CN212142010U - 一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，混合气体包括香味物质气体和二氧化碳，其中装置包括发酵罐、与发酵罐连通的冷凝器、与冷凝器连通的透有机物膜分离器、与冷凝器连通的香味物质储罐以及与透有机物膜分离器连通的二氧化碳收集罐，冷凝器设置在发酵罐与透有机物膜分离器之间，香味物质气体通过冷凝器冷凝后形成香味物质液体并收集至香味物质储罐内，未被冷凝的混合气体进入透有机物膜分离器，未渗透透有机物膜分离器的混合气体收集至二氧化碳收集罐内。本实用新型的回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，能有效回收葡萄酒发酵过程中的混合气体，在保证葡萄酒的香气质量的同时，降低生产成本。

Description

一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置

技术领域

本实用新型涉及葡萄酒发酵过程代谢产物分离技术领域，特别涉及一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置。

背景技术

葡萄酒香味物质是影响葡萄酒品质的主要因素之一，在葡萄酒风格个性和质量方面起着重要作用。目前已知葡萄酒中的香味物质成分有800多种，含量为 1μg/L～100mg/L，这些复杂的成分从在“葡萄→葡萄汁→葡萄酒→陈酿”的整个过程中不断产生和变化，葡萄酒的香味质量取决于这些化合物的种类及其浓度。

在酒厂生产过程中为保护酒质、避免氧化，常需给储酒罐或发酵罐充氮气或二氧化碳等保护性气体，自制氮气或购买液态二氧化碳都需要较高的生产成本。而在葡萄酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳气体，通常这些二氧化碳气体未被利用就从发酵罐直接排入到空气中，没有合理利用，造成浪费，同时排放二氧化碳过程中会携带走酒中的挥发性香味物质气体，最终影响到葡萄酒的香气。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，能有效回收葡萄酒发酵过程中的混合气体，在保证葡萄酒的香气质量的同时，降低生产成本。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提出了一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，发酵过程中产生的混合气体包括香味物质气体和二氧化碳，装置包括发酵罐、与所述发酵罐连通的冷凝器、与所述冷凝器连通的透有机物膜分离器、与所述冷凝器连通的香味物质储罐以及与所述透有机物膜分离器连通的二氧化碳收集罐，所述冷凝器设置在所述发酵罐与透有机物膜分离器之间，所述香味物质气体通过所述冷凝器冷凝后形成香味物质液体并收集至所述香味物质储罐内，未被冷凝的混合气体进入所述透有机物膜分离器，未渗透所述透有机物膜分离器的混合气体收集至所述二氧化碳收集罐内。

进一步地，所述冷凝器包括气体入口，所述透有机物膜分离器包括渗透侧，所述渗透侧与所述气体入口连通，所述渗透侧与所述气体入口之间设置有真空泵，渗透过所述透有机物膜分离器的混合气体通过所述真空泵返送至所述冷凝器。

进一步地，所述透有机物膜分离器由多个膜组件串联和/或并联组成，所述膜组件包括透有机物膜。

进一步地，所述透有机物膜为聚二甲基硅氧烷、聚三氟丙基甲基硅氧烷、全氟丙烯酸酯聚合物、聚四氟乙烯、疏水纳米白炭黑或无机陶瓷中的一种或几种复合而成。

进一步地，所述冷凝器还包括气体出口以及液体出口，所述发酵罐与所述气体入口连通，所述透有机物膜分离器与所述气体出口连通，所述香味物质储罐与所述液体出口连通。

进一步地，所述透有机物膜分离器还包括渗余侧和分离器入口，所述气体出口与所述分离器入口连通，所述二氧化碳收集罐与所述渗余侧连通。

进一步地，发酵过程中产生的混合气体中香味物质的浓度为0.5～2wt.％，香味物质包括醇类和酯类。醇类包括乙醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、己醇和2- 甲基-1-丙醇；酯类包括辛酸乙酯和乙酸乙酯。

经冷凝器冷凝后，未被冷凝的混合气体中香味物质的浓度为0.1～0.5wt.％。

经透有机物膜分离器分离后，渗透侧混合气体中香味物质的浓度为2～8 wt.％，渗余侧混合气体中香味物质质量浓度为0.01～0.05wt.％。

相比于现有技术，本实用新型优点在于：

(1)采用冷凝和膜分离技术组合，能有效回收葡萄酒发酵过程中混合气体，具体是混合气体中的香味物质和二氧化碳，香味物质可作为葡萄酒调酒使用，二氧化碳收集罐可作为食品级二氧化碳用于发酵过程中的保护性气体，在保证葡萄酒的香气质量的同时，降低生产成本。

