一種香蕉醋發(fā)酵過濾裝置的設(shè)計

◎ 蔣 瑜，趙仁芳，何向鋒，王靈敏

（1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學，廣西 南寧 530007；2.廣西商貿(mào)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(shù)生產(chǎn)的全果釀造營養(yǎng)型健康果醋[1]。香蕉醋生產(chǎn)時，香蕉果漿在酶解、糖化、果酒發(fā)酵和果醋發(fā)酵過程中繼續(xù)產(chǎn)生不溶性物質(zhì)，導致發(fā)酵后的果酒果醋液體渾濁，影響產(chǎn)品感官和質(zhì)量，甚至導致設(shè)備管路堵塞影響生產(chǎn)。目前生物工業(yè)常用的過濾設(shè)備有板框壓濾機、轉(zhuǎn)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(wǎng)和設(shè)備，不能自動進行。為提高過濾效率，李曉曉[3]對應(yīng)用于配制酒生產(chǎn)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(yīng)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(wǎng)網(wǎng)孔，導致過濾效率低，不能長期連續(xù)穩(wěn)定運行的問題。賈漫麗等[5]設(shè)計了一種集發(fā)酵過濾為一體的桑葚酒制備裝置，將桑葚酒發(fā)酵、過濾、儲存融為一體，提高了生產(chǎn)效率。朱蘭等[6]設(shè)計了一種火龍果發(fā)酵液生產(chǎn)用壓榨過濾裝置，該裝置采用了發(fā)酵壓榨一體化的結(jié)構(gòu)，分兩級過濾，避免了物料轉(zhuǎn)移過程的衛(wèi)生安全隱患，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，縮短了加工時間。查閱文獻可知，小型化的過濾設(shè)備基本都存在濾網(wǎng)堵塞、濾渣無法自動排出、需要人工清洗等問題，不能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，影響發(fā)酵和過濾的生產(chǎn)效率，并且過濾設(shè)備有向多種功能相結(jié)合的趨勢發(fā)展。

本研究針對現(xiàn)有小型板框式壓濾機不能自動過濾、排渣、清洗等問題，結(jié)合固定化連續(xù)發(fā)酵香蕉醋制備的工藝要求，設(shè)計了一種香蕉醋發(fā)酵過濾裝置，將發(fā)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(fā)酵和過濾不能一體化、自動化生產(chǎn)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(shè)備使用范圍和使用率。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

香蕉醋發(fā)酵過濾裝置由發(fā)酵罐、加壓組件、翻轉(zhuǎn)過濾組件、水平翻轉(zhuǎn)控制組件、液位感應(yīng)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(fā)現(xiàn)氣缸工作故障。

1.1 發(fā)酵罐

發(fā)酵罐對原有的管道、閥門、清洗裝置、傳感器、空氣濾清器和調(diào)壓閥等部分保持原有設(shè)置，保留發(fā)酵裝置原有的發(fā)酵功能和發(fā)酵方式。在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)進行稍微調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容主要有以下部分。①將發(fā)酵罐底部支撐腿長度適當增加，預(yù)留加裝過濾裝置的高度空間。②增加環(huán)形安裝底板，為零部件的安裝提供支撐和固定面。③在發(fā)酵罐底部排料管加裝電磁閥門，便于控制過濾時發(fā)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(nèi)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(fā)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(fā)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(wèi)生安全。

1.3 翻轉(zhuǎn)過濾組件

翻轉(zhuǎn)過濾組件由軸承、軸承座、過濾底座、過濾斗、濾網(wǎng)或濾布等組成，通過軸承座與發(fā)酵罐的環(huán)形安裝底板固定連接，如圖2所示。轉(zhuǎn)軸采用偏心一側(cè)設(shè)置，過濾底座失去偏心側(cè)支撐后，重力作用使翻轉(zhuǎn)過濾組件快速翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)角度100°左右時高速撞擊發(fā)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(zhuǎn)濾渣不能完全排出，則可重復(fù)多次。濾網(wǎng)或濾布根據(jù)過濾要求進行更換，以適應(yīng)多種過濾需求。

