Tiefenfiltration voll unter Kontrolle

Die Eichbaum-Brauerei ist ein Bereich des Getränkeherstellers Eichbaum-Brauereien AG mit Sitz in Mannheim. Sie ist eine der größten und modernsten Brauereien in Baden-Württemberg und wurde bereits 1679 als Hausbrauerei der Schankwirtschaft „Zum Aichbaum“ in Mannheim gegründet, wo es zu damaliger Zeit bereits 25 Brauereien gab. Das Unternehmen kann damit auf eine lange Tradition zurückblicken und fühlt sich dieser Tradition stark verpflichtet. Die Eichbaum Brauereien AG ist ein sehr fortschrittliches Unternehmen, welches in moderne Produktionsanlagen und Maßnahmen zur Qualitätssicherung investiert und dabei offen ist für den Einsatz neuer Technologien. Die Richtigkeit dieses Konzeptes wird durch hohe Auszeichnungen belegt, welche aktuell in 2008 an Eichbaum-Biere vergeben wurden. Ein Beispiel für den Einsatz moderner Technologie ist die Nutzung der Clamp-on-Durchflussmesstechnik im Produktionsbereich Filterkeller.

 

Tiefenfiltration und Kieselgur

 

Die Entfernung der Trübstoffe aus dem Bier erfolgt in der Regel in einer Kombination mehrerer Filterstufen unterschiedlicher Funktionsweise. Bei der Eichbaum-Brauerei besteht die Filtrations-anlage aus einem Zentrifugal-Separator zur Entfernung größerer Trübungsbestandteile, einem Unfiltrat-Puffertank, einem Spaltfilter und einem abschließendem Adsorptionsfilter.
Das Herzstück der Filtration ist die besonders effektive Tiefenfiltration, die in dem mit Kerzen bestückten Spaltfilter mit Kieselgur als Filtermedium erfolgt. Die Feststoffpartikel werden hier nicht nur, wie bei der Oberflächenfiltration, mechanisch an der Oberfläche des Filtermaterials blockiert, sondern vor allem in dessen Inneren an den Feinstrukturen des Materials mechanisch und adsorptiv festgehalten. Besonders leistungsfähige Filtermaterialien zeichnen sich daher durch Feinkörnigkeit und Porösität aus, da sie dann eine hohe Zahl feinster Kanäle und eine hohe innere Oberfläche bieten. Ein typischer Vertreter dieser Materialien ist Kieselgur. Kieselgur wird dem Bier vor dem Eintritt in den Spaltfilter als wässrige Aufschlämmung beigemengt. Die Filter-wirkung entsteht, sobald die vom Bier mitgeführte Kieselgur im Filterkessel auf geeignete Trägerschichten trifft und dort kontinuierlich aufgeschwemmt wird. Dabei entstehen immer neue Oberflächen, wodurch die Bildung eines Films aus Trübungsstoffen vermieden wird, der die Filtration nach kurzer Zeit stoppen würde. Das filtrierte Bier fließt nach innen durch die Kerzen ab.
Mit dem Aufbau der Kieselgurschicht nimmt der Gegendruck verfahrensbedingt zu und die Filtration wird bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes abgebrochen. Die Kieselgur wird dann von den Filterkerzen abgesprengt und aus dem Kessel entfernt.

 

Kontrollierte Dosierung mittels Clamp-on-Messtechnik

 

Zur Verfahrensoptimierung ist es erforderlich, die jeweils benötigte Kieselgurmenge zu bestimmen und deren Dosierung automatisch zu steuern. Das kann über eine Durchflussmessung an der Dosierleitung der Wasser/Kieselgur-Aufschlämmung erfolgen. Wegen der äußerst abrasiven Eigenschaft von Kieselgur ist diese Messung bei hohen Dosiermengen, wie beispielsweise 20-25 t je Monat bei der Eichbaum-Brauerei, mit im Medium befindlichen Messaufnehmern nur bedingt zuverlässig durchführbar. Eine bessere Lösung bietet hier die Ultraschall-Durchflussmessung in ihrer Ausprägung mit außerhalb des Mediums befindlichen Messaufnehmern (Clamp-on-Technologie), wie mittels einer kürzlich erfolgten Installation bei der Eichbaum-Brauerei gezeigt werden konnte.

