CN112608801B - 一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统及其低热负荷煮沸工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，包括煮沸沉淀槽锅体，离心成膜强化传质装置、蒸汽进口管路系统、蒸汽出口管路系统、一号变频物料泵、二号变频物料泵、麦汁冷却系统和CIP系统，通过煮沸沉淀槽锅体、离心成膜强化传质装置的结合实现二次蒸汽在麦汁湍流膜上与DMS进行高效传质，高效去除DMS，实现冷麦汁DMS含量低于10μg/L；本发明还涉及一种低热负荷煮沸工艺，在稍低于沸点保温代替强烈煮沸，一次能源消耗带来的蒸发量小于1％，同时在煮沸和沉淀结束后麦汁都可在离心成膜强化传质装置中进行真空闪蒸，将麦汁温度降到旋流沉淀前88℃和麦汁冷却前63℃，降低在沉淀冷却阶段热负荷，避免麦汁中过量老化物质产生；合理控氮，提高平衡性和泡沫稳定性。

Description

一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统及其低热负荷煮沸工艺

技术领域

本发明属于啤酒酿造过程中的麦汁煮沸系统及其工艺技术领域，尤其涉及一种具有与二次蒸汽在麦汁湍流膜状态下高效传质的麦汁薄膜强化传质煮沸系统及采用此系统后的低热负荷煮沸工艺。

背景技术

啤酒的酿造过程主要分为热段的麦汁制备过程和冷段的麦汁发酵过程，其中麦汁制备过程又分为糖化、过滤、煮沸和旋流沉淀等单元操作，其中麦汁煮沸（Wort Boiling）阶段是啤酒酿造中最耗能的单元操作。

在麦芽汁充氧并被酵母细胞用作酒精发酵的营养液之前，麦芽汁必须被煮沸系统煮沸。麦汁煮沸是一个复杂的过程，在这个过程中发生了广泛的化学、物理、物理化学和生化反应。其目的主要有：酒花组分的萃取和异构化、热凝固物的形成、通过麦汁的灭菌和残余酶的灭活来形成组分稳定的麦汁、美拉德反应、形成一些颜色组分、去除不需要的挥发性香气化合物、降低PH值和水分蒸发等。在这一过程中：煮沸强度是影响麦汁风味主要手段，热力分离效果的评价多以香气化合物二甲基硫(DMS)的浓度为重要指标；但强烈的煮沸会让麦汁承受过高的热负荷，造成其羰基类化合物增多【用硫代巴比妥酸（TBA）值来标示】，进而造成啤酒过快老化。

麦汁煮沸单元经历了经典常压煮沸（总蒸发率8-12%，甚至更高），高压煮沸（总蒸发率6-8%），低压煮沸（总蒸发率6-7%），低压动态煮沸（总蒸发率5%，为现阶段啤酒酿造常用麦汁煮沸形式）和低热负荷煮沸（借助真空闪蒸，汽提等手段进一步降低热负荷），降低一次能源消耗（低热负荷）是麦汁煮沸方式演变的主要追求目标。研究表明：在麦汁煮沸过程中，大部分反应仅与时间和温度有关，如：酶的失活，麦芽汁的灭菌，啤酒花化合物的提取和异构化，蛋白质的凝固，降低pH值，减少和形成芳香化合物等，所有这些反应都不需要蒸发，简单的保持热麦芽汁在沸点左右的温度就足以保证这些反应发生。在这一过程中，如何在低总蒸发量情况下（1%以下，这种方法确保了低热负荷，且保证了啤酒的平衡性和良好的泡沫稳定性）完成DMS分离是摆在我们面前的问题；在煮沸后的麦汁旋流沉淀阶段，由于麦汁继续保持高温，麦汁中的SMM（甲基蛋氨酸）仍可继续分解为DMS，造成煮沸后麦汁中DMS含量升高，因此完成在煮沸阶段形成的DMS高效分离后，如何在同一系统中快速去除麦汁沉淀阶段产生的DMS也对新分离装置提出了新的挑战。