1.4 水平翻轉(zhuǎn)控制組件

水平翻轉(zhuǎn)控制組件由左右兩側(cè)支撐氣缸、位置傳感器、支撐塊、安裝板、水平復(fù)位氣缸、水平滑動導軌和支撐滾輪等組成，安裝于發(fā)酵罐的環(huán)形安裝底板上。左右兩側(cè)支撐氣缸用于支撐和釋放翻轉(zhuǎn)過濾組件，水平復(fù)位氣缸的作用是將翻轉(zhuǎn)下落后的翻轉(zhuǎn)過濾組件恢復(fù)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(shè)有PLC、直流電源、電磁閥、氣動三聯(lián)件、觸摸屏、急停按鈕和電源開關(guān)等元器件，對整個發(fā)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(yīng)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(yīng)器組件由液位傳感器、導線、若干安裝板等組成，測量發(fā)酵液注入過濾斗的最高液位，避免濾網(wǎng)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(fā)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(zhuǎn)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(wǎng)或濾布中的濾渣清洗干凈，避免堵塞。清洗時需要調(diào)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(shè)置。

2 工作原理

過濾前檢查各零部件的完好情況和衛(wèi)生情況，打開控制箱的電源開關(guān)開機自檢，啟動清洗組件對翻轉(zhuǎn)過濾組件進行首次清洗，保證設(shè)備衛(wèi)生。清洗完畢瀝干水以后，控制水平翻轉(zhuǎn)控制組件使翻轉(zhuǎn)過濾組件恢復(fù)水平狀態(tài)并穩(wěn)固支撐，發(fā)酵罐排料電磁閥打開，將發(fā)酵液注入翻轉(zhuǎn)過濾組件的過濾斗內(nèi)，當發(fā)酵液液位上升至液位感應(yīng)器組件感應(yīng)位置，發(fā)酵罐排料電磁閥關(guān)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(fā)酵液的濾渣進行擠壓過濾，保持一定時間的壓緊狀態(tài)，使濾渣中的發(fā)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(zhuǎn)控制組件的水平復(fù)位氣缸伸出，兩側(cè)支撐氣缸縮回，使翻轉(zhuǎn)過濾組件在重力作用下快速自由下落翻轉(zhuǎn)，在下落至最大轉(zhuǎn)角處，過濾底座與發(fā)酵罐支撐腿上的防撞塊快速撞擊，使得濾網(wǎng)或濾布上的濾渣振動排出，如一次不能排出干凈，可根據(jù)需求設(shè)置多次重復(fù)撞擊。控制水平翻轉(zhuǎn)控制組件使翻轉(zhuǎn)過濾組件重新恢復(fù)水平狀態(tài)并穩(wěn)固支撐，就此進行下一個過濾循環(huán)。為保證過濾效率，避免濾網(wǎng)或濾布堵塞，每過濾3次循環(huán)（循環(huán)次數(shù)根據(jù)堵塞情況可調(diào)）至濾渣排出后，開啟清洗組件對翻轉(zhuǎn)過濾組件上的過濾斗、濾網(wǎng)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(xù)下一循環(huán)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(shè)計特色

3.1 保持原有結(jié)構(gòu)功能

本設(shè)計僅對現(xiàn)有發(fā)酵罐支撐腿長度進行加長，增加附屬裝置，對原有發(fā)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(fā)酵質(zhì)量不因改動而變化。

3.2 增加排渣清洗功能

本設(shè)計增加了翻轉(zhuǎn)過濾組件和清洗組件，有效解決了現(xiàn)有小型壓濾設(shè)備無法自動排出濾渣，不能自動清洗濾網(wǎng)的問題，使整個過濾過程實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人力。

3.3 采用自動控制程序

本設(shè)計采用PLC實現(xiàn)自動控制，由高壓氣泵提供動力，通過觸摸屏實現(xiàn)人機交互，設(shè)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(yù)。

4 結(jié)論

本設(shè)計可以實現(xiàn)香蕉醋的發(fā)酵過濾需要，在原有發(fā)酵設(shè)備的基礎(chǔ)上改動較小，改造成本較低，工作原理簡單，操作簡單，能實現(xiàn)自動注入發(fā)酵液，自動加壓過濾，自動排出濾渣，自動清洗濾網(wǎng)或濾布，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)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。