Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranfilteranlage zur Filterung von Bier sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer solchen Membranfilteranlage.

Stand der Technik

Bei der Herstellung von Bier wird nach der Gärung/Reifung das Bier filtriert, insbesondere um Hefe aus dem Bier zu entfernen. Die Membranfiltration von Bier ist seit einigen Jahren eine zunehmend eingesetzte Technologie. Dabei kommt insbesondere die Crossflow-Methode zum Einsatz, bei der das ungefilterte Bier, d.h. das Unfiltrat, im Kreislauf durch den Membranfilter geleitet wird und das Filtrat aus dem Membranfilter abgezogen wird. Als Membran werden beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen verwendet. Die verwendeten Membranen werden daher auch als Mikrofiltrationsmembranen bezeichnet.

Während des Filterprozesses setzen sich abzufiltrierende Stoffe auf bzw. in der Membran ab, wodurch der Filterwiderstand ansteigt und schließlich die Effizienz des Filterprozesses sinkt. Gleichzeitig nimmt im Unfiltrat die Konzentration der rückgehaltenen Bestandteile, insbesondere die Hefekonzentration, sowie die Konzentration von Proteinen, Bitterstoffen und Polysacchariden, etc., mit der Zeit zu. Im Verlauf der Filtration konzentriert sich das Unfiltrat so stark auf, dass der Filterprozess schließlich gestoppt werden muss, um das Konzentrat zu entsorgen, wobei die Membran gereinigt werden kann. Auch durch das Membranfouling, d.h. das Anlagern von Verschmutzungen, beispielsweise von Hefen, Proteinen, Hemicellulose oder dergleichen, an einer Membran, setzt sich die Membran zusehends zu, sodass eine Reinigung, beispielsweise durch Rückspülen mit Lauge und/oder Säure, erforderlich wird.

Zur Steuerung der Filtration kann beispielsweise der Transmembrandruck beobachtet und dann bei vorbestimmten Grenzwerten die Filtration gestoppt werden, wobei das Konzentrat ausgeschoben und/oder das aufkonzentrierte Unfiltrat mit frischem Unfiltrat verdünnt werden kann. Dabei kann das Verblocken der Membran durch Rückspülen mit Filtrat, insbesondere mit Bier, und/oder Wasser hinausgezögert werden. Das Verwenden vorbestimmter Grenzwerte bedeutet jedoch, dass erst reagiert wird, wenn die Membran bereits verblockt ist, sodass ein Verblocken der Membran nicht frühzeitig verhindert werden kann. Somit haben die Membranfilter zur Bierfiltration im Stand der Technik nur eine geringe Standzeit.

Darüber hinaus hängt die Membranfiltration von Bier, insbesondere die Standzeit der Membranfilter vor einer notwendigen Reinigung, stark von den Rohstoffen des Bieres, der Rezeptur und der Vergärung ab. Daher variiert die Dauer eines Filtrationszyklus, d.h. die Standzeit eines Membranfilters, bevor eine Reinigung, beispielsweise durch Rückspülen mit bestimmten Rückspülmedien oder durch Cleaning-in-Place (CIP), erforderlich wird, in Abhängigkeit von dem zu filtrierenden Bier sehr stark.

Als Resultat ergibt sich eine nicht unerhebliche Planungsunsicherheit für den Betreiber der Filteranlage, beispielsweise die Brauerei, wobei oft unerwünscht frühe, lange oder ungenügende Reinigungsprozesse der Membranfilter durchgeführt werden. Dies führt wiederum in der Regel zu längeren Produktionszeiten und erhöhten Betriebskosten.

Aufgrund der Vielzahl von Prozessparametern, die sich auf das Membranfouling und Verblocken der Membranen auswirken und schwer in einem Modell zu erfassen sind, besteht der übliche Ansatz beim Betrieb von Filteranlagen mit Membranfiltern darin, fest vorgegebene Programmabläufe bezüglich der Filterprozesse und/oder der Reinigungsprozesse einzusetzen. Beispielsweise werden feste Grenzwerte für den Transmembrandruck als Abbruchkriterien für den Filterprozess vorgegeben. Ebenso werden häufig Überströmgeschwindigkeiten und Filtrationsflüsse der Crossflow-Filtration konstant vorgegeben oder bei sich zusetzendem Filter unverhältnismäßig schnell erhöht.

Darüber hinaus ist es bei Steuer- und Regelsystemen des Stands der Technik bisher nur möglich, die Dauer des Filterprozesses linear im Vorhinein oder während der Filtration vorherzusagen, um rechtzeitig Maßnahmen einzuleiten, durch die die Filtration verlängert bzw. optimiert werden kann. Ein lineares Vorhersagemodell weicht jedoch im Allgemeinen von der realen Situation ab, da der Filtrationsverlauf bestenfalls in der ersten Hälfte einer Filtration linear ist und dann meist exponentiell abklingt.

Dies führt aufgrund der grundsätzlichen Abhängigkeit vom Produktionsplan einer jeden Brauerei dazu, dass unbefriedigend geringe Mengen Bier filtriert werden und die Auslastung der Brauerei nicht optimal ist.

Des Weiteren werden auch die Membranfilterreinigungen aufgrund der starren / unflexiblen Prozessabläufe (zum Beispiel fest vorgegebene Zeiten oder fest vorgegebener Flux oder fest vorgegebene Durchströmungsrichtungen) nicht optimal durchgeführt. Die Dauer einer Membranfilterreinigung ist im Allgemeinen zu lang und kann lediglich durch einen erhöhten Chemikalieneinsatz (zum Beispiel eine höhere Laugen- oder Oxidationsmittelkonzentration verkürzt werden). Dieser erhöhte Chemikalieneinsatz hat höhere Betriebskosten zu Folge und wirkt sich negativ auf die Lebensdauer der Membranmodule aus, was zusätzlich die Kosten des Betreibers erhöht.

Wird die Reinigung der Membranfilter nicht optimal durchgeführt, ist darüber hinaus häufig der nachfolgende Filterprozess verkürzt. In Summe erschweren die schwer greifbaren und modellierbaren Rahmenbedingungen der Bierparameter zu Beginn und während der ablaufenden Filtration sowie die starre Steuerung der Filteranlagen die Automatisierung einer optimalen Bierfiltration. Die Steuerung wird dabei umso komplexer, je mehr Filtrationseinheiten parallel eingesetzt werden sollen.

Es liegt somit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Filtration von Bier zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile des Stands der Technik überwinden. Insbesondere sollen die Standzeit der Membranfilter verlängert, die Reinigung der Membranfilter optimiert und die Steuerung bzw. Regelung der Filteranlage automatisiert werden. Dabei sollen trotz wechselnder Bierparameter optimale Filtrationsergebnisse, insbesondere in Hinblick auf Produktivität und Produktionskosten, erzielt werden. Des Weiteren soll eine automatisierte Steuerung bzw. Regelung einer Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten ermöglicht werden.

Beschreibung der Erfindung

Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung zur Filtration von Fluiden, insbesondere von Bier, umfassend: eine erste, unabhängig steuerbare und/oder regelbare Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul, eine zweite, unabhängig steuerbare und/oder regelbare Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul, und wenigstens eine Regeleinheit, wobei die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Alternativ oder ergänzend kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, eine Belegung der ersten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln.

Neben Bier können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch andere Fluide, beispielsweise Wasser, Milch oder andere flüssige Lebensmittel, filtriert werden. Die Filtration kann dabei als Dead-End-Filtration oder Crossflow-Filtration durchgeführt werden. Bei der Crossflow-Filtration wird das ungefilterte Fluid, insbesondere Bier, d.h. das Unfiltrat, im Allgemeinen in einem Kreislauf durch den Membranfilter geleitet, wobei das Filtrat aus dem Membranfilter abgezogen wird. Das Unfiltrat strömt dabei entlang der Membran, wobei das Filtrat in der Regel senkrecht dazu austritt. Als Membran werden beispielsweise Kunststoffhohlfasern oder keramische Filterkerzen mit Mikrofiltrationsporen verwendet. Je nach Porengröße spricht man von Mikrofiltration oder Ultrafiltration. Die Porengröße zur Bierfiltration liegt insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 1 pm, insbesondere von 0,4 bis 0,6 pm. Als Werkstoff für eine Hohlfasermembran kann beispielsweise Polyethersulfon gewählt werden. Bei Membranfiltern können eine Vielzahl von Hohlfasermembranen zu einem Membranfiltermodul gebündelt bzw. zusammengefasst werden, wobei die Hohlfasermembranen in einem Druckrohr aus Edelstahl integriert werden können. Mehrere Membranfiltermodule können in einer Filtrationseinheit kombiniert werden. Dabei können die einzelnen Membranfiltermodule insbesondere in Reihe, oder aber auch teilweise oder vollständig parallel zueinander, durch entsprechend ausgebildete Verbindungsleitungen bzw. Rohre, Steuer- oder Regelventile, Pumpen und weitere an sich bekannte Elemente von Filtrationseinheiten miteinander verbunden werden.

Erfindungsgemäß sind die erste und die zweite Filtrationseinheit jeweils unabhängig steuerbar und/oder regelbar. Hierzu können die erste und die zweite Filtrationseinheit die oben genannten Elemente, insbesondere steuerbare Ventile und Pumpen, aufweisen, welche eine unabhängige Steuerung und/oder Regelung der Filtration mit der jeweiligen Filtrationseinheit gestatten. In einer Variante kann jede Filtrationseinheit hierzu eine eigene Steuer- und/oder Regeleinheit aufweisen, die beispielsweise in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgebildet sein kann. Weitere an sich bekannte Elemente, wie beispielsweise ein Puffertank für das Unfiltrat, ein Puffertank für das Filtrat sowie ein oder mehrere integrierte CIP-Module und/oder Rückspülleitungen, können als Teil der ersten und/oder zweiten Filtrationseinheit vorgesehen sein. Bei Einsatz der Crossflow-Methode können die erste und die zweite Filtrationseinheit insbesondere eigene Kreisläufe für das Unfiltrat aufweisen.

Die erste und die zweite Filtrationseinheit können, beispielsweise über ein steuerbares Drei- Wege-Ventil oder einen Ventilknoten, mit einer Zuführleitung für das Unfiltrat, insbesondere mit einem Hauptpuffertank für das Unfiltrat, verbunden sein.

Es versteht sich, dass äquivalent ausgebildete weitere Filtrationseinheiten vorgesehen sein können, die gemäß den nachfolgend beschriebenen Weiterbildungen ausgebildet und gesteuert werden können.

Erfindungsgemäß ist zudem wenigstens eine Regeleinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, eine Belegung der ersten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Ganz allgemein kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, die Belegung einer bestimmten Filtrationseinheit aus einer Vielzahl von Filtrationseinheiten in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit wenigstens einer anderen Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Es kann somit eine Vielzahl von unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheiten vorgesehen sein, wobei die Belegung wenigstens einer der Filtrationseinheiten in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit adaptiv geregelt wird. Somit können auch Prozessparameter von zwei oder mehr weiteren Filtrationseinheiten bei der Regelung der Belegung der Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Die Regelung kann wie unten beschrieben durch eine separate Steuer- und/oder Regeleinheit der Filtrationseinheit, deren Belegung geregelt wird, durch separate Steuer- und/oder Regeleinheiten der wenigstens einen weiteren Filtrationseinheit oder durch eine übergeordnete Regeleinheit erfolgen. Des Weiteren können die Belegungen aller Filtrationseinheiten adaptiv geregelt werden, wobei jeweils Prozessparameter von wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Eine solche Regelung kann insbesondere von der übergeordneten Regeleinheit durchgeführt werden. Schließlich können bei der Regelung der Belegungen aller Filtrationseinheiten jeweils Prozessparameter von allen anderen Filtrationseinheiten berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Gesamtbelegung der Filteranlage optimiert werden.

