啤酒厂糖化车间节能技术的研究

啤酒厂糖化车间节能技术的研究

武斌¹　崔云前²

（1.济南市产品质量监督检验所　济南　250022；

2.山东轻工业学院食品与生物工程学院　济南　250100）

摘要：糖化车间的能量消耗约占啤酒厂总能量的50%。如何降低糖化车间的能耗，目前已经成为各啤酒厂的中心议题。本文主要从追加热水、回收乏汽、采用新型煮沸技术、麦汁一段冷却等四个方面对节能技术作了探讨。

关键词：糖化；乏汽；新型煮沸；节能

当前，随着啤酒市场竞争的加剧和利润的降低，越来越多的啤酒厂已经意识到节能的重要性。只有积极地采取节能降耗技术，企业才能创造更大的效益，才能在激烈的竞争中立于不败之地。

考察糖化车间的热能消耗，可以发现，除CIP和热水制备外，主要耗能过程集中在醪液升温、麦汁升温、麦汁煮沸以及麦汁冷却工段。醪液升温、麦汁升温所需要的能源，可以通过麦汁冷却阶段产生的热水来解决；在麦汁煮沸阶段，可以将其中乏汽产生的热能进行回收，并有效地加以利用；也可以采用新型煮沸系统；而在麦汁冷却阶段，可以采用一段冷却工艺，以节约大量能源。下面将分别从上述四个方面加以阐述。

1　糖化室追加热水节能技术

在麦汁冷却阶段，通过薄板换热器可得到大量热水，如果能配备合适的热水贮罐，并采用追加热水糖化工艺合理利用，便可大大降低能耗。

1.1　啤酒厂相关技术指标和基础数据

表1　啤酒厂相关技术指标和基础数据

1.2　追加热水糖化工艺的物料衡算

1.2.1　100kg原料（麦芽70%，大米30%）生产12°P淡色啤酒的物料衡算

麦芽收得率=0.77× （100-10） %=69.3%

大米收得率=0.95× （100-13） %=82.65%

混合原料收得率= （0.7×69.3%+0.3×82.65%） ×98.5%=72.21%

则100kg原料生产12°P的麦汁量： （72.21÷12） ×100=601.75 （kg）

由于12°P麦汁在20℃时的相对密度为1.048，100℃的麦汁体积是20℃麦汁体积的1.04倍。所以，热麦汁体积为： （601.75÷1.048） ×1.04=597.2 （L）

热麦汁量： 597.2× （1-0.07） =555.4 （L）

发酵液量： 555.4× （1-0.015） =547.1 （L）

过滤酒量： 547.1× （1-0.02） =536.1 （L）

成品酒量： 536.1× （1-0.02） =525.4 （L）

1.2.2　生产100L12°P啤酒的物料衡算

混合原料量： 100× （100÷525.4） =19.03 （kg）

麦芽用量： 19.03×70%=13.32 （kg）

大米用量： 19.03×30%=5.71 （kg）

热麦汁体积： 100×597.2÷525.4=113.7 （L）

热麦汁质量： 113.7÷1.04×1.048=114.58 （kg）

设排出的湿糟含水80%，则糖化麦糟量：

干麦糟量： 13.32× （1-10%） × （1-77%） =2.757 （kg）

干米糟量： 5.71× （1-13%） × （1-95%） =0.248 （kg）

糖化糟含水量= （2.757+0.248） ÷20%×80%=12.02 （kg）

1.2.3　热麦汁冷却换出80℃热水量

根据经验公式： c_谷物=0.01× ［ （100-w） ×c₀+4.18w ］

取c₀=1.55kJ/ （kg · k） ，w为谷物含水百分率%

则c_麦芽=0.01×[ （100-10） ×1.55+4.18×10]=1.81kJ/ （kg · k）

c_大米=0.01×[ （100-13） ×1.55+4.18×13]=1.89kJ/ （kg · k）

c_麦汁= （c_麦芽m_麦芽+ c_大米m_大米+ c_水m_水） ÷m_麦汁

= （1.81×13.32+1.89×5.71+4.18×114.58×88%） ÷114.58=3.98kJ/ （kg · k）

设薄板换热器效率95%，热麦汁温度98℃，冷麦汁温度8℃，冰水温度4℃，换出热水

温度80℃，则由95%c_麦汁m_麦汁△t₁=c_水m_水△t₂

m_水=[95%×3.98×114.58× （98-8） ]÷[4.18× （80-4） ]=122.74 （kg）

V_麦汁∶V_水=113.7∶122.74=1∶1.08

1.2.4　生产10000L12°P淡色啤酒的物料衡算

浓醪糖化工艺如图1所示。

1.糊化锅加水量： m₁= （571+114） ×4.25=2911 （kg）

设糊化锅用热水量为X₁，则80X₁+ （2911-X₁） ×20=2911×50

X₁=1456 （kg）

追加热水量X₂= （571+114） × （4.7-4.25） =308 （kg）

2.糖化锅用水量： m₂=1218×2.5=3045 （kg）

设糖化锅用热水量为X_3，则80X₃+ （3045-X₃） ×20=3045×38

X₃=913.5 （kg）

追加热水量： X₄=1218× （3.75-2.5） =1522.5 （kg）

糖化、糊化过程热水总量： X₁+X₂+X₃+X₄=1456+308+913.5+1522.5=4200 （kg）

3.米醪煮沸过程中蒸发水分量：

设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为：

m_水=m_米醪×5%×40÷60=[ （571+114） + （571+114） ×4.7]×5%×40÷60=130.15 （kg）

图1　浓醪糖化工艺

4.煮沸蒸发掉水分：

设煮沸时间为90min，煮沸强度8%，煮沸前麦汁量X

则： X-X8%×90÷60=11458X=13020.5 （kg）

蒸发掉水分： 13020.5×8%×90÷60=1562.5 （kg）

5.洗糟水量

投料水+洗糟水-蒸发掉水分-湿糟含水=麦汁中水分

则： 2911+308+3045+1522+洗糟水-130-1562-1202=11458× （1-12%）

洗糟水=5194kg

洗糟水温度78℃，设洗糟用热水量X₅

则80 X₅+ （5194-X₅） ×20=5194×78所以X₅=5020kg

6.整个糖化过程热水总量： X₁+X₂+X₃+X₄+X₅=9220 （kg）

1.2.5生产10000L12°P淡色啤酒的热量衡算

1.设糖化用水热量Q₁

糊化锅加水量m₁= （571+114） ×4.7=3219.5 （kg）

糖化锅加水量m₂=1218×3.75 =4567.5 （kg）

设自来水温度20℃，糊化锅投料温度50℃

糊化锅水热量Q_1.1=m₁c_水（50-20） =3219.5×4.18×30=403725 （kJ）

糖化锅投料温度38℃

糖化锅水热量Q_1.2=m₂c_水（38-20） =4567.5×4.18×18=343658 （kJ）

由图1可知，追加热水至1∶3.75可达到温度t_1，则：

（m_麦芽c_麦芽+m_水c_水） ×38℃+ m_追加水c_水×80℃= [m_麦芽c_麦芽+（m_水+ m_追加水） c_水]×t₁（1218×1.81+1218×2.5×4.18） ×38+1218×1.25×80=[1218×1.81+1218×3.75×4.18]×t₁

t₁=50.5℃

麦醪由38℃升到50.5℃耗热量Q_1.3

c_麦醪= （m_麦芽c_麦芽+m_水c_水） ÷m_麦醪

= （1218×1.81+4567.5×4.18） ÷ （4567.5+1218） =3.68kJ/ （kg · k）

Q_1.3=m_麦醪c_麦醪× （50.5-38） =266133 （kJ）

糖化用水热量： Q₁=Q_1.1+Q_1.2+Q_1.3=1013516 （kJ）

2.第一次米醪煮沸耗热量Q₂

设糊化锅内米醪由50℃升温到100℃耗热量为Q_2.1，

c_米醪= （c_米m_米+c_麦m_麦+c_水m_水） ÷m_米醪

= （1.89×571+1.81×114+4.18×3219.5） ÷[ （571+114） + （571+114） ×4.7]

=3.78[kJ/ （kg.k） ]

