一种用于啤酒澄清的有机管式膜过滤系统

一种用于啤酒澄清的有机管式膜过滤系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种膜过滤系统，具体涉及一种用于啤酒澄清的有机管式膜过滤系统。

背景技术

[0002] 啤酒是以大麦和水为原料，大米或其它谷物、酒花为辅料，经制麦、糖化、酵母发酵酿造而成的一种含有CO2、低酒精度和多种营养成分的饮料酒。发酵完毕后的成熟啤酒，虽然大部分蛋白质和酵母已经沉淀，但仍有少量物质悬浮于啤酒中，在存放过程中，酵母菌、杂菌等微生物的存在容易引起啤酒腐败变质，且一些蛋白质、多酚类的物质往往会造成啤酒混浊，因此必须经过过滤处理才能进行包装。在传统处理方法中广泛采用硅藻土过滤、板框过滤以及巴氏杀菌的方法，但这些方法常会破坏啤酒的风味，且存在澄清效果不理想，除菌不彻底的问题，影响啤酒产品品质已经稳定性。传统的硅藻土过滤普遍存在以下问题:

(I)硅藻土作为一种矿产资源目前已日渐枯竭，大量使用必然会导致成本增加；(2)硅藻土粉尘对呼吸系统存在一定的健康影响；容易引起肺部疾病；(3)硅藻土不可回收利用，废弃的硅藻土易污染环境，并限制啤酒质量的稳定性；(4)硅藻土过滤效果不理想，后续操作中仍需要采用巴氏杀菌，导致啤酒中芳香化合物的氧化，影响啤酒风味。而目前采用较多的陶瓷膜过滤方法，虽然澄清效果较好，但是陶瓷膜元件的通道较小，容易造成膜堵塞，影响膜通量，且陶瓷膜组件串联长度有限，膜过滤面积小，膜过滤通量明显小于管式膜。

实用新型内容

[0003] 针对上述传统方法中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于啤酒澄清的有机管式膜过滤系统，采用该系统较完整地保留了啤酒中的各种营养成分，减少酒损，保持了新鲜啤酒原有的风味和口感，提高啤酒的澄清度，泡沫持久性更长，可完全替代硅藻土过滤等传统啤酒澄清方法，缩短了啤酒酿造的工艺流程，降低能耗。

[0004] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:

[0005] 一种用于啤酒澄清的有机管式膜过滤系统，包括发酵罐、有机管式膜组件、换热器和清液罐；

[0006] 所述发酵罐上设有进料口、进气口、排气口、出料口和回流口，有机管式膜组件上设有进料口、浓缩液出口、透过液出口，换热器上设有进料口和出料口，清液罐上设有进料口、进气口、排气口和出料口 ；

[0007] 所述发酵罐的出料口分别与有机管式膜组件的进料口以及换热器的进料口连通，有机管式膜组件的浓缩液出口与换热器的进料口连通，有机管式膜组件的透过液出口分别与清液罐的进料口、发酵罐的回流口连通，换热器的出料口与发酵罐的回流口连通。

[0008]为了能够清洗附着在有机管式膜表面及堵塞在膜通道内的杂质，本实用新型的有机管式膜过滤系统还包括软水罐和CIP清洗罐，所述软水罐上设有软水进口、排气口和出水口，CIP清洗罐上设有软水进口、透过液进口、出料口、清洗回流口以及排气口 ；所述软水罐的出水口分别与有机管式膜组件的进料口以及换热器的进料口连通；所述CIP清洗罐的出料口分别与有机管式膜组件的进料口以及换热器的进料口连通、其透过液进口与有机管式膜组件的透过液出口连通，其清洗回流口与有机管式膜组件的浓缩液出口连通。

