一種用于啤酒澄清的有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本實(shí)用新型涉及一種膜過濾系統(tǒng)，具體涉及一種用于啤酒澄清的有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)。

背景技術(shù)

[0002] 啤酒是以大麥和水為原料，大米或其它谷物、酒花為輔料，經(jīng)制麥、糖化、酵母發(fā)酵釀造而成的一種含有CO2、低酒精度和多種營養(yǎng)成分的飲料酒。發(fā)酵完畢后的成熟啤酒，雖然大部分蛋白質(zhì)和酵母已經(jīng)沉淀，但仍有少量物質(zhì)懸浮于啤酒中，在存放過程中，酵母菌、雜菌等微生物的存在容易引起啤酒腐敗變質(zhì)，且一些蛋白質(zhì)、多酚類的物質(zhì)往往會(huì)造成啤酒混濁，因此必須經(jīng)過過濾處理才能進(jìn)行包裝。在傳統(tǒng)處理方法中廣泛采用硅藻土過濾、板框過濾以及巴氏殺菌的方法，但這些方法常會(huì)破壞啤酒的風(fēng)味，且存在澄清效果不理想，除菌不徹底的問題，影響啤酒產(chǎn)品品質(zhì)已經(jīng)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的硅藻土過濾普遍存在以下問題:

(I)硅藻土作為一種礦產(chǎn)資源目前已日漸枯竭，大量使用必然會(huì)導(dǎo)致成本增加；(2)硅藻土粉塵對(duì)呼吸系統(tǒng)存在一定的健康影響；容易引起肺部疾??；(3)硅藻土不可回收利用，廢棄的硅藻土易污染環(huán)境，并限制啤酒質(zhì)量的穩(wěn)定性；(4)硅藻土過濾效果不理想，后續(xù)操作中仍需要采用巴氏殺菌，導(dǎo)致啤酒中芳香化合物的氧化，影響啤酒風(fēng)味。而目前采用較多的陶瓷膜過濾方法，雖然澄清效果較好，但是陶瓷膜元件的通道較小，容易造成膜堵塞，影響膜通量，且陶瓷膜組件串聯(lián)長度有限，膜過濾面積小，膜過濾通量明顯小于管式膜。

實(shí)用新型內(nèi)容

[0003] 針對(duì)上述傳統(tǒng)方法中存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于啤酒澄清的有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)較完整地保留了啤酒中的各種營養(yǎng)成分，減少酒損，保持了新鮮啤酒原有的風(fēng)味和口感，提高啤酒的澄清度，泡沫持久性更長，可完全替代硅藻土過濾等傳統(tǒng)啤酒澄清方法，縮短了啤酒釀造的工藝流程，降低能耗。

[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:

[0005] 一種用于啤酒澄清的有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐、有機(jī)管式膜組件、換熱器和清液罐；

[0006] 所述發(fā)酵罐上設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)氣口、排氣口、出料口和回流口，有機(jī)管式膜組件上設(shè)有進(jìn)料口、濃縮液出口、透過液出口，換熱器上設(shè)有進(jìn)料口和出料口，清液罐上設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)氣口、排氣口和出料口 ；

[0007] 所述發(fā)酵罐的出料口分別與有機(jī)管式膜組件的進(jìn)料口以及換熱器的進(jìn)料口連通，有機(jī)管式膜組件的濃縮液出口與換熱器的進(jìn)料口連通，有機(jī)管式膜組件的透過液出口分別與清液罐的進(jìn)料口、發(fā)酵罐的回流口連通，換熱器的出料口與發(fā)酵罐的回流口連通。

[0008]為了能夠清洗附著在有機(jī)管式膜表面及堵塞在膜通道內(nèi)的雜質(zhì)，本實(shí)用新型的有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)還包括軟水罐和CIP清洗罐，所述軟水罐上設(shè)有軟水進(jìn)口、排氣口和出水口，CIP清洗罐上設(shè)有軟水進(jìn)口、透過液進(jìn)口、出料口、清洗回流口以及排氣口 ；所述軟水罐的出水口分別與有機(jī)管式膜組件的進(jìn)料口以及換熱器的進(jìn)料口連通；所述CIP清洗罐的出料口分別與有機(jī)管式膜組件的進(jìn)料口以及換熱器的進(jìn)料口連通、其透過液進(jìn)口與有機(jī)管式膜組件的透過液出口連通，其清洗回流口與有機(jī)管式膜組件的濃縮液出口連通。

