總之,傳統的CO2回收設備的缺陷是不能提前接通發酵罐(即在較低純度時),不能回收更多的二氧化碳;不能有較高的容積效率(會損失較多的二氧化碳);不能滿足液化二氧化碳中氧含量低的要求,當今技術水準是低於5mg/kg。
目標:首先降低液化二氧化碳中氧氣濃度,生產高質量二氧化碳(可選擇LO型);其次降低排放氣體中二氧化碳的濃度,提前回收,增加每1hL啤酒二氧化碳回收量(可選擇HLP型)。
為了滿足這些要求,在設計二氧化碳液化器和確定運行條件時所需的調整如下。
①LO型:目前廣泛應用,其目的是生產高質量的二氧化碳。開始回收CO2時CO2的純度分別為99%、99.7%,相應的容積效率高些,而排放CO2純度下降(為90%),生產的CO2純度大於99.998%,CO2的氧含量小於5mg/kg。能生產高質量CO2的原因是在CO2液化器之後增加一個帶升溫的淨化器,安裝再沸器和汽提塔。再沸器和汽提塔的工作過程是進入到再沸器中的液體CO2,通過熱交換器產生部分汽化,產生的CO2氣體進入汽提塔,除去汽提塔中從上向下流動的溶解態O2等不凝結混合氣體,大大降低液體CO2中的氧含量。如果熟練控製,能保證貯存罐中液體CO2的O2濃度少於5mg/kL,CO2的純度高,能生產出高質量的CO2。
②HLP型:在傳統設備中排放CO2純度從95%~98%降低到65%,這必將導致回收二氧化碳中的氧氣濃度提高。為了消除這種不良影響,也在二氧化碳液化器之後增加一個帶升溫的淨化器,安裝再沸器和汽提塔。工作過程與LO型基本相似。
但與LO型不同的是剛回收二氧化碳中的氧氣濃度高,必須加強汽提塔的作用。由於貯存的液體CO2的溫度為-25℃,壓力1.7~1.8MPa,所以經過二氧化碳液化後的液體二氧化碳的溫度更低(-40℃左右),才能達到良好的汽提作用,這就需要更低的製冷劑蒸發溫度,耗能大些。
其次回收進口的CO2純度為95%,排放不凝結混合氣體中的CO2純度為65%時,也必然導致回收係統的容積效率下降。但由於回收早、可回收使用過的CO2(如清酒罐中的CO2),實際回收的CO2數量增加,可提高CO2回收率。而排放不凝結性氣體中CO2純度65%,氧所占比例為6%~7%,可用於對CO2中氧含量要求不是特別高的環節中使用,例如發酵罐的背壓氣體、糖化車間采用二氧化碳保護。
啤酒廠可根據實際使用CO2的情況,生產的高純度(99.998%)、低氧含量(遠小於5mL/kL)、其他雜質少(H2S、DMS的含量小於30mg/kg)的CO2用於製備脫氧水、啤酒CO2飽和,質量稍差的CO2可用於氣體背壓。
四、CO2的質量控製
回收CO2的質量首先達到其純度高於99.998%,氧含量小於5mg/kg;其次回收CO2中不應含有較多的其他呈味的物質,可將回收CO2通入蒸餾水中,評價回收CO2的氣味和口味。也應注意回收CO2可能是汙染源,所以要定期對回收CO2的管路殺菌,回收CO2中不應存在酵母、產酸菌、Laktoballen、大腸杆菌等,回收CO2中不應含油。
為了CO2回收效率高、成本低且回收CO2估量,應注意如下關鍵控製點:
(1)控製好氣囊氣態CO2的數量,保證回收係統正常運行,避免壓縮機等頻繁開關。
(2)加強不凝結氣體的排放,通過降低在液化處理過程中O2和N2的分壓,達到降低CO2氣體中O2和N2氣體含量的目的。
(3)水洗塔要有排氣裝置,防止CO2經過水洗塔時吸入水中的氧氣。
(4)吸附塔中的活性炭要及時更換,避免活性炭長時間使用殘留不良異味。洗滌塔、吸附塔、幹燥塔等要定期再生,並定期對回收設備及管道進行CIP。
(5)回收過程中一定要控製好各發酵罐的壓力平衡和閥門開度,以免影響回收量和發酵罐內酒體的正常對流。
(6)控製好滿罐麥汁量,避免大量泡沫帶入CO2回收係統。
(7)幹燥過程中防止結冰,堵塞閥門和管道。經常檢查發酵罐安全閥、回收係統的密封性能,減少泄漏。
(8)氣態CO2在使用前再經過一級氣體過濾器,防止回收係統內不良微粒等進入啤酒中造成不必要的質量問題。