[发明专利]一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统及其低热负荷煮沸工艺

权利要求书

1.一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，其特征在于：包括煮沸沉淀槽锅体（26），离心成膜强化传质装置（45）、蒸汽进口管路系统（71）、蒸汽出口管路系统（72）、一号变频物料泵（7）、二号变频物料泵（1）、麦汁冷却系统（73）和CIP系统（74），所述的离心成膜强化传质装置（45）位于煮沸沉淀槽锅体（26）顶部，通过第十四气动蝶阀（35）与设置于煮沸沉淀槽锅体（26）顶部的二次蒸汽出口（32）从侧部连通，其旋转轴（40）通过机械密封穿过二次蒸汽出口（32）中心到达煮沸沉淀槽锅体（26）底部并安装有搅拌装置（25）；所述蒸汽进口管路（71）通过三个分支分别与设置于离心成膜强化传质装置（45）底部的成膜装置蒸汽夹套（85），煮沸沉淀槽锅体（26）筒体和锥底上的蒸汽夹套（17）进口相连通；所述的一号变频物料泵（7），其入口分别通过第三气动蝶阀（4）、第四气动蝶阀（5）、第五气动蝶阀（6）和设置于煮沸沉淀槽锅体（26）底部的出口二（16）、出口一（14）和设置于离心成膜强化传质装置（45）底部的麦汁出口（49）相连；其出口分别通过第六气动蝶阀（8）、第七气动蝶阀（9）、第八气动蝶阀（10）和设置于煮沸沉淀槽锅体（26）筒体上的麦汁回流口（70）、切线进口（69）及麦汁冷却系统（73）上的热麦汁入口相连；所述的二号变频物料泵（1），其入口分别通过第一气动蝶阀（2）、第二气动蝶阀（3）和设置于煮沸沉淀槽锅体（26）底部的出口二（16）及设置于煮沸沉淀槽锅体（26）筒体上的出口三（22）相连，其出口与设置于离心成膜强化传质装置（45）顶部的布液系统入口相连；

所述的离心成膜强化传质装置（45）设置有成膜装置壳体（46）、液位开关四（38）、机械密封、旋转轴（40）、变频电机（42）、压力传感器（43）、麦汁缓冲筒（37）、成膜装置麦汁出口（49）和布液装置（44），其中成膜装置壳体上固定有重力场膜片（50），旋转轴（40）上固定有离心力场膜片（51），离心力场膜片（51）上还设置有不定数量的扰流片（52），麦汁缓冲筒（37）底部通过第十四气动蝶阀（35）相连，其底部和二次蒸汽出口（32）之间通过机械密封分隔，麦汁缓冲筒（37）和成膜装置壳体（46）锥底上设置有成膜装置蒸汽夹套（85），用于产生少量二次蒸汽，成膜装置壳体（46）顶部与真空泵（41）入口相连，真空泵（41）出口去能源回收系统，离心成膜强化传质装置为真空室；

所述的煮沸沉淀槽锅体（26）顶部的二次蒸汽出口（32）与二次蒸汽排气筒（36）相连，通过第十三气动蝶阀（34）控制气体排放，二次蒸汽出口（32）通过第十四气动蝶阀（35）和离心成膜强化传质装置（45）从侧部相连通，煮沸沉淀槽锅体（26）的筒体上设置有温度传感器（24）、液位传感器（23）、筒体夹套（75）、出口三（22）、麦汁回流口（70）和切线进口（69）；煮沸沉淀槽锅体（26）的锥底上设置有蒸汽夹套（17）和热凝固物收集装置（15），其中热凝固物收集装置（15）上还包含有出口二（16）、出口一（14）和液位开关一（13），其中出口一（14）通过第十气动蝶阀（12）设置麦汁进料管路；其中心设置有强化热凝固物碰撞团聚的搅拌装置（25），且与离心成膜强化传质装置（45）共用旋转轴（40）和变频电机（42）。