[0009] 所述有機(jī)管式膜組件的進(jìn)料口處以及濃縮液出口處均設(shè)有擦洗球收放器，可實(shí)現(xiàn)管式膜的在線清洗，增強(qiáng)膜清洗效果。

[0010] 所述發(fā)酵罐、清液罐、軟水罐和CIP清洗罐的中部均設(shè)有液位計(jì)，便于觀察里面的液位情況。。

[0011 ] 所述有機(jī)管式膜組件由管式膜元件串聯(lián)而成，其串聯(lián)長度為l(T50m，大大增加了管式膜的過濾面積。

[0012] 所述有機(jī)管式膜組件內(nèi)部的管式膜元件通道直徑為5?25_，有效避免過濾過程中雜質(zhì)物質(zhì)對(duì)膜造成的堵塞。

[0013] 上述有機(jī)管式膜組件內(nèi)部的管式膜元件的孔徑為0.01?2 μ m，可以有效截留啤酒中的酵母菌、雜菌以及蛋白質(zhì)類物質(zhì)。

[0014] 本實(shí)用新型所述發(fā)酵罐、清液罐、CIP清洗罐、換熱器以及有機(jī)管式膜組件均為封閉式結(jié)構(gòu)，有效避免啤酒在發(fā)酵、澄清過濾過程中與空氣接觸引起污染與變質(zhì)。

[0015] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:

[0016] (I)采用有機(jī)管式膜組件對(duì)啤酒進(jìn)行澄清過濾處理，其膜分離精度高，可以有效截留啤酒中的酵母菌、雜菌以及蛋白質(zhì)類物質(zhì)，避免啤酒在長期存放中產(chǎn)生沉淀、混濁與老化現(xiàn)象；

[0017] (2)有機(jī)管式膜組件澄清過濾技術(shù)實(shí)現(xiàn)除菌/澄清同步完成，不經(jīng)過高溫殺菌，使啤酒避免了熱損傷，較完整地保留了啤酒中的各種營養(yǎng)成分，減少酒損，保持了新鮮啤酒原有的風(fēng)味和口感，提高啤酒的澄清度，泡沫持久性更長，有效提高啤酒產(chǎn)品品質(zhì)；

[0018] (3)與傳統(tǒng)硅藻土過濾裝置相比，本實(shí)用新型整個(gè)系統(tǒng)均為封閉式結(jié)構(gòu)，在澄清過程中避免與空氣接觸，不會(huì)引入其他影響啤酒品質(zhì)的微生物雜質(zhì)，保證啤酒產(chǎn)品品質(zhì)；

[0019] (4)與硅藻土過濾以及陶瓷膜過濾等啤酒澄清方法相比，本實(shí)用新型大大縮短了啤酒釀造的工藝流程，節(jié)省占地，節(jié)約投入，降低了能耗和水耗；

[0020] (5)與陶瓷膜過濾裝置相比，本實(shí)用新型中有機(jī)管式膜組件采用多支組件串聯(lián)的形式，其膜串聯(lián)長度可大l(T50m，大大增加了膜過濾面積，提高了膜通量；有機(jī)管式膜組件內(nèi)通道為5?25mm，有效避免膜堵塞；且本實(shí)用新型在清洗過程中可采用海綿球在線擦洗，增強(qiáng)膜清洗效果。

附圖說明

[0021]圖1為本實(shí)用新型有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

[0022] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的任何限制。

[0023] 參見圖1所示，本實(shí)用新型的用于啤酒澄清的有機(jī)管式膜過濾系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐

1、軟水罐2、CIP清洗罐3、循環(huán)泵4、有機(jī)管式膜組件5、換熱器6、清液罐7以及連接管路。其中，所述發(fā)酵罐I的頂端設(shè)有進(jìn)料口、進(jìn)/排氣口，并安裝有發(fā)酵罐壓力表15，進(jìn)/排氣口上連接有進(jìn)/排氣管路，進(jìn)氣管路上安裝有發(fā)酵罐進(jìn)氣閥門16，排氣管路上連接有發(fā)酵罐排氣閥門17。發(fā)酵罐I的中部安裝有發(fā)酵罐液位計(jì)11并設(shè)有回流口。發(fā)酵罐I的底部設(shè)有出料口，出料口上連接有出料管路并連接有發(fā)酵罐出料閥門12，發(fā)酵罐出料管路上分為發(fā)酵罐排空管路以及循環(huán)泵進(jìn)料管路，兩個(gè)支路分別連接有發(fā)酵罐排空閥門13和進(jìn)料管路閥門41。發(fā)酵成熟后的啤酒通過循環(huán)泵進(jìn)料管路，經(jīng)過循環(huán)泵4提升后分為兩個(gè)支路管路，一支管路為循環(huán)泵循環(huán)管路，其上連接有循環(huán)管路閥門42和循環(huán)管路流量計(jì)43 ;另一支管路通過連接管路與有機(jī)管式膜組件5的進(jìn)料口相連，其連接管路上安裝有進(jìn)膜壓力表51、膜進(jìn)料溫度計(jì)52、膜進(jìn)料管路控制閥門53以及膜進(jìn)料流量計(jì)54，啤酒料液經(jīng)過有機(jī)管式膜組件5過濾澄清，濃縮液通過膜濃縮液流量計(jì)55與循環(huán)管路料液混合，通過換熱器進(jìn)料閥門63進(jìn)入換熱器6，經(jīng)換熱器6進(jìn)行熱交換后從發(fā)酵罐回流口回流至發(fā)酵罐I中，回流管路上安裝有溫度計(jì)61，且設(shè)置有排空管路，并安裝有排空閥門62。有機(jī)管式膜組件進(jìn)料管路上有機(jī)管式膜組件的的進(jìn)料口處連接有擦洗球收放器8，膜濃縮液循環(huán)管路上有機(jī)管式膜組件的的濃縮液出口處連接有擦洗球收放器9。

[0024] 有機(jī)管式膜組件5透過液出口通過連接管路與清液罐7的進(jìn)料口相連接，該膜透過液管路上安裝有透過液流量計(jì)56以及透過液濁度計(jì)58，經(jīng)有機(jī)管式膜組件過濾后的膜透過液可分別流出至清液罐7、CIP清洗罐3以及發(fā)酵罐I。清液罐7的頂端設(shè)有膜透過液進(jìn)料口和清液罐進(jìn)/排氣口，并安裝有清液罐壓力表76，進(jìn)/排氣口上連接有進(jìn)/排氣管路，進(jìn)氣管路上安裝有清液罐進(jìn)氣閥門75，排氣管路上連接有清液罐出氣閥門77。清液罐7的中部安裝有清液罐液位計(jì)71 ;清液罐的底部設(shè)有澄清啤酒出料口并連接有出料管路，澄清啤酒出料管路上分別安裝有控制閥門72以及排空閥門73。

[0025] CIP清洗罐3的頂端設(shè)有軟水進(jìn)口、出料口、透過液進(jìn)口、清洗回流口以及排氣口。軟水進(jìn)口上連接有進(jìn)水管路并設(shè)有控制閥門32 ;透過液進(jìn)口上連接有膜透過液管路并設(shè)有控制閥門33 ;清洗回流口上連接有回流管路并設(shè)有控制閥門34以及安裝在CIP清洗罐內(nèi)部的噴灑球36 ;排氣口上連接有排氣管路并設(shè)有排氣閥門35。CIP清洗罐3的中部安裝有CIP清洗罐液位計(jì)31，CIP清洗罐3的底部設(shè)有清洗料液出料口并連接有出料管路，該出料管路分別與有機(jī)管式膜組件的進(jìn)料口以及換熱器的進(jìn)料口連通；清洗料液出料管路上分別安裝有控制閥門37以及排空閥門38。

[0026] 軟水罐2的頂端設(shè)有軟水進(jìn)口以及排氣口，軟水進(jìn)口上連接有進(jìn)水管路并設(shè)有控制閥門24，排氣口上連接有排氣管路并設(shè)有排氣閥門25，軟水罐2的中部安裝有軟水罐液位計(jì)21。軟水罐2的底部設(shè)有出水口并連接有出水管路，該出水管路分別與有機(jī)管式膜組件的進(jìn)料口以及換熱器的進(jìn)料口連通；出水管路上分別安裝有控制閥門22以及排空閥門23。

