Poprawa stabilności filtracji piwa za pomocą prefiltrów PP i wkładów membranowych PES

Tło klienta

Klient prowadzi browar produkujący piwo paczkowane do dystrybucji detalicznej.

Przed napełnianiem piwo przechodzi przez filtrację wkładami w celu poprawy klarowności i kontroli mikroorganizmów. Istniejący system wykorzystywał wkłady membranowe jako końcowy etap filtracji.

Jednak klient doświadczał powtarzającego się problemu: końcowe wkłady membranowe zbyt szybko się zapychały, powodując szybszy niż oczekiwano wzrost ciśnienia różnicowego i zwiększając częstotliwość wymiany.

Ponieważ wkłady membranowe są jednym z najdroższych materiałów eksploatacyjnych w systemie filtracji, częsta wymiana zwiększała zarówno koszty operacyjne, jak i obciążenie pracami konserwacyjnymi.

Wyzwanie

Końcowy filtr membranowy otrzymywał zbyt dużo pozostałości drożdży, drobnych zawieszonych ciał stałych i zanieczyszczeń koloidalnych z procesu poprzedzającego.

Chociaż membrana mogła osiągnąć wymaganą wydajność końcowej filtracji, musiała radzić sobie z obciążeniem zanieczyszczeniami, które powinno było zostać usunięte wcześniej.

Klient potrzebował przedłużyć żywotność membrany bez obniżania jakości piwa i bez wprowadzania znaczących modyfikacji do istniejącego systemu filtracji.

Rozwiązanie filtracyjne Pullner

Pullner przeanalizował istniejący proces filtracji, zamiast po prostu zastąpić membranę innym wkładem o tej samej klasie.

Głównym celem było redystrybucja obciążenia filtracyjnego, tak aby grube i drobne zanieczyszczenia zostały usunięte, zanim piwo dotrze do końcowej membrany.

Zoptymalizowany system wykorzystywał konfigurację dwuetapową:

Prefiltracja PP → Końcowa filtracja membranowa PES

Takie ustawienie pozwoliło wkładowi PP na przejęcie większości obciążenia cząsteczkowego, podczas gdy membrana PES skupiła się na końcowej filtracji drobnych cząstek i kontroli mikrobiologicznej.

1. Ocena istniejących warunków filtracji

Przed wyborem wkładów przeanalizowano główne warunki pracy, w tym:

• natężenie przepływu piwa

• wymiary istniejących obudów filtrów

• długość wkładu i typ połączenia

• początkowe i końcowe ciśnienie różnicowe

• temperatura podczas filtracji

• metoda czyszczenia i dezynfekcji

• oczekiwana objętość filtracji na cykl produkcyjny

• obciążenie ciałami stałymi docierającymi do końcowego etapu filtracji

Informacje te posłużyły do ustalenia, czy krótka żywotność membrany była spowodowana samą membraną, czy nadmiernym zanieczyszczeniem z poprzednich etapów.

Ocena wykazała, że głównym problemem była niewystarczająca ochrona końcowej membrany.

2. Dodanie wysokowydajnego etapu prefiltracji PP

Przed membraną PES zainstalowano wkład PP.

Celem tego etapu było wychwycenie pozostałości drożdży, cząstek zawieszonych i innych zanieczyszczeń, zanim dotrą one do końcowej membrany.

Zamiast wybierać niepotrzebnie drobny wkład PP, klasa prefiltra została dobrana tak, aby zrównoważyć trzy czynniki:

usuwanie cząstek, zdolność przepływu i żywotność.

Jeśli prefiltr jest zbyt gruby, nadmierne zanieczyszczenia przechodzą dalej.

Jeśli jest zbyt drobny, sam wkład PP może zbyt szybko się zablokować i spowodować dodatkową stratę ciśnienia.

Ostateczna specyfikacja prefiltra zależy zatem od rzeczywistej jakości piwa i wydajności klarowania poprzedzającego.

W zastosowaniach browarniczych, wkłady głębinowe lub plisowane PP mogą być wybierane w zależności od obciążenia zanieczyszczeniami i wymaganego przepustowości.

Prefiltr zapewnia szereg korzyści:

• wyższa pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń

• niższy koszt niż użycie końcowej membrany do usuwania cząstek

• zmniejszone obciążenie cząsteczkowe na membranie PES

• wolniejszy wzrost ciśnienia różnicowego w dalszej części procesu

• łatwiejsza i bardziej ekonomiczna wymiana wkładów

3. Użycie membrany PES tylko do filtracji końcowej

Po usunięciu większości zanieczyszczeń cząsteczkowych, piwo przepływało przez wkład membranowy PES.