如一专利号为ZL200910223168.8(公告号为CN101709249)的中国发明专利《糖化煮沸锅及应用有该锅的啤酒糖化装置》披露了这样一种麦汁煮沸锅，其特点是锅底为向上凸出的凸底，该凸底上设有蒸汽加热夹套，一麦汁进口管穿过凸底的中部并开口于锅体内，且开口朝上，开口的上方倒扣有一麦汁分配盘，麦汁分配盘与开口之间留有容麦汁流出的间隙，煮沸时麦汁在夹套上以薄膜的方式流动，蒸发面积巨大，有利于不利口味物质的蒸发。这一装置的缺点是：煮沸阶段二次蒸汽不能与麦汁膜进行有效质量传递，且热负荷高；由于其特殊结构，不能进行真空闪蒸；不能对煮沸后的麦汁进行真空闪蒸带来温度降低，进而降低沉淀阶段的热负荷。

如另一专利号为ZL200610050478.0 (公告号为CN100398635C)的中国发明专利《麦汁闪急蒸发系统》披露了这样一种麦汁煮沸系统，其特点是在沉淀槽后设置真空室，真空室与真空泵相连，麦汁经过真空室时进行真空闪蒸，可以有效去除沉淀阶段麦汁中SMM在高温状态下产生的DMS，但因为蛋白质的变性和酒花成分的异构化都需要在麦汁沸点左右的温度下达到特定的时间方可实现，其关于可缩短煮沸时间的描述是有待商榷的。这一系统的缺点是：与二次蒸汽不能进行有效质量传递；需要增加额外的真空室及其附属系统；不能及时去除煮沸阶段形成的DMS，且煮沸阶段热负荷高；不能对煮沸后的麦汁进行真空闪蒸带来温度降低，进而降低沉淀阶段的热负荷。

终上所述，改变传统的强烈煮沸而采用略低于沸点保温的方式来实现煮沸阶段进一步减少一次能源消耗，进而降低热负荷，提高麦汁质量，成为新型麦汁煮沸系统的研究方向；抛弃传统的煮沸方式，强化DMS与一次能源消耗带来蒸发量不足1%的二次蒸汽的传质，实现DMS有效分离，成为不二选择。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述现有技术的不足，提出的一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，通过煮沸沉淀槽锅体、离心成膜强化传质装置的结合实现二次蒸汽在麦汁湍流膜上与DMS进行高效传质（高效去除DMS），在煮沸中，煮沸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行常压高效传质去除DMS；在煮沸后，真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除煮沸阶段形成的DMS，同时可降低沉淀前麦汁温度进而降低沉淀阶段热负荷和TBA值；在沉淀结束后，真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除沉淀阶段形成的DMS，同时可降低冷却前麦汁温度进而降低冷却阶段热负荷继而降低TBA值，节约冷却麦汁所消耗的能源；整个煮沸过程可以在低于沸点的温度下保温，蒸发量小于1%，极大降低一次能源消耗和热负荷，继而降低TBA值。

