GUTTE, Reimar (Spellerstr. 11a, Oelde, 59302, DE)
HERBERG, Wolf-Dietrich (Durchholzer Str. 168, Witten, 58456, DE)
GUTTE, Reimar (Spellerstr. 11a, Oelde, 59302, DE)
| Ansprüche 1 . Filtrationsanlage zur Klärung eines trüben Getränks, insbesondere eines trüben Weins, aus wenigstens einem Tank, in welchem sich ein Geläger ausgebildet hat, durch eine Cross-Flow-Filtration, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a. einen ersten Filtrationskreislauf (1 1 ) mit wenigstens einem Filtrationsmodul (6) mit wenigstens einem oder mehreren Filtrationselementen mit Kanälen (10) mit einem ersten Durchmesser, und b. einen dazu parallelen zweiten Filtrationskreislauf mit wenigstens einem Filtrationsmodul (7) mit wenigstens einem oder mehreren Filtrationselementen mit Kanälen mit einem relativ zum ersten Durchmesser größeren zweiten Durchmesser. 2. Anlage nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Mittel, vorzugsweise Ventile, oder Umschwenkbögen zum Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Filtrationskreislauf. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Versorgungsaggregate wie eine Pumpe (13) oder eine Steuereinrichtung (4) der Filtrationsanalage zum Betrieb beider Filtrationskreisläufe vorgesehen sind. 4. Anlage nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Zuleitung (25) für ein Fluid, vorzugsweise ein Inertgas, aufweist. 5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrat des ersten Filtrationsmoduls (6) und das Filtrat des zweiten Filtrationsmoduls (7) durch eine gemeinsame Ableitung (26) aus der Filtrationsanlage abführbar sind. 6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitung (26) eine Rückspüleinheit zugeordnet ist. 7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtrationsmodul (6) wenigstens eins oder mehrere Filtrationselemente mit Kanälen (9) aufweist, die einen Durchmesser von weniger als 2mm aufweisen. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtrationsmodul (7) wenigstens eins oder mehrere Filtrationselemente mit Filtrationskanälen aufweist, die einen Durchmesser von mehr als 6mm aufweisen. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Filtrationsmodul (6, 7) jeweils Filtrationselemente aus Keramik aufweisen. 10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtrationsmodul (6) des ersten Filtrationskreislaufs (1 1 ) mehr Filtrationselemente als das zweite Modul (7) des zweiten Filtrationskreislaufs (12) aufweist. 1 1 .Verfahren zur Filtration eines trüben Getränks, insbesondere eines trüben Weins, aus wenigstens einem Tank, in welchem sich ein Geläger ausgebildet hat, mit einer Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche: a. a1 ) das trübe Getränk wird entweder im ersten Filtrationskreislauf (1 1 ) mit den Filtrationsmodulen (6) mit den Kanälen (9) mit dem kleineren Durchmesser geklärt und abgeleitet oder a2) das trübe Getränk wird in beiden Filtrationskreisläufen (1 1 ) mit den Filtrationsmodulen (6) mit den Kanälen (9) mit dem kleineren Durchmesser und den Filtrationsmodulen (7) mit dem größeren Durchmesser parallel geklärt und abgeleitet; und b. das verbleibende Unfiltrat aus Schritt a) und/oder das Geläger des trüben Getränks wird/werden daraufhin im zweiten Filtrationskreislauf (12) mit den Filtrationsmodulen (7) mit den Kanälen (9) mit dem größeren Durchmesser geklärt und abgeleitet. |
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Klärung von Getränken, insbesondere zur Klärung von Wein, durch Filtration nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 1 1 .
Getränke, die aus Obst- oder Getreide gewonnen werden, enthalten in der Regel Trubstoffe, die entweder kolloidal in der Flüssigkeit vorliegen oder die als Geläger in einem Behältnis absetzen. Bei der Klärung von Wein aus einem Gärtank ist es bekannt, den Wein getrennt vom Trub - dem sogenannten Geläger - im unteren Teil des Gärtanks zu verarbeiten.