[0027] 所述循環(huán)泵循環(huán)管路上的流量計(jì)43與控制閥門42聯(lián)鎖控制，膜進(jìn)料管路上的控制閥門53與膜濃縮液流量計(jì)55聯(lián)鎖控制，且流量計(jì)43與流量計(jì)55之間也采用聯(lián)鎖控制，通過控制流量計(jì)43與流量計(jì)55之間的平衡關(guān)系，控制循環(huán)泵循環(huán)流量與膜系統(tǒng)循環(huán)流量之間的平衡。

[0028] 所述發(fā)酵罐1、清液罐7、CIP清洗罐3、換熱器6以及有機(jī)管式膜組件5均為封閉式結(jié)構(gòu)，有效避免啤酒在發(fā)酵、澄清過濾過程中與空氣接觸引起污染與變質(zhì)。[0029] 所述有機(jī)管式膜組件5由多只管式膜元件串聯(lián)組成，其串聯(lián)長度為l(T50m，有機(jī)管式膜組件內(nèi)部的管式膜元件的孔徑為0.01~2 μ m，有機(jī)管式膜組件內(nèi)部的管式膜元件通道直徑為5~25mm。

[0030] 本實(shí)用新型的工作原理是:

[0031] (I)將啤酒發(fā)酵原料投入到發(fā)酵罐I中，發(fā)酵成熟后的啤酒通過循環(huán)泵4送入到有機(jī)管式膜組件5的過濾循環(huán)系統(tǒng)中，由循環(huán)泵4的加壓作用，控制有機(jī)管式膜組件的進(jìn)膜壓力表51與出膜壓力表57的壓差為0.1-0.6MPa，使啤酒料液在管路中循環(huán)進(jìn)行膜澄清；

[0032] (2)膜分離后的透過液經(jīng)過膜透過液管路上濁度計(jì)58的在線檢測，檢測合格的透過液經(jīng)控制閥門74以及控制閥門33分別收集于清液罐7和CIP清洗罐3中進(jìn)入下一步工序；檢測不合格的透過液則經(jīng)控制閥門14繼續(xù)返回至發(fā)酵罐I中；

[0033] (3)膜分離后的濃縮液通過流量計(jì)55與循環(huán)泵循環(huán)液混合后經(jīng)換熱器進(jìn)料閥門63進(jìn)入換熱器6中進(jìn)行熱交換，將料液溫度保持在(T5°C然后返回至發(fā)酵罐I ;

[0034] (4)當(dāng)一個(gè)膜過濾周期結(jié)束時(shí)，打開CIP清洗罐3出料管路控制閥門37，利用CIP清洗罐中暫存的膜透過液對(duì)有機(jī)管式膜組件進(jìn)行頂洗，沖洗附著在管式膜表面及堵塞在膜通道內(nèi)的雜質(zhì)，膜濃縮液經(jīng)換熱器6繼續(xù)回流至發(fā)酵罐I中，當(dāng)發(fā)酵罐液位計(jì)11低于下限時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。

[0035] 實(shí)施例1

[0036] 澄清過濾過程:

[0037] 將啤酒發(fā)酵原料投入到發(fā)酵罐I中進(jìn)行發(fā)酵，控制發(fā)酵罐液位計(jì)11和發(fā)酵罐壓力表15，進(jìn)行發(fā)酵，啤酒發(fā)酵成熟后打開發(fā)酵罐出料閥門12和循環(huán)泵進(jìn)料管路閥門41，在循環(huán)泵4的加壓作用下分流，一部分經(jīng)膜進(jìn)料管路控制閥門53、膜進(jìn)料流量計(jì)54進(jìn)入到有機(jī)管式膜組件5進(jìn)行過濾澄清，膜濃縮液經(jīng)膜濃縮液流量計(jì)55與另一部分經(jīng)循環(huán)管路閥門42、循環(huán)管路流量計(jì)43的循環(huán)料液混合，通過換熱器進(jìn)料閥門63進(jìn)入換熱器6內(nèi)部進(jìn)行熱交換，將料液溫度保持在(T5°C返回發(fā)酵罐I ;通過聯(lián)鎖控制，控制循環(huán)管路流量計(jì)43與膜濃縮液流量計(jì)55之間保持1:2的平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵回路循環(huán)與膜過濾的連續(xù)進(jìn)行，控制進(jìn)膜壓力表51與出膜壓力表57的壓差為0.3MPa，膜面流速為3m/s，膜過濾溫度低于10°C。膜分離后的透過液流量計(jì)56、經(jīng)管路上透過液濁度計(jì)58的在線檢測，檢測合格的透過液經(jīng)控制閥門74以及控制閥門33分別收集于清液罐7和CIP清洗罐中3進(jìn)入下一步工序；檢測不合格的透過液則經(jīng)控制閥門14繼續(xù)返回至發(fā)酵罐I中；控制閥門74與控制閥門33的自動(dòng)切換由清液罐液位計(jì)71和CIP清洗罐液位計(jì)31控制。

