer bestimmten Zeit. Unter einem Filtrationszyklus versteht man in dieser Anmeldung den Zeitraum von etwa 1 Stunde bis 6 Stunden.
Unter einer Zyklusreihe versteht man mehrere, ungefähr vier bis acht Filtrationszyklen. Die reine Filtrationsdauer einer Zyklusreihe beträgt etwa 20 bis 30 Stunden.
Ein Filtrationszyklus ist zum Beispiel beendet, wenn der maximale Transmembrandruck auf grund des „Membran Foulings“ (= Verblockung der Membran durch Unfiltratbestandteile) er reicht ist. Die Membrane kann durch eine kurze („einfache“, welche beispielhaft eine bis zwei Stunden dauert), meist lediglich alkalische Behandlung (eine sogenannte „Regeneration“) wie der geklärt werden, da ein Großteil des „Membran Foulings“ abgetragen werden kann und es folgt der nächste Filtrationszyklus. Werden die Filtrationszyklen zu klein, da die Regeneration nicht mehr ausreichend ist, muss eine lange („intensive“, welche beispielsweise vier bis acht Stunden dauert) Reinigung meist mit verschiedenen Reinigungsmitteln und Reinigungsmittelzusätzen erfolgen, oft erfolgt die alkalische Reinigung dann bei erhöhten Temperaturen, um das „Membran Fouling“ zu besei tigen. Mit dieser langen Reinigung ist die Filtrationszyklusreihe beendet.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtrieren von Bier bereitzustellen, die eine Filtration mit einstellbarer, insbesondere möglichst konstanter Partikelfracht des Unfiltrats über mehrere Filtrationszyklen ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ansprüche 1 und 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen Membranfilter, insbesondere min destens eine Membranfiltereinheit mit mehreren Modulen zur Crossflow Filtration auf. Ein Membranfilter kann aber auch nur ein Modul umfassen. Ferner weist die Vorrichtung einen Unfiltratpuffertank auf, wobei Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank und den mindestens einen Membranfilter im Kreislauf geführt werden kann. Unter Konzentratsammelleitung versteht man die Leitung, über die Konzentrat aus dem mindestens einen Membranfilter zum Unfiltratpuf fertank rückgeleitet wird.
Der Unfiltratpuffertank weist an seinem unteren Ende einen Ablauf auf, sowie einen darüber liegenden oberen, insbesondere seitlichen Ablauf. Der untere Ablauf kann beispielsweise am untersten Punkt des Unfiltratpuffertanks angeordnet sein. Die Erfindung ist nicht auf einen un teren Ablauf beschränkt und kann auch einen weiteren Ablauf (zum Beispiel einen Tankaus laufstutzen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird) aufweisen, wobei die beiden Abläufe dann in eine gemeinsame Leitung münden können. Der Ausdruck oberer Ablauf ist im Sinne von mindestens einem oberen Ablauf zu verstehen.
Der darüber liegende Ablauf ist in einem oberen Bereich des Unfiltratpuffertanks angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise von der Seitenwandung, d.h. Zarge aus. Dabei ist es alternativ auch möglich, dass sich der obere Ablauf in einem Deckel oder Konus befindet und beispiels weise eine Rohrleitung umfasst, die in den oberen Bereich des Unfiltratpuffertanks ragt, um mit seiner Öffnung an der entsprechenden Höhe im oberen Bereich Unfiltrat abzuziehen. Eine solche Rohrleitung kann sich auch von der Zarge des Tanks aus in den oberen Bereich des Tanks erstrecken, um dort Unfiltrat abzuziehen. Unter oberen Bereich versteht man hier beispielsweise die obere Hälfte eines Unfiltratpuf fertanks. Der obere, insbesondere, seitliche Ablauf des Unfiltratpuffertanks ist über eine Un filtratleitung mit mindestens einem Membranfilter verbunden. Über die Unfiltratleitung kann Unfiltrat zu dem mindestens einem Membranfilter geleitet werden. Der Unfiltratpuffertank ist zum Beispiel mit einem Ventil, z.B. Doppelsitzventil, wenn geöffnet, mit der Unfiltratleitung verbunden.
Sediment kann über den unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine Dosiereinrichtung dem Unfiltrat zudosiert werden. Dadurch, dass das Sediment aus dem unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks dem aus einem oberen Bereich abgezogenen Unfiltrat zudosiert werden kann, kann die Partikelfracht, das heißt, der Feststoff pro Volumen Flüssigkeit in einem ge wünschten Bereich eingestellt werden. Gibt es mehrere Membranfilter, d.h. Membranfilterein heiten, können diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten gestartet werden. Dann ist es möglich, dass die Membranfilter unabhängig vom Startzeitpunkt der Filtration eine Partikelfracht in ei nem gleichen Bereich aufweisen können. Diese Partikelfracht kann also insbesondere im We sentlichen konstant gehalten werden, was sich sehr positiv auf den Filtrationsverlauf auswirkt. Es kann verhindert werden, dass sich im Laufe der Filtrationszeit größer werdende Mengen von Sediment im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks ansammeln. Z.B. kann auch beim Entleeren des Unfiltratpuffertanks eine schlagartig große Partikelfracht zum Filter hin verhin dert werden, da die Möglichkeit besteht, dass die Partikelfracht vor dem Entleeren des Unfilt ratpuffertanks, das heißt vor dem Wechsel vom seitlichen zum unteren Ablauf, reduziert wer den kann. Die vorherige Reduzierung der Partikelfracht erfolgt durch Dosage von Sediment während der Filtration. Somit kann eine plötzliche starke Transmembrandruckerhöhung ver hindert werden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung besteht auch die Möglichkeit, dass am Ende des Filtrationszyklus, das heißt, also vor dem Reinigen, dem Sediment entgastem Wasser zudo siert werden kann, was den Vorteil mit sich bringt, dass man aus dem stark aufkonzentrierten Inhalt im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks noch mehr Bier filtrieren kann und somit die Anlageneffizienz erhöht, bzw. bei Ausschub des Sediments in den Gully, die Bierverluste we sentlich reduziert. Wenn dem Sediment Wasser zugeführt wird, dann ist es möglich, dass die im Prozess zuvor im Sudhaus hergestellte Würze mit einer höheren Stammwürze (Extraktge halt) gebraut wird. Unter Sediment versteht man in dieser Anmeldung aufkonzentriertes Unfiltrat, das dem unte ren Bereich des Unfiltratpuffertanks entnommen wird und das insbesondere eine höhere Par tikelfracht hat als ein Unfiltrat, welches über den oberen Ablauf entnommen wird.
Vorteilhafterweise ist der untere Ablauf des Unfiltratpuffertanks über eine erste Dosierleitung an einem Dosagepunkt D mit der Unfiltratleitung verbunden, wobei die Dosiereinrichtung in der Dosierleitung angeordnet ist. Diese Anordnung eignet sich besonders gut zum Zudosieren des Sediments während der Filtration.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine Memb ranfiltereinheit jeweils einen Unfiltratzulauf, einen Filtratablauf und einen Konzentratablauf, der in eine Konzentratsammelleitung mündet, auf. Der untere Ablauf des Unfiltratpuffertanks ist über eine Leitung mit dem Konzentratablauf der jeweils mindestens einer Membranfiltereinheit verbunden. Dann kann das Sediment in der Membranfiltereinheit dem Unfiltrat bzw. beim Aus schieben dem Wasser zugeführt und filtriert werden. Diese Anordnung eignet sich besonders gut zum Zudosieren des Sediments am Ende eines Filtrationszyklus, d.h. also kurz vor der Zwischenreinigung, wenn das Unfiltrat im Membranfilter zum Beispiel mit Wasser ausgescho ben wird.
Vorteilhafterweise umfasst die Dosiereinrichtung eine Pumpe, insbesondere Dosierpumpe, die angesteuert werden kann und einem bestimmten Volumenstrom an Sediment in Richtung Un filtratleitung zu fördern. Es ist auch möglich, zum Beispiel als Dosiereinrichtung eine Pumpe mit einem Durchflussmesser und/oder ein zusätzliches Regelventil vorzusehen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, über die, die dem Unfiltrat zudosierte Menge/Zeit an Sediment geregelt zudosiert werden kann. Dabei fungiert zum Beispiel ein Messwert als Istwert für die Regelung und wird mit einem eingestellten Sollwert verglichen oder aber es kann zum Beispiel eine vorab empirisch be stimmte Menge/Zeit an Sediment zudosiert werden.
Dabei kann die zudosierte Menge/Zeit an Sediment in Abhängigkeit folgender Messwerte zu dosiert werden:
Trübung und/oder eines dazu proportionalen Wertes des Unfiltrats und/oder des Sediments, Durchfluss, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments,
Transmembrandruck an mindestens einem der Module der Membranfiltereinheit. Zum Beispiel kann in einfacher Art und Weise eine durchflussabhängige Dosage erfolgen, indem man dem Unfiltrat einen bestimmten Prozentsatz seines Volumens Sediment zudosiert.
Die Vorrichtung kann weiter eine Einrichtung zum Messen der Trübung oder eines dazu pro portionalen Werts aufweisen. Die Trübung kann beispielsweise optisch gemessen werden, beispielhaft mit einem Durchlichtsensor oder Streulichtsensor, gebräuchlich ist eine 25° oder 90° Trübungsmessung, die Angabe der Trübung kann als EBC-Einheit erfolgen. Die Trübung ist proportional zur Partikelfracht. Es können aber auch andere Werte gemessen werden, die proportional zur Partikelfracht bzw. Trübung sind, wie zum Beispiel die Viskosität, Viskoelasti- zität, Leitfähigkeit oder Dichte. Die Messung der Trübung ist jedoch einfach und kostengünstig zu bewerkstelligen.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine gewünschte Partikelfracht eingestellt und gehalten werden.