(2)所使用的透有机物膜对香味物质具有很高的选择性，能高效地对低浓度香味物质进行富集，降低冷凝器的能耗。

附图说明

图1是本实用新型一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细说明。

如图1所示，对应于本实用新型的一种较佳实施例的回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，其包括发酵罐1、与发酵罐1连通的冷凝器2、与冷凝器2 连通的透有机物膜分离器3、与冷凝器2连通的香味物质储罐4以及与透有机物膜分离器3连通的二氧化碳收集罐5。

其中，冷凝器2包括气体入口21、气体出口22以及液体出口23，发酵罐1 与气体入口21连通，透有机物膜分离器3与气体出口22连通，且发酵罐1与气体入口21之间设置有风机7，香味物质储罐4与液体出口23连通。透有机物膜分离器3包括渗余侧31、渗透侧32以及透有机物膜分离器入口(33)，气体出口22与透有机物膜分离器入口(33)连通，二氧化碳收集罐5与渗余侧31 连通，渗透侧32与气体入口21连通，且渗透侧32与气体入口21之间设置有真空泵6。

具体地，透有机物膜分离器3由多个膜组件串联和/或并联组成，膜组件包括透有机物膜。透有机物膜为聚二甲基硅氧烷、聚三氟丙基甲基硅氧烷、全氟丙烯酸酯聚合物、聚四氟乙烯、疏水纳米白炭黑或无机陶瓷中的一种或几种复合而成，型式包括管式、平板式、中空纤维式或卷式，在本实施例中，透有机物膜为有致密皮层的复合膜，利用渗透汽化原理让有机物优先溶解扩散透过。混合气体包括二氧化碳、香味物质气体，香味物质气体包括醇类、酯类。其中，醇类包括乙醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、己醇和2-甲基-1-丙醇；酯类包括辛酸乙酯和乙酸乙酯。对于葡萄酒发酵过程产生的代谢产物，特别是香味物质气体和二氧化碳的混合气体，酯、醇等挥发性有机物要比二氧化碳更易通过溶解扩散透过透有机物膜，因此可以根据透有机物膜的优先透有机物特性，将混合气体的香味物质气体(挥发性有机成分)富集。

相应的，本实用新型提出回收葡萄酒发酵过程中混合气体的工艺，其包括以下步骤：

葡萄酒发酵过程中产生的混合气体，通过风机7送入冷凝器2冷凝，发酵过程中产生的混合气体中香味物质的浓度为0.5～2wt.％；混合气体中的香味物质气体冷凝后形成香味物质液体，收集至香味物质储罐4内。其中，风机7运行压力为110～140kPa，冷凝器的冷凝温度为-5～-30℃。相比于二氧化碳，发酵罐里的香味物质气体更容易冷凝，并且二氧化碳的冷凝温度为-79℃，而冷凝器设置的温度远远高于这个范围，因此冷凝器可以将混合气体中的香味物质气体冷凝成香味物质液体，先分离出混合气体。

未被冷凝的混合气体中香味物质的浓度为0.1～0.5wt.％，进入透有机物膜分离器3，在透有机物膜分离器的渗透侧抽真空，使混合气体中的香味物质气体有选择性的渗透过透有机物膜，经透有机物膜分离器3分离后，渗余侧31混合气体中香味物质的浓度为0.01～0.05wt.％，直接收集至二氧化碳收集罐5内。

渗透侧32混合气体中香味物质的浓度为2～8wt.％，通过真空泵6返送至冷凝器2，与发酵过程中产生的混合气体一起继续回收操作，真空泵6运行压力为 4～20kPa。

香味物质储罐4中获得的香味物质液体可作为葡萄酒调酒使用，二氧化碳收集罐5的二氧化碳可作为食品级二氧化碳使用。

实施例一：

根据发酵罐中混合气体的性质和流量，透有机物膜分离器3由多个膜组件串联和/或并联组成。本实施例中，膜组件包括透有机物膜，型式为管式。透有机物膜材质是聚二甲基硅氧烷、全氟丙烯酸酯聚合物、无机陶瓷、疏水纳米白炭黑几种复合而成。

本实施方式中含香味物质的混合气体包括二氧化碳、醇类、酯类，其中香味物质气体的浓度为2wt.％，利用上述的回收装置回收香味物质具体工艺为：

葡萄酒发酵过程中产生的混合气体，经风机7送入冷凝器2送入冷凝器2 冷凝，混合气体中的香味物质气体冷凝后形成香味物质液体，收集至香味物质储罐4内。

未被冷凝的混合气体(香味物质气体的浓度为0.5wt.％)进入透有机物膜分离器3，使混合气体中的香味物质气体有选择性的渗透过透有机物膜，经透有机物膜分离器3分离后，渗余侧31混合气体收集至二氧化碳收集罐5内，其中二氧化碳收集罐5中香味物质的浓度为0.05wt.％。

