DE3533306A1 - Verfahren zur auftrennung und klarfiltration von suspensionen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zur auftrennung und klarfiltration von suspensionen und vorrichtung zu seiner durchfuehrungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung
und Klarfiltration von Suspensionen, beispielsweise von
Getränken mit Suspensionsstoffen, wie Bier mit Hefe- und
Trubstoffen; Wein mit Hefe- und Schönungsstoffen; Most
mit Eiweiß und Hefen, Fermentersuspension oder ähnliches,
bei dem eine von Stoffen ab einer bestimmten
Partikelgröße zu befreiende Suspension durch eine
Trennstufe, wie ein Filter oder eine Zentrifuge, geführt
wird sowie eine Vorrichtung zu seiner
Durchführung.
Es gibt verschiedenste Verfahren zum Abtrennen von
Stoffen ab einem bestimmten Molekulargewicht aus einer
Suspension. Diese Verfahren sind insbesondere in der
Biotechnologie notwendig, um Keime bzw. Bakterien aus
Lösungen abzufiltrieren; man erhält als Produkt dieser
sog. "Sterilfiltration" keimfreie Flüssigkeit. Flüssigkeiten,
die derart sterilgefiltert bzw. von Eiweißen
oder anderen größeren Verunreinigungen befreit werden,
sind beispielsweise Biere, bei denen das aus dem Gärtank
kommende Bier von Hefe, Hefe-Eiweißstoffen sowie
von Trubstoffen befreit werden muß und das entstehende
Bier möglichst keimfrei sein sollte. Eine
übersichtliche Zusammenfassung der bekannten
Bierfiltrationsverfahren findet sich in "Handbuch der
Brauereipraxis", Herausgeber: Dr.-Ing. Karl-Ulrich Heyse,
Brauwelt Verlag, Nürnberg, 1983. Bei Wein müssen
ebenfalls Hefe und Schönungsmaterialien ausfiltriert
werden, auch bei Fermenten, bei denen das Produkt einer
biologischen Vermehrung von Mikroorganismen die Lösung
mit den kleinen Molekülen das Filter passiert, während
die diese Materialien herstellenden Mikroorganismen, wie
Hefen oder andere Ein- oder kleine Mehrzeller, sowie
unerwünschte Nebenprodukte bzw. Nährboullionsbestandteile
abgetrennt werden.
Bisher wurden derartige Suspensionen mittels Filterelementen,
wie Stützschichtenfiltern, Massefiltern,
Anschwemmfiltern u. ä. die als Filtermaterial Kieselgur,
Perlite, Kohle, Asbest, Zellulosefilter, Bentonit,
Glas o. ä. einsetzen, filtriert, wobei die Stoffe mit
größerem Molekulargewicht auf der Oberfläche des Filters
zurückblieben, und die von den hochmolekulargewichtigen
Stoffen befreite Flüssigkeit durch das Filter austrat.
Derartige bekannte Filter, bei beispielsweise auch durch
Anschwemmen von Filtermaterial mit der zu filtrierenden
Suspension erst aufgebaut wurden, hatten den Nachteil,
daß sie bei Druckschlägen oder bei Druckabfall leicht
rissen und somit der gewünschte Effekt des Verhinderns
des Durchtretens von größeren Molekülen nicht erreicht
werden konnte. Bei Auftreten eines Druckabfalls traten
kleine Haarrisse beispielsweise in einem angeschwämmten
Silikatfilter auf (Kieselgurfilter), die dazu führten,
daß beispielsweise bei der Bierklarfiltration Mikroorganismen,
welche die Lagerfähigkeit des gefilterten Getränkes
stark herabsetzen, in das klarfiltrierte Bier
durchtraten. Es war daher in der Vergangenheit notwendig,
bspw. bei der Bierherstellung einer derartigen
Klarfiltrationsstufe eine Sterilisationsanlage, welche
das Klarfiltrat durch Kurzzeiterhitzen sterilisierte,
nachzuschalten.