Die Einrichtung zum Messen der Trübung oder eines proportionalen Werts liegt vorzugweise zwischen dem Dosagepunkt D, an dem die Dosierleitung in die Unfiltratleitung mündet und dem mindestens einen Membranfilter. Somit kann die Partikelfracht vor dem mindestens ei nem Membranfilter gemessen werden.
Der untere Bereich des Unfiltratpuffertanks ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er ko nisch nach unten hin zuläuft, zum Beispiel der Öffnungswinkel des Konus zwischen 60 und 70° beträgt. Der konische Boden erlaubt ein besonders einfaches Abziehen des Sediments. Vorzugsweise kann der obere bzw. seitliche Ablauf in der oberen Hälfte des Unfiltratpuf fertanks angeordnet sein. In dieser oberen Hälfte ist sichergestellt, dass sich kein Sediment befindet. Auf jeden Fall sollte sich der obere Ablauf oberhalb des konischen Bereichs befinden.
Der untere Ablauf kann einen Tankauslaufstutzen umfassen, in Form eines Ablaufrohrs, das in den Unfiltratpuffertank von unten hineinragt, derart, dass Sediment durch das Ablaufrohr ablaufen kann und/oder durch einem Bereich zwischen dem Ablaufrohr und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank, wobei vorzugsweise über Ventile, insbesondere Regelventile ein stellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr und/oder den Bereich zwischen dem Ablaufrohr und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank abgeleitet werden soll. Alternativ kann der Bereich zwischen dem Ablaufrohr und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank separat in einer eigenen Leitung zu dem Membranfilter abgeleitet werden. Somit können gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform zwei untere Ausläufe vorhanden sein, wobei der Tankauslaufstutzen welcher in den Unfiltratpuffertank hineinragt für die (vor zugsweise kontinuierliche) Dosierung in die Unfiltratleitung während der Filtration vorgesehen ist und der untere Ablauf für die direkte Einspeisung in den Konzentratablauf des entsprechen den Membranfilters.
Wenn in einem vorherigen Prozessschritt das Unfiltrat mit einem mechanisch instabilen Filter- hilfs- oder Stabilisierungsmittel stabilisiert wird, kann dadurch die Membrane schneller verblo cken, deshalb ist es von Vorteil, wenn sich im Unfiltratpuffertank das Sediment absetzen kann. Durch den Tankauslaufstutzen kann also bei entsprechender Schaltung gewährleitet werden, dass während der Filtration (durchgängig) über den Tankauslaufstutzen Sediment mit gerin gere Partikelfracht (über die Dosagevorrichtung) dosiert wird und dass Sediment mit höchster Partikelfracht am Schluss eines Filterzyklus dosiert werden kann und so die Membrane wäh rend des Filtrationszyklus weniger schnell verblockt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Filtrieren von Bier wird Unfiltrat in Form von Bier aus einem Unfiltratpuffertank mit mindestens einem Membranfilter filtriert und Unfiltrat im Kreislauf dem Unfiltratpuffertank als Konzentrat rückgeführt. Sind mehrere Membranfilter vor gesehen, können diese beispielsweise parallel betrieben werden, wobei das Konzentrat eines jeden Membranfilters zum Beispiel in eine gemeinsame Konzentratsammelleitung geleitet wird und dann in den Unfiltratpuffertank rückgeführt wird. Unfiltrat wird aus dem Unfiltratpuffertank aus einem oberen, insbesondere seitlichen Auslass entnommen und Sediment über einen un teren Ablauf am unteren Ende des Unfiltratpuffertanks entnommen und dem Unfiltrat zumin dest zeitweise zudosiert. Durch Zudosieren des Sediments kann die Partikelfracht während der gesamten Filtration definiert eingestellt werden und kann auch konstant in einem bestimm ten Bereich gehalten werden.
Das Sediment kann insbesondere geregelt zudosiert werden, wobei insbesondere die dosierte Menge /Zeit (das heißt z.B. der Volumenstrom) an Sediment in Abhängigkeit eines Messwerts geregelt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit der Trübung oder eines dazu proportio nalen Werts des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit des Durchflus ses, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit eines Transmembrandrucks an mindestens einem der Module einer Membranfiltereinheit. Der Ausdruck „Trübung bzw. Durchfluss des Unfiltrats oder des Sediments“ bedeutet, dass in Leitungsabschnitten vor der Dosage der entsprechende Wert des Unfiltrats oder des Sedi ments gemessen wird und auf dieser Grundlage ein gewünschtes Mischverhältnis ermittelt und eingestellt bzw. geregelt werden kann -z.B. kann der Volumenstrom des Unfiltrats vordem Dosierpunkt ermittelt werden und der Volumenstrom des Sediments vor dem Dosagepunkt dann auf einen gewünschten Wert geregelt werden kann- oder umgekehrt.
Der Ausdruck „Trübung bzw. Durchfluss des Unfiltrats und Sediments“ bedeutet, dass der ent sprechende Wert vor dem Dosagepunkt sowohl für Sediment als auch Unfiltrat gemessen wird oder aber auch in einem Leitungsabschnitt nach dem Dosagepunkt gemessen wird, d.h. an einem Punkt, an dem das Sediment dem Unfiltrat bereits zudosiert wurde. Dann kann z.B. beim Messen der Trübung der Volumenstrom des Sediments derart angepasst werden, dass ein Ist- Wert auf einen Sollwert geregelt werden kann.
Es ist auch möglich, dass der Sollwert bei der Regelung während eines Filtrationszyklus nicht konstant ist und beispielsweise so gewählt wird, dass zunächst bei Beginn eines Filtrations zyklus die Partikelfracht zu Beginn mäßig ist, dann in der Mitte des Filtrationszyklus sich etwas erhöht und gegen Ende des Filtrationszyklus abnimmt und sich beim Ausschieben mit Wasser des Sediments aus dem Unfiltratpuffertank wieder erhöht.
Das Unfiltrat konzentriert sich also im Unfiltratpuffertank auf und kann reduziert werden, indem aus dem Unfiltratpuffertank, der hier die Funktion eines Sedimentationstanks hat, Sediment zum Unfiltrat zudosiert wird, wie bereits erläutert entweder in die Unfiltratleitung vor dem min destens einen Membranfilter und/oder in den mindestens einen Membranfilter, insbesondere in den Konzentratablauf des mindestens einen Membranfilters.
Am Ende des Filtrationszyklus, z.B. wenn die Membranfilter bzw. die Membranfiltereinheit(en) einen maximalen Transmembrandruck erreicht haben und gereinigt werden müssen, kann Un filtrat mit Wasser, insbesondere entgastem Wasser, aus dem Membranfilter ausgeschoben werden und dabei dem Wasser Sediment zudosiert werden. Das bedeutet, dass man dem Wasser, mit dem man das Unfiltrat aus den Membranfiltern ausschieben möchte, Sediment zusetzt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass selbst das stark aufkonzentrierte Sediment im Unfiltratpuffertank noch zur Bierfiltration verwendet werden kann. Beim Ausschieben mit Was ser fällt der Transmembrandruck, zum Beispiel von 1 ,2 auf 0,8 bar, sodass dann Unfiltrat mit hoher Partikelfracht, das heißt, dass sehr stark aufkonzentrierte Bier, das dem Wasser zuge mischt wird, gefiltert werden kann und zwar solange bis der Transmembrandruck wieder auf ein Maximum steigt. Dies steigert die Anlageneffizienz. Insbesondere wird dabei das Sediment vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks in einen Konzentratablauf des mindestens einen Membranfilters eingeleitet, d.h. rückwärts eingeleitet und dann in den Unfiltratstrom eingeleitet und filtriert. D.h., dass die Ventile in der Membran filtereinheit derart geschaltet sind, dass das Konzentrat, das die einzelnen Module verlässt in einer Rücklaufleitung erneut als Unfiltrat den Modulen zugeführt wird und nicht in die Konzent ratsammelleitung abgeleitet wird und dann das Sediment und das Wasser ebenfalls als Unfilt rat den einzelnen Modulen zugeführt werden können.
Dies ist gleichzeitig oder alternativ zur Zudosierung des Sediments zum Unfiltratstrom am Dosagepunkt D möglich.
Während sich mindestens einer von mehreren Membranfiltereinheiten in einem Filtrationszyk lus befindet und Unfiltrat aus den Unfiltratpuffertank filtriert, kann mindestens eine andere Membranfiltereinheit derart betrieben werden, dass kontinuierlich Wasser, insbesondere ent gastes Wasser, durch diese Membranfiltereinheit geleitet wird und Sediment vom unteren Ab lauf des Unfiltratpuffertanks und/oder Hefebier oder Gelägerbier in einen Konzentratablauf der entsprechenden Membranfiltereinheit eingeleitet wird und somit in den Wasserstrom eingelei tet und filtriert wird.
