啤酒生產(chǎn)全過程節(jié)能降耗技術(shù)集成研究

孫立坤　王國懿　呂超　石小力　張勇　馬旭

摘 要：文章研究重點是：研發(fā)糖化、發(fā)酵、包裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及生產(chǎn)輔助系統(tǒng)節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)，通過集成創(chuàng)新在企業(yè)節(jié)能改造實踐中進行示范，并形成在該行業(yè)具有推廣價值的節(jié)能技術(shù)研究成果。（1）糖化環(huán)節(jié)：通過試驗研究縮短了動態(tài)煮沸時間來節(jié)能降耗，將原有煮沸時間64min縮短為54min。（2）發(fā)酵環(huán)節(jié)：回收廠內(nèi)產(chǎn)生的全部CO2及其能量，并使其達到動態(tài)平衡。（3）包裝環(huán)節(jié)：新建堿液回收裝置，回收工藝為廢堿液-沉淀-砂濾，使堿液使用周期由5天增加到8.5天。（4）生產(chǎn)輔助系統(tǒng)：主要是從氨純化方面節(jié)能。新建氨純化后，大大節(jié)約了電能。

關(guān)鍵詞：節(jié)能集成；動態(tài)煮沸；CO2回收；堿液回收；氨純化

1 糖化環(huán)節(jié)節(jié)能研究

麥汁煮沸是啤酒釀造受熱最多、能耗最大的工序。在保證啤酒非生物穩(wěn)定性的前提下，優(yōu)化麥汁煮沸工藝，減少麥汁的受熱時間及受熱量，可改善啤酒口味，同時可降低蒸汽的消耗、提高設(shè)備利用率。目前啤酒廠內(nèi)煮沸經(jīng)過前期改造應(yīng)用了低壓動態(tài)煮沸技術(shù)，煮沸時間為64min，但未達到最優(yōu)煮沸條件，故需要進行優(yōu)化研究。鑒于啤酒廠目前生產(chǎn)任務(wù)較重，在設(shè)備方面進行節(jié)能改造，將會影響啤酒廠正常運轉(zhuǎn)，再加上這套低壓動態(tài)煮沸系統(tǒng)是最新上的一套系統(tǒng)，在設(shè)備選型等方面比較合理，故我們的研究重點放在低壓動態(tài)煮沸參數(shù)調(diào)整上，經(jīng)過實地考察研究，其在煮沸時間和煮沸強度方面有很大的改進空間，如果在不影響酒啤酒的前提下，能降低煮沸時間和煮沸強度可以大大降低蒸汽使用量。

糖化階段的熱負荷不僅與啤酒的焦糊味有關(guān)，而且直接影響到能量消耗，降低熱負荷可以減少蒸汽量的使用。高小波[1]等人就曾研究過通過縮短煮沸時間來降低熱負荷，從而節(jié)約了1.68kg/kL（11°P啤酒）。李舜[2]等人通過對煮沸時間的改進，蒸汽表顯示蒸汽量明顯減小，而且酒的品質(zhì)沒有變化。

針對本廠的特點，目前糖化階段煮沸用時64min，故我們在不影響麥汁的前提下，通過改變煮沸時間來降低熱負荷，從而提高啤酒品質(zhì)。

1.2 試驗方案實施

依據(jù)廠內(nèi)實際情況和條件，人為改變煮沸時間，并通過煮沸鍋上方的取樣口取樣檢驗其各項指標(biāo)來觀察影響，我們實驗是在當(dāng)天無生產(chǎn)任務(wù)的煮沸罐中進行。圖1為不同煮沸時間下的熱負荷。

2.2.2 雜氣的回收利用

CO2回收過程中，在冷凝器和提純塔的兩個環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生雜氣（即純度不達標(biāo)的CO2氣體）。雜氣回收利用方案如下：首先，對廠內(nèi)的管道進行了改造，在冷凝器，提純塔至氣動閥門等儀表之間上布置管道，將雜氣和使用點連接起來；在雜氣使用前需要對其減壓，雜氣壓力從17.5kgf/cm2降至7-8kgf/cm2，供廠區(qū)儀表設(shè)備用風(fēng)。