[0009] 所述有机管式膜组件的进料口处以及浓缩液出口处均设有擦洗球收放器，可实现管式膜的在线清洗，增强膜清洗效果。

[0010] 所述发酵罐、清液罐、软水罐和CIP清洗罐的中部均设有液位计，便于观察里面的液位情况。。

[0011 ] 所述有机管式膜组件由管式膜元件串联而成，其串联长度为l(T50m，大大增加了管式膜的过滤面积。

[0012] 所述有机管式膜组件内部的管式膜元件通道直径为5〜25_，有效避免过滤过程中杂质物质对膜造成的堵塞。

[0013] 上述有机管式膜组件内部的管式膜元件的孔径为0.01〜2 μ m，可以有效截留啤酒中的酵母菌、杂菌以及蛋白质类物质。

[0014] 本实用新型所述发酵罐、清液罐、CIP清洗罐、换热器以及有机管式膜组件均为封闭式结构，有效避免啤酒在发酵、澄清过滤过程中与空气接触引起污染与变质。

[0015] 本实用新型的优点在于:

[0016] (I)采用有机管式膜组件对啤酒进行澄清过滤处理，其膜分离精度高，可以有效截留啤酒中的酵母菌、杂菌以及蛋白质类物质，避免啤酒在长期存放中产生沉淀、混浊与老化现象；

[0017] (2)有机管式膜组件澄清过滤技术实现除菌/澄清同步完成，不经过高温杀菌，使啤酒避免了热损伤，较完整地保留了啤酒中的各种营养成分，减少酒损，保持了新鲜啤酒原有的风味和口感，提高啤酒的澄清度，泡沫持久性更长，有效提高啤酒产品品质；

[0018] (3)与传统硅藻土过滤装置相比，本实用新型整个系统均为封闭式结构，在澄清过程中避免与空气接触，不会引入其他影响啤酒品质的微生物杂质，保证啤酒产品品质；

[0019] (4)与硅藻土过滤以及陶瓷膜过滤等啤酒澄清方法相比，本实用新型大大缩短了啤酒酿造的工艺流程，节省占地，节约投入，降低了能耗和水耗；

[0020] (5)与陶瓷膜过滤装置相比，本实用新型中有机管式膜组件采用多支组件串联的形式，其膜串联长度可大l(T50m，大大增加了膜过滤面积，提高了膜通量；有机管式膜组件内通道为5〜25mm，有效避免膜堵塞；且本实用新型在清洗过程中可采用海绵球在线擦洗，增强膜清洗效果。

附图说明

[0021]图1为本实用新型有机管式膜过滤系统的工艺流程图。

具体实施方式

[0022] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案做进一步地详细说明，但并不构成对本实用新型的任何限制。

[0023] 参见图1所示，本实用新型的用于啤酒澄清的有机管式膜过滤系统，包括发酵罐

1、软水罐2、CIP清洗罐3、循环泵4、有机管式膜组件5、换热器6、清液罐7以及连接管路。其中，所述发酵罐I的顶端设有进料口、进/排气口，并安装有发酵罐压力表15，进/排气口上连接有进/排气管路，进气管路上安装有发酵罐进气阀门16，排气管路上连接有发酵罐排气阀门17。发酵罐I的中部安装有发酵罐液位计11并设有回流口。发酵罐I的底部设有出料口，出料口上连接有出料管路并连接有发酵罐出料阀门12，发酵罐出料管路上分为发酵罐排空管路以及循环泵进料管路，两个支路分别连接有发酵罐排空阀门13和进料管路阀门41。发酵成熟后的啤酒通过循环泵进料管路，经过循环泵4提升后分为两个支路管路，一支管路为循环泵循环管路，其上连接有循环管路阀门42和循环管路流量计43 ;另一支管路通过连接管路与有机管式膜组件5的进料口相连，其连接管路上安装有进膜压力表51、膜进料温度计52、膜进料管路控制阀门53以及膜进料流量计54，啤酒料液经过有机管式膜组件5过滤澄清，浓缩液通过膜浓缩液流量计55与循环管路料液混合，通过换热器进料阀门63进入换热器6，经换热器6进行热交换后从发酵罐回流口回流至发酵罐I中，回流管路上安装有温度计61，且设置有排空管路，并安装有排空阀门62。有机管式膜组件进料管路上有机管式膜组件的的进料口处连接有擦洗球收放器8，膜浓缩液循环管路上有机管式膜组件的的浓缩液出口处连接有擦洗球收放器9。

