專利名稱：一種無機(jī)陶瓷膜自動(dòng)啤酒低溫除菌微濾設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液體過濾技術(shù)，尤其涉及一種無機(jī)陶瓷膜液體過濾除菌技術(shù)。
作為一種液體過濾技術(shù)，廣泛應(yīng)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，以及米酒、純生啤酒、鮮果汁的澄清和過濾除菌。
其中啤酒的低溫過濾除菌尤為重要。
我國的啤酒工業(yè)發(fā)展迅速，平均每年以6-8％的速度增長。1998年產(chǎn)量已達(dá)1986．26噸，而且呈繼續(xù)發(fā)展勢頭。預(yù)計(jì)到2003年，我國啤酒總產(chǎn)量將達(dá)到2500萬噸，超過美國，成為世界第一啤酒生產(chǎn)大國。
從釀造工藝上看，瓶裝啤酒為了達(dá)到保證期無菌，最常用的方法是高溫巴氏滅菌，這種傳統(tǒng)工藝在很大程度上改變了啤酒的風(fēng)味，破壞了啤酒中的一些營養(yǎng)成份，使瓶裝啤酒實(shí)際上成為熱啤酒。
從國際啤酒消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看，用冷態(tài)膜過濾和配置以無菌灌裝系統(tǒng)等生產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)，基本上代替了熱啤酒。如美國、法國等純生啤酒占啤酒消費(fèi)的比重已達(dá)80％以上，日本更高達(dá)99％左右。
現(xiàn)常用的啤酒過濾除菌技術(shù)是以聚丙烯、聚砜、尼龍等材料制成的“折疊式濾筒”，較普遍應(yīng)用，其特點(diǎn)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(shí)際上連100噸都不到，而進(jìn)口濾芯價(jià)格昂貴，增加了運(yùn)行成本；另外不耐高溫，用85℃的熱堿水清洗易變形，因此，設(shè)計(jì)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(shù)，應(yīng)該是對各種啤酒在安全和經(jīng)濟(jì)的前提下，具有長周期過濾穩(wěn)定的能力，即①它必須有一種能從啤酒中去除有害細(xì)菌的過濾器；②它應(yīng)是經(jīng)濟(jì)的，就是過濾運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低和短的償還時(shí)間；③過濾一定要溫和，不應(yīng)該從啤酒中去除有益物質(zhì)，否則啤酒的芳香和營養(yǎng)將受到損失。
這就要求無機(jī)膜管應(yīng)具有范圍很窄的“微孔尺寸分布”(PSD)，即PSD一定要?jiǎng)偤媚苋コ泻?xì)菌，而讓其它有益的物質(zhì)通過。由于啤酒中有害細(xì)菌尺寸均大于0．5μm，因此，具有0．45μm的PSD的膜較為理想。
本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有啤酒過濾除菌技術(shù)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(yùn)行成本低和耐熱性能好的無機(jī)陶瓷膜自動(dòng)啤酒低溫除菌微濾設(shè)備。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的①采用無機(jī)陶瓷膜作為濾芯，并設(shè)計(jì)實(shí)用的膜組件。無機(jī)陶瓷膜選用圓柱形蜂窩狀做支撐體，用燒結(jié)法制備無機(jī)陶瓷膜。膜材料氧化鋁粉末，只要精確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(jī)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(jù)過濾量大小，而確定膜的數(shù)量。膜的兩端用密封圈固定在花板上(法蘭上)，外殼為不銹鋼圓筒，組成膜組件。膜的功能層在蜂窩狀多孔體的內(nèi)壁，通常稱內(nèi)壓式，通過增壓泵在壓力作用下，使小于平均孔徑的溶質(zhì)透過(透過液)，而大于平均孔徑的物質(zhì)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(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為錯(cuò)流過濾，由增壓泵使酒液在膜腔內(nèi)循環(huán)。
③設(shè)計(jì)定時(shí)脈沖式反沖冼，同時(shí)配以氣水混合反沖，從而保證膜有較長的過濾周期。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本實(shí)用新型的微濾膜是無機(jī)陶瓷膜，其孔徑為0．45μm，所用膜材料為氧化鋁，其主要優(yōu)點(diǎn)有①高化學(xué)穩(wěn)定性，它意味著能用強(qiáng)酸和苛性堿液在高溫下進(jìn)行再生。
②高機(jī)械強(qiáng)度，能承受高壓反沖洗。
③高熱穩(wěn)定性，它使得高溫蒸氣滅菌成為可能。
④狹窄PSD，這些無機(jī)陶瓷膜用氧化鋁粉未充填制備，隨后燒結(jié)。只要氧化鋁粉末顆粒尺寸精確，就可望獲得相應(yīng)狹窄PSD。
