专利名称：三效初级液体过滤/稳定化装置的应用的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种上佳的解决方案，其中初级液体过滤/稳定化设备可根据
不同情况有选择地用于过滤操作、可再生PVPP稳定化操作，或者在使用合成
助滤剂时同时用于过滤和稳定化操作。
背景技术：
过滤操作在工业处理中之所以重要，不仅因为它直接影响经过滤的材料， 而且因为它可能是生产者直接影响决定产品质量的一个或几个因素的最后机 会之一。例如，对于啤酒酿造来说，过滤通常是酿造工艺中最后包装前的步骤， 因此也许是啤酒制造商直接控制啤酒初始质量的最后机会(既是主动预防措施， 也可作为补救措施)，从成分的角度讲，也是决定其保存期的最后机会。
过滤一般解释为从悬浮混合物中机械分离各种液体/固体组分的过程。这些 "悬浮体"(悬浮体在此取其广义，并不限定任何特定的粒径范围，只要这些微 粒负载或悬浮在流体流中)通过多孔助滤剂，至少部分微粒保留在过滤介质之上 或之内，而至少部分澄清的液体(即"滤液")从过滤单元出来。
在啤酒酿造业和其他工业上借助于助滤剂的过滤方法(冲击层式过滤)中，
DE过滤即便不能说是占主导地位的类型，它目前是、或许将来依然是重要的 类型。但是，也有许多可供选择的新过滤技术。有人已经提出了诸如交叉流动 微过滤和各种膜技术之类的技术。最新的发展集中在减少使用DE和/或珍珠岩 上面，包括用合成聚合物(尤其是可再利用的)替代天然助滤剂。合成助滤剂可 与PVPP混合，助滤剂或包含PVPP的不同助滤剂的混合物可在再生之后再利 用(见W096/35497)。
浊雾是啤酒在物理上不稳定的视觉表现，可细分成三个主要类别，即生物 类、微生物类和非生物类。
引起非生物不稳定性的前体是蛋白质和多酚，更具体地说是单宁酸。诸如 前体浓度、热、氧、重金属、醛和运动之类的参数会愈益加剧其络合物的形成。
利用聚乙烯聚吡咯烷酮(PVPP)吸附多酚，可以将多酚清除。基于其结构特点，PVPP优先通过氢键和静电弱作用力与聚合的多酚反应。多酚对PVPP的 亲合性高于它对啤酒中具有浊雾活性的蛋白质的亲合性，因为PVPP比蛋白质 具有更多的活性位点。不仅如此，多酚与PVPP之间的相互作用比多酚与蛋白 质之间的相互作用更强、更快。反应完成通常需要5分钟的接触时间。PVPP 以两种形式存在，即一次性形式和可再生形式。
一次性PVPP比可再生形式更细，粒径在9-50微米之间，平均粒径为 25微米，具有高表面积/重量比。它一般在过滤之前定量加入，可与DE—起加 入，也可在加入DE之前以10-30克/百升的典型给料速率从单独的给料容器加 入。与多酚反应之后，在过滤步骤将定量加入的PVPP清除，构成滤饼的一部 分。
可再生PVPP的粒径在40-200微米之间，平均粒径为110微米，其表面 积/重量比低于一次性PVPP。可再生PVPP的给料速率通常在20-50克/百升之 间。对于可再生PVPP体系，PVPP是连续投入清亮的啤酒流中的，然后被收 集在特殊的专用过滤机上，它在此与氢氧化钠(NaOH)溶液接触，从而得到再生。 PVPP的再生是原位过程，发生在过滤和稳定化操作的末尾，此时PVPP在过 滤机上。吸附的多酚重新溶解在含l%-2%NaOH的热液中，然后用酸中和 PVPP，使pH达到约4.0。因此，需要专门用于PVPP再生的特殊装置。对于过 滤量超过约500.000百升/年的啤酒厂来说，要生产保存期最长达6个月的较稳 定的啤酒，该方法是最经济的。
目前有数种过滤和稳定化设备，如板框式过滤机、烛式过滤机或水平叶片 式过滤机。
发明内容
过滤操作和稳定化操作是不同的操作，需要特殊的装置才能确保该过程在 "最佳实施"条件下完成。
过滤操作在灌注操作之前进行，为消费者提供液体的一些视觉特性。过滤 操作的目标主要是从液体中清除悬浮粒子。这些粒子包括微生物如酵母和细 菌，以及至少将会形成浊雾的粒子。该操作需要专为该目的设计的尺寸适宜的 设备。
稳定化操作可以而且通常确实是发生在处理过程的不同时刻。本发明涉及 在过滤操作之后、期间但不排除其他时间实施的操作。稳定化操作的目标主要是清除可形成浊雾的前体，如多酚和/或浊雾敏感蛋白质；若不清除，它们将发 生反应，在包装好的产品中形成浊雾。为了实现稳定化方法的作用，该操作需 要专为该目的设计的尺寸适宜的设备。
目前，市售设备缺乏灵活性，啤酒过滤机只能用于过滤，稳定化过滤机只 能用于稳定化。若能为啤酒制造商提供根据不同用途选用装置的机会，那将是 极为有益的。当啤酒市场需要随季节变化时，这种灵活性尤其有利。
本发明的一个目的就是至少减少一些上述缺陷，具体方法是提供过滤和/ 或稳定化设备，它们既可用于过滤操作，也可用于稳定化操作，还可同时用于 二者。
为此，本发明的过滤和/或稳定化设备包含
第一jfc存罐和第二r:存罐；
第一过滤元件和第二过滤元件，
其中所述第一贮存罐与第一过滤元件连接，所述第二贮存罐与第二过滤元 件连接；
*将所述第一过滤元件出口与所述第二过滤元件入口相连的第一喷嘴，所 述第一喷嘴包含具有开通位和关闭位的第一阀组件，
所述开通位是允许所述第一过滤元件出口与第二过滤元件入口连通的位 置，而关闭位是将所述第一过滤元件出口与第二过滤元件入口隔断的位置，所 述第一阀组件包含第一阀和第二阀，当所述第二阀打开而所述第一阀关闭时， 所述第一阀组件处于开通位；当所述第二阀关闭而所述第一阀打开时，所述第 一阀组件处于关闭位。
根据本发明，过滤和/或稳定化设备与所需工艺操作和该操作所用加工助剂 的性质相适应。所述装置通常为三重目的设计
*采用一次性产品的传统DE过滤，可附带或不附带稳定化；