[0038] 頂洗過程:

[0039]當(dāng)一個(gè)膜過濾周期結(jié)束時(shí)，打開CIP清洗罐3的控制閥門37，CIP清洗罐3中暫存的膜透過液經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)料管路閥門41，在循環(huán)泵的加壓作用下對(duì)有機(jī)管式膜組件進(jìn)行頂洗，沖洗附著在管式膜表面及堵塞在膜通道內(nèi)的雜質(zhì)，膜濃縮液經(jīng)換熱器6繼續(xù)回流至發(fā)酵罐I中。當(dāng)發(fā)酵罐液位計(jì)11低于下限時(shí)，循環(huán)泵4自動(dòng)停止，系統(tǒng)停止生產(chǎn)，打開清液罐控制閥門72，使清液罐7中透過液全部進(jìn)入下一道工序，打開排空閥門13、38、62，將系統(tǒng)內(nèi)殘留的剩余料液排出。

[0040] 清洗過程:

[0041] ①軟水沖洗:打開軟水罐控制閥門22和循環(huán)泵進(jìn)料管路閥門41，在循環(huán)泵4的加壓作用，控制膜壓差為0.3MPa，膜面流速3m/s，用軟水對(duì)有機(jī)管式膜組件5進(jìn)行沖洗，膜濃縮液經(jīng)流量計(jì)55與另一部分經(jīng)泵循環(huán)管路控制閥門42、流量計(jì)43的循環(huán)清洗水混合，通過換熱器進(jìn)料閥門63、換熱器6返回CIP清洗罐3 ;膜透過液經(jīng)控制閥門74流至清液罐7，清洗清液罐內(nèi)部，當(dāng)軟水罐液位計(jì)21低于下限時(shí)，停止清洗操作，打開排空閥門38、62、73，排空廢液。

[0042] ②化學(xué)清洗:膜經(jīng)過長時(shí)間的過濾操作，膜通量下降至原始通量50%時(shí)，即要啟動(dòng)化學(xué)清洗模式。在CIP清洗罐3中加入0.1-1.0%的氫氧化鈉和軟水，調(diào)節(jié)溶液pH為10.0-10.5，打開CIP清洗罐控制閥門37和循環(huán)泵進(jìn)料管路閥門41，關(guān)閉閥門81、91，開啟閥門82、83、92、93，在擦洗球收放器8內(nèi)加入海綿擦洗球，在循環(huán)泵4的加壓作用，控制膜壓差為0.3MPa，膜面流速3m/s，在堿性溶液中采用海綿擦洗球?qū)τ袡C(jī)管式膜組件5進(jìn)行清洗，膜濃縮液經(jīng)膜濃縮液流量計(jì)55與控制閥門34返回CIP清洗罐3循環(huán)；透過液流量計(jì)56與控制閥門33返回CIP清洗罐3，清洗持續(xù)時(shí)間30min，關(guān)閉循環(huán)泵4，在擦洗球收放器9出收集海綿擦洗球，停止化學(xué)清洗操作，打開排空閥門38、62，排空清洗廢液。

[0043] ③清水漂洗:堿液清洗后，需要用軟水將膜系統(tǒng)漂洗至中性。打開軟水罐控制閥門22和循環(huán)泵進(jìn)料管路閥門41，在循環(huán)泵4的加壓作用，控制膜壓差為0.3MPa，膜面流速3m/s，用軟水對(duì)有機(jī)管式膜組件5進(jìn)行沖洗，膜濃縮液經(jīng)膜濃縮液流量計(jì)55、控制閥門34返回CIP清洗罐3 ;膜透過液經(jīng)控制閥門33返回CIP清洗罐3，清洗清液罐內(nèi)部，當(dāng)控制閥門33流出的清水pH值達(dá)到 中性時(shí)，停止漂洗操作，打開排空閥門38、62，排空清洗廢液。