刘金娜 刘鑫
(河南天冠集团南阳酒精厂技术设备科,南阳 473008)
摘要:在酒精生产过程中, 原料的液化、糖化及发酵等, 都需要适宜的温度。传统的真空和蛇形管喷淋冷却方 法, 需要消耗大量的水, 随着酒精生产量的不断增加, 耗水量也随之加大, 加剧了水资源短缺的局面。为了节约 用水, 同时又使酒精生产过程不受影响, 经过反复研究、试验, 设计了螺旋板换热器, 改造了冷却系统。实用结 果表明, 螺旋板换热器在酒精生产中的优越性及其优点特别突出, 它不仅降低了用水量, 而且温度调定比较精 确, 占用空间小, 故障率低, 达到了既节能降耗, 又保证了生产顺利进行的目的。
关键词: 酒精; 生产过程; 螺旋板换热器; 应用
中图分类号: TS262.2;TS201.44;TS261.3 文献标识码: B
0 引 言
原来我厂的生产工艺, 调定温度全部采用的是传统的真 空冷却和多层盘管或蛇形管喷淋冷却的方法。随着近年来酒 精产量的增加, 耗水量也越来越多, 每到夏季, 城市用水紧张, 水源不足不能保证正常生产, 且生产用水的增多也增加了污 水处理工作量。介于这种情况我厂经过反复研究、试验、改造 了冷却系统, 使用了螺旋板换热器, 结果验证螺旋板换热器在 酒精生产过程中, 不单降低了用水量, 调定温度也较精确, 占 用空间小, 大大降低了故障率, 节约了维修资金, 既节能降耗, 又保证了生产的顺利进行。
1 资料
我厂的酒精生产是用可再生资源粮食作原料, 经过机械 粉碎, 加水制成料浆, 然后经过液化、糊化、糖化、发酵等一系 列过程后再通过蒸馏提取出高纯度的酒精。
在生产过程中, 液化时的预液化醪温度控制在 80￣90℃ ( 薯类) 90￣97℃( 谷类) 之间。液化醪的制备, 是把一定浓度的 粉浆在一定温度下, 利用耐高温 α- 淀粉酶将粉浆中的淀粉 迅速水解为可溶性糊精、少量麦芽糖和葡萄糖。而液化后的液 化醪温度较高, 常在 95￣105℃之间, 需冷却至 58￣62℃之间进行糖化。而糖化后的糖化醪又需冷却到 28￣38℃才能进行 酵母菌的培育及发酵。而且在发酵初期由于微生物的生长, 生 化反应释放出一定量的生物热, 也需及时冷却维持适宜的发 酵温度才能保证发酵过程的顺利进行。由于液化醪的温度高, 冷却可采用真空冷却加大气风冷即能实现。而糖化后到发酵 的冷却方法我们原来采用的是多层盘管喷淋冷却, 即在铜的 多层盘管上面用水槽淋水, 由于冷水与铜管的热交换面积小 而换热效率低; 发酵前期采用的发酵罐内置多层蛇形冷却管 和外壁冷却, 由于发酵前期所产生的生化热需要不断的打水 来冷却。因为这后两个过程都耗能耗水量大, 现在我们都引进 了高效换热器设备 - 螺旋板换热器。
螺旋板换热器的结构原理及使用方法: 螺旋板换热器是 一种高效换热器设备,按结构形式可分为不可拆式( Ⅰ型) 螺 旋板式及可拆式( Ⅱ型、Ⅲ型) 螺旋板式换热器。
螺旋板换热器由两张板卷制而成, 形成了两个均匀的螺 旋通道, 两种传热介质可进行全逆流流动, 大大增强了换热效 果, 即使两种小温差介质, 也能达到理想的换热效果。在壳体 上的接管采用切向结构, 局部阻力小, 由于螺旋通道的曲率是 均匀的, 液体在设备内流动没有大的转向, 总的阻力小, 因而 可提高设计流速使之具备较高的传热能力。II 型可拆式螺旋 板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同, 但其中一个通道可拆开清洗, 特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换, 单 台设备不能满足使用要求时, 可以多台组合使用[3]。我们现在 糖化后使用的是无锡市雪浪发酵工程设备厂的两台螺旋板换 热器, 换热面积为 120m2 通道为 20cm。前期发酵槽冷却使用 的是江苏五龙机械有限公司生产的 KS100- 18 型螺旋板换热 器, 降低主发酵期的生热。
2 方法
2.1 传热效率计算
在糖化后我们现在使用的两台螺旋板换热器换热面积为 120m2, 通道为 20cm 的螺旋板换热器, 用水温度是 20℃, 现在 产量为 1000t/d, 原料化为糖化醪为 3500t/d, 用螺旋板冷却, 通 过实践证明, 我们现在用的 φ150 水管, 水处理来的冷水约为 350m3/h。日用水量为 8400t。而原来产量是 600t/d, 原料化为糖 化 醪 为 2100t/d, 用 喷 淋 冷 却 , 用 水 量 六 台 水 泵 为 IS100- 80- 160 泵 , 泵 出 口 为 φ80, 流 量 60￣120m3/h, 取 100m3/h, 六台用水量为 600t/h, 则日用水量为 14400t/d。