*采用可再生产品的传统PVPP稳定化；以及
*采用合成材料的过滤，所述材料可与用于补充稳定化步骤的PVPP混合， 也可不与之混合。
实际上，若第一阀组件处于开通位，则过滤是依次采用第一过滤元件和第 二过滤元件完成的，这意味着从第一过滤元件出来的滤液进入第二过滤元件进 一步过滤。
一个示例性实施方式是第一贮存罐包含硅藻土而第二贮存罐包含可再生
8PVPP。该有利操作情形进一步降低了过滤步骤的成本，因为用可再生PVPP比 用一次性PVPP便宜。
若第一阀处于关闭位，则过滤在每个过滤元件(第一和第二元件)中同时彼
此独立地进行。这意味着第一过滤元件可以例如采用与一次性PVPP混合的硅 藻土，而第二过滤元件可采用与合成聚合物混合的可再生PVPP，两个过滤元
件均可加入相同的未过滤介质。
类似地，第一过滤元件中可加入未过滤介质，从所述第一贮存罐向其中加
入与合成聚合物混合的可再生PVPP作为第一助滤剂；第二过滤元件中也可加 入未过滤介质，从所述第二贮存罐向其中加入硅藻土作为第二助滤剂。
在另一个变化形式中，第一和第二贮存罐可包含相同的助滤剂，例如硅藻 土与一次性PVPP的混合物，或者例如当需要更髙产量(在夏季)时，可再生PVPP
与合成聚合物的混合物。
因此，可以得出这样的结论，即所述设备确实非常灵活，从一种操作条件 切换到另一种操作条件非常容易实现，因为只需要改变贮存罐的内容物即可。
特别地，本发明的过滤和/或稳定化设备还包含将所述第一过滤元件入口与 第三贮存罐出口相连的第二喷嘴，所述第三贮存罐用来装未过滤介质，所述第 二喷嘴进一步与所述第一阀连接，当第一阀组件处于关闭位时，它可连接所述 第三贮存罐和所述第二过滤元件的所述入口 。
设置一个装未过滤介质的缓冲罐是有用的，可避免流速波动等。
较佳的是，在本发明的过滤和/或稳定化设备中，所述第一喷嘴包括位于所 述第二过滤元件与所述第二贮存罐之间的第二阀组件，所述第二阀组件具有开 通位和关闭位，所述开通位是使第二过滤元件与第二贮存罐连通的位置，关闭 位是将第二过滤元件与所述第二贮存罐隔断的位置。
较佳的是，本发明的设备进一步包含第四贮存罐，它具有通过至少一个第 三阀与所述第一喷嘴连接的出口，当第二阀组件处于开通位时，该第三阀处于
关闭位；当第二阀组件处于关闭位时，该第三阀处于开通位，从而使第四贮存 罐与第二过滤元件连通。
此有利特征增加了设备的灵活性。的确，若要在第二贮存罐中换装另一种 助滤剂，无须将其清空，而是可以切换第二阀，换从第四贮存罐加入不同于第 二贮存罐所装助滤剂的另一种助滤剂。
例如，在夏季，可能适宜改变操作条件，第一和第二贮存罐应当优选均包含硅藻土与一次性PVPP的混合物作为助滤剂，第一和第二过滤单元彼此独立 地同时操作以提高产量。但在冬季，可能需要重新采用常规过滤组合，即包含 第一过滤工艺和紧随其后的第二过滤工艺的顺次过滤方法，其中第一过滤工艺 采用硅藻土，第二过滤工艺采用可再生PVPP ，因而比夏季采用的前述过滤工 艺便宜。然而，此过滤方法没那么快，更适合较低产量(在冬季)。
较佳的是，第二或第四贮存罐包含选自下面的助滤剂介质硅藻土介质、 硅质土、珍珠岩、 一次性PVPP(聚乙烯聚吡咯烷酮)、可再生PVPP、硅胶、斑 脱土、合成材料及其混合物。
特别地，合成材料选自聚酰胺、聚氯乙稀、氟化产品(fluocinatedproduct)、 聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、乙烯共聚物、与丙烯酸类 的二元共聚物和三聚物、烯属热塑性弹性体、PVPP或其混合物、多聚合物及 其共挤塑体，以及它们的混合物。
在一个优选的实施方式中，合成材料的平均直径在25-50微米之间，优选 在30-40微米之间。
在又一个优选实施方式中，第一过滤元件是水平叶片式过滤机、烛式过滤 机或垂直叶片式过滤机，而第二过滤元件是烛式过滤机。
有利的是，所述介质是基于水果或粮食的饮料，具体是基于谷物的饮料， 更具体是基于麦芽的饮料，最具体是发酵饮料，优选啤酒。
特别地，该介质的pH在2-6之间，优选在3-5之间。在一个具体的实施方 式中，所述第一贮存罐和所述第二贮存罐均包含硅藻土(Kieselguhr)、硅质土 (diatomaceous earth)或珍珠岩与一次性PVPP的混合物，此条件特别适合较之于 冬季生产更为重要的夏季生产。
在另一个更适合冬季生产的具体实施方式
中，所述第一贮存罐和所述第二 贮存罐包含硅藻土、硅质土或珍珠岩，所述第四贮存罐包含可再生PVPP。
在一个变化形式中，所述第四贮存罐包含可再生PVPP与合成聚合物的混 合物。此操作条件特别有利，利用它可进行单步过滤，如采用硅藻土与一次性 PVPP，但它更加便宜，因为合成聚合物和PVPP混合物可再生。第一和第二过 滤元件均用此混合物作为助滤剂进行操作的情况当然包含在本申请的范围内。
本发明设备的其他实施方式将在所附权利要求中提到。
本发明还涉及未过滤介质的过滤和/或稳定化方法，包括
第一加料步骤，向来自第三贮存罐的所述未过滤介质中加入来自第一贮存罐的第一助滤剂；
*第一过滤步骤，过滤包含所述第一助滤剂的所述未过滤介质，得到第一滤液；
*第二加料步骤，向第二未过滤介质中加入来自第二或第四贮存罐的第二助滤剂；
*第二过滤步骤，过滤包含所述第二助滤剂的所述未过滤介质，得到第二滤液；
*切换步骤，将第一阀组件从关闭位切换至开通位，所述关闭位是使第一过滤步骤之后紧随第二过滤步骤的位置，所述第一滤液是要经历第二过滤步骤的所述第二未过滤介质；开通位是使第一过滤步骤与第二过滤步骤同时独立进行的位置，所述未过滤介质与第二未过滤介质相同，所述第一助滤剂与所述第二助滤剂相同或不同。
