Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtrieren von Bier gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13.

Die Filtration ist einer der Schlüsselprozesse im Brauereibetrieb. Neben technologischen Anforderungen spielen auch wirtschaftliche Anforderungen, wie hohe Filterstandzeiten, ge ringe Betriebskosten und leicht bedienbare Systeme eine große Rolle.

Bei der Cross-Flow-Biermembranfiltration steigt der Transmembrandruck in den einzelnen Modulen mit laufender Zeit, weil die Filtermembranen mit der Zeit zusetzten. Die Module filt rieren bis zu einem maximalen Transmembrandruck TMD, der so festgelegt ist, dass die Module nicht geschädigt werden. Bei Erreichen des maximalen Transmembrandrucks wird ein Filtrationszyklus beendet und es folgt eine Reinigung der Membranen, bevor ein neuer Zyklus gefahren werden kann. Innerhalb eines Zyklus kann es auch eine oder mehrere Zwi schenreinigungen geben, um ein Verblocken der Membranen hinauszuzögern, bei denen z.B. die Strömungsrichtung durch das Modul umgekehrt wird. In der Regel wird bei der Bier membranfiltration der Filtratfluss geregelt.

Figur 6 zeigt ein Diagramm, in dem der Transmembrandruck in Abhängigkeit der zeit darge stellt ist. Bei Figur 6 handelt es sich um eine interne Entwicklung, von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Hier gibt es beispielsweise ein Modulpaket 3 mit drei Modulen 1ai, 1a ₂ und 1a ₃ . Wie aus dem Diagramm hervorgeht, verläuft der Anstieg des Transmembrandrucks in Abhängigkeit der Zeit für die in Serie geschalteten Module 1ai, 1a ₂ und 1a ₃ nicht gleich. Während der Transmembrandruckanstieg für die Module 1ai, 1a ₂ im Wesentlichen gleich verläuft, wobei der Transmembrandruck des ersten Moduls etwas größer ist als des zweiten Moduls, steigt der Transmembrandruck des dritten Moduls langsamer an. Das bedeutet, dass die Module unterschiedlich stark belastet werden. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird zunächst nach einer vorbestimmten Zeit eine Zwischenreinigung durchgeführt, hier bei einer Zeit von zwei Stunden. Dann wird erneut mit der Filtration begonnen. Der Filtrations zyklus dauert so lange bis eines der Module den maximalen Transmembrandruck erreicht hat. Die Transmembrandrücke zum Ende des Filtrationszyklus bzw. Intervalls der unter schiedlichen Module unterscheiden sich wesentlich. Das erste Modul erreicht hier zuerst den maximalen Transmembrandruck. Das dritte und zweite Modul könnten trotz Filtrationsende, welches durch das erste Modul eingeleitet wurde, noch länger genutzt werden, um die Filtra tionsmenge pro Zyklus zu erhöhen. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die Filtrationsmenge pro Filtrationszyklus auf einfache Art und Weise erhöhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Filtrieren von Bier mithilfe von mindestens ei nem Modulpaket mit jeweils mehreren Modulen zur Cross-Flow-Filtration. Ein solches Modul kann ein Membranmodul sein, durch das Unfiltrat im Cross-Flow im Kreislauf strömt und Filt rat abgeleitet werden kann. Ein Modulpaket umfasst dabei mehrere Module. Es ist auch möglich, dass mehrere solche Modulpakete in einer Filtereinheit angeordnet sind.

Da die Membranoberflächen mit der Zeit zusetzen und der Transmembrandruck ansteigt, wird das Bier in Filtrationszyklen filtriert. Vorzugsweise beginnt ein Filtrationszyklus mit dem Anfang der Filtration und endet nachdem alle Module einen maximalen Transmembrand ruckgrenzwert erreicht haben. Nach dem Filtrationszyklus erfolgt dann eine Reinigung z.B. mittels Reinigungsmittel dann beginnt ein neuer Filtrationszyklus bis zur nächsten Reinigung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird während eines Filtrationszyklus in einem Modulpa ket zumindest zeitweise bei zumindest einem Modul der Transmembrandruck geregelt und gleichzeitig bei zumindest einem Modul der Filtratfluss geregelt.

Somit kann das Filtrationsverfahren individuell angepasst werden, das heißt, dass die Filtra tionsmenge pro Filtrationszyklus gesteigert werden kann. Insbesondere kann durch Anpas sen der Regelung erreicht werden, dass am Ende des Filtrationszyklus alle Module den ma ximal möglichen Transmembrandruckgrenzwert erreicht haben und maximal erschöpft sind. Durch die individuelle Regelung kann eine längere Standzeit d.h. ein längerer Filtrationszyk lus oder aber ein höherer Filtratfluss erzielt werden, was die Gesamtmenge an Filtrat pro Filtrationszyklus erhöht und insgesamt Verbrauchskosten, insbesondere auch Reinigungs kosten und -zeit spart. Bei unterschiedlichen Zuständen der Membranen, sei es durch Reini gungszustände bzw. Verschmutzungszustände, Alterungsprozesse oder Anströmungsunter schiede, konnten bislang nicht alle Module maximal genutzt werden. Dies kann durch die kombinierte Filtratfluss-Transmembrandruckregelung verbessert werden, sodass alle Memb ranen in einer eines Modulpakets komplett an die Leistungsgrenze gebracht werden können. Außerdem kann im Vergleich zu einer reinen Transmembrandruckregelung, die Membran nicht extrem überfahren werden, wobei zu hohe Filtrationsflüsse entstehen könnten. Somit kann die Art der Regelung an das entsprechende Modul angepasst werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können so die Module eines Modulpakets in Reihe in einer Unfiltratleitung angeordnet sein und Unfiltrat im Kreislauf durch die Module geleitet werden. So kann beispielsweise, wenn auf Grund der Position der Module sich der Trans membrandruck in den einzelnen Modulen unterschiedlich schnell erhöht, die Regelung so angepasst werden, dass sich die Standzeit und/oder der Filtratfluss erhöht.