Ein weiterer Nachteil derartiger bekannter Filterelemente
bestand darin, daß die abgetrennten Stoffe bspw.
bei Bier Bierhefe und Trubstoffe oder auch bei Fermentern
die abgeschiedenen Mikroorganismen mit Teilen des
Nährmediums aufgrund Ihrer Durchmischung mit dem Filtermaterial
meist nicht mehr oder nicht in hinreichender
Menge wiederverwendet bzw. zu anderen Produkten
verarbeitet werden konnten. Bei der Bierherstellung ist
dies besonders bedauerlich, da die Bierhefe mit Trubstoffen
ein exzellentes Futtermittel ist, welches sich
gut verkauft.
Ein weiteres Problem bestand darin, daß die herkömmlichen
Filterelemente nach einer gewissen Standzeit
vollständig durch Entnahme des Filtermaterials nebst
Filterkuchen regeneriert werden mußten, das Filtermaterial
mußte entsorgt werden. Ein Entsorgen des Filtermaterials
ist kostenaufwendig immer insesondere dann,
wenn ein nicht weiterverwendbares Filtermaterial anfällt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur
Klarfiltration von Flüssigkeiten zu schaffen, welches
zuverlässig die Abtrennung von Molekülen ab einer
gewissen Größe ermöglicht, wobei Filtrat und
herausgefiltertes Material ohne zugesetzte Filterhilfsmittel
gewonnen werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch ein Verfahren gelöst, bei dem diese Suspension
durch eine Ultrafiltrationsstufe in ein klares Filtrat
und in eine konzentrierte Suspension aufgetrennt wird,
und diese konzentrierte Suspension in einer Feststoffabtrennung,
wie einer Zentrifuge oder
Dekanter und/oder einer Filterpresse in eine feststoffreiche
Phase, die bspw. Hefe, Schönungsmittel, Trubstoffe
u. ä. aufweisen kann, und eine flüssige Phase aufgetrennt
wird, die in den Suspensionsstrom der Ultrafiltrationsstufe
rückgeführt wird.
Dadurch, daß eine Ultrafiltrationsstufe gemeinsam mit
einer nachgeschalteten Feststoffabtrennvorrichtung eingesetzt
werden, wobei die aus der Feststoffabtrennvorrichtung
stammende Flüssigkeit in den die Ultrafiltrationsstufe
beschickenden Suspensionsstrom zurückgeführt
wird, kann eine erhebliche Erhöhung der Ausbeute an der
zu gewinnenden Flüssigkeit erzielt werden. Bei Vorsehen
eines Dekanters oder einer Zentrifuge kann das Verfahren
kontinuierlich gestaltet werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht
darin, daß das Klarfiltrat aus der Ultrafiltrationsanlage
steril ist, weil ein Durchschlagen der
Ultrafiltrationsmembran bei Druckstößen nicht auftritt,
im Gegensatz zu den bisher einesetzten Anschwemmfiltern.
Weiterhin kann das in der Feststoffabtrennvorrichtung,
bspw. dem Dekanter, der Zentrifuge oder der Filterpresse
abgetrennte feste Material rein gewonnen werden, d. h.
ohne irgendwelche Verunreinigungen mit Filterstoffen,
welche es bspw. für die Verwendung als Tierfuttermittel
o. ä. unbrauchbar machen.
Bei Einsatz einer Filterpresse, welche bspw. bei der
Klarfiltration von Bier die Gelägerhefe zu einem sehr
hohen Prozentsatz auszupressen vermag, ist die Ausbeute
an gewonnenem Bier sehr viel höher als bei herkömmlichen
Verfahren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Ultrafiltrationsanlage
eine Querfiltrationsanlage eingesetzt,
welche durch ihre relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten
und Turbulenz ein zuverlässiger Weitertransport
des Suspensionskonzentrats unter weitestgehender
Verhinderung des Verweilens des Konzentrats an der Membran
ermöglicht.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Membran der Ultrafiltrationsstufe
eine Porengröße besitzt, die nur
Moleküle mit einem Molekulargewicht von kleiner als ca.
1.000.000, bevorzugt kleiner als ca. 200.000 und besonders
bevorzugt kleiner als ca. 100.000 durchlässt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist die zu filtrierende
Suspension Bier aus einem Gärtank mit Hefe und Trubstoffen,
welches in einer Querfiltrationsanlage in
keimfreies, klares Bier und ein Bier-Hefe-Trubstoffkonzentrat
aufgetrennt wird, wobei das Konzentrat in
einer Feststoffabtrennvorrichtung in eine Hefe-Trubstoffphase
und rückzuführendes Bier aufgetrennt wird.
