[發明專利]一種麥汁薄膜強化傳質煮沸系統及其低熱負荷煮沸工藝

有效

• 申請號: 202110049031.6
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112608801B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 戴曉勇;李占勇;徐慶;張帆;李彥華;吳畏
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: B01D3/02
• 分類號: B01D3/02;C12C7/22
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

1.一種麥汁薄膜強化傳質煮沸系統，其特征在于：包括煮沸沉淀槽鍋體（26），離心成膜強化傳質裝置（45）、蒸汽進口管路系統（71）、蒸汽出口管路系統（72）、一號變頻物料泵（7）、二號變頻物料泵（1）、麥汁冷卻系統（73）和CIP系統（74），所述的離心成膜強化傳質裝置（45）位于煮沸沉淀槽鍋體（26）頂部，通過第十四氣動蝶閥（35）與設置于煮沸沉淀槽鍋體（26）頂部的二次蒸汽出口（32）從側部連通，其旋轉軸（40）通過機械密封穿過二次蒸汽出口（32）中心到達煮沸沉淀槽鍋體（26）底部并安裝有攪拌裝置（25）；所述蒸汽進口管路（71）通過三個分支分別與設置于離心成膜強化傳質裝置（45）底部的成膜裝置蒸汽夾套（85），煮沸沉淀槽鍋體（26）筒體和錐底上的蒸汽夾套（17）進口相連通；所述的一號變頻物料泵（7），其入口分別通過第三氣動蝶閥（4）、第四氣動蝶閥（5）、第五氣動蝶閥（6）和設置于煮沸沉淀槽鍋體（26）底部的出口二（16）、出口一（14）和設置于離心成膜強化傳質裝置（45）底部的麥汁出口（49）相連；其出口分別通過第六氣動蝶閥（8）、第七氣動蝶閥（9）、第八氣動蝶閥（10）和設置于煮沸沉淀槽鍋體（26）筒體上的麥汁回流口（70）、切線進口（69）及麥汁冷卻系統（73）上的熱麥汁入口相連；所述的二號變頻物料泵（1），其入口分別通過第一氣動蝶閥（2）、第二氣動蝶閥（3）和設置于煮沸沉淀槽鍋體（26）底部的出口二（16）及設置于煮沸沉淀槽鍋體（26）筒體上的出口三（22）相連，其出口與設置于離心成膜強化傳質裝置（45）頂部的布液系統入口相連；

所述的離心成膜強化傳質裝置（45）設置有成膜裝置殼體（46）、液位開關四（38）、機械密封、旋轉軸（40）、變頻電機（42）、壓力傳感器（43）、麥汁緩沖筒（37）、成膜裝置麥汁出口（49）和布液裝置（44），其中成膜裝置殼體上固定有重力場膜片（50），旋轉軸（40）上固定有離心力場膜片（51），離心力場膜片（51）上還設置有不定數量的擾流片（52），麥汁緩沖筒（37）底部通過第十四氣動蝶閥（35）相連，其底部和二次蒸汽出口（32）之間通過機械密封分隔，麥汁緩沖筒（37）和成膜裝置殼體（46）錐底上設置有成膜裝置蒸汽夾套（85），用于產生少量二次蒸汽，成膜裝置殼體（46）頂部與真空泵（41）入口相連，真空泵（41）出口去能源回收系統，離心成膜強化傳質裝置為真空室；

所述的煮沸沉淀槽鍋體（26）頂部的二次蒸汽出口（32）與二次蒸汽排氣筒（36）相連，通過第十三氣動蝶閥（34）控制氣體排放，二次蒸汽出口（32）通過第十四氣動蝶閥（35）和離心成膜強化傳質裝置（45）從側部相連通，煮沸沉淀槽鍋體（26）的筒體上設置有溫度傳感器（24）、液位傳感器（23）、筒體夾套（75）、出口三（22）、麥汁回流口（70）和切線進口（69）；煮沸沉淀槽鍋體（26）的錐底上設置有蒸汽夾套（17）和熱凝固物收集裝置（15），其中熱凝固物收集裝置（15）上還包含有出口二（16）、出口一（14）和液位開關一（13），其中出口一（14）通過第十氣動蝶閥（12）設置麥汁進料管路；其中心設置有強化熱凝固物碰撞團聚的攪拌裝置（25），且與離心成膜強化傳質裝置（45）共用旋轉軸（40）和變頻電機（42）。