特别地，该方法进一步包括将第二阀组件从关闭位切换到开通位的切换步骤，以便从所述第二贮存罐添加第二助滤剂；或者将其从开通位切换到关闭位、同时将第三阀从关闭位切换到开通位的切换步骤，以便从所述第四贮存罐添加第二助滤剂。
在此方法中，当用液体进料线向第二过滤元件供应未过滤液体，且将备用定量给料/贮存罐(第四贮存罐)与该装置隔断，因而第二阀组件或第二组阀处于开通位时，为第二过滤元件选用典型的DE过滤操作。
当用液体进料线向第二过滤元件供应经过滤的液体，且将常规定量给料罐与该装置隔断，因而至少第二阀组件或第二组阀关闭，第一阔组件也关闭，使得第一与第二过滤元件之间连通时，选用典型的PVPP稳定化操作。
当用液体进料线向第二过滤元件供应未过滤液体，且将定量给料罐与该装置隔断，因而至少第二阀组件或第二组阀关闭，而第一阀组件开通，使所述第一过滤机与所述第二过滤机隔断时，选择采用合成材料的过滤操作和任选稳定化操作。
本发明方法的其他实施方式将在所述权利要求中提到。
通过以下结合附图对本发明的一个具体而非限制性实施方式所作的描述，可以更清晰地理解本发明的其他特征和优点。图1是过滤/稳定化装置的流程及其不同元件的示意图。
图2是图1所示装置的液体进料线中液体的进口和出口连接部件的示意图。
图3是常规定量给料罐、过滤机和液体进料线的示意图。图4是备用定量给料/贮存罐的示意图。
图5是图l所示装置的备用定量给料/贮存罐、过滤机和液体进料线之间的连接部件的示意图。
在附图中，相同的标记符号代表本发明设备中的相同或类似元件。
具体实施例方式
歹/^
啤酒过滤线上的典型设备通常包括离心机、冷却器、缓冲罐、泵、流量计、管、阀、啤酒过滤机和任选的稳定化设备，它们连接在一起，其尺寸适应于啤酒过滤机的容量。过滤机的容量是比过滤表面积(specific filtration surface)的函数，单位为百升每小时(百升/小时)，因而整条线具有相同的容量。
本发明涉及设备的应用，该设备既可用于过滤操作，也可用于稳定化操作。处于封闭状态的过滤设备包括烛式过滤机、水平和垂直叶片式过滤机，其优点是完全自动化且与再生过程相容，再生过程可整合到过滤机中(原位工艺)。因此，本申请涉及此类封闭式粉末过滤设备。
本发明涉及初级液体过滤/稳定化设备，该设备包括液体进料线、用于一次性助滤剂和/或助稳定剂的常规定量给料罐系统(第一贮存罐)和用于可再生助滤剂和/或助稳定剂的备用定量给料罐系统(第二贮存罐)的组合，其中该装置适合选择性操作这两个定量给料系统中的一个或另一个，将其相应物料定量送入经由进料线输送的液体中，过滤机适合将助滤剂材料保留在其上，而清除了保留材料的液体则从其中通过(图1)。
根据本发明，过滤和稳定化装置中的设备可根据工艺操作和用于该操作的加工助剂的性质进行选择。这种装置的一个例子示于图1。所示装置通常可用于三重目的
*采用一次性产品的传统DE过滤，可附带或不附带稳定化； 采用可再生产品的传统PVPP稳定化；以及
*采用合成材料的过滤，所述材料可与用于补充稳定化步骤的PVPP混合，也可不与之混合。
根据操作选择该装置中的不同元件是通过选择合适的程序有选择地完成
的
*当用液体进料线向过滤机(7)供应未过滤液体，且将备用定量给料/贮存罐(30)与该装置隔断，因而至少阔(47)、 (42)、 (43)和(46)关闭时，选择传统DE过滤操作(图3)。
当用液体进料线向过滤机(7)供应经过滤的液体，且将常规定量给料罐(l)与该装置隔断，因而至少阀(48)、 (3)和(22)关闭时，选择传统PVPP稳定化操作(图4禾B 5)。
*当用液体进料线向过滤机(7)供应未过滤液体，且将定量给料罐(l)与该装置隔断，因而至少阀(48)、 (3)和(22)关闭时，选择采用合成材料的过滤操作和任选稳定化操作(图4和5)。
根据本发明，通过该装置的液体可以是基于水果或谷物的饮料，其pH在4-6之间，其中基于谷物的饮料是可发酵、因而pH在3-5之间的麦芽饮料，包括啤酒。
本发明的应用和本说明书对其所做说明的细节主要集中在利用硅藻土(DE)和/或珍珠岩进行的过滤上，统称DE粉末过滤。在DE粉末过滤(冲击层式过滤)中，将DE助滤剂注射到啤酒流里，注射位置比将其收集在支撑网上的位点稍靠上游。当铺好预涂层且循环液体澄清时，开始过滤啤酒。接着，含DE以及酵母和其他悬浮固体的啤酒流形成基本上"不可压縮"的物质，称作"滤饼"。为防止过滤机的小孔遭堵塞，并延长过滤机的工作周期，将助滤剂作为"主体进料"连续计量加入未过滤啤酒中。
对于一般的冲击层式过滤工艺(特别包括用硅藻土等作为助滤剂的工艺)，普通工业过滤机可分为以下几类l)框架式过滤机；2)水平式过滤机；3)烛式过滤机。
这里应注意，框架式过滤机是所谓的"开放式"过滤机，并且不是完全自动化的系统。相反，水平式过滤机和烛式过滤机是完全自动化的"封闭式"系统。
在实践中，在冲击层式过滤中利用助滤剂的过滤系统通常包括 机械载体。
o称为第一"预涂层"的粗助滤剂起始层，它作为桥连机械载体中的空隙
13的中间层，并作为后面的细预涂层或主体进料的载体。
O由粒度细于第一预涂层的助滤剂组成的第二预涂层。
O由主体进料、酵母、蛋白质、碳水化合物粒子、浊雾粒子和其他胶体材料的基质组成的渐进累积的滤饼。
捕集、吸收和表面过滤是助滤剂过滤发挥作用的主要机制。根据此模型，视啤酒粒子的大小和在助滤剂粒子之间产生的孔的尺寸，啤酒粒子被俘获在过滤表面中的孔里。啤酒通过过滤机的流速通常约为4-5百升/小时'米2。 所述流速对过滤效率有影响，流速越低，粒子保留效率越高。若滤饼能保持高渗透性，则流速可以高很多，在8-11百升/小时'米2的范围内。