Zur Klärung des Weins werden beispielsweise Filtrationsanlagen eingesetzt. Der Trub bzw. das Geläger wird separat verarbeitet oder verworfen, da die gängigen Filtrationsanlagen zwar zur Verarbeitung des Weins geeignet und ausgelegt sind, nicht aber zur Verarbeitung des Trübes bzw. Gelägers mit einem im Vergleich zum Wein sehr viel höheren Anteil an Trubstoffen. Nur in sehr großen Weinerzeugerbetrieben ist es gelegentlich sinnvoll, zur Klärung des Gelägers eine eige- ne Verarbeitungslinie bereit zu stellen, um aus dem Geläger zumindest noch einen Wein verringerter Qualität zu gewinnen. In kleinen Weinerzeugerbetrieben ist dies aus Kostengründen nicht sinnvoll.
Die Erfindung hat die Aufgabe, dieses Problem zu beheben.
Die Erfindung löst diese durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 1 1 .
Anspruch 1 schafft eine Filtrationsanlage zur Klärung eines trüben Getränks, insbesondere eines trüben Weins, aus wenigstens einem Tank, in welchem sich ein Geläger ausgebildet hat, durch eine Cross-Flow-Filtration, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) einen ersten Filtrationskreislauf mit wenigstens einem Filtrationsmodul mit wenigstens einem oder mehreren Filtrationselementen mit Kanälen mit einem ersten Durchmesser, und b) einen dazu vorzugsweise parallelen zweiten Filtrationskreislauf mit wenigstens einem Filtrationsmodul mit wenigstens einem oder mehreren Filtrationselementen mit Kanälen mit einem relativ zum ersten Durchmesser größeren zweiten Durchmesser.
Anspruch 1 1 schafft ein Verfahren zur Filtration eines trüben Getränks, insbeson- dere eines trüben Weins, aus wenigstens einem Tank, in welchem sich ein Gelä- ger ausgebildet hat, mit einer Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche: a) a1 ) das trübe Getränk wird entweder im ersten Filtrationskreislauf mit den Filtrationsmodulen mit den Kanälen mit dem kleineren Durchmesser geklärt und abgeleitet oder a2) das trübe Getränk wird in beiden Filtrationskreis- läufen mit den Filtrationsmodulen mit den Kanälen mit dem kleineren Durchmesser und den Filtrationsmodulen mit dem größeren Durchmesser parallel geklärt und abgeleitet, und b) das verbleibende Unfiltrat aus Schritt a) und/oder das Ge- läger des trüben Getränks wird/werden daraufhin im zweiten Filtrationskreislauf mit den Filtrationsmodulen mit den Kanälen mit dem größeren Durchmesser ge- klärt und abgeleitet.
Da erfindungsgemäß wenigstens ein zweites Filtrationsmodul in die Filtrationsanlage integriert wird, das eine oder mehrere Filtrationselemente aufweist, dessen Durchströmungskanäle einen größeren Durchmesser aufweisen als die Filtrati- onselemente des ersten Filtrationsmoduls, kann nicht nur der zu verarbeitende Wein in den Filtrationselementen mit den Kanälen kleineren Durchmessers geklärt werden sondern es ist auch möglich, das Unfiltrat und/oder Geläger zu filtrieren, und zwar in dem Filtrationsmodulen mit größeren Kanaldurchmesser. Dies ist vorteilhaft, da das hierbei erhaltene Filtrat so beschaffen ist, dass es in der Regel noch als ein Wein verkauft werden kann.
Durch die Module mit den Kanälen größeren Durchmessers wird es möglich, auch das Geläger zu filtrieren, das eine erheblich größere/höhere Viskosität aufweist als das zu verarbeitende trübe Getränk. Am Ende der Filtration kann diese Viskosität des bei der Filtration des Gelägers verbleibenden„pastösen" Reten- tats/Unfiltrats mehr als 10mal so groß sein, beispielsweise bis zu 30mal so groß wie die Viskosität des bei der Filtration des Weins verbleibenden Retentats.
Dabei können die beiden Filtrationsmodule gemeinsam die Peripherie nutzen (Pumpen, Steuerungsvorrichtungen usw.), welche an der Filtrationsanlage auch für nur einen einzigen Filtrationskreislauf sowieso vorhanden sein müssen. Gegenüber der Anschaffung einer separaten Anlage zur Verarbeitung von Geläger bietet die Erfindung damit erhebliche wirtschaftliche Vorteile.
Vorteilhaft sind Mittel, vorzugsweise Ventile oder Umschwenkbögen, zum Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Filtrationskreislauf vorgesehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtrationsanlage zur Klärung von Wein;
Fig. 2A, 1 B Schnittansichten von zwei verschiedenen Membranfiltermodulen,
Fig. 3: einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Filtratflussvolumens und des Transmembrandrucks zum Ende einer Filtration;
Fig. 4: einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Filtervolumens, des
Filtratflusses und des Transmembrandrucks zum Ende einer Filtration.
