啤酒厂CO2回收量和使用量的计算

1、啤酒厂CO2的回收量和使用量的计算廊坊青岛啤酒厂：窦春生CO2是啤酒发酵中的主要产物，近代啤酒技术中CO2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CO2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(Balling)氏的研究，在完全发酵时，存在下列关系：

2、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-下洒真浓)*98%*洒液总量*0.9565/2.0665(.1)2、CO2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12.1%时开始回收，按以上条件为例计算发酵过程中每KL麦汁实际回收的CO2量。CO2理论收量=产生总量-回收前溢出量-发酵液中溶解量(2)由1式可得：CO2产生总量=(14%-5.5%)*1000*1.056*98

3、%*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)假设发酉液中CO2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=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0.74-0.84之间，也就是每kl14度麦汁实际回收可供使用的最大量约为21.50kg/klo3、生产过程

4、中CO2的使用量A、制取碳酸水碳酸水中CO2含量以0.55%计，生产1KL100P啤酒，需14度啤酒723L和287L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、发酵罐滤洒背压CO2背压以0.1MPa计，需要的CO2的总量为根据气体状态方程，相同体积下，0.1MPa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2X380kLx1.97kg/m3=1497.2kg,折合千升啤酒为4.99kg/kl。C、消酒罐滤洒背压清酒罐全容240KL,有效容积200KL,则：2X240

5、klx1.97kg/kl=945.6kg,折合千升啤酒为4.728kg/kl。D、消酒罐灌酒背压同上，2X200klx1.97kg/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啤酒从贮洒至灌装至少需用CO2量约为17.72kg/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啤酒实际可供应CO2量为16.16kg/kl,即每万kl成品啤酒实际可供应CO2量约为161.6t,而每万kl成品啤酒理论耗用量177.2t,从理论上看CO2回收量与使用量就不能持平，在

6、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177.2t加上生产调节与合理损耗量8t（经验推算）=185.2t,即每万kl成品啤酒实际使用量与回收量的差别约为24to1.2CO2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0.514kcj>0.489kgCO2。而且CO2很容易实现气、液、周三相的转变，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气体用量假设消酒罐总容积为2

7、00M3、背压表压为0.08MPa,则一只200M3消酒罐（空罐）背压至表压为0.08MPa,CO2耗量为：（200+22.4）X44X1.8=707kg（其中22.4气体摩尔系数；44-CO2的摩尔质量；1.8消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CO2,则按回收1kgCO2耗电0.18kwh、电价按0.76元折算，则每回收5kgCO2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。

8、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一。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

9、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消酒罐罐体酸洗且为CO2背压，则进酒过程排出气体送至CO2回收。发酵罐和消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

10、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CO2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O2和N2的分压达到降低CO2气体中O2和N2气体的含量的目的。3）水洗塔要有排气装置，防止CO2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CO2回收

11、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CO2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CO2的应用范围很广，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CO2含量必须依据稀释比例及发酵液CO2含量对消酒进行在线填充CO2;3）过滤和灌转摘于中国酒业新闻网装过程中，采用CO2引洒、顶水、二次抽真空和酒缸、罐体等备压，目的是除氧；4

12、）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CO2含量，在发酵液CO2含量很低及稀释比例超过50%时，清酒中CO2添加量最大约4.5kg/KL;2）消酒罐及缓冲罐、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CO2量为18kg/KL,与可回收量18kg/KL-2

13、0kg/KL基本持平。4.生产中CO2平衡用压的经济利用技术平衡用压可理解为：在滤酒生产时，罐体（发酵罐、缓冲罐、消酒罐、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。但必须注意消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平衡用压的用气点1）发酵罐背压；2）过滤工段缓冲罐、洒头酒尾贮罐背压；3）消酒罐背压；4）脱氧水贮罐背压。4.2采用CO2平衡用压的流程示意图（见图1）4.3CO2平衡用压生产管理要点随啤酒过滤的进行，消酒罐压力会上升，可将超出工艺压

14、力值的CO2平衡至其余罐体背压，目的是保证滤洒过程中系统CO2零排放。1）消酒与包装不同步时，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）当消酒与包装同步时，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消酒罐（尤其罐体碱洗后）背压除氧。3）还可与消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平衡用压技术能直接降低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、消酒罐、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0.5mg/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/L/0P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洒时用压缩空气背压至倒洒结束，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，不仅可以降低滤洒在线填充CO2量，而且可以将制备脱氧水填充CO2阀门关小或关闭；5）对发酵贮酒罐