过滤机的工作长度由以下情况确定过滤机的有效容积完全被滤饼体积占据，或者压力升高量达到设备供应商承诺的上限，其中压力升高幅度与滤床体积的增加和所得滤饼的渗透性的下降有关。
本发明涉及设备的应用，所述设备既可用于过滤操作，也可用于稳定化操作，还可同时用于二者。
根据本发明，第一和第二过滤元件选自烛式过滤机、水平叶片式过滤机和垂直叶片式过滤机。第一过滤元件优选为水平式过滤机而第二过滤元件优选为烛式过滤机。
典型的烛式过滤机(CF)包括圆柱-圆锥罐，隔板或等效物件将其分成滤液区
和保留物区。用位于此隔板上方的另一块板收集滤液。该罐的圆柱部分将保留
物区封闭起来，而圆锥部分确保粗助滤剂(DE)的适当分布，并在程序末尾收集和排出废助滤剂。未过滤啤酒从圆锥部分的底部尖端进入罐中。圆柱形滤烛垂直于中板安装。它们大约占据罐容积的55%-75%。现代滤烛包含焊接在矩形支撑棒上的梯形螺旋线，每圈焊接8次。滤烛开口是非对称的，朝外是70微米，朝内则稍大一些，从而免除堵塞的风险。
在过滤步骤中，流速一般采用约3.5-6.0百升/小时'米2。烛式过滤机的构造通常设计成最大操作压力为7巴。
水平式过滤机(HF)包括具有两个固定水平金属板的一件式罐。该元件包包括类似于板的过滤元件，它们固定在中央空心轴上，能够在驱动组件作用下旋转。叶片通常包含支撑着坚固粗网的负载板，而粗网又支撑着网孔大小仅为例如约70微米的细网。此种类型的过滤机的操作优点在于，它能提供稳定的滤饼。在过滤步骤中，流速一般采用约5.0-6.8百升/小时'米2。未过滤啤酒可以两种不同方式进入水平式过滤机，具体取决于特定的水平式过滤机是老的S型还是较新的Z型。
最常用的助滤剂由硅藻土(DE)组成，它是无定形氧化硅或来自火山石的珍
珠岩。天然助滤剂具有不同尺寸，啤酒制造商确定了一些规格，在具体混合物
中采用DE和/或珍珠岩以满足啤酒的规格。根据所过滤的啤酒的类型，通常采
用两种或三种不同的级别以确保过滤效率最大。此外，啤酒过滤后的质量可随例如酵母浓度的变化、成分(尤其是麦芽)的季节性变化而改变。因此，明智的做法通常是将两种级别混合起来组成主体进料。沉降酵母的熟化工艺和除去酵母的设备，例如过滤步骤上游的离心操作，影响着固体材料在未过滤啤酒中的量。澄清剂和蛋白水解酶之类的加工助剂可影响所需主体进料的量。典型用量
在40-200克/百升之间。
在实践中，当第二过滤元件选定为传统DE过滤时(图2和3)，第一和第二过滤元件同时各自独立地工作。在此情况下，第一阀组件处于关闭位，两个过滤元件彼此隔断。阀40关闭而阀11开通。来自第一贮存罐或第二贮存罐的助滤剂可以相同或不同。然而，由于第一过滤元件用作常规过滤元件，所以这里不详加描述。DE制备好之后，经由常规定量给料罐(l)定量给料。在制备DE悬浮体的过程中，将罐中注满脱气水(DW)。在此阶段，开通阀(50)和(51)，以便供应DW。罐中至少装配两个传感器， 一个检测罐中DE悬浮体的低位(5)，据此开放新鲜DW的供应，而另一个检测罐中高位(6)，据此切断新鲜DW的供应。DE粉末由操作人员加入(一般通过手工)罐中，罐中装配有合适的螺旋桨(17)，以确保制备的DE悬浮体在罐中具有恰当的均匀度。
过滤工艺从"调理"阶段开始，也就是在过滤阶段使用的过滤机本身和各种管子都装满水。此步骤的主要目的是避免氧气与啤酒之间的直接接触，为此推荐的最佳做法是使用DW。过滤机(7)从底部注入DW， DW是通过液体进料线泵入(8)的，此时阀(9)、 (10)、 (11)、 (13)、 (2)、 (15)开通，而阀(12)、 (14)关闭。为避免过分消耗DW，当阀(52)、 (53)、 (54)和(25)开通时，利用旁设回路使过滤机处于循环当中。
当过滤机和管线充分脱气后，先在过滤介质上沉积预涂层，开始过滤操作。一般采用两个所含粒子粒径不同的预涂层，即用较大的粒子形成第一预涂层，
15用较小的粒子形成第二预涂层。用第一预涂层覆盖过滤机的过滤介质，而第二
预涂层保留在第一预涂层上。预涂层的分布尺寸(distribution size)大于主体进料 的分布尺寸，其用量通常在约1-2千克/米2之间。DW的流量约比过滤流量大 1.5倍，以确保过滤介质的整个表面覆盖足够的助滤剂，从而保证第一批经过 滤的啤酒的质量。当向过滤机加入预涂层时，以预定流量(18)泵入DE悬浮体， 流量由流量计(19)控制，此时至少阔(4)、 (20)、 (21)和(22)开通，形成处于开通 位的所谓第二阀组件。为避免在沉积预涂层的过程中过分消耗DW，当阀(52)、 (53)、 (54)和(25)开通时，利用旁设回路使过滤机处于循环当中。
激冷未过滤的啤酒，然后可利用相同的方式供应给过滤机，即让啤酒通过 位于离心机(分离器)与过滤机之间的缓冲罐(24)(第三贮存罐)，此步骤常称作
"预运行"或"前置运行(vorlauf)"。当啤酒与水掺合后的比重高于预定目标 时，利用以下开通的阀(25)、 (26)，此时阀(12)关闭，将经过滤的液体回收到预 运行和后运行过滤液体罐中，此步骤可视为生产过程的起点。在DE注入期间， 未过滤啤酒的流动靠泵(8)推动，泵(8)受流量计(27)控制。调节注射期间的流量， 以维持充足的主体进料，从而获得预期的过滤结果。对于经过离心的啤酒，即 采用分离设备，酵母群落少于200.000个细胞/毫升，如本发明所提供的例子中 的情况那样，推荐的DE用量一般约为100克/百升啤酒。