[0024] 有机管式膜组件5透过液出口通过连接管路与清液罐7的进料口相连接，该膜透过液管路上安装有透过液流量计56以及透过液浊度计58，经有机管式膜组件过滤后的膜透过液可分别流出至清液罐7、CIP清洗罐3以及发酵罐I。清液罐7的顶端设有膜透过液进料口和清液罐进/排气口，并安装有清液罐压力表76，进/排气口上连接有进/排气管路，进气管路上安装有清液罐进气阀门75，排气管路上连接有清液罐出气阀门77。清液罐7的中部安装有清液罐液位计71 ;清液罐的底部设有澄清啤酒出料口并连接有出料管路，澄清啤酒出料管路上分别安装有控制阀门72以及排空阀门73。

[0025] CIP清洗罐3的顶端设有软水进口、出料口、透过液进口、清洗回流口以及排气口。软水进口上连接有进水管路并设有控制阀门32 ;透过液进口上连接有膜透过液管路并设有控制阀门33 ;清洗回流口上连接有回流管路并设有控制阀门34以及安装在CIP清洗罐内部的喷洒球36 ;排气口上连接有排气管路并设有排气阀门35。CIP清洗罐3的中部安装有CIP清洗罐液位计31，CIP清洗罐3的底部设有清洗料液出料口并连接有出料管路，该出料管路分别与有机管式膜组件的进料口以及换热器的进料口连通；清洗料液出料管路上分别安装有控制阀门37以及排空阀门38。

[0026] 软水罐2的顶端设有软水进口以及排气口，软水进口上连接有进水管路并设有控制阀门24，排气口上连接有排气管路并设有排气阀门25，软水罐2的中部安装有软水罐液位计21。软水罐2的底部设有出水口并连接有出水管路，该出水管路分别与有机管式膜组件的进料口以及换热器的进料口连通；出水管路上分别安装有控制阀门22以及排空阀门23。

[0027] 所述循环泵循环管路上的流量计43与控制阀门42联锁控制，膜进料管路上的控制阀门53与膜浓缩液流量计55联锁控制，且流量计43与流量计55之间也采用联锁控制，通过控制流量计43与流量计55之间的平衡关系，控制循环泵循环流量与膜系统循环流量之间的平衡。

[0028] 所述发酵罐1、清液罐7、CIP清洗罐3、换热器6以及有机管式膜组件5均为封闭式结构，有效避免啤酒在发酵、澄清过滤过程中与空气接触引起污染与变质。[0029] 所述有机管式膜组件5由多只管式膜元件串联组成，其串联长度为l(T50m，有机管式膜组件内部的管式膜元件的孔径为0.01~2 μ m，有机管式膜组件内部的管式膜元件通道直径为5~25mm。

[0030] 本实用新型的工作原理是:

[0031] (I)将啤酒发酵原料投入到发酵罐I中，发酵成熟后的啤酒通过循环泵4送入到有机管式膜组件5的过滤循环系统中，由循环泵4的加压作用，控制有机管式膜组件的进膜压力表51与出膜压力表57的压差为0.1-0.6MPa，使啤酒料液在管路中循环进行膜澄清；

[0032] (2)膜分离后的透过液经过膜透过液管路上浊度计58的在线检测，检测合格的透过液经控制阀门74以及控制阀门33分别收集于清液罐7和CIP清洗罐3中进入下一步工序；检测不合格的透过液则经控制阀门14继续返回至发酵罐I中；

[0033] (3)膜分离后的浓缩液通过流量计55与循环泵循环液混合后经换热器进料阀门63进入换热器6中进行热交换，将料液温度保持在(T5°C然后返回至发酵罐I ;

[0034] (4)当一个膜过滤周期结束时，打开CIP清洗罐3出料管路控制阀门37，利用CIP清洗罐中暂存的膜透过液对有机管式膜组件进行顶洗，冲洗附着在管式膜表面及堵塞在膜通道内的杂质，膜浓缩液经换热器6继续回流至发酵罐I中，当发酵罐液位计11低于下限时，系统停机。

[0035] 实施例1

[0036] 澄清过滤过程:

[0037] 将啤酒发酵原料投入到发酵罐I中进行发酵，控制发酵罐液位计11和发酵罐压力表15，进行发酵，啤酒发酵成熟后打开发酵罐出料阀门12和循环泵进料管路阀门41，在循环泵4的加压作用下分流，一部分经膜进料管路控制阀门53、膜进料流量计54进入到有机管式膜组件5进行过滤澄清，膜浓缩液经膜浓缩液流量计55与另一部分经循环管路阀门42、循环管路流量计43的循环料液混合，通过换热器进料阀门63进入换热器6内部进行热交换，将料液温度保持在(T5°C返回发酵罐I ;通过联锁控制，控制循环管路流量计43与膜浓缩液流量计55之间保持1:2的平衡关系，实现循环泵回路循环与膜过滤的连续进行，控制进膜压力表51与出膜压力表57的压差为0.3MPa，膜面流速为3m/s，膜过滤温度低于10°C。膜分离后的透过液流量计56、经管路上透过液浊度计58的在线检测，检测合格的透过液经控制阀门74以及控制阀门33分别收集于清液罐7和CIP清洗罐中3进入下一步工序；检测不合格的透过液则经控制阀门14继续返回至发酵罐I中；控制阀门74与控制阀门33的自动切换由清液罐液位计71和CIP清洗罐液位计31控制。

[0038] 顶洗过程:

[0039]当一个膜过滤周期结束时，打开CIP清洗罐3的控制阀门37，CIP清洗罐3中暂存的膜透过液经循环泵进料管路阀门41，在循环泵的加压作用下对有机管式膜组件进行顶洗，冲洗附着在管式膜表面及堵塞在膜通道内的杂质，膜浓缩液经换热器6继续回流至发酵罐I中。当发酵罐液位计11低于下限时，循环泵4自动停止，系统停止生产，打开清液罐控制阀门72，使清液罐7中透过液全部进入下一道工序，打开排空阀门13、38、62，将系统内残留的剩余料液排出。

[0040] 清洗过程:

[0041] ①软水冲洗:打开软水罐控制阀门22和循环泵进料管路阀门41，在循环泵4的加压作用，控制膜压差为0.3MPa，膜面流速3m/s，用软水对有机管式膜组件5进行冲洗，膜浓缩液经流量计55与另一部分经泵循环管路控制阀门42、流量计43的循环清洗水混合，通过换热器进料阀门63、换热器6返回CIP清洗罐3 ;膜透过液经控制阀门74流至清液罐7，清洗清液罐内部，当软水罐液位计21低于下限时，停止清洗操作，打开排空阀门38、62、73，排空废液。

[0042] ②化学清洗:膜经过长时间的过滤操作，膜通量下降至原始通量50%时，即要启动化学清洗模式。在CIP清洗罐3中加入0.1-1.0%的氢氧化钠和软水，调节溶液pH为10.0-10.5，打开CIP清洗罐控制阀门37和循环泵进料管路阀门41，关闭阀门81、91，开启阀门82、83、92、93，在擦洗球收放器8内加入海绵擦洗球，在循环泵4的加压作用，控制膜压差为0.3MPa，膜面流速3m/s，在碱性溶液中采用海绵擦洗球对有机管式膜组件5进行清洗，膜浓缩液经膜浓缩液流量计55与控制阀门34返回CIP清洗罐3循环；透过液流量计56与控制阀门33返回CIP清洗罐3，清洗持续时间30min，关闭循环泵4，在擦洗球收放器9出收集海绵擦洗球，停止化学清洗操作，打开排空阀门38、62，排空清洗废液。

[0043] ③清水漂洗:碱液清洗后，需要用软水将膜系统漂洗至中性。打开软水罐控制阀门22和循环泵进料管路阀门41，在循环泵4的加压作用，控制膜压差为0.3MPa，膜面流速3m/s，用软水对有机管式膜组件5进行冲洗，膜浓缩液经膜浓缩液流量计55、控制阀门34返回CIP清洗罐3 ;膜透过液经控制阀门33返回CIP清洗罐3，清洗清液罐内部，当控制阀门33流出的清水pH值达到 中性时，停止漂洗操作，打开排空阀门38、62，排空清洗废液。