化为 1000t/d 原料, 则日用水量为 24000t/d。传热效率比与用水量成 反比。用螺旋板换热器传热效率 / 用喷淋冷却传 热 效 率 =24000∶8400=2.86∶1。即: 用螺旋板换热器传热效率是用喷 淋冷却传热效率的 2.86 倍。同理计算前期发酵槽用螺旋板冷 却的方法降低主发酵期的生热, 发酵原来用水为水泵 30KW 的两台, 7.5KW 的两台, 3KW 的两台, 各水泵用一备一总流量 为 270m3/h, 产量是 600 吨 /d 时, 日用水量为 10800m3/d, 化为 1000t/d 原料, 则日用水量为 18000t/d, 现在用水量与蒸煮糖化 相同, 用的 φ150 水管, 水处理来的的冷水约为 350m3/h。日用 水量为 8400t。用螺旋板换热器传热效率 / 用发酵罐内置多层 蛇形冷却管和外壁冷却冷却传热效率 =18000∶8400=2.14∶1。 即: 用螺旋板换热器传热效率是用发酵罐内置多层蛇形冷却管和外壁冷却传热效率的 2.14 倍。
2.2 换热面积计算
喷淋冷却为 φ85 的铜管 25m 长环 12 层 4 组, 三层楼 1921.68m2, 现用两台螺旋板换热器为 120m2 的, 通道为 20cm 的螺旋板换热器, 总面积为 240m2, 发酵原来的换热面积: 每 个发酵罐内置多层蛇形冷却管 φ50 的铜管 φ2000 的 27 圈 φ4600 的 26 圈, 共计 85.58m2。28 个罐换热面积为2396.24m2。 现在用螺旋板冷却的方法降低主发酵期的生热, 换热面积为 100m2 的两台螺旋板换热器。总面积为 200m2。
2.3 占用空间计算
喷淋冷却为 25×7.5×10=1875m3 现在糖化后的两台螺 旋板换热器为 1.8×2.3×1.5×2=12.42m3 而现在主发酵用螺 旋板为 1.7×1.9×1.25×2=8.08m3。
2.4 两种换热器比较( 见表 1)
3 结果
从表1中可以看出:糖化后用水量日减少15600t,主发酵用水量 日减少9600t,共计25200t,年减少用水为300×25200=7560000吨 =756 万吨, 折和自来水人民币 756 万吨×2.96 元 / 吨 =2237.76 万元, 若折合自备水为 756×2.6=1965.6 万元。
我们选用的螺旋板换热器流道为 20cm, 比原来用的铜管 φ85 流道要大, 以前我们使用的铜管因流道小, 阻力大, 物料 是悬浮液, 易堵塞。使用该螺旋板换热器克服了这一缺点。 随着社会的进步和发展, 能源消耗和环境污染日益严重, 国家对企业的节约能源减少污水排放量的要求也越来越高, 在 酒精生产中, 利用螺旋板换热器, 不仅节约用水, 而且在我们不 断改造的有限的空间里减少了空间的占有量, 设备投入少, 维 修费用低, 因用水量的减少, 使用水泵就少, 节约了用电量。使 用螺旋板换热器, 起到了节能减排降低各项消耗的作用。
4总结
实践证明,在酒精生产中,糖化醪的冷却以及主发酵期的冷却,利用螺旋板换热器进行冷却是可行的。它打破了原来传统的生产模式,同时也打破了原来的思维模式,我厂曾经认为螺旋板换热器在小的范围内回旋那么多圈会阻力大,加上物料是悬浊液容易沉淀造成堵塞,一直没有考虑引用该设备。后来我们在试验中,选准合适的型号,选用宽流道、可拆式螺旋板式换热器,先购置两台使用,一段时间后又添购了两台,使用这大半年,发现螺旋板式换热器的故障率远远低于原来的铜管装置冷却。
在我厂使用螺旋板式换热器将近这一年中,不但打消了原来易堵塞的顾虑,而且使用螺旋板换热器的优点也越来越突出。首先,它传热系数高,节约水资源,节约电资源,减少排放量,这是不争的事实。另外螺旋板式换热器因其具有狭长的两个均匀通道,操作起来比较容易稳定物料,进行均匀冷却,又可准确的控制出口温度。该设备因其主体不用管材,只用板材,材料利用率高,制造成本低,且制造较简便,质量也以保证,故设备本身投入资金极少,每台不锈钢螺旋板式换热器仅十多万元,比起原来的铜管冷却的几百万元,仅占它投入的不到十分之一。且因设备故障少,维修方便,降低了维修费用和维修时间,提高了生产效率,为我厂创下了更高的生产纪录。螺旋板式换热器在酒精生产中的应用,有待于进一步的扩大和完善,它将为我们酒精生产减少更多的人力劳动,降低更多的消耗和费用,带来更多的经济效益。
[参考文献]
[1]刘荣厚,李金霞,沈飞,等.甜高梁茎秆汁液固定化酵母酒精发酵的研究[J].农业工程学报.2005,21(9):137-140
[2]李冲,洪厚胜.热管技术在酒精发酵生产中的应用[J].酿酒科技.2007,(8):59-61
[3]化工设备-螺旋板换热器[OL],