這樣做不僅省去了空壓機制備壓縮空氣的環(huán)節(jié)，并由于雜氣不含水汽，不會引起管道凝水結(jié)露等現(xiàn)象。雜氣回用使得雜氣得到了極好的利用，基本可以利用到回收雜氣的60-70%，并由此減少了空壓機的使用，最終降低了能耗。

2.2.3 液態(tài)CO2冷量回收技術(shù)

全廠共有7個CO2儲罐，全容積在50m3左右。在CO2儲罐內(nèi)，CO2以液態(tài)形式存在，需汽化后方可使用。汽化過程是一個吸熱過程，之前是通過蒸汽加熱的方式達到汽化。啤酒廠經(jīng)過節(jié)能改造現(xiàn)將CO2儲罐內(nèi)的液態(tài)CO2儲送至酒精儲罐（即冷媒罐，用于給酒降溫），酒精儲罐底部設(shè)盤管用于熱交換，液態(tài)CO2從盤管內(nèi)流過，利用酒精儲罐的溫度將其升溫3℃左右；同時達到了給酒精儲罐降溫的目的（酒精儲罐內(nèi)冷媒溫度從4℃降至1℃）。如此一來，降低了酒精儲罐降溫時制冷機的使用頻次，達到了節(jié)能降耗的效果。然后用CO2液體給循環(huán)水降溫，循環(huán)水用來給設(shè)備降溫，這樣，降低了自來水的使用率和制冷設(shè)備的使用。

3 包裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)堿液回收技術(shù)研究

目前，華潤雪花啤酒（遼寧）有限公司堿的使用量很大，產(chǎn)生的廢堿液就直接處理排放，而排放的廢堿液濃度約有1%，如果能提純回收利用，將節(jié)約大量堿液和水。羅杰和楊誨彤在文獻[3]中介紹了包裝車間洗瓶機堿液回收改造的成果，經(jīng)過改造生產(chǎn)工藝不但得到有效保障，而且提高了生產(chǎn)效率，更是獲得可觀的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

3.1 堿液來源和水質(zhì)

廢堿液主要是來自于洗瓶機產(chǎn)生的，啤酒成品包裝車間的洗瓶機用來對回收酒瓶進行清洗除標(biāo)，采用濃度為2%的氫氧化鈉堿液作為主體清冼劑。洗瓶機連續(xù)運行5天后，回收酒瓶上的商標(biāo)紙纖維、泥沙、殘酒等物質(zhì)會混入到堿液中，使堿液的濃度降低，洗滌效果明顯下降，產(chǎn)生大量的廢堿液。

3.2 堿液回收工藝-靜置沉淀-砂濾

目前堿液回收工藝主要是混凝沉淀和靜置沉淀，然后過濾。混凝沉淀工藝能夠有效的去除廢堿液中的懸浮性顆粒雜質(zhì)，對廢堿液的預(yù)處理具有明顯的效果。但是混凝沉淀過程存在藥劑用量大的弊端，混凝劑的投加增加了凈化的成本。為避免這一缺點，采用靜置沉淀方式來取代混凝沉淀對廢堿液進行預(yù)處理。與混凝沉淀相比，自由沉淀過程是以犧牲時間為代價換取凈化成本上的降低。由于廢堿液屬于間歇性排放，所以在時間上可以得到一定的延長。通過集中收集單次排放的廢堿液后，連續(xù)對廢堿液進行凈化回收，在用時上比混凝沉淀要長，但是并不影響處理過程。且靜置沉淀-砂濾的工藝過程簡單，處理成本低，適合延時處理；雖然處理用時長，但其處理效果能滿足華潤雪花啤酒（遼寧）有限公司實際需要。

