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1、,膜过滤发展史,1907年，德国人Bechhold发表第一篇关于微孔膜性质的论文。 1925年，世界上第一个膜过滤公司成立：德国Sartorius公司。 1963年，美国四家公司首先用微孔膜进行啤酒低温过滤。,微滤,微滤使用的膜孔径：一般在0.02-10um之间 过滤推动力（压差）：1-2bar 具有膜孔不易堵塞的优点,超滤,超滤膜孔径：一般在2nm-1um之间（截留分子量51025105 ） 超滤介于纳滤和微滤之间 超滤和微滤之间无绝对分离界限,超滤设备图,反渗透膜过滤图,纳滤图,膜过滤的分类,2、按成膜材料的不同来分： 有机合成膜 陶膜 天然膜 在啤酒厂运用的膜主要是有机合成膜和陶膜，尤其
2、是有机合成膜使用最多。,有机合成膜的特性,1、膜材特性 制作有机膜的材料很多：尼龙66、聚丙烯、聚砜、聚四氟乙烯。用于啤酒过滤的主要是前三种。 1)聚砜 聚砜类膜材有：双酚A型聚砜（PSF）、聚芳醚砜（PES）、酚酞型聚醚砜（PES-C）、 酚酞型聚醚酮（PEK-C）、聚醚醚酮（PEEK）。 尤其是经磺化处理的磺化聚砜膜，膜表面带正电荷，在啤酒过滤时，带正电荷的大分子蛋白质在被截留的同时，不会堵塞膜孔，有利于膜的清洗。,聚砜类膜材的优点和缺点,优点： 优越的抗蠕变性能 耐高温（135） 良好的耐强酸、耐强碱能力 较强的抗氯能力（50ppm） 缺点： 耐压性不高（4bar） 有疏水性（不利于清洗
3、剂的清洗）,尼龙66的特点,2)尼龙66 优点： 耐压性较好（6bar） 良好的亲水性（有利于清洗剂的清洗） 耐热性较好 耐强碱能力中等 缺点： 不耐酸,聚丙烯膜材的特点,3)聚丙烯 优点： 耐强酸强碱的能力很强 耐热性很强 耐压性很高 缺点： 膜孔的形状为狭缝状：在使用的过程中可能会变形、撕裂，致使过滤性能变差。,有机合成膜的分类,1)按成膜材料的不同来分： 聚丙烯膜、尼龙66膜、聚砜膜等等。 2)按膜的形态结构的不同来分： 对称膜：它仅由一层很厚的膜所组成。目前主要使用的是“对称致密膜”。此类膜易堵塞，过滤速度慢。 非对称膜：它由一层很薄的多孔致密皮层和一层相对较厚的多孔支撑层所组成。此类
4、膜不易堵塞，过滤速度快。在啤酒过滤中此类膜使用最多。,有机膜的分类,3)按滤膜在滤芯中的形状不同来分： 中空纤维膜（或称“毛细管膜”） 管状膜（多为褶皱形状） 螺旋卷式膜,膜过滤的分类,3、按被滤液和滤清液在膜面两侧上的流动方向的不同来分： 静态膜过滤（又称死端式膜过滤或传统膜过滤） 错流膜过滤（又称动态膜过滤或切线膜过滤）,死端式膜过滤,是指被滤液的流动方向和滤清液的流动方向都与膜面呈垂直方向的过滤方式。 随着过滤的进行，膜孔的表面和膜滤孔的纳污空间会很快被填塞和覆盖，过滤速度会越来越慢直至停止。 这种方式仅适合于被滤液中固体物质、胶体物质及微生物等可截留物质含量很低的膜过滤。,错流过滤,被
5、滤液的流动方向与膜面相切，滤清液的流动方向与膜面垂直的过滤方式。 由于被滤液的流动方向与膜面相切，所以膜面上暂时性的覆盖物会被不断流入的液体所带走，这样膜滤孔就会恢复其过滤功能，因此过滤效率较高。 错流过滤的结果是：得到滤清液和被截留的浓缩物。,有机滤膜的性能参数,起泡点压力：在泡压法试验中，当膜面上出现第一个气泡时所对应的压力。 孔隙率：越高，则过滤速度越快。微孔膜的孔隙率很高，达80%。 最大孔径：利用起泡点压力而计算出。 平均孔径：在泡压法试验中，利用气泡出现最多时的压力来计算最小孔径；最大孔径和最小孔径的平均值，即为平均孔径。 孔径分布情况：膜中各一定大小的孔的容积占整个孔容积的百分比
