啤酒氨制冷技术开发与应用

邹德庆

(河南维雪啤酒有限公司，河南 信阳 467001)

啤酒的酿制主要经过麦芽制备、糖化、发酵及包装等工序，整个生产工艺因过程或环节的不同对温度要求也不同，特别是发酵环节，为了更好地控制酵母代谢，在酵母不同的生长阶段，需要提供不同的温度环境，所以，啤酒生产过程中，冷却是重要一环.冷却需要消耗大量的能源，特别是耗电，长期以来，国内啤酒生产采用传统的制冷技术，该技术不仅基建投资大，而且运行费用高.随着氨制冷技术的开发与应用，可以大幅度地降低冷却设施的基建费用和运行费用.我国2003年啤酒产量已超过2 400万吨，成为世界第一啤酒生产大国，节约运行费用，降低啤酒生产成本，是提升啤酒行业竞争力的有效途径.

1 节约能源重要性

能源是国民经济重要的物质基础，也是人类赖以生存的基本条件.国民经济发展的速度和人民生活水平的提高都依赖于提供能源的多少.能源的利用程度和能源的人均占有量，是衡量各国经济发展和人民生活水平的一项综合性指标，是一个国家技术进步程度的体现.能源是保证社会稳定和影响世界政治形势的一个重要问题.为了缓解能源的供需矛盾，世界各国都在积极研究开发新能源，特别是再生能源，以保证人类长期稳定的能源供应.节能的过程，同时也是利用新技术、新经验，改造旧企业、旧设备的过程，是提高人们科学技术水平的过程.开展节能工作，还有助于培养人们勤俭建国、艰苦朴素的作风，对建设社会主义精神文明有积极的意义.氨制冷技术的开发与应用，可以大幅度降低冷却设施的基建费用和运行费用.我国2003年啤酒生产量已超过2400万吨，成为世界第一啤酒生产大国.节约运行费用，降低啤酒生产成本，是提升啤酒行业竞争力的有效途径.

2 传统啤酒发酵制冷技术

传统啤酒生产制冷技术是：制冷压缩后的高温、高压气体制冷剂(氨或氟里昂)通过冷凝后在蒸发器内蒸发，储存在罐内的载冷剂(酒精或盐水)通过泵输送到蒸发器中循环，将温度降至-5 ℃载冷剂(酒精或盐水)输送到发酵罐或蒸发器(麦汁冷却用)的夹套内循环，达到啤酒发酵液或热麦汁降温的目的.

3 传统啤酒发酵制冷技术缺点

传统啤酒生产制冷技术有如下缺点：由于增加了中间循环(酒精或盐水循环)，热交换损失大；由于酒精水需冷却到-5℃，要求制冷系统在低温状况下运行，系统效率较低；储存载冷剂(酒精水或盐水)需有较大容器，增加投资，并有许多热损失；需用大流量、高扬程的泵进行循环，增加投资和运行费用；载冷剂(酒精水或盐水)有轻微的腐蚀性，对制冷系统尤其是发酵罐的使用寿命有影响；管道及发酵罐夹套易结垢，影响换热效果，并不易清洗；生产降温时冷却速度较慢，常常达不到冷却要求.因制冷剂换热后温度上升，使有效冷却温差减少.

4 氨制冷技术基本原理

鉴于传统啤酒生产制冷技术的不足，可应用氨制冷技术，其基本原理是[1]5：将高压液氨用氨泵(功率很小)输送到发酵罐夹套或蒸发器(麦汁冷却用)内，进行直接蒸发；液氨蒸发为气氨需吸收大量的热量，从而实现发酵罐内发酵液的保温或降温以及热麦汁的冷却，达到冷却目的；蒸发后的液氨即低压气氨回到制冷压缩机进行冷凝压缩后再成为高压液氨，进入液氨贮罐或直接输送到发酵罐夹套或蒸发器(麦汁冷却用)内，进行二次循环.也就是说，啤酒发酵工序将传统的“冰水(酒精水或盐水)循环冷却”改为“氨直接冷却”，同样，热麦汁冷却工序改冰水冷却为“氨直接冷却”；氨中央控制工序采用气液分离技术和“直供”技术.

5 氨制冷关键技术和要解决的关键问题

5.1 氨制冷的关键技术

1)根据氨随压力急剧降低而膨胀蒸发的特点，发酵罐夹套(或麦汁薄板换热器)液氨进口采用精确制控系统；

2)采用蜂窝式发酵罐夹套，提高热利用效率，扩大换热面积；

3)通过工艺方法和工艺管路优化与改造，达到节能、高效、安全操作.

5.2 氨制冷技术关键问题

1)发酵罐夹套承受的压力应达以1.7 Mpa，并且应有足够的换热面积，我们选用蜂窝式夹套发酵罐，且严格按压力容器要求制作；

2)防止氨泵进口有气氨存在，可将氨泵进口与氨罐上部连通，及时排走气氨；

3)保持氨罐底部与氨泵之间有足够的垂直高度；

4)防止发酵液结冰，可在降温接近要求时提前关闭气阀，温度降低氨液正好蒸发完全[2]8.

6 氨制冷技术路线

液氨贮罐→氨泵→发酵罐夹套(或麦汁薄板换热器)→制冷压缩机→液氨贮罐.

7 氨制冷技术优越性

本技术路线设计先进，工艺简单、合理.该技术在河南维雪啤酒集团有限公司成功运用，也实现了氨制冷技术首次在啤酒行业的应用，该技术自运行以来，显示出较大的优越性：

1)控制准确.发酵罐温度控制精度一直保持在工艺值0.2 ℃以内；发酵罐压力、液氨进口压力、气氨出口压力一直保持在工艺值0.01 Mpa以内，工艺参数控制非常准确.

2)操作简便.除因生产需要调整工艺参数值外，不需要人为调整，极大地减轻了人员的劳动强度，得到了操作人员的好评.

3)可靠性高.正式运行一年中，该控制系统除换过几只电磁阀外，基本上没有发生过故障，备用的手动系统也从来没有用过，系统运行良好.

4)节省投资.应用氨制冷技术，省去了冰水循环系统，制冷设计投资可减少25%.

5)性能稳定.传统冷却以冰水为载冷剂，循环使用，池内温度在冷却过程中是变量，操作不稳定.而氨制冷技术，参数恒定不变，操作简便且性能稳定，深受工人欢迎[3]119.

6)降低成本.每吨啤酒可节电45 kwh，节约资金35元以上，节约酒精等辅料消耗3.6元/吨啤酒.

8 经济、社会效益分析

降低能耗.传统的冷却工艺，与氨制冷技术相比较，每吨啤酒冷冻机电耗由95.6 kwh下降到50.6 kwh，节电率47.1%.

降低煤耗.传统的两段冷却需将50 ℃～60 ℃冷却水加热到78 ℃～80 ℃才能供洗麦糟使用.而氨制冷技术，冷却水要达到80 ℃以上不需加热，据测算，年产20万吨的啤酒厂，仅此项可节约标煤1 200吨左右.

降低水耗.传统的冷却麦汁需麦汁2倍的冷却水进行冷却，采用氨制冷技术，冷却水耗量为麦汁量的1.2倍，麦汁冷却水节约40%，且该水温可达80 ℃以上，可用于糖化用水，不为浪费.

节省酒精.传统的冷却采用的载冷剂是20%～25%(W)浓度的酒精水溶液，有挥发、滴漏损失且不安全.而氨制冷技术不需酒精.

[1] 国家技术监督局.液体无水氨(GB 536-88)[S].1988.

[2] 国家技术监督局,中华人民共和国建设部.制冷设备 空气分离设备安装工程施工及验收规范(第1版)[S].1998.

[3] 马效民.浅议污废水处理后回用的科学性及重要性[J].中国校外教育,2009(07).