渗透侧32混合气体(香味物质气体的浓度为8wt.％)通过真空泵6返送至冷凝器2，与发酵过程中产生的混合气体一起继续回收操作。

经检测，香味物质储罐4中总香味物质(有机挥发性物质)平均含量为1500 mg/L，主要成分为醇类和酯类，包括乙醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、己醇、2- 甲基-1-丙醇、辛酸乙酯、乙酸乙酯。其中乙醇平均含量为26wt.％。

实施例二：

在实施例二中，回收装置与实施例一中相同，不同在于，本实施例中，含香味物质的混合气体包括二氧化碳、醇类、酯类、酮类和酸类，其中香味物质气体的浓度为1.5wt.％。膜组件包括透有机物膜，型式为卷式。透有机物膜材质是聚三氟丙基甲基硅氧烷、全氟丙烯酸酯聚合物、聚四氟乙烯、疏水纳米白炭黑中的几种复合而成。利用上述的回收装置回收香味物质具体工艺如下：

葡萄酒发酵过程中产生的混合气体，经风机7送入冷凝器2送入冷凝器2 冷凝，混合气体中的香味物质气体冷凝后形成香味物质液体，收集至香味物质储罐4内。

未被冷凝的混合气体(香味物质气体的浓度为0.3％)进入透有机物膜分离器3，使混合气体中的香味物质气体有选择性的渗透过透有机物膜，经透有机物膜分离器3分离后，渗余侧31混合气体收集至二氧化碳收集罐5内，其中二氧化碳收集罐5中香味物质气体的浓度为0.04％。

渗透侧32混合气体(香味物质气体的质量浓度为3.2％)通过真空泵6返送至冷凝器2，与发酵过程中产生的混合气体一起继续回收操作。

经检测，香味物质储罐4中总香味物质(有机挥发性物质)平均含量为1300 mg/L，主要成分为醇类、酯类、酮类和酸类，包括乙醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、己醇、2-甲基-1-丙醇、辛酸乙酯、乙酸乙酯、β-大马士酮、辛酸。其中乙醇平均含量为25wt.％。

本实用新型的回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，采用冷凝和膜分离技术组合，能有效回收葡萄酒发酵过程中混合气体，具体是混合气体中的香味物质和二氧化碳，香味物质可作为葡萄酒调酒使用，二氧化碳收集罐(5)可作为食品级二氧化碳用于发酵过程中的保护性气体，在保证葡萄酒的香气质量的同时，降低生产成本；所使用的透有机物膜对香味物质具有很高的选择性，能高效地对低浓度香味物质进行富集，降低冷凝器的能耗；优选的透有机物膜主要应用在有机物-水体系的分离或有机物-有机物体系的分离，较其他分离方式如精馏、萃取、吸附等方法具有着能耗低、工艺设备简单、回收率高、操作简单、安全性高等优点。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，发酵过程中产生的混合气体包括香味物质气体和二氧化碳，其特征在于：装置包括发酵罐(1)、与所述发酵罐(1)连通的冷凝器(2)、与所述冷凝器(2)连通的透有机物膜分离器(3)、与所述冷凝器(2)连通的香味物质储罐(4)以及与所述透有机物膜分离器(3)连通的二氧化碳收集罐(5)，所述冷凝器(2)设置在所述发酵罐(1)与透有机物膜分离器(3)之间，所述香味物质气体通过所述冷凝器(2)冷凝后形成香味物质液体并收集至所述香味物质储罐(4)内，未被冷凝的混合气体进入所述透有机物膜分离器(3)，未渗透所述透有机物膜分离器(3)的混合气体收集至所述二氧化碳收集罐(5)内。

2.按照权利要求1所述回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，其特征在于：所述冷凝器(2)包括气体入口(21)，所述透有机物膜分离器(3)包括渗透侧(32)，所述渗透侧(32)与所述气体入口(21)连通，所述渗透侧(32)与所述气体入口(21)之间设置有真空泵(6)，渗透过所述透有机物膜分离器(3)的混合气体通过所述真空泵(6)返送至所述冷凝器(2)。

3.按照权利要求1所述回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，其特征在于：所述透有机物膜分离器(3)由多个膜组件串联和/或并联组成，所述膜组件包括透有机物膜。

4.按照权利要求2所述回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，其特征在于：所述冷凝器(2)还包括气体出口(22)以及液体出口(23)，所述发酵罐(1)与所述气体入口(21)连通，所述透有机物膜分离器(3)与所述气体出口(22)连通，所述香味物质储罐(4)与所述液体出口(23)连通。

5.按照权利要求4所述回收葡萄酒发酵过程中混合气体的装置，其特征在于：所述透有机物膜分离器(3)还包括渗余侧(31)和分离器入口(33)，所述气体出口(22)与所述分离器入口(33)连通，所述二氧化碳收集罐(5)与所述渗余侧(31)连通。

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