本发明的发明目的还在于提供一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，其抛弃传统强烈煮沸，而采用略低于沸点温度保温的低热负荷煮沸工艺，实现DMS与二次蒸汽在麦汁湍流膜状态下高效传质，在一次能源消耗带来蒸发量不足1%的情况下实现DMS的快速有效分离，其具有一次能源消耗极低，因而煮沸阶段热负荷低，麦汁中产生的老化物质至少，杜绝啤酒过早老化的优点。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，其包括煮沸沉淀槽锅体，离心成膜强化传质装置、蒸汽进口管路系统、蒸汽出口管路系统、一号变频物料泵、二号变频物料泵、麦汁冷却系统和CIP系统，所述的离心成膜强化传质装置位于煮沸沉淀槽锅体顶部，通过第十四气动蝶阀与设置于煮沸沉淀槽锅体顶部的二次蒸汽出口从侧部连通，其旋转轴通过机械密封穿过二次蒸汽出口中心到达煮沸沉淀槽锅体底部并安装有搅拌装置；所述蒸汽进口管路通过三个分支分别与设置于离心成膜强化传质装置底部的成膜装置蒸汽夹套，煮沸沉淀槽锅体筒体和锥底上的蒸汽夹套进口相连通；所述蒸汽出口管路通过三个分支分别与设置于离心成膜强化传质装置底部的成膜装置蒸汽夹套，煮沸沉淀槽锅体筒体和锥底上的蒸汽夹套出口相连通；所述的一号变频物料泵，其入口分别通过第三气动蝶阀、第四气动蝶阀、第五气动蝶阀和设置于煮沸沉淀槽锅体底部的出口二、出口一和设置于离心成膜强化传质装置底部的麦汁出口相连；其出口分别通过第六气动蝶阀、第七气动蝶阀、第八气动蝶阀和设置于煮沸沉淀槽锅体筒体上的麦汁回流口、切线进口及麦汁冷却系统上的热麦汁入口相连；所述的二号变频物料泵，其入口分别通过第一气动蝶阀、第二气动蝶阀和设置于煮沸沉淀槽锅体底部的出口二及设置于煮沸沉淀槽锅体筒体上的出口三相连，其出口与设置于离心成膜强化传质装置顶部的布液系统入口相连。

而且，所述的离心成膜强化传质装置设置有成膜装置壳体、液位开关四、机械密封、旋转轴、变频电机、压力传感器、麦汁缓冲筒、成膜装置麦汁出口和布液装置，其中成膜装置壳体上固定有重力场膜片，旋转轴上固定有离心力场膜片，离心力场膜片上还设置有不定数量的扰流片，麦汁缓冲筒底部通过第十四气动蝶阀相连，其底部和二次蒸汽出口之间通过机械密封分隔，麦汁缓冲筒和成膜装置壳体锥底上设置有成膜装置蒸汽夹套，用于产生少量二次蒸汽，成膜装置壳体顶部与真空泵入口相连，真空泵出口去能源回收系统，离心成膜强化传质装置为真空室。

而且，所述的煮沸沉淀槽锅体顶部的二次蒸汽出口与二次蒸汽排气筒相连，通过第十三气动蝶阀控制气体排放，二次蒸汽出口通过第十四气动蝶阀和离心成膜强化传质装置从侧部相连通，煮沸沉淀槽锅体的筒体上设置有温度传感器、液位传感器、筒体夹套、出口三、麦汁回流口和切线进口；煮沸沉淀槽锅体的锥底上设置有蒸汽夹套和热凝固物收集装置，其中热凝固物收集装置上还包含有出口二、出口一和液位开关一，其中出口一通过第十气动蝶阀设置麦汁进料管路；其中心设置有强化热凝固物碰撞团聚的搅拌装置，且与离心成膜强化传质装置共用旋转轴和变频电机。

而且，所述的麦汁冷却系统，包括板式换热器，板式换热器上设置有冰水入口、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；热水出口上设置有双金属温度计和第十五气动蝶阀；热麦汁入口设置有双金属温度计并通过气动蝶阀与一号变频物料泵出口相连；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去麦汁充氧装置。

而且，所述CIP系统，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和洗球清洗二次蒸汽排气筒，另一个支路通过第十一气动蝶阀和洗球清洗煮沸沉淀槽锅体；CIP清洗液通过出口一和第九气动蝶阀回CIP系统。

一种利用所述麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，其包括如下步骤：

（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左右，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℃左右时，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左右，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℃左右，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%。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统，通过煮沸沉淀槽锅体、离心成膜强化传质装置的结合实现二次蒸汽在麦汁湍流膜上与DMS进行高效传质（高效去除DMS），在煮沸中，煮沸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行常压高效传质去除DMS；在煮沸后，真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除煮沸阶段形成的DMS，同时可降低沉淀前麦汁温度进而降低沉淀阶段热负荷和TBA值；在沉淀结束后，真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除沉淀阶段形成的DMS，同时可降低冷却前麦汁温度进而降低冷却阶段热负荷继而降低TBA值，节约冷却麦汁所消耗的能源；整个煮沸过程可以在低于沸点的温度下保温，蒸发量小于1%，极大降低一次能源消耗和热负荷，继而降低TBA值。

