一種香蕉醋發酵過濾裝置的設計

◎ 蔣 瑜，趙仁芳，何向鋒，王靈敏

（1.廣西農業職業技術大學，廣西 南寧 530007；2.廣西商貿高級技工學校，廣西 南寧 530007；3.桂林理工大學南寧分校，廣西 南寧 530001）

香蕉醋是一種利用微生物工程、酶工程等技術生產的全果釀造營養型健康果醋[1]。香蕉醋生產時，香蕉果漿在酶解、糖化、果酒發酵和果醋發酵過程中繼續產生不溶性物質，導致發酵后的果酒果醋液體渾濁，影響產品感官和質量，甚至導致設備管路堵塞影響生產。目前生物工業常用的過濾設備有板框壓濾機、轉鼓式真空過濾機、三足式過濾離心機等類型[2]。學校教學科研一般選用價格便宜、操作簡單的小型板框式壓濾機和三足式過濾離心機，需要人工排出濾渣，人工清洗濾網和設備，不能自動進行。為提高過濾效率，李曉曉[3]對應用于配制酒生產的多功能提取機組中的過濾裝置進行合理化改造，通過增加不同過濾通道過濾提取不同物料，解決了單一過濾通道過濾提取不同原料導致過濾裝置堵塞、效率低、原材料消耗等缺陷。王敬偉等[4]提出了一種應用于液體硅酸鈉的過濾裝置，解決了板框壓濾裝置易堵塞濾網網孔，導致過濾效率低，不能長期連續穩定運行的問題。賈漫麗等[5]設計了一種集發酵過濾為一體的桑葚酒制備裝置，將桑葚酒發酵、過濾、儲存融為一體，提高了生產效率。朱蘭等[6]設計了一種火龍果發酵液生產用壓榨過濾裝置，該裝置采用了發酵壓榨一體化的結構，分兩級過濾，避免了物料轉移過程的衛生安全隱患，提升了產品品質，縮短了加工時間。查閱文獻可知，小型化的過濾設備基本都存在濾網堵塞、濾渣無法自動排出、需要人工清洗等問題，不能實現自動化生產，影響發酵和過濾的生產效率，并且過濾設備有向多種功能相結合的趨勢發展。

本研究針對現有小型板框式壓濾機不能自動過濾、排渣、清洗等問題，結合固定化連續發酵香蕉醋制備的工藝要求，設計了一種香蕉醋發酵過濾裝置，將發酵、過濾、排渣和清洗4項功能融為一體，很好地解決了香蕉醋制備過程中發酵和過濾不能一體化、自動化生產的問題，也可將過濾模塊作為單獨的過濾機使用，達到一機多用，提高設備使用范圍和使用率。

1 結構設計

香蕉醋發酵過濾裝置由發酵罐、加壓組件、翻轉過濾組件、水平翻轉控制組件、液位感應器組件、濾液箱、濾渣箱、清洗組件和控制箱等部分組成，具體如圖1、圖2所示。整個裝置采用三菱PLC控制，采用人機界面進行手動和自動操作，氣缸動力由高壓空氣提供，氣缸上安裝有位置檢測傳感器，用于感知氣缸伸縮到位情況，及時發現氣缸工作故障。

1.1 發酵罐

發酵罐對原有的管道、閥門、清洗裝置、傳感器、空氣濾清器和調壓閥等部分保持原有設置，保留發酵裝置原有的發酵功能和發酵方式。在此基礎上對結構進行稍微調整，調整內容主要有以下部分。①將發酵罐底部支撐腿長度適當增加，預留加裝過濾裝置的高度空間。②增加環形安裝底板，為零部件的安裝提供支撐和固定面。③在發酵罐底部排料管加裝電磁閥門，便于控制過濾時發酵液注入量。④增加圓柱形防護罩和透明安全門（圖1中未顯示），起到防塵防污和安全防護的作用，亦可觀察內部工作情況。

1.2 加壓組件

加壓組件由壓濾氣缸、位置傳感器、過濾壓板和若干固定板組成，通過螺栓與發酵罐的支撐腿固定，通過外接壓縮空氣，推動氣缸帶動壓板往下壓，起到對濾渣進行壓濾的作用，保證發酵液完全濾出。過濾壓板采用食品級的304及以上等級的不銹鋼制造，保證壓濾過程的衛生安全。

1.3 翻轉過濾組件

翻轉過濾組件由軸承、軸承座、過濾底座、過濾斗、濾網或濾布等組成，通過軸承座與發酵罐的環形安裝底板固定連接，如圖2所示。轉軸采用偏心一側設置，過濾底座失去偏心側支撐后，重力作用使翻轉過濾組件快速翻轉，在翻轉角度100°左右時高速撞擊發酵罐支撐腿的防撞塊，使其快速停止，強烈的沖擊振動作用下，過濾斗中的濾渣排出，如一次翻轉濾渣不能完全排出，則可重復多次。濾網或濾布根據過濾要求進行更換，以適應多種過濾需求。