Dieser alternative Betriebsmodus kann also nicht nur am Ende eines Filtrationszyklus durch geführt werden, sondern auch als durchgängiger Filtrationsprozess für mehrere Stunden (zum Beispiel 1 bis 6 Stunden, also kann der Dauer eines Filtrationszyklus entsprechen) für mindes tens eine ausgewählte Membranfiltereinheit.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Vorrichtung während einer Filtrationszyklusreihe über ein Zeitintervall t betrieben wird bevor der Tank zum Beispiel entleert und die Vorrichtung zum Beispiel gereinigt wird, wobei es während des Zeitintervalls t mehrere aufeinanderfolgende Filtrationszyklen gibt und die Partikelfracht (Feststoff pro Volu men Flüssigkeit), insbesondere Hefekonzentration in Filtrationszyklen derart eingestellt bzw. geregelt wird, dass die maximale Partikelfracht einen Grenzwert nicht überschreitet und im Wesentlichen konstant ist, das bedeutet, dass große Schwankungen vermieden werden kön nen. D.h., dass bei mehreren Filtrationszyklen nacheinander immer von im wesentlichen glei chen Partikelfrachten ausgegangen werden kann. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann in die Leitung, die vom unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks zum Konzentratablauf des jeweiligen mindestens einen Membranfil ters führt, zusätzlich ein Anschluss vorgesehen sein, der insbesondere mit einem Tank oder einer anderen Anlage für Hefebier oder Gelägerbier zur Rückgewinnung verbunden ist, wobei das Konzentratregelventil die Dosagefunktion übernimmt. Weiter kann ein Anschluss für Was ser vorgesehen sein, derart, dass zusätzlich zum Unfiltrat oder alternativ zum Unfiltrat Wasser durch den jeweiligen Membranfilter geleitet werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Unfiltrat in den Unfiltratpuffertank über einen Tangentialeinlass eingeleitet werden.
Der Ausdruck oberer Ablauf ist im Sinne von mindestens einem oberen Ablauf zu verstehen über den Unfiltrat aus dem oberen Bereich des Unfiltratpuffertanks abgezogen werden kann.
Es können auch mehrere übereinander angeordnete obere Abläufe, d.h. Abläufe auf unter schiedlichen Höhen, vorgesehen sein. Dabei können diese Abläufe dann mit der gemeinsa men Unfiltratleitung verbunden sein wobei eine Ventileinrichtung vorgesehen sein kann über die entweder einer oder mehrere Abläufe mit der Unfiltratleitung verbunden werden können.
Gerade bei größeren höheren Tanks wird das wichtig, da der Füllstand unter Umständen schwanken kann. Es können auch mehrerer Zuläufe vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter, insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit mit mehreren Mo dulen, zur Crossflow Filtration. Der Membranfilter weist dabei eine Unfiltratleitung zum Zufüh ren von Unfiltrat auf. Ferner ist der Membranfilter auch mit einer Filtratleitung verbunden zum Ableiten des erzeugten Filtrats und eine Rücklaufleitung für das Konzentrat über die Unfiltrat den Crossflow Filter verlässt und im Kreislauf zurückgeführt werden kann. Ferner weist die Vorrichtung einen Sammeltank auf, der über die Rücklaufleitung für das Konzentrat und die Unfiltratleitung und vorzugsweise zusätzlich über die Filtratleitung mit dem Membranfilter ver bunden ist. Es ist vorteilhaft wenn der Sammeltank auch mit der Filtratleitung verbunden ist, da dann z.B. entsprechende Mischphasen aus dem Filter in den Sammeltank geleitet werden können. Insgesamt ermöglicht diese Verschaltung eine größere Prozessfreiheit und steigert die Effizienz. Dabei ist es unerheblich von welcher Stelle aus die Filtratleitung, die Rücklauf leitung und die Unfiltratleitung in den Sammeltank münden. Insbesondere ist auch eine Ventileinrichtung vorgesehen, die derart geschaltet werden kann, dass ein Medium zumindest teilweise oder vollständig über die Filtratleitung und/oder die Rücklaufleitung für Konzentrat in den Sammeltank geleitet werden kann und/oder von dem Sammeltank wieder zum Membranfilter geleitet werden kann, insbesondere in die Unfiltratlei tung und/oder Rücklaufleitung für Konzentrat. Somit ist es möglich, Mischphasen, zum Beispiel Bier und Wasser oder Rückspülflüssigkeit wie eine Mischung aus Bier und Wasser, Bier oder Wasser vom Filter in den Sammeltank zu leiten oder aber auch Konzentrat mit einem hohen Feststoffantei I. Entsprechende Medien wurden bislang im Stand der Technik verworfen, kön nen jetzt jedoch wiederverwendet werden. Vorteilhafterweise ist der Sammeltank zusätzlich zu einem Unfiltratpuffertank vorgesehen, wobei Unfiltrat vorzugsweise durch den Unfiltratpuf fertank und den mindestens ein Membranfilter im Kreislauf geführt werden kann und wobei der Sammeltank insbesondere mit dem unteren Ablauf des Unfiltratpuffertanks verbunden ist. Ein zusätzlicher Sammeltank zu dem Unfiltratpuffertank ist vorteilhaft, da zum Beispiel während der Filtration das Unfiltrat bzw. Konzentrat über den Unfiltratpuffertank zirkulieren kann und der separate Sammeltank die laufende Filtration nicht beeinflusst. Einschübe und Mischpha sen aus dem Sammeltank können zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder der Filtration zuge führt werden bzw. dem Unfiltrat, das zu dem Membranfilter geleitet wird zudosiert werden. Der Inhalt des Sammeltanks kann auch in den Unfiltratpuffertank rückgeleitet werden. Der wesent liche Vorteil dieses zusätzlichen Sammeltanks liegt darin, dass zum Beispiel Mischphasen, die verworfen werden mussten jetzt zu einem späteren Zeitpunkt wiederverwendet werden kön nen ohne dabei die laufende Filtration zu beeinflussen, was der Fall wäre, wenn entspre chende Mischphasen in den Unfiltratpuffertank rückgeführt werden würden. Die Verwendung von zwei Tanks ermöglichen somit eine Prozessoptimierung. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme der folgenden Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt grob schematisch eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 1a zeigt schematisch einen Ausschnitt der Figur 1 während der Produktion.
Figur 1b zeigt schematisch einen Ausschnitt der Figur 1 am Ende des Filtrationszyklus.
Figur 2 zeigt schematisch ein Diagramm, das die Hefekonzentration in Abhängigkeit der Filt rationszeit.
Figur 3 zeigt schematisch einen Unfiltratpuffertank mit einem Tankauslaufstutzen. Figur 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform bei welcher Ausschübe, Mischphasen und Konzentrate einem Sammeltank zugeführt und wiederverwendet werden.
Figur 1 zeigt grob schematisch eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Unfiltratpuffertank 3, der beispielsweise ein Füllvolumen in einem Bereich von 5 hl bis 500 hl aufweist. Der Unfiltratpuffertank 3 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgestaltet, dass sein unteres Ende konisch zuläuft, insbesondere unter einem Öffnungswinkel a von 60 bis 70°. Dabei befindet sich am unteren Ende des koni schen Bereichs ein unterer Ablauf 4, der in eine Dosierleitung 12, 16 insbesondere über ein Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 80 führt. Es ist auch möglich, dass ein Tankauslaufstut zen vorgesehen ist, wie in Figur 3 gezeigt ist und nachfolgend noch näher erläutert wird.
Weiter weist der Unfiltratpuffertank 3 einen oberen Ablauf 5 auf, der oberhalb des unteren Ablaufs 4 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der obere Ablauf 5 ein seitlicher Ablauf, der beispielsweise in der Zarge des Unfiltratpuffertanks 3 angeordnet ist. Der obere Ablauf 5 befindet sich oberhalb des konischen Bereichs, vorzugswiese in der oberen Hälfte des Unfiltratpuffertanks 3. In diesem Bereich ist nicht mit einer starken Aufkonzentrierung des Unfiltrats durch Sedimentation zu rechnen. Der obere Ablauf 5 kann auch derart gestaltet sein, dass er nicht über die Seitenwand das Unfiltrat abzieht, sondern über einen Deckel oder Ko nus, wesentlich ist, dass die Öffnung des Ablaufs 5, zum Beispiel in Form eines Ablaufrohrs in den oberen Bereich, also die obere Hälfte des Tanks mündet.
Der Unfiltratpuffertank 3 weist auch einen Zulauf 20 auf, insbesondere einen seitlichen Zulauf, der ebenfalls oberhalb des unteren Ablaufs 4 angeordnet ist, vorzugsweise oberhalb des ko nischen Bereichs und vorzugsweise unterhalb des oberen Ablaufs 5. Der Zulauf 20 ist vor zugsweise im Wesentlichen als tangentialer Zulauf ausgeprägt sodass die Einleitung tangen tial oder mit einer tangentialen Richtungskomponente erfolgt. Über eine Zuleitung 19 kann dann beispielsweise aus dem Lagerkeller 21 Unfiltrat (UF) über den seitlichen Zulauf 20 in den Unfiltratpuffertank 3 eingeleitet werden. In der Zuleitung 19 können optional Messinstrumente (QIT) eingebaut sein, mit welchen man beispielhaft den Sauerstoff, die Leitfähigkeit oder die Trübung messen kann.
Der seitliche Ablauf 5 mündet über eine Ableitung 6a in die Unfiltratleitung 6, die mit mindes tens einem Membranfilter 2a, 2b, 2c verbunden ist wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Zwischen der Ableitung 6a und der Unfiltratleitung 6 kann ein entsprechendes Ventil, insbe sondere Doppelsitzventil 22 angeordnet sein. Aber auch eine Leitung 23 mündet über das Ventil, beispielhaft über Ventil 22, in die Unfiltratleitung 6, wobei die Leitung 23 über die Leitung 35 und über ein Ventil 35a und Ventil 24 mit der Zuleitung 19 verbindbar ist. Durch die Verbin dung des unteren Ablaufs 4 und eine entsprechende Ventilanordnung kann der Unfiltratpuf fertank 3 mit der Leitung 35 und 23 verbunden sein. Es kann so Unfiltrat vom Lagerkeller 21 über das Ventil 92, insbesondere Doppelsitzventil 92, sowie Ventile 24, 35a, 80 und die Leitung 19 und 35 dem Unfiltratpuffertank 3 von unten, zugeführt werden, oder Unfiltrat wird über Lei tung 19, 35 und 23 der Unfiltratleitung 6 zugeführt und mit Umgehung des Unfiltratpuffertanks 3 direkt dem mindestens einen Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt werden, oder Unfiltrat wird vom Unfiltratpuffertank 3 über den unteren Ablauf 4 und Leitung 23 und Unfiltratleitung 6 dem mindestens einen Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt. Möglich ist auch, dass sowohl Unfiltrat aus dem Lagerkeller 21 wie auch Unfiltrat aus dem Unfiltratpuffertank 3 gleichzeitig dem min destens einen Membranfiltern 2a, 2b, 2c zugeführt wird.
