原來我廠的生產(chǎn)工藝, 調定溫度全部采用的是傳統(tǒng)的真 空冷卻和多層盤管或蛇形管噴淋冷卻的方法。隨著近年來酒 精產(chǎn)量的增加, 耗水量也越來越多, 每到夏季, 城市用水緊張, 水源不足不能保證正常生產(chǎn), 且生產(chǎn)用水的增多也增加了污 水處理工作量。介于這種情況我廠經(jīng)過反復研究、試驗、改造 了冷卻系統(tǒng), 使用了螺旋板換熱器, 結果驗證螺旋板換熱器在 酒精生產(chǎn)過程中, 不單降低了用水量, 調定溫度也較**, 占 用空間小, 大大降低了故障率, 節(jié)約了維修資金, 既節(jié)能降耗, 又保證了生產(chǎn)的順利進行。

1 資料

我廠的酒精生產(chǎn)是用可再生資源糧食作原料, 經(jīng)過機械 粉碎, 加水制成料漿, 然后經(jīng)過液化、糊化、糖化、發(fā)酵等一系 列過程后再通過蒸餾提取出高純度的酒精。

在生產(chǎn)過程中, 液化時的預液化醪溫度控制在 80￣90℃ ( 薯類) 90￣97℃( 谷類) 之間。液化醪的制備, 是把一定濃度的 粉漿在一定溫度下, 利用耐高溫 α- 淀粉酶將粉漿中的淀粉 迅速水解為可溶性糊精、少量麥芽糖和葡萄糖。而液化后的液 化醪溫度較高, 常在 95￣105℃之間, 需冷卻至 58￣62℃之間進行糖化。而糖化后的糖化醪又需冷卻到 28￣38℃才能進行 酵母菌的培育及發(fā)酵。而且在發(fā)酵初期由于微生物的生長, 生 化反應釋放出一定量的生物熱, 也需及時冷卻維持適宜的發(fā) 酵溫度才能保證發(fā)酵過程的順利進行。由于液化醪的溫度高, 冷卻可采用真空冷卻加大氣風冷即能實現(xiàn)。而糖化后到發(fā)酵 的冷卻方法我們原來采用的是多層盤管噴淋冷卻, 即在銅的 多層盤管上面用水槽淋水, 由于冷水與銅管的熱交換面積小 而換熱效率低; 發(fā)酵前期采用的發(fā)酵罐內置多層蛇形冷卻管 和外壁冷卻, 由于發(fā)酵前期所產(chǎn)生的生化熱需要不斷的打水 來冷卻。因為這后兩個過程都耗能耗水量大, 現(xiàn)在我們都引進 了高效換熱器設備 - 螺旋板換熱器。

螺旋板換熱器的結構原理及使用方法: 螺旋板換熱器是 一種高效換熱器設備,按結構形式可分為不可拆式( Ⅰ型) 螺 旋板式及可拆式( Ⅱ型、Ⅲ型) 螺旋板式換熱器。

螺旋板換熱器由兩張板卷制而成, 形成了兩個均勻的螺 旋通道, 兩種傳熱介質可進行全逆流流動, 大大增強了換熱效 果, 即使兩種小溫差介質, 也能達到理想的換熱效果。在殼體 上的接管采用切向結構, 局部阻力小, 由于螺旋通道的曲率是 均勻的, 液體在設備內流動沒有大的轉向, 總的阻力小, 因而 可提高設計流速使之具備較高的傳熱能力。II 型可拆式螺旋 板換熱器結構原理與不可拆式換熱器基本相同, 但其中一個通道可拆開清洗, 特別適用有粘性、有沉淀液體的熱交換, 單 臺設備不能滿足使用要求時, 可以多臺組合使用[3]。我們現(xiàn)在 糖化后使用的是無錫市雪浪發(fā)酵工程設備廠的兩臺螺旋板換 熱器, 換熱面積為 120m2 通道為 20cm。前期發(fā)酵槽冷卻使用 的是江蘇五龍機械有限公司生產(chǎn)的 KS100- 18 型螺旋板換熱 器, 降低主發(fā)酵期的生熱。

2 方法

2.1 傳熱效率計算

在糖化后我們現(xiàn)在使用的兩臺螺旋板換熱器換熱面積為 120m2, 通道為 20cm 的螺旋板換熱器, 用水溫度是 20℃, 現(xiàn)在 產(chǎn)量為 1000t/d, 原料化為糖化醪為 3500t/d, 用螺旋板冷卻, 通 過實踐證明, 我們現(xiàn)在用的 φ150 水管, 水處理來的冷水約為 350m3/h。日用水量為 8400t。而原來產(chǎn)量是 600t/d, 原料化為糖 化 醪 為 2100t/d, 用 噴 淋 冷 卻 , 用 水 量 六 臺 水 泵 為 IS100- 80- 160 泵 , 泵 出 口 為 φ80, 流 量 60￣120m3/h, 取 100m3/h, 六臺用水量為 600t/h, 則日用水量為 14400t/d。化為 1000t/d 原料, 則日用水量為 24000t/d。傳熱效率比與用水量成 反比。用螺旋板換熱器傳熱效率 / 用噴淋冷卻傳 熱 效 率 =24000∶8400=2.86∶1。即: 用螺旋板換熱器傳熱效率是用噴 淋冷卻傳熱效率的 2.86 倍。同理計算前期發(fā)酵槽用螺旋板冷 卻的方法降低主發(fā)酵期的生熱, 發(fā)酵原來用水為水泵 30KW 的兩臺, 7.5KW 的兩臺, 3KW 的兩臺, 各水泵用一備一總流量 為 270m3/h, 產(chǎn)量是 600 噸 /d 時, 日用水量為 10800m3/d, 化為 1000t/d 原料, 則日用水量為 18000t/d, 現(xiàn)在用水量與蒸煮糖化 相同, 用的 φ150 水管, 水處理來的的冷水約為 350m3/h。日用 水量為 8400t。用螺旋板換熱器傳熱效率 / 用發(fā)酵罐內置多層 蛇形冷卻管和外壁冷卻冷卻傳熱效率 =18000∶8400=2.14∶1。 即: 用螺旋板換熱器傳熱效率是用發(fā)酵罐內置多層蛇形冷卻管和外壁冷卻傳熱效率的 2.14 倍。