2、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统，成膜装置壳体上固定有重力场膜片，旋转轴上固定有离心力场膜片，离心力场膜片上还设置有不定数量的扰流片，麦汁缓冲筒底部通过第十四气动蝶阀相连，其底部和二次蒸汽出口之间通过机械密封分隔，麦汁缓冲筒和成膜装置壳体锥底上设置有成膜装置蒸汽夹套，用于产生少量二次蒸汽，成膜装置壳体顶部与真空泵入口相连，真空泵出口去能源回收系统，离心成膜强化传质装置为真空室，煮沸后，真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除煮沸阶段形成的DMS，同时可降低沉淀前麦汁温度进而降低沉淀阶段热负荷和TBA值。

3、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统，煮沸沉淀槽锅体顶部的二次蒸汽出口与二次蒸汽排气筒相连，通过第十三气动蝶阀控制气体排放，二次蒸汽出口通过第十四气动蝶阀和离心成膜强化传质装置从侧部相连通，离心成膜强化传质装置共用旋转轴和变频电机，系统将煮沸沉淀槽锅体与离心成膜强化传质装置有机结合，实现二次蒸汽的高效连通，同时共用旋转轴和变频电机实现结构简化有利于控制。

4、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，不同于传统煮沸方式：传统煮沸方式只是通过大的的蒸发强度通过二次蒸汽把DMS分离出去；本发明则可以让二次蒸汽和麦汁在湍流膜状态下进行高效传质，二次蒸汽所含DMS更高，降低二次蒸汽需求量，因而可以减小煮沸强度，节约一次能源消耗，降低热负荷。

5、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，在煮沸阶段可采用在沸点温度以下保温的形式，摒弃传统强烈煮沸，实现SMM裂解为DMS，蛋白质变性和酒花异构。期间总蒸发率不足1%，生成的DMS通过在煮沸后真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除，同时可降低沉淀前麦汁温度进而降低沉淀阶段热负荷和TBA值，也有利于香型酒花在此阶段添加（低温减少酒花精油挥发）。

6、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，在煮沸中适当提高煮沸强度，让煮沸产生的二次蒸汽在麦汁湍流膜表面进行高效传质去除由于高温由SMM裂解而产生的DMS，减少DMS在麦汁中浓度升高对SMM裂解产生影响。

7、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，在沉淀结束后，真空闪蒸产生的二次蒸汽在湍流膜表面进行高效传质去除沉淀阶段由SMM裂解而产生的DMS，同时可降低冷却前麦汁温度进而降低冷却阶段热负荷继而降低TBA值，且可节约冷却麦汁所消耗的能源。

8、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，煮沸和沉淀阶段的都能实现对物料的真空闪蒸和薄膜强化传质，且在同一个装置内完成，节约成本。

9、本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，在第一次能源消耗带来的低总蒸发量情况下（1%以下），这种方法确保了低热负荷和低TBA值，有利于避免啤酒过早出现老化味，且保证了麦汁可凝固性氮只略高于传统煮沸，使啤酒具有良好的平衡性和泡沫稳定性。