Q_2.1=m_米醪c_米醪（100-50） =3904.5×3.78×50 =737950 （kJ）

设煮沸时间40min，煮沸强度5%，蒸发掉水分为m_水

m_水=[ （571+114） + （571+114） ×4.7]×5%×40÷60=130kg

则煮沸过程蒸汽带出热量Q_2.2=m_水h=130×2257.2=293410 （kJ）

上式中，h为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化潜热（kJ/kg） 。

米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%

则热损失Q_2.3=15% （Q_2.1+Q_2.2）

Q₂=Q_2.1+Q_2.2+Q_2.3=115% （Q_2.1+Q_2.2） =1186064 （kJ）

3.第二次煮沸前混合醪升温到78℃耗热量Q₃

c_混= （c_麦醪m_麦醪+c_米醪m_米醪） ÷m_混

= （3.68×5785.5+3.78×3904.5） ÷ （5785.5+3904.5） =3.72kJ/ （kg · k）

由于热损失，兑醪前米醪温度约会降到96℃，则：

m_米醪c_米醪96+m_麦醪c_麦醪46.5=m_混c_混t

3904.5×3.78×96+3.68×5785.5×46.5=9690×3.72×t

t=66℃

Q_3.1=c_混m_混（78-66） =3.72×9690×12 =432561 （kJ）

损失热量Q_3.2=15%Q_3.1

Q₃=Q_3.1+Q_3.2=497445 （kJ）

4.洗糟水耗热量Q₄

Q₄=m_水c_水（78-20） =5194×4.18×58 =1259233 （kJ）

5.麦汁煮沸过程耗热量Q₅

设麦汁升温到沸点耗热量为Q_5.1，煮沸过程中蒸发耗热量为Q_5.2

c_麦汁= （c_麦芽m_麦芽+ c_大米m_大米+ c_水m_水） ÷m_麦汁

= （1.81×1332+1.89×571+4.18×11458×88%） ÷11458

=3.98kJ/ （kg · k）

Q₅₁=m_麦汁c_麦汁（100-70） =11458×3.98×30=1368085 （kJ）

设煮沸强度8%，时间90min，则蒸发水分m_水=1562.5 （kg）

Q_5.2=2257×1562.5=3526562.5 （kJ）

热损失Q₅₃=15% （Q_5.1+Q_5.2）

Q₅=Q_5.1+Q_5.2+Q_5.3=5628844 （kJ）

6.糖化一次总耗热量Q_总

Q_总=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅=9585102 （kJ）

7.糖化一次耗用蒸汽量m

使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，水的汽化潜热h=2725.3kJ/kg

则m=Q_总/ [ （h-h'） 95%]=4662 （kg）

式中h'为相应冷凝水的焓（561.47kJ/kg） ，95%为蒸汽的热效率

8.对糖化而言，每吨啤酒耗蒸汽的量为：

4662÷ （10000L×1.048g/ml） =445 （kg/t）

9.设糖化和洗糟共节约热量为Q₀

糖化与洗糟共用热水总量9220kg

Q₀=9220×4.18× （80-20） =2312376 （kJ）

则节约蒸汽为： Q₀/Q_总=24.1%

即采用追加热水工艺可节能24.1%。

2　回收煮沸乏汽的节能技术

麦汁煮沸需要的能量较多，约占整个麦汁制备过程能耗的50%。麦汁煮沸时产生的水蒸汽称为乏汽或二次蒸汽。在麦汁煮沸过程中，能产生约占糖化总能量40%的乏汽。如果将这些乏汽直接从气筒排放至大气中，不仅会对周围环境造成异味污染，而且也会损失大量的热能。因此，应尽可能充分回收乏汽来节能。

2.1　采用乏汽冷凝器回收乏汽的节能技术

利用乏汽冷凝器回收热能是投资少、简单易行且应用十分普遍的技术。乏汽冷凝器一般安装在煮沸锅的排气筒中，煮沸时产生的乏汽通过冷凝器时，与水进行换热，使水温升高。在进行换热的同时，二次蒸汽自身得以冷凝，也变成热水。获得的这部分热水可在糖化室加以充分利用，既可作为下料水，也可以作为洗糟水直接利用，从而节约了大量的一次蒸汽（见图2） 。

图2　煮沸锅乏汽冷凝器

1-乏汽进口2-排气筒3-高温水出口

4-热水口口5-热交换器6-冷凝水

根据用途的不同，乏汽的冷凝可采用一级或二级冷却方式。如果进行二级冷却，则在第一级冷却中可将热水加热成高温水；而第二级冷却可将冷水变成热水。这样可最大限度地将乏汽中的热量转移到热水中，在生产中加以利用。啤酒厂往往一天生产多锅麦汁，如此产生的热水量会超过糖化车间自身的需求量。所以，多数啤酒厂都采用一级冷却方式的冷凝器。

