The Design of New-style Pasteuriser
庞承晖
The Pasteuriser is based on the centralized heating system and the integrative water tank into the tunnel design. This new design reduces the expending of the water and energy through a dramatic reduction in the zone water volume and an innovative overflow system that operates entirely without valves.
一、国内外现有技术的发展状况
啤酒杀菌是啤酒灌装生产工艺中至关重要的一环，目前国内外大多数杀菌设备都是采用巴氏杀菌法对装瓶后的啤酒进行喷淋杀菌，并通过对喷淋水温的控制来达到控制杀菌效果——PU值。在生产线正常运行情况下啤酒的PU值是相对稳定的，但生产线经常因故障而短时停机，旧式杀菌机在停机时未能及时调整喷淋水的温度，使得啤酒过热、PU值过大而影响啤酒的口味及质量。目前，一些设备厂家已经采用在故障停机时直接加冷水来降低杀菌机主杀菌区的喷淋水水温，故障排除后再将主杀菌区的喷淋水水温升高，这一措施在一定程度上改善了PU值控制，但传统的杀菌机的结构决定了这种控制方式需对主杀菌温区的水温全部进行升降，这不但大大增加了冷水和蒸汽的损耗，而且升降温的时间较长，对PU值的控制效果也不理想。
杀菌机在啤酒生产线中属于耗水量较大的设备，其PU值的控制又直接影响到啤酒的风味和口感，因此，未来巴氏杀菌机的发展方向是：既能以PU值控制杀菌效果，又能实现节水节能。
二、节水节能式杀菌机的原理及特点
与传统杀菌机相比，节水节能式杀菌机的工作原理仍然采用了热动态和流体静力学原理，但结构和流程上却有着显著的变化。
本机设计上的最大优点是节水节能。为了实现节水和节能，我们将水箱分成两部分，前面是小容量温区水槽，温区水槽做得尽可能小，这样升温和降温迅速，节水节能。后面是大容量的缓冲槽，按运行曲线及温度不同划分成若干个缓冲区。当温区水槽的水满后自动溢流到缓冲槽内贮存，缓冲水槽中最热的水经过加热后输送到喷淋管作升温之用，最冷的水直接输送到喷淋管作降温之用，当冷、热水加到喷淋管后会造成该温区水槽多余的水往缓冲槽溢流，而且是自动流向温度相似的缓冲槽内，即热水自动流回热水槽里，冷水自动流回冷水槽及预缓冲槽里。整个系统无需任何阀件就能够自行调节，水的处理在机器内自动循环和重复利用，使用水量和能量都得到了很大的节省。水的损耗主要是瓶子带出机器外的水，而集中加热和供热也使能量在一定程度上得到了节省。另外，冷热水的自动流向无须任何阀门和动力系统，且只有一个管式加热器，使杀菌机集中供热系统的结构简单紧凑，也方便了维护和保养。由于有了这种水箱，PU值的自动控制就更加精确、灵敏。
为实现对PU值的精确控制，首先将温区细分，将温区由原来的8个扩展为9个；其次在每个杀菌（保温）区的输送管道上都装有冷热水两个注水阀，采用带PID功能的精小型薄膜阀进行控制。正常情况下可根据系统所设定的PU值来设定各温区的喷淋水温，通过对各温区的喷淋水温和时间（链网速度）的实时监测来控制冷热水阀的开度，从而达到精确控制PU值的目的；停机状态下系统按停机状态重新设定各温区水温，打开冷水阀加冷水降低喷淋水温，并通过控制降温速度避免爆瓶，而重新开机后又能保证加热迅速。这样，即使停机时间较长，但PU值变化甚微，从而使PU值能控制在预定的范围内，并且将水耗和蒸汽耗量降到最低。
本机采用框架式结构，并在设计上采用模块式结构，设计和制造快捷，而且有利于产品系列化开发。该机采用链网传动，配有进口主电机带动，运行平稳，结构相对简单，维护方便。同时，为了防止碎玻璃流入水箱，保护泵和阀门等元件，在水箱接驳喷淋水处专门设置了一条输送网带将碎玻璃截住并送出机外。
运用现场总线技术，设有上位机对杀菌机进行远程监控。操作系统采用人性化设计，由工业计算机中央控制，PU值控制全部由程序来控制，自动化程度高，控制精确。用户可采用预先设定的标准PU值，又可自行设定PU值，操作十分方便。
三、本机主要组成部分
主要由机架、集中供热系统、水箱、管路系统、喷板系统、主传动系统和链网支撑等部件组成。
1. 机架
本机采用框架式设计，由8个机架组成隧道主体，各机架底部均为倾斜式，使水能流回水箱中。采用模块式框架设计，与传统的杀菌机相比，更便于安装制造。
2. 热供系统
供热系统由热缓冲槽、供热泵和管式加热器组成。水连续循环，并在加热器中被加热到设定温度。热缓冲槽的水通过热水泵输送到管式换热器中集中加热至设定温度。所以无论什么时候进行温度的调节，热水都能直接迅速地注入各个区域的混合管内。
传统的隧道式杀菌机配置有多个的加热器，每个杀菌区域配置一个热交换器。有时，每一个能源再生区域也要配置一个甚至几个热交换器。由于热交换器的热效应滞后特性等原因，造成产品的热量传送比较缓慢。而且由于配备了多个加热器及复杂的管路、阀件等，结构复杂，维护和保养非常麻烦。因此，本供热系统具有优异的热力性能，维护和保养也十分方便，杀菌机的结构不但简单而且紧凑。
3. 水箱
节水节能式杀菌机的水箱包括两个平行的部分：缓冲槽和小水箱。缓冲槽分为热缓冲槽、冷缓冲槽和预缓冲槽三部分。9个小水箱对应9个温区，其作用是收集喷淋水，当水满后会对应溢流到相应的缓冲槽。而各温区温度调节所需的冷、热水又分别由冷、热水泵从冷、热缓冲槽抽出直接注入各个喷淋管，从而达到节水节能的目的。
传统的杀菌机每个温区有自己独立的水箱，当设备故障时要加入大量的冷水来降低主杀菌（保温）区的喷淋水温，这样就会有不少热水溢流到机外，另外，在设备停机时，管路系统和喷管中的水也会被溢流到机外，造成水和热能的浪费。
4. 管路系统
管道系统的作用是使喷淋水达到杀菌的目的并循环使用从而节省热能和水。本机分为9个温区，配有11台水泵，其中9台水泵用于喷淋，1台用于加热水，1台用于加冷水。
5. 喷淋系统
本机采用的喷淋系统属于喷板系统。喷板装在机器顶盖下面，喷板上的喷淋孔眼制成凸起状，防止杂质堵塞喷孔。与传统的喷管喷淋系统相比，这种喷淋方式水的流量大且均匀，使上层和下层的温度基本相同，瓶酒杀菌一致，而且不存在喷淋盲区。
四、结束语
该机已在华润雪花啤酒（宜昌）有限公司运行了半年以上，正常运行每小时耗水约为1m3～2m3，即使出现故障停机，每小时耗水也不会大于4m3；而老式杀菌机每小时耗水大约为4m3，故障停机时每小时耗水约为8m3～10m3。新型杀菌机各温区温度控制准确，升温及降温迅速，而且降低了蒸汽耗量约20%～30%，实现PU值自动控制；维修操作简单，得到了客户的好评。随着啤酒市场竞争越来越激烈，消费者对啤酒的口味和质量要求也越来越高，啤酒PU值的稳定性和可调整性就显得十分重要，该机种将是今后杀菌机发展的主流方向。
作者单位：广东轻工业机械有限公司