Hier und im Folgenden ist unter dem Begriff der Filtration ganz allgemein eine Abfolge bzw. Sequenz von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der involvierten Membranfiltermodule zu verstehen, wobei zusätzlich Ruhephasen bzw. Pausen zwischen Reinigungsprozessen und Filterprozessen vorgesehen sein können, in denen sich die Filtrationseinheit im Standby- Modus befindet. In Abgrenzung zum Begriff der Filtration wird der eigentliche Prozess des Filterns des Unfiltrats hier und im Folgenden als Filterprozess bezeichnet. Beim Reinigungsprozess wird wenigstens ein Membranfiltermodul, insbesondere werden alle Membranfiltermodule, der jeweiligen Filtrationseinheit gereinigt. Dabei können eine Vielzahl unterschiedlicher Reinigungsmethoden zum Einsatz gelangen, die weiter unten genauer beschrieben werden.

Unter der Belegung einer Filtrationseinheit ist hier und im Folgenden die zeitliche Abfolge der oben erwähnten Filterprozesse und Reinigungsprozesse, potentiell unterbrochen durch Standby-Phasen, zu verstehen. Beispielsweise ergibt sich die Standzeit einer Filtrationseinheit als Verhältnis der zeitlichen Belegung durch Filterprozesse zur gesamten Filtrationszeit. Neben den reinen Filterprozessen und Reinigungsprozessen werden bei der nachfolgend beschriebenen adaptiven Regelung der Belegung der Filtrationseinheit auch weitere übliche Prozessphasen, beispielsweise das Vorspannen der Membranfiltermodule sowie das Abfahren der Filtrationseinheit berücksichtigt. Anders als beispielsweise das Vorspannen bzw. das Abfahren ist im Folgenden die jeweilige Prozessdauer der Filterprozesse und Reinigungsprozesse nicht im Vorhinein festgelegt, sondern wird wie unten genauer beschrieben abhängig von einem bzw. mehreren Prozessparametern einer Filtration mit einer oder mehreren Filtrationseinheiten adaptiv angepasst, d.h. geregelt. Beim Schritt des Vorspannens kann die Membranfilteranlage, in der Regel mit Kohlendioxid, auf Betriebsdruck eingestellt und für den Prozessschritt des Filterns vorbereitet werden. Abfahren ist im Allgemeinen der Schritt nach dem eigentlichen Filtern. Dabei kann das Membranmodul von dem aufkonzentrierten Unfiltrat entleert/befreit werden sowie das Filtrat ausgeschoben werden, wobei die entsprechenden Schritte für die Reinigung eingeleitet werden.

Der Begriff Prozessparameter ist hier und im Folgenden allgemein zu verstehen und kann jede Art von Parameter umfassen, der zu der Filtration mit der jeweiligen Filtrationseinheit gehört. Beispielsweise sind hiermit offline, d.h. separat vom Betrieb der Filtrationseinheit, beispielsweise im Labor, gemessene Parameter, insbesondere bezüglich des zu filtrierenden Fluides, umfasst. Im Fall von Bier gehören beispielsweise die Sorte (Hell, Dunkel, Pils, Bock, Weißbier, etc.), die Jahreszeit, die Saison, die Region, aus der die Rohstoffe stammen, die Malzsorte (beispielsweise im Hinblick auf Eiweißgehalt oder Hemicellulose), die Rohfrucht (zum Beispiel Mais, Reis, Gerste, Sorghum), eingesetzte Enzyme, und dergleichen zu Prozessparametern, die die Filtration, insbesondere das Fouling der Membranfilter, beeinflussen. Im breitesten Sinne fallen hierunter auch Ereignisse, wie zum Beispiel Veranstaltungen, die den Marktbedarf an Bier bestimmen oder die Abhängigkeit von einem bestimmten Bediener des Filters.

Zu den technologischen Prozessparametern hingegen gehören unmittelbar messbare Werte, wie beispielsweise die Hefezellzahl, die Trübung, High-Gravity-Sude, die Fermentationsdauer, die Lagerdauer, der Einsatz von ober- oder untergäriger Hefe, die Viskosität, die Dichte, die allgemeine Filtrierbarkeit, der pH-Wert und dergleichen. Zu den technologischen Prozessparametern gehören auch solche Parameter, die bisher offline, d.h. im Labor, gemessen werden, beispielsweise der Gehalt an Eiweiß, gesamtlöslichem Stickstoff, MgS0 ₄ - fällbarem Stickstoff, freiem Aminostickstoff, Polyphenolen, Anthocyanogenen, Glukanen (a, ß, Gel), Stammwürze, Extrakt, der Vergärungsgrad, der Endvergärungsgrad, die Farbe, Jodwerte, insbesondere photometrische Jodwerte, des Unfiltrats, die Schaumzahl, Bittereinheiten, der Alkoholgehalt oder dergleichen.

Unter den Begriff Prozessparameter fallen hier und im Folgenden jedoch auch solche Parameter, die von der Steuerung bzw. Regelung der jeweiligen Filtrationseinheit direkt beeinflusst werden. Insbesondere fallen darunter auch Steuer- bzw. Regelparameter wie die Flussgeschwindigkeit des Unfiltrats im Kreislauf, insbesondere die Überströmgeschwindig- keiten der Filtermembranen, der Volumenstrom an Filtrat, das Druckniveau auf Unfiltratseite bzw. auf Filtratseite, der Transmembrandruck, der Grad der Aufkonzentration, die Kühltemperatur, die Geschwindigkeit und der Volumenstrom einer Rezirkulation, Spülmengen, sowie Konzentration und Art von eingesetzten CIP-Medien. Weitere Prozessparameter sind die Parameter: Temperatur des Fluides in einem Filtereinlauf, Druck des Fluides im Filtereinlauf, Druck des Fluides in einem Filterauslauf, Druck eines Filtrats, Differenzdruck des Fluides zwischen dem Filtereinlauf und dem Filterauslauf, Differenzdruck zwischen dem Fluid im Filtereinlauf und dem Filtrat, Volumenstrom des im Filtereinlauf zugeführten Fluides, Volumenstrom des Filtrats, Strömungsgeschwindigkeit des im Filtereinlauf zugeführten Fluides, Strömungsgeschwindigkeit des Filtrats, Ausbeute des Filters, Betriebszeit des Filters, Standzeit des Filters, Laufzeit des Filters, Trübung des Fluides im Filtereinlauf, Trübung des Filtrats, Konzentrationsgradient eines abzutrennenden Partikels im Filtereinlauf, Dicke einer Deckschicht auf dem Filter, Dichte der Deckschicht auf dem Filter, Adsorption von Partikeln im Filterkörper selber, Filtrationswiderstand des Filters, Filterdurchsatz, Ausschlussgrenze des Filters, Härtegrad des Fluides im Filtereinlauf, Härtegrad des Filtrats, elektrische Leitfähigkeit des Fluides im Filtereinlauf, elektrische Leitfähigkeit des Filtrats, Konzentration eines Salzes im Fluid im Filtereinlauf, Konzentration des Salzes im Filtrat, Konzentration eines für ein Membranfouling entscheidenden Ions im Filtereinlauf, Konzentration des für das Membranfouling entscheidenden Ions im Filtrat, Nummer eines Filtrations-Zyklus, Rückspülwiderstand des Filters, Volumenstrom eines Rückspülfluides, Strömungsgeschwindigkeit des Rückspülfluides in einem Rückspüleinlauf, Trübung des Rückspülfluides in einem Rückspülauslauf, Differenzdruck des Rückspülfluides zwischen dem Rückspüleinlauf und dem Rückspülauslauf, Dauer eines Rückspülprozesses und Lebenszeit des Filters, sowie deren Abweichungen von vorbestimmten Referenzkurven.

Der Begriff Prozessparameter umfasst hier insbesondere auch von einer Steuer- und/oder Regeleinheit einer Filtrationseinheit bzw. der Regeleinheit der Vorrichtung ausgegebene Parameter, insbesondere im Hinblick auf Aktionen, mit denen in die Filtration eingegriffen wird. Als nicht abschließende Liste seien beispielsweise Zeitpunkt, Stärke und Dauer von Rückspülschritten, z.B. mit Bier und/oder Wasser, Zwischenreinigungen, z.B. kurze Reinigungen der Membran mit Lauge und Additiven, sowie Hauptreinigungen, z.B. intensive Reinigung der Membran und der Peripherie wie des Aufkonzentrierungstankes, Anzahl und Art der Reinigungsschritte, Art und Menge der bei einer Reinigung verwendeten Chemikalien (Säuren, Laugen, Additive, Oxidationsmittel, Enzyme, und dergleichen), Laufzeiten von Filterprozessen und Reinigungsprozessen, Beenden eines Filterprozesses, Verkürzen eines Filterprozesses, Verlängern oder Verkürzen eines CIP-Reinigungsprozesses, Start bzw. Vorbereitung eines Filterprozesses, Standby, Zeitpunkt und Dauer eines Ruhezustands, ein optimierter Belegungsplan, Veränderungen bzw. Anpassungen im Brauverfahren und dergleichen genannt.

Die Regeleinheit kann als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein und insbesondere neben einer Prozesseinheit und einer Speichereinheit einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung wenigstens eines Prozessparameters einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit aufweisen. Die Regeleinheit kann als übergeordnete Regeleinheit der Vorrichtung vorgesehen sein, die Daten von separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten der Filtrationseinheiten empfängt, diese verarbeitet und verarbeitete Daten an eine oder mehrere der separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten übergibt. Anstelle einer übergeordneten Regeleinheit kann jedoch auch die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der zweiten Filtrationseinheit zu der erwähnten adaptiven Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit verwendet werden. In diesem Fall kann der wenigstens eine Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit von einer entsprechenden Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit über Datenleitungen oder kabellos an die Steuer- und/oder Regeleinheit der zweiten Filtrationseinheit übertragen werden.

Dadurch, dass bei der Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit wenigstens ein Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit berücksichtigt wird, erfolgt die Steuerung bzw. Regelung der Filtration mit der ersten und zweiten Filtrationseinheit nicht mehr vollständig unabhängig voneinander. Vielmehr wird der wenigstens eine Prozessparameter bei der Steuerung bzw. Regelung der Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit berücksichtigt. Genauer gesagt passt die Regeleinheit einen Ablauf bzw. eine Sequenz von Filterprozessen und Reinigungsprozessen, die mit der zweiten Filtrationseinheit durchgeführt werden, in Abhängigkeit von dem wenigstens einem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit an.

Auf diese Weise ist es möglich, auf den Verlauf der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit flexibel zu reagieren und insbesondere von dem sonst üblichen, starr vorgegebenen Ablauf der Filtration, d.h. einer starr vorgegebenen Belegung, bei Bedarf abzuweichen. Bisher wurde mit Filtrationseinheiten nach einem vorgegebenen Ablaufdiagramm filtriert und anschließend gereinigt. Nach Abschluss der Reinigung, beispielsweise einer CIP, steht die entsprechende Filtrationseinheit wieder für einen nachfolgenden Filterprozess zur Verfügung. Dies wurde bisher unabhängig von dem Status weiterer Filtrationseinheiten durchgeführt, sodass es bei Abweichungen von dem erwarteten Filtrationsverlauf, insbesondere bei einer geringen Zahl installierter Filtrationseinheiten, zu Engpässen im Ausstoß der Brauerei kommen konnte.

Durch adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann insbesondere auf Abweichungen von einer erwarteten Prozessdauer eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit flexibel reagiert werden. Dabei kann die Steuerung bzw. Regelung der zweiten Filtrationseinheit derart angepasst werden, dass die Belegung der gesamten Filteranlage optimiert wird. Insbesondere können übermäßig lange Standby-Phasen bzw. Ruhepausen einzelner Filtrationseinheiten, in denen diese unproduktiv sind, vermieden werden. Außerdem kann erreicht werden, dass stets mindestens eine Filtrationseinheit einen Filterprozess durchführt, sodass stets Filtrat abgeführt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein sonst üblicher Puffertank für das Filtrat verkleinert oder sogar eventuell weggelassen werden.

