節(jié)能型混比機(jī)技術(shù)

潘冬梅 鄭長(zhǎng)發(fā)

混比機(jī)將糖漿、水、CO2等原料精確配比以符合消費(fèi)者口味，是碳酸飲料生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。中辰輕機(jī)的DBF流量計(jì)混比機(jī)在影響糖、水、CO2消耗的節(jié)點(diǎn)上采用新技術(shù)，提升了飲料企業(yè)節(jié)能降耗能力，有助于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。

一、糖漿低排放技術(shù)

此前，人工在PLC 操控界面輸入客戶的原糖漿濃度值BX1 (糖度濃度簡(jiǎn)稱糖度,我國(guó)采用白利度BX 標(biāo)值)及最終飲料成品的糖度BX2，PLC 系統(tǒng)按輸入的兩個(gè)值進(jìn)行計(jì)算出混合比。生產(chǎn)時(shí)，依據(jù)水作為基準(zhǔn)量，按照混合比泵入所需要的糖漿。

生產(chǎn)初始時(shí)，因管道中清洗殘留水的存在，糖漿間引過(guò)來(lái)的糖漿被稀釋，而小于BX1，并不斷提升直至達(dá)到糖漿間的輸出濃度。在此過(guò)程中，需要進(jìn)行管道排放，并不斷進(jìn)行人工檢測(cè)，造成糖漿浪費(fèi)，如果糖漿間距離比較遠(yuǎn)的話，損失更大。

新技術(shù)采用在線糖度檢測(cè)及輸出模塊系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線獲取管道中原糖漿的糖度值并轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，該信號(hào)被送至混比機(jī)PLC，系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)獲取的原料糖度值數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算及操控，并最終實(shí)現(xiàn)糖和水的精確配比。

新技術(shù)方案采用具有在線糖度檢測(cè)及信號(hào)輸出模塊的流量測(cè)量系統(tǒng),并對(duì)原控制系統(tǒng)加以優(yōu)化設(shè)計(jì),由靜態(tài)糖度數(shù)值計(jì)算控制優(yōu)化為動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)糖度數(shù)值計(jì)算控制。避免了原糖濃度被稀釋，不得不排放的局面， 實(shí)現(xiàn)了輸料管道原糖漿濃度的即時(shí)測(cè)量及信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸，混比機(jī)PLC系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)糖度數(shù)據(jù)進(jìn)行配比運(yùn)算及控制，解決了糖漿和水配比環(huán)節(jié)中特別是生產(chǎn)頭尾環(huán)節(jié)中糖漿的高能耗問(wèn)題。且實(shí)現(xiàn)了全程精確的水、糖配比。

系統(tǒng)由實(shí)時(shí)糖度測(cè)量及傳感單元4-1、糖漿緩沖罐7、流量傳感器4、PLC 控制單元9、管道及閥門等組成，明顯提升了糖漿的利用率，尤其是頻繁轉(zhuǎn)換品種時(shí)。也降低了混比機(jī)對(duì)來(lái)料原糖漿濃度精度及穩(wěn)定度的要求，一定的波動(dòng)范圍內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)精確的混比。

二、“液環(huán)式真空泵循環(huán)供水”技術(shù)

除了產(chǎn)品用水，混比機(jī)水消耗主要用于泵機(jī)封潤(rùn)滑及液環(huán)式真空泵運(yùn)行，又以后者為主。

液環(huán)式真空泵用于混比機(jī)脫氣環(huán)節(jié)。脫氣是碳酸飲料配比中重要的一環(huán),就是將氧和其它氣體從水中分離出來(lái)。比較徹底的脫氣可以防止成品飲料的氧化，同時(shí)可提高后序CO2的吸收率。所以，充分發(fā)揮泵工作效能對(duì)混比結(jié)果至關(guān)重要。

在混比機(jī)脫氣的整個(gè)過(guò)程中，作為真空泵工作介質(zhì)的新鮮水（按真空泵最佳抽氣溫度，定義15℃的水為新鮮水）須源源不斷的提供給泵腔，一般真空泵這部分水直接排掉，沒(méi)有重復(fù)利用。

新技術(shù)方案結(jié)合氣液分離器和結(jié)構(gòu)緊湊的小型釬焊式板式換熱器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用真空泵工作液。

初始工作時(shí)，工作介質(zhì)（水）經(jīng)6（進(jìn)液閥）和3（釬焊式板式換熱器）進(jìn)入泵腔，真空泵啟動(dòng)并開始吸氣，吸入的氣體被壓縮后排出，在這個(gè)過(guò)程中，因混比機(jī)脫氣罐內(nèi)被抽吸的氣體中含有大量水分，采用氣液分離器可以將所含水介質(zhì)分離開，氣體沿氣液分離器頂部被排出，分離出的水則下沉留下并繼續(xù)作為工作液進(jìn)入泵腔。

我們知道，液環(huán)式真空泵的吸氣能力跟吸氣的溫度、氣體干燥程度和工作液溫度等因素息息相關(guān)。工作液越新鮮，即越接近溫度15℃，其水耗量也相對(duì)越低，其自身的吸氣能力也越能得到充分利用。根據(jù)資料[2]

15℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓為 17.056hPa（mbar）

20℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓為23.390hPa（mbar）

30℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓為42.442hPa（mbar）

40℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓為73.745hPa（mbar）

數(shù)據(jù)顯示，隨溫度的升高水的飽和蒸氣壓也在升高，可通俗理解為水中氣液兩相中氣的組份也越多。當(dāng)工作液溫度升至40℃時(shí)，泵自身的抽氣能力會(huì)被嚴(yán)重自我消耗，較大比重的工作液由液相變?yōu)闅庀?，需消耗泵自身的吸氣能力吸入這部分水蒸汽并經(jīng)壓縮后排出。由于在泵正常工作中，吸入氣體壓縮并排出的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，這使得工作液溫度會(huì)提高。所以為了循環(huán)利用工作液，此方案中采用小巧型釬焊式板式換熱器將循環(huán)水溫度降下來(lái)，以保證泵的正常工作。降溫冷媒介質(zhì)可單獨(dú)引入，或根據(jù)實(shí)際情況利用前序半成品飲料降溫回流后的冷媒介質(zhì)。安裝在氣液分離器上的溫度傳感器，發(fā)出信號(hào)通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制冷媒的進(jìn)出，以保證工作液維持在合適的溫度。

至此，通過(guò)采用氣液分離器使得原本隨氣體排出的水分得以保留并繼續(xù)被利用；并通過(guò)采用小巧型釬焊式換熱器使得氣體在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致的工作液溫度上升問(wèn)題得以解決，在保證真空泵性能的條件下，實(shí)現(xiàn)工作液的循環(huán)利用。

除了上述解決方案，還可以考慮使用風(fēng)冷式真空泵。風(fēng)冷式真空泵與上述方案最大的區(qū)別在于：給工作液的降溫的冷媒介質(zhì)采用的是空氣而非液體冷媒介質(zhì)，這實(shí)際上進(jìn)一步節(jié)約了能源。但缺點(diǎn)也顯而易見，就是目前價(jià)格較貴，抬升了混比機(jī)的整體價(jià)格。