6、。孔径分布越均匀，过滤技术越有保障。微孔膜的孔径分布很均匀，如：平均孔径为0.45um的膜，其波动范围仅为0.02um,有机膜的性能参数,垂直耐压强度：膜单位面积上所能承受的垂直最高压力，即：膜允许使用的最高压力。 水平拉伸强度：膜单位面积上所能承受的水平方向的最高拉力。 耐温性。 耐酸碱性（适宜pH值范围） 疏水性或亲水性 纯水透过能力（hl/h/m2），耐氯能力、厚度、可萃取率、含水量、毒性、截留率,膜过滤功能元件的完整性检验,要求：既能进行实验室个体过滤元件的完整性检验，又能进行在线集束过滤单元的完整性检验。 常规完整性检验项目：保压试验和泡点试验。 保压试验（压力衰减试验）：当用水或其
7、它液体润湿膜面后，由于液体的表面张力作用，液体会充满滤孔，这时如果在膜的上游（进入面）充入一定压力的气体（空气或氮气），少量气体就会在液体中溶解、并随液体扩散到膜的下游（出口面），这样进气压力就会衰减。如果膜滤元件完好，则压力衰减值只能在一定的允许范围内，否则说明膜过滤功能元件已破坏。 泡点试验：如果在保压试验中逐渐加大进口压力时，当出现扩散流猛增、压力出现起始急剧衰减，若此时的进口压力低于“膜的起泡点压力”，则说明膜过滤元件已破坏。,纯生啤酒过滤设备的配置,一、粗滤 由带或不带离心机的硅藻土过滤系统完成。 硅藻土过滤对被滤酒的要求： 酵母数：2百万mL 粘度：1.85mPa.s 碘值：0.2
8、 葡聚糖： 150mg/l Esser测定法的可滤性90g 硅藻土过滤后的酒液质量要求： 酵母数： 5/100ml 浊度： 0.4EBC,纯生啤酒精滤配置,二、精滤配置：方法有多种 A: PVPP滤机纸板过滤清酒罐膜预滤 B: PVPP滤机颗粒捕捉器清酒罐膜预滤 C: PVPP颗粒捕捉器清酒罐MMS200精滤（德国Handtmann公司） 说明： 1)若使用纸板，应选用精滤纸板， 如： Seitz-ES50ABF或80ABF 2)若使用颗粒捕捉器，应选用孔径为2-3um的膜 3)在使用MMS200滤机（多微孔系统滤机Multimicrosystem）时，应选用R103精滤板,精滤膜滤芯配置,3
9、)可使用下列公司的膜滤芯 Sartorius公司的Sartofine SM558 05 05滤芯（孔径0.7um、聚丙烯不对称膜），或SM558 05 03滤芯（孔径1um、聚丙烯不对称膜） Seitz公司的Seitz-PRE cartPP滤芯（孔径1um、聚丙烯不对称膜） Pall公司的Ultipor N66滤芯（孔径0.8um或0.65um、尼龙66不对称膜） 注意：滤芯的卡口应合适。 精滤后的酒液质量要求： 酵母数：0 细菌总数： 10/100ml 浊度： 0.3EBC,无菌膜过滤的配置,三、无菌膜过滤 在精滤和无菌膜过滤之间应安装一个缓冲罐。目的：可保障啤酒均匀无菌膜过滤和均匀灌酒；也
10、便于啤酒品种的更换。但啤酒在缓冲罐中的滞留时间不应超过约3小时，否则会在滞留过程中形成新聚合物，对膜的无菌过滤不利。 选用孔径为0.45um的膜滤芯。,无菌膜滤芯的选择,可选择下列滤芯： Pall 公司的Ultipor N66 0.45um 的滤芯（CFS集束式全自动终滤系统） Seitz公司的Seitz-MEMBRA cart PS 滤芯（0.45um孔径、聚砜不对称膜、聚丙烯支撑网） Sartorius公司的Sartocool SM530 25 06A滤芯（0.45um孔径、聚砜不对称膜、聚丙烯支撑网）,滤芯结构,1、组成： 固定芯筒、固定网 膜（过滤层、保护层） O形密封圈 卡口（2个或