⑤使用壽命長，通常認(rèn)為使用壽命可超過8-10年。
2、由于是定時(shí)脈沖式反沖洗，有效防止膜組件的堵塞，獲得了穩(wěn)定的大流量。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明


圖1為本實(shí)用新型組成框圖。
圖2為膜組件截面圖。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，因本實(shí)用新型為“錯(cuò)流”過濾，因此又叫循環(huán)中間罐；2-主管道；QF1-氣動(dòng)蝶閥，當(dāng)料液中間罐1液面低于下限時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；3-增壓泵，泵壓=0．6pa，流速V=3-5m／s；4-高低壓保護(hù)開關(guān)，按預(yù)先設(shè)置的壓力使增壓泵3工作，否則停機(jī)，保護(hù)膜組件不受損傷；5-匯流管；6-膜組件，SF1、SF2、SF3、SF4-手動(dòng)蝶閥，其中SF1、SF2做膜組件6完整性測試用，在每個(gè)工作班開始前進(jìn)行；LJ1-電動(dòng)流量計(jì)；7-回流側(cè)匯流管；8-板式換熱器；9-回流管；10-放氣孔；11-液面自控器；12-透過液管道；QF2-氣動(dòng)蝶閥；LJ2-電動(dòng)流量計(jì)；SF5-手動(dòng)蝶閥；B部分21-反沖管道；SF6-手動(dòng)蝶閥；22-二位三通閥，由控制器41予先設(shè)定，按時(shí)轉(zhuǎn)換；23-氣缸，沖程可調(diào)，壓力可調(diào)，缸容大小能保證完成一次脈沖反沖所需的透過液；QF3-氣動(dòng)蝶閥。
C部分31-清冼管道；32-排污口；SF7-手動(dòng)蝶閥；SF8-手動(dòng)蝶閥；D部分41-PLC可編程控制器；a、b、c、e、f、g、h、i、j．．-接口，分別與液面自控器11的a、氣動(dòng)蝶閥QF1的b、增壓泵3的c、高低壓保護(hù)開關(guān)4的d、電動(dòng)流量計(jì)LJ1的e、氣動(dòng)蝶閥QF2的f、電動(dòng)流量計(jì)LJ2的g、二位三通閥22的h、氣缸23的i、氣動(dòng)蝶閥QF3的j點(diǎn)相連接。
51-原酒，52-啤酒灌裝線，53-無菌壓縮空氣。
1、由
圖1可知，本實(shí)用新型由過濾部分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(dòng)蝶閥QF1→增壓泵3→高低壓保護(hù)開關(guān)4→匯流管5→手動(dòng)蝶閥SF1→膜組件6→手動(dòng)蝶閥SF2→回流側(cè)匯流管7→手動(dòng)蝶閥SF3→電動(dòng)流量計(jì)LJ1→手動(dòng)蝶閥SF4→板式換熱器8→回流管9→料液中間罐1。膜組件6→透過液管道12→氣動(dòng)蝶閥QF2→電動(dòng)流量計(jì)LJ2→手動(dòng)蝶閥SF5。料液中間罐1頂端有放氣孔10，內(nèi)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(guān)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(dòng)蝶閥QF6、二位三通閥22、氣缸23、氣動(dòng)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(dòng)蝶閥SF7，排污管32上有手動(dòng)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(shè)備的核心過濾部分，由圖2可知，每個(gè)膜組件由一組無機(jī)陶瓷膜濾蕊6．1和密封圈6．2、不銹鋼花板6．3及不銹鋼圓筒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固定在不銹鋼花板上6．3，花板6．3安裝在不銹鋼圓筒6．4上。本膜組件6安裝有7根膜濾蕊6．1；實(shí)際應(yīng)用時(shí)，膜組件6可根據(jù)過濾量需要選擇不同根數(shù)的膜濾蕊6．1和各種組合。
3、過濾部分B在運(yùn)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(diǎn)h與控制器41中的定時(shí)轉(zhuǎn)換脈沖信號h接口相連接，從而得到一種沖洗效果極好的定時(shí)的脈沖式反沖洗，保證穩(wěn)定的大流量。
本實(shí)用新型的工作過程是進(jìn)入本實(shí)用新型的原酒51必需是經(jīng)過硅燥土過濾的清酒，其主要要求有①細(xì)菌總數(shù)≤100個(gè)／ml(厭氧菌等應(yīng)在前道工序處理合格)。
②酵母菌＜5個(gè)／ml③濁度＜0．3EBC-TU④B-葡聚糖，越低越好⑤碘值＜0．25符合上述指標(biāo)要求的原酒51送至料液中間罐1，當(dāng)液面在過濾狀態(tài)以及主管道2中的壓力在高低壓保護(hù)開關(guān)4的設(shè)定值內(nèi)，以及來自啤酒灌裝線52的要酒信號時(shí)，增壓泵3自動(dòng)啟動(dòng)，此時(shí)所有閥處于工作狀態(tài)。
