Filter-Komplettlösung für amerikanischen Craftbrewer

Schnelles Wachstum schafft veränderte Bedürfnisse – dies zeigte sich auch für die Craftbrewer der Tröegs Brewing Company in Hershey, Pennsylvania/USA. Erst 2011 hatten sie ihre neue Braustätte bezogen, doch schon nach kurzer Zeit wurde deutlich, dass ihre erfolgreiche Biervielfalt und die begehrten Experimentalsude eine größere und flexiblere Filtrationsanlage erforderten. Da konnten die Partnerunternehmen corosys Prozeß­systeme und Sensoren GmbH aus Hofheim/Deutschland, und die M&L Consulting GmbH, St. Gallen/Schweiz, Abhilfe schaffen …

Im Jahre 1996 begannen die Brüder John und Chris Trogner damit, ihr erstes eigenes Bier zu brauen. Ihre Geschichte setzt sich bis heute als ein Paradebeispiel für Amerikas Craftbeer-Szene fort. Gegründet als Kleinbrauerei in Harrisburg, Pennsylvania, wuchs das Unternehmen stetig, sodass ab 2010 der Brauereineubau in Hershey realisiert wurde.
Mitten im Her­sheypark, einem bekannten Vergnügungspark, entstand die neue Produktionsstätte auf mehr als 8000 m2. Das rasche Wachstum der Brauerei fußt unter anderem auf der großen Biervielfalt. Die experimentelle Bierschiene bei Tröegs findet sich unter dem Namen „Scratch Beer“, das neben den althergebrachten US-Sorten wie IPA, Stout oder Lager erfolgreich vertrieben wird. Natürlich ist eigens für die Scratch Beer-Produktion eine Kleinbrauerei im großen Neubau installiert worden. Mit dem Erfolg der Biere und dem steigenden Umsatz musste sich zwangsläufig auch die technische Seite der gerade erst gebauten Brauerei anpassen.

Moderne Filteranlage für beste Qualität

Schnell merkten die Trogners, dass die ursprünglich vorgesehene und installierte Filtrationsanlage zu klein und unflexibel für die Menge an Sorten und Ausstoß geworden war. Um nicht länger Qualitätsverluste oder die physikalisch­-chemische Stabilität der Biere zu riskieren, entschied man sich bei Tröegs, den existierenden Filter mit einer komplett neuen automatischen Filteranlage von corosys und M&L Consulting zu erweitern. Der alte Anschwemm-­Schichtenfilter hatte eine Leistung von 65 -­ 80 hl/h und wurde unter Einsatz der Filterhilfsmittel Zellulose und Perlite betrieben. Beide Seiten, Kunde und Lieferant, arbeiteten intensiv an der Planung der neuen Filteranlage mit dem gemeinsamen Ziel, Filterstandzeiten und Qualitätsmerkmale zu verbessern.
Das Ergebnis ist ein Kieselgur­-Kerzenfilter auf dem neuesten Stand der Technik, mit einer Durchsatzmenge von 65 ­ – 108 hl/h (abhängig von der Biersorte). Der AS­ME (American Society of Mechanical Engineers) zertifizierte Kessel des Filters verfügt über 111 Edelstahl­-Spaltkerzen mit einer Abmessung von jeweils 32,5 x 1,850 mm. Somit ergibt sich eine metallische Oberfläche von 20,6 m2. Daraus folgt wiederum eine maximale spezifische Flussrate von 5,2 hl/m2*h. Die maximale Kieselgurbeladung des Filters ist mit 204 kg (3,2 l/kg) angegeben. Ebenso können alternativ maximal 145 kg (4,5 l/kg) Perlite als Filterhilfsmittel angeschwemmt werden. Herstellerseitig werden 1360 hl (100 g/hl) bis 2040 hl (150 g/hl) bei entsprechender durchschnittlicher Kieselgurdosage angegeben. Enthalten sind eine automatische Kieselgur-­Dosierung und Stabi­-Dosiergefäße inklusive Rührer und Pumpentechnik.
Zur Voranschwemmung dient eine Fristam Zentrifugalpumpe, während zur Dosage Schlauchpumpen von der Firma Bredel zum Einsatz kommen. Zur Sicherung des Filtrationsergebnisses ist ein dem Kieselgurfilter entsprechender Membranfilterkessel im Einsatz. Sein Innenleben besteht aus acht plissierten Polypropylen­ Membranfilterkerzen mit 10 µm absoluter Porengröße. Zur Unterstützung der wirkungsvollen Filtration verblieb die bereits existierende Zentrifuge vor der Filterlinie, welche mit einer Automation zur Trübungskontrolle versehen wurde. Zum bedienerfreundlichen, prozesstechnischen Handling wurden die automatische Dosage der Hilfsmittel, die Filtratdrucktanks sowie die Produktionsschritte der Filtration, wie An-­ und Abfahren, Sortenwechsel und Reinigung, vollständig automatisiert. Insgesamt gesehen erreichte die Filtration dadurch eine längere Standzeit und die Kosten für Kieselgurverbräuche wurden verringert.

