啤酒厂CO2回收量和使用量的计算.docx

1、啤酒厂CO2回收量和使用量的计算啤酒厂 CO2 的回收量和使用量的计算廊坊青岛啤酒厂：C02是啤酒发酵中的主要产物，近代啤酒技术中 C02又是必不可少的重要 原料，CO2的合理回收利用对于改进酿造工艺，提高啤酒质量起着重要作用。 因此，啤酒厂回收发酵产生的 CO2经过过滤、洗涤、压缩等一系列的处理最后 使用到啤酒的过滤和包装过程中，这样既能减排又能变废为宝。在此就啤酒厂 C02的回收量和使用量的计算方法介绍如下与同行参考。1、 发酵过程中CO2产生总量啤酒发酵过程中，可发酵糖在酵母作用下转化为酒精、 CO2及副产物。正常发酵情况下，可发酵糖中约 98%左右可完全发酵产生 CO2。 根据巴林（B

2、alli ng）氏的研究，在完全发酵时，存在下列关系：浸出物酒精 + CO2 +酵母2.06651.00.95650.11由上式可推出发酵满罐至下酒时 CO2产生总量:G =（麦汁浓度 -下酒真浓） *98%* 酒液总量 *0.9565/2.0665 2、C02实际回收量设麦汁原浓14%，主酵温度12C，罐压0.08-0.1Mpa ，下酒外浓3.2%，外观发酵度 75%，真正发酵度 60%，酒精含量4.25%，真浓5.5%, CO2纯度达到99%、原浓为KL麦汁实际回收的12.1 %时开始回收，按以上条件为例计算发酵过程中每CO2 量。CO2理论收量二产生总量-回收前溢出量-发酵液中溶解量(2

3、)由 1 式可得：CO2产生总量=(14%-5.5%)*1000*1.056*98%*0.9565/2.0665=40.72.kg ( 3)回收前溢出量 =( 14%-12.1%)*1000*1.056*98%*0.9565/2.0665=9.10kg （4） 假设发酵液中C02含量为6.0g/L，发酵液中溶解量=0.60%*1000=6.00kg .（5） 由（ 3）、（ 4）、（5）代入（ 2）式可得：CO2理论回收量二40.72-9.10-6.00=25.62kg，即每KL麦汁可产生CO2理论回收量为25.62kg/kl，但实际上CO2回收量受各种环节及操作水平的影响，回收率 约为0.7

4、4-0.84 之间，也就是每 kl 14度麦汁实际回收可供使用的最大量约为21.50kg/kl3、生产过程中C02的使用量A、 制取碳酸水碳酸水中 CO2 含量以0.55%计，生产1KL10P啤酒，需14度啤酒723 L和287 L碳酸水，则需添 加 CO2 的量为 287*0.55/100=1.579kg，即 KL 啤酒耗 CO2为1.579kg/klB、 发酵罐滤酒背压CO2 背压以0.1 MPa计，需要的CO2 的总量为根据气体状态方程，相同体积下，0.1 MPa表压所需CO2 的量为标准状态下所需 CO2量的两倍，设发酵罐的全容为 380KL,有效容积为300KL,即2X 380 kL

5、 X1.97kg/m3 =1497.2kg，折合千升啤酒为4.99kg/ kl。C、 清酒罐滤酒背压清酒罐全容240KL,有效容积200KL,贝卩：2X240 kl X1.97kg/kl =945.6kg，折合千升啤酒为4.728kg/ kl。D、 清酒罐灌酒背压同上， 2X200 kl X1.97kg/kl =788kg，折合千升啤酒为3.94kg/ kl。E、 灌酒机背压灌酒机二次抽真空、背压耗二氧化碳2.5kg/kl。由以上累积算出每kl啤酒从贮酒至灌装至少需用 CO2量约为17.72 kg/ kl。而每kl14度麦汁实际回收的CO2量为21.50kg/kl，拆算为10度成品啤酒即每kl

6、啤酒实际可供应CO2量为16.16 kg/ kl，即每万kl成品啤酒实际可供应CO2量约为161.6 t，而每万kl成品啤酒理论耗用量177.2 t，从理论上看CO2回收量与使用量就不能持平，在实际生产过程中 供应CO2量更是不足的，实际每万kl成品啤酒使用量为理论耗用量177.2 t加上生产调节与合理损耗量8 t （经验推算）二185.2 t，即每万kl成品啤酒实际使用量与回收量的差别约为 24 t。1.2 CO2回收利用的理论依据1.2CO2回收利用的理论依据理论上，啤酒发酵过程中文章来源华夏酒报每 公斤麦芽糖、葡萄糖可分别获得0.514 kg、0.489 kg CO2。 而且CO2很容易