附图说明

图1为本发明麦汁薄膜强化传质煮沸系统的总体流程图；

附图标记说明

1-二号变频物料泵、2-第一气动蝶阀、3-第二气动蝶阀、4-第三气动蝶阀、5-第四气动蝶阀、6-第五气动蝶阀、7-一号变频物料泵、8-第六气动蝶阀、9-第七气动蝶阀、10-第八气动蝶阀、11-第九气动蝶阀、12-第十气动蝶阀、13-液位开关一、14-出口一、15-热凝固物收集装置、16-出口二、17-锥底上的蒸汽夹套、18-截止阀一、19-气动角座阀一、20-气动角座阀二、21-截止阀二、22-出口三、23-液位传感器、24-温度传感器一、25-搅拌装置、26-煮沸沉淀槽锅体、27-第十一气动蝶阀、28-洗球、29-洗球、30-第十二气动蝶阀、31-视灯、32-二次蒸汽出口、33-人孔、34-第十三气动蝶阀、35-第十四气动蝶阀、36-二次蒸汽排气筒、37-麦汁缓冲筒、38-液位开关四、39-二次蒸汽、40-旋转轴、41-真空泵、42-变频电机、43-压力传感器、44-布液系统、45-离心成膜强化传质装置、46-成膜装置壳体、47-机械密封、48-压力表、49-成膜装置麦汁出口、50-重力场膜片、51-离心力场膜片、52-扰流片、53-液位开关三、54-第十五气动蝶阀、55-气动调节阀、56~57-双金属温度计、58-板式换热器、59-温度传感器二、60~61-双金属温度计、62-第十六气动蝶阀、63-过滤器、64-疏水阀、65-止回阀、66-过滤器、67-疏水阀、68-止回阀、69-切线进口、70-麦汁回流口、71-蒸汽进口管路系统、72-蒸汽出口管路系统、73-麦汁冷却系统、74-CIP系统、75-筒体夹套、76-液位开关五、77-第十七气动蝶阀、78-第十八气动蝶阀、79-机械密封、80-过滤器、81-疏水阀、82-止回阀、83-气动角座阀二、84-截止阀二、85-成膜装置蒸汽夹套。

实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种麦汁薄膜强化传质煮沸系统，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。

离心成膜强化传质装置45上设置有成膜装置壳体46、液位开关四38、机械密封47、旋转轴40、变频电机42、压力传感器43、麦汁缓冲筒37、出口49和布液装置44。其中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与二次蒸汽出口32从侧部相连通，其底部和二次蒸汽出口32之间通过机械密封79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。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。

煮沸沉淀槽锅体26顶部设置有二次蒸汽出口32、视灯31和人孔33，其中二次蒸汽出口32分别和二次蒸汽排气筒36相连，通过十三气动蝶阀34控制气体排放，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；煮沸沉淀槽锅体26中心设置有强化热凝固物碰撞团聚的搅拌装置25，且搅拌装置与离心成膜强化传质装置45使用同一变频电机42和旋转轴40；出口一14通过第十气动蝶阀12设置麦汁进料管路。

蒸汽进口管路71主管路上设置有压力表48，然后设置有三个分支，其中一分支通过止阀84和气动角座阀83和上述的成膜装置蒸汽夹套85进口相连，一个分支通过截止阀21和气动角座阀20和上述的筒体夹套75进口相连，另一分支通过截止阀18和气动角座阀20和上述的锥体夹套17进口相连。

蒸汽出口管路72主管路上设置有三个分支，其中一个分支通过过滤器80、疏水阀81和止回阀82与上述的成膜装置蒸汽夹套85出口相连，一个分支通过过滤器63、疏水阀64和止回阀65与上述的筒体夹套75出口相连，另一分支通过过滤器68、疏水阀67和止回阀66与上述的蒸汽夹套17出口相连。

一号变频物料泵7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和上述的出口二16、出口一14和成膜装置麦汁出口49相连；一号变频物料泵7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和上述麦汁回流口70、切线进口69及麦汁冷却系统73的入口相连。

二号变频物料泵1入口分别通过第一气动蝶阀2、第二气动蝶阀3和上述的出口二16和出口三22相连；二号变频物料泵1出口与上述的布液系统入口相连。

麦汁冷却系统73的主体为板式换热器58，板式换热器58上设置有冰水入口，热水出口，热麦汁入口和冷麦汁出口。其中冰水入口上设置有双金属温度计57和气动调节阀55；热水出口上设置有双金属温度计56和气动蝶阀54；热麦汁入口设置有双金属温度计61并通过上述第八气动蝶阀10与上述的一号变频物料泵7出口相连；冷麦汁出口上设置有双金属温度计60并通过第十六气动蝶阀62去麦汁充氧装置。

