啤酒生產車間除濕方案探討

中國輕工業廣州工程有限公司 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，啤酒廠發酵罐底及樓板頂部圈梁位置普遍存在發霉現象。對于啤酒生產車間而言，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環境，是暖通空調專業應重視的問題[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。整個車間圍護結構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，為啤酒廠生產車間的抑菌提供新的思路。

1 項目概況

該項目為福建地區某啤酒廠發酵車間，建筑面積11 000 m2，車間高6.6 m。由于室內地面經常沖洗，因此在無人工干預的情況下，車間處于高濕狀態。車間設計參數為：溫度10 ℃，相對濕度40%，地面沖洗散濕量612 kg/h。地面、罐子和管道需要經常沖洗，而排水直接排入室內排水溝，造成室內空氣濕度較大。另外，由于室內有定期巡檢人員，需要送新風。通過常開的外門和機械送風系統會引入室外的高濕空氣，圍護結構密封不嚴也會造成室外水汽的滲入。由于發酵車間為冷車間，罐體和管道均采取保冷措施，房間溫度一般不高。室內濕度對霉菌生長有較大影響。室內空氣濕度越大，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，罐體及天花板滋生大量霉菌，發霉區域集中在發酵罐與旁邊的圈梁位置。罐體內儲存的是發酵中的啤酒原液，不同階段原漿的溫度在-1.5～7 ℃之間，罐體外保冷夾層內酒精水溶液溫度約-4 ℃。當冷表面溫度低于室內空氣的露點溫度時，室內空氣遇冷凝結。經實地觀察，發酵車間內載冷劑管道、地面設備及發酵罐體的外表面均有凝結水。而布置在地面的管道和設備由于經常沖洗和保溫良好，因此雖然有凝結水現象，但是光滑表面霉菌不易附著，未出現長霉現象。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，更容易結露。凝結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，且存在來自屋頂的外界潮濕空氣滲透，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，應控制室內濕度，保持環境干燥[3]；優化氣流組織，對死角區域增強氣流擾動。

2 室外氣象參數

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

表1 室外設計參數

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。室內溫度取10 ℃，相對濕度取40%，含濕量取3 g/kg。新風(A)經過前表冷段預冷除濕(A→B)后與室內回風(C)混合(C+B→D)，混合的一次風經轉輪除濕后溫度上升(D→E)，再經后表冷段等濕冷卻(E→G)，經風機送至室內(G→H→C)。空氣處理過程的焓濕圖見圖1。

圖1 方案1空氣處理過程焓濕圖

由于車間內人員較少，僅為巡檢取樣人員，按照相關規范的要求新風量很小[5]。僅采用1套設備新風+回風系統既不經濟，也不合理。

新風換氣次數約為0.5 h-1，保證室內微正壓，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

依據濕負荷計算及現場要求，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，風管系統較復雜，室外有再生風進風口和排風口。而室內風管系統采用上送下回方式，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形風管，同時均勻布置風口。風口根據實際情況選擇向上或向下斜側吹，可以選擇較大的出風風速，增強局部擾動，防止出現氣流死角。

3.2 方案2——節能濕度控制

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器進一步冷卻到7～15 ℃(D→E)，最后通過低溫干燥的轉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。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器可以進一步去除空氣中的水分，對前表冷段已經冷卻到露點溫度的空氣可以進一步降溫降濕。同時利用制冷系統中的冷凝器廢熱對轉輪再生，冷凝器的廢熱溫度為45～55 ℃，廢熱量約為35 kW。對比常規轉輪，無需高溫熱源即可實現吸附劑再生，不另外耗費蒸汽熱源或者電。這種除濕方式可以節省25%～40%的年運行費用。

設計選用12臺節能除濕機，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，質量2 500 kg。

方案2的優點是單臺設備選型小(設備總占地面積140 m2)，運行費用較低，節能性好。缺點是設備數量多，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。極端天氣下有結露風險，初投資高。室外有再生風進風口、排風口，室內有水平風管上部送風系統和豎直風管下部回風系統，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天花板處發酵罐與屋面圈梁之間的位置，因此針對重點區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取風，經除濕機轉輪除濕后連接風管，向上沿4個方向吹向發酵罐錐形底部及圈梁、天花板區域。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量為罐體數量的一半，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，質量為160 kg。

該方案的優點是初投資少，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。風管系統為局部的送風風管和室內再生風的送風排風系統，較為簡單。缺點是由于只針對控制范圍送風區域的罐體和天花板，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側，容易出現長霉現象。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域，仍存在死角。

5 結語

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，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域，如在寒冷地區，或生產工藝只是局部工序有溫變，則建議采用方案3。