Vorteilhafterweise wird in einem Modulpaket zunächst bei allen Modulen der Filtratfluss ge regelt und dann bei zumindest einem Modul von Filtratflussregelung auf Transmembrand ruckregelung umgeschaltet. Insbesondere kann dabei in Abhängigkeit des Membrandrucks eines entsprechenden Moduls entweder weiter der Filtratfluss geregelt werden oder aber auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet werden.

Das heißt, dass wenn ein bestimmter Transmembrandruckgrenzwert für ein Modul erreicht ist, insbesondere ein maximaler Transmembrandruckgrenzwert, das Modul nicht wie im Stand der Technik abgeschaltet oder überbrückt wird, sondern es trotzdem weiterbetrieben wird, jedoch dann über eine Transmembrandruckregelung. So kann sichergestellt werden, dass der Transmembrandruckgrenzwert nicht überschritten wird und somit das Modul nicht geschädigt wird. Vorteilhafterweise verbleibt dann das Modul bis zum Filtrationsende des gesamten Pakets im Betrieb und kann somit wirksam genutzt werden. Der maximale Trans membrandruckgrenzwert ist dabei für die Module so festgelegt, dass die Module nicht ge schädigt werden. Der Transmembrandruckgrenzwert wird entsprechend den Herstelleranga ben, bis zu welchem ein Modul belastet werden darf, festgelegt, ist also <= dem maximalen Transmembrandruck. Somit kann die Filtratmenge in einem Filtrationszyklus wesentlich er höht werden, da alle Module bis zum Erreichen des maximalen Transmembrandrucks betrie ben werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden dabei nacheinander die Module von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet, sobald das jeweilige Modul den Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat. Wenn dann das letzte Modul eines Modulpakets den Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat, kann entweder eine Reinigung einsetzen, durchgeführt bzw. gestartet werden oder aber es wird noch für eine bestimmte Zeit weiter filtriert, wenn noch Kapazität benötigt wird. Es kann dann noch so lange weiterfil triert werden, bis zumindest ein Modul einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat, z.B. ei nen Filtratflussgrenzwert oder minimaler Gesamtfiltratfluss der Modulpakete was dann letzt endlich das Ende des Filtrationszyklus bestimmt (da der Fluss bei Erreichen und Halten des maximalen Transmembrandruck Grenzwertes mit der Zeit abnimmt). Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Dif ferenz zwischen dem Transmembrandruck eines Moduls und dem Transmembrandruck ei nes weiteren Moduls, das zur selben Zeit einen höheren, insbesondere den höchsten Transmembrandruck im Paket aufweist, größer gleich ein vorbestimmter Differenzwert Dr ist, bei einem der beiden Module von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung um geschaltet werden, wobei insbesondere der Sollwert der Transmembranregelung dem Transmembrandruck des Moduls entspricht, bei dem der Filtratfluss weitergeregelt wird. Das bedeutet, dass die Transmembrandrücke ab einer bestimmten Abweichung aneinander an gepasst werden können.

Ganz allgemein gilt, dass dabei mindestens ein Modul auf Transmembranregelung umge stellt wird, wenn der Differenzwert Dr oder ein korrelierender Wert überschritten wird- wobei z.B. zur Bestimmung der Umstellung nicht unbedingt die Druckdifferenz bestimmt werden muss sondern auch die Zeit oder filtrierte Menge, bei der ein bestimmter Differenzwert der Drücke erreicht wird, empirisch bestimmt werden kann und nach dieser Zeit oder filtrierter Menge die Regelung umgeschaltet wird. Alternativ kann der Auslöser dazu auch sein, dass die Gradienten der TMD-Steigung/Zeit/filtrierte Menge eine unterschiedliche Steigung auf weisen, so dass das stärker ansteigende Modul z.B. einen steileren/höheren Gradienten aufweist. Auch dieser Wert kann einzeln oder zusätzlich zur Entscheidungsfindung herange zogen werden. D.h. bei einer bestimmten Abweichung der Gradientensteigung einzelner Module kann die Regelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet werden.

Da der Sollwert der Transmembranregelung dem Transmembrandruck des Moduls ent spricht, bei dem der Filtratfluss geregelt wird, das heißt, das Modul, das z.B. den höchsten Transmembrandruck aufweist, übernimmt das Filtratfluss geregelte Modul eine sogenannte Masterfunktion für mindestens ein weiteres Modul- gibt also den Sollwert vor, der sich in Ab hängigkeit der Zeit oder filtrierter Menge erhöht. Der Sollwert der Transmembrandruckrege lung folgt also dem jeweils aktuellen Transmembrandruck des Filtratfluss geregelten Moduls.

Dabei kann zum Beispiel bei zumindest einem Modul eines Pakets der Transmembrandruck auf einen Sollwert geregelt werden, der größer als sein Transmembrandruck bei der Umstel lung auf Transmembrandruckregelung ist und insbesondere dem Transmembrandruck des Filtratfluss geregelten Moduls mit dem höchsten Transmembrandruck entsprechen. Ziel ist es somit, dass alle Module zum Filtrationsende bei einem maximalen Transmembrandruck erschöpft sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Filtrationsfluss steigen, so dass zeitweise ein höherer Output, das heißt, eine höhere Filtrationsmenge pro Zeit entsteht. Eine Flussbegrenzung nach oben ist optional möglich.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Transmembrandruck anders ange passt werden, wobei bei zumindest einem Modul eines Pakets der Transmembrandruck auf einen Sollwert geregelt wird, der kleiner wird als ein Transmembrandruck bei der Umstellung auf Transmembrandruckregelung und insbesondere dem Transmembrandruck des Filtrat fluss geregelten Moduls mit dem niedrigsten Transmembrandruck entspricht. Das heißt, dass hier das Filtratfluss geregelte Modul mit dem niedrigsten Transmembrandruck für ein oder mehrere Module eine Masterfunktion aufweist also den Sollwert vorgibt. Auch hier ist eine Flussbegrenzung nach z.B. unten optional möglich, um ein sinnvolles Ende zu finden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Filtratflussregelung in Filtration befindlicher Module angepasst werden, indem mit Flusssteigerungsraten in spezifizierten Flussbereichen und pro filtrierter Menge oder Zeit geregelt und ein Transmembrandruck als Zielwert/Leitwert hinzu genommen wird.