Der Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann eine Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit umfassen, wobei die Prozessdauer mittels der Regeleinheit oder einer separaten Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit prognostiziert wird. Hierzu kann die Regeleinheit bzw. die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit einen oder mehrere Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit bestimmen, insbesondere mittels einer oder mehrerer Sensoren messen. Bevorzugt werden solche Prozessparameter bestimmt bzw. gemessen, die die Dauer eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses beeinflussen oder mit dieser Zusammenhängen. Beispielsweise beeinflussen eine Überströmgeschwindigkeiten bzw. ein Volumenstrom des Unfiltrats, ein Druckniveau des Unfiltrats, ein Druckniveau des Filtrats, der Transmembrandruck bzw. ein Gradient des Transmembrandrucks als Steuer- bzw. Regelparameter der Steuerung bzw. Regelung eines Filterprozesses mit der ersten Filtrationseinheit die Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, des Filterprozesses. Beispielsweise kann ein Ende des Filterprozesses durch Erhöhen des Transmembrandrucks hinausgezögert werden. Des Weiteren können bei der Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer des Filterprozesses die oben erwähnten Parameter des zu filtrierenden Fluides berücksichtigt werden. Genauso können Parameter aus anderen gekoppelten Datenbanken des Betriebes oder einer Cloud von anderen Anlagen eingelesen werden. Die oben erwähnten Parameter des zu filtrierenden Fluides können vorab auch offline gemessen und der Regeleinheit zur Verfügung gestellt werden oder während des Filterprozesses, beispielsweise durch in situ angeordnete Sensoren, gemessen werden.

In die Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer eines Filterprozesses können Erkenntnisse bezüglich Zusammenhängen zwischen der Prozessdauer und den oben erwähnten Prozessparametern einfließen. Im einfachsten Fall kann die Prognose aufgrund einer linearen Extrapolation eines gemessenen bzw. simulierten Verlaufs des Filterprozesses erfolgen. Wie bereits oben erwähnt ist die Aufkonzentration des Unfiltrats bzw. das Fouling des Membranfilters jedoch im Allgemeinen nicht linear und insbesondere nicht durch einfache Modellierung darzustellen. Somit ergibt sich stets eine Diskrepanz zwischen der prognostizierten Prozessdauer und der tatsächlichen Restlaufzeit des Filterprozesses, bevor zumindest eine Zwischenreinigung, beispielsweise eine Zwischen-CIP-Reinigung, durchgeführt werden muss. Dennoch führt die Berücksichtigung der prognostizierten Prozessdauer eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zu einer Optimierung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit. Beispielsweise kann ein Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit, insbesondere einer prognostizierten Restprozessdauer eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit, intensiviert und/oder verkürzt werden. Zur Intensivierung des Reinigungsprozesses kann beispielsweise ein Volumenstrom eines Rückspülfluides, eine Strömungsgeschwindigkeit des Rückspülfluides in einem Rückspüleinlauf bzw. ein Differenzdruck des Rückspülfluides zwischen dem Rückspüleinlauf und im Rückspülauslauf für einen Reinigungsprozess mittels Rückspülens erhöht werden.

Unter Rückspülen versteht man, dass ein Rückspülfluid gegen die Filtrationsrichtung, d.h. von der Filtratseite durch die Membran zur Unfiltratseite geführt wird. Als Rückspülfluid können das Filtrat selbst, Wasser und/oder Luft und/oder ein Produktionsgas (zum Beispiel Kohlendioxid oder ein Inertgas) und/oder Reinigungsmittel wie etwa Lauge verwendet werden. Wird nur mit dem Filtrat rückgespült, so muss hierzu der Filterprozess nicht unterbrochen werden. Ein solches Rückspülen mit Filtrat kann das Zusetzen der Membran hinauszögern, wodurch die Restprozessdauer des Filterprozesses verlängert wird. Wird jedoch mit einem anderen Rückspülfluid rückgespült, so ist im Allgemeinen eine Unterbrechung des Filterprozesses erforderlich, beispielsweise um das Rückspülfluid vor Wiederaufnahme des Filterprozesses vollständig aus dem Membranfilter zu entfernen. Dies ist z.B. beim Rückspülen mit sauerstoffhaltigem Wasser bei der Bierfiltration erforderlich.

Hier und im Folgenden ist unter einer Reinigung durch Rückspülen daher ein Rückspülen zu verstehen, bei dem der Filterprozess unterbrochen wird, wobei insbesondere die oben erwähnten Schritte des Abfahrens und Vorspannens erforderlich sein können. Bei der Reinigung durch Rückspülen erfolgt das Rückspülen somit (auch) mit anderen Rückspülfluiden als dem Filtrat. Eine Reinigung mittels Rückspülens kann zudem mehrere Rückspülschritte, insbesondere mit unterschiedlichen Rückspülmedien, umfassen. Dabei kann eine Intensivierung des Reinigungsprozesses auch durch Anpassen der jeweiligen Intensität und/oder Dauer einzelner Rückspülschritte erfolgen. Zur Intensivierung eines CIP- Reinigungsprozesses kann die Art und/oder Menge eingesetzter Chemikalien angepasst werden. Beispielsweise kann anstelle der Chemikalien einer Zwischen-CIP die Chemikalienart, Chemikalienmenge bzw. -konzentration einer Haupt-CIP verwendet werden. Eine Zwischen-CIP bzw. Zwischenreinigung unterscheidet sich von einer Haupt-CIP bzw. Hauptreinigung durch Dauer, Intensität und Art, Menge und Konzentration der eingesetzten Chemikalien.

Zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen Intensivierung des Reinigungsprozesses kann der Reinigungsprozess verkürzt werden. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass die zweite Filtrationseinheit bei Beendigung des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zum Filtern des Fluides zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann eine Unterbrechung der Produktion der Filteranlage vermieden werden.

Der Einfluss des wenigstens einen Prozessparameters der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit auf die Regelung von Filterprozessen bzw. Reinigungsprozess in der zweiten Filtrationseinheit kann unbedingt sein, in dem Sinne, dass die Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit ohne direkte Rückwirkung auf die Filtration mit der ersten Filtrationseinheit angepasst wird. Die Regelung der Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit ist somit als Slave der Regelung der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit als Master untergeordnet. Alternativ kann jedoch auch eine Rückwirkung auf die Filtration mit der ersten Filtrationseinheit erfolgen. Beispielsweise können separate Steuer- und/oder Regeleinheiten der ersten und zweiten Filtrationseinheit als Slave bezüglich einer übergeordneten Regeleinheit als Master konfiguriert sein. In diesem Fall kann beispielsweise zusätzlich zu der Intensivierung und/oder Verkürzung des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit eine Verlängerung des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit bewirkt werden. Dadurch kann insbesondere ein Kompromiss zwischen einer möglichst vollständigen Reinigung der zweiten Filtrationseinheit und einem nicht übermäßigem Fouling der ersten Filtrationseinheit erzielt werden. Dieser Ausgleich kann insbesondere durch die oben erwähnte übergeordnete Regeleinheit bewirkt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit, insbesondere einer prognostizierten Restprozessdauer eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit, verlängert werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Reinigung der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist, bevor der Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit beendet wird. Eine Verlängerung des Filterprozesses kann wie oben erwähnt beispielsweise durch Erhöhen des Grenzwertes des Transmembrandrucks, durch Verändern (je nach Filterzustand kann eine Erhöhung oder Absenkung sinnvoll sein) des Crossflow-Volumenstromes und/oder durch Absenken eines Druckniveaus des Filtrats, und/oder durch Absenken des Filtratvolumenstromes und/oder durch einen Richtungswechsel der Anströmrichtung des Unfiltrats erzielt werden. Auch hier kann die Anpassung des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit unbedingt in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit erfolgen oder aber in Rückwirkung auf die Steuerung bzw. Regelung der Filtration der ersten Filtrationseinheit.

Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen verlaufen der Filterprozess bzw. Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit und der Reinigungsprozess bzw. Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zumindest teilweise parallel. Dies schließt nicht aus, dass weitere Prozessschritte, beispielsweise das oben erwähnte Vorspannen bzw. Abfahren der Membranfiltermodule, vorgesehen sind. Diese Prozessschritte können in die Optimierung der Belegungssteuerung integriert werden, wobei die Dauer der weiteren Prozessschritte vorgegeben oder ebenfalls adaptiv gesteuert werden kann.

Durch wechselseitiges Verlängern von Filterprozessen und/oder Intensivieren und/oder Verkürzen von Reinigungsprozessen der ersten und zweiten Filtrationseinheit kann die Belegung der Filtrationseinheiten optimiert werden. Insbesondere können wie oben erwähnt Standby-Phasen bzw. Ruhephasen einzelner Filtrationseinheiten weitgehend vermieden werden.

Wie oben bereits erwähnt ist eine Prognose einer Prozessdauer bzw. Restprozessdauer eines Filterprozesses bzw. Reinigungsprozesses aufgrund von Modellen häufig unzuverlässig. Gemäß einer Weiterbildung kann die Regeleinheit und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit daher dazu ausgebildet sein, die Prozessdauer auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze zu prognostizieren. Eine Steuerung bzw. Regelung auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik ist in der Lage, unscharfe Daten bzw. Parameter zu einer verlässlichen Aussage zu führen. Solche sogenannten Expertensysteme benötigen dabei keine vollständige Modellierung des Filtersystems, sondern können vielmehr als Blackbox- bzw. Graybox-Systeme eingesetzt werden. In der Fuzzy-Logik können komplexe Probleme durch die Verwendung von unscharfen Regeln einfach beschrieben werden. Dabei wird für jede konkrete Eingangsgröße mithilfe der Zugehörigkeitsfunktion der unscharfen Menge (Fuzzy-Menge) eines linguistischen Wertes der Zugehörigkeitsgrad zu dem entsprechenden linguistischen Wert bestimmt. Die Anwendung der Fuzzy-Logik zur Steuerung und/oder Regelung einer Filteranlage ermöglicht dabei, die Prozessführung durch Vorgeben einfacher und intuitiver linguistischer Regeln und Werte zu beeinflussen. Eine linguistische Regel umfasst dabei eine Anzahl von Prämissen in der Form einer Zugehörigkeit einer Anzahl von Eingangsgrößen, d.h. Prozessparametern, zu einer Anzahl linguistischer Werte, welche durch logische Verknüpfung miteinander verbunden werden, die so genannte Vorbedingung der Regel, und eine Aktion in der Form einer Zugehörigkeitsfunktion einer Ausgangsgröße, beispielsweise eines Steuer- bzw. Regelparameters sowie einer der oben genannten Aktionen, zu einem linguistischen Wert.

Gemäß dieser Weiterbildung kann jede Regel durch einen Experten vorgegeben werden, auch durch aufeinanderfolgende in Kaskaden ausgebildete Systeme oder durch ein automatisiertes Verfahren erlernt werden. Bei dem automatisierten Verfahren kann insbesondere ein künstliches neuronales Netz eingesetzt werden. Ein solches künstliches neuronales Netz kann dabei durch Beobachtung, d.h. Protokollieren und Auswerten geeigneter Prozessparameter der Filtrationseinheiten Regeln neu erlernen oder anpassen, wobei die Beobachtung insbesondere während des Filtrationsbetriebs durch einen Experten stattfinden kann.

Eine vorbestimmte oder erlernte Regel kann weiterhin durch Optimierungsschritte angepasst werden. Dabei kann ein Optimierungsschritt die Anpassung einer zu einem in eine Regel verwendeten linguistischen Wert gehörenden Fuzzy-Menge oder eine Priorisierung bzw. Eliminierung der Regel umfassen. Nach Auswertung der linguistischen Regeln kann die Ausgangsgröße durch Defuzzyfizieren einer Zugehörigkeitsfunktion erhalten werden. Durch Verknüpfen mehrerer linguistischer Regeln durch Komposition lassen sich auch komplizierte Zusammenhänge im Bereich der Prozessführung leicht formulieren. Insbesondere können durch Komposition linguistische Regeln zur Regelung gegensätzlicher Trends, beispielsweise auf der Grundlage der im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Kennlinienfelder, implementiert werden, sodass eine Optimierung der Prozessführung, insbesondere eine zuverlässige Prognose der Prozessdauer auf der Grundlage der Fuzzy-Logik möglich wird.

Zur Anwendung der Fuzzy-Logik kann die Regeleinheit und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit insbesondere einen Mamdani-Regler oder einen Sugeno-Regler aufweisen.

