CN111876277A - 一种节能麦汁煮沸方法和蒸汽回收设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能麦汁煮沸方法和蒸汽回收设备，涉及啤酒酿造工艺。本发明的节能麦汁煮沸方法包括以下步骤：预热：用热水将麦汁预热至92～93℃，用蒸汽将麦汁蒸煮至温度为98±0.5℃；煮沸：用蒸汽加热麦汁至煮沸，煮沸后用恒定流速的蒸汽继续煮沸，恒定流速为每加热100m³麦汁蒸汽的流速3800～4500kg/h，煮沸时间持续50～60min，煮沸过程中持续产生二次蒸汽；蒸汽回收：将二次蒸汽输送至冷凝器与冷却水进行换热，冷却水被二次蒸汽加热，加热后的冷却水为回水，回水的温度控制为96～99℃，回水用于所述预热步骤中麦汁的预热。本发明的蒸汽回收设备可用于上述节能麦汁煮沸方法。本发明的煮沸方法可以保证煮沸质量，最大程度回收二次蒸汽，具有节能环保的优点。

Description

一种节能麦汁煮沸方法和蒸汽回收设备

技术领域

本发明涉及啤酒酿造工艺，特别是涉及一种节能麦汁煮沸方法和蒸汽回收设备。

背景技术

麦汁煮沸是啤酒糖化工段中重要的步骤，麦汁煮沸具有去除热凝固物和麦汁定型等诸多作用，对啤酒风味和稳定性起到关键作用。麦汁煮沸是啤酒酿造过程蒸汽消耗最大的工序，煮沸用汽占啤酒企业总用汽三分之一以上。目前啤酒厂麦汁煮沸工艺基本都是按控制蒸汽阀门开度大小或者蒸汽压力大小来控制蒸汽，这两种煮沸工艺均受到蒸汽压力波动影响，会使煮沸过程蒸汽流量不稳定，总用汽量也不稳定，从而使得煮沸强度不稳定，一方面不利于质量的一致性控制，另一方面蒸汽压力不稳定也容易造成蒸汽浪费。

目前常压或低压煮沸一般将煮沸过程分为几个阶段，通常分为前煮沸、中间段轻柔煮沸和后段大煮沸。后段大煮沸产生大量的二次蒸汽。很多啤酒企业还是采用高强度煮沸的方式，产生的大量二次蒸汽无法被回收，导致二次蒸汽浪费的情况比较严重。因此，寻找一种煮沸方式，可以使蒸汽的使用和二次蒸汽的回收达到一种平衡，从而避免蒸汽的浪费，同时保证啤酒的质量稳定和风味口感一致，就显得非常重要和紧迫。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种节能麦汁煮沸方法，在煮沸工段控制蒸汽流速恒定，保证麦汁煮沸质量的同时，使麦汁产生稳定、持续的二次蒸汽，并保证二次蒸汽基本被完全回收，减少煮沸过程中的蒸汽消耗量。

一种节能麦汁煮沸方法，包括以下步骤：

预热：用热水将麦汁预热至92～93℃，用蒸汽将麦汁蒸煮至温度为98±0.5℃；

煮沸：用蒸汽加热麦汁至煮沸，煮沸后用恒定流速的蒸汽继续煮沸，所述恒定流速为每加热100m³麦汁蒸汽的流速3800～4500kg/h，煮沸时间持续50～60min，煮沸过程中持续产生二次蒸汽；

蒸汽回收：将产生的二次蒸汽输送至冷凝器与冷却水进行换热，二次蒸汽冷凝形成冷凝水，冷却水被二次蒸汽加热，加热后的冷却水为回水，回水的温度控制为96～99℃，回水用于所述预热步骤中麦汁的预热。

