节能热泵技术在酒业生产中的应用
摘要：啤酒麦汁煮沸及降温处理、酒精液化醪液化及降温处理、玉米酒精糟滤液与葡萄酒浓缩工艺，均将产生大量的二次蒸汽，目前通过闪蒸、冷凝、冷却等单元操作，只是小部分或部分回收二次蒸汽热能。为了全部回收二次蒸汽热能，大幅度降低酒业生产能耗，建议在这些工艺和有关工艺中采用“国家重点节能技术推广目录（第三批）”（国家发展改革委，2010年33号公告）介绍的“机械式蒸汽再压缩技术（热泵、MVR）”。本文就酒业主要行业耗能较大的工艺、单效与多效蒸发器的特点、热泵组成的节能浓缩系统和主要技术经济指标予以介绍。
酒业生产常用到物料的加热、煮沸、液化、冷却、浓缩、干燥，以及二次蒸汽的冷凝，这些单元操作均将消耗大量的新鲜蒸汽和冷却水（冷却介质）。如：啤酒生产的低压麦计煮沸（蒸汽耗能占啤酒生产总能耗的40％）与真空冷却工艺;酒精生产的液化醪液化（蒸汽耗能占酒精生产总能耗的40％）与真空冷却工艺;玉米酒精糟滤液浓缩工艺;葡萄酒生产浓缩葡萄酒（白兰地）工艺;啤酒麦糟、白酒糟、黄酒糟、葡萄渣、玉米酒精糟生产饲料的干燥工艺。最近几年，无需新鲜生蒸汽和二次蒸汽冷凝的蒸汽再压缩技术（即MVR、热泵）已在某些食品企业（味精生产发酵母液及废母液的浓缩、酵母生产发酵废母液的浓缩、制盐生产井矿盐卤的浓缩）应用，拟应推广到酒业生产。
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⒈酒业生产采用的单效与多效蒸发器
最近几年，料液的生产、浓缩工艺采用单效蒸发器的已较少，这是因为该蒸发器采用新鲜生蒸汽将料液加热沸腾后，挥发出来的大量二次蒸汽（每kg汽化潜热2262kj、100℃）尚未得到有效利用，采用闪蒸与冷却工艺只是耗能回收了小部分热量，目前啤酒生产的麦汁煮沸和酒精生产的液化工艺的热量回收仍是属此范畴。现在生产企业采用较多的是多效蒸发，即将新鲜生蒸汽通入第一个蒸发器加热，料液受热而沸腾，所产生的二次蒸汽，其压强与温度虽较原加热蒸汽为低，但仍可设法加以利用，即可在减压（真空）条件下，引入第二个蒸发器再次起到加热作用，此时，第二个蒸发器的加热室便是第一个蒸发器的冷凝器。将二、三、四个蒸发器连接起来一起操作，即组成一个多效蒸发器操作，各效蒸发器蒸发1kg水，消耗新鲜加热蒸汽量（kg）为：单效蒸发设备1．1、二效0．57、三效0．45、四效0．30。多效蒸发操作，一方面可让二次蒸汽发挥多次作用，另一方面又使最后一效蒸发器排出的两次蒸汽温度（视效数不同，从60℃—90℃）较低，两次蒸汽的热能回收同比单效蒸发器增加了不少。多效蒸发器的经济性在于节省加热生蒸汽，但是有限度的。当增添一效蒸发器的投资不能与所节省加热蒸汽量的收益相抵时，即达到效数的限度，另外，过多的效数，给设计、加工、操作带来难度。
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多效蒸发生产、浓缩工艺为了浓缩料液，最后排出的二次蒸汽仍有较高的温度，并含有大量的热量，如二、三、四效蒸发器的二次蒸汽温度分别为90℃、75℃、60℃（汽化潜热分别为2282.6kj/kg、2319kj/kg、2354.6kj/kg），二次蒸汽尚需用大量冷却水（冷却介质），才能被冷凝与冷却成水。而具有一定温度的冷却水又需经冷却工艺处理后才能重复利用，这部分被冷却的热量没有发挥作用，实是可惜，如能回收，则是一举多得。目前，部分生产企业将二次蒸汽采用梯度利用，如啤酒麦汁低压煮沸工艺回收的二次蒸汽热量用于麦汁预热和热水，酒精液化工艺回收的二次蒸汽热量用于糖化等工艺的加热，但效益并不十分明显。
⒉节能的热泵技术
根据节水节能要求，为更好地利用二次蒸汽的热量，使其成为有用的热能，在生产上可采用蒸汽压缩机，它可在一定压力下，吸入饱和水蒸汽，经压缩后的蒸汽成为该压力下饱和蒸汽，这种压缩饱和水蒸汽的压缩机称作热泵（即MVR）。压缩式热泵主要依靠工作介质的物态变化实现其汽化吸热和冷凝放热来达到供热的目的，其循环系统通常由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀机构和工作介质所组成。经重新设计与改装的罗茨式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机都能达到此目的。但是尚需注意以下几点： 经压缩后的蒸汽可能成为该压力下的过热蒸汽，尚需经喷液消除过热才能成为饱和蒸汽，故机内的温升是高的，这是一般气体压缩机所没有的；机内温度较高，要选用能耐高温度的轴封材料，对轴承、齿轮等要加强润滑并使润滑油得到很好的冷却；要考虑温升对机器各部分间隙的影响，特别是当运动部件与壳体材料不同时，更应该注意热膨胀的影响。 白酒代理 www.tangjiu.com