Fig. 1 zeigt eine Filtrationsanlage zur Klärung von Wein durch eine Cross-Flow- Filtration.
Die Filtrationsanalage weist vorzugsweise einen der Anlage vorgeschalteten Speisetank 1 auf, der hier eine bevorzugte im oberen Teil zylindrische und im unteren Teil konische Form aufweist In den Speisetank wird die zu verarbeitende Suspension gefüllt, beispielsweise trüber Wein aus einem Tank oder Geläger aus einem Gärtank (letzterer hier nicht dargestellt).
Der Speisetank 1 ist hier über eine erste - vorzugsweise weiter oben am Speisetank 1 ansetzende - Leitung 2 und eine zweite - weiter unten, vorzugsweise am untersten Punkt des unten konischen Speisetank 1 ansetzende - Leitung 3 mit einer Filtrationsanlage 4 verbunden.
Die Leitung 3 dient als Zuleitung zur Zuleitung des trüben Weins aus dem Speisetank in die Filtrationsanlage 4. Die obere Leitung 2 ist eine Rückleitung zur Rückführung von Filtrat aus der Filtrationsanlage 4 in den Speisetank 1 (bei der Reini- gung, siehe unten). In die Leitung 3 ist hier eine Speisepumpe 5 geschaltet, mit welcher die Suspension in die Filtrationsanlage 4 geleitet werden kann.
Die Filtrationsanlage weist eine Mehrzahl von Filtrationsmodulen (vorzugsweise zwei oder mehr Filtrationsmodule) 6, 7 auf. Die Filtrationsmodule 6, 7 weisen vorzugsweise eines oder mehrere Keramikmembran-Filtrationselement(e) auf, welche im Cross-Flow-Verfahren betrieben werden.
Die Filtrationselemente weisen dazu weisen jeweils einen oder mehrere Keramik- körper 8 auf(siehe Fig. 2). Die Keramikkörper sind vorzugsweise gerade und röhrenartig. Sie sind von Kanälen 9, 1 0 für die Durchleitung der zu klärenden Suspension durchsetzt.
Die Filtrationsanlage 4, 5 weist wenigstens zwei - hier genau zwei - Filtrations- kreisläuse 1 1 , 1 2 auf. Zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsstroms 1 1 , 1 2 in den beiden Filtrationskreisläufen 1 1 , 1 2 dient eine für beide Filtrationskreisläufe gemeinsam genutzte Pumpe 1 3.
Aus der Zuleitung 3 zuströmende Suspension gelangt zunächst in die Pumpe 1 3.
Mit der Pumpe 13 wird die Suspension dann entweder in den ersten Filtrationskreislauf 1 1 oder in den dazu parallelen zweiten Filtrationskreislauf 1 2 oder in beide Filtrationskreisläufe 1 1 , 1 2 parallel geleitet. Der erste Filtrationskreislauf wird hier durch wenigstens folgende Elemente gebildet:
Eine Leitung 14 mit einem ein Ventil 1 5, wenigstens ein der Leitung 14 nachgeschaltetes Filtrationsmodule 6, eine Leitung 1 6 mit einem Ventil 1 7 und eine Lei- tung 1 8 mit Ventilen 1 9, 20, wobei die Leitung 1 8 wieder mit der Leitung 1 3 verbunden ist.
Der zweite Filtrationskreislauf 1 2 wird hier durch wenigstens folgende Elemente gebildet: Die Leitung 18 mit den Ventilen 19, 20, eine Leitung 21 mit einem Ventil 22, eines oder vorzugsweise mehrere der Filtrationsmodule 7 und eine Leitung 23 mit einem Ventil 24, wobei die Leitung 23 wieder in die Leitung 18 mündet. Es ist ferner eine Zuleitung 25 für ein Fluid wie ein Gas vorgesehen, welche hier in die Leitung 18 mündet.
Zudem ist eine Ableitung 26 für das Filtrat aus den Filtrationsmodulen 6, 7 vorgesehen. In die Ableitung 26 ist ein Ventil 27 geschaltet. Wird dieses geöffnet, wird die Leitung 26 mit der„Rück-„Leitung 2 zum Speisetank verbunden, so dass Filtrat in den Speisetank 1 zurückgeleitet werden kann, vorzugsweise bei einer Reinigung.