Durch alternativen oder zusätzlichen Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes kann die Prognose der Prozessdauer zu einem optimierten Expertensystem hin getrimmt werden, welches auch ohne vorheriges und externes Expertenwissen eine zuverlässige Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der Filtrationseinheiten ermöglicht.

Ein künstliches neuronales Netz besteht aus einem oder mehreren künstlichen Neuronen, welche in einer oder mehreren Schichten angeordnet sind. Jedes künstliche Neuron bestimmt dabei aus einem oder mehreren Eingangssignalen ein Ausgangssignal. Aus dem einen oder mehreren Eingangssignalen kann dabei unter Zuhilfenahme einer oder mehrerer vorbestimmte Gewichte ein Netto-Input als Summe der gewichteten Eingangssignale bestimmt werden. Aus dem Netto-Input kann unter Verwendung einer Aktivierungsfunktion das Ausgangssignal bestimmt werden. Die Aktivierungsfunktion kann dabei eine Schwellwertfunktion, eine sigmoide Funktion oder eine lineare Funktion sein. Dabei hat eine sigmoide Funktion den Vorteil, dass sie stetig differenzierbar ist und somit in Optimierungsverfahren wie dem Verfahren des steilsten Gradienten eingesetzt werden kann. Ein künstliches Neuron kann insbesondere in der Form eines Perzeptrons mit variabler Schwelle vorliegen.

Ein künstliches neuronales Netz hat insbesondere den Vorteil, dass es sich um ein lernfähiges System handelt. Dabei geschieht das Lernen eines künstlichen neuronalen Netzes im Allgemeinen durch Anpassen der Gewichte der Eingangssignale der Neuronen. Für ein mehrschichtiges neuronales Netz, wie das Multilayer Perzepton (MLP), kann zum Durchführen eines Lernschritts der Backpropagation-Algorithmus angewendet werden. Ein künstliches neuronales Netz zur Prognose der Prozessdauer von Filterprozessen bzw. Reinigungsprozessen kann offline, d.h. ohne Prozessführung, durch einen Experten trainiert werden, oder (auch) online, d.h. während laufender Prozessführung, lernen.

Insbesondere kann ein künstliches neuronales Netz in Form eines Neuro-Fuzzy Reglers mit einem Fuzzy-Regler kombiniert werden. Dadurch kann die Transparenz der intuitiven Regeln von Fuzzy-Systemen mit der Lernfähigkeit von künstlichen neuronalen Netzen vereint werden. Insbesondere ist ein Neuro-Fuzzy Regler in der Lage, linguistische Regeln und/oder Zugehörigkeitsfunktionen zu erlernen oder bestehende zu optimieren.

Ein Neuro-Fuzzy Regler kann als kooperatives System realisiert werden, in welchem das neuronale Netz unabhängig von dem Fuzzy-System arbeitet, und die Parameter des Fuzzy- Systems durch das neuronale Netz bestimmt und/oder optimiert werden. Dabei kann das Lernen des neuronalen Netzes durch Lernen von Fuzzy-Mengen oder durch Lernen von linguistischen Regeln geschehen. Das Lernen von Fuzzy-Mengen kann durch ein modifiziertes Backpropagation-Verfahren, bei welchem anstelle der Gewichte die Lage und Form der Zugehörigkeitsfunktion der Fuzzy-Menge verändert wird, geschehen.

Ein Neuro-Fuzzy Regler kann aber auch als hybrides System realisiert werden, in welchem die Eigenschaften der Fuzzy-Logik und des künstlichen neuronalen Netzes untrennbar vereint sind. Alternativ oder ergänzend kann ein künstliches neuronales Netz mit physikalischen bzw. verfahrenstechnischen Modellen zur Bildung eines hybriden Reglers verknüpft werden. Anstelle der Gewichte können bei einem Fuzzy-Neuron die Fuzzy-Mengen treten, wobei anstelle der gewichteten Summe und der Aktivierungsfunktion bei den Fuzzy-Neuronen einer inneren Schicht die Bestimmung der Zugehörigkeitsgerade (Fuzzyfizierung) für die Eingangssignale und deren Inferenz tritt. Anstelle der gewichteten Summe und der Aktivierungsfunktion bei den Fuzzy-Neuronen der Ausgangsschicht kann hingegen die Komposition und Defuzzyfizierung treten. Eine Möglichkeit des Lernens im hybriden Neuro- Fuzzy Regler besteht darin, vor Inbetriebnahme des Reglers alle für die Steuerung und/oder Regelung der Filteranlage bzw. Filtrationseinheit oder des Filterprozesses bzw. Reinigungsprozesses möglichen Regeln vorzugeben und durch den Neuro-Fuzzy Regler nicht benötigte Regeln im Online-Betrieb eliminieren zu lassen.

Eine oder mehrere Fuzzy-Regler und/oder künstliche neuronale Netze können zur Prognose der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer in die Regeleinheit und/oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit integriert sein. Die linguistischen Regeln des Fuzzy-Reglers können dabei Modelle, Fakten, Umgebungsdaten, etc. und physikalisch- chemische Zusammenhänge als Expertenwissen abbilden. Anhand solcher Modelle bzw. Fakten können auch die verwendeten künstlichen neuronalen Netze trainiert werden.

Die Verwendung von Fuzzy-Reglern und/oder künstlichen neuronalen Netzen zur Prognose der Prozessdauer erlaubt es, auch bei unzureichender Modellierung und unbekannten Einflüssen auf die Prozessdauer, eine deutlich zuverlässigere Prognose der Prozessdauer abzugeben. Insbesondere kann das verwendete System lernfähig ausgebildet sein, sodass die Prognosen mit zunehmender Betriebszeit der Filteranlage besser werden.

Zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen Prognose der Prozessdauer von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der Filtrationseinheiten auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze durchzuführen. Hierzu können als Ausgangsparameter der verwendeten Fuzzy-Systeme, künstlicher neuronaler Netze bzw. Neuro-Fuzzy-Systeme die oben erwähnten Aktionen bestimmt werden, beispielsweise ob ein Eingriff in einen laufenden Filterprozess bzw. einen laufenden Reinigungsprozess erfolgen soll. Insbesondere können als Ausgangsparameter der Abbruch eines Filterprozesses bzw. der Zeitpunkt eines Filtrationsendes bestimmt werden. Des Weiteren können die Überströmgeschwindigkeit, die Filtrationsgeschwindigkeit, der maximale Transmembrandruck, ein Zeitpunkt für einen Reinigungsprozess durch Rückspülen, eine Umkehr der Unfiltratströmung, ein Zeitpunkt sowie eine Anzahl von Zwischen-CIPs, sowie ein Zeitpunkt für eine Haupt-CIP als Ausgangsparameter bestimmt werden. Des Weiteren kann ein Reinigungsprozess eingeleitet werden und/oder die Art und Dauer des Reinigungsprozesses, beispielsweise durch Rückspülen, Zwischen-CIP oder Haupt-CIP, gewählt werden. Schließlich kann die Dauer eines Filterprozesses angepasst werden, die Dauer eines Soaking-Prozesses des Membranfiltermoduls angepasst werden, sowie ein Standby vorbereitet werden.

Die Regeleinheit sowie die separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten der Filtrationseinheiten können insbesondere wie erwähnt als speicherprogrammierbare Steuerungen ausgebildet sein, wobei zusätzlich eine Anbindung an die Cloud zum Trainieren der künstlichen neuronalen Netze vorgesehen sein kann. Damit können Datensätze anderer Filteranlagen zur Verbesserung der adaptiven Regelung der Belegung verwendet werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann wenigstens ein, insbesondere der ersten Filtrationseinheit zugeordneter, Sensor vorgesehen sein, wobei der Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit einen mittels des Sensors gemessenen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit umfasst. Beispielsweise kann ein Viskositätssensor und/oder ein Dichtesensor vorgesehen sein, der die Viskosität des Unfiltrats bzw. die Dichte des Unfiltrats in dem jeweiligen Kreislauf der ersten Filtrationseinheit misst. Ein Sensor zur Messung der Viskosität kann als Quarzviskosimeter, insbesondere mit piezomechanischen Quarzsensoren, ausgebildet sein. Die Dichtebestimmung kann beispielsweise durch Strahlungsabsorption, Biegeschwinger oder dergleichen erfolgen. Ebenso kann ein Sensor zur Messung der Viskoelastizität vorgesehen sein. Da ein Zusammenhang zwischen der Viskosität des Unfiltrats und der Hefekonzentration (Hefezellzahl pro Milliliter) sowie der Dichte und der Hefekonzentration besteht, können über diese Parameter sehr einfach Rückschlüsse auf die Hefezellzahl gezogen werden. Sensoren zum Messen der Viskosität und/oder der Dichte können auf einfache Art und Weise in situ in der Filtrationseinheit angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Coriolis- Massendurchflussmesser mit induzierter Torsionsbewegung zur gleichzeitigen Messung von Dichte und Viskosität verwendet werden. Weitere denkbare Sensoren zum Messen von Prozessparametern umfassen einen Sensor zur Messung der Trübung des Unfiltrats, einen Sensor zur Messung der Farbe des Unfiltrats und/oder des Filtrats, einen Sensor zur Messung des Transmembrandrucks, einen Sensor zur Messung des Filtratflusses, einen Sensor zur Messung der Überströmgeschwindigkeit, einen Sensor zur Messung des Massendurchflusses durch den Membranfilter, einen Temperatursensor für das Unfiltrat, einen Sensor zur Messung eines Rückspülvolumenstroms, einen Sensor zur Messung einer Rückspülgeschwindigkeit, einen Sensor zur Messung eines Rückspüldrucks und dergleichen.

Der oder die von den Sensoren gemessenen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit können alternativ oder ergänzend zu der prognostizierten Prozessdauer eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit von der erfindungsgemäßen Regeleinheit verwendet werden, um eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit adaptiv zu regeln. Somit können explizit die Filtration mit der ersten Filtrationseinheit betreffende, gemessene Prozessparameter bei der Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann eine grundlegendere, aber aufwändigere Optimierung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit erzielt werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann die zweite Filtrationseinheit mehrere parallel geschaltete Membranfiltermodule mit einer doppelten Zulaufleitung und einer doppelten Rücklaufleitung umfassen, wobei zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen steuerbare Absperrvorrichtungen für eine Umkehrung einer Flussrichtung des Unfiltrats während der Filtration vorgesehen sind, und wobei die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, die Flussrichtung des Unfiltrats in der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit umzukehren. Jedes Membranfiltermodul der zweiten Filtrationseinheit hat somit zwei Zulaufleitungen, die über steuerbare Absperrvorrichtungen, beispielsweise Sperrventile, von der Regeleinheit gezielt geöffnet und geschlossen werden können und mit dem Einlauf bzw. dem Ablauf des Membranfiltermoduls für Unfiltrat verbunden sind. Gleichzeitig weist jedes Membranfiltermodul zwei Rücklaufleitungen auf, die über steuerbare Absperrvorrichtungen von der Regeleinheit gezielt geöffnet und geschlossen werden können und ebenfalls mit dem Einlauf bzw. dem Ablauf des folgenden Membranfiltermoduls für Unfiltrat verbunden sind. Zwischen zwei Membranfiltermodulen können die Zulaufleitungen des nachfolgenden Moduls durch die Rücklaufleitungen des vorausgehenden Moduls gegeben sein. Somit sind zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen steuerbare Absperrvorrichtungen vorgesehen. Durch gezieltes Öffnen jeweils nur einer der beiden Absperrvorrichtungen in den Zulaufleitungen bzw. Rücklaufleitungen kann, selbst ohne Umsteuern einer das Unfiltrat umwälzenden Pumpe, eine Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats durch die einzelnen Membranfiltermodule der zweiten Filtrationseinheit bewirkt werden. Die Absperrvorrichtungen werden dabei stets so angesteuert, dass die Membranfiltermodule nacheinander von dem Unfiltrat durchströmt werden. Durch Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats kann dabei die Dauer eines Filterprozesses verlängert werden, da ein zunächst weniger durch Membranfouling belasteter Bereich der Membranfiltermodule nun einer höheren Belastung ausgesetzt wird und umgekehrt. Eine solche Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats kann somit von der Regeleinheit gezielt, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Restprozessdauer eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit, eingesetzt werden, um einen Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit zu verlängern, beispielsweise bis der Reinigungsprozess der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist.