Bei der Umstellung auf die kontrollierte und begrenzte Filtratflussregelung, die Transmemb randruckbasiert ist, wird durch Hinzunahme eines Transmembrandruckes als Zielwert die Flussregelung kontrolliert mit entsprechenden Flusssteigerungsraten (+/-hl/h) auf einen Soll wert geregelt.

Steigt der Transmembrandruck in Abhängigkeit der filtrierten Menge zu stark an (außerhalb des erlaubten TMD-Anstiegsbereiches) verringert sich die Filtratflusssteigerung oder bleibt konstant bzw. verringert sich bei fortlaufend starken Transmembrandrucksteigerung bis zum Ursprungswert und umgekehrt.

Unabhängig davon kann ab einer bestimmten filtrierten Menge oder Zeit der TMD desjenigen Modules als Master her genommen werden, welches den höchsten oder niedrigsten Wert hat, oder auch der Mittelwert aller Module, welche im TMD oder Filtratfluss Bereich liegen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Sollwert des auf Transmembrandruckre gelung umgeschalteten Moduls ein Mittelwert der Transmembrandrücke der Filtratfluss gere gelten Module. So können die Module so angepasst werden, dass sie am Ende des Filtrati onszyklus ebenfalls maximal erschöpft sind. Somit ist der Gesamtoutput sehr variabel. Die minimalen und maximalen Filtratflüsse können sich dann relativ gleichmäßig verhalten, also nur eine geringe Schwankungsbreite aufweisen. Dies ist insbesondere bei Membranpaketen mit einer Anzahl >=3 eine potentialstarke Ausprägung.

Der Mittelwert wird von den Modulen bestimmt, welche sich innerhalb einer vorgegebenen Größenordnung des Transmembrandruckes oder Filtratfluss befinden, um Ausreißer geson dert zu behandeln.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Modulpakete parallel an geordnet, wobei die beiden Modulpakete einen gemeinsamen Unfiltratzulauf und einen ge meinsamen Unfiltratablauf aufweisen, wobei wenn die Modulpakete jeweils n Module an n Stellen hintereinander ausweisen, die Module an der gleichen n-ten Stelle im jeweiligen Pa ket derart geregelt werden, dass die Regelung die gleiche Regelgröße aufweisen, insbeson dere den gleichen Sollwert ( wobei n eine ganze natürliche Zahl ist). Dies liegt insbesondere daran, dass die jeweiligen Module der Pakete, die an der gleichen Stelle angeordnet sind, auch einen gemeinsamen Filtratablauf aufweisen, in dem dann ein Druck bzw. der Durch fluss gemessen werden kann und ein Stellventil zum Einstellen des Filtratflusses oder des Transmembrandrucks angeordnet sein kann. So können beispielsweise mehrere Modulpake te auf einfache Art und Weise gleichzeitig geregelt werden. Man kann dabei zum Beispiel die Filtratflusswerte und/oder Transmembrandruckwerte für Module, die an der gleichen n-ten Stelle der n Modulpakete angeordnet sind, zum Beispiel jeweils mittein, so dass dann von Filtratregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet wird, wenn der jeweilige Mit telwert eine entsprechende Größe aufweist. Alternativ dazu können die Filtratflusswerte und/oder Transmembrandruckwerte für Module, die an der gleichen n-ten Stelle der n Mo dulpakete angeordnet sind jeweils bestimmt werden, wobei dann von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet wird, wenn z.B. mindestens ein Modul (der Mo dule die an der gleichen Stelle angeordnet bzw. gemeinsam verschaltet sind) einen Wert aufweist, der eine entsprechende Größe aufweist.

Eine Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens weist mindestens ein Mo dulpaket mit jeweils mehreren Modulen zur Cross-Flow-Filtration auf. Ferner weist die Vor richtung eine Steuereinrichtung auf, die während eines Filtrationszyklus mindestens ein Mo dul von einer Filtratflussregelung auf eine Transmembrandruckregelung umstellen kann.

Durch eine Kombination beider Regelungsmöglichkeiten in einem Filtrationszyklus kann der Filtrationsprozess ideal an die jeweiligen Modulgegebenheiten, wie beispielsweise Modulpo sition, Modulalter etc. angepasst werden, wodurch die Filtrationsmenge pro Filtrationszyklus wesentlich erhöht werden kann. Zudem kann durch die Möglichkeit der gezielten Umschaltung zwischen Transmembrand ruckregelung und Volumenstromregelung gezielt auf die Anforderungen des Filtrationspro zesses beim Anfahren und beim Abfahren der Filteranlage Rücksicht genommen werden. Die Filtration kann so z.B. in 4 Hauptphasen unterteilt werden. So ist es in der Regel beson ders günstig, diese Phasen wie folgt zu gestalten:

1. Beim Anfahren der Filtration ist es insbesondere auch zum Schutz der Memb rane notwendig, diese vor übermäßig hohen Filtratflüssen und zu schneller Verschmutzung (also vor dem „Überfahren“) abzusichern. So ist es z.B. vor teilhaft, zu Beginn der Filtration mit sehr geringen Transmembrandrücken (z.B. mit 0,05bar) anzufangen und somit mit einer Transmembrandrucksteuerung zu starten, um die Filtration anzufahren, um zu große Volumenströme (max. 10hl/h oder max. 50l/(m ² h)) durch die Membran zu vermeiden. Diese TMDs können dann sanft erhöht werden, bis ein voreingestellter Nennvolumenstrom (z.B. 7,5hl/h) erreicht wird. Gleichzeitig ist es sinnvoll, zusätzlich den maxima len Filtratvolumenstrom zu beobachten und mit einem Grenzwert zu abzusi chern.