 

Durchflussmessung mit Ultraschall

 

Das Ultraschall-Durchflussmessung mit Clamp-on-Befestigungstechnik ist ein indirektes Verfahren, welches den Durchfluss aus der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Mediums und einer zugeordneten durchflossenen Fläche berechnet. Man unterscheidet zwei Messprinzipien:
Das Messprinzip der Laufzeitdifferenz (Transit-Time) beruht auf der Messung der Laufzeit bzw. der Laufzeitdifferenz von akustischen Signalen, welches von zwei Ultraschall-Signal-wandlern abwechselnd gesendet und empfangen werden. Dabei wird der Effekt genutzt, dass sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schallwellen in bewegten Flüssigkeiten mit der Strömungsgeschwindigkeit des Übertragungsmediums ändert. Das Signal hat in Richtung der Fließrichtung (TAB) eine kürzere Laufzeit als entgegen der Fließrichtung (TBA) und die Differenz der beiden Laufzeiten ist direkt proportional zur Fließgeschwindigkeit im Messpfad. Die tatsächliche Fließgeschwindigkeit bzw. der gesuchte Durchfluss wird in einem speziellen Auswertegerät aus den aufgenommenen Signal-informationen ermittelt.
Das spezielle WideBeam Transit-Time-Messprinzip ist eine patentierte Anwendung der Transit-Time-Technologie durch Siemens. Durch Anpassung der Signalübertragung an die Resonanzfrequenz des Rohres entsteht eine außerordentlich hohe Signalqualität. Zusätzlich kann das Rohrwandsignal auch zum automatischen, kontinuierlichen Nullpunktsabgleich verwendet werden. Damit ist eine herkömmliche Justierung bei Durchflussstillstand nicht mehr notwendig.
Das Messprinzip der Doppler-Verschiebung wird bei Flüssigkeiten eingesetzt, die einen hohen Anteil an Gasen oder Schwebstoffen enthalten, an welchen die Schallwellen reflektiert werden. Bei akustischen Sendesignalen fester Frequenz kommt es dabei zu einer Frequenzverschiebung (Doppler-Effekt), deren Größe von der Fließgeschwindigkeit des Mediums abhängig ist.

 

Lösung bei der Eichbaum-Brauerei

 

Das besonders vielseitige Durchflussmessgerät Sitrans FUS 1020 mit Clamp-on-Befestigungstechnik kann nach beiden genannten Messprinzipien arbeiten. Für die vorliegende Anwendung wurde der Art des durchfließenden Mediums entsprechend das Wide-Beam-Laufzeitdifferenz-Verfahren gewählt. Das Gerät wurde mittels vormontierter Montageschienen auf der Außenseite der Leitung befestigt, durch welche das Gemisch aus Wasser und Kieselgur zur Bierleitung geführt wird. Das Auswerte- und Anzeigegerät befindet sich in nächster Nähe an der Wand und ist mit der Anlagensteuerung Simatic S7 verbunden. Der Anlagenfahrer gibt als Steuerparameter ein, mit wieviel g Kieselgur pro hl Bier die Filtrierung gefahren werden soll und wieviel kg Kieselgur in den Aufschlämmtank gegeben wurden. In Abhängigkeit vom gemessenen Filtrationsdurchfluss wird dann die Zugabemenge Kieselgur errechnet und die Dosierung gesteuert.
Die Erfahrungen mit der neuen Messtechnik waren von Beginn an positiv. Eine zusammenfassende Beurteilung aus Sicht der Verantwortlichen für den Filter-Keller der Eichbaum-Brauerei bestätigt das: „Die Clamp-on-Technik hat die für uns so wichtige Tiefenfiltration erstmals transparent und kontrollierbar gemacht. Damit gewinnen wir eine Möglichkeit mehr, den Filtriervorgang zu optimieren und eine noch höhere Qualität unserer Biere zu gewährleisten bei gleichzeitig gesteigerter Wirtschaftlichkeit. Die direkte Einbindung der Durchflussmessung in unsere Simatic S7 macht darüber hinaus die Tiefenfiltration zu einem integrierten Teil unserer Automatisierung.“

 

Anwendernutzen

 

Die Clamp-on-Durchflussmessung bei der Kieselgur-Filtration von Bier in größeren Volumina ermöglicht eine zuverlässige und betriebssichere Messung und in deren Folge eine automatische und präzise Steuerung der Kieselgurdosierung.
Im Einzelnen bedeutet das: