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降低啤酒杀菌机运行能耗、水耗的步骤钻研与利用2023-06-16

一、概述

杀菌机是啤酒包装出产线上的关键设备之一，既是啤酒企业能耗、水耗的沉点耗能设备，又是保障啤酒产品质量的最后一路处置设备。其重要工作是在维吃臁酒原有口味和韵味的前提前提下，通过适度的巴氏杀菌，灭活啤酒中微生物数量，以达到耽搁啤酒的保质期的主张。与此同时，在保障啤酒产品质量的前提下尽量少地亏损蒸汽、电能、水资源，以实现节能降耗的指标。

在啤酒包装车间除了洗瓶机表，杀菌机在蒸汽、电能、水资源等方面亏损占比力大。若杀菌机设备在设计造作上存在缺点，加之操作不当，水资源会超过洗瓶机。多年来国内很多啤酒企业一向都在钻研和改进啤酒杀菌机的机能，以使啤酒杀菌机在保障产品质量的前提下，削减蒸汽、电能、水资源的亏损。伴随国度供给侧的鼎新和企业进行升级刷新的必要，企业加大了技改资金的投入，并与科研院所结合发展产学研实际活动，以啤酒杀菌机为例，从杀菌机的机械结构、节造道理、流体动力学、传热学等方面进行分析，将其分析结论利用于杀菌机的技术刷新。现场运行成效批注，在降低能源和水的亏损的同时，显著提升了啤酒产品质量。

二、刷新前杀菌机在运行中存在的问题与分析

通过仔细分析杀菌机在出产筹备阶段和正常运行阶段的工况参数，发现存在以下问题：

1.杀菌机在出产筹备阶段电耗、水耗和蒸汽亏损量偏大，重要是由于出产筹备功夫过长，造成这一景象的重要原因是加水和启动水泵的方式不合理。

目前杀菌机在筹备出产阶段，如图1所示，首先是将各水箱进水阀（阀体为绿色暗示阀门处于开状态）打开并关关溢流水阀，向冷水缓冲槽、温水缓冲槽、热水缓冲槽注水，一向加注到高液位H1=820mm（液位高于各水箱之间的隔板缓和冲槽与幼水箱之间的隔板），重要是预防幼水箱中的水在各温区水泵启动时会将幼水箱（有效容积0.25m3）的水抽干而造成水泵无水运行销毁水泵。当各缓冲水槽和幼水箱达到高液位H1=820mm后，启动各台水泵和热水泵，这时因水位高，缓冲槽的水会经隔板不休地补充到幼水箱中，有效预防了水泵无水运行的景象。待运行不变，打开溢流水阀，排掉有余的水至运行液位H2=580mm，由此造成水的浪费和亏损。待缓冲槽液位降至运行液位后，开启加热薄膜阀，如图2所示，进行循环喷淋加热，这种加热方式必然造成大量的热扩散到空气中，在亏损更多蒸汽的同时还会耽搁出产筹备功夫。待热水缓冲槽水温加热到70℃，出产筹备就绪，此时用时通常在1h左右。

能够发现，这种加水、加热和启动水泵的方式使得在出产筹备期间，各温区水泵启动过早（通常空车运行50min左右），对于10温区杀菌机（需多耗电50kW·h）。另表，因在加热时各温区水泵均开启，会将冷水缓冲槽和温水缓冲槽水温大幅度升高，亏损过多蒸汽，而在出产阶段初期，需不休加自来水降低出口酒温而造成较大能耗。

2.杀菌机出现故障，沉新投入运行复原功夫过长，通常必要20多分钟，影响出产效能，重要是杀菌机各幼水箱（有效容积0.25m3）容积幼。为了预防杀菌机在启动时抽干幼水箱的水，在沉新启动前必须将水加注超过幼水箱缓和冲水箱的隔板至高液位H1=820mm,沉复上述出产筹备阶段的步序和过程会再次产生过多的电耗、水耗和蒸汽亏损。

