Verbesserung der Stabilität der Bierfiltration mit PP-Vorfiltern und PES-Membrankartuschen

Kundenhintergrund

Der Kunde betreibt eine Brauerei, die verpacktes Bier für den Einzelhandel produziert.

Vor der Abfüllung durchläuft das Bier eine Patronenfiltration, um die Klarheit zu verbessern und Mikroorganismen zu kontrollieren. Das bestehende System verwendete Membrankartuschen als letzte Filtrationsstufe.

Der Kunde hatte jedoch ein wiederkehrendes Problem: Die letzten Membrankartuschen waren zu schnell verstopft, was zu einem schnelleren Anstieg des Differenzdrucks als erwartet führte und die Austauschhäufigkeit erhöhte.

Da Membrankartuschen zu den teuersten Verbrauchsmaterialien im Filtrationssystem gehören, erhöhte der häufige Austausch sowohl die Betriebskosten als auch den Wartungsaufwand.

Die Herausforderung

Der letzte Membranfilter erhielt zu viel Resthefe, feine suspendierte Feststoffe und kolloidale Verunreinigungen aus dem vorgelagerten Prozess.

Obwohl die Membran die erforderliche Endfiltrationsleistung erzielen konnte, musste sie eine Verunreinigungsbelastung bewältigen, die früher hätte entfernt werden müssen.

Der Kunde musste die Lebensdauer der Membran verlängern, ohne die Bierqualität zu beeinträchtigen oder größere Änderungen am bestehenden Filtrationssystem vorzunehmen.

Pullner Filtrationslösung

Pullner überprüfte den bestehenden Filtrationsprozess, anstatt die Membran einfach durch eine andere Kartusche mit der gleichen Nennleistung zu ersetzen.

Das Hauptziel war es, die Filtrationslast neu zu verteilen, so dass grobe und feine Verunreinigungen entfernt wurden, bevor das Bier die Endmembran erreichte.

Das optimierte System verwendete eine zweistufige Konfiguration:

PP-Vorfiltration → PES-Endmembranfiltration

Diese Anordnung ermöglichte es der PP-Kartusche, den Großteil der Partikellast zu bewältigen, während sich die PES-Membran auf die endgültige Feinfiltration und mikrobielle Kontrolle konzentrierte.

1. Bewertung der bestehenden Filtrationsbedingungen

Vor der Auswahl der Kartuschen wurden die wichtigsten Betriebsbedingungen überprüft, darunter:

• Bierdurchflussrate

• Abmessungen des vorhandenen Filtergehäuses

• Länge und Anschlusstyp der Kartusche

• Anfangs- und Enddifferenzdruck

• Temperatur während der Filtration

• Reinigungs- und Desinfektionsmethode

• erwartetes Filtrationsvolumen pro Produktionszyklus

• Feststoffbelastung vor der Endfiltration

Diese Informationen wurden verwendet, um festzustellen, ob die kurze Membranlebensdauer durch die Membran selbst oder durch übermäßige vorgelagerte Verunreinigungen verursacht wurde.

Die Auswertung ergab, dass das Hauptproblem der unzureichende Schutz der Endmembran war.

2. Hinzufügen einer hochkapazitiven PP-Vorfiltrationsstufe

Eine PP-Kartusche wurde stromaufwärts der PES-Membran installiert.

Der Zweck dieser Stufe war es, Resthefe, suspendierte Partikel und andere Verunreinigungen abzufangen, bevor sie die Endmembran erreichten.

Anstatt eine unnötig feine PP-Kartusche zu wählen, wurde die Vorfilterbewertung so gewählt, dass drei Faktoren ausgeglichen wurden:

Partikelentfernung, Durchflusskapazität und Lebensdauer.

Wenn der Vorfilter zu grob ist, gelangen übermäßige Verunreinigungen stromabwärts.

Wenn er zu fein ist, kann die PP-Kartusche selbst zu schnell blockieren und einen zusätzlichen Druckverlust verursachen.

Die endgültige Spezifikation des Vorfilters hängt daher von der tatsächlichen Bierqualität und der vorgelagerten Klärleistung ab.

Für Brauereianwendungen können PP-Tiefen- oder Plissierkartuschen je nach Verunreinigungsbelastung und erforderlichem Durchsatz ausgewählt werden.

Der Vorfilter bietet mehrere Vorteile:

• höhere Schmutzaufnahmekapazität

• geringere Kosten als die Verwendung der Endmembran zur Partikelentfernung

• reduzierte Partikelbelastung der PES-Membran

• langsamerer Anstieg des nachgeschalteten Differenzdrucks

• einfacherer und wirtschaftlicherer Patronenaustausch

3. Verwendung von PES-Membran nur für die Endfiltration

Nachdem die meisten Partikelverunreinigungen entfernt worden waren, durchlief das Bier die PES-Membrankartusche.