1.4 水平翻轉控制組件

水平翻轉控制組件由左右兩側支撐氣缸、位置傳感器、支撐塊、安裝板、水平復位氣缸、水平滑動導軌和支撐滾輪等組成，安裝于發酵罐的環形安裝底板上。左右兩側支撐氣缸用于支撐和釋放翻轉過濾組件，水平復位氣缸的作用是將翻轉下落后的翻轉過濾組件恢復到水平位置。

1.5 控制箱

控制箱采用金屬外殼制作，有鎖扣裝置，避免非操作人員打開。設有PLC、直流電源、電磁閥、氣動三聯件、觸摸屏、急停按鈕和電源開關等元器件，對整個發酵和過濾過程進行控制。通過操作觸摸屏可進行手動自動模式選擇，自動模式下整個過濾過程自動進行，無需人工操作；手動模式下，通過點擊觸摸屏，對每個過濾步驟進行控制。

1.6 輔助裝置

輔助裝置由液位感應器組件、濾液箱、濾渣箱和清洗組件等組成，起到輔助完成過濾過程的作用。液位感應器組件由液位傳感器、導線、若干安裝板等組成，測量發酵液注入過濾斗的最高液位，避免濾網或濾布堵塞，導致過濾斗中濾液液位不斷上升而溢出。濾液箱是用來臨時存儲過濾以后的香蕉醋或其他發酵液體，采用輸料泵輸將濾液送到儲存裝置。濾渣箱是用來承接濾渣和清洗液，需定時處理，避免堆積過高，影響翻轉過濾組件濾渣排出。清洗組件由清洗噴頭、水管、若干安裝板及電磁閥等組成，通過高壓噴淋，將濾網或濾布中的濾渣清洗干凈，避免堵塞。清洗時需要調整好高壓噴淋的角度和范圍，控制噴射壓力，避免清洗液到處飛濺，同時做好其他零部件的遮擋防水設置。

2 工作原理

過濾前檢查各零部件的完好情況和衛生情況，打開控制箱的電源開關開機自檢，啟動清洗組件對翻轉過濾組件進行首次清洗，保證設備衛生。清洗完畢瀝干水以后，控制水平翻轉控制組件使翻轉過濾組件恢復水平狀態并穩固支撐，發酵罐排料電磁閥打開，將發酵液注入翻轉過濾組件的過濾斗內，當發酵液液位上升至液位感應器組件感應位置，發酵罐排料電磁閥關閉，保持一定時間過濾，待液位下降以后，控制加壓組件的壓濾氣缸緩慢伸出，對過濾斗中含有發酵液的濾渣進行擠壓過濾，保持一定時間的壓緊狀態，使濾渣中的發酵液充分擠壓濾出，控制加壓組件的壓濾氣缸緩慢縮回，完成壓濾，控制水平翻轉控制組件的水平復位氣缸伸出，兩側支撐氣缸縮回，使翻轉過濾組件在重力作用下快速自由下落翻轉，在下落至最大轉角處，過濾底座與發酵罐支撐腿上的防撞塊快速撞擊，使得濾網或濾布上的濾渣振動排出，如一次不能排出干凈，可根據需求設置多次重復撞擊。控制水平翻轉控制組件使翻轉過濾組件重新恢復水平狀態并穩固支撐，就此進行下一個過濾循環。為保證過濾效率，避免濾網或濾布堵塞，每過濾3次循環（循環次數根據堵塞情況可調）至濾渣排出后，開啟清洗組件對翻轉過濾組件上的過濾斗、濾網以及加壓組件上的過濾壓板進行高壓清洗，待清洗完畢瀝干水分以后繼續下一循環的注液、壓濾、排渣等過濾過程，直至過濾完畢，做最終清洗。

3 設計特色

3.1 保持原有結構功能

本設計僅對現有發酵罐支撐腿長度進行加長，增加附屬裝置，對原有發酵罐本體未做任何改動，不會影響其強度和功能，改造成本低，發酵質量不因改動而變化。

3.2 增加排渣清洗功能

本設計增加了翻轉過濾組件和清洗組件，有效解決了現有小型壓濾設備無法自動排出濾渣，不能自動清洗濾網的問題，使整個過濾過程實現自動化，提高生產效率，節約人力。

3.3 采用自動控制程序

本設計采用PLC實現自動控制，由高壓氣泵提供動力，通過觸摸屏實現人機交互，設置自動和手動模式。自動模式下，可自動進行過濾、排渣、清洗等過程，無需人工干預。

4 結論

本設計可以實現香蕉醋的發酵過濾需要，在原有發酵設備的基礎上改動較小，改造成本較低，工作原理簡單，操作簡單，能實現自動注入發酵液，自動加壓過濾，自動排出濾渣，自動清洗濾網或濾布，節約人力，提高生產效率，同時也可以作為專門的小型過濾裝置來使用，適用面廣。