工业实用效率

用现场氮生成降低酿造成本

由于工艺啤酒运动,美国人享受比以往更多的啤酒。虽然它看起来很容易去当地的啤酒市场拿起六包,酿造,装瓶和啤酒到市场的过程非常广泛。

酿造过程通常分为四个阶段:麦芽发酵、糖化、煮沸和发酵。复杂的化学过程始于一些简单的成分-啤酒花,谷物,酵母和水。最近有了技术进步,以确保这些步骤准确、有效和节省成本。一个特别的改进是在酿造过程中使用了氮气。现场氮气发生器的增加使啤酒制造商可以降低氮气成本,消除停机时间,并减少与散装气瓶输送和更换相关的安全风险。

酿造过程

让我们来看看酿造的四个阶段:麦芽、糖化、煮沸和发酵。第一个过程是麦芽化,这一过程本身分为多个阶段,但本质上,这是淀粉,酶,蛋白质,维生素和矿物质的成分结合在一起,创造出这批的主要原料。捣碎之后,将生成的麦芽与热水混合,麦芽的天然酶会将淀粉分解成糖。然后将这些糖从主要混合物中分离出来,制成麦芽汁,然后将麦芽汁煮沸到一个可控的温度,以便酿酒师添加特定于所生产啤酒类型的额外配料。这一步完成后,混合物被冷却和分离。一旦分离,啤酒商加入酵母,这是必不可少的发酵开始。当发酵完成后,啤酒就完全成熟了,可以发出预期的味道。

Parker Nitrosource.

显示是帕克汉菲汀亚硝基烃氮气发电机。照片由帕克汉尼钦提供。

酿酒过程中的氮

由于氮气的惰性特性,它在整个酿造过程中经常被使用。一旦整批啤酒从整个过程中使用的大罐中取出,氮气就被用来清除罐中麦汁、啤酒和麦芽浆中的任何残留物。用氮气清洗槽的行为消除了槽中残留成分氧化的机会。如果氧化发生,它会在随后的任何批次中产生酸味。

因为氮气能够取代空气中的氧气和二氧化碳,啤酒酿造者在此过程中使用氮气来帮助啤酒通过不同的容器。酿造的所有阶段完成后,用氮气给啤酒桶和瓶子加压,以保持啤酒的新鲜度。这可以通过减少最终产品中的氧气含量来防止成品迅速变质。

由于啤酒厂继续增强消费者的啤酒的味道和口味,因此它们也开始在制造碳酸化过程中添加氮气进入啤酒本身来试验。通常,二氧化碳用于碳酸啤酒,但通过将较大的氮气添加到混合物中,氮产生更好的味道和更平滑的表面。

投资回报

降低成本、减少气体浪费、按需供应和减少停机时间都是现场生产氮气的优点。当决定从天然气生产转向现场氮气生产时,前期成本通常会阻碍酿酒师进行转换。一旦人们了解到这项投资从长远来看会为啤酒厂节省资金,那么做决定就容易得多了。根据消耗的氮气量和发电机的成本,大多数公司可以在启动后的18到24个月内获得投资回报。

并不是每一家啤酒商都为氮气支付相同的费用,因为许多天然气供应商根据所需氮气的类型、距离生产地点的距离以及氮气是用气瓶、迷你罐还是散装储存来收取费用。成本通常包括存储介质的标准租金,以及氮气的运送。一旦啤酒厂通过购买氮气发生器的初始成本,啤酒厂将很快开始节省资金,因为现场生产氮气的成本要低得多。

消除依赖

随着气体输送,啤酒将仅使用大约90%的氮气在罐中,因为返回未使用的10%的气体。当气缸或坦克变热时,气体也会丢失。罐内的压力开始上升,需要“蒸发”气体。沸腾是当罐需要打开时,气体被释放到大气中以减少罐的压力。随着现场氮气发生器的安装,100%的生产的气体可用于酿造。

当依赖于钢瓶或罐式输送时,啤酒厂可能会遇到计划外的停机时间。要估计生产所需的氮量是相当困难的。如果这是不正确的估计,生产可能会陷入停顿,直到下一批货到达。天然气供应商可能不会总是及时提供氮气来满足啤酒厂的需求,他们可能会失去氮气供应,最终导致收入损失。使用现场氮气发生器,啤酒厂可以最大限度地延长正常运行时间,消除对天然气供应公司的依赖。

增加可用的足迹

根据氮气储存介质的类型,酿酒厂需要为气瓶、迷你罐甚至散装气体腾出空间。如果需要多个气瓶和储罐,它可以显著减少设施中的自由空间。如果使用散装气体,啤酒厂将被要求在设施外创建必要的基础,以承受重型油轮的重量。现场氮气发生器结构紧凑,有能力储存在一起,以节省设施中的存储空间,没有任何基础规格来适当地支持它们。