上述节能麦汁煮沸方法，先在麦汁预热装置中用回水将待预热麦汁进行预热，然后快速加热至即将要沸腾的状态，再采用恒定流速的蒸汽对其进行煮沸，使麦汁煮沸时产生稳定、持续的二次蒸汽，有利于二次蒸汽的稳定、平衡地被回收。不会在某个阶段因为二次蒸汽流量过低而导致冷凝器中产生的回水温度过低，从而造成麦汁预热温度不够，间接造成煮沸工艺中蒸汽用量加大；也不会在某个阶段因为二次蒸汽流量过高而超出冷凝器和回水装置的热能回收负荷，造成二次蒸汽的浪费。发明人发现，通过调节煮沸阶段蒸汽的流速和回水温度，可以将二次蒸汽的产生和回收利用维持在平衡的状态，本发明的煮沸方法可以满足以下三个标准：第一，保证煮沸质量，即保证成品啤酒的稳定性指标；第二、保证麦汁煮沸过程中麦汁连续稳定地喷出形成连续的麦汁流，产生持续、稳定的二次蒸汽；第三、产生的二次蒸汽被稳定地回收，形成稳定的回水。也就是说，不仅可以保证麦汁煮沸的质量，还可以减少煮沸阶段蒸汽的消耗量，并最大程度地回收利用二次蒸汽，达到节能环保的效果。

在其中一个实施例中，所述预热步骤中，用蒸汽将麦汁蒸煮至98℃。

在其中一个实施例中，所述煮沸步骤中，每加热100m³麦汁蒸汽的流速为4000kg/h。

在其中一个实施例中，所述蒸汽回收步骤中，回水的温度为97℃。

本发明一方面还提供一种用于上述节能麦汁煮沸方法的蒸汽回收设备，包括：

煮沸装置，包括煮沸锅和内加热器，所述内加热器设置于所述煮沸锅内，所述内加热器用于加热麦汁，所述内加热器出口处设有导流器，所述导流器用于将沸腾的麦汁导向喷射至煮沸锅的锅壁；

冷凝器，所述冷凝器包括蒸汽通道和冷却水通道，所述蒸汽通道的入口与所述煮沸锅的出口连接，所述煮沸锅内产生的二次蒸汽和挥发物质进入所述冷凝器内冷凝形成冷凝水；

回水装置，所述回水装置包括低温储能罐和高温储能罐；所述低温储能罐的底部与所述冷却水通道的入口连接，为所述冷凝器提供冷却水；所述高温储能罐的顶部与所述冷却水通道的出口连接，使所述冷凝器内被加热的冷却水进入所述高温储能罐；所述高温储能罐的底部和所述低温储能罐的顶部连接；

麦汁预热装置，包括麦汁通道和加热水通道，待预热麦汁经过所述麦汁通道被预热，加热水通过所述加热水通道被冷却；所述加热水通道的入口与所述高温储能罐的顶部连接，所述高温储能罐为所述麦汁预热装置提供加热水，所述加热水通道的出口与所述冷凝器连接。

上述蒸汽回收设备，可以在内加热器内输入稳定流速的蒸汽，使煮沸装置内产生稳定、持续的二次蒸汽，二次蒸汽的热量在冷凝器中被回收，被加热的冷却水(即回水)可以用于麦汁预热，形成的冷水又用于二次蒸汽的冷却，水路形成闭路循环，有利于稳定、持续地回收、利用二次蒸汽的热量，并且减少蒸汽的消耗量，达到节能环保的效果。

在其中一个实施例中，所述内加热器为列管式加热器，所述列管式加热器中列管的数量为250～260根，列管的孔径DN56，列管的高度为2000～2200mm。优选地，列管的数量为253根，列管的高度为2100mm。