在生产的最后步骤中，当定量投给和沉积在过滤机上的加工助剂的量达到 过滤介质之间的极限空间时，或者当压差达到过滤机供应商认可的最大限度 时，向过滤线供应水。此项操作称作"后运行"或"后置运行(nachlauf)"，它 是前面称作"前置运行"的操作的逆操作，二者采用完全相同的管和阀。如前 面所解释的，当经稀释的啤酒的比重高于预定目标时，将啤酒/水混合物回收到 预运行和后运行过滤液体罐中。此后的掺合物不回收，而是被排出，这标志着 生产阶段结束。
滤饼应当用DW和C02从过滤介质中清除，而且应当抽出并排放掉，此时 阀(38)和(29)开通。在开始新的过滤处理之前，应当清洁该装置。
在一些情况下，可能需要根据需要达到的啤酒质量，或者根据所需生产能 力，采用以合成聚合物为助滤剂的本发明设备。合成助滤剂可与PVPP混合， 助滤剂或包含PVPP的不同助滤剂的混合物经再生之后可再利用。
本发明包括将合成助滤剂、包括流纹玻璃(ryolite)在内的氧化硅衍生物以及 它们的混合物作为加工助剂用于过滤液体。合成聚合物根据不同情况基于聚酰胺、聚氯乙稀、氟化产品、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、 乙烯共聚物、与丙烯酸类的二元共聚物和三聚物、烯属热塑性弹性体中的任意
一种或多种。实际上，通过使用平均直径在25-50微米之间，优选在30-40微 米之间的可再生合成助滤剂粒子，所得过滤结果非常接近于DE过滤结果。
助滤剂可与PVPP混合，因而可用于过滤工艺或同时用于过滤和稳定化工 艺，以下我们称后者为联合工艺。对于联合工艺，PVPP与助滤剂的混合物既 可用于在过滤机载体上的主体进料沉积，也同样可用于预涂层，结果可提高胶 体稳定性，因为多酚与PVPP之间发生了特异性相互作用。
在实践中，在过滤工艺或联合工艺中，预涂层和主体进料沉积使用相同级 别的加工助剂。这些工艺以类似方式进行，像传统过滤工艺一样，它们包括如
下部分
*机械载体、滤烛或滤叶。
*由加工助剂组成的预涂层，其作用是作为桥连机械载体中空隙的中间 层，并且用作后续预涂层或主体进料的载体。
*由主体进料、酵母、蛋白质、碳水化合物、多酚、浊雾粒子和其他胶体 材料的基质组成的渐进累积的滤饼。
若采用合成加工助剂，则一个预涂层就够了，它用将在整个工艺操作过程 中蓄积起来的主体进料的载体。预涂层所采用级别与主体进料所采用的相同。
一般地，基于干物质，加工助剂悬浮体的浓度在5%-15%之间。更高的浓度容 易产生堵塞定量给料泵的问题，而另一方面，更低的浓度将在定量投给主体进 料的过程中不必要地稀释啤酒。在施加预涂层的过程中水的流量应当至少为在 投给主体进料的过程中常规流量的1.5倍。此操作对于在整个过滤表面上规则 地沉积预涂层非常重要，从而达到第一批通过过滤机的经过滤产品所需的规 格。 一般地，在过滤机过滤面上的沉积量约为2-4毫米，对应于单位过滤表面 积上的量约为2-4千克/米2。可再生加工助剂的主体进料定量给料速率通常在 60-200克/百升之间，连续投到清亮的啤酒流中，并收集在特殊的专用过滤机上。 最常用的过滤机是烛式过滤机、水平叶片式过滤机或垂直叶式过滤机，它们是 封闭式设备，以便进行原位再生过程。当混合物包含PVPP时，较好的做法是 考虑将接触时间定为约5分钟，接触时间包括在啤酒供应管内的时间和在过滤 机内的平均停留时间。在过滤机上的最佳推荐流量约为5-10百升/小时'米2， 约为啤酒在用DE作助滤剂的过滤机上的流量的2倍。助滤剂或包含PVPP的不同助滤剂的混合物经再生之后可再利用，再生过 程包括如下步骤
用浓度在2%至约5%之间、温度至少约为8(TC的苏打水冲洗过滤介质， 时间在60分钟至约120分钟之间；以及
在约4(TC至6(TC之间的温度下用酶组合物处理过滤介质，时间在约100 分钟至约200分钟之间，所述酶处理在多个过滤周期之后进行。
采用类似于DE过滤操作中所用的封闭式设备，如烛式过滤和垂直或水平 叶片式过滤机，以便进行原位再生过程和实现完全自动化。
当选用第二过滤元件处理啤酒并且采用合成聚合物作为加工助剂，其中加 工助剂可以是助滤剂或助稳定剂，或者既是助滤剂又是助稳定剂时(图2、 3、 4 或5)，将加工助剂制备好之后，通过备用定量给料/贮存罐(第四贮存罐)(30)定 量给料。在制备加工助剂悬浮体的过程中，罐中注满工艺水(PW)。在该阶段， 至少打开阀(31)供应PW。定量给料/贮存罐至少装配两个传感器， 一个用于检 测罐中加工助剂悬浮体的低位(32)，据此开放新鲜PW的供应，而另一个用于 检测罐中高位(33)，据此切断新鲜PW的供应。合成聚合物由操作员通过手工 加入罐中，罐中装配有合适的螺旋桨(49)，以确保制备的加工助剂悬浮体在定 量给料/贮存罐中具有恰当的均匀度。加工助剂悬浮体的浓度一般约为10%。 加工助剂悬浮体在第一次投入使用之前，先用热苛性溶液(例如温度为8(TC的 2%NaOH溶液)处理，然后用PW洗涤。
过滤工艺从调理阶段开始，也就是在过滤阶段使用的过滤机本身和各种管 子都装满水。此步骤的主要目的是避免氧气与啤酒之间直接接触，为此推荐的 最佳做法是使用DW。过滤机(7)从底部开始注入DW， DW是通过液体进料线 泵入(8)的，此时阀(9)、 (10)、 (11)、 (13)、 (2)、 (15)开通，而阀(12)、 (14)关闭。 为避免过分消耗DW，当阀(52)、 (53)、 (54)和(25)开通时，利用旁设回路使过 滤机处于循环当中。
当过滤机和管线充分脱气后，先在过滤介质上沉积预涂层，开始过滤操作。 由于预涂层和主体进料采用具有相同分布尺寸的相同材料，当使用合成聚合物 时，其用量通常在约2-4千克/米2之间。DW的流量约比过滤流量大1.5倍， 以确保过滤介质的整个表面覆盖足够的助滤剂，从而保证第一批经过滤的啤酒 的质量。预涂层是从第四定量给料/贮存罐中定量给料的，所述罐中装有正在进 行的过程所需的全部加工助剂。定量给料过程应尽可能短，为此采用特定的泵