7、实现气、液、固三相的转变，即在低温加压的情况 下，二氧化碳会变成无色具有流动性的液体，最终变成雪花状固体，这为 CO2 回收和处理提供了依据。1.3CO2气体用量及经济效益计算实例1）CO2气体用量假设清酒罐总容积 为 200M3、 背压表压为O.O8MPa，则一只200M3清酒罐（空罐）背压至表压为O.O8MPa, CO2耗量为：（200-22.4） X 44 X1.8=707kg （其中22.4 气体摩尔系数；44C02的摩尔质量；1.8清酒罐背压的绝对压力）。 2）经济效益为保证生产和产品质量，不 少啤酒厂均部分使用外购高纯度 CO2。 如按每公斤外购CO2售价0.6元折算，并假设千升酒

8、消耗5kg外购CO2则会增加千升酒成本3.0元。若全部使用回收C02,则按回收1kg C02耗电O.18kwh、电价按0.76元折算，则每回收5 kg C02耗电成本约为0.70元，则就本实例而言，全部使用回收 CO2至少可节约千升酒成本2.3元。因此，如何经济利用回收 CO2是啤酒企业节约成本的最佳途径之2.CO2回收环节的问题及解决措施2.1合适的回收储存能力由于啤酒生产存在淡旺季之分，所以， CO2的回收储存能力首先必须考虑生产不均衡性及投料密集时 CO2的最大产量，而储存能力必须保证旺季生产至少一周的生产需求量。其次，生产旺季必须保证 CO2 回收处理系统运行通畅、高效，因此要求设备维

9、修人员要对 CO2回收处理系统进行定期的检查和维护保养。2.2 均衡安排糖化投料，避免密集投料通常，生产安排要在产销、在制品 及库存成品之间寻求平衡点，但实际生产中常出现这些环节不同步，使得 CO2 回收储存不连续，而且常将发酵 CO2排放，滤酒及包装生产时又必须外购 CO2。 这样，不仅增加了可利用资源浪费，加重环境污染，而且增加生产成 本。因此，生产安排必须连续、均衡、合理。2.3提高CO2回收量的措施实际生产中，CO2的回收量低于理论值，有必 要采取一些技术措施提高 CO2回收量。1）通过检测CO2纯度和发酵糖度指 标，依据设备状况设定最佳的 CO2回收点（体积分数达到97%99%）,通

10、常 将满罐时间及糖度下降值作为经验数据来确定回收 CO2的起点。2）两罐法发酵倒入罐或清酒罐罐体酸洗且为 CO2背压，则进酒过程排出气体送至 CO2回收。 发酵罐和清酒罐碱洗用压缩空气置换前对 CO2回收。3）当可供回收CO2的发 酵罐少于 2 只时,可考虑延时回收,主要因为系统负荷不足,回收量不足以满 足系统再生耗气,且设备频繁开关增加电耗2.4CO2回收系统关键控制点1）控制好气囊气态C02的量，保证回收系统正 常运行，避免压缩机等频繁开关。 2）加强不凝气的排放，通过降低在液化处理 过程中02和N2的分压达到降低CO2气体中02和N2气体的含量的目的。3）水 洗塔要有排气装置，防止 C0

11、2经过水洗塔时吸入水中的氧气。4）吸附塔中的活 性碳要及时更换，避免活性碳长时间使用残留不良异味。洗涤塔、吸附塔、干 燥塔等要定期再生，并定期对回收设备及管道进行 CIP。5） 回收过程中一定要控制好各发酵罐的压力平衡和阀门开度，以免影响回 收量和发酵罐内酒体的正常对流。6） 控制好满罐麦汁量，避免大量泡沫带入 C02回收系统。7）干燥过程中防 止结冰，堵塞阀门和管道。经常检查发酵罐安全阀、回收系统的密封性能，减少泄漏。8）气态C02在使用前再经过一级气体过滤器，防止回收系统内不良微 粒等进入啤酒中造成不必要的质量问题。3.CO2的应用范围及使用量概算3.1CO2的应用范围啤酒生产中C02的应