PES wurde gewählt, da seine hydrophile Membranstruktur für die kritische Flüssigkeitsfiltration geeignet ist und kontrollierte Poreigenschaften für die endgültige Bierfiltration bietet.

Abhängig von den mikrobiellen Kontrollanforderungen der Brauerei können Membranbewertungen wie 0,45 μm oder 0,65 μm in Betracht gezogen werden.

Die endgültige Auswahl sollte jedoch auf der erforderlichen mikrobiellen Rückhalteleistung und nicht allein auf der Porengröße basieren.

Durch die Reduzierung der Partikelbelastung, die die PES-Membran erreicht, konnte die Kartusche näher an ihrer beabsichtigten Funktion arbeiten, anstatt sowohl als Klärfilter als auch als Endmembran zu fungieren.

4. Kontrolle des Differenzdrucks über beide Stufen

Der Differenzdruck wurde als wichtiger Betriebsanzeiger behandelt.

Anstatt zu warten, bis die Endmembran schnell blockierte, konnte der Kunde die Druckentwicklung über die PP- und PES-Stufen separat überwachen.

Dies erleichterte die Bestimmung, wo sich die Verunreinigungen ansammelten.

Zum Beispiel:

Dieser Ansatz hilft auch den Wartungsteams, die teurere Membran nicht einfach zu ersetzen, nur weil der Gesamtsystemdruck gestiegen ist.

5. Anpassung der Kartuschen an vorhandene Geräte

Die Lösung wurde auf die vorhandenen Filtergehäuse des Kunden zugeschnitten.

Kartuschenlänge, Endanschluss, Dichtungskonfiguration und Dichtungsmaterial wurden an die installierte Ausrüstung angepasst, so dass keine größeren Änderungen am Gehäuse oder an der Rohrleitung erforderlich waren.

Wo bierberührende Anwendungen wiederholte Reinigungs- oder Desinfektionszyklen erfordern, müssen die Kartuschenmaterialien und Dichtungen auch mit den Reinigungschemikalien und der Betriebstemperatur des Kunden kompatibel sein.

Dies ist besonders wichtig für Membrankartuschen, da die langfristige Lebensdauer nicht nur von der Filtrationsleistung abhängt, sondern auch davon, wie die Kartusche auf wiederholte Desinfektionszyklen reagiert.

6. Überprüfung der neuen Filteranordnung

Das optimierte System wurde durch Überwachung bewertet:

• Anfangsdifferenzdruck

• Druckanstieg während des Betriebs

• Filtrationsdurchflussrate

• Bierklarheit

• Kartuschen-Servicezyklus

• Endfiltrationsleistung

• Zustand der Kartusche nach Gebrauch

Das Ziel war nicht einfach, zu bestätigen, dass die Filter installiert werden konnten.

Der Kunde musste überprüfen, ob der PP-Vorfilter die PES-Membran effektiv entlastete und ob die Endmembran über einen längeren Betriebszeitraum eine stabile Leistung aufrechterhalten konnte.

Ergebnisse

Nach der Optimierung der Filtrationsstufen erreichte der Kunde einen stabileren Filtrationsprozess.

Die PP-Kartusche absorbierte den Großteil der vorgelagerten Partikellast, wodurch die PES-Membran unter geeigneteren Bedingungen arbeiten konnte.

Die wichtigsten Verbesserungen waren:

• stabilerer Differenzdruck

• reduzierte Belastung der Endmembran

• längere Betriebszyklen der Membran

• weniger unnötige Membranaustausche

• vorhersehbarere Filtrationsleistung

• reduzierter Gesamtverbrauch an Kartuschen

Am wichtigsten ist, dass die Verbesserung erzielt wurde, ohne dass eine größere Neugestaltung der bestehenden Produktionslinie erforderlich war.

Warum Zweistufenfiltration besser funktioniert

Die Verwendung der feinsten Membrankartusche für jede Filtrationsaufgabe ist selten der wirtschaftlichste Ansatz.

Bei der Bierfiltration sollten Verunreinigungen schrittweise entfernt werden.

Der Vorfilter bewältigt die höhere Partikellast, während die Endmembran die kritischere Feinfiltrationsaufgabe übernimmt.

Dies schützt die teurere Membran und nutzt die Filtrationskapazität beider Kartuschen besser aus.

Für Brauereien, die eine schnelle Membranverblockung oder häufigen Patronenaustausch erleben, ist die Lösung oft nicht, allein eine andere Membran zu verwenden.

Der effektivere Ansatz ist, die gesamte Filtrationssequenz zu überprüfen.

Pullner bietet PP-Vorfilter, PES-Membrankartuschen, PTFE-Sterilgasfilter und Edelstahl-Utility-Filter für Brauereifiltrationssysteme an.

Filterkonfigurationen können je nach Biereigenschaften, Durchflussrate, Filtrationsanforderungen, Desinfektionsmethode und vorhandenem Filtergehäusedesign ausgewählt werden.