Eine der Ableitung 26 zugeordnete Reinigungseinrichtung 28 ermöglicht die Rei- nigung der Filtrationselemente.
Wesentlich ist, dass wenigstens zwei verschiedene Arten von Filtrationselementen, vorzugsweise Keramikelemente, mit Kanälen 9, 10 mit wenigstens zwei verschiedenen Durchmessern in den zwei verschiedenen Filtrationskreisläufen 1 1 , 12 angeordnet sind.
Die zu klärende Suspension strömt in den Kanälen 9, 10 entlang der Membran 8 der Filtrationselemente, wobei ein Teilstrom die Membran 8 als Filtrat passiert und durch das Trägermaterial abgeführt wird (Ableitung 26).
Vorzugsweise weist das Filtrationsmodul 7 eines oder mehrere der Filtrationselemente, insbesondere Keramikelemente, mit einem größeren Kanaldurchmesser auf und das Filtrationsmodul 6 eines oder mehrere der Filtrationselemente, insbesondere Keramikelemente, mit einem kleineren Kanaldurchmesser.
Vorzugsweise ist nur ein Filtrationselement mit den Kanälen 9 größeren Durchmessers im Filtrationsmodul 7 des Kreislaufs 12 vorgesehen, wohingegen der Kreislauf 12 mit mehreren - beispielsweise sechs - Filtrationselementen mit den Kanälen kleineren Durchmessers versehen ist. Analog zur Größe der Filtrations- anläge verändert sich dieses Verhältnis. Die Kanäle 9 der Filtrationselemente des ersten Filtrationsmoduls 6 können beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 23mm, insbesondere 1 -2 mm, besonders vorzugsweise 1 ,3 mm aufweisen, wie in Fig. 2a abgebildet. Die Kanäle 1 0 des wenigstens einen Filtrationselements des zweiten ersten Filtrationsmoduls 7 können dagegen einen Durchmesser von mehr als 6 mm, vorzugsweise 8 mm aufweisen, wie in Fig. 2b abgebildet.
Die Funktion dieser Anlage ist wie folgt.
Zu klärender Wein wird aus dem Speisetank 1 durch die Zuleitung 3 und die Pumpe 5 in die Pumpe 1 3 der Filtrationsanalage 4 geleitet.
Der trübe Wein enthält nur so viele Feststoffe, dass er im Filtrationskreislauf 1 1 mit den Filtrationsmodulen 6 mit den Filtrationselementen mit den Kanälen 9 mit dem kleineren Durchmesser geklärt werden kann.
Der zu klärende, noch trübe Wein A wird daher mit der Pumpe 1 3 zunächst in das erste Membranfiltermodul 6 über die Membranoberfläche der Kanäle 1 0 des ers- ten Membranfiltermoduls 6 geleitet. Dabei hat der Wein vorzugsweise eine relativ niedrige Überströmgeschwindigkeit von vorzugsweise etwa 1 -4m/s, vorzugsweise 2 m/s. Das Filtrat, also hier der geklärte Wein, wird durch die Ableitung 26 abgeleitet. Zur Verhinderung einer Blockade der Membranporen ist die Reinigungsvorrichtung 26 vorgesehen, die vorzugsweise als Rückspüleinheit ausgebildet ist, welche an der Ableitung 26 angeordnet ist.
Sie bewirkt, dass das Filtrat periodisch zurückgespült werden kann, wodurch die Poren der Membranoberfläche im ersten Membranfiltermodul 6 wieder frei gespült werden.
Je nach Filtrierbarkeit des Weins, kann der Filtrationsprozess über einige Stunden, bis hin zu mehreren Tagen andauern. Im Anschluss an die Filtration wird die Membranoberfläche durch eine Reinigung wieder in den Ausgangszustand zurückversetzt. Der Filtrationskreislauf 12 mit den Filtrationsmodulen 7 mit Kanälen 10 größeren Durchmessers kann beim Entleeren der Anlage mit Inertgas zur Endfiltration des Inhaltes des erstens Filtrationskreislaufs 1 1 mit dem Filtrationsmodul 6 mit dem kleineren Kanaldurchmesser verwendet werden., wobei bei geschlossenem Ventil 17 der gesamte Inhalt in das Filtrationsmodul 7 und dort über die Membranen gedrückt wird, wobei eine zusätzliche Menge von beispielsweise 20 bis 30 Litern an geklärtem Wein gewonnen werden kann.