2.根据权利要求1所述的一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，其特征在于：所述的麦汁冷却系统（73），包括板式换热器（58），板式换热器（58）上设置有冰水入口、热水出口、热麦汁入口及冷麦汁出口，所述冰水入口上设置有双金属温度计和气动调节阀（55）；热水出口上设置有双金属温度计和第十五气动蝶阀（54）；热麦汁入口设置有双金属温度计并通过第八气动蝶阀（10）与一号变频物料泵（7）出口相连；冷麦汁出口上设置有双金属温度计并通过第十六气动蝶阀（62）去麦汁充氧装置。

3.根据权利要求1所述的一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，其特征在于：所述CIP系统（74），其入口主管设置有两个支路，其中一个支路通过第十二气动蝶阀（30）和洗球清洗二次蒸汽排气筒（36），另一个支路通过第十一气动蝶阀（27）和洗球清洗煮沸沉淀槽锅体（26）；CIP清洗液通过出口一（14）和第九气动蝶阀（11）回CIP系统。

4.一种利用权利要求1-3任意一项所述麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）进料：麦汁进入煮沸沉淀槽锅体的温度为98℃，如果进料温度不足，可用设置于系统外部的蒸汽加热系统升温至98℃；

（2）保温阶段：以保持恒温代替高强度煮沸，设定煮沸沉淀槽锅体保温温度为98℃，上限为98.5℃，下限为97.5℃，用蒸汽加热系统保持恒温，并把麦汁自煮沸沉淀槽锅体泵入离心成膜强化传质装置顶部离心成膜，开启成膜装置蒸汽夹套产生少量二次蒸汽依次通过离心成膜强化传质装置内的离心力场膜片和重力场膜片面上的麦汁湍流膜，期间DMS与二次蒸汽进行高效传质，二次蒸汽中的DMS含量将越来越高，保温期间因温度低于麦汁沸点，总蒸发量在1%以下，保温时间为50-60分钟；

（3）加热升温至沸腾：煮沸沉淀槽锅体内麦汁加热至沸腾且保持持续加热，并把麦汁泵入离心成膜强化传质装置顶部离心成膜，煮沸沉淀槽锅体内产生的二次蒸汽依次通过离心成膜强化传质装置内的离心力场膜片和重力场膜片面上的麦汁湍流膜，期间DMS与二次蒸汽进行高效传质，二次蒸汽中的DMS含量将越来越高，计时10-15分钟，总蒸发量为0.5-0.7%；

（4）煮沸后真空蒸发：通过真空泵控制离心成膜强化传质装置内表压为-0.4bar，并把麦汁泵入离心成膜强化传质装置顶部离心成膜，真空室的麦汁在膜状态下剧烈沸腾，有利于DMS分离排出，同时煮沸沉淀槽锅体内沸腾产生的二次蒸汽在麦汁湍流膜表面进行强化传质，二次蒸汽中的DMS含量将越来越高，最终物料温度将降到86-90℃时，此时阶段的低温有利于降低沉淀阶段SMM裂解为DMS，且有利于香型酒花的添加，减少酒花精油的挥发损失，且可降低沉淀阶段的热负荷，继而降低TBA值；

（5）麦汁沉淀后冷却前进一步真空闪蒸去除沉淀阶段形成的DMS：

通过真空泵控制离心成膜强化传质装置内表压为-0.8bar，并把麦汁泵入离心成膜强化传质装置顶部离心成膜，真空室的麦汁在膜状态下剧烈沸腾，有利于DMS分离排出，同时沸腾产生的二次蒸汽在麦汁湍流膜表面进行强化传质，二次蒸汽中的DMS含量将越来越高，最终物料温度将降到61-65℃，减少冷却麦汁的能量消耗；通过在湍流薄膜状态下的真空闪蒸，步骤（4）和步骤（5）产生的总蒸发量为6-8%。