2. An diesem Punkt wird auf Filtratflussregelung umgeschaltet. In dieser Phase läuft der Membranfilter dann wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben wird (Fig. 3 bis 6). Es wird solange der Volumenstrom der einzelnen Filt ratstränge geregelt, bis entsprechende Abweichungen beim TMD erreicht werden. Dann erfolgt die Umstellung der Regelung der einzelnen Pakete.

3. Dann wird mindestens 1 Modul von Filtratflussregelung auf Transmembrand ruckregelung gemäß den Figuren (3 bis 6) umgeschaltet und bis zum Ende des Zyklus filtriert. Bei der Bestimmung des Endzeitpunktes der Filtration ist es durchaus angebracht, diesen Zeitpunkt anhand zweier wichtiger Punkte zu bestimmen: a. Zum einen sollte er an eine kostentechnisch sinnvollen Mindestfiltrat menge gekoppelt werden. Diese gilt es mit einer Filtrationszeit- Mengenbilanz zu berechnen. b. Zum anderen ist es wichtig zu berücksichtigen, ab welchem Zeitpunkt eine Membran zu sehr belastet wird und nur noch mit überhöhtem Reinigungsaufwand wieder sauber gereinigt werden kann. Dies wird anhand von notwendiger Reinigungsdauer und wieder erziel ten Filtratvolumenstrom und Standzeit bei der nachfolgenden Filtration bestimmt.

4. Beim Abfahren der Anlage ist zu berücksichtigen, dass auch beim Ausfahren und Ausdrücken mit beispielsweise CO2 oder entgastem Wasser nicht maxi male Filtratvolumenströme (z.B. wieder kleiner als 10hl/h) und auch nicht ma ximale Transmembrandrücke (z.B. <1,2bar) überschritten werden dürfen. Die se Werte können in der Steuerung als Grenzwerte hinterlegt sein. Dies ist vor teilhaft, weil durch zunehmende Verdünnung des Bieres durch das ausschie bende Wasser die Gesamtviskosität verringert wird (in Folge von Verdün nungseffekten) und dadurch die Filtratvolumenströme bei gleichbleibenden Druckniveaus größer werden und so die Membrane beschädigen könnten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Module eines Modulpakets in Reihe in einer Unfiltratleitung angeordnet und Unfiltrat kann im Kreislauf durch die Module geleitet werden. Filtrat kann in einer jeweiligen Filtratleitung des entsprechenden Moduls abgeleitet werden, wobei in der Filtratleitung der Filtratfluss gemessen wird. Der Transmembrandruck wird z.B. auf der Grundlage einer Druckmessung in der gemeinsamen Unfiltratleitung vor und nach dem Modulpaket und einer Druckmessung in den jeweiligen Filtratleitungen be stimmt. Das heißt, dass zur Messung des Transmembrandrucks nur zwei Drucksensoren, in der allen Modulen gemeinsamen Unfiltratzulaufleitung vorgesehen sein müssen und ein Drucksensor in den jeweiligen Filtratleitungen. Es ist auch möglich, dass zum Bestimmen des Transmembrandrucks für jedes Modul der Druck unmittelbar vor und nach dem Modul in der Unfiltratleitung bestimmt wird. Das Stellglied zum Regeln des Filtratflusses oder des Transmembrandrucks kann ein Regelventil sein, das dann in der jeweiligen Filtratleitung an geordnet ist.

Wenn es, wie zuvor beschrieben, mehrere parallele Modulpakete gibt, die einen gemeinsa men Unfiltratzulauf aufweisen, wobei jeweils Module an der gleichen Position, das heißt, an der gleichen n-ten Stelle einen gemeinsamen Filtratablauf aufweisen, reicht ein Stellglied, insbesondere ein Regelventil für die Module, die einen gemeinsamen Filtratablauf aufweisen und auch ein Drucksensor und ein Durchflussmesser. Die vorliegende Erfindung wird nach folgend unter Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt grob schematisch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Figur 4 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit für ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt.

Figur 5 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit für ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt.

Figur 6 zeigt ein Diagramm, das den Transmembrandruck in Abhängigkeit der Zeit zeigt.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung mehrere, das heißt, n Modulpake te 3a, 3b, 3n aufweisen, die nebeneinander parallel angeordnet sind. Hier weist jedes Modul paket 3a, 3b, 3n sechs Modulel zur Cross-Flow-Filtration auf. Hier weist das erste Modulpa ket 3a an seiner ersten Stelle das Modul 1ai auf, gefolgt von den Modulen 1a ₂ 1a ₃ , 1a ₄ , 1a ₅ , 1a ₆ , 1a _n (Modul 1a _n ist nicht dargestellt). Parallel dazu ist das Modulpaket 3b vorgesehen mit dem ersten Modul 1bi gefolgt von den Modulen 1b ₂ , 1b ₃ , 1 b ₄ ,1 bs, 1 b ₆ , 1b _n (Modul 1b _n ist nicht dargestellt). Die Module in einem Modulpaket 3a, 3b, 3n sind in Reihe in der Unfiltratleitung 4 angeordnet, wobei die Modulpakete 3a, 3b, 3n einen gemeinsamen Unfiltratzulauf 5 aufwei sen und beispielsweise über eine Pumpe 12 mit Unfiltrat versorgt werden. Auch wenn nicht dargestellt, so kann beispielhaft vor der Pumpe 12 ein Puffertank Unfiltrat angeordnet sein Das Unfiltrat aus den letzten Modulen 1a ₆ , 1b ₆ (1a _n ;1 b _n ) wird wieder in einer gemeinsame Unfiltratleitung 4 zusammengefasst und direkt wieder den Modulen 1 zugeführt -. Das Unfilt rat wird wie durch den Pfeil dargestellt im Kreislauf durch die einzelnen Module 1 geleitet. Im Cross-Flow verlässt das Filtrat die einzelnen Module 1 und wird über eine jeweilige Filtratlei tung 8 abgeführt, wobei das Filtrat aus Modulen, die an der gleichen n-ten Stelle angeordnet sind in eine gemeinsame Filtratleitung 8 ₁ , 8 ₂ , 8 ₃ , 8 ₄ , 8 ₅ , 8 _d , 8 _n münden.

