一種無機陶瓷膜自動啤酒低溫除菌微濾設備

本發明涉及一種液體過濾技術，尤其涉及一種無機陶瓷膜液體過濾除菌技術。

作為一種液體過濾技術，廣泛應用于飲用水、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。

我國的啤酒工業發展迅速，平均每年以6-8％的速度增長。1998年産量已達1986.26噸，而且呈繼續發展勢頭。預計到2003年，我國啤酒總産量将達到2500萬噸，超過美國，成為世界第一啤酒生産大國。

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，這種傳統工藝在很大程度上改變了啤酒的風味，破壞了啤酒中的一些營養成份，使瓶裝啤酒實際上成為熱啤酒。

從國際啤酒消費結構來看，用冷态膜過濾和配置以無菌灌裝系統等生産的純生瓶裝啤灑，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。

現常用的啤酒過濾除菌技術是：以聚丙烯、聚砜、尼龍等材料制成的“折疊式濾筒”，較普遍應用，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，應該是對各種啤酒在安全和經濟的前提下，具有長周期過濾穩定的能力，即：①它必須有一種能從啤酒中去除有害細菌的過濾器；②它應是經濟的，就是過濾運轉費用低和短的償還時間；③過濾一定要溫和，不應該從啤酒中去除有益物質，否則啤酒的芳香和營養将受到損失。

這就要求無機膜管應具有範圍很窄的“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。

本發明的目的就在于克服現有啤酒過濾除菌技術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備。

本發明的目的是這樣實現的：①采用無機陶瓷膜作為濾芯，并設計實用的膜組件。無機陶瓷膜選用圓柱形蜂窩狀做支撐體，用燒結法制備無機陶瓷膜。膜材料氧化鋁粉末，隻要精确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。依據過濾量大小，而确定膜的數量。膜的兩端用密封圈固定在花闆上(法蘭上)，外殼為不鏽鋼圓筒，組成膜組件。膜的功能層在蜂窩狀多孔體的内壁，通常稱内壓式，通過增壓泵在壓力作用下，使小于平均孔徑的溶質透過(透過液)，而大于平均孔徑的物質被截留。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，在結構上設計為錯流過濾，由增壓泵使酒液在膜腔内循環。

③設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。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：1、由于本發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，其主要優點有：①高化學穩定性，它意味着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，随後燒結。隻要氧化鋁粉末顆粒尺寸精确，就可望獲得相應狹窄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，獲得了穩定的大流量。

下面結合附圖和實施例詳細說明：

圖1為本發明組成框圖。

圖2為膜組件截面圖。

圖3為本實施例結構示意圖(主視)圖4為本實施例結構示意圖(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，因本發明為“錯流”過濾，因此又叫循環中間罐；2——主管道；QF1——氣動蝶閥，當料液中間罐1液面低于下限時自動關閉；3——增壓泵，泵壓=0.6pn，流速V=3-5m/s；4——高低壓保護開關，按預先設置的壓力使增壓泵3工作，否則停機，保護膜組件不受損傷；5——彙流管；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——回流側彙流管；8——闆式換熱器；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——設備底盤；14——可調螺釘。

B部分：21——反沖管道；SF6——手動蝶閥；

22——二位三通閥，由控制器41予先設定，按時轉換；23——氣缸，沖程可調，壓力可調，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，分别與液而自控器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4→彙流管5→手動蝶閥SF1 →膜組件6→手動蝶閥SF2→回流側彙流管7→手動蝶閥SF3→電動流量計LJ1→手動蝶閥SF4→闆式換熱器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，内安裝有液面自控器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、不鏽鋼花闆6.3及不鏽鋼圓筒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固定在不鏽鋼花闆上6.3，花闆6.3安裝在不鏽鋼圓筒6.4上。本膜組件6安裝有7根膜濾蕊6.1；實際應用時，膜組件6可根據過濾量需要選擇不同根數的膜濾蕊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中的定時轉換脈沖信号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，保證穩定的大流量。

4、本發明實施例如圖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，其左端分别通過手動蝶閥SF1(SF1a、SF1b、SF1c、SF1d)與彙流管5相連接，其右端分别通過手動蝶閥SF2(SF2a、SF2b、SF2c、SF2d)與回流側彙流管7相連接，均做氣密性實驗。根據生産規模的不同大小，膜組件6可适當增加和減少。

本發明的工作過程是：進入本發明的原酒51必需是經過矽燥土過濾的清酒，其主要要求有：①細菌總數≤100個/ml(厭氧菌等應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符合上述指标要求的原酒51送至料液中間罐1，當液面在過濾狀态以及主管道2中的壓力在高低壓保護開關4的設定值内，以及來自啤酒灌裝線52的要酒信号時，增壓泵3自動啟動，此時所有閥處于工作狀态。

要過濾的原酒，按預先設置的管道流向及合理壓力狀态進入膜組件6，在壓力作用下，原酒51中小于0.45μm的物質(溶液)透過膜的功能面，彙集到透過液管道12，到啤酒灌裝線52；而原酒中大于0.45μm的物資(酵母菌雜質部分膠體物質)被截住或随原酒51再回流料液中間罐1，為此不斷循環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，随着時間的推移變得越來越大，當達到濃度最大設定值時，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内有恒定的流量，本發明設有專門的反沖部分C。定時脈沖式反沖，是按予先設定的時間和壓力在過濾過程中實現自動反沖。反沖管道21上的二位三通閥22受控制器41的定時轉換脈沖信号的控制。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複大通量當每個工作班結束時，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。徹底清洗後的廢液從排污口32排出。清洗的潔淨度由傳感器、儀表自動顯示。

由于本發明屬采用新技術取代傳統落後的工藝，因此，在純生啤酒以其它飲料中的生産中有着廣闊的應用前景。