除此之外,脫氧效果與氣體的機械分離過程、氣體在水中的擴散過程、水的表麵張力、水的黏度和氣泡脫離水的速度等因素有關。
(2)除去水中氧氣的方法加熱法、真空脫氧法、CO2氣體洗滌。
①水加熱除氧法(此方法因能源消耗太多,用得少):水加熱除氧法的原理是隨著溫度上升,水中氧溶解度下降。一般加熱到90℃以上除去氧之後,又必須冷卻至低溫,這樣高溫處理能保證水的無菌程度,但是設備費用大,能耗大,除氧成本高,除氧效果受水的表麵張力、黏度、溫度、時間的影響。現在很少單獨使用加熱法除去水中氧。
②真空脫氧流程和設備:用抽真空的方法使溶解於水中的氣體釋放出來,從而降低氧氣的含量。
真空脫氧流程和設備是由真空脫氧罐、板式換熱器、離心泵、真空泵、緩衝罐、控製係統等組成。需要脫氧的水經過水閥流入底部的一級脫氧罐中,通過特製噴嘴使水形成霧狀,在脫氧罐中,借助真空作用(絕對壓力約為0.05MPa),脫氧罐的霧狀水中溶解氣體的壓力較水表麵的壓力大,可使溶解水中90%以上的氧釋放出來,排到罐外。循環泵把經過預脫氧的水送入頂部的二級脫氧罐,重新霧化,在進入到頂部的二級脫氧罐的過程中,將CO2氣體適當定量地加到預脫氧水中,在二級脫氧罐中重複一級脫氧罐的程序,霧狀噴射使水具有較大的比麵積,也大大減少了氣體在水中的擴散過程,縮短了氧氣的釋放時間,從而大大提高了氣液傳質過程的效率,獲得脫氧水的殘留氧含量可達到0.05mg/L,通常水溫為12℃,二氧化碳的添加量為0.5g/L,如果水溫升高,所需二氧化碳量相應減少。
③CO2置換脫氧法(此方法耗CO2量很大):CO2置換法脫氧是根據亨利定律和道爾頓定律的原理,如不改變混合氣體的總壓力,向稀釋用水中充CO2,則CO2的分壓相對增高,CO2在水中的溶解度提高,而氧的分壓降低,從而降低氧在水中的溶解度。
④混合脫氧法:綜合上述的方法,如真空脫氧流程和設備實際上是二級抽真空又充CO2,可減少CO2消耗和降低真空度(降低了能耗);廣泛應用的CO2置換脫氧法是加熱和CO2置換法相結合。CO2置換脫氧的效果取決於CO2的質量。混合加熱和CO2置換法是由汽提塔、板式換熱器、離心泵、真空泵、緩衝罐、控製係統等組成的。水被加熱到約75℃,即瞬間滅菌溫度,然後進入特殊設計的汽提塔,主要根據亨利定律和道爾頓定律的原理,采用的填料具有巨大表麵積,使水基本形成水膜的形式與CO2氣體接觸,不僅大大增加了接觸麵積,使CO2氣體能最大限度地溶解於水,由於CO2在水中的溶解度較氧的溶解度大得多,所以水中溶解氣體的壓力較水表麵的壓力大,使水中溶解的氧釋放出來,而且采用水膜式接觸、熱脫氧,同時也可以大大減少氣體在水中的擴散過程,縮短了氧氣釋放時間,從而大大提高氣液傳質(置換)過程的效率。置換時CO2消耗量少,每噸水隻需要充入CO2約0.55t,而其中的90%溶解於水中,並且沒有原水損耗,製備的脫氧水殘留氧含量可達到0.02mg/L以下,特別適合啤酒行業。
這種混合式CO2置換脫氧法具有脫氧效果好、自動化水平高、操作方便、脫氧水質穩定等優點,並且不需要真空泵,裝機功率小(為真空法的40%~50%),運行費用低,原水加熱到瞬間滅菌溫度,兼有瞬時滅菌功能,PU值達到60以上,完全能滿足稀釋用水的無菌要求,進入到汽提塔脫氧後,又回到板式換熱器中預熱原水,同時也使脫氧水冷卻,餘熱得到充分回收,用少量的熱能使原水達到滅菌處理,CO2耗用少,不浪費水資源。
國外還開發了氫催化反應除氧,采用特殊的催化反應器,計量添加氫氣,在酶的作用下氫氣與氧氣快速反應形成水,使水中殘留的氧含量為0.005mg/kg,成本僅為加熱法的10%,真空處理法的1/3。
4.稀釋用水的冷卻充CO2
根據灌酒的需要,脫氧後的稀釋用水需采用薄板冷卻器將其冷卻至接近冰點。冷卻後的稀釋用水需充CO2,其目的是避免稀釋用水在排氧後重新吸氧,而且可保證稀釋後的啤酒應有的CO2含量。
四、啤酒與水的混合係統
啤酒與水的混合係統是將高濃釀造的成熟啤酒和脫氧、過飽和CO2的稀釋用水按比例均勻混合的係統,它由兩台高精度流量計、過程控製微機和自控閥組成。
兩台流量計分別測出啤酒和稀釋水的瞬間流量。通過微機的處理,和事先輸入配比進行比較,將所得誤差信號處理後送出,通過交換器進入I/P轉換器,轉換成4~20mA的電流變化,對應壓力為0.02~0.1MPa,來控製稀釋用水的氣動閥開啟度,從而控製稀釋水的流量,要求混合後濃度誤差能夠控製在0.05%~0.1%。
經過中間罐,再通過正常過濾係統,即為高濃度稀釋成品啤酒。