Schließlich ist in den Filtratleitungen 8 jeweils ein Regelventil 10i bis 10 _n , hier 10i bis 1Ü ₆ angeordnet, über das der Transmembrandruck in einem jeweiligen Modul oder der Filtrat fluss durch das Modul eingestellt werden kann. Darüber hinaus sind in der jeweiligen Filtrat- leitung 8 _n , hier 8 ₁ bis 8e entsprechende Durchflussmesser 11 _n , hier 11 ₁ bis 11 ₆ angeordnet, um den Filtratfluss, das heißt, den entsprechenden Ist-Wert des Volumenstroms zu messen. Schließlich ist in den Filtratleitungen 8 _n , hier 8 ₁ bis 8 _d auch jeweils ein Drucksensor 9i bis 9 _n , hier 9i bis 9b angeordnet zum Messen des Drucks in den jeweiligen Filtratleitungen 8. Ferner sind in der Unfiltratleitung 4 ein Drucksensor 90 nach dem Modulpaket (also im Rücklauf) und ein Drucksensor 91 vor dem Modulpaket (hier z.B. nach der Pumpe 12) vorgesehen. Durch Differenzbildung des Mittelwerts der gemessenen Drücke in der Unfiltratleitung 4 und der Filtratleitung 8 kann z.B. der jeweilige Transmembrandruck (TMD) für ein Modul an der entsprechend n-ten Stelle bestimmt werden. Das bedeutet, dass für den Transmembrand ruck TMD _n an der Stelle n näherungsweise gilt:

TMDn — ((Psensor91 Psensor9o)/riModule_in_Reihe)/2 — Psensor9n

Diese Näherung hat sich als ausreichend für die vorliegende Erfindung erwiesen. Hierbei ist der Druckverlust in den Modulen nicht berücksichtigt, der kann aber berechnet werden. Grundsätzlich kann auch der Druck vor und nach jedem einzelnen Modul in der Unfiltratlei tung bestimmt werden und aus diesem Mittelwert abzüglich des Drucks in der entsprechen den Filtratleitung ermittelt werden. Dies bringt jedoch einen erhöhten apparativen Aufwand mit sich.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel lässt sich der apparative Aufwand noch weiter reduzieren, indem auf die Drucksensoren generell verzichtet wird. Hierzu ist lediglich ein Sensor zur Bestimmung des Crossflow-Volumenstroms notwendig. Die Druckverluste kön nen dann mit bekannten Gleichungen der Strömungsmechanik ermittelt werden. Auch kön nen absolute Werte von Drücken an notwendigen Messpositionen wie dem Einlauf der Membranmodule, dem Auslauf der Membranmodule und auch an Zwischenpositionen be rechnet werden. Sie lassen sich dabei durch die Summe der Druckverluste bis zu diesen Positionen ermitteln. Lediglich der Druck pv _ordmck vor dem Crossflow muss dazu noch mittels eines Sensors bekannt sein, um das Ausgangsdruckniveau bestimmen zu können. So ist dann beispielsweise der Druck am Einlauf der Membranmodule die Summe aus dem Vor druck und dem Druckverlust bis zum Einlauf der Membranmodule:

PPosition Einlauf Membranmodul ^— Pvordruck ApvMembraneinlauf

In analoger Weise lassen sich zudem der Druck am Membranmodulauslauf sowie der Ge samte Druckverlust des Crossflow-Kreislaufes bestimmen, und folglich auch der Druckverlust zwischen Membranmoduleinlauf und Membranmodulauslauf. Die gesamte Summe des Druckverlustes des gesamten Crossflow-Kreislaufes lässt sich be rechnen als Summe aller Abschnittsdruckverluste der einzelnen Rohrleitungsabschnitte des Crossflow-Kreislaufes und der Summe der Druckverlustbeiwerte aller Einbauten, Bögen und sonstiger Widerstände der Leitung.

Sie stellt die notwendige Druckerhöhung der Crossflow-Pumpe dar:

Des Weiteren ist für diesen Ansatz die Berechnung der Strömungsgeschwindigkeiten an den entsprechenden Positionen der Rohrabschnitte notwendig, welche über die vereinfachte Form der Kontinuitätsgleichung an den entsprechen Positionen ermittelt wird.

Mit Hilfe der Reynoldszahl wird dabei die Strömungsform bestimmt, die sich in Abhängigkeit von Dichte und dynamischer Viskosität des geförderten Fluids (beispielsweise Bier) und ent sprechender Rohrreibungszahl und repräsentativem Durchmesser der Leitung zu laminar oder turbulent ergibt.

In der Literatur finden sich hierfür Gebrauchsformeln die zu guter Korrelation führen.