PES został wybrany, ponieważ jego hydrofilowa struktura membrany nadaje się do krytycznej filtracji cieczy i zapewnia kontrolowane właściwości porów do końcowej filtracji piwa.

W zależności od wymagań browaru dotyczących kontroli mikrobiologicznej, można rozważyć klasy membrany, takie jak 0,45 μm lub 0,65 μmJednak ostateczny wybór powinien opierać się na wymaganym poziomie retencji mikrobiologicznej, a nie tylko na wielkości porów.

Poprzez zmniejszenie obciążenia cząsteczkowego docierającego do membrany PES, wkład mógł działać bliżej swojej zamierzonej funkcji, zamiast pełnić rolę zarówno filtra klarującego, jak i końcowej membrany.

4. Kontrola ciśnienia różnicowego na obu etapach

Ciśnienie różnicowe było traktowane jako ważny wskaźnik operacyjny.

Zamiast czekać, aż końcowa membrana szybko się zablokuje, klient mógł monitorować rozwój ciśnienia oddzielnie na etapach PP i PES.

Ułatwiło to ustalenie, gdzie gromadzą się zanieczyszczenia.

Na przykład:

Zachowanie ciśnienia

5. Dopasowanie wkładów do istniejącego sprzętu

Rozwiązanie zostało zaprojektowane z uwzględnieniem istniejących obudów filtrów klienta.

Długość wkładu, typ połączenia, konfiguracja uszczelnienia i materiał uszczelki zostały dopasowane do zainstalowanego sprzętu, dzięki czemu nie były wymagane żadne znaczące zmiany w obudowie ani rurociągach.

W przypadku zastosowań mających kontakt z piwem, które wymagają powtarzalnego czyszczenia lub dezynfekcji, materiały wkładów i uszczelki muszą być również zgodne z chemikaliami czyszczącymi i temperaturą pracy klienta.

Jest to szczególnie ważne w przypadku wkładów membranowych, ponieważ długoterminowa żywotność zależy nie tylko od wydajności filtracji, ale także od tego, jak wkład reaguje na powtarzające się cykle dezynfekcji.

6. Weryfikacja nowego układu filtracji

Zoptymalizowany system został oceniony poprzez monitorowanie:

początkowe ciśnienie różnicowe

• wzrost ciśnienia podczas pracy

• natężenie przepływu filtracji

• klarowność piwa

• cykl pracy wkładu

• wydajność filtracji końcowej

• stan wkładu po użyciu

• Celem nie było jedynie potwierdzenie, że filtry można zainstalować.

Klient potrzebował zweryfikować, czy prefiltr PP skutecznie zmniejszył ilość zanieczyszczeń docierających do membrany PES, a końcowa membrana może utrzymać stabilną wydajność przez dłuższy okres pracy.

Wyniki

Po optymalizacji etapów filtracji klient uzyskał bardziej stabilny proces filtracji.

Wkład PP pochłonął większość cząsteczkowego obciążenia z poprzednich etapów, pozwalając membranie PES pracować w bardziej odpowiednich warunkach.

Główne ulepszenia obejmowały:

bardziej stabilne ciśnienie różnicowe

• zmniejszone obciążenie końcowej membrany

• dłuższe cykle pracy membrany

• mniej niepotrzebnych wymian membrany

• bardziej przewidywalna wydajność filtracji

• zmniejszone ogólne zużycie wkładów

• Co najważniejsze, ulepszenie zostało osiągnięte bez konieczności przeprojektowania istniejącej linii produkcyjnej.

Dlaczego filtracja dwuetapowa działa lepiej

Używanie najdrobniejszego wkładu membranowego do każdego zadania filtracyjnego rzadko jest najbardziej ekonomicznym podejściem.

W filtracji piwa zanieczyszczenia powinny być usuwane stopniowo.

Prefiltr radzi sobie z większym obciążeniem cząsteczkowym, podczas gdy końcowa membrana wykonuje bardziej krytyczne zadanie filtracji drobnych cząstek.

Chroni to droższą membranę i lepiej wykorzystuje zdolność filtracyjną obu wkładów.

Dla browarów doświadczających szybkiego blokowania membrany lub częstej wymiany wkładów, rozwiązaniem często nie jest użycie samej innej membrany.

Bardziej skutecznym podejściem jest przeanalizowanie całej sekwencji filtracji.

Pullner

dostarcza prefiltry PP, wkłady membranowe PES, filtry gazu sterylnego PTFE i filtry użytkowe ze stali nierdzewnej do systemów filtracji browarniczej.Konfiguracje filtrów można dobierać w zależności od charakterystyki piwa, natężenia przepływu, wymagań filtracyjnych, metody dezynfekcji i konstrukcji istniejącej obudowy filtra.