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    冲洗和冷却-这里可以节约用水

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    水是饮料工业最重要的原料。由于气候变暖和环境污染,许多地区的水资源正面临巨大的压力。为此,许多企业正在寻找合适的措施,希望高效地利用这种宝贵的资源。如何降低水耗,为什么热能对此起到重要作用,本文将对此进行详细论述。

    在饮料生产的水耗方面,已经取得了良好的进展,克朗斯可持续咨询部门的Norbert Ottmann讲述:“在碳酸软饮料行业,最有志向的客户已经把消耗目标设定在每升成品饮料1.3升,更极端的目标甚至是每升1.1升。”接近一升的水进入饮料本身,这部分水耗也已经包含在内。这意味着:生产线中除此以外的消耗已经接近极限。

    目前,饮料企业的平均水耗还远远高于这些行业最佳目标。虽然在许多地区供水一直存在问题,但大多数企业目前主要关注的目标还是能耗。不过,这种局面正在发生改变。例如,作为17个全球化饮料集团联合成立的组织,饮料行业环境联盟(The Beverage Industry Environmental Roundtable)在其最新的标杆研究报告中指出,所有成员单位更加重视高效和可持续的水资源利用。

     

    可以采取哪些措施?

    饮料生产如何节约用水?本文重点介绍灌装和流程技术的节约潜力。水处理解决方案在 一篇单独的文章中介绍。关于啤酒厂水资源利用的可持续方案 参见这里

    冲洗和冷却需要大量的清水。这里存在一些节约潜力:可以减少冲洗,可以重复利用冲洗水,回收冷热能源重新用于其它地方,还可以通过冷却循环利用工艺水,避免直排到下水道中。具体可以采用哪些措施以及哪些措施更有成本优势,必须根据企业的实际情况进行选择。克朗斯可持续专家可以对此提供咨询。凭借对机器及其相互关系的知识和经验,他们沿着生产线或者对整体工厂进行水流分析,识别可以利用的改进措施。然后,与客户共同制订具体的解决方案,持续降低消耗。

    从生产计划开始就能节约用水:一种产品的生产周期越长,管路的刷洗次数就越少,因为没有产品转换。另外一项措施是冲洗过程本身。其核心要素是不能将气味物质或者过敏原从当前产品带到后续产品中。“实际上,冲洗流程始终可以优化”,克朗斯流程技术加热流程和可持续发展负责人Katja Enzmann表示。“我们利用我们的知识和经验为客户提供咨询”,她说,同时她还强调:“冲洗量这个安全因素最终还是由客户自己确定,他们根据自己的需要决定是否排除过敏原和气味物质的拖带。”

    机器层面的节水

    洗瓶机:

    对于回收瓶生产线,洗瓶机存在巨大的节约潜力。在这个工序,PET瓶或者玻璃瓶穿过热碱,在洗瓶机出口用清水喷淋和冷却。一个500毫升啤酒瓶通常需要五分之一升清水,其中接近一半用于冲洗碱液。一般情况下,水耗受到两个因素的影响:碱液越干净,例如,采用微过滤器,冲洗耗水就越少。

    如果瓶子不需要降到较低温度,水耗也能降低。对此的一种可能方式就是提高设定的出瓶温度,例如,借助热灌装技术。碱液温度本身也是一个调节因素,洗瓶机专家Alexander Weyers解释说:“依据不同的产品和设备,许多用户略微降低了碱液温度,将节约的清水用于降温。克朗斯也开发了专门用于较低碱液温度的洗瓶工艺。”

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    洗瓶流程可以同时提供多项节水措施。

    此外,可以在洗瓶机出口之前回收碱液和瓶子的热量,将其用于其它工序。然后,利用一台热泵在各个地点循环使用热能。尤其是在气候温暖的地区,可以预先降低清水的温度,利用更少的清水取得相同的冷却效果。“有些企业在其它区域有过剩的冷量,可以应用到这里。另外,还可以测算是否值得投资一台冷却塔--如果环境温度很高,可以考虑增加一台制冷设备,虽然这样能够增加电耗”,可持续咨询师Norbert Ottmann解释说。“首先我们必须清楚,相互之间必须协同作用”,Alexander Weyers强调说。“碱液过滤器的主要作用是延长碱液的使用寿命。在某些情况下,它也能减少清水消耗。这就是:瓶子降温所需的清水较少,后续冲洗只是为了将瓶子冲洗干净。对于这种情况,可以考虑通过增加一台过滤器继续降低水耗。”