在其中一个实施例中，所述冷凝器的冷却水通道的出口处设有回水温度探头，用于检测被加热的冷却水的温度。

在其中一个实施例中，所述冷凝器的蒸汽通道的出口设有排水管，所述排水管上设有排水阀。

在其中一个实施例中，所述冷凝器的冷却水通道的入口管路上设有热能回收泵，所述高温储能罐和所述麦汁预热装置之间的管路上设有热能使用泵，所述麦汁通道的入口管路上设有麦汁预热泵。热能回收泵用于输送冷却水至冷凝器，热能使用泵用于将高温储能罐中的回水输送至麦汁预热装置，麦汁预热泵用于输送待预热麦汁至麦汁预热装置。

在其中一个实施例中，所述煮沸装置出口的支路上连接有水封罐，所述水封罐上设有排气管，所述排气管的一端伸入所述水封罐内的存水中，另一端连接大气。水封罐内保持一定液位的存水，可以有效避免二次蒸汽进入大气，尽可能多地将二次蒸汽回收，减少浪费。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的节能麦汁煮沸方法，通过调节煮沸阶段蒸汽的流速和回水温度，可以将二次蒸汽的产生和回收维持在平衡的状态，产生稳定持续的二次蒸汽，并利用二次蒸汽的热能制备回水，回水用于麦汁预热。本发明的方法不仅可以保证煮沸质量，不影响啤酒成品质量，还可以减少煮沸阶段蒸汽的消耗量，并最大程度地回收利用二次蒸汽，达到节能环保的效果。

本发明的蒸汽回收设备，可以用于本发明的麦汁煮沸方法，不仅可以减少蒸汽消耗量，还可以充分回收和利用煮沸阶段产生的二次蒸汽，达到节能环保的效果。

附图说明

图1为实施例中蒸汽回收设备的结构示意图；

图2为实施例中列管式换热器的剖面示意图；

图3为蒸汽阀门开度控制和流速控制的蒸汽流速曲线图。

图中，100、煮沸锅；110、列管式换热器；111、列管；120、导流器；200、冷凝器；210、回水温度探头；220、排水阀；300、水封罐；310、排气管；320、溢流管；330、高低位探头；410、高温储能罐；411、温度探头；420、低温储能罐；500、麦汁预热装置；510、麦汁预热泵；520、麦汁温度探头；600、热能回收泵；700、热能使用泵。

具体实施方式

为了便于理解本发明，以下将给出较佳实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

一种节能麦汁煮沸方法，包括以下步骤：

(1)将过滤麦汁和洗糟麦汁混合，在麦汁预热装置中用回水将麦汁预热到93℃，将预热的100m³麦汁充入煮沸锅内，用蒸汽将麦汁快速加热至98℃；该过程不限制蒸汽流速，可以将蒸汽阀门全开；98℃的麦汁未沸腾，该过程产生较少的二次蒸汽；

(2)向内加热器中通入蒸汽，蒸汽流速控制为4000kg/h，麦汁转为煮沸阶段，沸腾的麦汁不断从内加热器喷出，在导流器的引流下，沸腾的麦汁向下喷射至煮沸锅的锅壁，顺着锅壁汇聚在煮沸锅底部，再进入内加热器进行加热，如此循环煮沸；煮沸的时间持续60min，煮沸过程中煮沸装置内产生持续的二次蒸汽，二次蒸汽中还可能含有不良挥发性物质；

(3)二次蒸汽顺着管路进入冷凝器换热，二次蒸汽被冷凝形成冷凝水，同时冷凝器内的冷却水被加热，加热后的冷却水为回水，回水的温度控制为97℃，回水进入高温储能罐，可用于步骤(1)中麦汁的预热；

(4)待预热麦汁(约为74℃)在麦汁预热装置被回水加热，预热至93℃，将其输送至煮沸装置内进行煮沸，麦汁预热过程中回水被冷却，可作为冷却水输送至冷凝器，用于吸收二次蒸汽中的热量。

