一種無機陶瓷膜自動啤酒低溫除菌微濾設(shè)備

本發(fā)明涉及一種液體過濾技術(shù)，尤其涉及一種無機陶瓷膜液體過濾除菌技術(shù)。

作為一種液體過濾技術(shù)，廣泛應(yīng)用于飲用水、礦泉水等飲料的過濾除菌，還有紅桃K母液的過濾，以及米灑、純生啤灑、鮮果汁的澄清和過濾除菌。

其中啤灑的低溫過濾除菌尤為重要。

我國的啤酒工業(yè)發(fā)展迅速，平均每年以6-8％的速度增長。1998年產(chǎn)量已達1986.26噸，而且呈繼續(xù)發(fā)展勢頭。預(yù)計到2003年，我國啤酒總產(chǎn)量將達到2500萬噸，超過美國，成為世界第一啤酒生產(chǎn)大國。

從釀造工藝上看，瓶裝啤酒為了達到保證期無菌，最常用的方法是高溫巴氏滅菌，這種傳統(tǒng)工藝在很大程度上改變了啤酒的風(fēng)味，破壞了啤酒中的一些營養(yǎng)成份，使瓶裝啤酒實際上成為熱啤酒。

從國際啤酒消費結(jié)構(gòu)來看，用冷態(tài)膜過濾和配置以無菌灌裝系統(tǒng)等生產(chǎn)的純生瓶裝啤灑，以其口感好、保持自然芳香、且易于存放等優(yōu)點，基本上代替了熱啤酒。如美國、法國等純生啤酒占啤酒消費的比重已達80％以上，日本更高達99％左右。

現(xiàn)常用的啤酒過濾除菌技術(shù)是：以聚丙烯、聚砜、尼龍等材料制成的“折疊式濾筒”，較普遍應(yīng)用，其特點是過濾流量較大，因折疊式的表面積大，而且過濾精度較高；但壽命短，通常一根直徑φ60×762mm長的濾芯，額定過濾160噸啤酒，而實際上連100噸都不到，而進口濾芯價格昂貴，增加了運行成本；另外不耐高溫，用85℃的熱堿水清洗易變形，因此，設(shè)計上常配置一開一備，增加了投資。

一種好的啤酒過濾除菌技術(shù)，應(yīng)該是對各種啤酒在安全和經(jīng)濟的前提下，具有長周期過濾穩(wěn)定的能力，即：①它必須有一種能從啤酒中去除有害細菌的過濾器；②它應(yīng)是經(jīng)濟的，就是過濾運轉(zhuǎn)費用低和短的償還時間；③過濾一定要溫和，不應(yīng)該從啤酒中去除有益物質(zhì)，否則啤酒的芳香和營養(yǎng)將受到損失。

這就要求無機膜管應(yīng)具有范圍很窄的“微孔尺寸分布”(PSD)，即PSD一定要剛好能去除有害細菌，而讓其它有益的物質(zhì)通過。由于啤酒中有害細菌尺寸均大于0.5μm，因此，具有0.45μm的PSD的膜較為理想。

本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有啤酒過濾除菌技術(shù)中存在的問題和不足，而提供一種過濾性能好，使用壽命長，運行成本低和耐熱性能好的無機陶瓷膜自動啤酒低溫除菌微濾設(shè)備。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：①采用無機陶瓷膜作為濾芯，并設(shè)計實用的膜組件。無機陶瓷膜選用圓柱形蜂窩狀做支撐體，用燒結(jié)法制備無機陶瓷膜。膜材料氧化鋁粉末，只要精確篩分就可得到所需要的不同平均孔徑的膜。過濾純生啤酒用的無機陶瓷膜平均孔徑為0.45μm。每根膜有效面積為0.2m2，透過量為400L/m2。依據(jù)過濾量大小，而確定膜的數(shù)量。膜的兩端用密封圈固定在花板上(法蘭上)，外殼為不銹鋼圓筒，組成膜組件。膜的功能層在蜂窩狀多孔體的內(nèi)壁，通常稱內(nèi)壓式，通過增壓泵在壓力作用下，使小于平均孔徑的溶質(zhì)透過(透過液)，而大于平均孔徑的物質(zhì)被截留。由于純生啤酒過濾的平均孔徑為0.45μm，這剛好截留酵母及其它有害菌，而啤酒中有益成份順利透過。

②為防止堵塞，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計為錯流過濾，由增壓泵使酒液在膜腔內(nèi)循環(huán)。