氮气发生器的功能

氮气发生器在压缩空气中运行,通过减少空气中氧气的百分比来将氮气单独输送到所需的应用。

氮气发生器使用经过“筛选”的压缩空气,这样氧气和其他微量气体就会被去除,而氮气则可以通过应用程序。压缩空气供应可以来自中央工厂的空压机的备用容量,或者来自专门用于氮气生成系统的空压机。

用于制氮的压缩空气质量对保持制氮机的纯度和效率至关重要。在进入氮气发生器进气口之前,必须将压缩空气中的油、颗粒和水等污染物从压缩空气供气处清除。

典型的压缩空气系统由压缩机、储气罐和压缩空气处理组件组成。压缩空气处理包由不同级别的预过滤、压缩空气干燥器和后过滤组成。典型的预过滤套件包括用于去除大量液体的水分离器、通用聚结预过滤器和高效聚结预过滤器。

综合起来,这种预过滤可以将颗粒物(包括水和油的气溶胶)清除到0.01微米,将油清除到0.01毫克/立方米。预过滤的下游是压缩空气干燥机,它从压缩空气中去除水蒸气。对于PSA氮发生器,为了提供-40°F或更低的压力露点,通常需要干燥剂干燥器。最后,一个通用的灰尘过滤器安装在干燥剂干燥器下游,以清除任何灰尘,可能导致干燥剂降解。

两种类型的氮气发生器

氮气发生器主要有两种类型,中空纤维膜和变压吸附。中空纤维膜式氮气发生器通过选择性地允许氮气流经膜的纤维来操作。氧气和其他污染物通过发电机的一个端口释放回大气中。膜的纤维有时由聚苯醚制成,这使膜纤维具有渗透性和坚固性。纤维的渗透性将氧气和其他污染物从压缩空气中抽出,只留下氮气通过。

变压吸附(PSA)制氮装置是利用碳分子筛技术实现的。碳分子筛在压力下从压缩空气中吸附氧气和其他污染物,确保只有氮气被输送到所需的应用程序。一旦碳分子筛被氧气和其他污染物完全吸附,发电机将通过一个再生过程将污染物排出到大气中。“变压吸附”这个术语来自于发电机在0到100psi之间的连续工作压力。一旦发电机达到100 psi,它就开始再生过程。

虽然有两种主要类型的氮气发生器,主要发电机是用于酿造应用的PSA发电机。氮气的纯度是非常重要的,因为它被用于食品应用。PSA氮发生器可以达到99.5%和更高的纯度在出口,这是一个巨大的利益,因为FDA的食品应用法规要求出口气体的高纯度。

大多数食物和饮料应用需要氮纯度在99-99.9%之间。无论它们是否使用氮气到清洁或覆盖坦克,将其注入到储存的桶中,或将其注入到啤酒本身中,酿酒师通常使用纯度为99.5%-99.9%。使用的确切纯度取决于啤酒厂。

现场产氮维护

氮气发生器的维护很简单。保持氮气发生器在峰值性能下运行的最重要的件是在上游的压缩空气处理包。

定期维护过滤器元件,预过滤漏斗和干燥阀确保干燥器的正常功能,导致连续清洁,干燥空气到氮气发生器。至于PSA氮气发生器,年度维护需要任何过滤元件和排气沉默每年更换。如果配备氧气分析仪,则分析仪单元需要每两到五年需要更换一次,具体取决于制造商。在这一基本的预防性维护之外,大多数制造商都建议每三到五年服务阀门和气缸。即使运行正确,主动维护也可以防止未来的失败和昂贵的停机时间。

总之

谈到泡泡应用中的氮气时,现场氮气发生器可以带到桌子上的多种益处。随着简单的安装氮气发生器,啤酒可以完全控制过程,并降低运行成本未来。最终酿酒商将看到他们的底线由于氮生成的节省,并且又实现了更高的盈利能力。

关于作者

Nathaniel Holliday是过滤集团派克汉尼汾公司的技术销售助理。Randy Peccia是Parker Hannifin,工业气体过滤和发电部门的产品销售经理,电话:716-686-6542,电子邮件:randy.peccia@parker.com。Jennifer Fiorello是派克汉尼汾工业气体过滤和发电部门的市场传讯经理。

有关派克汉尼汾氮气发生器的更多信息,请访问http://ph.parker.com/us/21056/en/nitrosource-psa-nitrogen-gas-generator

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