⒊热泵技术用于酒业生产
适用于啤酒麦汁低压煮沸工艺、酒精液化醪液化工艺、浓缩玉米酒精糟滤液单效蒸发器的二次蒸汽压缩机，其进口蒸汽压力拟在0．10MPa（相当于1．0kgf/cm²，绝对压力，100℃），经压缩后出口压力可达到0．146MPa左右（相当于1．5kgf/cm²，绝对压力，110℃），可以作为啤酒煮沸、酒精液化醪、酒精糟滤液浓缩的加热蒸汽，也可作它用。浓缩葡萄酒可根据浓缩温度要求，选择单效（双效）蒸发器－热泵的进口二次蒸汽压缩温度。煮沸锅、液化罐、单效蒸发器与热泵即可组合成节能的加热系统。该系统这些设备的二次蒸汽不断进入热泵系统，进行压缩后，可连续进入煮沸锅、液化罐、蒸发器作为加热蒸汽。可见，这些工艺产生的二次蒸汽全部用于压缩，不再需要采用闪蒸和冷却等耗能的单元操作。系统除在运行开始需热源（锅炉房提供蒸汽）外，平时运行一般不需要新鲜蒸汽，但需提供电源保证热泵运行，同时，占地面积小。根据需要，两台热泵也可以串联起来使用，从而获得较高的出口温度与压力。
啤酒麦汁煮沸、酒精液化醪液化完成后，料液的冷却采用真空冷却工艺，即待冷却的麦汁、液化醪进入真空罐后工作压力由一个大气压迅速降至0.6个大气压（真空度0.4kg/cm²），为回收由此产生的二次蒸汽，可采用负压（真空）压缩热泵或热压蒸汽再压缩热泵（TVR）进行压缩，即由真空罐与热泵或蒸汽喷射热泵组成一个二次蒸汽回收系统，但尚需注意真空罐、负压热泵或喷射热泵、压缩后二次蒸汽使用场合（糖化、液化工艺）的压力平衡，不要产生蒸汽倒吸现象。麦汁、液化醪经真空冷却后，如温度达不到要求，仍可继续用冷凝器冷却，冷凝水回用于生产。
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以四效蒸发器蒸发浓缩一吨料液为例，耗水15吨、耗电10度、耗汽0．3吨，而单效蒸发器—热泵系统蒸发浓缩一吨料液，耗水0.2吨、耗电28度、耗汽0吨（热泵系统启动时，尚需蒸汽）计算，该系统可节约标煤80%以上，节能效果是显而易见的。目前，国外（德国、法国、韩国）已有标准系列产品，国内正在引进该产品和进行国产化，但在酒业企业很少见有应用的报道。全国啤酒年产量5000万吨，生产每吨啤酒耗电88度、耗煤87公斤、综合能耗110公斤标煤，如果煮沸工艺（能耗占总能耗40％）能节约标煤80％，则生产每吨啤酒的综合能耗能降至75公斤;全国酒精年产量670万吨，生产每吨酒精耗水20吨、耗蒸汽6吨、综合能耗500公斤标煤，如果液化工艺（能耗占总能耗40％）能节约标煤80％，则生产每吨酒精的综合能耗能降至340公斤;全国玉米酒精糟蛋白饲料年产量50万吨，生产一吨玉米酒精糟蛋白饲料综合能耗500公斤标煤，如浓缩工艺能节约标煤80％，则生产每吨蛋白饲料的综合能耗能降至350公斤;同比多效蒸发器生产一吨浓缩葡萄酒可节约标煤80％。全国啤酒、酒精、酒精糟蛋白饲料、浓缩葡萄酒生产，年综合能耗原在1000万吨标煤以上，如热泵技术能在酒业生产得到广泛应用，则年综合能耗能减少300万吨标煤。该技术还能用于啤酒麦糟、白酒糟、黄酒糟、葡萄渣、玉米酒精糟，生产饲料干燥工艺回收二次蒸汽热能，即由干燥机与热泵组成节能的热泵系统，可见，节能的热泵技术应用于酒业生产的潜力很大。如果能应用于发酵成熟醪、白酒醅蒸馏酒精、白酒工艺，则节能的潜力更大。 糖酒网 www.tangjiu.com
⒋结论
“机械式蒸汽再压缩技术（MVR、热泵）”已列入“国家重点节能技术推广目录（第三批）”（国家发展改革委，2010年33号公告）。工业和信息化部制订的“轻工行业节能减排先进适用技术目录”（2012年），其中，发酵行业部分有“机械式蒸汽再压缩技术”，制盐行业部分有“机械热压缩（MVR）制盐技术”安徽丰原生物化学股份有限公司、山东菱花味精集团公司、湖北安琪生物集团有限公司，中盐金坛盐化有限公司均已成功应用，稳定运行数年，节能效果明显。2012年国家发展改革委主持的“流域节能减排项目”，其中就有山东、河南省申报的制药生产企业“MVR高效低温连续蒸发项目”。啤酒生产企业可將热泵技术，应用于麦汁煮沸和煮沸后麦汁真空冷却的两次蒸汽再利用;酒精生产企业可将热泵技术，应用于液化醪液化和真空冷却的两次蒸汽再利用，以及玉米酒精糟滤液浓缩工艺两次蒸汽再利用;葡萄酒生产企业生产浓缩葡萄酒（白兰地）工艺两次蒸汽再利用等方面。大量的节能节水，并可按要求向国家有关部门审报预算内节能节水项目、节能节术改造财政奖励项目及清洁生产、循环经济等项目，以获支持。最近几年申报“节能技术改造财政奖励项目”的酒业生产企业较少，申报成功机会是很大的。 糖酒网 www.tangjiu.com
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