Verbetering van de stabiliteit van bierfiltratie met PP voorfilters en PES-membraancartridges

Klantachtergrond

De klant exploiteert een brouwerij die verpakt bier produceert voor distributie in de detailhandel.

Vóór het bottelen passeert het bier een patroonfiltratie om de helderheid te verbeteren en micro-organismen te beheersen. Het bestaande systeem gebruikte membraancartridges als de laatste filtratiestap.

De klant had echter een terugkerend probleem: de laatste membraancartridges raakten te snel vol, waardoor de differentiële druk sneller steeg dan verwacht en de vervangingsfrequentie toenam.

Omdat membraancartridges een van de duurdere verbruiksartikelen in het filtersysteem zijn, verhoogde frequente vervanging zowel de bedrijfskosten als de onderhoudswerklast.

De Uitdaging

Het laatste membraanfilter ontving te veel restgist, fijne gesuspendeerde vaste stoffen en colloïdale verontreiniging uit het upstream proces.

Hoewel het membraan de vereiste prestaties van de eindfiltratie kon bereiken, werd het gedwongen om een verontreinigingslast te verwerken die eerder had moeten worden verwijderd.

De klant moest de levensduur van het membraan verlengen zonder de bierkwaliteit te verminderen of grote wijzigingen aan te brengen in het bestaande filtersysteem.

Pullner Filtratie Oplossing

Pullner beoordeelde het bestaande filtratieproces in plaats van simpelweg het membraan te vervangen door een andere cartridge met dezelfde classificatie.

Het hoofddoel was om de filtratiebelasting te herverdelen, zodat grove en fijne verontreinigingen werden verwijderd voordat het bier het eindmembraan bereikte.

Het geoptimaliseerde systeem gebruikte een tweestapsconfiguratie:

PP Voorfiltratie → PES Eindmembraanfiltratie

Deze opstelling maakte het mogelijk dat de PP-cartridge het grootste deel van de deeltjeslast opving, terwijl het PES-membraan zich concentreerde op de uiteindelijke fijne filtratie en microbiële controle.

1. Evaluatie van de bestaande filtratieomstandigheden

Voordat de cartridges werden geselecteerd, werden de belangrijkste bedrijfsomstandigheden beoordeeld, waaronder:

• debiet van het bier

• afmetingen van de bestaande filterbehuizing

• lengte en aansluittype van de cartridge

• initiële en einddrukverschil

• temperatuur tijdens filtratie

• reinigings- en desinfectiemethode

• verwacht filtratievolume per productiecyclus

• hoeveelheid vaste stoffen die het eindfiltratiestadium binnenkomt

Deze informatie werd gebruikt om te bepalen of de korte levensduur van het membraan werd veroorzaakt door het membraan zelf of door overmatige upstream-verontreiniging.

De evaluatie gaf aan dat het belangrijkste probleem onvoldoende bescherming van het eindmembraan was.

2. Toevoeging van een PP-voorfiltratiestap met hoge capaciteit

Een PP-cartridge werd upstream van het PES-membraan geïnstalleerd.

Het doel van deze stap was om restgist, zwevende deeltjes en andere verontreinigingen op te vangen voordat ze het eindmembraan bereikten.

In plaats van een onnodig fijne PP-cartridge te selecteren, werd de classificatie van het voorfilter gekozen om drie factoren in evenwicht te brengen:

verwijdering van deeltjes, stroomcapaciteit en levensduur.

Als het voorfilter te grof is, passeert overmatige verontreiniging downstream.

Als het te fijn is, kan de PP-cartridge zelf te snel verstoppen en extra drukverlies veroorzaken.

De uiteindelijke specificatie van het voorfilter hangt daarom af van de werkelijke bierkwaliteit en de upstream-klaringsprestaties.

Voor brouwerijtoepassingen kunnen PP-diepte- of plooicartridges worden geselecteerd op basis van de verontreinigingslast en de vereiste doorvoer.

Het voorfilter biedt verschillende voordelen:

• hogere vuilopnamecapaciteit

• lagere kosten dan het gebruik van het eindmembraan voor deeltjesverwijdering

• verminderde deeltjesbelasting op het PES-membraan

• langzamere stijging van de downstream-differentiële druk

• gemakkelijkere en goedkopere vervanging van cartridges

3. Alleen PES-membraan gebruiken voor eindfiltratie

Nadat het grootste deel van de deeltjesverontreiniging was verwijderd, passeerde het bier de PES-membraancartridge.

