一種用于啤酒澄清的有機管式膜過濾系統

技術領域

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

背景技術

[0002] 啤酒是以大麥和水為原料，大米或其它谷物、酒花為輔料，經制麥、糖化、酵母發酵釀造而成的一種含有CO2、低酒精度和多種營養成分的飲料酒。發酵完畢后的成熟啤酒，雖然大部分蛋白質和酵母已經沉淀，但仍有少量物質懸浮于啤酒中，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，且一些蛋白質、多酚類的物質往往會造成啤酒混濁，因此必須經過過濾處理才能進行包裝。在傳統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，但這些方法常會破壞啤酒的風味，且存在澄清效果不理想，除菌不徹底的問題，影響啤酒產品品質已經穩定性。傳統的硅藻土過濾普遍存在以下問題:

(I)硅藻土作為一種礦產資源目前已日漸枯竭，大量使用必然會導致成本增加；(2)硅藻土粉塵對呼吸系統存在一定的健康影響；容易引起肺部疾病；(3)硅藻土不可回收利用，廢棄的硅藻土易污染環境，并限制啤酒質量的穩定性；(4)硅藻土過濾效果不理想，后續操作中仍需要采用巴氏殺菌，導致啤酒中芳香化合物的氧化，影響啤酒風味。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，且陶瓷膜組件串聯長度有限，膜過濾面積小，膜過濾通量明顯小于管式膜。

實用新型內容

[0003] 針對上述傳統方法中存在的技術問題，本實用新型的目的在于提供一種用于啤酒澄清的有機管式膜過濾系統，采用該系統較完整地保留了啤酒中的各種營養成分，減少酒損，保持了新鮮啤酒原有的風味和口感，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] 為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:

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

[0006] 所述發酵罐上設有進料口、進氣口、排氣口、出料口和回流口，有機管式膜組件上設有進料口、濃縮液出口、透過液出口，換熱器上設有進料口和出料口，清液罐上設有進料口、進氣口、排氣口和出料口 ；

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

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

[0009] 所述有機管式膜組件的進料口處以及濃縮液出口處均設有擦洗球收放器，可實現管式膜的在線清洗，增強膜清洗效果。

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

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

[0012] 所述有機管式膜組件內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物質對膜造成的堵塞。

[0013] 上述有機管式膜組件內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、雜菌以及蛋白質類物質。

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

[0015] 本實用新型的優點在于:

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

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

[0018] (3)與傳統硅藻土過濾裝置相比，本實用新型整個系統均為封閉式結構，在澄清過程中避免與空氣接觸，不會引入其他影響啤酒品質的微生物雜質，保證啤酒產品品質；

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

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

附圖說明

[0021]圖1為本實用新型有機管式膜過濾系統的工藝流程圖。

具體實施方式

[0022] 下面將結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步地詳細說明，但并不構成對本實用新型的任何限制。

[0023] 參見圖1所示，本實用新型的用于啤酒澄清的有機管式膜過濾系統，包括發酵罐

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

[0024] 有機管式膜組件5透過液出口通過連接管路與清液罐7的進料口相連接，該膜透過液管路上安裝有透過液流量計56以及透過液濁度計58，經有機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以及發酵罐I。清液罐7的頂端設有膜透過液進料口和清液罐進/排氣口，并安裝有清液罐壓力表76，進/排氣口上連接有進/排氣管路，進氣管路上安裝有清液罐進氣閥門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71 ;清液罐的底部設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的頂端設有軟水進口、出料口、透過液進口、清洗回流口以及排氣口。軟水進口上連接有進水管路并設有控制閥門32 ;透過液進口上連接有膜透過液管路并設有控制閥門33 ;清洗回流口上連接有回流管路并設有控制閥門34以及安裝在CIP清洗罐內部的噴灑球36 ;排氣口上連接有排氣管路并設有排氣閥門35。CIP清洗罐3的中部安裝有CIP清洗罐液位計31，CIP清洗罐3的底部設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管式膜組件的進料口以及換熱器的進料口連通；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的頂端設有軟水進口以及排氣口，軟水進口上連接有進水管路并設有控制閥門24，排氣口上連接有排氣管路并設有排氣閥門25，軟水罐2的中部安裝有軟水罐液位計21。軟水罐2的底部設有出水口并連接有出水管路，該出水管路分別與有機管式膜組件的進料口以及換熱器的進料口連通；出水管路上分別安裝有控制閥門22以及排空閥門23。

