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Getränke! Technologie & Marketing 4/2022

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Getränke! Technologie & Marketing, Fachzeitschrift für die Getränkeindustrie, ist die Fachpublikation für Führungskräfte der industriellen Getränkeherstellung im deutschsprachigen Raum. Wir berichten mit praxisorientierten Fachbeiträgen, Kurzartikeln und Meldungen über Roh­ und Zusatzstoffe, ihre Anwendungen, Herstellungstechnologie, Verfahrensund Prozesstechnik, Automatisierung, Verpackungstechnologie und material, Lagertechnik, Logistik und über Marketing und Märkte.

Sensor- und

Sensor- und Automatisierungslösungen für die Getränkeindustrie BRANCHDEN REPORT | Filtration Abb. 4 | Pilotanlage Abb. 3 | Einsparen von Rückspülwasser Betrieb Rückspülung Rohwasser Spülwasser Filterschicht 1 Filterschicht 1 Filtrat Foto: ATN Filterschicht 2 Filterschicht 2 Die Fertigung der Anlage erfolgte im Hause ATN. Der Aufbau ist modular und besteht aus zwei Reihen von jeweils drei Filterrohren (siehe Abb. 4). Jedes der Filterrohre einer Reihe bildet dabei eine Schicht eines Mehrschichtfilters. Die Reihe ist dabei der dekonstruierte Mehrschichtfilter. Beide Reihen können unabhängig voneinander betrieben werden. Durch diese Redundanz ist ein kontinuierlicher (permanenter) Betrieb möglich – auch, wenn in einer der beiden Reihen ein Filterrohr rückgespült werden muss. Im Industriemaßstab wird nur bei Filterrohrgruppen Redundanz benötigt, die sehr oft zurückgespült werden müssen, um einen kontinuierlichen Betrieb der Filterrohranlage zu ermöglichen. Dies kann bei sehr hohen Partikelmengen im Rohwasser erforderlich sein. Die flexible Pilotanlage bietet die Möglichkeit, entweder alle Filterrohre einer Reihe gleichzeitig rückzuspülen, oder nur die Rohre, die erforderlich sind. Ein erhöhter Differenzdruck dient dabei als Kriterium zum Auslösen der Rückspülung und kann bei der Pilotanlage für jedes Filterrohr separat erfasst werden. So wird Rückspülwasser und Pumpenenergie eingespart, da nur das erforderliche Filtermaterial gereinigt wird. Im Vergleich zu klassischen Filtern muss nicht stets das ganze Filterbett, also alle Schichten, gereinigt werden. Ein Materialaustrag bei der Rückspülung wird auch bei kleinsten Korngrößen über Rohrlänge vermieden. Zu Abb. 5 | Durchbruchkurven Pilotanlage mit Futtermitteltests NTU NTU Test Nr. 15 Hasenfutter 3 m/h | Filterbetthöhe 50 cm 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 Filtrat hohe Differenzdrücke pro Filterrohr können über die Filterrohranzahl vermieden werden. Die Filtermaterialien in den Filterrohren sind beliebig kombinierbar (Glaskugeln, Sand, Manganoxid, granuliertes Eisen hydroxid, Apatit, etc.), die Reihenfolge der Filtermateria lien in den jeweils mit einer Sorte Filter material gefüllten Filterrohren sind es ebenfalls. Für die durchgeführten Versuche wurden Glaskugeln mit einer geringen Breite in der Korngrößenverteilung als Filtermaterial eingesetzt. Durch die hohe Gleichförmigkeit und die Kugelform kommt man nahe an Absolutfilter heran, die sich durch hohe Trennschärfe bei optimaler Abscheiderate auszeichnen. In den Tests sollten auf diese Weise definierte Filtrationsbedingungen geschaffen werden. Es wurde in jeder Reihe von Filterrohren der Pilotanlage pro Filterrohr eine andere Korngröße eingesetzt. In beiden Filterrohrreihen der Pilotanlage verringert sich die Korngröße von vorne nach hinten im Rückhalterate [%] Rückhalterate [%] Grafik: ATN Filtrationsprozess, also in Wasserflussrichtung. Dadurch erhält man einen Medienfilter, der auf dem groben Filtermaterial mit Partikelfracht beladen werden kann und durch kleine Korngrößen später im Filtrationsprozess eine Polishing-Zone aufweist. Filterrohranlage im Test Zum Testen der Filterrohranlage wurden mit verschiedenen Substanzmischungen Modell- Test Nr. 15 Hasenfutter 3 m/h | Filterbetthöhe 50 cm 102 % 100 % Zeit [min] Zeit [min] 1F101 1F102 1F103 1F101 1F102 1F103 Test Nr. 15 Hasenfutter 3 m/h | Filterbetthöhe 50 cm 0 10 10 30 30 40 40 50 50 70 70 80 80 90 90 110 110 120 120 130 130 150 150 Zeit [min] Zeit [min] 2F101 2F102 2F103 2F101 2F102 2F103 Grafik: ATN 98 % 96 % 94 % 92 % 90 % 88 % Test Nr. 15 Hasenfutter 3 m/h | Filterbetthöhe 50 cm 102 % 100 % 98 % 96 % 94 % 92 % 90 % 88 % 86 % 84 % 82 % 0 0 10 10 30 30 40 40 50 50 70 70 80 80 90 90 110 110 120 120 130 130 150 150 16 | Getränke! 04 | 2022