18(34)，此时阀(35)、 (36)和(44)开通。为避免在沉积预涂层的过程中过分消耗DW， 当阀(52)、 (53)、 (54)和(25)开通时，利用旁设回路使过滤机处于循环当中。激 冷未过滤的啤酒，然后可利用相同的方式供应给过滤机，即让啤酒通过位于离 心机(分离器)与过滤机之间的缓冲罐(24)，此步骤常称作"预运行"或"前置运 行"。
同时，当阀(35)和(45)开通时，利用特定的定量给料泵(37)，自备用定量给 料/贮存罐(30)定量投给加工助剂。当啤酒与水掺合后的比重高于预定目标时， 利用以下开通的阀(25)、 (26)，阀(12)关闭，将经过滤的液体回收到预运行和后 运行过滤液体罐中，此步骤可视为生产过程的起点。
在生产的最后步骤中，当在过滤机上定量投给和沉积的加工助剂达到其总 量，或者当压差达到过滤机供应商认可的最大限度时，向过滤线供应水。此项 操作称作"后运行"或"后置运行"，它是前面称作"前置运行"的操作的逆 操作，二者采用完全相同的管和阀。如前面所解释的，当经稀释的啤酒的比重 高于预定目标时，将啤酒/水混合物回收到预运行和后运行过滤液体罐中。
此后的掺合物不回收，而是被排出，这标志着生产阶段结束而再生过程开 始。在开始再生之前或第一次苛性处理之后，利用沉积预涂层所用的泵(34)和/ 或(35)将可能存在的残余量的加工助剂泵入过滤机。在本发明中，再生过程在 过滤机内进行，称作原位过程，所用化学溶液不同于对该装置进行清洁和消毒 操作时所用的化学溶液，啤酒制造商将该操作称作"在位清洁"(CIP)。通过添 加温度约为8(TC的热水，使过滤机的温度逐渐升高，其中8(TC是苛性处理所 需的合适温度。苛性苏打的浓度一般约为2%，要溶解附着在PVPP表面上的 多酚和释放滤饼中俘获的酵母细胞壁和残渣(trub)，该浓度是必要的。这第一次 "侵袭(attack)"发生在30-60分钟之间的时间内，具体取决于可溶物的量和苛 性溶液的浓度。然后，依次用8(TC的热水、室温下的冷水(PW)和冰冷的脱气水 (DW)洗滤饼。在开始新的过滤处理之前，应当用DW和C02从过滤介质中清 除经过清洁的滤饼，并且应当泵入备用定量给料/贮存罐(30)，此时阀(38)和(29) 开通。现在加工助剂为开始新的过滤处理作好了准备。加工助剂可使用数次而 无须进行总的再生过程，包括能够溶解酵母细胞的酶。
当啤酒生产者在过滤操作过程中观察到经过滤的啤酒体积因压差增加过 大而减小时，则强烈建议启动酶再生过程，如专利W096/35497所描述的那样。 当加工助剂全部位于过滤机中的过滤介质上时，再生过程原位进行。完整的再生过程包括三个不同步骤第一步是对有机物质进行苛性溶解；第二步是特异 性酶的作用；第三步是最后的苛性处理。为了先于滤饼的完全再生，前面用苛 性苏打溶液再生之后，紧接着添加具有特异活性的酶，包括至少能溶解酵母细 胞壁的酶。当溶液的pH和温度分别保持和稳定在pH约为5、温度约为5(TC时， 所得结果较好，但不是必须如此。5(TC的温度可通过采用外部热交换器来获得。 可利用合适的罐添加酶，酶与滤饼的接触时间取决于酶的要求， 一般在约30-90 分钟之间。酶作用之后，进行一个类似的过程，包括用苛性苏打溶液再生。为 此，苛性苏打溶液的浓度可减小到0.5%，因为已经进行了整个再生过程的前 面两步。
当滤饼完全再生之后，加工助剂不含有机物质，可重新用于其他过滤操作。 在开始新的过滤过程之前，应当利用DW将经过清洁的滤饼从过滤介质上除去， 并且应当泵入备用定量给料/贮存罐(30)，此时阀(38)和(39)是开通的。 在其他应用中，该设备必须综合用作稳定化设备和过滤设备。 当选用第二过滤元件处理经过滤的啤酒并且采用传统PVPP稳定化工艺时 (图2、 3、 4或5)，将PVPP制备好之后，通过第四贮存罐(30)定量给料。在制 备PVPP悬浮体的过程中，罐中注满工艺水(PW)。在该阶段，至少打开阀(31) 供应PW。定量给料/贮存罐至少装配两个传感器， 一个用于检测罐中PVPP悬 浮体的低位(32)，据此开放新鲜PW的供应，而另一个用于检测罐中高位(33)， 据此切断新鲜PW的供应。PVPP由操作员通过手工加入罐中，罐中装配有合 适的螺旋桨(49)，以确保制备的PVPP悬浮体在定量给料/贮存罐中具有恰当的 均匀度。PVPP悬浮体的浓度一般约为5-10%。 PVPP悬浮体在第一次投入使用 之前，利用双加热夹套在8(TC进行消毒，该处理的另一个优点是能够清除PVPP 悬浮体中不希望存在的溶解氧。
稳定化工艺从调理阶段开始，也就是在过滤阶段使用的过滤机本身和各种 管子都装满水。此步骤的主要目的是避免氧气与啤酒之间直接接触，为此推荐 的最佳做法是使用DW。过滤机(7)从底部注入DW， DW是通过液体进料线泵 入(34)的，此时阀(9)、 (10)、 (11)、 (13)、 (2)、 (15)开通，而阀(12)、 (14)关闭。 为避免过分消耗DW，当阀(52)、 (53)、 (54)和(25)开通时，利用旁设回路使过 滤机处于循环当中。
当过滤机和管线充分脱气时，先在过滤介质上沉积预涂层，开始稳定化操 作。当使用PVPP时，其用量通常约为0.5千克/米2。 DW的流量约比稳定化流量大1.5倍，以确保过滤介质的整个表面覆盖足够的PVPP，从而保证第一批稳 定化啤酒的质量。预涂层是从备用定量给料/贮存罐中定量给料的，所述罐中装 有正在进行的过程所需的全部PVPP。该定量给料过程应尽可能短，为此采用