Dabei kann als Suspension der gesamte Inhalt eines
Gärtankes, eingeschlossen die Hefegeläger und Trubstoffe
restlos verarbeitet werden. Mit bisherigen Verfahren
war es nicht möglich, den gesamten Gärtankinhalt zur
filtrieren, es wurde ein Resttankinhalt belassen, der
sodann separat behandelt wurde und zu sog. "Restbier"
führte, welches als minderwertiges Bier verarbeitet
werden mußte. Dadurch, daß erfindungsgemäß der gesamte
Gärtankinhalt verarbeitet werden kann, fällt ein derartiges
Restbier nicht mehr an und es kann eine weitaus
höhere Ausbeute insbesondere bei Brauereiverfahren
erzielt werden.
Eine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Ultrafiltrationsstufe
mit einer Filtratabführung und einer Suspensionskonzentratleistung
auf, die in eine nachgeschaltete
Feststoffabtrennvorrichtung führt, wobei die Feststoffabtrennvorrichtung
einen Flüssigkeitsabfluss aufweist,
der mit der Leitung zur Ultrafiltrationsstufe verbunden
ist, so daß in der Feststoffabtrennvorrichtung abgetrennte
Flüssigkeit zur Ultrafiltrationsstufe rückgeführt
wird. Vorteilhafterweise ist die Feststoffabtrennvorrichtung
ein Dekanter. Die Feststoffabtrennvorrichtung
kann aber auch eine Zentrifuge oder auch eine
Filterpresse sein.
Als Ultrafiltrationsanlage wird vorteilhafterweise eine
Querfiltrationsanlage eingesetzt, bspw. eine solche,
die Moleküle mit Molekulargewichten von unterhalb etwa
1.000.000, bevorzugt von unterhalb etwa 200.000 und
besonders bevorzugt unterhalb von etwa 100.000 aus der
Suspension ausfiltert.
Gegenüber bekannten Suspensionstrennvorrichtungen und
-Verfahren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die Vorrichtung zu dessen Durchführung in überraschender
Weise ein ökonomischeres Arbeiten, insbesondere
werden Verluste der zu gewinnenden Flüssigkeit bei
der Filtration minimiert und eine vollständige Verwendung
des Konzentrats ermöglicht, da keine Filterhilfsmittel
im Konzentrat vorhanden sind; Filterdurchbrüche
und Ihre Folgen verhindert, Abfall und Abwasseranfall
erheblich minimiert und die Filtrationskosten
wesentlich gesenkt.
Im folgenden wird nun die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
und der begleitenden Zeichnung näher
erläutert, dabei zeigt:
Fig. 1 Eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 Eine semikontinuierliche Anlage, die mit dem ersten
Arbeitsbehälter arbeitet und
Fig. 3 Die Vorrichtung gemäß Fig. 2, bei Beschickung des
zweiten Arbeitsbehälters.
In der Fig. 1 ist eine für die Bierfiltration ausgelegte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt, bei der eine Suspension durch Membranmoduln 6
und einen Dekanter 12 in verwertbare Flüssigkeit und
verwertbare Feststoffe aufgetrennt wird. Die dort
dargestellte Vorrichtung eignet sich insbesondere für
die Aufarbeitung von Bier aus Gärtanks. Mit Hilfe einer
Zuführpumpe 2 wird der Inhalt eines Gärtanks 1 niveaugesteuert
einem als Puffer wirkendem Vorlagetank 3 zugeführt,
welcher die Ultrafiltrationsanlage 6 beschickt.
Eine Speisepumpe 4 fördert die unfiltrierte Suspension
in den Kreislauf der Ultrafiltrationsanlage 6. Umwälzpumpen 5
führen die Suspension durch die Membranmoduln 6
der Ultrafiltrationsanlage.
Durch die Membranen werden Hefen, Trubstoffe und
vorhandene Keime zurückgehalten, während Bier als klares
Filtrat die Membranen permeiert und über eine Leitung 7
in einen Stapeltank 8
abgeführt wird. Im Kreislauf der
Ultrafiltrationsanlage reichern sich zwischenzeitlich
Hefen und Trubstoffe an. Ein Teil des Konzentrats wird
kontinuierlich über ein Regelventil 9 in einen Konzentratpuffertank 10
geleitet und von dort über die Dosierpumpe 11
in einen Dekanter 12 geleitet. Infolge der
kontinuierlichen Zuführung von unfiltriertem Substrat
aus dem Gärtank 1 in den Kreislauf der Anlage stellt
sich ein stationärer Konzentrationszustand ein, der so
gesteuert wird, daß eine optimale Filtrationsleistung
erzielt wird.