12、用范围很广，一般认为有直接添 加至酒体和气封隔氧两种用途，主要集中在以下几个方面。1）制备低溶解氧含量的脱氧水用于高浓稀释工艺生产啤酒； 2）为保证成品酒C02含量必须依据稀释比例及发酵液 C02含量对清酒进行在线填充C02 3）过滤和灌转摘于中国酒业新闻网装过程中，采用 C02引酒、顶水、二次抽真空和酒缸、罐体等备压，目的是除氧； 4）糖化锅槽背压、两罐法倒酒发酵罐背 压、硅胶硅藻土等助剂添加桶背压等； 5）对发酵液洗涤和饱和，除去双乙酰、 硫化物、醛等挥发性生青味物质，加快啤酒成熟；3.2CO2使用量概算1）依据国标规定的成品啤酒 C02含量，在发酵液C02 含量很低及稀释比例超过50%时

13、，清酒中CO2添加量最大约4.5kg/KL; 2）清酒罐及缓冲罐、发酵罐付酒背压、脱氧水制备，合计 CO2消耗量约5.0kg/KL； 3）助剂等添加桶背压、付酒管道引酒顶酒， CO2消耗量约1.5kg/KL； 4）包装二次抽真空、空瓶吹除空气消耗 CO2量约7.3kg/KL;因此，啤酒过滤至包装压盖约消耗 C02量为18kg/KL,与可回收 量 18kg/KL20kg/KL 基本持平。4.生产中CO2平衡串压的经济利用技术平衡串压可理解为：在滤酒生产时，罐体（发酵罐、缓冲罐、清酒罐、脱氧水罐等）可以全部 串联起来组成一个庞大的缓冲体系，即保证背压的 CO2气体在此体系内压力互补而不对外排放，减

14、少CO2的消耗，从而达到安全稳定、节能降耗的目的。但 必须注意清酒罐背压气体必须是无清洁污染的，且必须有单向阀等安全装置。4.1采用CO2平衡串压的用气点1）发酵罐背压；2）过滤工段缓冲罐、酒 头酒尾贮罐背压; 3）清酒罐背压; 4）脱氧水贮罐背压。4.2采用CO2平衡串压的流程示意图（见图1）4.3CO2平衡串压生产管理要点随啤酒过滤的进行，清酒罐压力会上升，可将超出工艺压力值的CO2平衡至其余罐体背压，目的是保证滤酒过程中系统 C02零排放。1）清酒与包装不同步时，可与对应付酒发酵罐平衡背压。当发酵 罐体空出后，还可以考虑罐体内 CO2回收至CO2回收处理系统，但回收不会彻 底。 2）当清

15、酒与包装同步时，可与其他付酒去包装的清酒罐平衡背压，或者可 以将压力卸至其他空清酒罐（尤其罐体碱洗后）背压除氧。 3）还可与清酒缓冲罐或脱氧水贮罐平衡背压。5.降低CO2消耗的技术措施除上述的CO2平衡串压技术能直接降低CO2消 耗外，还有一些技术措施也能有效降低 CO2消耗，主要是以下几点。5.1 精细化工艺管理 1）调整发酵罐、清酒罐、缓冲罐、脱氧水贮罐及灌酒 机酒缸CO2背压压力至合理范围，以减少罐体背压 CO2消耗；2）依据发酵液 乙醛等挥发性风味物质指标确定是否采用 CO2洗涤工艺。若乙醛含量达到O.5mg/L/ P以内即可不采取两罐法倒酒 CO2洗涤工艺；若乙醛含量超过0.5mg/

16、L/ P则可采取两罐法倒酒CO2洗涤工艺，但必须控制洗涤流量（依 据实际情况确定）；3）两罐法发酵倒酒时借助倒出罐压力（CO2保护层）及变频泵倒酒，当压力降低不足维持倒酒时用压缩空气背压至倒酒结束，同样，发 酵液付清酒也可考虑此操作方法； 4）提高发酵贮酒压力，不仅可以降低滤酒在 线填充C02量，而且可以将制备脱氧水填充 C02阀门关小或关闭；5）对发酵 贮酒罐和清酒罐采用带压酸洗工艺，以降低置换除氧所增加的 CO2消耗；6）对主发酵罐碱洗后采用无菌压缩空气控制微压；清酒罐罐体碱洗后可采用无菌水 置换除氧，使用时直接进酒不用 CO2背压。5.2生产过程细节控制1）控制硅胶、硅藻土等添加桶 CO2背压流量或阀 门开度及时间；2）选择性对糖化锅槽CO2背压，必须制定工艺，明确背压时 间、流量等参数；3）定期对CO2分流管线和阀门接口处密封状况进行检查，并 及时修复确保无泄漏；4）对各用气点安装计量表，并记录 CO2使用情况，最终 纳入绩效考核。