以上节能麦汁煮沸方法可以在以下蒸汽回收设备中进行：

本实施例所采用的蒸汽回收设备，如图1所示，包括煮沸装置、冷凝器200、回水装置、麦汁预热装置500和水封罐300。

煮沸装置包括煮沸锅100和内加热器，内加热器设置于煮沸锅100内，内加热器可以采用如图2所示的列管式换热器110，本实施例中的列管式换热器的规格为：列管111的数量为253根，列管111的孔径DN56，列管111的高度为2100mm。列管式换热器110用于煮沸麦汁，列管111内通入麦汁，壳体内通入蒸汽，列管111的出口处设有导流器120，导流器120用于将沸腾的麦汁导向喷射至煮沸锅100的锅壁。

麦汁煮沸过程中产生二次蒸汽，二次蒸汽随管路进入冷凝器200的蒸汽通道。向冷凝器200的冷却水通道通入冷却水，与二次蒸汽进行换热，此处的冷却水可以是低温储能罐420内的温度较低的热水，也可以是麦汁预热装置500内产生的冷却水，也可以是两者的混合。冷凝器200的冷却水通道的出口处设有回水温度探头210，用于检测被加热的冷却水的温度。冷凝器200的蒸汽通道的出口设有排水管，排水管上设有排水阀220，二次蒸汽和挥发物被冷却后形成的冷凝水或杂物通过排水管排出。

回水装置包括高温储能罐410和低温储能罐420，低温储能罐420的底部与冷却水通道的入口连接，低温储能罐420可以为冷凝器200提供冷却水，高温储能罐410的顶部与冷却水通道的出口连接，冷凝器200内被加热的冷却水(即回水)可以进入高温储能罐410。高温储能罐410的底部和低温储能罐420的顶部连接，高温储能罐410底部温度相对于较低的水可以进入低温储能罐420。

麦汁预热装置500包括麦汁管路和加热水通道。加热水通道的入口与高温储能罐410的顶部连接，高温储能罐410为麦汁预热装置500提供加热水。加热水通道的出口与冷凝器200连接，加热水从麦汁预热装置500出来时温度较低，可以作为冷却水输送至冷凝器200。

冷凝器200的冷却水入口的管路上设有热能回收泵600，热能回收泵600用于输送冷却水至冷凝器200。高温储能罐420和麦汁预热装置500之间的管路上设有热能使用泵700，热能使用泵700用于将高温储能罐420中的回水输送至麦汁预热装置500。麦汁预热装置500的麦汁管路的入口管路上设有麦汁预热泵510，麦汁预热泵510用于输送待预热麦汁至麦汁预热装置500。

煮沸装置出口处的支路上连接有水封罐300。水封罐300上设有排气管310，排气管310的一端伸入水封罐300内的存水中，排气管310的另一端连接大气。水封罐300内保持一定液位的存水，可以有效避免二次蒸汽进入大气，尽可能多地将二次蒸汽回收，减少浪费和污染。水封罐300上还设有溢流管320，当存水液面高于溢流管32出口时存水流出，防止存水液位过高。水封罐300内还设有高低位探头330，检测水位高低。

对比例1

一种麦汁煮沸方法，煮沸麦汁量为100m³，采用蒸汽阀门全开的方式将麦汁预热至90℃，然后采用以下方式进行煮沸：麦汁煮沸步骤分为三个阶段，第一阶段煮沸时间为10min，蒸汽阀门开度控制为50％，第二阶段煮沸时间为40min，蒸汽阀门开度控制为25％，第三阶段煮沸时间为10min，蒸汽阀门开度控制为100％。

对比例2

一种麦汁煮沸方法，煮沸麦汁量为100m³，采用蒸汽阀门全开的方式将麦汁预热至90℃，然后采用以下方式进行煮沸：麦汁煮沸步骤分为三个阶段，第一阶段煮沸时间为10min，蒸汽流速控制为3300kg/h，第二阶段煮沸时间为40min，蒸汽流速控制为1300kg/h，第三阶段煮沸时间为10min，蒸汽流速控制为10000kg/h。