③設(shè)計定時脈沖式反沖冼，同時配以氣水混合反沖，從而保證膜有較長的過濾周期。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、由于本發(fā)明的微濾膜是無機陶瓷膜，其孔徑為0.45μm，所用膜材料為氧化鋁，其主要優(yōu)點有：①高化學(xué)穩(wěn)定性，它意味著能用強酸和苛性堿液在高溫下進行再生。

②高機械強度，能承受高壓反沖洗。

③高熱穩(wěn)定性，它使得高溫蒸氣滅菌成為可能。

④狹窄PSD，這些無機陶瓷膜用氧化鋁粉未充填制備，隨后燒結(jié)。只要氧化鋁粉末顆粒尺寸精確，就可望獲得相應(yīng)狹窄PSD。

⑤使用壽命長，通常認為使用壽命可超過8-10年。

2、由于是定時脈沖式反沖洗，有效防止膜組件的堵塞，獲得了穩(wěn)定的大流量。

下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明：

圖1為本發(fā)明組成框圖。

圖2為膜組件截面圖。

圖3為本實施例結(jié)構(gòu)示意圖(主視)圖4為本實施例結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。其中：A——過濾部分；B——反沖部分；C——清洗部分；D——控制部分；A部分：1——料液中間罐，因本發(fā)明為“錯流”過濾，因此又叫循環(huán)中間罐；2——主管道；QF1——氣動蝶閥，當(dāng)料液中間罐1液面低于下限時自動關(guān)閉；3——增壓泵，泵壓=0.6pn，流速V=3-5m/s；4——高低壓保護開關(guān)，按預(yù)先設(shè)置的壓力使增壓泵3工作，否則停機，保護膜組件不受損傷；5——匯流管；6——膜組件，SF1、SF2、SF3、SF4——手動蝶閥，其中SF1、SF2做膜組件6完整性測試用，在每個工作班開始前進行；LJ1——電動流量計；7——回流側(cè)匯流管；8——板式換熱器；9——回流管；10——放氣孔；11——液面自控器；12——透過液管道；QF2——氣動蝶閥；LJ2——電動流量計；SF5——手動蝶閥；13——設(shè)備底盤；14——可調(diào)螺釘。

B部分：21——反沖管道；SF6——手動蝶閥；

22——二位三通閥，由控制器41予先設(shè)定，按時轉(zhuǎn)換；23——氣缸，沖程可調(diào)，壓力可調(diào)，缸容大小能保證完成一次脈沖反沖所需的透過液；QF3——氣動蝶閥。

C部分：31——清冼管道；32——排污口；SF7——手動蝶閥；SF8——手動蝶閥；D部分：41——PLC可編程控制器；a、b、c、e、f、g、h、i、j..——接口，分別與液而自控器11的a、氣動蝶閥QF1的b、增壓泵3的c、高低壓保護開關(guān)4的d、電動流量計LJ1的e、氣動蝶閥QF2的f、電動流量計LJ2的g、二位三通閥22的h、氣缸23的i、氣動蝶閥QF3的j點相連接。

51——原酒，52——啤酒灌裝線，53——無菌壓縮空氣，54——CIP正洗，55——CIP返洗，56——CIP回收(正洗)，57——CIP回收(返洗)，58——CO2入口，59——冷媒入口，60——冷媒出口。

1、由圖1可知，本發(fā)明由過濾部分A、反沖部分B、清洗部分C及控制部分D組成。

①過濾部分A由下列部件組成，并依次連接：料液中間罐1→主管道2→氣動蝶閥QF1→增壓泵3→高低壓保護開關(guān)4→匯流管5→手動蝶閥SF1 →膜組件6→手動蝶閥SF2→回流側(cè)匯流管7→手動蝶閥SF3→電動流量計LJ1→手動蝶閥SF4→板式換熱器8→回流管9→料液中間罐1。膜組件6→透過液管道12→氣動蝶閥QF2→電動流量計LJ2→手動蝶閥SF5。料液中間罐1頂端有放氣孔10，內(nèi)安裝有液面自控器11。

②反沖部分B由下列部件組成，其連接關(guān)系是：反沖管道21的始端與無菌壓縮空氣53的管口相連接，尾端與透過液管道12相連接；在反沖管道21上依次安裝有氣動蝶閥QF6、二位三通閥22、氣缸23、氣動蝶閥QF3。