CIP系统74入口主管设置有两个分支，其中一个支路通过气动蝶阀30和洗球29清洗二次蒸汽排气筒36，另一个支路通过气动蝶阀27和洗球28清洗煮沸沉淀槽锅体26；CIP清洗液通过上述的出口一14和气动蝶阀11回CIP系统。

本发明的麦汁薄膜强化传质煮沸系统的低热负荷煮沸工艺，包括如下步骤：

（1）进料：

打开第十气动蝶阀12，麦汁进入煮沸沉淀槽锅体，麦汁预热温度为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℃；

如果麦汁没有没有经过预热或预热后不足98℃时，在进料时当麦汁盖住蒸汽夹套17时先打开截止阀18和气动角座阀19对麦汁进行先行加热，当进料完成时，再打开截止阀21和气动角座阀20，期间通过温度传感器一24和PLC控制气动角座阀19、气动角座阀20的开关，当达到98℃摄氏度时自动关闭气动角座阀19、气动角座阀20，并自动进入下一工序；

（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；

具体操作为：通过PLC和温度传感器一24控制气动角座阀19、气动角座阀20的开关，低到97.5℃打开，高到98.5℃关闭。期间：1）开启第二气动蝶阀3和二号变频物料泵1；2）开启真空泵41，第十四气动蝶阀35，并通过压力传感器43和PLC控制罐内表压为0bar；3）开启第十四气动蝶阀35；4）开启截止阀84和气动角座阀83；5）开启变频电机42，设定频率到其转速为560转/小时左右。物料通过布液系统44把麦汁均匀晒布在重力场膜片50顶部，均匀流到下一层离心力场膜片51底部，在离心力作用下，麦汁以湍流膜的形式逐渐沿离心力场膜片51表面上升到其顶部并降落到壳体46的锥底顶部，并沿其壁面成膜下降，且在麦汁膜在扰流片二52的扰动下形成湍流膜；成膜装置蒸汽夹套85产生的少量二次蒸汽39通过上述的重力场膜片和离心力场膜片间隙中的麦汁湍流膜表面进行强化传质，二次蒸汽39中的DMS含量将越来越高。期间搅拌装置25强化热凝固物碰撞团聚，降低因煮沸强度低且麦汁翻滚弱而带来的热凝固物碰撞团聚不足问题。保温期间因温度低于麦汁沸点，期间总蒸发量在1%以下，保温时间为50分钟（如果不选择第4步则时间设为60分钟），时间到达后关闭所有开启项自动进入第（4）。

（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%。

具体过程为：设定温度为100℃，通过PLC和温度传感器一24控制气动角座阀19、气动角座阀20的开启。到达100℃后（保持气动角座阀持续开启）：1）开启第二气动蝶阀3和二号变频物料泵1；2）开启真空泵41，第十四气动蝶阀35，并通过压力传感器43和PLC控制罐内表压为0bar；3）开启第五气动蝶阀6、第六气动蝶阀8，一号变频物料泵7，期间液位低于液位开关三53时关闭一号变频物料泵7，高于液位开关四时开启一号变频物料泵7；5）开启变频电机42，设定频率到其转速为560转/小时左右。物料通过布液系统44把麦汁均匀晒布在重力场膜片50顶部，均匀流到下一层离心力场膜片51底部，在离心力作用下，麦汁以湍流膜的形式逐渐沿离心力场膜片51表面上升到其顶部并降落到壳体46的锥底顶部，并沿其壁面成膜下降，且在麦汁膜在扰流片二52的扰动下形成湍流膜；煮沸沉淀槽26加热煮沸时产生的二次蒸汽39通过上述的重力场膜片和离心力场膜片间隙中的麦汁湍流膜表面进行强化传质，二次蒸汽39中的DMS含量将越来越高。计时10分钟，总蒸发量为0.6%左右，时间到达后直接进入下一步，并关闭所有开启项。

（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左右，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℃左右时，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。