11、3个） S端子 2、长度 10英寸（25cm）、20英寸、30英寸和40英寸,每个滤芯的膜构成,滤芯的安装方式,安装方式： 直立式安装 悬挂式安装 悬挂式安装的优点： 膜滤机中空气可彻底排出 清洗杀菌无死角，尤其对于方向清洗来说效果很好 可确保每个滤芯的过滤面积的100%利用 易对每个集束或每个滤芯进行在线完整性的检验,无菌膜过滤的过滤能力要求,如果无菌膜过滤之后直接进行灌装，则要注意过滤能力和灌装能力的匹配： 对于瓶装灌酒机来讲：膜过滤能力至少应为灌装能力的1.3倍。 对于桶装机来说：膜过滤能力至少应为灌装能力的2倍。 如果膜过滤能力达不到以上要求，则在灌装机启动时会损坏膜。,膜过滤系统的非
12、酒介质过滤,清洗用水：建议 膜预滤系统：用0.65um终端膜滤芯来滤水。 膜终滤系统：用0.2um终端膜滤芯来滤水。 无菌水的质量要求：细菌总数： 10个100ml 酵母菌数： 0个100ml 厌氧菌数： 0个100ml 碱液：建议 用0.65um终端膜滤芯来滤碱液。 CO2（或N2）和压缩空气：建议 用“0.3um膜预滤0.01um膜终滤”来过滤。 无菌CO2、无菌空气的质量要求：细菌总数： 3个10min 酵母菌数： 0个10min 厌氧菌数： 0个10min 蒸汽：建议 用1um的烧结金属微孔膜 进行终滤。若用热水 ，则无需膜滤。,膜清洗,若热水清洗效果不佳，则建议： 利用热碱水来清洗。
13、如：浓度为1-2%的NaOH、或浓度为2-3%的NaHCO3 、或含0.5%胃蛋白酶的0.01N的NaOH、或Pall公司的酶清洗剂。 在碱清洗时，最好循环清洗2h以上或碱液浸泡一夜后进行清洗。,Satorius公司膜过滤,一：Poly-BSF系列纯生啤酒过滤系统 啤酒冷态无菌过滤是取代巴氏杀菌的另一种方法，它不但保证了常温下的啤酒保质期，且保持了啤酒的原有新鲜口味，而且口感更好。 模组化设计，安装；维护容易 最现代的无菌设计 预过滤可进行反向CIP 膜过滤可进行正向CIP 生产全过程全自动操作 全自动完整性测试系统 连续的在线控制 屏幕可直观观测到生产过程,二：过滤流速的计算 纯生啤酒膜过滤
14、系统的流速常规的算法是按每根过滤芯最小的过滤量来计算。如：Sartocool-PS每根40“高的过滤芯的流速为0.9-1.2吨/小时，因此应该按照0.9吨/小时来计算。 例如：酒机的灌装速度为36000瓶/小时，每瓶的容积为640ml。 因此：36000X0.64=23吨/小时，此为灌酒机的正常灌装速度。 酒缸对供酒的要求：必须大于灌酒机正常灌装速度的15%， 酒泵的实际流速为：23X1.15=26吨/小时。 膜过滤又必须大于酒泵的实际能力15%：26 X 1.15=30吨/小时 滤芯的数量至少为：300.934根 否则将影响灌酒机的正常灌装。,三：过滤系统示意图,四：过滤系统过滤芯的配置 预
15、过滤: 0.65 m 预过滤系统截留酵母及减少啤酒有害菌，并因而保护了终端滤芯,深度性的过滤效果0.65um。 终端过滤: 0.45 m 终端0.45um绝对膜过滤芯，是专门设计用于纯生啤酒终端过滤的绝对膜过滤芯，有极高的耐差压能力，耐PH值1-14，可用碱液清洗。去除啤酒中的所有有害菌。 CIP过滤: 1.2 m 再生用水过滤，去除水、碱液中的杂质。保护啤酒过滤系统不会被水中的杂质，再次堵塞。 气体过滤: 0.2 m 用于啤酒过滤系统的系统背压用无菌CO2，系统完整性测试用无菌压缩空气。,五：过滤芯的特点 1. 0.45um终端膜过滤芯的特点 特别为啤酒过滤开发的 100%截留啤酒有害菌 ： LRV 107 cm2 不改变啤酒品质 很高的化学/抗热性 pH1-14 可进行完整性测试 很低的蛋白质吸附和很高的流速 = 最适合纯生啤酒的膜过滤芯,2. 0.65um预过滤芯的特性 截留啤酒中颗粒物质，及酵母菌等，截留效果好，截留率高 不改变啤酒品质 非常高的耐压差能力 5 bar at 40C 2 bar at 121C 最大耐反向压差 3 bar at 20C 杀菌 max. 2 bar (134C)80次以上,珠啤Sartofine预滤机膜特性,滤芯型号：Sar