③清洗部分C由清洗管道31接入膜組件6，排污管32安裝在料液中間罐1的底部。清洗管道31上有手動蝶閥SF7，排污管32上有手動蝶閥SF8。

④控制部分C由PLC可編程控制器41和接口a、b、c、d、e、f、g、h、i、j組成。

2、膜組件6是本設(shè)備的核心過濾部分，由圖2可知，每個膜組件由一組無機陶瓷膜濾蕊6.1和密封圈6.2、不銹鋼花板6.3及不銹鋼圓筒6.4組成。其中每根膜濾蕊6.1為φ30mm.長度1020mm，19孔，呈蜂窩狀多孔體；又多根膜濾蕊6.1為一組，也呈蜂窩狀分布；兩端用橡膠密封圈6.2固定在不銹鋼花板上6.3，花板6.3安裝在不銹鋼圓筒6.4上。本膜組件6安裝有7根膜濾蕊6.1；實際應(yīng)用時，膜組件6可根據(jù)過濾量需要選擇不同根數(shù)的膜濾蕊6.1和各種組合。

3、過濾部分B在運行過程中常因堵塞使流量逐漸減小，需要反沖。本反沖部分C通過二位三通閥22的接點h與控制器41中的定時轉(zhuǎn)換脈沖信號h接口相連接，從而得到一種沖洗效果極好的定時的脈沖式反沖洗，保證穩(wěn)定的大流量。

4、本發(fā)明實施例如圖3、圖4所示，過濾部分A的膜組件6有4組(6.a6.b,6.c,6.d)，呈上下排列，其左端分別通過手動蝶閥SF1(SF1a、SF1b、SF1c、SF1d)與匯流管5相連接，其右端分別通過手動蝶閥SF2(SF2a、SF2b、SF2c、SF2d)與回流側(cè)匯流管7相連接，均做氣密性實驗。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同大小，膜組件6可適當(dāng)增加和減少。

本發(fā)明的工作過程是：進入本發(fā)明的原酒51必需是經(jīng)過硅燥土過濾的清酒，其主要要求有：①細菌總數(shù)≤100個/ml(厭氧菌等應(yīng)在前道工序處理合格)。

②酵母菌＜5個/ml③濁度＜0.3EBC-TU④B-葡聚糖，越低越好⑤碘值：＜0.25符合上述指標要求的原酒51送至料液中間罐1，當(dāng)液面在過濾狀態(tài)以及主管道2中的壓力在高低壓保護開關(guān)4的設(shè)定值內(nèi)，以及來自啤酒灌裝線52的要酒信號時，增壓泵3自動啟動，此時所有閥處于工作狀態(tài)。

要過濾的原酒，按預(yù)先設(shè)置的管道流向及合理壓力狀態(tài)進入膜組件6，在壓力作用下，原酒51中小于0.45μm的物質(zhì)(溶液)透過膜的功能面，匯集到透過液管道12，到啤酒灌裝線52；而原酒中大于0.45μm的物資(酵母菌雜質(zhì)部分膠體物質(zhì))被截住或隨原酒51再回流料液中間罐1，為此不斷循環(huán)過濾就會獲得合格的無菌啤酒。

而料液中間罐1中的原酒濃度，隨著時間的推移變得越來越大，當(dāng)達到濃度最大設(shè)定值時，停止過濾作為“啤尾”處理。

膜在過濾過程中不可避免的會堵塞，為了保證在工作時間內(nèi)有恒定的流量，本發(fā)明設(shè)有專門的反沖部分C。定時脈沖式反沖，是按予先設(shè)定的時間和壓力在過濾過程中實現(xiàn)自動反沖。反沖管道21上的二位三通閥22受控制器41的定時轉(zhuǎn)換脈沖信號的控制。氣水混合反沖，氣是無菌壓縮空氣53，水為無菌水。由于是氣水混合反沖，較徹底清除了膜組件深層毛孔中的微粒而使其較好地恢復(fù)大通量當(dāng)每個工作班結(jié)束時，由CIP較徹底的清洗，包括CIP正洗54、CIP返洗55,CIP回收(返洗)57、CIP回收(正洗)58。徹底清洗后的廢液從排污口32排出。清洗的潔凈度由傳感器、儀表自動顯示。

由于本發(fā)明屬采用新技術(shù)取代傳統(tǒng)落后的工藝，因此，在純生啤酒以其它飲料中的生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。