Ferner weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung 7 auf, die nur schematisch dargestellt ist, und in die Messwerte für die gemessenen Druckwerte in den Filtratleitungen 8 _n und der Un filtratleitung 4 geleitet werden können. Ferner können auch die über die Durchflussmesser 11 _n gemessenen Durchflussmengen pro Zeit der Steuerung 7 zugeleitet werden. Die Steue rung 7 kann z.B. sowohl die Regelventile 10i bis 10 _n als auch beispielsweise die Pumpe 12 ansteuern. So kann die Steuereinrichtung 7 während eines Filtrationszyklus die Stellglieder, das heißt, die Regelventile 10 _n derart ansteuern, dass der Filtratfluss als Regelgröße dient, wobei als Filtratfluss der Volumenstrom, das heißt, ein bestimmtes Volumen pro Zeit, zum Beispiel in 15 hl/h herangezogen wird. Die Steuereinrichtung 7 kann aber auch als Regel größe den Transmembrandruck über das jeweilige Stellglied 10 _n regeln, wobei hier über die Sensoren 90, 91 sowie 9 _n der jeweilige Ist-Wert für den Transmembrandruck für die jeweili gen Module 1n gemessen wird und wie zuvor beschrieben berechnet werden kann. Die Steuereinrichtung 7 kann wie nachfolgend noch näher erläutert wird, für die einzelnen Modu le 1n von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umschalten, insbesondere in Abhängigkeit des für das jeweilige Modul 1n ermittelten Transmembrandrucks.

Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel wurde anhand von zwei Modulpaketen 3a, 3b beschrieben. Es können jedoch n Modulpakete vorgesehen sein, die an einer gemeinsamen Unfiltratleitung 4 hängen, insbesondere 1 bis 5, insbesondere 1- 3. Der Vorteil in dieser Ver schaltung liegt darin, dass für die jeweiligen Module, das heißt, die an der gleichen n-ten Stelle angeordnet sind, jeweils nur ein Stellglied 10, ein Drucksensor 9 und ein Durchfluss messer 11 vorgesehen sein muss, da deren Filtrat in eine gemeinsame Filtratleitung 8 fliest. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst ein Modulpaket 6 Module, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt sein soll. Vorteilhafterweise können zum Beispiel zwei bis 10 Module 1 in einem Modulpaket 3 angeordnet sein und in Reihe in der Unfiltratleitung 4 angeordnet sein. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das dem Ausführungsbeispiel, dass in Figur 1 gezeigt ist, entspricht, mit der Ausnahme, dass hier die Modulanzahl n pro Modul paket n =3 beträgt.

Für die Erfindung sind herkömmliche Membranmodule geeignet, insbesondere Membranmo- dule, bei denen viele Hohlfasermembrane zu einem Membranmodul gebündelt werden.

Als Membranwerkstoff eignet sich insbesondere Keramiken und Kunststoffe, vorteilhafter weise Polyethersulfon. Der mittlere Porendurchmesser betragt z.B. 0,2 pm - 0,8 pm, insbe sondere 0,45 pm. Die filtrierende Oberfläche pro Modul liegt z.B. in einem Bereich von 1 m ² - 50 m ² insbesondere bei 13 m ² je Modul 1. Das Membranbündel wird in ein Druckrohr aus Edelstahl eingehaust, welches zumindest einen Unfiltratzulauf und einen Unfiltratablauf so wie einen Filtratablauf aufweist, derart, dass das Unfiltrat im Crossflow filtriert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme des in Figur 2 ge zeigten Ausführungsbeispiels mit zwei Modulpaketen ä 3 Modulen 1 näher erläutert, soll je doch nicht darauf beschränkt sein.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm zeigt den transmembranen Druck in Abhängigkeit der Zeit. Wie man Figur 3 entnehmen kann, starten die Module 1 beim Zeitpunkt to (Anfang Filtrationszyklus) mit der Filtration, wobei Un filtrat über den Unfiltratzulauf 5 und die Pumpe 12 zunächst zu den jeweiligen Modulpaketen 3a, b aufgeteilt wird und die Module 1 des jeweiligen Pakets in Reihe durchströmt und das Unfiltrat im Kreislauf zurück zum Unfiltratzulauf 5 geleitet wird. Dabei wird kontinuierlich der Filtratfluss in den Filtratleitungen 81 , 82, 83 über die Durchflussmesser 11 ₁ , 11 ₂ , 11 ₃ gemes sen. Die Steuereinrichtung 7 erfasst die Messwerte und regelt das jeweilige Stellglied, hier das Regelventil 10i, I O2, I O3 auf einen vorbestimmten Volumenstrom, zum Beispiel in einem Bereich von 3 hl/h bis 10 hl/h. Gleichzeitig wird über die Drucksensoren 9i, 9 ₂ , 9 ₃ und die Drucksensoren 91, 90 der transmembrane Druck für die einzelnen Module 1 von der Steuer einrichtung 7 bestimmt. Wie Figur 3 zu entnehmen ist, steigt, da die Module Filtratfluss gere gelt sind, der Transmembrandruck in den einzelnen Modulen kontinuierlich an, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Transmembrandruck der Module 1ai, 1a ₂ , sowie 1bi, 1b ₂ schneller ansteigt als der Transmembrandruck der Module 1a ₃ , 1b ₃ .

Der Durchflusssollwert liegt hier z.B. in einem Bereich von 4 hl/h - 8 hl/h.

Zu einem Zeitpunkt ti (der in der Steuerung vorgegeben sein kann) wird eine Zwischenreini gung eingeleitet. Die Zwischenreinigung wird deswegen zu diesem Zeitpunkt ti eingeleitet, weil somit die Standzeit verlängert werden kann. Hierbei wird beispielsweise die Flussrich tung des Unfiltrats in den Modulen umgekehrt, direkt ohne dass das Unfiltrat z.B. Bier aus geschoben werden muss. Bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen werden zwei derar tige Zwischenreinigungen durchgeführt, es ist aber auch möglich mehrere Zwischenreinigun gen durchzuführen oder keine.