Es ist ferner möglich, vorzugsweise nach dem Klären des trüben Weins, das Ge- läger aus den Gärtanks zu klären.
Hierzu wird das Geläger in den zweiten Filtrationskreislauf 12 mit den Filtrationsmodulen 7 geleitet. Das Umschalten zwischen erstem und zweitem Filtrationskreislauf erfolgt mittels eines geeigneten Ansteuerns bzw. Umschaltens der Venti- le in diesen Kreisläufen.
Das Geläger wird über die Membranoberflächen bzw. durch die Kanäle 10 des Filtrationsmoduls des Filtrationsmoduls 7 mit den Kanälen größeren Durchmessers - also durch den zweiten Filtrationskreislauf geleitet. Der erste Filtrations- kreislauf ist dabei geschlossen, damit sich das Filtrationsmodul 6 nicht zusetzt.
Das Filtrat, welches bei dieser Filtration entsteht, wird durch die Ableitung 26 abgeleitet. Es ist in der Regel noch so hochwertig, dass es als ein Wein verkauft oder weiterverarbeitet werden kann. Dies ist gerade für kleinere Erzeugerbetriebe ein erheblicher Vorteil.
Bei der Klärung des trüben Weins - nicht des Unfiltrats und/oder des Gelägers - können auch beide Filtrationskreisläufe 1 1 , 12 geöffnet sein, so dass der Wein auch durch das Filtrationsmodul 7 strömt. Hierdurch wird die Funktion der Anlage nicht beeinträchtigt sondern eher optimiert. Bei der Verarbeitung des Unfiltrats, Gelägers oder dgl. wird dagegen der erste Filtrationskreislauf geschlossen.
Zur Reinigung der Filtrationsanlage können die einzelnen Membranfiltermodule nach dem Entleeren bzw. Abfahren der Anlage mit Inertgas entleert werden, wobei die im Filtrationskreislauf verbliebene Flüssigkeit, die normalerweise als Tot- volumen anfallen würde, in einem Folgeprozess ebenfalls über das zweite Membranfiltermodul 7 geleitet wird. Insbesondere die Verwendung von keramischen Membranfilteroberflächen bietet sich für den Filtrationsprozess an, da diese Filtrationsmodule besonders langlebig sind. Alternativ zur Aufkonzentration on Weingeläger und zur Klärung von Wein können auch Mostgeläger oder andere Getränke mit Feststoffanteilen geklärt werden, bzw. deren Geläger aufkonzentriert werden.
Ein weiterer Vorteil der Filtrationsanlage ergibt sich aus Fig. 3 und 4.
Fig. 3 veranschaulicht das Verhalten bei einem Entleeren der Anlage nach 60 hl Filtration, wobei gilt: FF := Filtratfluss und TMP := Transmembrandruck.
Fig. 4 zeigt ein entsprechendes Entleeren 120 hl Filtration, wobei gilt: FV:= Filtrat- volumen, FF := Filtratfluss und TMP := Transmembrandruck.
Die beiden Grafiken der Fig. 3 und 4 illustrieren derart das Leerdrücken der Anlage mit C0 2 zur weiteren Verringerung der Verluste. Nach dem Ende der Filtration ist in der Anlage immer noch ein Restvolumen vorhanden, welches verwertet werden muss. Hierzu wird die Anlage mit Inertgas leergedrückt, durch das Fehlen der Überströmung bricht der Fluss aber relativ schnell zusammen. Die Diagramme illustrieren das Leerdrücken der Anlage nach 4-5 h Filtration und nach 10 h, um eine Erschöpfung des Filters zu simulieren. Die Diagramme belegen, dass ein Leerdrücken mit Gas möglich ist.
Bezugszeichenliste
Speisetank 1
Leitung 2
Leitung 3
Filtrationsanlage 4
Speisepumpe 5
Filtrationsmodule 6, 7
Keramikkörper 8
Kanäle 9, 1 i
Filtrationskreisläuse 1 1 ,
Pumpe 13
Leitung 14
Ventil 15
Leitung 16
Ventil 17
Leitung 18
Ventile 19,
Leitung 21
Ventil 22
Leitung 23
Ventil 24
Zuleitung 25
Ableitung 26
Ventil 27
Reinigungseinrichtung 28