特定的泵(34)，此时阀(35)、 (36)和(44)开通。为避免在沉积预涂层的过程中过 分消耗DW，当阀(52)、 (53)、 (54)和(25)开通时，利用旁设回路使过滤机处于 循环当中。利用开通的阀(40)、 (2)和(15)，阀(12)和(14)关闭，将来自经过滤啤 酒的单独过滤机或单独罐子中的经过滤啤酒供应给啤酒线。此步骤常称作"预 运行"或"前置运行"。
同时，当阀(35)和(45)开通时(至少第三阀)，利用特定的定量给料泵(37)， 自第四贮存罐(30)定量投给PVPP。当啤酒与水掺合后的比重高于预定目标时， 利用以下开通的阀(38)、 (26)，阀(12)关闭，将经过滤的液体回收到预运行和后 运行过滤液体罐中，此步骤可视为生产过程的起点。在稳定化过程中，啤酒在 过滤机上的流量与设备相适应。对于各个不同的流量，使用相同的泵(8)，并利 用相同的流量计(27)对泵进行控制。在这些操作条件下，过滤元件彼此连通， 第一阀组件处于开通位。阀40开通而阀11关闭。
在生产的最后步骤中，当在过滤机上定量投给和沉积的PVPP达到其总量。 此项操作称作"后运行"或"后置运行"，它是前面称作"前置运行"的操作 的逆操作。如前面所解释的，当经稀释处理过的啤酒的比重高于预定目标时， 将啤酒/水混合物回收到预运行和后运行过滤液体罐中。
此后的掺合物不回收，而是被排出，这标志着生产阶段结束而再生过程开 始。利用沉积预涂层所用的泵(34)和/或(35)将可能存在的残余量的PVPP泵入 过滤机。在本发明中，再生过程在过滤机内进行，称作原位过程，所用化学溶 液不同于对该装置进行清洁和消毒操作时所用的化学溶液，啤酒制造商将该操 作称作"在位清洁"(CIP)。通过添加温度约为8(TC的热水，使过滤机的温度 逐渐升高，其中8(TC是苛性处理所需的合适温度。苛性苏打的浓度一般约为2 %，要溶解附着在PVPP表面上的多酚，该浓度是必要的。第一次"侵袭"发 生在30-60分钟之间的时间内，具体取决于可溶物的量和苛性溶液的浓度。若 定量给料/贮存罐中仍然存在未用完的PVPP粒子，则在循环之前可用苛性溶液 泵出。循环步骤采用旁设回路，如沉积预涂层的过程中所用的，此时阔(52)、 (53)、 (54)、 (25)、 (2)和(15)开通，流量由流量计控制，流量计也控制着泵(8)的 给料。然后，依次用8(TC的热水、室温下的冷水(PW)和酸液洗滤饼，以中和稳定化滤饼中存在的残余苛性溶液。在开始新的稳定化过程之前，应当用DW和
C02从过滤介质中清除经过清洁的稳定化滤饼，并且应当泵入备用定量给料/ IG存罐(30)，此时阀(28)和(39)开通。现在PVPP为开始新的稳定化过程作好了 准备。
虽然出于说明目的披露了本发明的优选实施方式，但是本领域的技术人员 应当理解，只要不背离所附权利要求所揭示的本发明的范围和精神，可以作出 各种改进、增益或替换。
权利要求
1.一种过滤和/或稳定化设备，其包括●第一贮存罐和第二贮存罐(1)；●第一过滤元件和第二过滤元件(7)，其中，所述第一贮存罐与第一过滤元件连接，所述第二贮存罐(4)与第二过滤元件(7)连接；●将所述第一过滤元件的出口与所述第二过滤元件的入口相连的第一喷嘴，所述第一喷嘴包括具有开通位和关闭位的第一阀组件(11，40)，所述开通位是允许所述第一过滤元件的出口与第二过滤元件(7)的入口连通的位置，而关闭位是将所述第一过滤元件的出口与第二过滤元件(7)的入口隔断的位置，所述第一阀组件(11，40)包括第一阀(11)和第二阀(10)，当所述第二阀(40)打开而所述第一阀(11)关闭时，所述第一阀组件处于开通位；当所述第二阀(41)关闭而所述第一阀(11)打开时，所述第一阀组件处于关闭位。
2. 如权利要求l所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所述设备还包括 连接所述第一过滤元件的入口和第三贮存罐(24)的出口的第二喷嘴，所述第三 贮存罐用于盛装未过滤的介质，所述第二喷嘴进一步连到所述第一阀(ll)上， 用于当第一阀组件(ll， 40)处于关闭位时，将所述第三贮存罐(24)连接到所述第 二过滤元件(7)的入口。
3. 如权利要求l或2所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所述第一喷 嘴包括位于所述第二过滤元件(7)与所述第二贮存罐(1)之间的第二阀组件，所述 第二阀组件(4， 20， 21， 22)具有开通位和关闭位，所述开通位是第二过滤元件 (7)与第二贮存罐(1)连通的位置，而关闭位是第二过滤元件(7)与所述第二贮存 罐(l)隔断的位置。
4. 如权利要求3所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所述设备还包 括第四贮存罐(30)，所述第四贮存罐具有通过至少一个第三阀(35， 45)与所述第 一喷嘴连接的出口，当第二阀组件(4， 20， 21， 22)处于开通位时，所述第三阀 处于关闭位；当第二阀组件(4， 20， 21, 22)处于关闭位时，所述第三阀处于开 通位，从而使所述第四贮存罐(31)与第二过滤元件(7)之间连通。
5. 如权利要求l-4中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所 述第一、第二贮存罐(1)或第四贮存罐(30)中装有选自下组的助滤剂介质硅藻 土介质、硅质土、珍珠岩、 一次性PVPP(聚乙烯聚吡咯烷酮)、可再生PVPP、硅胶、斑脱土、合成材料及其混合物。