[0027] 所述循環泵循環管路上的流量計43與控制閥門42聯鎖控制，膜進料管路上的控制閥門53與膜濃縮液流量計55聯鎖控制，且流量計43與流量計55之間也采用聯鎖控制，通過控制流量計43與流量計55之間的平衡關系，控制循環泵循環流量與膜系統循環流量之間的平衡。

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

[0030] 本實用新型的工作原理是:

[0031] (I)將啤酒發酵原料投入到發酵罐I中，發酵成熟后的啤酒通過循環泵4送入到有機管式膜組件5的過濾循環系統中，由循環泵4的加壓作用，控制有機管式膜組件的進膜壓力表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進行膜澄清；

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

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

[0034] (4)當一個膜過濾周期結束時，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有機管式膜組件進行頂洗，沖洗附著在管式膜表面及堵塞在膜通道內的雜質，膜濃縮液經換熱器6繼續回流至發酵罐I中，當發酵罐液位計11低于下限時，系統停機。

[0035] 實施例1

[0036] 澄清過濾過程:

[0037] 將啤酒發酵原料投入到發酵罐I中進行發酵，控制發酵罐液位計11和發酵罐壓力表15，進行發酵，啤酒發酵成熟后打開發酵罐出料閥門12和循環泵進料管路閥門41，在循環泵4的加壓作用下分流，一部分經膜進料管路控制閥門53、膜進料流量計54進入到有機管式膜組件5進行過濾澄清，膜濃縮液經膜濃縮液流量計55與另一部分經循環管路閥門42、循環管路流量計43的循環料液混合，通過換熱器進料閥門63進入換熱器6內部進行熱交換，將料液溫度保持在(T5°C返回發酵罐I ;通過聯鎖控制，控制循環管路流量計43與膜濃縮液流量計55之間保持1:2的平衡關系，實現循環泵回路循環與膜過濾的連續進行，控制進膜壓力表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56、經管路上透過液濁度計58的在線檢測，檢測合格的透過液經控制閥門74以及控制閥門33分別收集于清液罐7和CIP清洗罐中3進入下一步工序；檢測不合格的透過液則經控制閥門14繼續返回至發酵罐I中；控制閥門74與控制閥門33的自動切換由清液罐液位計71和CIP清洗罐液位計31控制。

[0038] 頂洗過程:

[0039]當一個膜過濾周期結束時，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循環泵進料管路閥門41，在循環泵的加壓作用下對有機管式膜組件進行頂洗，沖洗附著在管式膜表面及堵塞在膜通道內的雜質，膜濃縮液經換熱器6繼續回流至發酵罐I中。當發酵罐液位計11低于下限時，循環泵4自動停止，系統停止生產，打開清液罐控制閥門72，使清液罐7中透過液全部進入下一道工序，打開排空閥門13、38、62，將系統內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和循環泵進料管路閥門41，在循環泵4的加壓作用，控制膜壓差為0.3MPa，膜面流速3m/s，用軟水對有機管式膜組件5進行沖洗，膜濃縮液經流量計55與另一部分經泵循環管路控制閥門42、流量計43的循環清洗水混合，通過換熱器進料閥門63、換熱器6返回CIP清洗罐3 ;膜透過液經控制閥門74流至清液罐7，清洗清液罐內部，當軟水罐液位計21低于下限時，停止清洗操作，打開排空閥門38、62、73，排空廢液。

[0042] ②化學清洗:膜經過長時間的過濾操作，膜通量下降至原始通量50%時，即要啟動化學清洗模式。在CIP清洗罐3中加入0.1-1.0%的氫氧化鈉和軟水，調節溶液pH為10.0-10.5，打開CIP清洗罐控制閥門37和循環泵進料管路閥門41，關閉閥門81、91，開啟閥門82、83、92、93，在擦洗球收放器8內加入海綿擦洗球，在循環泵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對有機管式膜組件5進行清洗，膜濃縮液經膜濃縮液流量計55與控制閥門34返回CIP清洗罐3循環；透過液流量計56與控制閥門33返回CIP清洗罐3，清洗持續時間30min，關閉循環泵4，在擦洗球收放器9出收集海綿擦洗球，停止化學清洗操作，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漂洗至中性。打開軟水罐控制閥門22和循環泵進料管路閥門41，在循環泵4的加壓作用，控制膜壓差為0.3MPa，膜面流速3m/s，用軟水對有機管式膜組件5進行沖洗，膜濃縮液經膜濃縮液流量計55、控制閥門34返回CIP清洗罐3 ;膜透過液經控制閥門33返回CIP清洗罐3，清洗清液罐內部，當控制閥門33流出的清水pH值達到 中性時，停止漂洗操作，打開排空閥門38、62，排空清洗廢液。