Im Dekanter 12 wird das über das Regelventil 9 abgezogene
Konzentrat in eine feste und eine flüssige Phase
getrennt. Die feste Phase besteht bei der Verarbeitung
von Bier fast ausschließlich aus Hefe und Trub 13.
Das Dekanterbier 14, die flüssige Phase, besitzt nur
noch einen geringen Gehalt an Hefe und Trubstoffen und
wird in den Vorlagetank 3 der Ultrafiltrationsanlage 6
rückgeführt. Während des Betriebes steht die gesamte
Anlage bevorzugt unter Kohlensäuredruck, um ein Austreten
der Bierkohlensäure auszuschließen.
In den Fig. 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße semikontinuierliche
Anlage, hier ebenfalls speziell für die
Bierfiltration ausgelegt, dargestellt, bei welcher der
Inhalt eines Gärtanks 1 mit Hilfe einer Zuführpumpe
niveaugesteuert in einen ersten Arbeitsbehälter 15 der
Ultrafiltrationsanlage 6 geführt wird. Aus dem ersten
Arbeitsbehälter 15 wird die unfiltrierte Suspension mit
Hilfe der Umwälzpumpe 5 durch die Membranmoduln 6 im
Kreislauf der Ultrafiltrationsanlage gefördert und
konzentriert wieder in den ersten Arbeitsbehälter 15
rückgeführt. Gleichzeitig wird die Konzentration der
bereits verarbeiteten Filtrationscharge im zweiten
Arbeitsbehälter 16 über eine Dosierpumpe 11 in den
Dekanter 12 geführt und dort in eine feste und eine
flüssige Phase aufgetrennt. Die feste Phase, die im
wesentlichen aus Hefe und Trub 13 besteht, wird ausgetragen
während die flüssige Phase, das sog. Dekanterbier 14
mit einem geringen Hefe und Trubanteil wieder in
den ersten Arbeitsbehälter 15 rückgeführt wird und
damit wieder in den Filtrationskreislauf der Ultrafiltrationsanlage
eintritt.
Die Moduln 6 der Ultrafiltrationsanlage enthalten
Membranen, auf denen Hefen, Trubstoffe und auch Keime
zurückgehalten werden, während Bier als klares Filtrat
die Membran permeiert und über eine Filtratleitung in
den Stapeltank 8 abgeführt wird. Während des Betriebes
wird dem ersten Arbeitsbehälter 15 laufend niveaugesteuert
nicht filtrierte Suspension zugeführt. Die
Zufuhr von nicht filtrierter Suspension wird solange
fortgesetzt, bis die Konzentration von Hefen und Trubstoffen
im ersten Arbeitsbehälter so stark gestiegen
ist, daß die Filterleistung nachläßt. Die Filtration
der Charge wird dann beendet und auf den zweiten Arbeitsbehälter 16
umgestellt, der zwischenzeitlich
gereinigt, sterilisiert und auf Arbeitsniveau mit
nichtfiltrierter Suspension gefüllt worden ist. Der
zweite Arbeitsbehälter 16 kann nun an die Ultrafiltrationsanlage
angeschlossen werden (Fig. 3) und liefert
die nächste Charge. Das Konzentrat im ersten Arbeitsbehälter 15
wird nun über eine Dosierpumpe 11 in den
Dekanter 12 geführt und dort in eine feste und eine
flüssige Phase aufgetrennt. Während die feste Phase
ausgetragen wird, wird die flüssige Phase, die aus dem
Dekanter 14 austritt, in den zweiten Arbeitsbehälter 16
geführt und damit in den Ultrafiltrationskreislauf
rückgeführt.
Auf diese Art und Weise kann das Bier chargenweise
sterilfiltriert und das Hefe-Trub-Konzentrat ausgetragen
werden. Auch hier steht während des Betriebs die
gesamte Anlage bevorzugt unter Kohlensäuredruck, um ein
Austreten von Bierkohlensäure zu vermeiden.