可以利用储热系统将余热长时间贮存起来，并可随时重新利用（见图3） 。具体做法是，将乏汽冷凝器换出的热水收集到容积足够大的带保温层的热能储罐，该热能储罐是一种置换式热水储罐，97℃的水从上部流入，78℃的水从下部流出。通过温差引起的密度变化，在不同温度的水之间出现明显的分层。用热能储罐贮存高温水时，可根据需要调整97℃高温水和78℃热水的分界线，混合段的高度取决于储罐的结构。对细长的储罐来说，此高度可在10～20cm之间。

图3　乏汽的回收与利用

由图3可见，过滤后的麦汁在泵入煮沸锅的过程中，温度从74℃升高到94℃，热能储罐中97℃的热水作为热能载体，在加热麦汁后本身的温度下降到78℃，重新回到热能储罐。

在接下来的煮沸过程中，这些78℃的水从热能储罐抽出，在乏汽冷凝器被加热到97℃，然后存放到热能储罐中，重新用于下一次糖化的麦汁预热。

另外，作为热交换器中的余汽冷凝水，可以通过对流方式将冷水加热到大约85℃，作为生产用水。这样，二次蒸汽经过两级冷却得到高温水和热水。

从回旋沉淀槽出来的热麦汁进入薄板冷却器，与4℃的冰水换热至接种温度8℃，而冰水升温至80℃进入热水罐，主要作为投料用水、洗糟用水以及追加热水。对于煮沸锅乏汽的回收利用，可以做一下热量衡算：

（1）煮沸强度为8%，时间90min，煮沸前麦汁13020.5kg

蒸发的水分量： m_汽=13020.5×8%×90÷60=1562.5 （kg）

在温度为100℃，压力为101.3kN/m²时，蒸汽的汽化潜热为2258.4kJ/kg

则蒸汽潜热Q₁=1562.5×2258.4=3528750 （kJ）

（2）设经过蒸汽冷凝器后，换出热水量为m₁

c_水m₁ （t₁-t₂） =Q₁×80%

其中： t₁—出口热水温度98℃

t₂—进口热水温度78℃

80%—冷凝器效率

则： m₁= （Q₁×80%） ÷[c_水（t₁-t₂） ]=80%×3528750÷[4.18×20]=33768 （kg）

（3）设冷凝水通过冷凝水冷却器后所得热水量为m₂，换热效率为95%

冷凝水温度100℃，出口温度30℃；

冷水进口温度20℃，出口温度80℃

c_水m₂ （80-20） =c_水m_汽（100-30） 95%

m₂=1562.5×95%×70÷60=1732 （kg）

（4）设通过麦汁预热器预热麦汁消耗的热水为m₃，预热器效率取95%

麦汁进口温度为74℃，出口温度为94℃，麦汁量m为11458kg；

热水进口温度为98℃，出口温度为78℃

c_麦汁m （94-74） =m₃c_水（98-78） ×95%

m₃= （3.98×11458×20） ÷ （4.18×20×95%） =11484 （kg）

（5）设预热麦汁所用的热量为Q₂

Q₂=c_麦汁m△t=3.98×11458×20=912056 （kJ）

Q₂/Q_总=912056÷9499991=9.60%

则通过预热麦汁可以节能9.60%。

2.2　采用乏汽压缩机的节能技术

采用乏汽压缩系统，可将乏汽压缩成0.02～0.05MPa的过压蒸汽，使乏汽温度升高，重新用来加热麦汁。

乏汽压缩系统可以安装在现有的麦汁煮沸设备系统中，对于大多数啤酒厂的内煮沸系统而言，被压缩后的乏汽可直接引入内加热器中（见图4） ，重新用于麦汁加热，可节约大量的一次蒸汽，并且不会出现多余的热水，不会造成环境污染。

需要指出的是，此系统需要一个启动能源，即喷射泵喷头所产生的1MPa的高压一次蒸汽，借助于此蒸汽将乏汽从麦汁煮沸锅中抽出来，产生的混合蒸汽用来加热。另外，乏汽压缩系统需要备0.003MPa的低压，以避免空气吸入，降低压缩效果。