Sensor- und Automatisierungslösungen für die Getränkeindustrie wässer angefertigt, die dafür geeignet sind, Vergleiche mit klassischer Medienfiltration anzustellen in Bezug auf Einflussgrößen der Filtration wie Filtrationsgeschwindigkeit, Schichthöhe und Korngröße. Dabei wurden Substanzmischungen gewählt, die eine große Bandbreite an Inhaltsstoffen aufweisen, um die Anlage mit verschiedensten Partikelgrößen und auch gelösten Stoffen zu testen. Unter anderem wurde kommerziell erhältliches Hasenfuttermittel als Muster für eine typische organische Verunreinigung verwendet und diente zur Ermittlung des Einsparpotentials an Rückspülwasser. Abbildung 5 (Durchbruchkurven) zeigt Tests mit Hasenfuttermittel bei einer Filtrationsgeschwindigkeit von 3 m/h. Die Pilotanlage wurde aus einem kontinuierlich gerührten Vorratstank mit Rohwasser beschickt. In regelmäßigen Zeitabständen wurden Proben nach jedem Filterrohr einer jeden Filterreihe genommen und die Trübung des jeweiligen Filtrats in NTU (Nephelauxmetric Turbidity Units) gemessen. Eine Erhöhung der Trübung zeigt eine Zunahme der Filterbeladung und Wiederabgabe der filtrierten Partikel an das Filtrat an (Filterdurchbruch). Da das eingesetzte Futtermittel gezielt so gewählt wurde, dass sehr kleine Partikel und auch gelöste Stoffe (beispielsweise grüner Farbstoff) enthalten sind, halten die eingesetzten Glaskugeln nicht alle Substanzen zurück. Nicht alle Inhaltsstoffe können durch Filtra tion entfernt werden. Daher zeigen die Kurven Filterdurchbrüche (siehe Abb. 5), sobald das Zulaufwasser das jeweilige Filterrohr in der Reihe erreicht hat. Filterrohre 1F101 und 2F101 (gelbe Kurven) brechen also zuerst durch, Filterrohre 1F102 und 2F102 sowie 1F103 und 2F103 einer jeden Filterrohrreihe ihrer Reihenfolge entsprechend. Die Tests wurden so konzipiert, damit die Beladung der Filter von Anfang an verfolgt werden kann. Daher wurden auch sehr hohe Substanzkonzentrationen im Zulaufwasser gewählt, damit die Filterdurchbrüche von Anfang an durch die Messungen zu erfassen sind. Die beiden linken Diagramme (siehe Abb. 5) zeigen die Zunahme der Filterrohrbeladung der Filterrohre 1F102 und 2F102 (blaue Kurve) sowie 1F103 und 2F103 (grüne Kurve) im zeitlichen Verlauf für unterschiedliche Schichthöhen an Filtermaterial. Diese Filterrohre wiesen keinen erhöhten Differenzdruck auf und wurden daher nicht rückgespült. Die beiden Diagramme rechts (siehe Abb. 5) zeigen die errechneten, zu den linken Diagrammen korrespondierenden Rückhalteraten, welche für diese Filterrohre stetig abnehmen, aber bis zum Testende über 90% liegen. Die Filterrohre mit kleinster Korngröße weisen dabei die höchste Rückhalterate auf und fungieren demnach als Polishing-Zone. Eine Beladung mit erhöhtem Differenzdruck trat hingegen bei Filterrohr 1F101 und 2F101 (gelbe Kurven) in regelmäßigen Abständen auf. Bei Auftreten wurden diese Filterrohre rückgespült, was ihre Rückhalterate wieder auf 100 % zurückbrachte. Dieser Vorgang wurde mehrfach wiederholt und Filterrohr 1F101 und 2F101 wurden jedes Mal vollständig regeneriert (Verlauf gelbe Kurven). Die Versuchsergebnisse zeigen, dass das Etablieren einer Polishing-Zone durch den Einsatz unterschiedlicher Korngrößen beim Filtermaterial wie oben beschrieben einen Vorteil bietet. Die Filtratqualität verbessert sich mit kleinerer Korngröße im Filterrohr, während die Partikelfracht, die erhöhten Differenzdruck verursacht, auf dem Filterrohr mit der größten Korngröße zurückgehalten wird. Frequentiert rückgespült werden muss dann nur dieses Filterrohr, wodurch nur ein Drittel an Rückspülwasser benötigt wird. Ergebnis Im Rahmen des BMBF-Projekts Sphero- Filt wurde ein Konzept für eine Medienfiltrationsanlage auf Filterrohrbasis entwickelt, eine entsprechende Pilotanlage ausgelegt, im Hause der ATN Wasseraufbereitung GmbH gefertigt und getestet. Die Anlage ist flexibel, kompakt und erlaubt die Kombination eines jeden Filtermaterials in beliebiger Reihenfolge. Dadurch kann ein Polishingbereich in der Filtration vorgesehen werden oder definierte Reaktionsbereiche, wie sie bei der Enteisenung und Entmanganung im Mehrschichtfilter notwendig sind, gezielt etabliert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammenhänge, wie sie aus der klassischen Tiefenfiltration bekannt sind, für das Filterrohranlagenkonzept ebenfalls gelten hinsichtlich Filtrationsgeschwindigkeit, Filterschichthöhe und Korngröße des Filtermaterials. Es konnte gezeigt werden, dass das entwickelte Anlagenkonzept signifikante Mengen an Rückspülwasser einspart und Abwassermengen verringert werden. Dies hat auch zur Folge, dass Rückspülpumpen und -gebläse weniger Leistung aufweisen müssen und so Energie und Investit ionskosten gespart werden. Mehr Informationen www.atn-wasseraufbereitung.de

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