    杀菌机:

    对于杀菌机,热能是节水的中心出发点。本质上,在两种情况需要进行外部降温。机器停机时,处于杀菌区域的瓶子可能受热时间过长。对此,一般需要利用清水对热区进行降温,极特殊情况下也有企业采用冷媒。产生的热水不会排入下水道,而是收集后进行冷却,然后再次利用。第二种情况出现在机器空转。通常情况下,利用瓶子离开杀菌机时的热量对进口冷瓶进行预热。如果后续没有瓶子进入杀菌机,则无法进行这种操作,必须对瓶子进行降温处理。这里也有节水潜力,升温后的工艺用水不再排掉,而是经过一台冷却设备形成循环。

    流程技术:

    真空泵冷却提供了另外一项节约潜力。例如,利用 Contiflow 混比机生产碳酸饮料。对此,在脱氧水中加入对应饮料的添加组分,然后添充二氧化碳。清水持续冷却运行中的真空泵。产生的热水不应排掉,而是通过外部冷却介质进入循环系统,重复使用。更加高级的解决方案是利用一台换热器替代冷媒,将其作为低温脱氧水使用。通过这种方式,水耗可以从每小时270升降低到10升。在产品热处理工序,例如热脱氧过程,也必须对真空泵进行冷却,这里也可以采用同样的节水方式。

    哪些装备可以补充安装?

    • 杀菌机和洗瓶机余热利用系统的热泵
    • VapoChill 冷却塔
    • 洗瓶机清水调节系统
    • 洗瓶机的夏季-冬季转换回路(与清水温度相关联的冲洗水量)
    • 真空泵冷却水的循环回路,用于 Contiflow 混比机以及产品加热处理的热脱氧。
    • 易拉罐冷灌装的 EquiTherm Coldfill 系统

    整条生产线的冷热平衡

    如果通盘考虑一条生产线,还有更多的节水潜力可以挖掘,Norbert Ottmann对此解释说:“理论上,生产线的每一个部分都可以单独优化,但是,如果将多个模块一起考虑,可以相互补充,形成协同作用,从而达到更好的总体效果。”大多数情况下,从一个地方获取热能或者冷量,然后用于其它地方。如同本文以上部分所述,如果将其用于第三个地方,还可以节省水耗。这种方案通常非常个性化,一般需要我们的咨询专家与客户共同制订。

     

    节水协同作用案例

    • 提高啤酒厂的灌装温度:来自洗瓶机的热能用于啤酒的预热。由此减少洗瓶机出瓶降温的耗水量。此外,由于提高了容器的灌装温度,还减少了容器外部结露水的形成。
    • 在一个热带地区实施的啤酒厂项目,利用低温啤酒作为制冷载体。借此,形成协同效应,其中还降低了洗瓶机的水耗。
    • 碳酸饮料的冷灌装:八至十度的容器表面能够形成结露水,贴标之前需要对其加热升温。克朗斯 EquiTherm Coldfill 可以对此提供补救措施。在此,一台热泵从混比机获取冷量,提升到较高温度后用于暖瓶机。除了显著节约能源,还能将冷却器的水耗降低60%。
    • 在易拉罐生产线中,冲罐机是最大的耗水机台。它对水质的影响微乎其微。冲罐水非常适合回收利用,例如,作为杀菌机的喷淋水,也可以用于输送带润滑设备。90%的喷淋水可以重复利用,生产线的清水消耗由此可以减少50%。
    • 大多数情况下,杀菌机出口还需要一个冷区,将容器温度降低到规定的数值。释放的热量不再需要通过蒸发式冷却塔排放到环境中,可以通过一台热泵将热量回送给杀菌机。借此,可以减少机器的初级能源消耗和水耗。这种解决方案是否有效,还要取决于容器进出口温度的相对关系。
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    杀菌机的热能也可以回收利用。

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