图4　带压汽压缩机的内煮沸系统

1-乏汽缩机2-压缩蒸汽（102～108℃） 3-内加热器

4-新鲜蒸汽5-新鲜蒸汽冷凝水6-乏汽冷凝

3　采用新型煮沸系统的节能技术

3.1　采用Merlin煮沸系统的节能技术

在煮沸过程中，平衡煮沸温度和时间的关系至关重要。如果蒸汽温度太高，会使可凝固氮过量减少，从而降低啤酒的泡持性；如果温度太低且煮沸时间太短，则游离二甲基硫（DMS）的排除不够完全，给啤酒带来洋葱味。反之，如果煮沸时间过长，不仅啤酒的泡持性会降低，而且会浪费大量的能源。如果使用传统的内加热器来提高麦汁的升温速度和蒸发速率，只能采用较高的蒸汽压力和加大加热表面积来实现，如此以来麦汁所受的热负荷就会升高，给麦汁和啤酒带来焦糊味。

使用Merlin煮沸系统就能很好地解决这一问题。因为，Merlin煮沸系统主要是在加热带上进行蒸发，由于极薄的麦汁层和巨大的加热表面，对啤酒质量有影响的物质会最大限度地与乏汽一起排出，而且该系统的总蒸发量比传统的内煮沸7%～8%总蒸发量要小得多，仅为4%，不仅使促进啤酒泡持性的含氮物质得以保留，防止了蛋白质的过度凝聚，而且节约了大量的能源。

Merlin煮沸系统的核心部分为一个圆锥形的加热表面，可以分成三分之一和三分之二两个区域（见图5） ，其加热面积与内煮沸加热器相同，均为0.06m²/hl麦汁，而且根据不同的要求，加热表面的使用可自由调整，具有较高的灵活性。麦汁被泵连续地送到双层夹套加热表面，并达到蒸发点。麦汁由一台变频控制泵来实现麦汁循环，再加上酒花添加罐便构成了一个完整的麦汁煮沸系统。

图5　带有麦汁加热器和能源储存的Merlin煮沸系统

1-回旋沉淀槽2-酒花添加罐3-Merlin蒸发罐4-加热区5-蒸汽调节阀6-蒸汽冷凝器

7-贮能罐8-板式换热器9-麦汁暂存罐10-循环泵11-冷水进口12-热水出口

采用Merlin煮沸系统，不仅可以改善啤酒的口味，而且由于煮沸时间缩短、蒸发量减少，因而可以节约大量的能源，主要表现在以下几个方面：

（1） Merlin煮沸系统无明显的加热和煮沸阶段，麦汁加热5分钟后即沸腾，这时添加第一次酒花，煮沸35分钟后添加第二次酒花；

（2）经过Merlin系统煮沸，麦汁热凝固物在回旋沉淀槽的分离效果也很好，热凝固物的量约为20 mg/L；

（3） Merlin系统煮沸时间仅有35～40分钟，所以，硫代巴比妥酸热负荷值TBA会明显降低，仅为38 ，比传统内加热煮沸器的TBA值50要低得多；

（4）经过Merlin系统煮沸，游离二甲基硫只有49μg/L，啤酒的泡沫稳定性、胶体稳定性和口味稳定性均得到明显改善。与其他煮沸系统相比，啤酒的泡沫更细腻持久，口味更温和爽口，酒花香味更明显。

（5）经过Merlin系统煮沸，麦汁浊度略有增加，比普通煮沸后的浊度高2～3EBC；

（6） Merlin煮沸系统，从93℃加热到95℃时有0.8%的蒸发量，在煮沸时有1.8%的蒸发量，在脱气时平均有1.5%的蒸发量，总蒸发量约为4.1～4.5%；而传统加热器的总蒸发量是8%。

3.2　采用柔和煮沸系统的节能技术

近几年，德国Kaspar Schulz公司开发出一种新式柔和煮沸系统。与传统煮沸系统相比，该系统既能明显节能又可保证8%的总蒸发量，同时还能兼顾传统煮沸在不同温度下的物质转化要求。

我们知道，麦汁煮沸的主要任务是蒸发多余的水分和驱除不良的风味物质，其它参数则仅与温度和麦汁循环有关。因此，该系统可分为热保温和煮沸两个步骤。首先将麦汁进行保温，在必要的物质转化完成后再送入真空阶段，仅通过低压进行煮沸。