6. 如权利要求5所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所述合成材料选自下组聚酰胺、聚氯乙稀、氟化产品、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、乙烯共聚物、与丙烯酸类的二元共聚物和三聚物、烯属热塑 性弹性体、其混合物、多聚合物及其共挤塑体，以及它们的混合物。
7. 如权利要求5或6所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所述合成材 料的平均直径在25-50微米之间，优选在30-40微米之间。
8. 如前述权利要求中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所 述第一过滤元件是水平叶片式过滤机、烛式过滤机或垂直叶式过滤机，所述第 二过滤元件(7)是烛式过滤机。
9. 如前述权利要求中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于，所 述介质是基于水果或粮食的饮料，具体是基于谷物的饮料，更具体是基于麦芽 的饮料，最具体是发酵饮料，优选啤酒。
10. 如前述权利要求中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于， 所述介质的pH在2-6之间，优选在3-5之间。
11. 如前述权利要求中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于， 所述第一贮存罐和所述第二贮存罐(l)均包含硅藻土、硅质土或珍珠岩与一次性 PVPP的混合物。
12. 如权利要求l-10中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于， 所述第一贮存罐和所述第二贮存罐包含硅藻土、硅质土或珍珠岩，所述第四贮 存罐包含可再生PVPP。
13. 如权利要求l-10中任意一项所述过滤和/或稳定化设备，其特征在于， 所述第四贮存罐包含可再生PVPP与合成聚合物的混合物。
14. 一种未过滤介质的过滤和/或稳定化方法，其包括*第一加料步骤，向来自第三贮存罐的所述未过滤介质中加入来自第一贮 存罐的第一助滤剂；*第一过滤步骤，过滤包含所述第一助滤剂的所述未过滤介质，得到第一 滤液；*第二加料步骤，向第二未过滤介质中加入来自第二贮存罐(l)或第四贮存 罐(30)的第二助滤剂；*第二过滤步骤，过滤包含所述第二助滤剂的所述未过滤介质，得到第二 滤液；*切换步骤，将第一阀组件(ll， 40)从关闭位切换至开通位，所述关闭位 是使第一过滤步骤之后紧随第二过滤步骤的位置，所述第一滤液是要经历第二 过滤步骤的所述第二未过滤介质；所述开通位是使第一过滤步骤与第二过滤步 骤同时独立进行的位置，所述未过滤介质与所述第二未过滤介质相同，所述第 一助滤剂与所述第二助滤剂相同或不同。
15. 如权利要求14所述未过滤介质的过滤和/或稳定化方法，其特征在于， 所述方法还包含将第二阀组件从关闭位切换到开通位的切换步骤，以从所述第 二贮存罐(l)添加第二助滤剂；或者将其从开通位切换到关闭位、同时将第三阀 从关闭位切换到开通位的切换步骤，以从所述第四贮存罐(30)添加第二助滤剂。
16. 如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述第一、第二贮存 罐(1)或第四贮存罐(30)中装有选自下组的助滤剂介质硅藻土介质、硅质土、 珍珠岩、 一次性PVPP(聚乙烯聚吡咯烷酮)、可再生PVPP、硅胶、斑脱土、合 成材料及其混合物。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述合成材料选自下组聚 酰胺、聚氯乙稀、氟化产品、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊 烯、乙烯共聚物、与丙烯酸类的二元共聚物和三聚物、烯属热塑性弹性体、其 混合物、多聚合物及其共挤塑体，以及它们的混合物。
18. 如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述合成材料的平均 直径在25-50微米之间，优选在30-40微米之间。
19. 如权利要求14-18中任意一项所述的方法，其特征在于，所述介质是基 于水果或粮食的饮料，具体是基于谷物的饮料，更具体是基于麦芽的饮料，最 具体是发酵饮料，优选啤酒。
20. 如权利要求15所述未过滤介质的过滤和/或稳定化方法，其特征在于，所述方法还包括将进行第一过滤步骤的第一过滤单元关闭，所述第二过滤步骤 利用来自第四贮存罐的所述第二助滤剂进行，所述第四贮存罐包含可再生 PVPP和合成聚合物的混合物。
全文摘要
本发明涉及初级液体过滤/稳定化装置，其包括液体进料线、用于一次性助滤剂和/或助稳定剂的常规定量给料罐系统和用于可再生助滤剂和/或助稳定剂的备用定量给料罐系统的组合，其中该装置适合选择性操作这两个定量给料系统中的一个或另一个，将其相应物料定量送入经由进料线输送的液体，过滤机适合将助滤剂材料保留在其上，而清除了保留材料的液体则从其中通过。
文档编号B01D37/00GK101553298SQ200780045319
公开日2009年10月7日 申请日期2007年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者B·弗梅辛, P·亚当, P·哈塞拉尔斯, W·德比斯 申请人:英博有限公司