Anschließend startet erneut die Filtration, wobei auch hier wieder der Transmembrandruck der ersten beiden Module schneller ansteigt als der Transmembrandruck des dritten Moduls. Beim Zeitpunkt t2 wird erneut eine Zwischenreinigung durchgeführt. Im Anschluss folgt nach der Zwischenreinigung bei t2 eine weitere Filtration, wo der Transmembrandruck der ersten beiden Module steil ansteigt während der Transmembrandruck des dritten Moduls weniger stark ansteigt. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, erreicht das jeweilige erste Modul 1ai, 1bi zu einem Zeitpunkt t ₃ als erstes Modul den maximalen Transmembrangrenzwert (siehe Pfeil 1), der so ausgelegt ist, dass das Modul bei der Filtration nicht beschädigt wird und beispiels weise in einem Bereich von 1 ,0 bar - 1 ,5 bar liegt. Normalerweise würde nun dieses Modul die Filtration aller Module beenden oder das Modul würde überbrückt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun aber für das jeweilige Modul 1ai, 1bi die Filtrat flussregelung von der Steuereinheit 7 auf Transmembrandruckregelung umgestellt, wobei der Sollwert für die Regelung insbesondere der maximale Transmembrandruck ist. Das Stellglied ist hier das Regelventil 10i _.

Das jeweilige zweite Modul 1a ₂ , 1b ₂ erreicht zu einem Zeitpunkt U als zweites Modul den maximalen Transmembrandruckgrenzwert (siehe Pfeil 2). Statt die Filtration mit diesem Mo dul zu beenden wird von Filtratflussregelung auf Transmembrandruckregelung umgestellt, wobei der Sollwert insbesondere dem maximalen Transmembrandruck entspricht. Das Stell glied ist hier wiederrum das Regeventil IO2.

Die letzten, hier die dritten Modul(e) 1a ₃ und 1b _3, erreichen erst zu einem Zeitpunkt ts den maximalen Transmembrandruck (siehe Pfeil 3), wobei es dann mehrere Möglichkeiten gibt, wie weiter verfahren wird. Entweder wird, wenn das letzte Modul den Transmembrangrenz wert erreicht, die Filtration gestoppt und der Filtrationszyklus beendet. Es ist aber auch mög lich, dass, wenn noch Kapazität benötigt wird, alle Module bis zu einem Zeitpunkt te, wie durch Pfeil 4 dargestellt ist, weiter betrieben werden, wobei, wie zuvor beschrieben, bei allen Modulen dann der Transmembrandruck geregelt wird und der Sollwert vorzugsweise der maximale Transmembrandruck ist, da hier die Ausbeute am größten ist. Die vorliegende Er findung ermöglicht nun, dass obwohl, wenn Module eines Pakets bereits den maximalen Transmembrandruck erreicht haben, diese noch bis zum Ende des Filtrationszyklus verwen det werden können, und auch die restlichen Module bis zum Erreichen des maximalen Transmembrandruckgrenzwert betrieben werden, so dass die Ausbeute insgesamt erhöht wird.

Nach Ende des Filtrationszyklus wird die Vorrichtung gereinigt und steht für einen neuen Filtrationszyklus zur Verfügung.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, das eben falls auch anhand der Vorrichtung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, erläutert wird. Ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel beginnt die Filtration zum Zeitpunkt to, wobei alle Module nach Filtratfluss geregelt werden. Nach einer Zeit x zum Zeitpunkt ti ergibt sich, dass die Differenz Dr zwischen dem Transmembrandruck des dritten Moduls 1a ₃ , 1b ₃ und dem ersten Modul 1ai, 1bi größer als ein vorbestimmter Differenzgrenzwert ist. Die Steuereinrichtung 7 kann dies entweder so ermitteln, in dem sie die durch Messung ermittel ten Transmembrandrücke vergleicht, es kann aber auch eine bestimmte Zeit oder filtrierte Menge festgelegt werden, die empirisch ermittelt wurde und bei der sich ein entsprechendes Dr ergibt. Oder es kann auch eine Steigung des Gradienten über die Zeit des Transmemb randrucks den Einsatz festlegen, oder aber es wird ein anderer, der Transmembrandruckdif ferenz entsprechender Wert ermittelt, über den bestimmt wird, dass die Regelung umge schaltet werden muss. Dann wird das dritte Modul 1a ₃ , 1b ₃ von der Steuereinrichtung 7 auf Transmembrandruckregelung umgeschaltet. Dabei wird das Modul 1a ₃ , 1b ₃ auf einen Transmembrandruck geregelt, der größer ist als der Transmembrandruck bei der Umstellung und insbesondere auf den Transmembrandruck des filtratflussgeregelten Moduls 1ai, 1bi mit dem höchsten Transmembrandruck. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel würde dann das dritte Modul auf diesen Transmembrandruck geregelt werden, wie durch die gestri chelte Linie in Figur 4 zu erkennen ist. Vorteilhaft ist, wenn der Sollwert auf den Transmemb randruck des Moduls mit dem höchsten Transmembrandruck umgestellt wird, da dann die ses Modul eine Masterfunktion übernimmt und die Regelung diesem Mastermodul folgt, das heißt, dass sich der Sollwert der transmembrandruckgeregelten Module mit zunehmendem Transmembrandruck des Mastermoduls anpasst. So ergibt sich das Mastermodul, an der sich eine/alle anderen Module orientieren können. So sind alle Module am Filtrationsende beim maximalen Transmembrandruck gleichzeitig erschöpft. Durch diese Regelung wird der Gesamtfluss bei der Filtration steigen, so dass zeitweise ein höherer Output entsteht. Eine Flussbegrenzung der Membran bei der Umstellung auf Transmembrandruckregelung nach oben ist optional möglich, um eine Schädigung der Membranen zu verhindern, z.B. auf 8 hl/h - 15 hl/h. Es ist möglich, dass der Filtratfluss beim Umschalten auf eine Transmembrand ruckregelung zunächst sukzessiv gesteigert wird was zwar zu einer Regelungsverzögerung führt aber die Membran schont, da der Fluss nicht schlagartig erhöht wird.

