Major Energy Savings in Brewing and Drinks Processing with PDX •F.R.ShaIpe and GJ.Freeman A novel, patented steam injection system called "PDX"may offer opportunlties and cost reductions ln the energy intensive processes in brewing.These processes indude wort boiling and in-place cleaning, and possibly mlashing, Pasteurisation and cereal cooking. The PDX has the abiHty to pump,mix and heat in one simple unit operation. Heat input by direct steam injection is more efficient than indirect heating and, in addition, the PDX unit is an hygienic, "clean bore”pipe fitting that requires very little cleaning. At this time, wort boiling and in-place cleaning have been successfully employed on the large scale.
摘要 一个名为“PDX”的新颖的专利注册的蒸汽喷射系统可降低酿酒工业中能源消耗成本。这些过程包括麦芽汁煮沸、就地清洁，还可能包括麦芽浆、灭菌、以及麦片烹调。PDX能在简单的单一容器运作中进行喷射、混合、加热。用直接的蒸汽喷射加热比间接的加热效率高，同时，PDX容器是一个卫生的“干净孔”管道设备，其本身需要很少的清洁。目前，麦芽汁煮沸和就地清洁已经成功地在大规模使用。
引言
一个新颖的、已注册专利的蒸汽喷射技术可能会在食品和饮料工业有广泛的用途。这项技术是由Pursuit Dynamies公司发明的。PDX利用了蒸汽的两大特点：其一是它从高压到低压时会快速膨胀，其二是它冷凝时体积会急剧收缩。在生产流程中纵向地引进蒸汽，能够利用它的两大特点而形成一个持续很短的、管道速度很高的“超音速震动带”。
PDX能在一个简单的单一容器运作中进行喷射、混合、加热。使用直接的蒸汽喷射引进热源比间接加热(如：加热器或外套热管)效益更高。这些特点有可能会使这一技术在酿造工艺中的几个过程中发挥用途，其中一些见下文。同时，PDX是一个卫生的“干净孔”管道设备。
麦芽汁煮沸
麦芽汁煮沸是酿酒业中热能消耗最大的一个过程，占能源消耗的30%。使用PDX有可能会带来大幅度的节约。PDX的高效益意味着少量的蒸汽就能达到所需要的煮沸强度。PDX的工作方式意味着它本身能保持高度的清洁。这同常规的加热管不同，常规的加热管在清洁周期内会壅塞。一般的做法是每10个～20个煮沸后要清洗加热器，但壅塞会使热量转移效益大幅度下降。正常情况下，总体热转换参数会下降一半，通常是利用增加蒸汽压力的方法来补偿。因此，不会壅塞的PDX系统比常规的加热器工作效益高。
在BRi进行了一个初步试验(Freeman，Sharpeetal，2005)。结果表明须要进行全规模的试验以评估PDX煮沸的所有可能的用途。这些试验已经完成，现在能发表一些初步结果。表1列出部分结果。在此试验里，PDX作为麦芽汁煮沸的唯一加热和喷射装置，安装在一家小型的酿酒厂(产量20百升)。与此比较的是常规的外围加热器。麦芽汁的质量是通过测量啤酒中甲基硫的含量(这是啤酒质量的一个重要参数)和主观地对旋涡中形成的蛋白质沉积(抓卜)椎的质量评估来确定的。
因为PDX效益更高，所以蒸汽用量减少了，预热阶段(负载相同的情况下)的蒸汽使用量减少大约30%。但是，蒸汽用量的减少会被使用常规加热器时从凝聚物中回收部分能量抵消一些。同时，使用PDX时煮沸的时间要短一些，从而又可以节省一些蒸汽使用量。总体来看，使用PDX时进口气压在4巴时效果最好。这次试验总的蒸汽使用量减少39%，但如上文所述，应该考虑到使用常规加热时，能从凝聚物中回收一些热量。
由于其冲击波效益，PDX能产生非常有效的激流和湍流。高强度的PDX阶段可与相对平稳的低蒸汽进入量的阶段相互交替，这样会达到最好的絮凝效果，从而改善啤酒的清晰度、稳定性及货架寿命。
因为冷凝物的多少不同，跟常规的煮沸系统相比，用PDX系统煮沸时，锅炉体积的缩小程度较小。作酒料配方时可能要考虑这些。
就地清洁系统
这个试验的目的是要评估PDX把一管清洁液加热到运行温度的性能。试验点是欧洲一家大型的酿酒厂(Freeman，Sharpeetal，2005)，要比较的是PDX和现在使用的板式热交换器技术。热量是由外围圈加入的，这样就可以选择使用PDX或现在使用的方法来加热清洁管。如常规作法，内含100百升的清洁液被加热到70℃，并保持在60℃～70℃之间。
PDX系统的内径是47毫米，使用5.0巴/克的蒸汽，名义流量为600千克/时。热量交换器所用的气压是1.5巴/克，名义流量为1,000千克/时。两个系统完成同一个负载后的性能记录下来进行比较。
PDX系统的性能明显超过热量交换器系统。完成同样的工作仅需要大约三分之二的蒸汽，并且不需要用电力来喷射蒸汽。PDX的高效益直接蒸汽喷射能节约能源，也可节省3千瓦的蒸汽泵费用。这些节约一部分会被使用热量交换器时通过凝聚物中回收的热能抵消。同时，热量交换器系统是否出于最佳运行状态也未肯定。但是，如果该工厂的运作量高一些，例如需要加热的体积大一些，或者需要加热的速度快一些，PDX的优点会更突出。 其它的优点包括：蒸汽泵成本和运行开支及蒸汽泵和热量交换器的保养开支(PDX需要的保养很低)。
另外，PDX有可能安装成一线设备：使用它既作为蒸汽泵，又作为加热器。就地清洁的液体只有在需要时才加热，而不是加热到工作温度后储藏备用(这样会有热量散失而带来损耗)。
麦芽浆制作
酿酒过程中，加入的酒和压碎的麦芽需要加热、泵入和混合，然后在制浆管内停留一个小时左右。使用PDX系统能一步高效地完成所有这些步骤。使用直接的蒸汽喷射，能达到更高效的流程。PDX的高速泵可缩短灌满制浆管的时间，相对高强度的混合减少了结块或成球而产生的原料浪费及不反应的原料。同时，因为PDX没有加热面，可减少局部的过热现象。
在BRi的实验厂内(100升的规模)，我们使用不同的配方做了一些试验(Freeman & Sharpe，2005)。试验结果应用了一系列的标准进行评估，包括流程效率及最终成品的质量。
麦芽浆制作在所有试验中都成功完成，有两项试验一直进行到包装的啤酒，品味团都认为它们与对照的啤酒一样。
由于PDX的热效益和混合功能，它也很有可能使用在酿酒固体附属品的麦片烹调上。但这方面现在还没有进一步研究。
灭菌
PDX有可能成为隧道式灭菌的一部分，或者取代瞬时杀菌。PDX可以用来提供隧道式灭菌中喷水线的温度和压力。同时，因为PDX可以随时启用，这样可以减少把热水盛在水箱内而带来的热损耗。这对短的包装流程尤其适合。从理论上讲，这项技术所具有的超声震动波效益可能会很有优势。除了温度和时间之外，超声震动波本身也可能对微生物造成损害。因此，有可能通过PDX来减少灭菌设备，从而对啤酒的质量和稳定带来益处。BRi目前还没有对这些应用进行评估。
12/18/2007
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