Alternativ kann die zweite Filtrationseinheit in Reihe geschaltete Membranfiltermodule und eine umsteuerbare Pumpe aufweisen, mit der die Flussrichtung des Unfiltrats gesteuert umgekehrt werden kann.

Die oben genannten Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zur Filtration von Fluiden, insbesondere mit einer der oben beschriebenen Vorrichtungen, gelöst, wobei das Verfahren eine Sequenz von Filterprozessen zum Filtern von Unfiltrat und von Reinigungsprozessen zum Reinigen der Membranfiltermodule der ersten und der zweiten Filtrationseinheit umfasst, wobei das Unfiltrat in separaten Kreisläufen durch wenigstens ein Membranfiltermodul der ersten Filtrationseinheit und durch wenigstens ein Membranfiltermodul der zweiten Filtrationseinheit geleitet wird, und wobei das Filtrat aus den Membranfiltermodulen abgeleitet wird, wobei eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit adaptiv geregelt wird. Hierbei können dieselben Variationen und Weiterbildungen, die oben im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Filtration von Fluiden beschrieben wurden, auch auf das Verfahren zur Filtration von Fluiden angewendet werden. Insbesondere können die oben beschriebenen Weiterbildungen der ersten und zweiten Filtrationseinheit, der Membranfiltermodule sowie der Steuer- und/oder Regeleinheiten eingesetzt werden. Neben den Filterprozessen und Reinigungsprozessen kann die Sequenz auch weitere Abschnitte, beispielsweise das oben erwähnte Vorspannen und Abfahren der Membranfiltermodule, Standby-Phasen bzw. Ruhephasen und dergleichen umfassen. Bei den Reinigungsprozessen kann es sich wie oben beschrieben insbesondere um Rückspülprozesse, Zwischen-CIPs und Haupt-CIPs handeln. Als Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit können die oben beschriebenen Prozessparameter verwendet werden.

Des Weiteren kann wie bereits oben erwähnt zusätzlich oder alternativ eine Belegung der ersten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit adaptiv geregelt werden. Erneut können die oben beschriebenen Prozessparameter zur adaptiven Regelung der Belegung der ersten Filtrationseinheit eingesetzt werden. Insbesondere kann der Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit eine prognostizierte Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit umfassen. Ebenso kann wie oben erwähnt die Belegung wenigstens einer Filtrationseinheit einer Vielzahl von Filtrationseinheiten in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit einer oder mehreren anderen Filtrationseinheiten der Vielzahl von Filtrationseinheiten adaptiv geregelt werden. Des Weiteren können die Belegungen aller Filtrationseinheiten der Vielzahl von Filtrationseinheiten adaptiv geregelt werden.

Die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit kann ein Anpassen wenigstens eines Steuerparameters eines Filterprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit umfassen, wobei der Steuerparameter des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit insbesondere in Abhängigkeit von einer prognostizierten Restprozessdauer eines parallel verlaufenden Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit angepasst werden kann, und/oder wobei der Steuerparameter des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit insbesondere in Abhängigkeit von einer prognostizierten Restprozessdauer eines parallel verlaufenden Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit angepasst werden kann. Dabei müssen der Filterprozess und der Reinigungsprozess nicht vollständig parallel verlaufen. Als Steuerparameter können die zuvor beschriebenen Steuer- und Regelparameter verwendet werden. Insbesondere können Grenzwerte für Prozessparameter wie den Transmembrandruck, bei denen eine bestimmte Aktion, beispielsweise das Beenden eines Filterprozesses und Einleiten einer Reinigung oder ein Rückspülen mit Filtrat zum Verlängern des Filterprozesses, ausgeführt werden, als Steuerparameter angepasst werden.

Befindet sich beispielsweise die zweite Filtrationseinheit in einem Filterprozess, während sich die erste Filtrationseinheit in einem Reinigungsprozess befindet, so kann die adaptive Regelung den Filterprozess zumindest so lange verlängern, bis der Reinigungsprozess der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist. Darüber hinaus kann der Filterprozess verlängert werden, bis das auf den Reinigungsprozess folgende Vorspannen der Membranfiltermodule der ersten Filtrationseinheit abgeschlossen ist. Befindet sich hingegen die zweite Filtrationseinheit in einem Reinigungsprozess, während sich die erste Filtrationseinheit in einem Filterprozess befindet, so kann die adaptive Regelung den Reinigungsprozess wie oben beschrieben intensivieren und/oder verkürzen, damit die zweite Filtrationseinheit zum Ende des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit zur Verfügung steht.

Die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit kann ein Beenden eines Filterprozesses und Einleiten eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit und/oder ein Beenden des Reinigungsprozesses und Einleiten eines weiteren Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit umfassen. Durch adaptives Beenden eines Filterprozesses und Einleiten eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann flexibel auf ein frühzeitiges Bereitstehen der ersten Filtrationseinheit reagiert werden, sodass die Wirksamkeit der Reinigung der zweiten Filtrationseinheit verbessert werden kann. Durch adaptives Beenden des Reinigungsprozesses und Einleiten eines weiteren Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann flexibel auf ein vorzeitiges Ende eines Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit reagiert werden. Auf diese Weise kann eine Unterbrechung der Filtration der Gesamtfilteranlage vermieden werden.

Das Einleiten des Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit kann insbesondere eine Auswahl des Reinigungsprozesses aus der folgenden Gruppe umfassen: Reinigen durch Rückspülen, Cleaning-in-Place, Reinigen durch Rückspülen und Cleaning-in-Place, Generalreinigung und vorbestimmte Reinigungsprogramme. Beispielsweise kann ein Reinigungsprozess durch Rückspülen wie oben beschrieben mehrere Rückspülschritte, insbesondere mit unterschiedlichen Rückspülmedien, umfassen. Wie oben beschrieben kann das Einleiten des Reinigungsprozesses zudem eine Auswahl der Art und Menge eingesetzter Chemikalien einer CIP-Reinigung und/oder die Intensität und/oder Dauer des Reinigungsprozesses und/oder das Anpassen von Steuerparametern des Reinigungsprozesses umfassen. Beispielsweise kann eine Zwischen-CIP mit geringer Menge bzw. Konzentration gewählt werden oder eine Haupt-CIP mit höherer Menge bzw. Konzentration und eventuell anderen oder zusätzlichen Chemikalien. Bei einer Generalreinigung kann sogar der Austausch einzelner oder aller Filtermembranen vorgesehen sein. Neben dem wenigstens einen Prozessparameter der Filtration mit der ersten Filtrationseinheit kann auch wenigstens ein Prozessparameter eines vorangehenden Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit berücksichtigt werden. Dadurch kann der nachfolgende Reinigungsprozess derart angepasst werden, dass eine Foulingschicht auf den Membranfiltermodulen der zweiten Filtrationseinheit möglichst vollständig, unter Berücksichtigung der Randbedingungen bezüglich der Belegung der zweiten Filtrationseinheit, entfernt wird, um eine maximale Prozessdauer des nachfolgenden Filterprozesses zu gewährleisten.

Gemäß einer Weiterbildung kann das Anpassen des wenigstens einen Steuerparameters des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit wie oben beschrieben eine Umkehrung einer Flussrichtung des Unfiltrats in dem wenigstens einen Membranfiltermodul der zweiten Filtrationseinheit umfassen. Dabei kann das Anpassen insbesondere das Bestimmen eines Zeitpunktes, zu dem die Flussrichtung umgekehrt wird, umfassen. Auf diese Weise kann wie oben erwähnt eine Restprozessdauer des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit verlängert werden. Die Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats kann durch gezieltes Ansteuern der oben beschriebenen Absperrvorrichtungen, beispielsweise von Sperrventilen, in den Zulauf- und Rücklaufleitungen der parallel geschalteten Membranfiltermodule der zweiten Filtrationseinheit bewirkt werden.

Die adaptive Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit kann wie oben beschrieben auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Des Weiteren kann wie oben beschrieben die Prognose der Prozessdauer eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Schließlich kann auch die Steuerung und/oder Regelung eines Filterprozesses bzw. eines Reinigungsprozesses einer jeden Filtrationseinheit durch eine entsprechende separate Steuer- und/oder Regeleinheit dieser Filtrationseinheit auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze durchgeführt werden. Auf diese Weise können mittels einfacher intuitiver Regeln und durch Trainieren der künstlichen neuronalen Netze zuverlässige Prognosen der Prozessdauer bzw. Restprozessdauer von Filterprozessen und Reinigungsprozessen gemacht werden, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Optimierung der Belegung der Filtrationseinheiten verwendet werden können.

Insbesondere bei der Filtration von Bier besteht eine starke, schwer vorhersagbare Abhängigkeit der Standzeit verwendeter Membranfiltermodule von den eingesetzten Rohstoffen. Trotz der Schwierigkeit der Vorhersage einer verbleibenden Restprozessdauer eines Filterprozesses gestatten die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren eine Optimierung der Belegung der Filtrationseinheiten einer Filteranlage hinsichtlich der Vermeidung von Produktionsunterbrechungen und Stillstandzeiten einzelner Filtrationseinheiten. Sowohl die Art und Dauer der eingesetzten Reinigungsprozesse können optimiert werden, als auch die Länge und Zeiträume der Filterprozesse verschiedener Filtrationseinheiten aufeinander abgestimmt werden. Dadurch kann der übermäßige Einsatz von Reinigungsmitteln, d.h. Chemikalien, bei der CIP-Reinigung vermieden werden, da Art und Dauer der eingesetzten Reinigungsprozesse bedarfsgerecht adaptiv geregelt werden. Ebenso kann ein übermäßiges Zusetzen der Membranfilter durch unkontrolliertes Erhöhen des Transmembrandrucks vermieden werden.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren erreichen eine Belegungs- und Gesamtprozessoptimierung, die zu optimal ausgelasteten Filtrationseinheiten mit optimaler Reinigung und effizienten Gesamtbetriebskosten führen. Im Gegensatz zu den sonst üblichen starren Abläufen der Filterprozesse und Reinigungsprozesse wird die Belegung der Filtrationseinheiten durch Filterprozesse und Reinigungsprozesse nun flexibel und adaptiv angepasst, um die Gesamtbelegung der Filteranlage zu optimieren. Dies betrifft nicht nur die Länge einer Standby-Phase, sondern alle Verfahrensschritte beginnend beim Soaking, d.h. dem Einweichen mit Chemikalien bei der CIP-Reinigung, über die CIP-Dauer und die Länge des Filterprozesses. Da bei der CIP-Reinigung weniger Chemikalien eingesetzt werden können, wird auch die Standzeit der Filtermembranen der Membranfiltermodule verlängert, wodurch weitere Kosten eingespart werden können.

Bei der Filtration von Bier ergeben sich im Vergleich zu anderen Fluiden im Allgemeinen kürzere Zyklen aus Filterprozess und Reinigungsprozess, sodass eine optimierte Belegungssteuerung in Brauereien besonders wichtig ist. Bei Brauereien mit durchgehendem Betrieb führt die oben beschriebene optimierte Belegungssteuerung zu einer effizienteren Filtration und somit zur Kosteneinsparung. Bei kleineren Filteranlagen kann eine höhere Menge an Filtrat produziert werden, wodurch die Gesamtbetriebskosten sinken. Darüber hinaus werden die Filtermembranen geschont.

Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen. Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im Weiteren beschriebenen Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.

Figur 1 zeigt grob schematisch den Aufbau einer einzelnen Filtrationseinheit. Figur 2 zeigt grob schematisch eine Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt den Austausch von Prozessparametern zwischen separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten zweier Filtrationseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 zeigt eine alternative Weiterbildung zum Austausch von Prozessparametern einer übergeordneten Regeleinheit.

Figur 5 zeigt eine beispielhafte Belegungsoptimierung für zwei Filtrationseinheiten.

