啤酒生產(chǎn)車間除濕方案探討

中國輕工業(yè)廣州工程有限公司 蔣梅城 盤智斌

蒙特空氣處理設備(北京)有限公司廣州分公司 趙石生

0 引言

在我國南方高熱高濕地區(qū)，啤酒廠發(fā)酵罐底及樓板頂部圈梁位置普遍存在發(fā)霉現(xiàn)象。對于啤酒生產(chǎn)車間而言，如何控制空氣的溫濕度，減少霉菌的生長，營造良好的食品生產(chǎn)環(huán)境，是暖通空調(diào)專業(yè)應重視的問題[1]。

為了抑制霉菌生長，目前常用的方法有車間整體冷庫化設計、墻柱和樓板刷涂防霉涂料、加強機械通風等。整個車間圍護結(jié)構(gòu)按照冷庫的保溫要求設計，雖然能有效減少霉菌生長，但初投資及運行成本過高；墻柱和樓板刷涂防霉涂料的做法初投資較高，初期效果很好，隨著時間的推移，效果會逐漸減弱；機械通風方式一定程度上可改善罐底長霉現(xiàn)象，但是對溫度控制有限，且風管的布置受空間限制。

本文以某項目為例，探討抑制車間霉菌生長的除濕新方案，為啤酒廠生產(chǎn)車間的抑菌提供新的思路。

1 項目概況

該項目為福建地區(qū)某啤酒廠發(fā)酵車間，建筑面積11 000 m2，車間高6.6 m。由于室內(nèi)地面經(jīng)常沖洗，因此在無人工干預的情況下，車間處于高濕狀態(tài)。車間設計參數(shù)為：溫度10 ℃，相對濕度40%，地面沖洗散濕量612 kg/h。地面、罐子和管道需要經(jīng)常沖洗，而排水直接排入室內(nèi)排水溝，造成室內(nèi)空氣濕度較大。另外，由于室內(nèi)有定期巡檢人員，需要送新風。通過常開的外門和機械送風系統(tǒng)會引入室外的高濕空氣，圍護結(jié)構(gòu)密封不嚴也會造成室外水汽的滲入。由于發(fā)酵車間為冷車間，罐體和管道均采取保冷措施，房間溫度一般不高。室內(nèi)濕度對霉菌生長有較大影響。室內(nèi)空氣濕度越大，越容易形成冷凝水，也越容易繁殖霉菌。

未控制濕度的車間內(nèi)，罐體及天花板滋生大量霉菌，發(fā)霉區(qū)域集中在發(fā)酵罐與旁邊的圈梁位置。罐體內(nèi)儲存的是發(fā)酵中的啤酒原液，不同階段原漿的溫度在-1.5～7 ℃之間，罐體外保冷夾層內(nèi)酒精水溶液溫度約-4 ℃。當冷表面溫度低于室內(nèi)空氣的露點溫度時，室內(nèi)空氣遇冷凝結(jié)。經(jīng)實地觀察，發(fā)酵車間內(nèi)載冷劑管道、地面設備及發(fā)酵罐體的外表面均有凝結(jié)水。而布置在地面的管道和設備由于經(jīng)常沖洗和保溫良好，因此雖然有凝結(jié)水現(xiàn)象，但是光滑表面霉菌不易附著，未出現(xiàn)長霉現(xiàn)象。而頂部的罐體雖然是金屬壁面，但是由于清潔工作不徹底，且此區(qū)域為通風死角，易造成積累性污染。同時罐體體積大，保溫薄弱之處容易形成冷橋，表面溫度低，更容易結(jié)露。凝結(jié)水與污垢共同形成了適合霉菌繁殖生長的條件。罐體周圍的樓板圈梁同樣位于通風死角，且存在來自屋頂?shù)耐饨绯睗窨諝鉂B透，因此霉菌易附著繁殖，霉菌多為假酵母菌[2]。

為了抑制霉菌的生長，除了冷橋部位保溫外，應控制室內(nèi)濕度，保持環(huán)境干燥[3]；優(yōu)化氣流組織，對死角區(qū)域增強氣流擾動。

2 室外氣象參數(shù)

該項目位于福建某沿海城市，氣候條件為高熱高濕。相對其他地區(qū)的啤酒廠發(fā)酵車間，發(fā)霉現(xiàn)象更加嚴重。表1為室外設計參數(shù)。

表1 室外設計參數(shù)