2.2 換熱面積計算

噴淋冷卻為 φ85 的銅管 25m 長環(huán) 12 層 4 組, 三層樓 1921.68m2, 現(xiàn)用兩臺螺旋板換熱器為 120m2 的, 通道為 20cm 的螺旋板換熱器, 總面積為 240m2, 發(fā)酵原來的換熱面積: 每 個發(fā)酵罐內置多層蛇形冷卻管 φ50 的銅管 φ2000 的 27 圈 φ4600 的 26 圈, 共計 85.58m2。28 個罐換熱面積為2396.24m2。 現(xiàn)在用螺旋板冷卻的方法降低主發(fā)酵期的生熱, 換熱面積為 100m2 的兩臺螺旋板換熱器?？偯娣e為 200m2。

2.3 占用空間計算

噴淋冷卻為 25×7.5×10=1875m3 現(xiàn)在糖化后的兩臺螺 旋板換熱器為 1.8×2.3×1.5×2=12.42m3 而現(xiàn)在主發(fā)酵用螺 旋板為 1.7×1.9×1.25×2=8.08m3。

2.4 兩種換熱器比較( 見表 1)

3 結果

從表1中可以看出:糖化后用水量日減少15600t,主發(fā)酵用水量 日減少9600t,共計25200t,年減少用水為300×25200=7560000噸 =756 萬噸, 折和自來水人民幣 756 萬噸×2.96 元 / 噸 =2237.76 萬元, 若折合自備水為 756×2.6=1965.6 萬元。

我們選用的螺旋板換熱器流道為 20cm, 比原來用的銅管 φ85 流道要大, 以前我們使用的銅管因流道小, 阻力大, 物料 是懸浮液, 易堵塞。使用該螺旋板換熱器克服了這一缺點。 隨著社會的進步和發(fā)展, 能源消耗和環(huán)境污染日益嚴重, 國家對企業(yè)的節(jié)約能源減少污水排放量的要求也越來越高, 在 酒精生產(chǎn)中, 利用螺旋板換熱器, 不僅節(jié)約用水, 而且在我們不 斷改造的有限的空間里減少了空間的占有量, 設備投入少, 維 修費用低, 因用水量的減少, 使用水泵就少, 節(jié)約了用電量。使 用螺旋板換熱器, 起到了節(jié)能減排降低各項消耗的作用。

4 總結

實踐證明, 在酒精生產(chǎn)中, 糖化醪的冷卻以及主發(fā)酵期的 冷卻, 利用螺旋板換熱器進行冷卻是可行的。它打破了原來傳 統(tǒng)的生產(chǎn)模式, 同時也打破了原來的思維模式, 我廠曾經(jīng)認為 螺旋板換熱器在小的范圍內回旋那么多圈會阻力大, 加上物 料是懸濁液容易沉淀造成堵塞, 一直沒有考慮引用該設備。后 來我們在試驗中, 選準合適的型號, 選用寬流道、可拆式螺旋 板式換熱器, 先購置兩臺使用, 一段時間后又添購了兩臺, 使 用這大半年, 發(fā)現(xiàn)螺旋板式換熱器的故障率遠遠低于原來的 銅管裝置冷卻。

在我廠使用螺旋板式換熱器將近這一年中, 不但打消了 原來易堵塞的顧慮, 而且使用螺旋板換熱器的優(yōu)點也越來越 突出。首先, 它傳熱系數(shù)高, 節(jié)約水資源, 節(jié)約電資源, 減少排 放量, 這是不爭的事實。另外螺旋板式換熱器因其具有狹長的 兩個均勻通道, 操作起來比較容易穩(wěn)定物料, 進行均勻冷卻,又可準確的控制出口溫度。該設備因其主體不用管材, 只用板 材, 材料利用率高, 制造成本低, 且制造較簡便, 質量也以保 證, 故設備本身投入資金極少, 每臺不銹鋼螺旋板式換熱器僅 十多萬元, 比起原來的銅管冷卻的幾百萬元, 僅占它投入的不 到十分之一。且因設備故障少, 維修方便, 降低了維修費用和 維修時間, 提高了生產(chǎn)效率, 為我廠創(chuàng)下了更高的生產(chǎn)紀錄。 螺旋板式換熱器在酒精生產(chǎn)中的應用, 有待于進一步的擴大 和完善, 它將為我們酒精生產(chǎn)減少更多的人力勞動, 降低更多 的消耗和費用, 帶來更多的經(jīng)濟效益。