In der Unfiltratleitung 6 kann sich eine Pumpe 24a befinden, über die das Unfiltrat in Richtung Membranfilter 2a, 2b, 2c gepumpt werden kann. Weiter kann in der Unfiltratleitung 6 eine Ein richtung zum Messen der Trübung 18 odereines proportionalen Werts, wie beispielsweise der Viskosität oder Viskoelastizität, Leitfähigkeit oder Dichte angeordnet sein. Die Messwerte sind dabei proportional zur Trübung und Partikelfracht. Ferner kann in der Unfiltratleitung 6 auch noch ein Kühler 26 optional vorgesehen sein.
Die Unfiltratleitung 6 mündet hier über ein Ventil, zum Beispiel Doppelsitzventil in den Unfilt ratzulauf 8a, 8b, 8c der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c. In diesem Ausführungsbei spiel sind beispielsweise drei Membranfilter 2a, 2b, 2c gezeigt, jeweils in Form einer Memb ranfiltereinheit, die mehrere einzelne Filtermodule 40 umfasst, wie in Fig. 1a, 1b gezeigt ist. Die Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c sind wie aus Figur 1 hervorgeht zum Beispiel parallel verschaltet.
Ferner weist jede Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c einen Filtratauslass 9a, 9b, 9c auf, die über entsprechende Ventile, zum Beispiel Doppelsitzventile in eine gemeinsame Filtratleitung 90 münden. Die jeweiligen Konzentratabläufe 10a, 10b, 10c der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c sind mit einer Konzentratsammelleitung 11 über entsprechende Ventile 25a, 25b, 25c, hier Doppelsitzventilen, verbunden. Die Konzentratabläufe 10a, 10b, 10c des jeweiligen Membranfilters 2a, 2b, 2c sind hier zum Beispiel in Reihe geschaltet, wobei die Leitungen von den jeweiligen Konzentratabläufen 10a, 10b, 10c zu der gemeinsamen Konzentratsammelleitung 11 über die entsprechenden Ventile 25a, 25b, 25c voneinander getrennt werden können. Dies ermöglicht, dass der Konzentratab lauf von bestimmten Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c ausgewählt werden kann, zum Beispiel auch eine Membranfiltereinheit überbrückt werden kann. Insgesamt sind die Membranfilterein heiten 2a, 2b, 2c derart verschaltbar, dass ihre Filtrationszyklen unabhängig voneinander be ginnen und enden können. Über die Konzentratsammelleitung 11 kann Konzentrat im Kreislauf dem Unfiltratpuffertank 3 rückgeführt werden.
Jede Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c weist dabei eine Rücklaufleitung 89 auf, über die das Konzentrat der Module 40 als Unfiltrat erneut den Modulen zur Filtration rückgeführt wird und zusätzlich übereinen Konzentratablauf 10 einer Konzentratsammelleitung 11 rückgeführt wer den kann, um das Konzentrat in den Unfiltratpuffertank 3 zurück zu leiten wie in Fig. 1a und 1b zu erkennen ist. In einem Leitungsabschnitt zwischen dem Konzentratablauf 10 und der Rücklaufleitung 89 ist ein Regelventil 70, sowie ein Durchflussmesser 71 vorgesehen zum Regeln des abgeleiteten Volumenstroms des Konzentrats oder aber, wie nachfolgend noch erläutert wird zum Dosieren von Sediment, das über den Konzentratablauf 10 rückwärts in die Rücklaufleitung 89 zudosiert wird, um filtriert zu werden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der untere Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 über eine Dosierleitung 12, 16 mit der Unfiltratleitung 6 verbunden. In der Dosierleitung 12, 16 kann sich beispielsweise die Dosiereinrichtung 7 befinden, die hier zum Beispiel eine Dosierpumpe 7a mit einem Durchflussmesser 7b aufweist, derart, dass der Volumenstrom des Unfiltrats bzw. Sediments aus dem unteren Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 regelbar ist. Unabhängig vom konkreten Ausführungsbeispiel ist nur wesentlich, dass der Volumenstrom des Sediments, das über den unteren Ablauf 4 abgezogen wird, über die Dosiereinrichtung 7 einstellbar bzw. re gelbar ist, insbesondere über eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) in Abhängigkeit eines Messwerts. Zum Beispiel kann die zudosierte Menge /Zeit in Abhängigkeit des Messwerts der Einrichtung 18, das heißt, zum Beispiel der Trübung, geregelt werden. Die Dosierleitung 12, 16 mündet am Dosierpunkt D in die Unfiltratleitung 6, hier überdas Ventil 27, insbesondere Doppelsitzventil. Über das Ventil 27 kann zum Beispiel Sediment über ein Gully-Ventil auch in einen Gully abgeleitet werden oder zum Beispiel über das Ventil 29 in eine Leitung 13, die über ein Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 30 über die Leitung 14 zum Konzentratauslass 10 der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c führt. Die Leitung 13 ist auch über ein Ventil 31 mit der Leitung 12 verbunden, das heißt, der Dosierleitung. Über die Leitung 13, Ventil 30 und die Leitung 14 sowie Ventil 25 kann Sediment auch der Konzentrat sammelleitung 11 zugeführt werden. Durch Schalten der Ventile 31 und 30 kann Sediment alternativ oder zusätzlich zur Dosage am Dosagepunkt D auch dem Konzentratablauf 10a, 10b, 10c der Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c in die Membranfilter eingeleitet werden und dort zudosiert werden, insbesondere über das Konzentratregelventil 70, das hier die Funktion der Dosiereinrichtung übernimmt, wie in Figur 1 und 1a dargestellt ist. Mit 32 ist ein CIP- Rück lauf bezeichnet.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wobei der untere Ablauf 4 einen Tankauslaufstutzen d.h. Ablaufrohr 4b aufweist, das in den Unfiltratpuf fertank 3 von unten hineinragt, derart dass Sediment durch das Ablaufrohr 4b ablaufen kann und/oder durch einen Bereich 4c zwischen dem Ablaufrohr 4b und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank 3, wobei vorzugsweise über Ventile 60a, 60b in den Leitungsabschnitten 12a und 12b, insbesondere Regelventile, einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr 4b und/oder den Bereich 4c zwischen dem Ablaufrohr 4b und der Tankwandung von dem Unfilt ratpuffertank 3 abgeleitet werden soll. Die Leitungsabschnitte 12a und 12b münden in der ge meinsamen Leitung 12. Die Ventilanordnung 80, insbesondere das Doppelsitzventil 80 ist mit dem Bereich 4c sowie der Leitung 23 und Leitung 35 verbunden. Das Sediment wird vorzugs weise über das Ablaufrohr 4b abgezogen, wenn das Sediment über den Dosagepunkt D zu dosiert wird (weil es eine geringere Partikelfracht aufweist als das Sediment, das im Bereich 4c abgezogen wird), während das Sediment vorzugsweise über den Bereich 4c abgezogen wird, wenn das Sediment direkt dem Filtermodul, das heißt über den Konzentratablauf 10 zu geführt wird. Der Bereich 4c zwischen dem Ablaufrohr 4b und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank 3 kann auch separat, beispielhaft über die Leitung 13 bis hin zum Konzent ratablauf 10, zu den Membranfiltereinheiten 2a, 2b, 2c abgeleitet werden, wenn auch nicht dargestellt.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Zuhilfenahme der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Als Unfiltrat wird Bier von einem Lagerkeller 21 über die Zuleitung 19 zum Befüllen des Unfilt ratpuffertanks 3, vorzugsweise zuerst über den Ablauf 4 eingeleitet, wobei das Ventil 35a und 80 derart geschaltet sind, dass das Bier in die Leitung 35 in den Unfiltratpuffertank 3 strömt. Wenn das Füllniveau den Zulauf 20 erreicht, so kann auf den Zulauf 20 über das Ventil 24 umgeschalten werden. Um das Bier zum Zulauf 20 des Unfiltratpuffertanks 3 zu leiten, wird die Ventilanordnung 24 und 35a derart geschaltet, dass das Bier nicht in die Leitung 35 strömt, die mit der Leitung 23 verbunden ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der Unfiltratpuffertank 3 lediglich über den Zulauf 20 befüllt wird.
Über den befüllten Unfiltratpuffertank 3 kann das Unfiltrat über den oberen, hier seitlichen Ab lauf 5 über die Leitung 6a bei entsprechender Öffnung der Ventilanordnung 22 der Unfiltratlei tung 6 zugeleitet werden und zum Beispiel über die Pumpe 24a in Richtung Membranfilter 2a, 2b, 2c. gepumpt werden. Dabei kann über die optionale Einrichtung 18 zum Beispiel die Trü bung oder ein entsprechend proportionaler Wert gemessen werden, und an eine nicht darge stellte Steuerung weitergeleitet werden. Optional kann das Unfiltrat auch noch über den Kühler 26 gekühlt werden. Das Unfiltrat tritt über den jeweiligen Unfiltratzulauf 8a, 8b, 8c in den Memb ranfilter bzw. Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c ein, die sich gerade in einem Filtrationszyklus befindet, wobei Filtrat über den entsprechenden Filtratauslass 9 in eine gemeinsame Filtratlei tung 90 geleitet wird. Über den Konzentratablauf 10 kann Konzentrat bei entsprechender Schaltung des Ventils 25 der jeweiligen Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c in die gemeinsame Konzentratsammelleitung 11 geleitet werden und im Kreislauf K zum Beispiel über die Leitung 19 bei entsprechender Öffnung der Ventilanordnung 92 und 24, insbesondere der Doppelsitz ventile 92 und 24 und geschlossener Ventilanordnung 35a über den Zulauf 20 dem Unfiltrat puffertank 3 rückgeführt werden. Dabei setzt sich Sediment im unteren Bereich des Unfiltrat puffertanks 3 ab.
