啤酒氨制冷技術開發與應用

鄒德慶

(河南維雪啤酒有限公司，河南 信陽 467001)

啤酒的釀制主要經過麥芽制備、糖化、發酵及包裝等工序，整個生產工藝因過程或環節的不同對溫度要求也不同，特別是發酵環節，為了更好地控制酵母代謝，在酵母不同的生長階段，需要提供不同的溫度環境，所以，啤酒生產過程中，冷卻是重要一環.冷卻需要消耗大量的能源，特別是耗電，長期以來，國內啤酒生產采用傳統的制冷技術，該技術不僅基建投資大，而且運行費用高.隨著氨制冷技術的開發與應用，可以大幅度地降低冷卻設施的基建費用和運行費用.我國2003年啤酒產量已超過2 400萬噸，成為世界第一啤酒生產大國，節約運行費用，降低啤酒生產成本，是提升啤酒行業競爭力的有效途徑.

1 節約能源重要性

能源是國民經濟重要的物質基礎，也是人類賴以生存的基本條件.國民經濟發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，是衡量各國經濟發展和人民生活水平的一項綜合性指標，是一個國家技術進步程度的體現.能源是保證社會穩定和影響世界政治形勢的一個重要問題.為了緩解能源的供需矛盾，世界各國都在積極研究開發新能源，特別是再生能源，以保證人類長期穩定的能源供應.節能的過程，同時也是利用新技術、新經驗，改造舊企業、舊設備的過程，是提高人們科學技術水平的過程.開展節能工作，還有助于培養人們勤儉建國、艱苦樸素的作風，對建設社會主義精神文明有積極的意義.氨制冷技術的開發與應用，可以大幅度降低冷卻設施的基建費用和運行費用.我國2003年啤酒生產量已超過2400萬噸，成為世界第一啤酒生產大國.節約運行費用，降低啤酒生產成本，是提升啤酒行業競爭力的有效途徑.

2 傳統啤酒發酵制冷技術

傳統啤酒生產制冷技術是：制冷壓縮后的高溫、高壓氣體制冷劑(氨或氟里昂)通過冷凝后在蒸發器內蒸發，儲存在罐內的載冷劑(酒精或鹽水)通過泵輸送到蒸發器中循環，將溫度降至-5 ℃載冷劑(酒精或鹽水)輸送到發酵罐或蒸發器(麥汁冷卻用)的夾套內循環，達到啤酒發酵液或熱麥汁降溫的目的.

3 傳統啤酒發酵制冷技術缺點

傳統啤酒生產制冷技術有如下缺點：由于增加了中間循環(酒精或鹽水循環)，熱交換損失大；由于酒精水需冷卻到-5℃，要求制冷系統在低溫狀況下運行，系統效率較低；儲存載冷劑(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、高揚程的泵進行循環，增加投資和運行費用；載冷劑(酒精水或鹽水)有輕微的腐蝕性，對制冷系統尤其是發酵罐的使用壽命有影響；管道及發酵罐夾套易結垢，影響換熱效果，并不易清洗；生產降溫時冷卻速度較慢，常常達不到冷卻要求.因制冷劑換熱后溫度上升，使有效冷卻溫差減少.

4 氨制冷技術基本原理

鑒于傳統啤酒生產制冷技術的不足，可應用氨制冷技術，其基本原理是[1]5：將高壓液氨用氨泵(功率很小)輸送到發酵罐夾套或蒸發器(麥汁冷卻用)內，進行直接蒸發；液氨蒸發為氣氨需吸收大量的熱量，從而實現發酵罐內發酵液的保溫或降溫以及熱麥汁的冷卻，達到冷卻目的；蒸發后的液氨即低壓氣氨回到制冷壓縮機進行冷凝壓縮后再成為高壓液氨，進入液氨貯罐或直接輸送到發酵罐夾套或蒸發器(麥汁冷卻用)內，進行二次循環.也就是說，啤酒發酵工序將傳統的“冰水(酒精水或鹽水)循環冷卻”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和“直供”技術.

5 氨制冷關鍵技術和要解決的關鍵問題

5.1 氨制冷的關鍵技術

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

2)采用蜂窩式發酵罐夾套，提高熱利用效率，擴大換熱面積；

3)通過工藝方法和工藝管路優化與改造，達到節能、高效、安全操作.

5.2 氨制冷技術關鍵問題

1)發酵罐夾套承受的壓力應達以1.7 Mpa，并且應有足夠的換熱面積，我們選用蜂窩式夾套發酵罐，且嚴格按壓力容器要求制作；

2)防止氨泵進口有氣氨存在，可將氨泵進口與氨罐上部連通，及時排走氣氨；

3)保持氨罐底部與氨泵之間有足夠的垂直高度；

4)防止發酵液結冰，可在降溫接近要求時提前關閉氣閥，溫度降低氨液正好蒸發完全[2]8.

6 氨制冷技術路線

液氨貯罐→氨泵→發酵罐夾套(或麥汁薄板換熱器)→制冷壓縮機→液氨貯罐.

7 氨制冷技術優越性

本技術路線設計先進，工藝簡單、合理.該技術在河南維雪啤酒集團有限公司成功運用，也實現了氨制冷技術首次在啤酒行業的應用，該技術自運行以來，顯示出較大的優越性：

1)控制準確.發酵罐溫度控制精度一直保持在工藝值0.2 ℃以內；發酵罐壓力、液氨進口壓力、氣氨出口壓力一直保持在工藝值0.01 Mpa以內，工藝參數控制非常準確.

2)操作簡便.除因生產需要調整工藝參數值外，不需要人為調整，極大地減輕了人員的勞動強度，得到了操作人員的好評.

3)可靠性高.正式運行一年中，該控制系統除換過幾只電磁閥外，基本上沒有發生過故障，備用的手動系統也從來沒有用過，系統運行良好.

4)節省投資.應用氨制冷技術，省去了冰水循環系統，制冷設計投資可減少25%.

5)性能穩定.傳統冷卻以冰水為載冷劑，循環使用，池內溫度在冷卻過程中是變量，操作不穩定.而氨制冷技術，參數恒定不變，操作簡便且性能穩定，深受工人歡迎[3]119.

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

8 經濟、社會效益分析

降低能耗.傳統的冷卻工藝，與氨制冷技術相比較，每噸啤酒冷凍機電耗由95.6 kwh下降到50.6 kwh，節電率47.1%.

降低煤耗.傳統的兩段冷卻需將50 ℃～60 ℃冷卻水加熱到78 ℃～80 ℃才能供洗麥糟使用.而氨制冷技術，冷卻水要達到80 ℃以上不需加熱，據測算，年產20萬噸的啤酒廠，僅此項可節約標煤1 200噸左右.

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

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

[1] 國家技術監督局.液體無水氨(GB 536-88)[S].1988.

[2] 國家技術監督局,中華人民共和國建設部.制冷設備 空氣分離設備安裝工程施工及驗收規范(第1版)[S].1998.

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