2.根據權利要求1所述的一種麥汁薄膜強化傳質煮沸系統，其特征在于：所述的麥汁冷卻系統（73），包括板式換熱器（58），板式換熱器（58）上設置有冰水入口、熱水出口、熱麥汁入口及冷麥汁出口，所述冰水入口上設置有雙金屬溫度計和氣動調節閥（55）；熱水出口上設置有雙金屬溫度計和第十五氣動蝶閥（54）；熱麥汁入口設置有雙金屬溫度計并通過第八氣動蝶閥（10）與一號變頻物料泵（7）出口相連；冷麥汁出口上設置有雙金屬溫度計并通過第十六氣動蝶閥（62）去麥汁充氧裝置。

3.根據權利要求1所述的一種麥汁薄膜強化傳質煮沸系統，其特征在于：所述CIP系統（74），其入口主管設置有兩個支路，其中一個支路通過第十二氣動蝶閥（30）和洗球清洗二次蒸汽排氣筒（36），另一個支路通過第十一氣動蝶閥（27）和洗球清洗煮沸沉淀槽鍋體（26）；CIP清洗液通過出口一（14）和第九氣動蝶閥（11）回CIP系統。

4.一種利用權利要求1-3任意一項所述麥汁薄膜強化傳質煮沸系統的低熱負荷煮沸工藝，其特征在于：包括如下步驟：

（1）進料：麥汁進入煮沸沉淀槽鍋體的溫度為98℃，如果進料溫度不足，可用設置于系統外部的蒸汽加熱系統升溫至98℃；

（2）保溫階段：以保持恒溫代替高強度煮沸，設定煮沸沉淀槽鍋體保溫溫度為98℃，上限為98.5℃，下限為97.5℃，用蒸汽加熱系統保持恒溫，并把麥汁自煮沸沉淀槽鍋體泵入離心成膜強化傳質裝置頂部離心成膜，開啟成膜裝置蒸汽夾套產生少量二次蒸汽依次通過離心成膜強化傳質裝置內的離心力場膜片和重力場膜片面上的麥汁湍流膜，期間DMS與二次蒸汽進行高效傳質，二次蒸汽中的DMS含量將越來越高，保溫期間因溫度低于麥汁沸點，總蒸發量在1%以下，保溫時間為50-60分鐘；

（3）加熱升溫至沸騰：煮沸沉淀槽鍋體內麥汁加熱至沸騰且保持持續加熱，并把麥汁泵入離心成膜強化傳質裝置頂部離心成膜，煮沸沉淀槽鍋體內產生的二次蒸汽依次通過離心成膜強化傳質裝置內的離心力場膜片和重力場膜片面上的麥汁湍流膜，期間DMS與二次蒸汽進行高效傳質，二次蒸汽中的DMS含量將越來越高，計時10-15分鐘，總蒸發量為0.5-0.7%；

（4）煮沸后真空蒸發：通過真空泵控制離心成膜強化傳質裝置內表壓為-0.4bar，并把麥汁泵入離心成膜強化傳質裝置頂部離心成膜，真空室的麥汁在膜狀態下劇烈沸騰，有利于DMS分離排出，同時煮沸沉淀槽鍋體內沸騰產生的二次蒸汽在麥汁湍流膜表面進行強化傳質，二次蒸汽中的DMS含量將越來越高，最終物料溫度將降到86-90℃時，此時階段的低溫有利于降低沉淀階段SMM裂解為DMS，且有利于香型酒花的添加，減少酒花精油的揮發損失，且可降低沉淀階段的熱負荷，繼而降低TBA值；

（5）麥汁沉淀后冷卻前進一步真空閃蒸去除沉淀階段形成的DMS：

通過真空泵控制離心成膜強化傳質裝置內表壓為-0.8bar，并把麥汁泵入離心成膜強化傳質裝置頂部離心成膜，真空室的麥汁在膜狀態下劇烈沸騰，有利于DMS分離排出，同時沸騰產生的二次蒸汽在麥汁湍流膜表面進行強化傳質，二次蒸汽中的DMS含量將越來越高，最終物料溫度將降到61-65℃，減少冷卻麥汁的能量消耗；通過在湍流薄膜狀態下的真空閃蒸，步驟（4）和步驟（5）產生的總蒸發量為6-8%。