一种无机陶瓷膜自动啤酒低温除菌微滤设备

本发明涉及一种液体过滤技术，尤其涉及一种无机陶瓷膜液体过滤除菌技术。

作为一种液体过滤技术，广泛应用于饮用水、矿泉水等饮料的过滤除菌，还有红桃K母液的过滤，以及米洒、纯生啤洒、鲜果汁的澄清和过滤除菌。

其中啤洒的低温过滤除菌尤为重要。

我国的啤酒工业发展迅速，平均每年以6-8％的速度增长。1998年产量已达1986.26吨，而且呈继续发展势头。预计到2003年，我国啤酒总产量将达到2500万吨，超过美国，成为世界第一啤酒生产大国。

从酿造工艺上看，瓶装啤酒为了达到保证期无菌，最常用的方法是高温巴氏灭菌，这种传统工艺在很大程度上改变了啤酒的风味，破坏了啤酒中的一些营养成份，使瓶装啤酒实际上成为热啤酒。

从国际啤酒消费结构来看，用冷态膜过滤和配置以无菌灌装系统等生产的纯生瓶装啤洒，以其口感好、保持自然芳香、且易于存放等优点，基本上代替了热啤酒。如美国、法国等纯生啤酒占啤酒消费的比重已达80％以上，日本更高达99％左右。

现常用的啤酒过滤除菌技术是：以聚丙烯、聚砜、尼龙等材料制成的“折叠式滤筒”，较普遍应用，其特点是过滤流量较大，因折叠式的表面积大，而且过滤精度较高；但寿命短，通常一根直径φ60×762mm长的滤芯，额定过滤160吨啤酒，而实际上连100吨都不到，而进口滤芯价格昂贵，增加了运行成本；另外不耐高温，用85℃的热碱水清洗易变形，因此，设计上常配置一开一备，增加了投资。

一种好的啤酒过滤除菌技术，应该是对各种啤酒在安全和经济的前提下，具有长周期过滤稳定的能力，即：①它必须有一种能从啤酒中去除有害细菌的过滤器；②它应是经济的，就是过滤运转费用低和短的偿还时间；③过滤一定要温和，不应该从啤酒中去除有益物质，否则啤酒的芳香和营养将受到损失。

这就要求无机膜管应具有范围很窄的“微孔尺寸分布”(PSD)，即PSD一定要刚好能去除有害细菌，而让其它有益的物质通过。由于啤酒中有害细菌尺寸均大于0.5μm，因此，具有0.45μm的PSD的膜较为理想。

本发明的目的就在于克服现有啤酒过滤除菌技术中存在的问题和不足，而提供一种过滤性能好，使用寿命长，运行成本低和耐热性能好的无机陶瓷膜自动啤酒低温除菌微滤设备。

本发明的目的是这样实现的：①采用无机陶瓷膜作为滤芯，并设计实用的膜组件。无机陶瓷膜选用圆柱形蜂窝状做支撑体，用烧结法制备无机陶瓷膜。膜材料氧化铝粉末，只要精确筛分就可得到所需要的不同平均孔径的膜。过滤纯生啤酒用的无机陶瓷膜平均孔径为0.45μm。每根膜有效面积为0.2m2，透过量为400L/m2。依据过滤量大小，而确定膜的数量。膜的两端用密封圈固定在花板上(法兰上)，外壳为不锈钢圆筒，组成膜组件。膜的功能层在蜂窝状多孔体的内壁，通常称内压式，通过增压泵在压力作用下，使小于平均孔径的溶质透过(透过液)，而大于平均孔径的物质被截留。由于纯生啤酒过滤的平均孔径为0.45μm，这刚好截留酵母及其它有害菌，而啤酒中有益成份顺利透过。

②为防止堵塞，在结构上设计为错流过滤，由增压泵使酒液在膜腔内循环。

③设计定时脉冲式反冲冼，同时配以气水混合反冲，从而保证膜有较长的过滤周期。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、由于本发明的微滤膜是无机陶瓷膜，其孔径为0.45μm，所用膜材料为氧化铝，其主要优点有：①高化学稳定性，它意味着能用强酸和苛性碱液在高温下进行再生。

②高机械强度，能承受高压反冲洗。

③高热稳定性，它使得高温蒸气灭菌成为可能。

④狭窄PSD，这些无机陶瓷膜用氧化铝粉未充填制备，随后烧结。只要氧化铝粉末颗粒尺寸精确，就可望获得相应狭窄PSD。

⑤使用寿命长，通常认为使用寿命可超过8-10年。

2、由于是定时脉冲式反冲洗，有效防止膜组件的堵塞，获得了稳定的大流量。

下面结合附图和实施例详细说明：

图1为本发明组成框图。

图2为膜组件截面图。

图3为本实施例结构示意图(主视)图4为本实施例结构示意图(俯视)。其中：A——过滤部分；B——反冲部分；C——清洗部分；D——控制部分；A部分：1——料液中间罐，因本发明为“错流”过滤，因此又叫循环中间罐；2——主管道；QF1——气动蝶阀，当料液中间罐1液面低于下限时自动关闭；3——增压泵，泵压=0.6pn，流速V=3-5m/s；4——高低压保护开关，按预先设置的压力使增压泵3工作，否则停机，保护膜组件不受损伤；5——汇流管；6——膜组件，SF1、SF2、SF3、SF4——手动蝶阀，其中SF1、SF2做膜组件6完整性测试用，在每个工作班开始前进行；LJ1——电动流量计；7——回流侧汇流管；8——板式换热器；9——回流管；10——放气孔；11——液面自控器；12——透过液管道；QF2——气动蝶阀；LJ2——电动流量计；SF5——手动蝶阀；13——设备底盘；14——可调螺钉。