3 3種除濕方案

3.1 方案1——組合除濕，整體濕度控制

該方案為組合除濕[4]，對整個車間溫濕度進行控制。室內(nèi)溫度取10 ℃，相對濕度取40%，含濕量取3 g/kg。新風(A)經(jīng)過前表冷段預冷除濕(A→B)后與室內(nèi)回風(C)混合(C+B→D)，混合的一次風經(jīng)轉(zhuǎn)輪除濕后溫度上升(D→E)，再經(jīng)后表冷段等濕冷卻(E→G)，經(jīng)風機送至室內(nèi)(G→H→C)?？諝馓幚磉^程的焓濕圖見圖1。

圖1 方案1空氣處理過程焓濕圖

由于車間內(nèi)人員較少，僅為巡檢取樣人員，按照相關(guān)規(guī)范的要求新風量很小[5]。僅采用1套設備新風+回風系統(tǒng)既不經(jīng)濟，也不合理。

新風換氣次數(shù)約為0.5 h-1，保證室內(nèi)微正壓，以減少室外濕空氣滲透。新風+回風機組的空氣處理流程見圖2。全回風機組的空氣處理流程見圖3。

圖2 新風+回風機組空氣處理流程圖

圖3 全回風機組空氣處理流程圖

依據(jù)濕負荷計算及現(xiàn)場要求，選擇5臺設備，其中1臺為新風+回風機組，送風量為60 000 m3/h，新風量為36 300 m3/h，耗冷量為1 420 kW，質(zhì)量為5 000 kg，外形尺寸(長×寬×高)為8 000 mm×4 000 mm×4 000 mm；4臺為全回風機組，機組外形尺寸、風量、質(zhì)量同新風+回風機組，單臺耗冷量為422.8 kW。5臺機組的總功率為335 kW，蒸汽總耗量為4 699 kg/h，總耗冷量為3 111 kW。

此方案采取整體溫濕度控制，設備選型較大(設備總占地面積180 m2)，但設備數(shù)量少，濕度控制無死角。缺點是初投資和運行成本高，風管系統(tǒng)較復雜，室外有再生風進風口和排風口。而室內(nèi)風管系統(tǒng)采用上送下回方式，安裝施工較復雜。需要注意的是，氣流組織的設計至關(guān)重要，實際應用中推薦在罐子和罐子之間布置主風管，而圍繞每個圓形罐子頂部設置環(huán)形風管，同時均勻布置風口。風口根據(jù)實際情況選擇向上或向下斜側(cè)吹，可以選擇較大的出風風速，增強局部擾動，防止出現(xiàn)氣流死角。

3.2 方案2——節(jié)能濕度控制

該方案中，首先新回風混合(A+B→C)，混合后的空氣通過前表冷段冷卻到12～18 ℃進行除濕(C→D)，然后接近飽和的低溫空氣通過蒸發(fā)器進一步冷卻到7～15 ℃(D→E)，最后通過低溫干燥的轉(zhuǎn)輪進行等焓除濕處理(E→F/G)。風機出口空氣(G→H)溫度為15～23 ℃，相對濕度為35%～50%。處理過程見圖4、5。

圖4 方案2空氣處理過程焓濕圖

圖5 方案2空氣處理流程

此過程表冷段僅需通入7 ℃冷水，可使用工廠原有包裝間崗位空調(diào)冷源，不必為了除濕而提供更低溫度的冷水，無需另設機組，可以保證冷水機組運行在高效狀態(tài)。而D→E過程為制冷劑直接膨脹式冷卻，利用除濕機自帶的蒸發(fā)器可以進一步去除空氣中的水分，對前表冷段已經(jīng)冷卻到露點溫度的空氣可以進一步降溫降濕。同時利用制冷系統(tǒng)中的冷凝器廢熱對轉(zhuǎn)輪再生，冷凝器的廢熱溫度為45～55 ℃，廢熱量約為35 kW。對比常規(guī)轉(zhuǎn)輪，無需高溫熱源即可實現(xiàn)吸附劑再生，不另外耗費蒸汽熱源或者電。這種除濕方式可以節(jié)省25%～40%的年運行費用。

設計選用12臺節(jié)能除濕機，每臺冬天再生輔熱蒸汽耗量為51 kg/h；總功率為312 kW；蒸汽總耗量為612 kg/h；耗冷量為1 812 kW。單臺設備參數(shù)為：機組尺寸(長×寬×高)3 996 mm×2 046 mm×2 338 mm，制冷量151 kW，送風量16 618 m3/h，新風量3 000 m3/h，質(zhì)量2 500 kg。