Wie aus Figur 4 hervorgeht, erfolgt zum Zeitpunkt tz eine Zwischenreinigung, wonach die Filtration wiederaufgenommen wird und da Dr größer ist als der Differenzgrenzwert Dr (was in anderen Ausführungsbeispielen nicht sein muss) wird das dritte Modul 1a ₃ , 1 b ₃ weiter transmembrandruckgeregelt, während die anderen beiden Module 1ai, 1 bi, 1a ₂ , 1 b ₂ weiter Filtratfluss geregelt werden. Zum Zeitpunkt t ₄ wird dann wieder eine Zwischenreinigung durchgeführt. Im nächsten Intervall ist nun auch die Transmembrandruckdifferenz zwischen den zweiten und ersten Modulen größer als ein vorbestimmter Differenzwert Dr, so dass dann auch das zweite Modul bzw. die zweiten Module 1a ₂ , 1 b ₂ dem Mastermodul 1ai, 1bi folgen und wie zuvor beschrieben Transmembrandruck geregelt werden. Dies erfolgt zum Beispiel solange, bis das Mastermodul 1ai den maximalen Transmembrandruckgrenzwert erreicht hat. Dann erreichen auch die anderen Module aufgrund der Regelung den maxima len Transmembrandruckgrenzwert und sind ebenfalls maximal erschöpft, so dass der Filtra tionszyklus beendet werden kann.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, das eben falls anhand der Vorrichtung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, näher erläutert wird. Wie auch bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 4 sind zunächst alle Module nach Filtratfluss geregelt bis nach einer Zeit x der Transmembrandruckunterschied Dr zwischen dem Modul mit dem nied rigsten Transmembrandruck und den jeweiligen Transmembrandrücken der anderen Module größer als ein Differenzwert Dr ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel in Figur 5 ist die Diffe renz Dr zwischen ersten und zweiten Modulen und dem Transmembrandruck der dritten Module größer dem Transmembrandruckgrenzwert Dr. Jetzt wird bei den Modulen 1ai,1bi und 1a ₂ ,1 b ₂ auf eine Transmembrandruckregelung umgestellt, wobei vorzugsweise der Soll wert der Regelung dem Transmembrandruck des Moduls mit dem niedrigsten Transmemb randruck entspricht, hier den dritten Modulen1a ₃ , 1b ₃ . Die dritten Module 1a ₃ , 1b ₃ regeln wei- ter den Filtratfluss. Der Sollwert der Transmembrandruckregelung für die ersten und zweiten Module ändert sich dann entsprechend den aktuellen Werten des Transmembrandrucks des Mastermoduls, das heißt, hier der dritten Module 1a ₃ , 1b ₃ . Zum Zeitpunkt ti wird eine Zwi schenreinigung durchgeführt, wonach die Filtration nach der Zwischenreinigung z.B. bei ei nem niedrigeren Transmembrandruck startet als vor der Zwischenreinigung. Die Transmem brandrücke steigen dann während der Filtration wieder. Da auch hier Dr zwischen den drit ten Modulen und den anderen Modulen größer als ein bestimmter Differenzgrenzwert Dr ist, wird weiter entsprechend geregelt, das heißt, dass die dritten Module 1a ₃ , 1b ₃ weiter Filtrat fluss geregelt werden, während die ersten beiden Module 1ai, 1bi, 1a ₂ , 1b ₂ weiter Trans membrandruck geregelt werden und mit ihrem Sollwert dem Transmembrandruck der dritten Module folgen. Die Module sind beim Filtrationsende bei maximal erreichten Transmemb randruck auch maximal erschöpft. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wird der Gesamtfluss der Membranfiltration sinken, so dass zeitweise ein niedrigerer Output entsteht. Dafür wird im Umkehrschluss die Filtration deutlich verlängert, das heißt, der Filtrationszyk lus dauert länger, so dass insgesamt eine größere Menge an Filtrat im Filtrationszyklus ge wonnen werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann zunächst mit einem hohen Filt ratfluss begonnen werden, der beim Umstellen auf Transmembrandruckregelung dann suk zessive (vorteilhafterweise nicht schlagartig) durch die Regelung gesenkt werden kann. Ein Überfahren der Membranen der Module durch eine zu hohe Transmembrandruckregelung ist nicht möglich.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass, wenn die Differenz zwi schen dem Transmembrandruck zweier Module einen bestimmten Differenzwert Dr über steigt auf eine Transmembrandruckregelung, umzuschalten und als Sollwert einen mittleren Transmembrandruck der Filtrat geregelten Module zu verwenden. So kann eine beliebige Anzahl von Modulen bzw. Modulpaaren angepasst werden und der Filtrationszyklus maximal erschöpft werden. Es gibt dann nicht so große Flussschwankungen beim Umschalten der Regelung.

Wesentlich bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, die in Figuren 4 und 5 und zuvor be schrieben wurden ist, dass, wenn der Transmembrandruck der einzelnen Module zu weit auseinanderliegt, also die Transmembrandruckdifferenz größer als ein bestimmter Wert Dr ist, zumindest ein Modul bzw. die Module, die am gleichen Filtratauslass angebunden sind, transmembrandruckgeregelt werden und der Sollwert für die Transmembrandruckregelung derart angepasst wird, dass die Differenz zu den anderen Transmembrandrücken der ande ren Module verkleinert wird. Dies bringt bereits einen Vorteil.