B部分：21——反冲管道；SF6——手动蝶阀；

22——二位三通阀，由控制器41予先设定，按时转换；23——气缸，冲程可调，压力可调，缸容大小能保证完成一次脉冲反冲所需的透过液；QF3——气动蝶阀。

C部分：31——清冼管道；32——排污口；SF7——手动蝶阀；SF8——手动蝶阀；D部分：41——PLC可编程控制器；a、b、c、e、f、g、h、i、j..——接口，分别与液而自控器11的a、气动蝶阀QF1的b、增压泵3的c、高低压保护开关4的d、电动流量计LJ1的e、气动蝶阀QF2的f、电动流量计LJ2的g、二位三通阀22的h、气缸23的i、气动蝶阀QF3的j点相连接。

51——原酒，52——啤酒灌装线，53——无菌压缩空气，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、由图1可知，本发明由过滤部分A、反冲部分B、清洗部分C及控制部分D组成。

①过滤部分A由下列部件组成，并依次连接：料液中间罐1→主管道2→气动蝶阀QF1→增压泵3→高低压保护开关4→汇流管5→手动蝶阀SF1 →膜组件6→手动蝶阀SF2→回流侧汇流管7→手动蝶阀SF3→电动流量计LJ1→手动蝶阀SF4→板式换热器8→回流管9→料液中间罐1。膜组件6→透过液管道12→气动蝶阀QF2→电动流量计LJ2→手动蝶阀SF5。料液中间罐1顶端有放气孔10，内安装有液面自控器11。

②反冲部分B由下列部件组成，其连接关系是：反冲管道21的始端与无菌压缩空气53的管口相连接，尾端与透过液管道12相连接；在反冲管道21上依次安装有气动蝶阀QF6、二位三通阀22、气缸23、气动蝶阀QF3。

③清洗部分C由清洗管道31接入膜组件6，排污管32安装在料液中间罐1的底部。清洗管道31上有手动蝶阀SF7，排污管32上有手动蝶阀SF8。

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

2、膜组件6是本设备的核心过滤部分，由图2可知，每个膜组件由一组无机陶瓷膜滤蕊6.1和密封圈6.2、不锈钢花板6.3及不锈钢圆筒6.4组成。其中每根膜滤蕊6.1为φ30mm.长度1020mm，19孔，呈蜂窝状多孔体；又多根膜滤蕊6.1为一组，也呈蜂窝状分布；两端用橡胶密封圈6.2固定在不锈钢花板上6.3，花板6.3安装在不锈钢圆筒6.4上。本膜组件6安装有7根膜滤蕊6.1；实际应用时，膜组件6可根据过滤量需要选择不同根数的膜滤蕊6.1和各种组合。

3、过滤部分B在运行过程中常因堵塞使流量逐渐减小，需要反冲。本反冲部分C通过二位三通阀22的接点h与控制器41中的定时转换脉冲信号h接口相连接，从而得到一种冲洗效果极好的定时的脉冲式反冲洗，保证稳定的大流量。

4、本发明实施例如图3、图4所示，过滤部分A的膜组件6有4组(6.a6.b,6.c,6.d)，呈上下排列，其左端分别通过手动蝶阀SF1(SF1a、SF1b、SF1c、SF1d)与汇流管5相连接，其右端分别通过手动蝶阀SF2(SF2a、SF2b、SF2c、SF2d)与回流侧汇流管7相连接，均做气密性实验。根据生产规模的不同大小，膜组件6可适当增加和减少。

本发明的工作过程是：进入本发明的原酒51必需是经过硅燥土过滤的清酒，其主要要求有：①细菌总数≤100个/ml(厌氧菌等应在前道工序处理合格)。

②酵母菌＜5个/ml③浊度＜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送至料液中间罐1，当液面在过滤状态以及主管道2中的压力在高低压保护开关4的设定值内，以及来自啤酒灌装线52的要酒信号时，增压泵3自动启动，此时所有阀处于工作状态。

要过滤的原酒，按预先设置的管道流向及合理压力状态进入膜组件6，在压力作用下，原酒51中小于0.45μm的物质(溶液)透过膜的功能面，汇集到透过液管道12，到啤酒灌装线52；而原酒中大于0.45μm的物资(酵母菌杂质部分胶体物质)被截住或随原酒51再回流料液中间罐1，为此不断循环过滤就会获得合格的无菌啤酒。

而料液中间罐1中的原酒浓度，随着时间的推移变得越来越大，当达到浓度最大设定值时，停止过滤作为“啤尾”处理。

膜在过滤过程中不可避免的会堵塞，为了保证在工作时间内有恒定的流量，本发明设有专门的反冲部分C。定时脉冲式反冲，是按予先设定的时间和压力在过滤过程中实现自动反冲。反冲管道21上的二位三通阀22受控制器41的定时转换脉冲信号的控制。气水混合反冲，气是无菌压缩空气53，水为无菌水。由于是气水混合反冲，较彻底清除了膜组件深层毛孔中的微粒而使其较好地恢复大通量当每个工作班结束时，由CIP较彻底的清洗，包括CIP正洗54、CIP返洗55,CIP回收(返洗)57、CIP回收(正洗)58。彻底清洗后的废液从排污口32排出。清洗的洁净度由传感器、仪表自动显示。

由于本发明属采用新技术取代传统落后的工艺，因此，在纯生啤酒以其它饮料中的生产中有着广阔的应用前景。