方案2的優(yōu)點是單臺設備選型小(設備總占地面積140 m2)，運行費用較低，節(jié)能性好。缺點是設備數(shù)量多，濕度控制有死角，且控制范圍局限，只能控制設備出口空氣含濕量6.4 g/kg。極端天氣下有結(jié)露風險，初投資高。室外有再生風進風口、排風口，室內(nèi)有水平風管上部送風系統(tǒng)和豎直風管下部回風系統(tǒng)，安裝施工較為復雜。

3.3 方案3——局部濕度控制

由于霉菌集中繁殖的場所主要集中在室內(nèi)天花板處發(fā)酵罐與屋面圈梁之間的位置，因此針對重點區(qū)域采用局部濕度控制有其合理性。該方案中設備自帶百葉風口從室內(nèi)取風，經(jīng)除濕機轉(zhuǎn)輪除濕后連接風管，向上沿4個方向吹向發(fā)酵罐錐形底部及圈梁、天花板區(qū)域。再生空氣從室外取，通過風管送到各臺除濕機，吸濕后的熱濕空氣通過風管排到室外。由于轉(zhuǎn)輪除濕為近似等焓升溫的過程，該方案會引起房間一定的溫升。

每2個罐體平均采用1臺除濕機，把除濕機放置于4個罐體中間，用風管將干空氣分為4路引導至發(fā)酵罐外表面，沿著罐體往上吹。每臺除濕機可以解決2個罐體外霉菌問題。送風示意圖見圖6。

圖6 方案3送風示意圖

所需配置的除濕機數(shù)量為罐體數(shù)量的一半，故選擇63臺。單臺設備的外形尺寸(長×寬×高)為715 mm×590 mm×1 452 mm，送風量為1 400 m3/h，再生風量為600 m3/h，質(zhì)量為160 kg。

該方案的優(yōu)點是初投資少，運行成本適中，設備可靈活開啟和控制。設備吊裝在樓板下，不占地面面積。風管系統(tǒng)為局部的送風風管和室內(nèi)再生風的送風排風系統(tǒng)，較為簡單。缺點是由于只針對控制范圍送風區(qū)域的罐體和天花板，濕度控制仍存在一些死角。如罐子和罐子中間的立柱和靠近罐子的內(nèi)側(cè)，容易出現(xiàn)長霉現(xiàn)象。采用柱面貼光滑瓷磚的方式可以有效改善這一情況。

4 3種方案對比分析

表2顯示了3種方案的投資預算對比。由于啤酒廠發(fā)酵車間罐體夾套及管道中流動的是低溫冷媒，車間保溫好，因此夏季一般室內(nèi)溫度不會超過28 ℃。10 ℃以下霉菌繁殖得以有效抑制，10～28 ℃溫度范圍對霉菌的繁殖影響有限，起更大作用的是濕度。理想相對濕度控制范圍為40%～50%。方案1溫濕度控制最好，方案2著重控制整體濕度，方案3僅控制局部濕度。

表2 投資預算對比

由表2可見，方案1投資最大，能耗也高，但是其相對濕度控制穩(wěn)定。方案2各方面較為適中，成本及效果介于方案3和方案1之間。方案1與方案2對比，前者總造價高達2 500萬元，約為方案2的1.4倍；運行電耗相差不大，年蒸汽耗量則高達方案2的270倍。需要特別說明的是，由于2種方案溫濕度控制參數(shù)不同，因此投資預算對比只能作為參考。而方案3投資最少，總造價約為方案2的41%，耗電量為3種方案中最高，無需耗費蒸汽，設備及管道安裝也最為簡單，但是只能局部控制重點區(qū)域，仍存在死角。

5 結(jié)語

上述3種啤酒廠車間除濕方案均有其應用的局限性。具體采用哪種方案，需要根據(jù)實際需求，從初投資、運行能耗及運行效果綜合評估進行選擇。綜合多個工廠的實際情況，在有蒸汽或熱水熱源的工廠，建議采用方案1(如武漢某精釀啤酒廠)；在只有電作為能源的廠區(qū)，其用電指標較為緊張，且工藝要求溫度較寬泛，則建議采用方案2(如廣州某啤酒廠)；當啤酒廠不處于高熱高濕區(qū)域，如在寒冷地區(qū)，或生產(chǎn)工藝只是局部工序有溫變，則建議采用方案3。