啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用
啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用
侯晓芳
摘要：中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、生产成本高、吨酒利润低的问题。其中二氧化碳作为主要副产物，是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳做为原料，因此对其回收利用能大幅降低生产成本。本文论述了对啤酒厂中对二氧化塔的回收技术。
关键字： 二氧化碳 回收 技术 利用
一、 引言
众所周知，我国啤酒行业发展速度迅速，总产量已连续多年稳居世界第一，2006年达到 3150 万吨，成为全球名副其实的啤酒大国。然而中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、生产成本高、吨酒利润低的问题。高投入、高消耗、低产出的特点，使我国整个啤酒行业的经济效益与环境效益非常不理想，能源短缺矛盾日益加剧，所以为增大收益，提高对啤酒副产物的利用率是相当有必要的。二氧化碳是啤酒发酵过程中的主要副产物，同时啤酒生产中许多工序需要使用二氧化碳。随着人们对啤酒质量的要求不断提高，二氧化碳在啤酒生产企业中的使用量也在不断增大，同时二氧化碳的采购成本较高，因而越来越多啤酒生产企业都利用二氧化碳回收装置对发酵所产生的二氧化碳 进行回收来满足自身生产的需要。
二氧化碳是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的 二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳为原料。作为啤酒厂二氧化碳的回收和使用平衡问题是做好节约能源和循环经济工作的重要部分。目前国内大部分啤酒企业二氧化碳回收率低、回收使用不平衡导致在啤酒发酵过程中大量的高纯度的二氧化碳气体白白的排放到大气中，不但造成了能源浪费而且给环境带来了污染，同时啤酒生产中需要购买大量的二氧化碳为啤酒生产的原材料造成了生产成本增加。所以研究啤酒厂二氧化碳回收和使用的平衡是十分必要的。二氧化碳同时又是一种制冷剂，编号为 R744。二氧化碳作为制冷剂对臭氧层破坏较小，对环境的负荷是微不足道的，是一种优质、高效、环保的制冷剂。目前在商业冷冻、汽车、家庭正在逐步得到推广应用。
二、 二氧化碳的特性及回收的原理 1、二氧化碳的产生
1hl 接种麦汁约含12kg 浸出物，其中2/3 在主酵中发酵，即8kg 糖被发酵，分解为4kg 乙醇和4kg二氧化碳。仅有很少一部分二氧化碳约15%左右溶于嫩啤酒中，其余大部分逸出。啤酒生产过程中对二氧化碳的需求较大，若对这部分逸出的二氧化碳加以回收利用，不仅取得较好的经济效益，同时还减轻了环境污染。
2、二氧化碳的特性
发酵时最大的危险源无疑是发酵产生的二氧化碳。二氧化碳无嗅无味，比空气重1.5倍，密度为2kg/m3，所以二氧化碳总是沉积在容器和车间的下部。二氧化碳的存在降低了空气中人体呼吸所需的氧气含量，导致呼吸困难。吸入二氧化碳对人体有害！当空气中的含量低于1%（体积百分数）时，长期接触带来的危害并不会马上体现出来。当二氧化碳浓度为1%-2%（体积百分数）时，身体在受负荷情况下会导致血相改变。若大量吸入二氧化碳超过2%（体积百分数）的空气，会引起脑部血液流通问题。空气中更高的二氧化碳含量会导致人体心跳加快，带来头疼、眩晕、耳鸣等症状。当空气中的二氧化碳含量达7%-10%时会使人死亡。
3、二氧化碳的回收原理