3.冷水缓冲槽水温偏高，出格是夏季水温时时超过40℃。当最后两个温区必要降和善第一、二温区缺水时，会启动冷水泵给温区降和善补水，因冷水缓冲槽和温水缓冲槽之间有连通管（直径为150mm），如图2所示，冷水泵运行时会产生离心抽力把温水缓冲槽近50℃的水拽到冷水缓冲槽中，逐步提升冷水缓冲槽的水温至40℃，无法使用冷水缓冲槽的水来降和善补水，只能用自来水来降和善补水，造成进一步的水耗。

4.当满负荷运行时，高温区（四温区）时时因水流量幼，加热能力不够而出现掉温景象（即便加热气动薄膜阀全开，喷淋水温也升不到设定温度值），出格是冬季。如图2所示，热水从热水缓冲槽依附水泵打到杀菌机各个温区，中央要经过薄板式热交器进行加热。因薄板式热交器流阻大，热水经过薄板式热交器水压损失大，流速慢，沿途各杀菌温区和高温区都必要用热水加热，造成单元功夫流向高温区的热水量偏幼，不及以满足其加热量而使该温区水温达不到设定水温。

图1 杀菌机筹备阶段——加水阶段

5.包装出产线杀菌机后端设备故障�；灾辽本；�。为预防啤酒中过度杀菌，传统方式是频仍起落高温区和杀菌温区的水温，这将造成过多的水耗和蒸汽亏损，并影响啤酒的口味和韵味，就像蒸馒头一样频仍地关火和开仗，蒸出来的馒头注定不好吃。

三、杀菌机运行中存在问题的处置和分析

通过与杀菌机厂家和杀菌机操作人员的技术互换与沟通，仔细分析了杀菌机的机械结构和热平衡结构，利用现代节造理论、流体动力学、传热学理论，针对上述存在的问题，提出以下改进规划：

1.将原有的加热输送泵（7.5kW）改为一台循环加热泵（4kW）和一台热水输送泵（3kW）。如图3所示，很显著此项扭转使电能按正常出产整年约莫可节约电1000kW·h。因改为循环加热方式，无需两全输送热水的职能，如图3所示，当水加注到热水缓冲槽低液位（H3=180mm超过水泵进水口）即可启动。循环加热泵从起头加水到起头加热的筹备功夫约莫为5min（与自来水的压力有关），同时打开有关的热水阀进行循环加热。

为了削减热量扩散，如图4所示，不启动各温区水泵，不会产生因热水喷淋的热损失并可急剧提升热水缓冲槽的水温至80℃，以实现边加水边加热的操作模式，大大缩短了杀菌机筹备阶段的功夫，通常不到20min即可将杀菌机筹备至运行状态；因筹备阶段不开启各温区水泵，整年可节电约莫1万多kW·h；无需将缓冲槽加水至高液位，只需加水到运行液位即可达到运行前提。出格是此时冷水缓冲槽和温水缓冲槽之间的连通管上的连通阀处于关关状态，冷水缓冲槽处于无水状态，这样在筹备阶段可每天节约水近9t，整年按200天出产，可节约水1800t。

图2 杀菌机筹备阶段——加热阶段

图3 刷新后杀菌机筹备阶段——加水阶段

图4 刷新后杀菌机筹备阶段——加热阶段

2.沉新设计节造法式以扭转向杀菌机各温区幼水箱和各缓冲加水、加热方式和各温区水泵启动方式。如上所述，当杀菌机投入运行状态时启动各温区水泵。为预防水的浪费，如图5所示，按一按功夫距离选取成对有序启动水泵。在启动这一对水泵时，只开启此对水泵对应幼水箱的进水阀门。经理论推算，在充分思考最远端1号和10号水箱水泵之间管路有效容积，冷水阀热水阀的补水量以及水泵每秒打出的水量的情况下，得出水泵在启动阶段不会出现无水空转的结论。一年多的现场现实运行情况批注，从未出现任何水泵故障，注明改进后的启动方式对水泵的寿命无任何不良影响。