Prozesstechnisches Umfeld

Rund um die Filtration lieferte corosys die nötige Prozesstechnik. Um die Qualität eines (filtrierten) Bieres zu wahren, reicht es nicht, den Filter nur zu entlüften, sondern es empfiehlt sich auch, den nachträglichen Eintrag von Sauerstoff zu vermeiden. Da Tröegs eine Komplettlösung ohne Kompromisse wünschte, war die Installation einer Wasserentgasung inklusive Sauerstoffmessung unausweichlich. Die unter Vakuum betriebene Kolonnenentgasung hat sich als wirtschaftliches Verfahren bewährt und erreicht niedrige Sauerstoffwerte bei minimalem CO2-Verbrauch.

Mit der Anlage des Typs VWD werden fortan 100 hl pro Stunde Wasser mit garantierten Restsauerstoffwerten von 10 ppb in Hershey entgast. Das entgaste Wasser wird unter anderem für die Filterleitungsausschübe beim An-­ und Abfahren, den Sortenwechsel oder das (Fein­-)Blending verwendet. Dem Filtersystem ist eine vollautomatische Karbonisierungsanlage mit Alkoholtrimming nachgeschaltet. Mit der Anlage Typ BCS können alle produzierten Biere mit bis zu 35 hl/h Wasser versetzt werden. Die Bandbreite der Karbonisierung reicht von 3,0 – ­ 6,5 g/l. Die Messtechnik von Anton Paar erlaubt an dieser Stelle eine hochgenaue Regelung des Inline­ Trimming­ und Karbonisierungsprozesses durch die akkurate Messung von CO2 und Stammwürze bzw. Alkohol. Alle Systeme, Filter­, Entgasungs­– und Blendinganlage, sowie die Drucktankkeller­-Steuerung, die wie der Filter an sich und die Units ebenfalls mit hochwertiger Messtechnik ausgestattet ist, wurden von corosys automatisiert und visualisiert.

Sinnvolle Verknüpfung

Die Automationsstruktur des gesamten Filterbereichs umfasst eine CPU, einen Motorenschrank und einen Feldschrank für jeden Bereich. Die interne Kommunikation läuft über ET200S mit Profibus ab. Als CPU ist eine Siemens Microbox im Einsatz, die mit einem 22“ Touchpanel bedient wird. Im Lieferumfang der Automation enthalten waren auch die Software inklusive Nutzungslizenzen und deren Installation. Über ein integriertes VPN-­Modem kann jederzeit Service, prozesstechnische Unterstützung oder eine Anpassung der Software durchgeführt werden. Nach der Automation des gesamten Filterkellers kamen nach und nach weitere Brauereiabteilungen hinzu und wurden ebenfalls von corosys in die bestehende Filter­- und Kellersteuerung und Software WinCC Step 7 integriert.
Um den Filterkeller zu komplettieren, hat Tröegs inzwischen auch einen Kurzzeiterhitzer, eine Dosageanlage sowie eine Stickstoffdosage ergänzt. Die Stickstoffdosage Typ CCNS wurde in den bestehenden Carboblender integriert. Hier können 0 ­ – 40 mg/l Stickstoff per Massendurchflussmessung ins Bier dosiert und direkt gelöst werden.
Die corosys Kurzzeiterhitzungsanlage Typ FPS liefert maximal 175 hl/h und kann einen Pasteurisationsbereich von 10 ­ – 200 PE abdecken. Über das Do­siersystem Typ ADS werden Zuckerlösung und Hefesuspension gezielt ins Bier dosiert. Die Anlage ist auf zwei Dosagestellen am Ein­ und Auslauf der KZE aufgeteilt. Zucker wird vordosiert, in der KZE pasteurisiert und danach mit Hefesuspension versetzt. Damit ist eine gezielte Nachgärung in der Flasche möglich. Der verbleibende Sauerstoff nach der Abfüllung wird durch die Gärung umgesetzt und das Bier ist umso stabiler im Geschmack. Steuerungstechnisch wurden alle neuen Anlagen in die bestehende Hard­- und Software integriert. Tröegs plant jetzt schon die nächsten Erweiterungsschritte, um mit der Marktentwicklung Schritt zu halten und für künftige Trends und Ideen in der Welt der Craftbrewer gerüstet zu sein.

Stephan Dittrich
Geschäftsführer corosys Prozßsysteme und Sensoren GmbH, Hofheim am Taunus

Stefan Meyering
Projektleiter corosys Prozßsysteme und Sensoren GmbH, Hofheim am Taunus

Brauwelt 41/2015