啤酒氨制冷技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

鄒德慶

(河南維雪啤酒有限公司，河南 信陽(yáng) 467001)

啤酒的釀制主要經(jīng)過(guò)麥芽制備、糖化、發(fā)酵及包裝等工序，整個(gè)生產(chǎn)工藝因過(guò)程或環(huán)節(jié)的不同對(duì)溫度要求也不同，特別是發(fā)酵環(huán)節(jié)，為了更好地控制酵母代謝，在酵母不同的生長(zhǎng)階段，需要提供不同的溫度環(huán)境，所以，啤酒生產(chǎn)過(guò)程中，冷卻是重要一環(huán).冷卻需要消耗大量的能源，特別是耗電，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的制冷技術(shù)，該技術(shù)不僅基建投資大，而且運(yùn)行費(fèi)用高.隨著氨制冷技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，可以大幅度地降低冷卻設(shè)施的基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用.我國(guó)2003年啤酒產(chǎn)量已超過(guò)2 400萬(wàn)噸，成為世界第一啤酒生產(chǎn)大國(guó)，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，降低啤酒生產(chǎn)成本，是提升啤酒行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑.

1 節(jié)約能源重要性

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)賴以生存的基本條件.國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度和人民生活水平的提高都依賴于提供能源的多少.能源的利用程度和能源的人均占有量，是衡量各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，是一個(gè)國(guó)家技術(shù)進(jìn)步程度的體現(xiàn).能源是保證社會(huì)穩(wěn)定和影響世界政治形勢(shì)的一個(gè)重要問(wèn)題.為了緩解能源的供需矛盾，世界各國(guó)都在積極研究開(kāi)發(fā)新能源，特別是再生能源，以保證人類(lèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定的能源供應(yīng).節(jié)能的過(guò)程，同時(shí)也是利用新技術(shù)、新經(jīng)驗(yàn)，改造舊企業(yè)、舊設(shè)備的過(guò)程，是提高人們科學(xué)技術(shù)水平的過(guò)程.開(kāi)展節(jié)能工作，還有助于培養(yǎng)人們勤儉建國(guó)、艱苦樸素的作風(fēng)，對(duì)建設(shè)社會(huì)主義精神文明有積極的意義.氨制冷技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，可以大幅度降低冷卻設(shè)施的基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用.我國(guó)2003年啤酒生產(chǎn)量已超過(guò)2400萬(wàn)噸，成為世界第一啤酒生產(chǎn)大國(guó).節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，降低啤酒生產(chǎn)成本，是提升啤酒行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑.

2 傳統(tǒng)啤酒發(fā)酵制冷技術(shù)

傳統(tǒng)啤酒生產(chǎn)制冷技術(shù)是：制冷壓縮后的高溫、高壓氣體制冷劑(氨或氟里昂)通過(guò)冷凝后在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，儲(chǔ)存在罐內(nèi)的載冷劑(酒精或鹽水)通過(guò)泵輸送到蒸發(fā)器中循環(huán)，將溫度降至-5 ℃載冷劑(酒精或鹽水)輸送到發(fā)酵罐或蒸發(fā)器(麥汁冷卻用)的夾套內(nèi)循環(huán)，達(dá)到啤酒發(fā)酵液或熱麥汁降溫的目的.

3 傳統(tǒng)啤酒發(fā)酵制冷技術(shù)缺點(diǎn)

傳統(tǒng)啤酒生產(chǎn)制冷技術(shù)有如下缺點(diǎn)：由于增加了中間循環(huán)(酒精或鹽水循環(huán))，熱交換損失大；由于酒精水需冷卻到-5℃，要求制冷系統(tǒng)在低溫狀況下運(yùn)行，系統(tǒng)效率較低；儲(chǔ)存載冷劑(酒精水或鹽水)需有較大容器，增加投資，并有許多熱損失；需用大流量、高揚(yáng)程的泵進(jìn)行循環(huán)，增加投資和運(yùn)行費(fèi)用；載冷劑(酒精水或鹽水)有輕微的腐蝕性，對(duì)制冷系統(tǒng)尤其是發(fā)酵罐的使用壽命有影響；管道及發(fā)酵罐夾套易結(jié)垢，影響換熱效果，并不易清洗；生產(chǎn)降溫時(shí)冷卻速度較慢，常常達(dá)不到冷卻要求.因制冷劑換熱后溫度上升，使有效冷卻溫差減少.

4 氨制冷技術(shù)基本原理

鑒于傳統(tǒng)啤酒生產(chǎn)制冷技術(shù)的不足，可應(yīng)用氨制冷技術(shù)，其基本原理是[1]5：將高壓液氨用氨泵(功率很小)輸送到發(fā)酵罐夾套或蒸發(fā)器(麥汁冷卻用)內(nèi)，進(jìn)行直接蒸發(fā)；液氨蒸發(fā)為氣氨需吸收大量的熱量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的保溫或降溫以及熱麥汁的冷卻，達(dá)到冷卻目的；蒸發(fā)后的液氨即低壓氣氨回到制冷壓縮機(jī)進(jìn)行冷凝壓縮后再成為高壓液氨，進(jìn)入液氨貯罐或直接輸送到發(fā)酵罐夾套或蒸發(fā)器(麥汁冷卻用)內(nèi)，進(jìn)行二次循環(huán).也就是說(shuō)，啤酒發(fā)酵工序?qū)鹘y(tǒng)的“冰水(酒精水或鹽水)循環(huán)冷卻”改為“氨直接冷卻”，同樣，熱麥汁冷卻工序改冰水冷卻為“氨直接冷卻”；氨中央控制工序采用氣液分離技術(shù)和“直供”技術(shù).