实验例1

实施例与对比例煮沸阶段蒸汽控制方式如下表所示：

表1实施例和对比例煮沸阶段蒸汽控制方式

采用对比例1的方式煮沸第1批到第60批麦汁，从第60批开始采用实施例1的方式煮沸麦汁，两种煮沸方法的蒸汽用量如图3所示。从图中可以看出，采用蒸汽阀门开度控制的方式，蒸汽用量波动较大，而采用蒸汽流速控制方式，蒸汽用量波动较小。对比例1蒸汽流速受蒸汽压力波动大，导致麦汁煮沸蒸汽使用量稳定性差。

采用实施例1和对比例2的方式，麦汁升温所用蒸汽(满锅麦汁升温到98℃用汽)和煮沸所用蒸汽如下表所示：

表2煮沸蒸汽汽耗(kg)

从上表来看，相比于对比例2的煮沸方式，采用实施例1的麦汁煮沸工序蒸汽总用量减少4.3％。需要说明的是，在实施例1中，恒定流速4000g/h是设定值，在实际操作过程中，由于煮沸初始阶段有一个从较小的流速增加至4000kg/h的流量转换过程，因此煮沸段实际用汽量(3808kg)会略低于理论计算(4000kg)。

对采用实施例1和对比例2的煮沸方法得到的麦汁相关理化指标进行检测，结果如下表所示：

表3麦汁相关理化指标对比

注：ΔTBA为煮沸前、煮沸后麦汁折13度TBA差值。

从表3可以看到，实施例1的煮沸强度为3.0％，比对比例2的煮沸强度高；实施例1和对比例2的麦汁主要理化指标接近；而且，相比于对比例2，实施例1中的总老化物更少，DMS含量更低。

麦汁对应发酵液主要稳定性指标如下表所示：

表4发酵液主要稳定性指标对比

从表4可以看出，实施例1与对比例1的发酵液主要指标差别不大。

成品酒主要稳定性指标如下表所示：

表5成品酒主要稳定性指标对比

从表5可以看出，实施例1和对比例2的成品6+1强化浊度(成品6+1强化浊度，即啤酒在60℃储存6天，然后冷却，在0℃保存24小时，在0℃90度角测量的浊度)结果基本相同。留样6个月后，实施例1和对比例2样品的浊度都远低于标准(<0.9EBC)。

综上，实施例1的煮沸阶段蒸汽消耗可降低4％，且啤酒的理化指标跟对比例2接近，部分稳定性指标甚至比对比例2更好。说明本发明的方法可以保证啤酒质量稳定，而且啤酒生产过程中麦汁煮沸蒸汽消耗量减少。

实验例2

煮沸阶段不同煮沸方法和回水温度控制，对应的蒸汽使用量如下表所示，试验麦汁蒸煮量为100m³：

表6麦汁煮沸方式和回水温度对蒸汽用量的影响

其中，升温阶段阀门开度为全开；煮沸用汽为第一阶段、第二阶段和第三阶段用汽之和；合计用汽为升温用汽和煮沸用汽之和；蒸汽节省百分比＝(方案n合计用汽－对照例合计用汽)×100％/对照例合计用汽，n＝1～11。

同样需要说明的是，目标流速是设定值，在实际操作过程中，由于煮沸初始阶段有一个从较小的流速增加至设定流速的流量转换过程，因此煮沸段实际用汽量会略低于理论计算。

从上表可以看出，本发明实施例控制蒸汽流速恒定的方法(方案9-11)，可以节约蒸汽5％～7％，而且还能保证产品的质量。对于一个大中型啤酒厂，采用本发明的方法煮沸方法一年可以节约1500t蒸汽，按照每生产1t蒸汽的成本200元计算，一年可以节约蒸汽费用30万元，可见本发明的节能煮沸方法能节约较大的生产成本，具有可观的经济效益。另外，方案1和方案2虽然也能节约3.7％～4.6％的蒸汽用量，但是使用蒸汽升温的时间较长，对产品的质量造成负面影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种节能麦汁煮沸方法，其特征在于，包括以下步骤：