Das Sediment kann nun während der Produktion, über den unteren Ablauf 4 bei Öffnen eines Ablaufventils in die Dosierleitung 12, 16 geleitet werden. Eine Dosiereinrichtung 7 bzw. hier 7a, 7b stellt dabei den Volumenstrom des abgezogenen Sediments in Abhängigkeit der von der Einrichtung 18 gemessenen Trübung 18 oder eines proportionalen Werts ein. Vorzugs weise wird der Volumenstrom in Abhängigkeit des entsprechenden Messwerts geregelt. Das bedeutet, wenn die Trübung, die hinter dem Dosagepunkt D gemessen wird, noch relativ ge ring ist, eine höhere Menge an Sediment zudosiert werden kann, als wenn die Trübung einen entsprechenden höheren Wert aufweist. Die Trübung wird nach dem Dosagepunkt D gemes sen. Somit kann wirksam verhindert werden, dass es zu einer hohen Aufkonzentrierung im unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks 3 kommt. Die Partikelfracht im zu filternden Unfiltrat kann über viele Filtrationszyklen konstant gehalten werden.
Den Volumenstrom des Sediments in Abhängigkeit der Trübung 18 zu regeln ist nur ein mög liches Ausführungsbeispiel. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die zudosierte Menge/Zeit des zudosierten Sediments in Abhängigkeit des Durchflusses, insbesondere des Unfiltrats (vor oder nach dem Dosagepunkt D) und/oder des Sediments (in der Dosierleitung) geregelt werden.
Es ist auch möglich die zudosierte Menge/Zeit des Sediments in Abhängigkeit eines Trans membrandrucks an mindestens einem der Module 40 einer Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c, 2n) zu regeln. Dabei wird an mindestens einem Modul 40 der Transmembrandruck gemessen und an die Steuerung geleitet.
Dadurch, dass das Sediment aus dem unteren Bereich des Unfiltratpuffertanks 3 dem aus dem oberen Bereich abgezogenen Unfiltrat zudosiert werden kann, kann die Partikelfracht, d.h. der Feststoff pro Volumen der Flüssigkeit, in einem gewünschten Bereich eingestellt und konstant gehalten werden. Somit ist es möglich, dass die Membranfilter unabhängig vom Start zeitpunkt der Filtration eine definierte Partikelfracht aufweisen, die im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, was sich sehr positiv auf den Filterverlauf auswirkt. Es kann eine schlagartig große Partikelfracht verhindert werden, da die Partikelfracht im unteren Bereich gering gehalten werden kann. Somit kann eine plötzliche starke Membrandruckerhöhung (Transmembrandruck) verhindert werden.
Während der Filtration wird in der Regel kontinuierlich Unfiltrat, d.h., hier Bier vom Lagertank 21 zugeführt.
Während der Filtration wird wie beschrieben vorzugsweise das Unfiltrat über den Dosierpunkt D zugeführt. Wie aus Figur 1a hervorgeht wird innerhalb der Membranfiltereinheit 2n das Kon zentrat über den Konzentratablauf 10 bei Schaltung entsprechender Ventile 30, 25 der Kon zentratsammelleitung 11 zugeführt, die das Konzentrat in Richtung Unfiltratpuffertank 3 leitet. Gleichzeitig wird Unfiltrat über die Rücklaufleitung 89 den z. B. in Reihe oder parallel geschal teten Modulen 40 zur Filtration zugeführt. Über den Konzentratablauf 10 wird, wie in Figur 1a ersichtlich, kein Sediment zudosiert. Am Ende eines Filtrationszyklus, z.B., wenn an einer filtrierenden Membranfiltereinheit ein ma ximaler Transmembrandruck an beispielhaft mindestens einem Modul 40 erreicht ist, wird das Unfiltrat mit Wasser, insbesondere entgasten Wasser aus der Membranfiltereinheit ausge schoben, wie zum Beispiel in Figur 1b dargestellt ist. Dabei wird Wasser, insbesondere ent gastes Wasser, zum Beispiel über den Anschluss 82, bei entsprechend geöffneten Ventilen in den Membranfilter bzw. Membranfiltereinheit geleitet, welcher z. B aufgrund des Erreichens des Transmembrandruckgrenzwertes eine Zwischenreinigung benötigt.
Am Ende des Filtrationszyklus (bevorzugt, wenn zum Beispiel die Filtrationszyklusreihe been det wird), kann gemäß einer Ausführungsform z.B. auch über die Leitung 19, 35, 23 bei ent sprechend geöffneten Ventilen Wasser, insbesondere entgastes Wasser in die Unfiltratleitung 6 und von dort in den mindestens einen Membranfilter bzw. Membranfiltereinheit geleitet wer den, die aufgrund des Erreichens des Transmembrandruckgrenzwertes eine Zwischenreini gung benötigt. Dabei ist die Ventilanordnung 22 insbesondere derart geschaltet, dass kein Unfiltrat über die Leitung 6a und den oberen Ablauf 5 zugeführt wird. Über den unteren Ablauf 4 wird Sediment abgezogen und kann, wie ebenfalls zuvor beschrieben, über den Dosierpunkt D in die Leitung 6 zudosiert werden. Dabei kann der Volumenstrom des Sediments ebenfalls über die zuvor beschriebene Regelung in Abhängigkeit der gemessenen Trübung bzw. des entsprechend proportionalen Werts geregelt werden. Der Sollwert kann hier entsprechend ein gestellt werden.
Das bedeutet, dass man dem Wasser, mit dem man das Unfiltrat aus den Membranfiltern 2a, 2b, 2c ausschieben möchte, Sediment zusetzen kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass selbst das stark aufkonzentrierte Sediment im Unfiltratpuffertank 3 noch zur Bierfiltration und somit zur Herstellung von Bier verwendet werden kann, was die Ausbeute wesentlich erhöht. Beim Ausschieben mit Wasser fällt der Transmembrandruck zum Beispiel von 1 ,2 auf 0,8 bar, sodass dann Unfiltrat mit hoher Partikelfracht, das heißt, dass das stark aufkonzentrierte Bier, das dem Wasser zugemischt wird, gefiltert werden kann und zwar solange, bis der Transmem brandruck wieder auf ein Maximum steigt.
Bevorzugt kann aber alternativ (oder auch zusätzlich) wie aus Figur 1b hervorgeht, Sediment vom unteren Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 in einen Konzentratablauf 10 über die Leitung 12, 13 und 14 bei entsprechender Öffnung der Ventilanordnung 31 und 30 geleitet werden. Das heißt, dass Sediment (am Ende eines Filtrationszyklus) direkt der Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c zudosiert werden kann. Am Ende eines Filtrationszyklus wird vorzugsweise kein Unfiltrat über die Leitung 6 zugeführt wie der Fig. 1b zu entnehmen ist, sondern Wasser über den Anschluss 82 zugeführt. Dabei wird das Ventil, insbesondere Doppelsitzventil 25 geschlossen, so dass das Sediment über den Konzentratablauf 10 in Gegenrichtung der Rückführleitung 89 zugeführt werden kann. Die zugefügte Menge/Zeit bzw. der Volumenstrom kann über das Regelventil 70 eingestellt wer den, dass hier die Funktion der Dosiereinrichtung übernimmt. Die zudosierte Menge/Zeit an Sediment, insbesondere der Volumenstrom kann unabhängig von der der zuvor in Zusam menhang mit der Regelung überden Dosagepunkt D beschriebenen Regelparameter geregelt werden. Es wird z.B. nach dem gemessenen Transmembrandruck an mindestens einem Mo dul 40 der entsprechenden Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c geregelt. Es ist aber auch möglich, dass die zudosierte Menge/Zeit vorab empirisch bestimmt und eingestellt wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann in die Leitung 13, die vom unteren Ab lauf 4 zum Konzentratablauf 10 des jeweiligen mindestens einen Membranfilters 2a, 2b, 2c führt zusätzlich ein Anschluss 81 vorgesehen sein, der insbesondere mit einem Tank oder einer anderen Anlage für Hefebier oder Gelägerbier zur Rückgewinnung verbunden ist. So kann z.B. Hefebier über den Konzentratablauf 10 Unfiltrat zudosiert werden wobei das Kon zentratregelventil 70 die Dosagefunktion übernimmt.
Der in Fig. 1b gezeigte Betriebsmodus erfolgt gemäß einer weiteren Ausführungsform nicht nur am Ende eines Fitrationszyklus. Während sich mindestens einer von mehreren Membran filtereinheiten 2a, 2b, 2c in einem Filtrationszyklus befindet und Unfiltrat aus dem Unfiltratpuf fertank 3 filtriert, kann mindestens eine andere Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c derart betrieben werden, dass kontinuierlich Wasser, insbesondere entgastes Wasser, z.B. über Anschluss 82 durch diese Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c geleitet wird und Sediment über z.B. Leitung 13 vom unteren Ablauf 4 des Unfiltratpuffertanks 3 und/oder Hefebier oder Gelägerbier über einen Anschluss 81 in einen Konzentratablauf 10 der entsprechenden Membranfiltereinheit 2a, 2b, 2c eingeleitet wird und in den Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird.