Figur 6 zeigt schematisch die Umkehrung der Flussrichtung in einer Filtrationseinheit mit mehreren parallel geschalteten Membranfiltermodulen.

Figur 7 zeigt schematisch eine Vielzahl von Kennlinienfeldern zur Steuerung und/oder Regelung der Filtrationseinheiten.

In den im Folgenden beschriebenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Zur besseren Übersichtlichkeit werden gleiche Elemente nur bei ihrem ersten Auftreten beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die mit Bezug auf eine der Figuren beschriebenen Varianten und Ausführungsformen eines Elements auch auf die entsprechenden Elemente in den übrigen Figuren angewendet werden können.

Figur 1 zeigt grob schematisch einen exemplarischen Aufbau einer einzelnen, unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheit. Die hier dargestellte Filtrationseinheit führt eine Filtration nach der Crossflow-Methode durch. Es versteht sich jedoch, dass die im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen durch einfache Anpassungen auch für Filtrationen nach der Dead-End-Flow-Methode eingesetzt werden können.

Die in der Figur 1 dargestellte Filtrationseinheit umfasst wenigstens ein Membranfiltermodul 1 , beispielsweise ein Crossflow-Membranfiltermodul, durch das das Unfiltrat, beispielsweise ungefiltertes Bier, im Kreislauf geführt werden kann (angedeutet durch den Pfeil K). Selbstverständlich können auch mehrere Membranfiltermodule vorgesehen sein, die in Reihe oder parallel zueinander angeordnet sein können. Eine spezielle Variante hierzu ist beispielsweise in der Figur 6 gezeigt. Bei der Crossflow-Filtration wird das Unfiltrat entlang der Membran der Membranfiltermodule geströmt und tritt senkrecht aus dem Membranfilter als Filtrat aus. Hierzu ist eine Filtratleitung 18 mit einem Stell- bzw. Regelventil 17 vorgesehen, über die das Filtrat aus dem Membranfiltermodul 1 abgezogen wird. Das Regelventil 17 kann dabei von der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 der Filtrationseinheit gesteuert bzw. geregelt werden, beispielsweise um ein Druckniveau auf der Filtratseite einzustellen. Die Stellung des Regelventils 17 ist somit eine Stellgröße der Steuerung und/oder Regelung eines Filterprozesses der Filtrationseinheit, über die beispielsweise eine Dauer des Filterprozesses gesteuert bzw. geregelt werden kann. Entsprechend ist beispielsweise das Druckniveau auf der Filtratseite ein Steuer- bzw. Regelparameter der Steuer- und/oder Regeleinheit 8.

Die Filtrationseinheit weist weiterhin eine Zulaufleitung 3 auf, über die beispielsweise mit Hefe beladenes Bier in Richtung Membranfiltermodul 1 , beispielsweise über eine, insbesondere regelbare, Pumpe 7, gepumpt wird. Die Pumpe 7 kann anders als in der Figur 1 gezeigt auch an dem Teilstück der Zulaufleitung 3 zwischen Einmündung der Leitung 13 und dem Punkt 16 angeordnet sein. Ferner umfasst die Filtrationseinheit eine Zirkulationsleitung 5, in die die Zulaufleitung 3 am Punkt 16 mündet, und durch die das Unfiltrat, d.h. das Retentat, im Kreislauf K zirkulieren kann. Schließlich weist die Filtrationseinheit weiterhin eine Rücklaufleitung 6 auf, über die Unfiltrat aus der Zirkulationsleitung 5 abgeleitet werden kann. Dazu ist ein Regelventil 9 in der Rücklaufleitung 6 vorgesehen, über das der Fluss des abgeleiteten Unfiltrats eingestellt werden kann. Des Weiteren ist in der Zirkulationsleitung 5 ein Regelventil 19 vorgesehen, über das der Fluss des zirkulierenden Unfiltrats eingestellt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann in der Zirkulationsleitung 5 eine, insbesondere regelbare, Pumpe 15 vorgesehen sein, mittels derer beispielsweise eine Überströmgeschwindigkeit der Filtermembran durch das Unfiltrat eingestellt werden kann. Durch eine Veränderung (je nach Filterzustand kann eine Erhöhung oder Absenkung sinnvoll sein) der Überströmgeschwindigkeit kann beispielsweise der Transmembrandruck reduziert werden. Von der Rücklaufleitung 6 zweigt eine Ablaufleitung 12 ab, über die über ein weiteres Regelventil 1 1 das Unfiltrat aus der Rücklaufleitung 6 einem Kanal 10 zugeführt werden kann. Über das Regelventil 1 1 kann der Fluss des Unfiltrats zu diesem Kanal eingestellt werden. Die Rücklaufleitung 6 mündet in einem Aufkonzentriertank 2, der hier zum Beispiel als zylindrokonischer Tank ausgebildet ist, und der über eine Leitung 13 und ein Regelventil 14 mit der Zulaufleitung 3 verbunden ist. Somit kann aufkonzentriertes Unfiltrat aus dem Aufkonzentriertank 2 erneut der Zuleitung 3 zugeführt werden.

Des Weiteren sind in der nicht limitierenden Weiterbildung der Figur 1 Sensoren 4a und 4b in der Zirkulationsleitung 5 bzw. der Rücklaufleitung 6 angeordnet. Mittels dieser Sensoren können Prozessparameter, wie beispielsweise die Viskosität oder Dichte des Unfiltrats, in situ während der Filtration gemessen werden. Wie oben im Detail beschrieben können als Sensoren beispielsweise ein Viskositätssensor und/oder ein Dichtesensor eingesetzt werden. Die gemessenen Prozessparameter werden von den Sensoren 4a und 4b an die Steuer- und/oder Regeleinheit 8 über nicht dargestellte Leitungen oder kabellos übermittelt, wo sie zur Steuerung und/oder Regelung der Filtration mit der Filtrationseinheit verarbeitet werden. Es versteht sich, dass die spezifische Anordnung der Sensoren 4a und 4b in der Figur 1 nicht limitierend, sondern lediglich illustrativ ist. Es können weniger oder mehr Sensoren vorgesehen sein, die an verschiedenen Stellen der Filtrationseinheit angeordnet sein können. Die Sensoren können die gemessenen Prozessparameter wie oben beschrieben auch an eine übergeordnete Regeleinheit übermitteln, die sie zur Regelung einer Belegung wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit verwendet.

Die Regelventile 9, 1 1 , 14, 17 und 19 sowie die Pumpen 7 und 15 können von der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 zur Steuerung bzw. Regelung der Filtration eingesetzt werden. Beispielweise lässt sich über Ansteuerung der Pumpe 15 wie oben erwähnt eine Strömungsgeschwindigkeit bzw. Überströmgeschwindigkeit des Unfiltrats im Membranfiltermodul 1 einstellen. Mittels Ansteuerung der Pumpe 7 lässt sich das Druckniveau auf der Unfiltratseite beeinflussen. Mittels Ansteuerung des Regelventils 17 hingegen lässt sich das Druckniveau auf der Filtratseite beeinflussen. Durch Ansteuern der Pumpe 7 und/oder Ansteuern des Regelventils 17 kann somit der T ransmembrandruck und dessen Gradient über die Filtermembran des Membranfiltermoduls 1 direkt beeinflusst werden. Bei der dargestellten Filtrationseinheit übernimmt die Steuer- und/oder Regeleinheit 8 die Steuerung bzw. Regelung der oben genannten Stell- bzw. Regelventile und Pumpen über entsprechende Steuer- bzw. Regelparameter. Es ist jedoch auch denkbar, dass eine übergeordnete Regeleinheit einzelne oder alle der oben genannten Regelventile und Pumpen direkt ansteuert, um beispielsweise einen Filterprozess zu verlängern.

Die Filtrationseinheit kann darüber hinaus über nicht dargestellte Reinigungsvorrichtungen, wie beispielsweise eine Rückspülleitung für einen Reinigungsprozess mittels Rückspülens sowie eine CIP-Einheit verfügen. Auch die Reinigungsvorrichtungen können von der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 und/oder direkt von einer übergeordneten Regeleinheit gesteuert bzw. geregelt werden. Beispielsweise kann eine übergeordnete Regeleinheit wie oben beschrieben einen Reinigungsprozess intensivieren und/oder verkürzen, indem beispielsweise eine für das Rückspülen verwendete steuerbare Pumpe angesteuert wird.

Wie oben im Detail beschrieben kann die Steuerung und/oder Regelung von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der Filtrationseinheit mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 8 auf der Grundlage einer Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze erfolgen. Dabei können intuitive linguistische Regeln verwendet werden, die teilweise gegensätzliche Kriterien miteinander kombinieren, um ein optimales Filtrationsergebnis zu erhalten. Wie oben beschrieben können die einzelnen Regeln unterschiedlich gewichtet und/oder priorisiert und/oder eliminiert werden. Dabei können die linguistischen Regeln beispielsweise von sogenannten Kennlinienfeldern, wie sie in Figur 7 dargestellt sind, abgeleitet werden. In Figur 7 sind einige exemplarische, nicht limitierende Kennlinienfelder für die Steuerung und/oder Regelung einer Filtrationseinheit wiedergegeben.

Die Unterfigur 7a) zeigt beispielsweise eine Kennlinie der Nachhaltigkeit mit Bezug auf den Ausstoß an Filtrat. Die Unterfigur 7b) zeigt die Kennlinie der Nachhaltigkeit mit Bezug auf einen Energieeinsatz. Die Unterfigur 7c) zeigt eine Kennlinie der Bierqualität mit Bezug auf einen Reinigungsaufwand. Die Unterfigur 7d) hingegen zeigt eine Kennlinie des Energieeinsatzes mit Bezug auf den Ausstoß. Die Unterfigur 7e) zeigt eine Kennlinie des Ausstoßes mit Bezug auf die Membranlebenszeit der Filtermembran. Die Unterfigur 7f) schließlich zeigt die Kennlinie der Nachhaltigkeit mit Bezug auf die Reinigungsdauer.

Beispielsweise kann die Nachhaltigkeit erhöht werden, indem ein geringerer Medieneinsatz (eine geringere Konzentration an Chemikalien, bzw. Weglassen einer CIP-Komponente, zum Beispiel von Enzymen) bei der Reinigung der Filtermembranen angesetzt wird, wodurch die Reinigung länger dauert oder nicht so effektiv ist. Im anschließenden Filterprozess kann daher weniger filtriert (zum Beispiel weniger Bier filtriert) werden bzw. nur eine kurze Filterprozessdauer erreicht werden, bis die Filtermembran erneut gereinigt werden muss.

Der Energieeinsatz kann durch Energieeinsparung, beispielsweise durch eine CIP-Reinigung mit geringerer Temperatur, reduziert werden. Auch hierdurch dauert die Reinigung länger oder ist nicht so effektiv, wodurch sich die Ausstoßmenge reduziert und/oder die Prozessdauer des Filterprozesses verkürzt wird.

Im Allgemeinen ist eine hohe Ausstoßmenge an Filtrat oberstes Ziel beim Betrieb einer Filteranlage ohne Rücksicht auf Nachhaltigkeit und Membranlebenszeit. Hierzu kann eine CIP- Reinigung schneller und mit höheren Konzentrationen, Temperaturen und/oder größerem Medieneinsatz gefahren werden, um Stillstandszeiten, d.h. Zeiten ohne Filtration der Filtrationseinheit, zu minimieren. Dies verkürzt jedoch wie in Unterfigur 7e) dargestellt im Allgemeinen die Membranlebenszeit.

Die Bierqualität steht über allen anderen Größen und muss erfüllt werden, insbesondere bei Premiumsorten. Gegebenenfalls wird hierzu die Filtrationsgeschwindigkeit reduziert. Eine CIP- Reinigung kann länger und gründlicher durchgeführt werden, wobei die CIP-Reinigung eventuell mit hohen Temperaturen und hohen Reinigungsmittelkonzentrationen oder zusätzlichen Additiven durchgeführt wird. Häufig werden keine zu kurz fermentierten Biere mit zu hohen Hefezellzahlen filtriert. Im Allgemeinen begünstigen moderate Betriebsbedingungen, z.B. moderate Transmembrandrücke, die Bierqualität des Filtrats.