该系统的关键部件是膨胀蒸发装置。该装置可以使麦汁在一次性的流动过程中迅速蒸发掉7%的水分，避免在传统煮沸锅中长时间蒸发，从而达到了节能的目的。当麦汁沿切线方向进入真空容器时，沿容器内壁以薄层螺旋状流入，麦汁由上而下进行旋转，然后沿罐壁进入下方的圆柱部分。容器的结构和麦汁流量相协调可产生较大的表面积，使麦汁能在无泡沫状态下蒸发，形成的蒸汽由泵抽走并被液化。容器本身结构简单，且完全满足卫生要求，里面除了流入喷嘴和喷头外没有其它附件，很容易实现热麦汁通道的CIP清洗。

具体的工艺流程如图6所示，主要可以分为以下六步：

图6　采用柔和和煮沸系统的节能措施

1-蒸汽2-麦汁煮沸锅3-回旋沉淀槽4-新式麦汁泵5-二次蒸汽6-温水7-减压蒸发器

8-冷凝器9-真空泵10-水11-冷凝水出口12-麦汁泵13-麦汁冷却器14-冷麦汁

（1）当洗糟结束，混合麦汁满锅后，升温至97.5℃，在充分搅拌混合的状态下高温维持60分钟，其间要调整麦汁的pH值，并添加3次酒花。在加热和保温过程中，满锅麦汁量约减少1%，其间消耗的热能为保温过程中的热损失。当然，我们可以根据酒花异构化和可凝固性氮的分析指标来确定维持高温的具体时间。一般情况下，40分钟后可凝固性氮就可以达到25～28mg/L。

（2）保温结束后，麦汁泵入回旋沉淀槽，以分离酒花糟和热凝固物。

（3）回旋沉淀槽休止结束，开始冷却麦汁。将麦汁泵入压力为0.03MPa的减压蒸发器中，麦汁会在容器中会形成薄层液流，通过流动麦汁便被蒸发掉7%左右，形成的二次蒸汽借助换热器被完全冷凝下来并由真空泵抽走。

（4）蒸发冷却后的63℃麦汁进入板式换热器，冷却至酵母接种温度。

（5）在板式换热器中逆向流动的酿造水温约达60℃，二次蒸汽冷凝器中的蒸发热也可用于加热生产用水，约达到60℃。

（6）麦汁经过减压蒸发器和麦汁板式换热器后，进入浮选罐。此时，麦汁恰好达到规定的最终浓度，同时达到8%的总蒸发量。

由上可知，采用柔和煮沸系统，麦汁只是在97.5℃高温条件下维持了约60分钟，比传统煮沸时间90分钟大为减少，因此可以节约大量的第一能源，节约量约超过50%。在糖化过程中产生的热水量与实际生产需要量能够达到平衡，而且啤酒的分析结果与传统方式生产的啤酒完全相同，对啤酒的品评和强化保质期实验也未显现差别。

3.3　采用Stromboli煮沸系统的节能技术^[5]

传统内加热器由于出现温度梯度，麦汁加热不均匀，通常要求总蒸发量达到9.5%以上，才能有效地排除二甲基硫，与此同时，对泡沫有利的蛋白质也被排除了。德国斯坦尼克公司Stromboli煮沸系统（设备结构见图7）通过麦汁调节器的双分配伞来调节麦汁喷洒速度，这种喷洒方式能够形成很大的表面积，所以总蒸发量只需要3%～4%，煮沸时间只需要30分钟，就足以能够达到排出二甲基硫等不良气味物质的目的。因此，可以节约大量的能源。另外，即使没有热量供给，Stromboli系统也可以进行麦汁煮沸，见图8和图9。

图7　Stromboli麦汁煮沸锅的剖面图

麦汁从煮沸锅下面麦汁抽出对称管1抽出来，通过麦汁变频输送泵2，经由麦汁输送中心管3，再经喷射泵5上升到上面麦汁调节器6。它像帽子似的分配伞是一个双层罩，其宽度可以任意调节，表面积和循环率都可以控制，因而保证了麦汁从二个分配伞之间均匀流出。在加热器内，麦汁利用流动的动能进行循环。在循环过程中麦汁不需要热能，在锅内麦汁每小时循环6～8次。导流板4用来控制加热器的麦汁循环。