来自啤酒发酵罐的二氧化碳气体，先经过除泡器去除气体夹带的泡沫后，再进入到洗涤塔洗涤，除去大部分气体中悬浮微粒和有机杂质，使气体得到初步净化，然后进入气囊，二氧化碳压缩机根据气囊的液位自动调节压缩机的负载，并增压到1.7-1.85MPa，接着进入预冷器去除大部分水分，经过活性炭吸附进一步除掉残余的有机物杂质及异味，再经分子筛干燥器去除气体中残余水分，使二氧化碳常压露点温度达到-45℃以下，纯净的 CO2气体再进入液化器进行热交换，在这里液化器的制冷量由 2 台螺杆制冷压缩机提供，冷机根据二氧化储罐的压力，自动调节冷机的负荷。经换热后液态的 CO2（约 1.8MPa,-18 ℃)依靠自重流入 CO2储罐。液态的 CO2气体经汽化器汽化，达到食品卫生标准的纯净气体经管网供各用气部门使用。
三、二氧化碳回收技术
（一）传统的二氧化碳回收工艺包括二氧化碳压缩单元、干燥单元、除臭单元、汽化单元等下面简单叙述一下：
1、二氧化碳压缩单元
主要是二氧化碳回收系统的压缩机将气袋中的二氧化碳气体进行压缩成高压气体。其工作原理：往复活塞式压缩机工作原理：属于容积式压缩机，使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，气体被吸进来，完成进气过程；当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，排气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。
2、二氧化碳干燥单元
干燥器内装有分子筛，顶部、底部各有一个滤网，避免二氧化碳气体流动时分子筛流失。用于吸附二氧化碳气体中残余水分。当一个干燥器吸附饱和后，自动控制电加热器再生, 采用二氧化碳冷凝器的放空气体自动再生。每个运行和再生的循环为16小时，再生气为加热的不凝性气体，再生后，不凝性气体同样作为冷却气和备压。两塔切换使用。
3、二氧化碳除臭单元
除臭过滤器：过滤器内装有活性炭，顶部、底部各有一个滤网，避免二氧化碳气体流动时活性炭流失。 用于吸附二氧化碳气体中残余的有机物（酒精）及异味。当一个过滤器吸附饱和后，用低压蒸汽（或自动控制电加热器）再生，每一次再生和运行的循环时间为300小时。再生为自动加热空气再生.再生后,来自
二氧化碳冷凝起的不凝性气体用于冷却和备压。两塔切换使用。
4、二氧化碳汽化单元
物质由液态变为气态叫做汽化。低温高压的二氧化碳液体与蒸汽进行换热，使 二氧化碳汽化为高温高压的二氧化碳气体，再经过减压阀调节气体压力后供各生产部门使用。
（二）新型的二氧化碳回收工艺技术
以下是近年来得到广泛关注和一定程度应用的的新型二氧化碳回收技术，大多是在传统回收技术上进行节能改进：
1、二氧化碳压缩单元设备改进
进口诺尔曼公司生产的V型无油润滑压缩机替代国产的压缩机。运行低耗高效维护成本低。
2、二氧化碳除臭和干燥单元改进
改变传统的二氧化碳吹冷工艺，改用价格低廉且无污染的压缩空气进行吹冷。此改进不
但节约了大量的二氧化碳消耗从而节约了能源减少环境污染，而且吹冷效果更加。
3、二氧化碳汽化单元改进
此改进大大节约蒸汽消耗实现蒸汽零消耗，而且液态 CO2冷量得到了回收和使用，在节能方面取得了很大的经济效益，也是本文研究 CO2回收工艺技术节能应用的重点。
(三）影响二氧化碳回收系统性能的因素
二氧化碳回收系统其综合能耗和二氧化碳回收率以及质量的影响因素归纳如下几点：
1、从发酵罐来气纯度直接影响回收系统的启动影响回收率；
2、CO2来气杂质含量（含氧化物量、纯度、PH 值、泡沫）直接影响除泡、干燥单元的工作负荷；
3、使用终端用气稳定性以及来气稳定性影响回收系统开启频率从而影响综合耗能；
4、回收系统的冷却系统、冷凝系统、汽化系统等是影响耗能的关键点； 以上影响因素的充分认识在接下来的研究中起着叫较为重要的作用，根据现场工况和工艺实际，理清其主次关系对研究重点的把握和相关分析研究工作的有效开有较为重要的指导意义。
(四)二氧化碳回收技术工艺新应用概念
由以上介绍可知，CO2回收工艺技术新技术与传统的工艺在节能、效率、质量都有了改进。如干燥、除臭单元的再生使用压缩空气吹冷技术不但效果良好而且节