3.在冷水缓冲槽和温水缓冲槽的连收受路上增长一气动蝶阀。在杀菌机运行过程中，当冷水泵启动时，关关此连通阀；当温水缓冲槽液位处于低液位时，打开此连通阀，确保无温水缓冲槽的高温水流向冷水缓冲槽，可维持冷水缓冲槽的水温在25℃左右，同时降低杀菌机运行过程中自来水的亏损。

4.增长一台热水输送泵，因无需经过薄板式热交器，提高了热水输送能力。现场现实运行了局批注，杀菌机高温区在冬季再未出现过掉温景象，能实现急剧升温，为实现精确的PU值节造提供物质支持。

5.成立传热学物理模型，改善PU值推算模型，实现了节能型PU值节造技术。设计思路：针对目前国内杀菌机通常为（10～12）个温区，本文将杀菌机的运行过程当作（10～12）个有关联的、有初始前提（第一温区入口处的酒温）和第三类天堑前提（各温区喷淋水的温度）的不不变导热过程。凭据传热学不稳态导热的根基道理可知，导热微分方程式连同初始前提和天堑前提一路就能够齐全地描述一个特定的非稳态导热问题。为了简化推算，如果瓶内部的导热热阻远幼于其表表的换热热阻，即瓶内部温度趋于一致，即能够以为必要推算的瓶内温度是冷核地点地位的温度。这样所要求解的温度仅仅是功夫τ的一元函数，而与地位坐标无关。凭据传热学中不稳态导热的集总参数法，就能够求解瓶内冷核点的温度，并凭据分歧工况、分歧瓶型参与建改因子，将瓶内酒温建改到现实值，最后，凭据酒温通过PU值推算公式推算出杀菌过程中动态的PU值。

图5 刷新后杀菌机出产启动阶段

基于喷淋水和啤酒酒温之间热传导的数理描述，酒和善PU值会凭据冷核点进行推算，每15s推算一次。为得到啤酒瓶在杀菌机运行的酒和善PU值的曲线，将杀菌机分成几百个区域，每一个区域代表一个推算阵列。当机械运行时，这些区域会凭据机械速度移动，以功夫来确定酒瓶的地位和推算在这些地位的酒和善PU值，这样即可得到啤酒在杀菌机中运行的酒和善PU值曲线。为了提逾越产效能、降低水耗和能耗，以及维吃臁酒的韵味，笔者以为在故障�；�，不应通过频仍地降和善升温来实现PU值的正确节造，而应采取故障�；痹谄【莆创锏街副關U值之前，各个温区均不降温，维持杀菌机陆续出产的节造模式，当某一温区最低PU值区域达到指标PU值时，起头降温。只有当出现温区中某区域推算PU值低于指标PU值时，起头升温到满足指标PU值的温度设定值，以实现精确的PU值节造。这样预防了当故障解除后杀菌机还须期待温度回升到指标值后能力运行的景象，提高了出产效能。

表1 杀菌机每天耗能数据统计对比表

四、刷新后杀菌机的运行成效

凭据啤酒企业的出产特点，本文以每天出产10个幼时来统计，通过上述对杀菌机刷新前后的对比分析，并对现场现实运行获取的数据进行了整顿分析，得到了杀菌机每天能耗数据统计对比数据，如表1所示。由表1可知，刷新后对杀菌机整机机能有显著提升，出格是在出产筹备阶段成效显著。

五、幼结

本文通过对现有3.6万瓶/幼时集中加热啤酒杀菌机出产运行中存在的问题，从机械结构、节造道理、流体动力学、热传学等方面进行理论分析，提出了节能性的PU值节造技术和节能改进规划，并使用到多条啤酒出产线中。三年多的现场运行证明所述的技术和规划在保障产品质量和口味韵味前提下，提高了杀菌机运行效能，整年出产按200天推算可节约水2782t、电34420kW·h、水蒸气1176t，为啤酒杀菌机的升级刷新提供了技术支持，也为工业企业进行节能降耗提升产品质量的技术刷新提供了示范。

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一、概述

二、刷新前杀菌机在运行中存在的问题与分析

三、杀菌机运行中存在问题的处置和分析

四、刷新后杀菌机的运行成效

五、幼结