图8　有热量供给的循环

图9　没有热量供给的循环

4　采用一段板式换热器冷却麦汁的节能技术

根据板式换热器的形式，麦汁冷却可以分为一段冷却和两段冷却。

4.1　一段麦汁冷却工艺

从回旋沉淀槽出来的95℃麦汁，经一段板式换热器一步冷却到酵母发酵所需的温度7～9℃。冷媒用冷却到4℃的酿造水，经过换热，4℃冰水被95℃热麦汁传热后直接升至80℃进热水箱，作为投料用水、洗糟用水等。麦汁冷却温度可以通过控制出水流量来实现。

4.2　两段麦汁冷却工艺

第一段冷却，用可做投料水的冷水进板式交换器冷却热麦汁，麦汁由95℃降到45℃，冷水由20℃升至55℃，经加热至80℃可做投料用水或洗糟用水；第二段冷却，用冷媒酒精水使麦汁从45℃降到了7℃～9℃。这里冷媒酒精水段的耗冷量受前段冷水温度及流量的制约，而且水冷段的水源温度随季节气候的变化而变化，冷水温度变化直接影响后段麦汁冷却的温度及耗冷量。

4.3　节能效果分析

比较两种工艺可知，一段麦汁冷却比两段冷却可省去酒精水的换热环节，减少冷耗，达到节能目的。同时，还可免去酒精水池，减少占地面积，改善工作环境。

在两段麦汁冷却中，第一段用冷水冷却，其冷量可不计入制冷系统负荷，麦汁冷却耗冷量主要指第二段冷媒酒精水冷却的耗冷量，即此时麦汁的放热量。

以每批产30吨、11°P的热麦汁为例，则在第二段冷却的放热量Q_l为：

Q_l=Cpm₁（t₁-t₂） =30000×0.98×4.18× （45-8） =4547004kJ

上式中：

m₁-每批麦汁产量30000公斤；

Cp-11°P麦汁的比热，查表为0.98×4.18kJ/kg · k；

t₁-第二段冷却的起始温度为45℃；

t₂-麦汁冷却终了温度8℃；

在一段麦汁冷却中，冰水吸收热量即为热麦汁冷却总耗冷量Q，即Q=mcpΔt₁。

则Q=30000×0.98×4.18（95-8） =10691604kJ

则冰水用量m2=Q/C · Δt₂=2557800／1× （80-4） =33655kg

上式中： C-水的比热； Δt₂-冰水在板式换热器中热交换前后的温度差

设制冷机组制冰水m2所需的制冷量为Q₂

则Q₂= m2· C · Δt₃=33655×4.18× （20-4） =2261616kJ

冷却每批麦汁节省的制冷量ΔQ₁=Q₁-Q₂=2296157.6kJ

若冷却效率按90%计，则实际节省冷量ΔQ₂=ΔQ₁÷90%=2551286kJ

另外，每批糖化用于投料、洗糟等80℃热水约需34吨，两段冷却后的55℃热水需用蒸汽加热到80℃方可使用，蒸汽热耗为： Q₃=34×10³×4.18× （80-55） =3553000kJ

采用一段冷却后，80℃冷却水基本满足了糖化用水需要，因而省去了水的加热，节省蒸汽热耗Q₄= Q₃。

所以，若冷却30吨、11°P的热麦汁，采用一段冷却共计节能： ΔQ₂＋Q₄=6104283.9kcal

根据以上计算结果，一段麦汁冷却工艺比两段冷却工艺会节约大量能源，明显降低生产成本。正因如此，现在几乎所有啤酒厂的麦汁冷却工艺均改为一段冷却。

综上所述，由于现在啤酒企业正面临着日益激烈的竞争，只有更加重视能源管理工作，并积极地采取节能技术，才能有效地降低操作成本，保证产品的质量和产量稳步提高，以获得更大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]Clemens Thusing/A.Brewingand Beverage Industry，2000 （2）:14

[2]周广田，聂聪，崔云前，董小雷.啤酒酿造技术.济南：山东大学出版社，2004

[3]吴思方.啤酒厂工艺设计概论.北京：中国轻工业出版社，2003

[4]德国Kaspar Schulz公司技术资料

[5]德国Steinecker公司技术资料