5 氨制冷關(guān)鍵技術(shù)和要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

5.1 氨制冷的關(guān)鍵技術(shù)

1)根據(jù)氨隨壓力急劇降低而膨脹蒸發(fā)的特點(diǎn)，發(fā)酵罐夾套(或麥汁薄板換熱器)液氨進(jìn)口采用精確制控系統(tǒng)；

2)采用蜂窩式發(fā)酵罐夾套，提高熱利用效率，擴(kuò)大換熱面積；

3)通過(guò)工藝方法和工藝管路優(yōu)化與改造，達(dá)到節(jié)能、高效、安全操作.

5.2 氨制冷技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題

1)發(fā)酵罐夾套承受的壓力應(yīng)達(dá)以1.7 Mpa，并且應(yīng)有足夠的換熱面積，我們選用蜂窩式夾套發(fā)酵罐，且嚴(yán)格按壓力容器要求制作；

2)防止氨泵進(jìn)口有氣氨存在，可將氨泵進(jìn)口與氨罐上部連通，及時(shí)排走氣氨；

3)保持氨罐底部與氨泵之間有足夠的垂直高度；

4)防止發(fā)酵液結(jié)冰，可在降溫接近要求時(shí)提前關(guān)閉氣閥，溫度降低氨液正好蒸發(fā)完全[2]8.

6 氨制冷技術(shù)路線

液氨貯罐→氨泵→發(fā)酵罐夾套(或麥汁薄板換熱器)→制冷壓縮機(jī)→液氨貯罐.

7 氨制冷技術(shù)優(yōu)越性

本技術(shù)路線設(shè)計(jì)先進(jìn)，工藝簡(jiǎn)單、合理.該技術(shù)在河南維雪啤酒集團(tuán)有限公司成功運(yùn)用，也實(shí)現(xiàn)了氨制冷技術(shù)首次在啤酒行業(yè)的應(yīng)用，該技術(shù)自運(yùn)行以來(lái)，顯示出較大的優(yōu)越性：

1)控制準(zhǔn)確.發(fā)酵罐溫度控制精度一直保持在工藝值0.2 ℃以內(nèi)；發(fā)酵罐壓力、液氨進(jìn)口壓力、氣氨出口壓力一直保持在工藝值0.01 Mpa以內(nèi)，工藝參數(shù)控制非常準(zhǔn)確.

2)操作簡(jiǎn)便.除因生產(chǎn)需要調(diào)整工藝參數(shù)值外，不需要人為調(diào)整，極大地減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，得到了操作人員的好評(píng).

3)可靠性高.正式運(yùn)行一年中，該控制系統(tǒng)除換過(guò)幾只電磁閥外，基本上沒(méi)有發(fā)生過(guò)故障，備用的手動(dòng)系統(tǒng)也從來(lái)沒(méi)有用過(guò)，系統(tǒng)運(yùn)行良好.

4)節(jié)省投資.應(yīng)用氨制冷技術(shù)，省去了冰水循環(huán)系統(tǒng)，制冷設(shè)計(jì)投資可減少25%.

5)性能穩(wěn)定.傳統(tǒng)冷卻以冰水為載冷劑，循環(huán)使用，池內(nèi)溫度在冷卻過(guò)程中是變量，操作不穩(wěn)定.而氨制冷技術(shù)，參數(shù)恒定不變，操作簡(jiǎn)便且性能穩(wěn)定，深受工人歡迎[3]119.

6)降低成本.每噸啤酒可節(jié)電45 kwh，節(jié)約資金35元以上，節(jié)約酒精等輔料消耗3.6元/噸啤酒.

8 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

降低能耗.傳統(tǒng)的冷卻工藝，與氨制冷技術(shù)相比較，每噸啤酒冷凍機(jī)電耗由95.6 kwh下降到50.6 kwh，節(jié)電率47.1%.

降低煤耗.傳統(tǒng)的兩段冷卻需將50 ℃～60 ℃冷卻水加熱到78 ℃～80 ℃才能供洗麥糟使用.而氨制冷技術(shù)，冷卻水要達(dá)到80 ℃以上不需加熱，據(jù)測(cè)算，年產(chǎn)20萬(wàn)噸的啤酒廠，僅此項(xiàng)可節(jié)約標(biāo)煤1 200噸左右.

降低水耗.傳統(tǒng)的冷卻麥汁需麥汁2倍的冷卻水進(jìn)行冷卻，采用氨制冷技術(shù)，冷卻水耗量為麥汁量的1.2倍，麥汁冷卻水節(jié)約40%，且該水溫可達(dá)80 ℃以上，可用于糖化用水，不為浪費(fèi).

節(jié)省酒精.傳統(tǒng)的冷卻采用的載冷劑是20%～25%(W)濃度的酒精水溶液，有揮發(fā)、滴漏損失且不安全.而氨制冷技術(shù)不需酒精.

[1] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.液體無(wú)水氨(GB 536-88)[S].1988.

[2] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局,中華人民共和國(guó)建設(shè)部.制冷設(shè)備 空氣分離設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(第1版)[S].1998.

[3] 馬效民.淺議污廢水處理后回用的科學(xué)性及重要性[J].中國(guó)校外教育,2009(07).