經(jīng)過試驗，通過建立堿液回收工藝，堿液的使用周期由5天增加為8.5天，節(jié)約了堿和自來水的使用量。

4 生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)節(jié)能技術(shù)研究

4.1 存在的問題

目前華潤雪花啤酒（遼寧）有限公司運行的制冷系統(tǒng)主要存在以下問題：首先，各大小制冷劑在運行時沒有進行依據(jù)生產(chǎn)所需量盡行優(yōu)化組合調(diào)配使用，造成部分制冷劑能量運行浪費。其次，制冷劑在制冷過程中會伴隨著水和空氣的進入，這樣不僅降低了系統(tǒng)的蒸發(fā)能力，又增加了運行成本。

4.2 節(jié)能技術(shù)方案的確定

根據(jù)現(xiàn)場存在的問題，在設(shè)備運行上，我們通過合理安排開關(guān)機時間來解決，針對不同的蒸發(fā)溫度系統(tǒng)， 按照機械負荷的要求選配壓縮機， 以滿足進貨旺月的要求。實際運行時，通過調(diào)節(jié)運行時間，調(diào)整制冷系統(tǒng)供冷量。為了降低壓縮機能耗，首先需要做到根據(jù)負荷調(diào)整壓縮機運行臺數(shù)和運行時間，保證壓縮機提供的冷量接近實際好冷量；其次，盡量增加夜間壓縮機運行時間，減少白天壓縮機運行時間。不僅因為用電低峰電費低，而且因為夜間冷凝溫度較低，制冷系統(tǒng)效率高。針對含有的不凝性氣體和水問題，采取了簡單易行的現(xiàn)在使用范圍廣的氨純化系統(tǒng)。

4.3 氨純化方案

氨在低壓儲罐內(nèi)以氣相和液相兩種狀態(tài)存在，現(xiàn)有3個低壓儲罐，每個儲罐的容量為50m3，其中1個儲罐控制壓力在2.1kgf/cm2，1個儲罐壓力為2.1kgf/cm2，另有1個儲罐作為備用。低壓儲罐的氨進入制冷機制冷后，進入蒸發(fā)冷卻器。蒸發(fā)冷卻器共有10臺，在此氨轉(zhuǎn)為液氨，進入高壓儲罐內(nèi)儲藏。高壓儲罐內(nèi)壓力為10kgf/cm2，共有2個儲罐，每個容量25m3。高壓儲罐內(nèi)的液氨送入使用點進行制冷，使用點集中在糖化、發(fā)酵和過濾階段。經(jīng)使用點后的氨回到低壓儲罐內(nèi)。

制冷系統(tǒng)為全封閉密閉運行，幾乎無氨的損耗。但由于機器含油，需定期排放；另在維護和檢修過程中有少量的氨損耗。

5 結(jié)束語

（1）糖化生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能技術(shù)優(yōu)化研究成果：將原有煮沸時間64min縮短為54min。（2）發(fā)酵環(huán)節(jié)CO2回收與平衡優(yōu)化研究：廠內(nèi)產(chǎn)生的CO2全部回收，并達到了產(chǎn)生量和使用量的動態(tài)平衡，廠內(nèi)達到了自給自足。（3）包裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)堿液回收利用技術(shù)研究：新建堿液回收裝置，回收工藝為廢堿液-沉淀-砂濾，使堿液使用周期由5天增加到8.5天。（4）生產(chǎn)輔助系統(tǒng)主要是從氨純化方面節(jié)能。新建氨純化后，可節(jié)約電能。（5）針對啤酒廠各個環(huán)節(jié)的能耗進行研究，形成了一個可復(fù)制的節(jié)能技術(shù)集成，可作為成套技術(shù)進行推廣。

參考文獻

[1]高小波，付爽.縮短煮沸時間，降低麥汁熱負荷[J].SCI TECH技術(shù)交流，2010，9：45-46.

[2]李舜.降低糖化熱負荷的工藝探討[J].SCI TECH.技術(shù)交流，2012，179：39-42.

[3]羅杰，楊誨彤.堿液再利用的成效[J].SCI TECH技術(shù)交流2011，3：56-57.