Um die Nachhaltigkeit der Filtration zu verbessern, kann weiterhin nur nach Bedarf gereinigt werden. D.h. es wird nur so viel und nur dann gereinigt, wie und wann es notwendig ist. Eine Bewertung des Reinigungserfolges durch entsprechend angeordnete Sensoren, beispielsweise zur Messung einer Trübung im Rückspülfluid, kann dabei unterstützend wirken. Da aus der Membran ausgelöste oder abgelöste Partikel, wie beispielsweise Hefen, Trübungen verursachen, kann man dadurch den Erfolg und die Dauer einer Rückspülung bewerten. Ein Beispiel für die Optimierung der Nachhaltigkeit bei bedarfsgetriebener Reinigung ist in der Unterfigur 7f) dargestellt. Um die Filtermembranen vor Membranbruch zu schützen, dürfen die Transmembrandrücke nicht zu hoch sein. Dies begrenzt einerseits die Filtrationsgeschwindigkeit. Andererseits können die Filtermembranen durch moderate Reinigung, d.h. geringe Temperaturen und geringe Konzentrationen an Chemikalien, geschont werden. Um dennoch eine ausreichende Reinigung der Filtermembranen zu garantieren, muss entsprechend die Prozessdauer des Filterprozesses angepasst werden. Zusätzlich dauert eine moderate Reinigung länger, wodurch sich auch die Prozessdauer des Reinigungsprozesses verlängert. Im Gegenzug erhöht sich jedoch die Membranlebenszeit, sodass Kosten durch den Membranaustausch reduziert werden können. Allerdings reduziert sich dadurch auch die Filtrationsmenge.

Die oben beschriebenen exemplarischen Regeln setzen teilweise gegensätzliche Trends für die Steuerung bzw. Regelung der Filtrationseinheit. Mithilfe der Fuzzy-Logik und/oder künstlicher neuronaler Netze kann jedoch ein optimaler Ausgleich zwischen diesen Trends bestimmt werden, da keine detaillierte Modellierung der Filtration bzw. Reinigung erforderlich ist.

Figur 2 zeigt grob schematisch eine Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung. Jede der dargestellten, prinzipiell unabhängig steuerbaren und/oder regelbaren Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N umfasst zumindest den Kreislauf K der in der Figur 1 dargestellten Filtrationseinheit mit wenigstens einem Membranfiltermodul 1 , der Zirkulationsleitung 5, der Pumpe 15, dem Regelventil 19 und beispielsweise einem Sensor 4a. Es können jedoch Abwandlungen dieses Kreislaufes verwendet werden. Beispielsweise kann jede Filtrationseinheit über eine eigene, separate Steuer- und/oder Regeleinheit 108-1 bis 108- N verfügen, die die Filtration mit der jeweiligen Filtrationseinheit steuert und/oder regelt. Ebenso kann jede Filtrationseinheit 120-1 bis 120-N über einen eigenen Aufkonzentriertank 2, eine eigene Rücklaufleitung 6 mit Regelventil 9 und möglicherweise Sensor 4b sowie eine eigene Ablaufleitung 12 zum Kanal 10 wie in Figur 1 dargestellt verfügen.

Zur Illustration der vorliegenden Erfindung der adaptiven Belegungssteuerung sind die Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N jedoch vereinfacht dargestellt, wobei lediglich die separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 108-1 bis 108-N gezeigt sind. Von jeder Filtrationseinheit führt eine Rücklaufleitung mit Regelventil 109-1 bis 109-N zu einer gemeinsamen Rücklaufleitung 106 für die Filtrationseinheiten, die den Rücklauf an Unfiltrat in einen gemeinsamen Aufkonzentriertank 102 führt. In dieser gemeinsamen Rücklaufleitung 106 ist wiederum ein Sensor 104 vorgesehen, der beispielsweise eine Viskosität des rücklaufenden Unfiltrats messen kann. Auch wenn nicht dargestellt, so kann sich auch ein Sensor in jeder Rücklaufleitung einer jeden Filtrationseinheit 120-1 bis 120-N befinden. Ebenso ist eine gemeinsame Auslaufleitung 1 12 mit Regelventil 1 1 1 zu einem Kanal 1 10 für zu verwerfendes Unfiltrat vorgesehen. Ein gemeinsamer Aufkonzentriertank 102 kann beispielsweise für einen Ausgleich in der Prozessdauer von Filterprozessen mit verschiedenen Filtrationseinheiten sorgen. Von dem Aufkonzentriertank 102 führt erneut eine Leitung 1 13 über ein Regelventil 1 14 in eine gemeinsame Zulaufleitung 103 für ungefiltertes Fluid, insbesondere Bier, das mittels einer steuerbaren Pumpe 107 von einem vorgeschalteten Anlagenteil, beispielsweise einem Lagertank, zugefördert wird. Auch hier kann die Pumpe 107 alternativ zwischen der Einmündung der Leitung 1 13 und der Verzweigung zu den einzelnen Filtrationseinheiten angeordnet sein. Des Weiteren ist in der hier dargestellten, nicht limitierenden Weiterbildung ein Sensor 124, beispielsweise zum Messen einer Hefezellzahl des zugeförderten Unfiltrats vorgesehen.

Das über die gemeinsame Zulaufleitung 103 zugeführte Unfiltrat wird über verzweigte Zulaufleitungen zu den Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N geführt, wobei in den einzelnen Zulaufleitungen jeweils eigene Regelventil 123-1 bis 123-N vorgesehen sind, mittels derer der Volumenstrom an Unfiltrat zu der jeweiligen Filtrationseinheit gesteuert bzw. geregelt werden kann. Durch gesteuertes Öffnen und Schließen der Regelventile 123-1 bis 123-N kann sichergestellt werden, dass lediglich denjenigen Filtrationseinheiten Unfiltrat zugeführt wird, die sich gerade im Status des Filterprozesses befinden. Während eines Reinigungsprozesses einer Filtrationseinheit kann hingegen das entsprechende Regelventil geschlossen werden.

Von den Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N führen jeweils eigene Filtratleitungen mit eigenen Regelventilen 1 17-1 bis 1 17-N zu einer gemeinsamen Filtratleitung 1 18, die das Filtrat zu einem nachgeschalteten Anlagenteil, beispielsweise einem Drucktank oder einer Abfüllanlage, weiterleitet.

In der Figur 2 ist zudem eine übergeordnete Regeleinheit 180 gezeigt, mittels derer wie oben beschrieben die Belegung der Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N adaptiv geregelt wird. Hierzu kann die Regeleinheit 180 entweder direkt oder indirekt die Regelventile 123-1 bis 123- N, 1 17-1 bis 1 17-N und 109-1 bis 109-N, sowie separate Kreislaufpumpen 15 (in Figur 2 nicht dargestellt) der jeweiligen Filtrationseinheiten steuern bzw. regeln. Bei einer indirekten Regelung der Belegungen der Filtrationseinheiten gibt die Regeleinheit 180 entsprechende Steuersignale an die jeweiligen separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 108-1 bis 108-N weiter, die von den separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten bei der Steuerung bzw. Regelung der Filterprozesse und Reinigungsprozesse der jeweiligen Filtrationseinheiten berücksichtigt werden. Solche Steuersignale können beispielsweise eine gewünschte Verlängerung eines Filterprozesses, eine gewünschte Intensivierung und/oder Verkürzung eines Reinigungsprozesses oder dergleichen, wie oben im Detail beschrieben, signalisieren. Bei der direkten Regelung kann die Regeleinheit 180 auch Steuersignale unmittelbar an die oben genannten Regelventile und Pumpen senden. Die Regelung der Belegung einer Filtrationseinheit mittels der Regeleinheit 180 erfolgt dabei wie oben beschrieben in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit wenigstens einer weiteren Filtrationseinheit aus der Gruppe der Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N. Dabei passt die Regeleinheit 180 Filterprozesse und Reinigungsprozesse der Filtrationseinheiten 120-1 bis 120-N wie unten anhand des Beispiels in der Figur 5 beschrieben an, um eine Belegungsoptimierung der gesamten Filteranlage durchzuführen.

Anstelle der übergeordneten Regeleinheit 180 kann die Regelung der Belegung einer jeden Filtrationseinheit jedoch wie oben beschrieben auch durch die separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 108-1 bis 108-N vorgenommen werden. Ein Beispiel für eine solche individuelle Belegungsregelung ist in der Figur 3 am Beispiel zweier Filtrationseinheiten demonstriert. Der Einfachheit halber sind von den Filtrationseinheiten lediglich die Steuer- und/oder Regeleinheiten 208-1 und 208-2 sowie exemplarisch je ein Sensor 204-1 und 204-2 dargestellt.

Dabei übermittelt der Sensor 204-1 der ersten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 226-1 einer Filtration mit der ersten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit. Umgekehrt übermittelt der Sensor 204-2 der zweiten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 226-2 einer Filtration mit der zweiten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit. Des Weiteren prognostiziert die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit wie oben im Detail beschrieben eine Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses oder eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit und übermittelt die prognostizierte Prozessdauer 225-1 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit. Entsprechend prognostiziert die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit eine Prozessdauer, insbesondere Restprozessdauer, eines Filterprozesses oder eines Reinigungsprozesses der zweiten Filtrationseinheit und übermittelt die prognostizierte Prozessdauer 225-2 an die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit.

In Abhängigkeit von dem übermittelten Prozessparameter 226-2 und/oder der übermittelten Prozessdauer 225-2 regelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-1 der ersten Filtrationseinheit wie oben beschrieben eine Belegung der ersten Filtrationseinheit, beispielsweise durch Verlängern eines Filterprozesses oder Intensivieren und/oder Verkürzen eines Reinigungsprozesses der ersten Filtrationseinheit. Entsprechend regelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 208-2 der zweiten Filtrationseinheit eine Belegung der zweiten Filtrationseinheit in Abhängigkeit von dem übermittelten Prozessparameter 226-1 und/oder der übermittelten Prozessdauer 225-1. Dabei können wie oben beschrieben eine Fuzzy-Logik und/oder künstliche neuronale Netze zum Einsatz gelangen. In der Weiterbildung der Figur 3 sind die Steuer- und/oder Regeleinheiten 208-1 und 208-2 der Filtrationseinheiten gleichwertig konfiguriert. Es kann jedoch auch eine Steuer- und/oder Regeleinheit als Slave der anderen Steuer- und/oder Regeleinheit als Master konfiguriert sein. Dies ist insbesondere dann denkbar, wenn lediglich die Belegung einer Filtrationseinheit aus diesem Paar in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter einer Filtration mit der anderen Filtrationseinheit geregelt werden soll.

Insbesondere wenn eine Vielzahl von Filtrationseinheiten vorgesehen sind, empfiehlt sich eine Regelung der Belegungen der Filtrationseinheiten durch eine übergeordnete Regeleinheit. Diese Situation ist vereinfacht in der Figur 4 dargestellt, wobei eine übergeordnete Regeleinheit 380 als Master gegenüber den als Slave konfigurierten separaten Steuer- und/oder Regeleinheiten 308-1 und 308-2 der Filtrationseinheiten konfiguriert ist.

In der Architektur der Figur 4 übermittelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-1 der ersten Filtrationseinheit eine prognostizierte Prozessdauer 325-1 an die übergeordnete Regeleinheit 380. Des Weiteren übermittelt ein exemplarisch dargestellter Sensor 304-1 der ersten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 326-1 an die Regeleinheit 380. Der übermittelte Prozessparameter 326-1 und/oder die übermittelte Prozessdauer 325-1 werden von der Regeleinheit 380 verarbeitet, um ein Steuersignal 327-2 zur Regelung der Belegung der zweiten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-2 dieser zweiten Filtrationseinheit zu übermitteln. In Abhängigkeit von dem Steuersignal 327-2 kann die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-2 der zweiten Filtrationseinheit dann wie oben beschrieben einen Filterprozess bzw. einen Reinigungsprozess der zweiten Filtrationseinheit entsprechend anpassen.