Dieser alternative Betriebsmodus kann also nicht nur am Ende eines Filtrationszyklus durch geführt werden, sondern auch als durchgängiger Filtrationsprozess für mehrere Stunden (zum Beispiel 1 bis 6 Stunden, also kann der Dauer eines Filtrationszyklus entsprechen) für mindes tens eine ausgewählte Membranfiltereinheit durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Membranfiltereinheit 2a gemäß dem alternativen Betriebsmodus betrieben werden, während zum Beispiel bei den Membranfiltereinheiten 2b und 2c der Filtrationsprozess läuft wie in Fig. 1a gezeigt ist. Figur 2 zeigt die Hefezellzahl (106 Hefezellen/ml) des Unfiltrats das dem mindestens einen Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt wird, in Abhängigkeit der Filtrationszeit (Stunden), d.h. Be triebszeit des Membranfilters ohne Reinigungszeit.
Die schraffierten Werte zeigen die Hefezellzahl in Abhängigkeit der Zeit gemäß der vorliegen den Erfindung. Wie aus Figur 2 hervorgeht, kann die Hefezellzahl über die Zeit, d.h. während mehrere aufeinander folgender Filtrationszyklen im Wesentlichen konstant gehalten werden, da die Hefefracht gesteuert werden kann, indem Sediment aus dem unteren Bereich des Un filtratpuffertanks 3 gezielt dem Unfiltrat zudosiert werden kann. Ein Filtrationszyklus dauert bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise etwa 6 Stunden. Der Filtrationszyklus beginnt ent weder mit dem Ausschub von Wasser mit Bier oder wenn der Filter unter Gas-Atmosphäre steht, mit dem Befüllen mit Bier und endet in der Regel mit dem Erreichen des maximalen- bzw. eines bestimmten Transmembrandruckes oder dann wenn kein Bier mehr gefiltert wer den soll und dem Ausschieben des Bieres.
Die gepunkteten Werte zeigen beispielsweise den Verlauf der Hefezellzahl gemäß dem Stand der Technik. Hier konzentriert sich das Unfiltrat langsam auf. Beim Umschalten vom oberen Ablauf 5 zum unteren Ablauf 4 kommt es zur schlagartigen Erhöhung der Hefezellzahl am Ende der Filtration. Auch die blanken Werte zeigen ein Verfahren nach dem Stand der Tech nik, bei dem bereits nach einem ersten Filtrationszyklus der Unfiltratpuffertank 3 von unten entleert wird, was ebenfalls zu einem deutlichen Anstieg der Hefezellzahl führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich der erste niedrige Wert von z.B. 2 bis 5x106 Hefezellen pro ml am Anfang des Filtrationszyklus dadurch, dass zunächst Unfiltrat aus dem oberen Ablauf entnommen wird und es zu einer Regelverzögerung kommt, bis dann die Hefe zellzahl, d.h. Feststofffracht, durch Zudosieren von Sediment, hier zum Beispiel auf 15x106 Hefezellen pro ml geregelt wird.
Während der Filtration wird dann laufend über den Dosagepunkt D Sediment zugeführt, so dass die Hefezellzahl im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, bei diesem Ausfüh rungsbeispiel bei etwa 15x106 Hefezellen/ml. Am Ende des Filtrationszyklus kann die Hefezell zahl nochmals steigen, hier auf 30x106 Hefezellen pro ml, weil wie in Zusammenhang mit Figur 1b erläutert wurde, hochkonzentriertes Sediment direkt an der Membranfiltereinheit am Kon zentratablauf 10 zugeführt wird. Wie zu erkennen ist, kann die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung über ein Zeit intervall t betrieben werden, bevor der Tank z.B. entleert und die Vorrichtung z.B. gereinigt wird, zum Beispiel die Membranfiltereinheit(en) rückgespült wird, bzw. werden, wobei während des Zeitintervalls die Partikelfracht, insbesondere Hefekonzentration eingestellt wird.
Wie zuvor beschrieben ermöglicht die vorliegende Erfindung also eine Filtration mit einer ge regelten Zudosierung des Sediments aus dem Unfiltratpuffertank in Abhängigkeit des Memb ranfilterstatus eines jeweiligen Membranfilters (z.B. Filtration, Ende des Filtrationszyklus, Filt ration von Hefebier und Gelägerbier).
Es versteht sich von allein das die eingesetzten Pumpen frequenzgeregelt ausgeprägt sein können.
Auch wenn die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und Verfahren zur Membranfiltration beschreibt, so ist diese nicht hierauf beschränkt. Dieser Unfiltratpuffertank welcher als Sedi mentationstank mit Dosiereinrichtung für Sediment fungiert, kann beispielsweise auch bei der Anschwemmfiltration für Bier eingesetzt werden. Es kann auch bei der Anschwemmfiltration sinnvoll sein, wenn der Filterzulauf eine definierte Partikelfracht aufweist. Bei der Anschwemm filtration wird zwar kein Konzentrat zurückgeführt, jedoch erfolgt hier durch kontinuierliches Zuführen von Unfiltrat aus dem Lagerkeller mit unterschiedlicher Partikelfracht (z.B. durch La gertankwechsel) in den Unfiltratpuffertank auch eine Sedimentation statt, Insbesondere bei vorherigem Einsatz von Filterhilfs bzw. Stabilisierungsmittel.
Eine weitere Möglichkeit die Ausbeute bei der Herstellung von Bier zu erhöhen zeigt Figur 4. Wenn zu Beginn der Filtration, der mit entgastem Wasser befüllte Membranfilter 2, mit Bier befüllt wird entsteht eine Mischphase bestehend aus Wasser und Bier. Das gleiche gilt am Ende der Filtration, wenn das Bier durch entgastes Wasser ausgeschoben wird, oder wenn mit Wasser oder alternativ mit Bier rückgespült wird. Erzeugte Mischphasen können in einem Sammeltank 55 (einen sogenannten Reworktank) aufgefangen werden, insbesondere wenn es sich dabei um Biere handelt welche nach dem High Gravity Verfahren (im Sudhaus wird eine Würze mit einer hohen Stammwürze (Extraktgehalt) gebraut) hergestellt wurden. Selbst verständlich kann auch mit Bier rückgespült werden. In diesem Fall entsteht keine Mischphase, dennoch sollten die auf der Membran bzw. in der Membran abgetragenen Stoffe nicht bei Fortführung der Filtration mit dem Unfiltrat vermischt werden (dann würden die Stoffe wieder in die Membran gedrückt), sondern sollten mit dem Rückspülmedium Bier in den Sammeltank 55 geleitet werden. Auch bei einem Biersortenwechsel entsteht beim Verdrängen der momentan im Filter befind lichen Biersorte (zum Beispiel Pils) durch die nachfolgende Biersorte (zum Beispiel Export) eine Mischphase, auch diese Mischphase kann in einem Sammeltank 55 aufgefangen werden.
Auch Konzentrat, das z.B. am Ende der Filtration, nicht mehr im Kreislauf geführt werden soll, kann dem Sammeltank 55 zugeführt werden. Dies kann insbesondere auch dann notwendig sein, wenn die Konzentratsammelleitung 11 nicht genutzt bzw. nicht vorhanden ist und das Konzentrat lediglich über eine Rücklaufleitung 89 dem Membranfilter 2 als Unfiltrat erneut den Modulen 40 zur Filtration rückgeführt wird.
In der Regel werden diese Ausschübe entweder in der Kanalisation (Gully) verworfen oder sie werden in Vorlauf-/Nachlauftanks oder in Restbiertanks gesammelt und anderweitig verwertet. Für den Filtrationsprozess stellt dies jedes Mal einen Verlust an Unfiltrat dar. Dies trifft insbe sondere zu, wenn es sich um Biere handelt, die eine hohe Feststofffracht mit sich bringen und es daher häufige Ausschübe erfordert. Durch das Sammeln aller Ausschübe, Mischphasen und Konzentrate aus den Modulen 40 in einem Sammeltank 55 und zurückführen in den Filt rationsprozess können die Bierverluste auf ein Minimum reduziert werden.
Übereine Verbindungsleitung 41a können Mischphasen zum Beispiel von der Filtratleitung 90 zur Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden. Auch wenn in der Figur 4 nicht dargestellt, so kann die Leitung 41a auch den Filtratauslass 90 mit der Leitung 42 verbinden. Über eine Verbindungsleitung 41b kann Konzentrat zum Beispiel von der Rücklaufleitung 89 zur Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden. Über eine Verbindungsleitung 41c kann Konzentrat zum Beispiel von der Konzentratsammelleitung 11 zur Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden Die Mischphase, die während des Rückspülens des Memb ranfilter 2a, 2b, 2c entsteht, kann über die Leitung 89 und Leitung 41b in den Tank 55 geleitet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da ansonsten zum Beispiel über die Leitung 11 diese Menge direkt und unkontrolliert in voller Konzentration in den Unfiltratpuffertank 3 geleitet wer den müsste. Bei Anwendungsbeispielen ohne Leitung 11 müsste die Mischphase welche durch das Rückspülen entsteht, in den Gully geleitet werden.
