浅谈小型啤酒工艺中制冷系统的计算与选型

由可欣

摘 要：随着祖国“一带一路”战略的实施，我国的工业输出能力也是不断地增强。2016年，委内瑞拉的一个啤酒厂家，需要新建一个年产6000吨的小型啤酒厂，整套装置都需要从我国进口，笔者根据所学习的知识，并结合设备生产厂家的样本，参与了其中的制冷系统的计算与选型。

关键词：啤酒工艺；制冷系统；计算与选型

中图分类号：TS201.1 文献标识码：A

一、项目所在地及气象资料及现场条件

1.夏季湿球温度tw=28.5℃（委内瑞拉）。

2.供电：440V/60Hz/3P。

3.冷凝温度+38℃。

4.采用R22制冷剂。

5.冷媒：-5℃～-3℃或者更低的乙二醇水溶液。

二、此啤酒工艺中冷负荷计算

简单的啤酒工艺流程：主要分制麦、糖化、发酵、罐装4个部分。冷冻机产生的冷负荷主要用于：糖化工段中的热麦汁冷却；发酵工段中的发酵啤酒冷却，脱氧水的制备，啤酒花储存等等。而制冷系统中的用电量，占总用电量的70%，可以说制冷是重中之重。（考虑到啤酒的比热和密度基本与水相同，本文给啤酒降温的冷负荷的计算就都按照水的参数考虑。）

1.糖化系统

原理：通过板式换热器，用2℃冰水，将糖化设备产生热麦汁降温

计算依据：

冰水与热麦汁之比为1.2；糖化设备每一锅次生产4m3热麦汁，每天生产5锅次；麦汁流量8.3m3/h，冰水流量至少为10m3/h；

冷负荷见表1：

Q1=mcΔt*5/24=10*1000*78*5/24=162500kal/h

冰水来源：产自冷冻机的-3℃的冷媒，通过冰水板换，获取2℃冰水：

冰水的流量（见表2）：

162500/23.5/1000=6.9m3/h（考虑蓄冷能力及波谷用电的经济性，设置了两个20m3的冰水罐）

糖化系统冷媒的流量（见表2）：

162500/4/1000=40.6m3/h

2.发酵系统

原理：发酵罐、清酒罐带有冷媒夹套，冷媒流经夹套，对啤酒进行降温。

发酵系统，前期大部分时间是保冷，主要用冷负荷是发酵后期的降温过程，从12℃降到-1℃，用时6天。

发酵罐、清酒罐构成为：

15个20 m3（有效容积）发酵罐，利用-3℃冷媒进行降温；

6个8m3（有效容积）发酵罐，利用-3℃冷媒进行降温；

2个8m3（有效容积）清酒罐，利用-3℃冷媒进行降温、保温；

每天（24小时）装满1个20m3容积的发酵罐。

由于主要用冷点，是每天的20m3容积的发酵罐的后期发酵降温，6天降温时间里，最大用冷负荷相当于6个20m3容积的发酵罐的同时降温。

冷负荷（见表3）：

Q=mcΔt=6*20*1000*13/24/6=10833kal/h

考虑到其余罐子的保冷需要，按照30%的系数考虑，

Q2=1.3* Q=1.3*10833=14083 kal/h

发酵系统冷媒的流量：

14083/4/1000=3.5m3/h

3.啤酒激冷设备

原理：是把一个发酵罐（最多20m3）的啤酒在发酵后期，利用冷媒进行迅速降温（大约4小时内），以析出啤酒内的冷凝固物，提升啤酒过滤效果。

Q3=mcΔt=20*1000*7/4=35000kal/h

啤酒速冷系统冷媒的流量：

35000/4/1000=8.8m3/h

综上，总冷负荷：

Q4=Q1+Q2+Q3=162500+10833+35000=208333kal/h

考虑管道冷耗和采用载冷剂这种间接制冷的方式，按照10%的系数考虑：

Q5=1.1*Q4=1.1*20833=229166kal/h=266kW

糖化、发酵、速冷的用冷点冷媒流量合：

40.6+3.5+8.8=52.9 m3/h

三、制冷设备的选择

（一）制冷工艺原理：制冷系统主要分压缩、冷凝、节流、蒸发4个部分。利用制冷剂R22通过在制冷系统中相变，在蒸发器中吸收冷媒的热量，制造出-3℃冷媒，将冷负荷传递到啤酒工艺中各个用冷点：

1.1台6m3冷媒储罐，用于制备2℃冰水，用于糖化系统。冷媒温度在-7℃～-3℃。

2.1台10m3冷媒储罐，用于发酵系统。冷媒温度在-3℃。

3.1台4m3冷媒储罐，用于啤酒激冷系统。冷媒温度在-5℃～-3℃。

所吸收的冷媒的热量，在冷凝器中将这部分热量传递到冷却水系统中。冷却水系统采择了通过冷却塔降温，将热量排到室外大气中。

（二）最关键的冷冻机：采用了武汉新世界制冷工业有限公司生产的自动一体化的半封闭螺杆式乙二醇机组，具有高效率、高自动化、高可靠性的特点。数量：两台。考虑到备用机及后期扩产，需要新上脱氧水系统和啤酒花冷库系统的需要。

参数见表5。

冷却水进/出口温度：30℃/34℃；冷媒进/出口温度：1℃/-3℃，流量：55.6m3/h。

考虑到系统用冷点的温度可能会波动，选定的制冷机组的出水温度可以在-20℃～0℃任意设定，只要冷媒的浓度配比不结冻即可。

结语

本次制冷系统的选型计算，充分考虑到小型啤酒系统的工艺特点，在理论计算的同时，考虑到现场的安装水平，运营维护能力，选取了此方案。经业主反馈，此系统制冷效果良好，完全满足工厂的产能需求和能耗标准。

参考文献

[1]吕宁，徐佳，顏鲁齐，等.啤酒发酵系统温度优化控制仿真研究[J].计算机仿真，2016（5）：335-338.endprint