Umgekehrt übermittelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-2 der zweiten Filtrationseinheit eine Prozessdauer 325-2 an die übergeordnete Regeleinheit 380. Ebenso übermittelt ein Sensor 304-2 der zweiten Filtrationseinheit einen gemessenen Prozessparameter 326-2 an die Regeleinheit 380. Die übermittelte Prozessdauer 325-2 und/oder der übermittelte Prozessparameter 326-2 werden von der Regeleinheit 380 verarbeitet, um ein Steuersignal 327-1 zur Regelung der Belegung der ersten Filtrationseinheit an die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-1 dieser ersten Filtrationseinheit zu übermitteln. In Abhängigkeit von dem Steuersignal 327-1 kann die Steuer- und/oder Regeleinheit 308-1 der ersten Filtrationseinheit dann wie oben beschrieben einen Filterprozess bzw. einen Reinigungsprozess der ersten Filtrationseinheit entsprechend anpassen.

In einer Filteranlage mit mehreren Filtrationseinheiten sind zudem auch Mischformen der Architekturen in den Figuren 3 und 4 denkbar. In der Figur 5 wird die erfindungsgemäße Belegungssteuerung anhand einer beispielhaften Belegungsoptimierung für zwei Filtrationseinheiten demonstriert. Die Belegungen für die erste Filtrationseinheit A und die zweite Filtrationseinheit B sind hier exemplarisch anhand von Sequenzen mit den Schritten Vorspannen, Filtration, Abfahren, CIP sowie Pause dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen Schritte beschränkt ist, sondern alternative oder zusätzliche Reinigungsprozesse sowie weitere Prozessschritte vorgesehen sein können. Es versteht sich auch, dass die Belegungsoptimierung entsprechend auf drei oder mehr Filtrationseinheiten erweitert werden kann. Beispielsweise kann eine Belegungsregelung garantieren, dass sich stets wenigstens eine Filtrationseinheit einer Vielzahl von Filtrationseinheiten in einem Filterprozess befindet. Bei ausreichend hoher Anzahl von Filtrationseinheiten, beispielsweise 10 oder mehr, kann die Regelung auch bewirken, dass der Ausstoß an Filtrat annähernd konstant bleibt. Zusätzlich zur Belegungssteuerung können hierzu geeignete Steuerparameter der Filterprozesse, beispielsweise der Transmembrandruck und/oder die Überströmgeschwindigkeit, angepasst werden, um den Momentanausstoß an Filtrat der einzelnen Filterprozesse so anzupassen, dass der Gesamtausstoß annähernd konstant ist.

Das oberste Paar A1/B1 in der Figur 5 zeigt wie im Stand der Technik bekannt starre Ablaufsequenzen für die einzelnen Prozessschritte. In den dargestellten Sequenzen ist zu Demonstrationszwecken angenommen, dass die Filtration mit den beiden Filtrationseinheiten unter exakt gleichen Umständen abläuft, sodass eine optimale Belegung ohne Filtrationslücken, insbesondere Pausen, abgesehen von einer anfänglichen Pause der zweiten Filtrationseinheit, möglich ist. In dieser idealisierten Situation läuft während des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit B1 in der ersten Filtrationseinheit A1 die Sequenz aus Abfahren, CIP-Reinigung und Vorspannen ab, sodass die erste Filtrationseinheit A1 zum Ende des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit B1 wieder zur Verfügung steht. Gleiches gilt umgekehrt für die zweite Filtrationseinheit B1 .

In der Realität laufen die Filtrationen mit den einzelnen Filtrationseinheiten jedoch niemals vollständig gleich ab, sodass sich wie im mittleren Paar A2/B2 angedeutet zwangsläufig Verschiebungen und damit verbundene Filtrationslücken in den Sequenzen ergeben. Beispielsweise läuft die zweite Filtration der ersten Filtrationseinheit A2 in der exemplarisch dargestellten Sequenz über das Vorspannen der zweiten Filtrationseinheit B2 hinaus, sodass sich hier eine Verschiebung ergibt. Auch andere Ereignisse können dazu führen, dass in der Ablaufsequenz Filtrationslücken bzw. Pausen entstehen. Beispielsweise kann ein Schwellwert für die maximale Aufkonzentration des Unfiltrats einer Filtrationseinheit zu einem unerwartet frühzeitigen Ende eines Filterprozesses dieser Filtrationseinheit führen, sodass zu diesem Zeitpunkt noch keine andere Filtrationseinheit zur Verfügung steht. Da die Ablaufsequenzen im Stand der Technik starr vorgegeben sind, beispielsweise indem fixe Grenzwerte vorgegeben werden, setzt sich eine einmal auftretende Verschiebung durch den Betrieb der Filteranlage fort, ohne dass die auftretenden Filtrationslücken korrigiert werden könnten.

Mit der vorliegenden Erfindung der adaptiven Regelung einer Belegung der Filtrationseinheiten lässt sich das Auftreten von Filtrationslücken effektiv vermeiden. Die adaptive Regelung ist in der Figur 5 anhand des letzten Paares A3/B3 exemplarisch dargestellt.

In der dargestellten Sequenz wird exemplarisch angenommen, dass die Filtration der ersten Filtrationseinheit A3 autonom von der Steuer-und/oder Regeleinheit dieser Filtrationseinheit gesteuert bzw. geregelt wird, d.h. ohne Rücksicht auf die Filtration der zweiten Filtrationseinheit B3. Umgekehrt wird die Belegung der zweiten Filtrationseinheit, d.h. insbesondere Zeitpunkte und Dauer der Filterprozesse und der Reinigungsprozesse der zweiten Filtrationseinheit B3, adaptiv in Abhängigkeit von prognostizierten Restprozessdauern von Filterprozessen und Reinigungsprozessen der ersten Filtrationseinheit A3 geregelt.

Ohne Einschränkung beginnt die Ablaufsequenz der ersten Filtrationseinheit A3 mit einem besonders langen Filterprozess, sodass der erste Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit B3 adaptiv geregelt verzögert einsetzt. Da der erste Filterprozess der dargestellten Ablaufsequenz der ersten Filtrationseinheit A3 länger als gewöhnlich ist, prognostiziert die übergeordnete Regeleinheit oder die separate Steuer- und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit A3 eine verlängerte Prozessdauer der nachfolgenden CIP-Reinigung. Um das Auftreten einer Filtrationslücke aufgrund dieser längeren CIP-Reinigung zu vermeiden, wird der erste Filterprozess der zweiten Filtrationseinheit B3 verlängert, bis die CIP-Reinigung und das nachfolgende Vorspannen der ersten Filtrationseinheit A3 abgeschlossen sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erste Filtrationseinheit A3 zum Ende des Filterprozesses der zweiten Filtrationseinheit B3 wieder für einen nachfolgenden Filterprozess zur Verfügung steht.

In der dargestellten beispielhaften Ablaufsequenz wird nunmehr angenommen, dass der zweite Filterprozess der ersten Filtrationseinheit A3 frühzeitig beendet werden muss, da sich die Filtermembran schneller als erwartet zusetzt. Aufgrund eines oder mehrerer gemessener Prozessparameter dieses Filterprozesses prognostiziert die Regeleinheit oder die separate Steuer-und/oder Regeleinheit der ersten Filtrationseinheit A3 diese verkürzte Prozessdauer des Filterprozesses. Um das Auftreten einer Filtrationslücke zu verhindern, wird daher die CIP- Reinigung der zweiten Filtrationseinheit B3 verkürzt, sodass die zweite Filtrationseinheit B3 zum Ende der verkürzten Prozessdauer des Filterprozesses der ersten Filtrationseinheit A3 wieder zum Filtern von Produkt wie beispielsweise Bier bereitsteht. Um dennoch eine effektive Reinigung der durch den vorhergehenden, verlängerten Filterprozess stark zugesetzten Filtermembran zu garantieren, intensiviert die Regeleinheit zusätzlich die CIP-Reinigung der zweiten Filtrationseinheit B3. Auf diese Weise kann die Regeleinheit einer Instabilität der Abfolge von Filterprozessen und Reinigungsprozessen entgegenwirken.

Wie an dem Beispiel in der Figur 5 exemplarisch dargestellt führt eine adaptive Regelung der Belegung einer oder mehrerer Filtrationseinheiten zu einer optimalen Auslastung der Filteranlage, wobei gleichzeitig die Filtermembranen geschont und der Einsatz an Chemikalien reduziert werden können.

Wie oben erwähnt kann ein Filterprozess beispielsweise durch Umkehrung der Flussrichtung von Unfiltrat in einer Filtrationseinheit mit mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Membranfiltermodulen verlängert werden. Eine solche Umkehrung der Flussrichtung ist exemplarisch in der Figur 6 dargestellt.

Der Einfachheit halber sind in der Figur 6 jeweils lediglich die für die Umkehrung der Flussrichtung erforderlichen Elemente der Filtrationseinheit dargestellt. Wie erwähnt weist die Filtrationseinheit eine Vielzahl von parallel geschalteten Membranfiltermodulen 401 auf, die über doppelte Zulaufleitungen 431 und 432 sowie doppelte Rücklaufleitungen 433 und 434 miteinander und mit einer gemeinsamen Zulaufleitung 435 und einer gemeinsamen Rücklaufleitung 436 verbunden sind. Exemplarisch ist hier in der gemeinsamen Zulaufleitung 435 eine Pumpe 415 zum Umwälzen des Unfiltrats vorgesehen.

Zwischen den parallel geschalteten Membranfiltermodulen 401 sind steuerbare Sperrventile 430 vorgesehen, die von einer Steuer- und/oder Regeleinheit der Filtrationseinheit gezielt geöffnet bzw. geschlossen werden. In der Figur 6 sind geschlossene Sperrventile ausgefüllt und offene Sperrventile leer dargestellt. Zusätzlich zu den Sperrventilen zwischen benachbarten Membranfiltermodulen 401 sind in den Zulaufleitungen 431 und 432 des ersten Membranfiltermoduls ebenfalls Sperrventile 430 vorgesehen.

Die Sperrventile 430 werden dabei von der Steuer- und/oder Regeleinheit derart geöffnet bzw. geschlossen, dass sich wie in der Figur 6 durch Pfeile dargestellt eine Strömung durch die Membranfiltermodule 401 ergibt. Durch alternierendes Öffnen und Schließen der Sperrventile 430 in den Zulaufleitungen ergibt sich wie in der oberen Figur der Figur 6 gezeigt eine Strömung des Unfiltrats in Form einer S-Kurve, wobei direkt aufeinanderfolgende Membranfiltermodule 401 stets in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden.

Wird die Konfiguration der Sperrventile 430 der oberen Teilfigur invertiert, so wird die Strömungsrichtung des Unfiltrats durch die Membranfiltermodule 401 wie in der unteren Teilfigur gezeigt exakt umgekehrt. Aufgrund der Ausbildung der Filtrationseinheit ist dies ohne Umkehr der Pumprichtung der Pumpe 415 möglich. Als Ergebnis werden die Rollen von Einlauf und Auslauf für das Unfiltrat bei allen Membranfiltermodulen 401 vertauscht. Dadurch kann eine Dicke der Foulingschicht entlang der Filtermembranen der Membranfiltermodule 401 ausgeglichen werden, wodurch der Filterprozess verlängert werden kann.

Bei Anordnung der Membranfiltermodule in Reihe kann eine Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats wie oben erwähnt mittels Umsteuern einer umsteuerbaren Pumpe erreicht werden.

Wie oben beschrieben kann die Umkehrung der Flussrichtung des Unfiltrats durch die Membranfiltermodule 401 von der übergeordneten Regeleinheit als Teil der adaptiven Belegungssteuerung erzwungen werden.

Die beschriebenen Weiterbildungen zur adaptiven Belegungssteuerung von Filtrationseinheiten einer Filteranlage gestatten das effektive Vermeiden von Filtrationslücken und gleichzeitig optimale Reinigen der Membranfiltermodule. Dadurch kann einerseits die Membranlebenszeit verlängert werden, andererseits können Chemikalien und Energie eingespart werden, wodurch die Nachhaltigkeit der Filtration verbessert werden kann. Durch Optimierung des Belegungsplans kann zudem der Ausstoß der Filteranlage erhöht werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert wird.