预热：用热水将麦汁预热至92～93℃，用蒸汽将麦汁蒸煮至温度为98±0.5℃；

煮沸：用蒸汽加热麦汁至煮沸，煮沸后用恒定流速的蒸汽继续煮沸，所述恒定流速为每加热100m³麦汁蒸汽的流速3800～4500kg/h，煮沸时间持续50～60min，煮沸过程中持续产生二次蒸汽；

蒸汽回收：将产生的二次蒸汽输送至冷凝器与冷却水进行换热，二次蒸汽冷凝形成冷凝水，冷却水被二次蒸汽加热，加热后的冷却水为回水，回水的温度控制为96～99℃，回水用于所述预热步骤中麦汁的预热。

2.根据权利要求1所述的节能麦汁煮沸方法，其特征在于，所述预热步骤中，用蒸汽将麦汁蒸煮至98℃。

3.根据权利要求1所述的节能麦汁煮沸方法，其特征在于，所述煮沸步骤中，每加热100m³麦汁蒸汽的流速为4000kg/h。

4.根据权利要求1～3任一项所述的节能麦汁煮沸方法，其特征在于，所述蒸汽回收步骤中，回水的温度为97℃。

5.一种用于权利要求1～4任一项所述的节能麦汁煮沸方法的蒸汽回收设备，其特征在于，包括：

煮沸装置，包括煮沸锅和内加热器，所述内加热器设置于所述煮沸锅内，所述内加热器用于加热麦汁，所述内加热器出口处设有导流器，所述导流器用于将沸腾的麦汁导向喷射至煮沸锅的锅壁；

冷凝器，所述冷凝器包括蒸汽通道和冷却水通道，所述蒸汽通道的入口与所述煮沸锅的出口连接，所述煮沸锅内产生的二次蒸汽和挥发物质进入所述冷凝器内冷凝形成冷凝水；

回水装置，所述回水装置包括低温储能罐和高温储能罐；所述低温储能罐的底部与所述冷却水通道的入口连接，为所述冷凝器提供冷却水；所述高温储能罐的顶部与所述冷却水通道的出口连接，使所述冷凝器内被加热的冷却水进入所述高温储能罐；所述高温储能罐的底部和所述低温储能罐的顶部连接；

麦汁预热装置，包括麦汁通道和加热水通道，待预热麦汁经过所述麦汁通道被预热，加热水通过所述加热水通道被冷却；所述加热水通道的入口与所述高温储能罐的顶部连接，所述高温储能罐为所述麦汁预热装置提供加热水，所述加热水通道的出口与所述冷凝器连接。

6.根据权利要求5所述的蒸汽回收设备，其特征在于，所述内加热器为列管式加热器，所述列管式加热器中列管的数量为250～260根，列管的孔径DN56，列管的高度为2000～2200mm。

7.根据权利要求5所述的蒸汽回收设备，其特征在于，所述冷凝器的冷却水通道的出口处设有回水温度探头，用于检测被加热的冷却水的温度。

8.根据权利要求5所述的蒸汽回收设备，其特征在于，所述冷凝器的蒸汽通道的出口设有排水管，所述排水管上设有排水阀。

9.根据权利要求5所述的蒸汽回收设备，其特征在于，所述冷凝器的冷却水通道的入口管路上设有热能回收泵，所述高温储能罐和所述麦汁预热装置之间的管路上设有热能使用泵，所述麦汁通道的入口管路上设有麦汁预热泵。

10.根据权利要求5～8任一项所述的蒸汽回收设备，其特征在于，所述煮沸装置出口的支路上连接有水封罐，所述水封罐上设有排气管，所述排气管的一端伸入所述水封罐内的存水中，另一端连接大气。

Images