要過濾的原酒，按預(yù)先設(shè)置的管道流向及合理壓力狀態(tài)進(jìn)入膜組件6，在壓力作用下，原酒51中小于0．45μm的物質(zhì)(溶液)透過膜的功能面，匯集到透過液管道12，到啤酒灌裝線52；而原酒中大于0．45μm的物資(酵母菌雜質(zhì)部分膠體物質(zhì))被截住或隨原酒51再回流料液中間罐1，為此不斷循環(huán)過濾就會(huì)獲得合格的無菌啤酒。
而料液中間罐1中的原酒濃度，隨著時(shí)間的推移變得越來越大，當(dāng)達(dá)到濃度最大設(shè)定值時(shí)，停止過濾作為“啤尾”處理。
膜在過濾過程中不可避免的會(huì)堵塞，為了保證在工作時(shí)間內(nèi)有恒定的流量，本實(shí)用新型設(shè)有專門的反沖部分C。定時(shí)脈沖式反沖，是按予先設(shè)定的時(shí)間和壓力在過濾過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖。反沖管道21上的二位三通閥22受控制器41的定時(shí)轉(zhuǎn)換脈沖信號的控制。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復(fù)大通量。
當(dāng)每個(gè)工作班結(jié)束時(shí)，需進(jìn)行徹底清洗。徹底清洗后的廢液從排污口32排出。清洗的潔凈度由傳感器、儀表自動(dòng)顯示。
由于本實(shí)用新型屬采用新技術(shù)取代傳統(tǒng)落后的工藝，因此，在純生啤酒以其它飲料中的生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種無機(jī)陶瓷膜自動(dòng)啤酒低溫除菌微濾設(shè)備，由過濾部分A、反沖部分B、清洗部分C及控制部分D組成，其特征在于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(dòng)蝶閥(QF1)、增壓泵(3)、高低壓保護(hù)開關(guān)(4)、匯流管(5)、手動(dòng)蝶閥(SF1)、膜組件(6)、手動(dòng)蝶閥(SF2)、回流側(cè)匯流管(7)、手動(dòng)蝶閥(SF3)、電動(dòng)流量計(jì)(LJ1)、手動(dòng)蝶閥(SF4)、板式換熱器(8)、回流管(9)、料液中間罐(1)；膜組件(6)、透過液管道(12)、氣動(dòng)蝶閥(QF2)、電動(dòng)流量計(jì)(LJ2)、手動(dòng)蝶閥(SF5)；料液中間罐1頂端有放氣孔10，內(nèi)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(guān)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)上依次安裝有手動(dòng)蝶閥(SF6)、兩位三通管(22)、氣缸(23)、氣動(dòng)蝶閥(QF3)、透過液管道(12)；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(dòng)蝶閥(SF7)，排污管32上有手動(dòng)蝶閥(SF8)；④控制部分D由PLC可編程控制器(41)和接口(a、b、c、d、e、f、g、h、i、j)組成，分別與液面自控器(11)的(a)、氣動(dòng)蝶閥(QF1)的(b)、增壓泵(3)的(c)、高低壓保護(hù)開關(guān)(4)的(d)、電動(dòng)流量計(jì)(LJ1)的(e)、氣動(dòng)蝶閥(QF2)的(f)、電動(dòng)流量計(jì)(LJ2)的(g)、二位三通閥(22)的(h)、氣缸(23)的(i)、氣動(dòng)蝶閥(QF3)的(j)點(diǎn)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)陶瓷膜自動(dòng)低溫除菌微濾設(shè)備，其特征在于膜組件(6)由無機(jī)陶瓷膜濾芯(6．1)、密封圈(6．2)、花板(6．3)及圓筒(6．4)組成，無機(jī)陶瓷膜濾芯(6．1)由氧化鋁材料制成，呈蜂窩狀，兩端用密封圈(6．2)固定在花板(6．3)上，再安裝在圓筒(6．4)上。
3.按權(quán)利要求1所述的一種無機(jī)陶瓷膜自動(dòng)低溫除菌微濾設(shè)備，其特征在于二位三通閥(22)的接點(diǎn)(h)與控制器(41)中的定時(shí)轉(zhuǎn)換脈沖信號(b)接口相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無機(jī)陶瓷膜自動(dòng)啤酒低溫除菌微濾設(shè)備,涉及一種液體過濾除菌技術(shù),尤其涉及無機(jī)陶瓷膜啤酒過濾除菌技術(shù)。為了提供一種性能價(jià)格比更高的啤酒低溫除菌微濾設(shè)備,本實(shí)用新型由過濾部分、反沖部分、清洗部分和控制部分組成,主要是過濾部分中的微濾膜為無機(jī)陶瓷膜,不僅能有效除菌,并保持啤酒的芳香和有益物質(zhì)不受損失;反沖部分中的二位三通閥受定時(shí)脈沖信號控制,即為一種定時(shí)脈沖氣水混合反沖洗,有效防止了膜組件的堵塞,獲得了穩(wěn)定的大流量。由于本實(shí)用新型屬采用新技術(shù)取代傳統(tǒng)落后的工藝,在純生啤酒以及其它飲料的生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B01D71/00GK2428210SQ0022999
公開日2001年5月2日 申請日期2000年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月25日
發(fā)明者金振忠, 王沛 申請人:金振忠