Über eine Verbindungsleitung 41 d, bzw. Anschluss 41 d kann eine Mischphase und/oder Kon zentrat von einem anderen Produktionsschritt der Bierherstellung der Leitung 42 und so zum Sammeltank 55 geführt werden. Grundsätzlich können Mischphasen und / oder Konzentrat auch über entsprechende Leitungen in den Unfiltratpuffertank geleitet werden, der dann als Sammeltank dient. Bevorzugt handelt es sich jedoch bei dem Sammeltank 55 um einen sepa raten Sammeltank, welcher zusätzlich zu dem Unfiltratpuffertank 3 vorhanden ist. Der Vorteil bei einem separaten Sammeltank ist, dass die laufende Filtration erst einmal nicht beeinflusst wird, und dann gezielt eine Rückführung der gesammelten Menge erfolgen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn wie oben bereits erwähnt eine gezielte Dosage von der bei dem Rückspülen entstandene Mischphase (d.h. eigentlich die in der Mischphase ent haltenen Feststofffracht) aus dem Sammeltank 55 in den Unfiltratstrom d.h. z.B. in die Unfilt ratleitung 6, 8, 10 oder die Rücklaufleitung 89 erfolgen soll. Dies ermöglicht beispielsweise eine bestimmte Menge, zum Beispiel lediglich 510% anteilige Dosage der gesammelten Menge. Besonders wenn diese gesammelte Menge eine hohe Konzentration an Feststoffan teilen besitzt, kann so gezielt die erneute Belastung der Membran gesteuert werden. D.h. mit Hilfe der gesammelten Menge kann gezielt Zeitpunkt Menge, Konzentration und Dauer der Rückführung beeinflusst werden. So kann, wenn zum Beispiel die Rückführung in den Unfilt ratpuffertank 3 erfolgt, gezielt die Feststofffracht des Inhalts des Unfiltratpuffertanks 3 zu jedem Zeitpunkt gesteuert werden. Der untere Bereich des Sammeltank 55 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er konisch nach unten hin zuläuft, zum Beispiel der Öffnungswinkel des Konus zwischen 60 und 70° beträgt, sodass der Sammeltank 55 auch als Sedimentationstank dient. Der konische Boden erlaubt ein besonders einfaches Abziehen des Sediments. In die sem Fall dient das Abziehen des Sedimentes vorrangig einer Separation der nicht mehr ver wendbaren Feststoffe welche zum Beispiel in den Gully geleitet werden. Der Sammeltank 55 kann über einen unteren Zulauf 44 und einen darüber liegenden, bevorzugt oberhalb des ko nischen Abschnittes des Sammeltank 55, befindlichen Zulauf 43 verfügen. Auch wenn nicht dargestellt, so kann der Sammeltank 55 auch nur einen Zulauf, oder über in der Höhe unter schiedlich mehrere angeordnete Zuläufe aufweisen. Der Zulauf bzw. die Zuläufe können auch als Ablauf / Abläufe verwendet werden. Insbesondere der bodennahe Zulauf 44 kann auch als Ablauf verwendet werden. Über die Abläufe 44, 45, 46, 47 wird das Medium der Leitung 48 und so einer weiteren Verwendung zugeführt. Der Sammeltank 55 kann auch nur über einen Ablauf oder lediglich zwei Abläufe oder mehr als vier Abläufe in unterschiedlicher Höhe verfü gen.
In der Zulaufleitung 42 zu dem Sammeltank 55 kann sich ein Separator befinden (nicht darge stellt), welcher die Flüssigkeit von darin enthaltenen Feststoffe trennt. Dabei wird das Konzent rat aus dem Filtrationsprozess entfernt und einem Gully oder einer sonstigen Verwertung zu geführt (z.B. Althefeverwertung, Futtermittel). Die flüssige Phase wird über den Sammeltank 55 wieder dem Prozess zugeführt. Der optionale Separator 51 kann sich jedoch auch in der Leitung 48 befinden, welche vom Sammeltank 55 wegführt, bevorzugt befindet sich der Sepa rator in der Leitung 48 derart, dass in einer Zirkulationsleitung mit welcher der Inhalt des Sammeltanks 55 im Kreislauf über die Abläufe / Zuläufe 43, 44, 45, 46, 47 umgepumpt werden kann. Wenn es sich bei dem Sammeltank 55 um den Unfiltratpuffertank 3 handelt, dann kann ein optionaler Separator 51 auch in der Konzentratsammelleitung 11 angeordnet sein. Anstelle eines Separators kann auch eine andere geeignete Abtrennvorrichtung vorhanden sein, wie zum Beispiel ein Dekan ter oder ähnliche geeignete Systeme. Der Inhalt des Sammeltank 55 kann zu bestimmten Zeit punkten des Filtrationsprozesses dem Membranfilter 2a, 2b, 2c über entsprechende Leitungen zugeführt werden, zum Beispiel, wenn ein bestimmter Trübungswert oder eines dazu propor tionalen Werts im Unfiltrat, das zum Membranfilter geleitet wird, zum Membranfilter 2a, 2b, 2c unterschritten ist kann solange Inhalt aus dem Sammeltank 55 dosiert werden bis ein bestimm ter / maximaler Trübungswert oder eines dazu proportionalen Werts im Unfiltrat zum Memb ranfilter 2a, 2b, 2c erreicht wird. Möglich ist auch, den Inhalt des Sammeltanks 55 kontinuier lichen dem Filtrationsprozess zuzuführen. Beispielhaft kann dem Unfiltrat 5 % bis 10 % Inhalt aus dem Sammeltank 55 zudosiert werden (5 % bedeutet, dass 95 hl Unfiltrat 5 hl Tankinhalt aus dem Sammeltank zugegeben wird). Alternativ wird der Inhalt des Sammeltanks 55 gegen Ende des Filtrationsprozesses dem Membranfilter 2 zugeführt. Denkbar ist ebenfalls, dass der Inhalt des Sammeltanks 55 der Würzepfanne oder einer anderen Verwertung zugeführt wird (zum Beispiel einem Althefetank, einem Restbiertank, einem Separator, Sedicanter oder De kanter. Die bevorzugte Verwendung des Inhaltes des Sammeltanks 55 ist die Zuführung wäh rend oder gegen Ende des Filtrationsprozesses zu dem Membranfilter 2a, 2b, 2c. Die Zugabe kann in einer beliebigen Leitung, welche zum Membranfilter 2 führt, erfolgen oder wenn es sich bei dem Sammeltank 55 um einen separaten Tank handelt auch dem Unfiltratpuffertank 3 zugeführt werden. Über die Leitung 48 und 49 sowie der Verbindungsleitung 50a kann Me dium vom Sammeltank 55 über den Zulauf 20 dem Unfiltratpuffertank 3 zugeführt werden. Auch wenn nicht dargestellt so kann das Medium auch über den unteren Ablauf 4 dem Unfilt ratpuffertank 3 zugeführt werden. Über die Leitung 48 und 49 sowie der Verbindungsleitung 50b kann Medium vom Sammeltank 55 der Dosierleitung 12, oder über die Verbindungsleitung 50c der Leitung 13 zugeführt werden. Auch wenn nicht dargestellt so kann das Medium vom Sammeltank 55 über die Leitung 48 und 49 auch beispielhaft über eine der Leitungen 14, 23, 35 oder Unfiltratleitung 6 (vor oder nach dem Dosierpunkt D) dem Membranfilter 2a, 2b, 2c zugeführt werden. Auch wenn in Figur 4 nicht dargestellt kann die Zuführung des Mediums mit der Dosiereinrichtung 7 oder 70 erfolgen. Auch wenn in der Figur 4 nicht dargestellt, so ist es auch möglich, dass, das Sediment aus dem Unfiltratpuffertank 3, beispielhaft über die Verbindungsleitung 50b und der Leitung 49 und 48 über den Zulauf 43, dem Sammeltank 55 zugeführt werden kann, sodass der Unfiltratpuf fertank 3 gereinigt und/oder mit Unfiltrat welches sich von im Unfiltratpuffertank 3 befindlichen Unfiltrat unterscheidet (zum Beispiel Unfiltrat einer anderen Biersorte befüllt werden kann). Dies ist besonders von Vorteil, wenn nach einer erneuten Befüllung des Unfiltratpuffertank 3 (zum Beispiel vor einem Filtrationszyklus oder einem Biersortenwechsel) mit einem Unfiltrat aus dem Lagerkeller 21 mit geringer Hefezellzahl gestartet werden soll und erst später die Feststoffmenge / Hefezellzahl sprich die Belastung der Membran 40 durch erhöhte Fest stofffracht sukzessive erhöht werden soll. Durch das Auffangen von Mischphasen und Kon zentrat sowie durch das Zurückführen derselben, insbesondere zum Filtrationsprozess, fallen nur sehr geringe bis keine Bierverluste an. Zudem werden die Membranen 40 des Membran filter 2a, 2b, 2c nicht einer zu hohen Partikelfracht ausgesetzt und werden dadurch geschont. Da die Ausschübe und Konzentrate aufgefangen und wiederverwendet werden kann aus wirt schaftlicher Sicht der Membranfilter 2a, 2b, 2c zu einem früheren Zeitpunkt, wenn die Partikel fracht noch nicht so hoch ist, gespült werden. Somit wird der Membranfilter 2a, 2b, 2c zwar häufiger zum Beispiel mit Wasser rückgespült, jedoch werden die Membranen 40 durch die geringere Partikelfracht geschont. Auch wenn nicht dargestellt so können sich die Zu- und Abläufe auch im Tankinneren auf verschiedenen Höhenniveaus des Sammeltanks 55 befin den. Es kann sich um ein von unten in den Sammeltank 55 eingeführtes, konzentrisch ange ordnetes Rohr handeln, mit einer ersten, am unteren Ende des Sammeltank 55 angeordneten zentralen Öffnung. Weiterhin kann der zweite Zu- oder Ablauf ein zweites Rohr umfassen und der dritte Zu- oder Ablauf ein drittes Rohr umfassen, wobei sich vorzugsweise das zweite und dritte Rohr zumindest abschnittsweise innerhalb des Sammeltanks 55 erstrecken. Das zweite und dritte Rohr kann ineinander, vorzugsweise konzentrisch, angeordnet sein.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n), insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) mit mehreren Modu len, zur Crossflow Filtration und einem Unfiltratpuffertank (3), wobei Unfiltrat durch den Unfilt ratpuffertank (3) und den mindestens einen Membranfilter (2) im Kreislauf geführt werden kann, der Unfiltratpuffertank (3) an seinem unteren Ende einen unteren Ablauf (4) und einen darüber liegenden oberen, insbesondere seitlichen Ablauf (5) aufweist, der obere, insbesondere seitliche Ablauf (5) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Unfiltratlei tung (6) mit dem mindestens einen Membranfilter (2) verbunden ist, über die Unfiltrat zu dem mindestens einem Membranfilter (2) geleitet werden kann dadurch gekennzeichnet, dass vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Dosiereinrichtung (7, 70) dem Unfiltrat Sediment zudosiert werden kann.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Dosierleitung (12, 16) an einem Dosagepunkt (D) mit der Unfiltratleitung (6) verbunden ist und in der Dosierleitung (12, 16) die Dosiereinrichtung (7) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Membranfilter, insbesondere mindestens eine Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) jeweils einen Unfiltratzulauf (8), einen Filtratablauf (9) und einen Konzentratablauf (10), der in eine Konzentratsammelleitung (11) mündet, aufweist, wobei der untere Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) über eine Leitung (12, 13, 14) mit dem Kon zentratablauf (10) des mindestens einen Membranfilters, insbesondere der jeweils mindestens einen Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) verbunden ist, wobei diese Leitung (12, 13, 14) vorzugsweise von der Dosierleitung (12, 16) abzweigt.
4. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7) eine Pumpe (7a), insbesondere Dosierpumpe (7a) und/oder ein Regelventil (70) vorzugsweise zusätzlich einen Durchflussmesser (7b, 71) umfasst.
5. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die Vorrichtung (1) eine Steuerung aufweist, über die, die dem Unfiltrat über die Dosiereinrichtung (7, 70) zudosierte Menge/Zeit an Sediment geregelt zudosiert werden kann, insbesondere in Abhängigkeit einer Trübung und/odereines dazu proportionalen Werts insbe sondere des Unfiltrats und/oder Sediments; und/oder in Abhängigkeit des Durchflusses, ins besondere des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit eines Transmem brandrucks an mindestens einem Modul (40) einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n).
6. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass eine Einrichtung zum Messen der Trübung (18) oder eines proportionalen Wertes vorgesehen ist, vorzugsweise zwischen dem Dosagepunkt D, an dem die Dosierleitung (12) in die Unfiltratleitung (6) mündet und dem mindestens einen Membranfilter (2).
7. Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass der untere Bereich des Unfiltratpuffertanks (3) konisch zuläuft und insbesondere der obere oder seitliche Ablauf (5) sich oberhalb des konischen Bereichs befindet, vorzugsweise in der oberen Hälfte des Unfiltratpuffertanks (3) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Ablauf (4) einen Tankauslaufstutzen in Form eines Ablaufrohrs (4b) aufweist, das in den Unfiltratpuffertank (3) von unten hineinragt, derart dass Sediment durch das Ab laufrohr (4b) ablaufen kann und/oder durch einen Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und dem Unfiltratpuffertank (3), wobei vorzugsweise über Ventile (60a, 60b), insbesondere Regelventile, einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr (4b) und/oder den Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3) abgeleitet werden soll.
9. Verfahren zum Filtrieren von Bier, insbesondere mit einer Vorrichtung (1) nach mindes tens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Unfiltrat Bier aus einem Unfiltratpuffertank (3) mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) filtriert wird und das Unfiltrat im Kreislauf dem Unfiltratpuffertank (3) als Konzentrat rückgeführt wird, wobei dem Unfiltratpuffertank (3) Unfiltrat aus einem oberen insbesondere seitlichen Auslass (5) entnom men wird und Sediment über einen unteren Ablauf (4) am unteren Ende des Unfiltratpuf fertanks (3) dem Unfiltrat zumindest zeitweise zudosiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sediment geregelt zu dosiert wird und insbesondere die dosierte Menge /Zeit an Sediment in Abhängigkeit eines Messwerts geregelt wird insbesondere in Abhängigkeit der Trübung oder eines dazu proporti onalen Werts des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit des Durchflus ses, insbesondere des Unfiltrats und/oder des Sediments und/oder in Abhängigkeit eines Transmembrandrucks an mindestens einem der Module (40) einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Filt rationszyklus Sediment über den unteren Ablauf (4) der Unfiltratleitung (6) an dem Dosierpunkt (D) vor der Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) zudosiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere am Ende eines Filtrationszyklus Unfiltrat mit Wasser, insbesondere entgastem Wasser, aus dem mindestens einen Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) ausgeschoben wird und dabei dem Was ser Sediment aus dem unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) zudosiert wird, und ins besondere das Sediment vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) in einen Konzent ratablauf (10) des mindestens einen Membranfilter (2) eingeleitet wird und in den Unfiltratstrom insbesondere Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird, wobei insbesondere ein Konzentratre gelventil (70) die Dosagefunktion übernimmt.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass während sich mindestens einer von mehreren Membranfiltereinheiten (2a, 2b, 2c) in ei nem Filtrationszyklus befindet und Unfiltrat aus den Unfiltratpuffertank (3) filtriert, kann min destens eine andere Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c) derart betrieben werden, dass kontinu ierlich Wasser, insbesondere entgastes Wasser, durch diese Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c) geleitet wird und Sediment vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) und/oder Hefe bier oder Gelägerbier in einen Konzentratablauf (10) der entsprechenden Membranfiltereinheit (2) eingeleitet wird und in den Wasserstrom eingeleitet und filtriert wird.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) während einer Filtrationszyklusreihe über ein Zeitintervall t betrieben wird bevor der Unfiltratpuffertank (3) zum Beispielentleert und die Vorrichtung (1) zum Beispiel gereinigt wird, wobei es während des Zeitintervalls t mehrere aufeinander folgende Filtrations zyklen gibt und die Partikelfracht, insbesondere Hefekonzentration in den Filtrationszyklen der art eingestellt wird, dass die maximale Partikelfracht einen Grenzwert nicht überschreitet.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der untere Ablauf (4) einen Tankauslaufstutzen umfasst in Form eines Ablaufrohrs (4b), das in den Unfiltratpuf fertank (3) von unten hineinragt, derart dass Sediment durch das Ablaufrohr (4b) ablaufen kann und/oder durch einen Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3), wobei vorzugsweise über Ventile (60a, 60b), insbesondere Regelventile, einstellbar ist, ob Sediment durch das Ablaufrohr (4b) und/oder den Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3) abgeleitet werden soll, wobei vorzugsweise wenn Sediment über den Dosagepunkt D der Unfiltratleitung (6) vor dem mindestens einen Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) zudosiert, wird Sediment aus dem Ablaufrohr (4b) abgezogen wird und wenn Sediment direkt dem Konzentratablauf (10) des mindestens einen Membranfil ters (2a, 2b, 2c, 2n) zugeleitet wird, der Ablauf im Bereich (4c) zwischen dem Ablaufrohr (4b) und der Tankwandung von dem Unfiltratpuffertank (3) verwendet wird.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (13, 14) die vom unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) zum Kon zentratablauf (10) des jeweiligen mindestens einen Membranfilters (2a, 2b, 2c, 2n) führt, zu sätzlich ein Anschluss (81) vorgesehen ist, der mit einer Zuführung für Hefebier oder Geläger bier, insbesondere einem Tank oder einer anderen Anlage, verbunden ist, wobei das Konzent ratregelventil (70) die Dosagefunktion für das zugeführte Hefebier oder Gelägerbier überneh men kann und/ oder ein Anschluss (82) für Wasser, insbesondere entgastem Wasser, vorgesehen ist derart, dass zusätzlich zum Unfiltrat oder alternativ zum Unfiltrat Wasser, insbesondere entgastem Wasser, durch den jeweiligen Membranfilter (2) geleitet werden kann.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, dass das Unfiltrat in den Unfiltratpuffertank (3) über einen Tangentialeinlass (20) eingeleitet wird.
18. Vorrichtung zum Filtrieren von Bier mit mindestens einem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n), insbesondere mindestens einer Membranfiltereinheit (2a, 2b, 2c, 2n) mit mehreren Modu len, zur Crossflow Filtration, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 16 bis 17, wobei der Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) mit einer Unfiltratleitung (6, 8, 10) zum Zuführen von Unfiltrat, einer Filtratleitung (90) zum Ableiten des Filtrats und einer Rücklauflei tung (89) für Konzentrat verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Sammeltank (55), der über die Rücklaufleitung (89) für Konzentrat und die Unfiltratleitung (6, 8, 10) und vorzugs weise zusätzlich über die Filtratleitung (90) mit dem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammeltank (55) zusätzlich zu einem Unfiltratpuffertank (3) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise Unfiltrat durch den Unfiltratpuffertank (3) und den mindestens einen Membranfilter (2) im Kreislauf geführt werden kann, und der Sammeltank (55) vorzugsweise mit dem unteren Ablauf (4) des Unfiltratpuffertanks (3) verbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung vorgesehen, die derart geschaltet werden kann, dass ein Medium zu mindest teilweise oder vollständig über die Filtratleitung (90) und/oder die Rücklaufleitung (89) für Konzentrat in den Sammeltank (55) geleitet werden kann und/oder das Medium von dem Sammeltank (55) wieder zum Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) geleitet werden kann, insbesondere in die Unfiltratleitung (6, 8, 10) und/oder Rücklaufleitung (89) für Konzentrat und/oder den Unfiltratpuffertank (3).
21. Verfahren zum Filtrieren von Bier, insbesondere nach mindestens einem der Ansprü che 9 bis 15 mit einer Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Medium aus dem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n), insbesondere Mischphasen oder Konzentrat zumindest teilweise oder vollständig über die Filtratleitung (90) und/oder die Rücklaufleitung (89) für Konzentrat in den Sammeltank (55) geleitet wird und vorzugsweise das Medium aus dem Sammeltank (55) erneut dem Membranfilter (2a, 2b, 2c, 2n) zugeführt wird, insbesondere in die Unfiltratleitung (6, 8, 10) und/oder Rücklaufleitung (89) für Konzentrat und/oder den Unfiltratpuffertank (3).
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