Vorteilhafterweise können die beschriebenen Anlagen
auch Reinigungs- und Sterilisationseinrichtungen enthalten,
welche periodisch die gesamte Anlage sterilisieren
und reinigen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und
in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung
können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
für die Verwirklichung der Erfindung in ihren
verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
- Bezugszeichenliste
1. Gärtank
2. Zuführpumpen
3. Vorlagetank
4. Speisepumpe
5. Umwälzpumpe
6. Membranmodul
7. Leitung
8. Stapeltank
9. Regelventil
10. Konzentrat-Puffertank
11. Dosierpumpe
12. Dekanter/Filterpresse/Zentrifuge
13. Hefe und Trub
14. Dekanterbier
15. erster Arbeitsbehälter
16. zweiter Arbeitsbehälter
Claims (11)
1. Verfahren zur Auftrennung von Klarfiltration von
Suspensionen, bspw. von Getränken mit Suspensionsstoffen,
wie Bier mit Hefe und Trubstoffen; Wein mit Hefe
und Schönungsstoffen; Most mit Eiweiß und Hefen, Fermentersuspensionen
oder ähnlichem, bei dem eine von Stoffen
ab einer bestimmten Partikelgröße zu befreiende Suspension
durch eine Trennstufe, wie ein Filter oder eine
Zentrifuge, geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Suspenion durch eine
Ultrafiltrationsstufe in ein klares Filtrat und in eine
konzentrierte Suspension aufgetrennt wird, und diese
konzentrierte Suspension in einer Feststoffabtrennvorrichtung,
wie einer Zentrifuge oder einem Dekanter
und/oder einer Filterpresse, in eine feststoffreiche
Phase, die bspw. Hefe, Schönungsmittel, Trubstoffe und
ähnliches aufweisen kann, und eine flüssige Phase aufgetrennt
wird, die in den Suspensionsstrom vor der Ultrafiltrationsstufe
rückgeführt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsstufe
eine Querfiltrationsanlage ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Membran der Ultrafiltrationsstufe
Porengrößen aufweist, die Moleküle mit
einem Molekulargewicht von kleiner als etwa 1.000.000,
bevorzugt kleiner als etwa 200.000 und besonders bevorzugt
kleiner als etwa 100.000, durchlassen.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension Bier aus
einem Gärtank mit Hefe und Trubstoffen ist, das in einer
Querfiltrationsanlage in keimfreies, klares Bier und ein
Bier-Hefe-Trubstoffkonzentrat in einer Feststoffabtrennvorrichtung
in eine Hefe-Trubstoffphase und rückzuführendes
Bier aufgetrennt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension im wesentlichen
den gesamten Bier-Gärtankinhalt, eingeschlossen
Hefegeläger und Trubstoffe, aufweist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch eine Ultrafiltrationsstufe (6) mit
Filtratabführung (7) und Suspensionskonzentratleitung,
die Suspensionskonzentrat in eine nachgeschaltete Feststoffabtrennvorrichtung (12)
mit einem Flüssigkeitsabfluss (14)
leitet, wobei der Flüssigkeitsabfluss (14)
mit der zur Ultrafiltrationsstufe führenden Suspensionsleitung
verbunden ist.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffabtrennvorrichtung (12)
ein Dekanter ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffabtrennvorrichtung (12)
eine Zentrifuge ist.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffabtrennvorrichtung (12)
eine Filterpresse ist.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsstufe
(6) eine Querfiltrationsanlage ist.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querfiltrationsanlage
Moleküle mit einem Molekulargewicht unterhalb von etwa
1.000.000, bevorzugt kleiner als etwa 200.000 und besonders
besonders bevorzugt von etwa 100.000 - aus der
Suspension ausfiltert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853533306 DE3533306A1 (de) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | Verfahren zur auftrennung und klarfiltration von suspensionen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853533306 DE3533306A1 (de) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | Verfahren zur auftrennung und klarfiltration von suspensionen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3533306A1 true DE3533306A1 (de) | 1987-03-26 |
Family
ID=6281302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853533306 Withdrawn DE3533306A1 (de) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | Verfahren zur auftrennung und klarfiltration von suspensionen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Country Status (1)
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