PES werd geselecteerd omdat het hydrofiele membraanstructuur geschikt is voor kritische vloeistoffiltratie en gecontroleerde poriekenmerken biedt voor de uiteindelijke bierfiltratie.

Afhankelijk van de vereisten voor microbiële controle van de brouwerij, kunnen membraanklassificaties zoals 0,45 μm of 0,65 μm worden overwogen.

De uiteindelijke selectie moet echter gebaseerd zijn op de vereiste prestaties op het gebied van microbiële retentie en niet alleen op de poriegrootte.

Door de deeltjeslast die het PES-membraan bereikt te verminderen, kon de cartridge dichter bij zijn beoogde functie werken in plaats van te fungeren als zowel een klaringsfilter als een eindmembraan.

4. Differentiële druk over beide trappen regelen

De differentiële druk werd behandeld als een belangrijke operationele indicator.

In plaats van te wachten tot het eindmembraan snel verstopt raakte, kon de klant de drukontwikkeling over de PP- en PES-trappen afzonderlijk volgen.

Dit maakte het gemakkelijker om te bepalen waar de verontreiniging zich ophoopte.

Bijvoorbeeld:

Deze aanpak helpt ook onderhoudsteams om de duurdere membraan niet te vervangen simpelweg omdat de totale systeemdruk is gestegen.

5. De cartridges afstemmen op bestaande apparatuur

De oplossing werd ontworpen rond de bestaande filterbehuizingen van de klant.

De lengte van de cartridge, de eindverbinding, de afdichtingsconfiguratie en het pakkingmateriaal werden afgestemd op de geïnstalleerde apparatuur, zodat er geen grote wijzigingen aan de behuizing of leidingen nodig waren.

Waar biercontacttoepassingen herhaaldelijk reinigen of desinfecteren vereisen, moeten de cartridge materialen en afdichtingen ook compatibel zijn met de reinigingschemicaliën en de bedrijfstemperatuur van de klant.

Dit is met name belangrijk voor membraancartridges, omdat de levensduur niet alleen afhangt van de filtratieprestaties, maar ook van hoe de cartridge reageert op herhaalde desinfectiecycli.

6. Verificatie van de nieuwe filtratieopstelling

Het geoptimaliseerde systeem werd geëvalueerd door te monitoren:

• initiële differentiële druk

• drukstijging tijdens bedrijf

• debiet van de filtratie

• helderheid van het bier

• servicecyclus van de cartridge

• prestaties van de eindfiltratie

• conditie van de cartridge na gebruik

Het doel was niet simpelweg om te bevestigen dat de filters konden worden geïnstalleerd.

De klant moest verifiëren dat het PP-voorfilter effectief de verontreiniging verminderde die het PES-membraan bereikte en dat het eindmembraan stabiele prestaties kon handhaven gedurende een langere bedrijfsperiode.

Resultaten

Na het optimaliseren van de filtratietrappen bereikte de klant een stabieler filtratieproces.

De PP-cartridge absorbeerde het grootste deel van de upstream-deeltjeslast, waardoor het PES-membraan onder geschiktere omstandigheden kon werken.

De belangrijkste verbeteringen waren onder meer:

• stabielere differentiële druk

• verminderde belasting van het eindmembraan

• langere bedrijfscycli van het membraan

• minder onnodige membraanvervangingen

• voorspelbaardere filtratieprestaties

• verminderd totaal cartridgeverbruik

Het belangrijkste is dat de verbetering werd bereikt zonder een grote herontwerp van de bestaande productielijn.

Waarom tweestapsfiltratie beter werkt

Het gebruik van de fijnste membraancartridge voor elke filtratietaak is zelden de meest economische aanpak.

Bij bierfiltratie moeten verontreinigingen geleidelijk worden verwijderd.

Het voorfilter behandelt de hogere deeltjeslast, terwijl het eindmembraan de kritischere fijne filtratietaak uitvoert.

Dit beschermt het duurdere membraan en maakt beter gebruik van de filtratiecapaciteit van beide cartridges.

Voor brouwerijen die te maken hebben met snelle membraanblokkering of frequente cartridgevervanging, is de oplossing vaak niet om alleen een ander membraan te gebruiken.

De effectievere aanpak is om de volledige filtratiesequentie te beoordelen.

Pullner levert PP-voorfilters, PES-membraancartridges, PTFE-steriele gasfilters en roestvrijstalen utility-filters voor brouwerijfiltersystemen.

Filterconfiguraties kunnen worden geselecteerd op basis van bierkenmerken, debiet, filtratievereisten, desinfectiemethode en bestaand filterbehuizingsontwerp.