具体过程为：1）开启第二气动蝶阀3和二号变频物料泵1；2）开启真空泵41，第十四气动蝶阀35，并通过压力传感器43和PLC控制装置内表压为-0.4bar左右；3）开启第五气动蝶阀6、第六气动蝶阀8，一号变频物料泵7，期间液位低于液位开关三53时关闭一号变频物料泵7，高于液位开关四时开启一号变频物料泵7；4）开启变频电机42，设定频率到其转速为560转/小时左右。物料通过布液系统44把麦汁均匀晒布在重力场膜片50顶部，均匀流到下一层离心力场膜片51底部，在离心力作用下，麦汁以湍流膜的形式逐渐沿离心力场膜片51表面上升到其顶部并降落成膜装置壳体46的锥底顶部并沿其壁面成膜下降，且在麦汁膜在扰流片二52的扰动下形成湍流膜；由于真空产生的二次蒸汽39通过上述的重力场膜片和离心力场膜片间隙中的麦汁湍流膜表面进行强化传质，二次蒸汽39中的DMS含量将越来越高。当罐内温度将降到88℃左右时（此时阶段的低温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），直接进入下一步，并关闭所有开启项。

（5）旋流沉淀：

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：开启第三气动蝶阀4、第七气动蝶阀9，一号变频物料泵7，计时10分钟，对麦汁进行旋流，通过离心力让热凝固物等沉降；10分钟到达后关闭所有开启项，继续计时20分钟，且20分钟到达后直接进入下一步。

（6）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左右，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℃左右，减少冷却麦汁的能量消耗。

具体过程为：1）开启第一气动蝶阀2，二号变频物料泵1，切当液位降到液位开关二23时关闭气动蝶阀2并开启第二气动蝶阀3；2）开启真空泵41，第十四气动蝶阀35，并通过压力传感器43和PLC控制装置内表压为-0.8bar左右；3）开启第五气动蝶阀6、第七气动蝶阀9、第八气动蝶阀10，一号变频物料泵7，期间液位低于液位开关三53时关闭一号变频物料泵7，高于液位开关四时开启一号变频物料泵7。4）开启变频电机42，设定频率到其转速为560转/小时左右。物料通过布液系统44把麦汁均匀晒布在重力场膜片50顶部，均匀流到下一层离心力场膜片51底部，在离心力作用下，麦汁以湍流膜的形式逐渐沿离心力场膜片51表面上升到其顶部并降落到成膜装置壳体46的锥底顶部并沿其壁面成膜下降，且在麦汁膜在扰流片二52的扰动下形成湍流膜；由于真空产生的二次蒸汽39通过上述的重力场膜片和离心力场膜片间隙中的麦汁湍流膜表面进行强化传质，二次蒸汽39中的DMS含量将越来越高。5）在此真空度下麦汁温度将降到63℃左右（比传统100℃麦汁冷却节约能源，且可降低麦汁在冷却阶段的热负荷，继而降低TBA值），开始气动调节阀55和气动蝶阀54对麦汁进行冷却，设定麦汁出口温度为10℃，用3℃冰水对麦汁进行冷却，期间使用温度传感器二59测量麦汁出口温度，通过PLC来控制气动调节阀55开度来控制麦汁出口温度，当液位到达液位传感器五76后关闭所有开启项；6）开启第十八气动蝶阀78、第十六气动蝶阀62对管路中的麦汁进行顶无菌水，顶水结束后关闭开启，直接进入下一步。

（7）CIP清洗

开启第十七气动蝶阀77排污，当液位到达液位开关一13时关闭开启项；开启气动蝶阀30/27进行清洗，期间可以开启一二号物料泵1/7和相关阀门对各管路和装置进行清洗；清洗液通过开启第九气动蝶阀11回CIP系统。

通过在湍流薄膜状态下的真空闪蒸，步骤（4）煮沸后真空蒸发和步骤（6）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所产生的总蒸发量约7%左右。

尽管为说明目的公开的本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

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%。

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