（轻工技术与工程专业论文）啤酒厂酿造水处理系统的设计改造及水质控制.pdf

摘要 摘要 随着国内啤酒业的兴盛及消费者对淡爽型啤酒的追求，啤酒工作者越来越意识到优 质的酿酒用水是啤酒的“血液”。最好的酿造用水，必须是纯净的，并且含适量离子， 总硬度、总碱度及p h 都控制在合适的水平。但是为了节约酿造用水的生产成本，啤酒厂 往往将经过不同处理程度的水分级用在不同工艺点，从而保证产出的最大化和最优化。 本论文围绕如何利用现代化方法实现精确控制酿造用水的各项理化指标，如何在空 间有限的老啤酒厂中合理规划新的水处理系统，如何将优质酿造用水应用到之前问题频 发的生产点等困扰老啤酒厂的问题进行了探讨和研究，并对旧的水处理系统进行了重新 改造：选择采用反渗透( r o ) 水处理工艺并进行了设备选择和布置，成功建立了一套全自 动水处理方法；利用p l c 监控电导率从而控制原水与r o 水混合比例，保证出水各项理化 指标的稳定性：同时在供水出口处添加次氯酸钠，保证水的无菌化；并建立了酿造水、 脱氧水等生产用水的检测制度和质量控制标准。 通过水处理系统改造前后比较发现采用新的水处理系统后，酿造用水、脱氧水和洗 净水的水质得到了改善和提高，细菌总数和厌氧菌的检出率明显降低。生产用水水质的 提高促进了酵母的絮凝沉降，而且提升了成品啤酒的微生物合格率和产品的品评结果： 通过调查发现，公司品牌形象和消费者喜好度都较改造前有明显提升。 关键词：啤酒，反渗透( r 0 ) ，酿造水，脱氧水，洗净水，微生物 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hp r o s p e r i t yo fb r e w i n gi n d u s t r yi nc h i n aa n dp u r s u i n gt ol i g h tb e e r , m o r ea n dm o r e a t t e n t i o nw a sp a i do nb r e w i n gw a t e rw h i c hw a sc o n s i d e r e da s t h eb l o o do fb e e r ”t h eb e s t b r e w i n gw a t e r s h o u l db ep u r ea n dw i t l laf i tl e v e lo fi o n ，t o t a lr i g i d i t y , t o t a la l k a l i n i t ya n dp h v a l u e i nt h ec o n s i d e r a t i o no fc o s ts a v i n ga l m o s ta l lb r e w e r i e st r e a tw a t e rd i f f e r e n t l yt om e e t d i f f e r e n tt e c h n i q u er e q u i r e m e n t s h o wt oc o n t r o lt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a li n d e xo fb r e w i n gw a t e re x a c t l yw i t ha u t o m a t i c e q u i p m e n t sw a st h ek e yp o i n to ft h et h e s i s i tw a sd i s c u s s e dt h a th o wt ol a y o u tan e w s e to f b r e w i n gw a t e rs y s t e mi na no l db r e w e r yw i t h i nt h el i m i t e ds p a c e ，a n dh o wt os o l v ep r o b l e m s w i t hb r e w i n gw a t e ro fg o o dq u a l i t yi nt h eo l db r e w e r yi nw h i c ht h eq u e s t i o nw a su s u a l l y t a k e np l a c e ，a n dt h eo l db r e w i n gw a t e rt r e a t m e n ts y s t e mw a sr e b u i l t al o to fd a t ab e f o r ea n d a f t e rt h es y s t e mm r m i n gw a sc o l l e c t e di nt h ep a p e r an e wa u t o m a t e dw a t e rt r e a t m e n tm e t h o d w a se a s t a b l i s h e ds u c c e s s f u l l yw i t hr e v e r s eo s m o t i cw a t e rt r e a t m e n ti n c l u d i n ge q u i p m e n t s e l e c t i o na n dc o l l o c a t i o n t h em o s ti m p o r t a n tw a st h a ta na u t o m a t i cw a t e rt r e a t m e n tm e t h o d w a ss t u d i e dw i t ht i t i l i t yo fp l cm o n i t o r i n gc o n d u c t a n c er a t i oo fw a t e rb l e n d e db yo r i g i n a l w a t e ra n dr e v e r s eo s m o t i c ( r o ) w a t e rw i t hr a n g i n gr a t i o n a c l 0w a sa d d e da tt h eo u t l e tt o k e e pt h ew a t e rs t e r i l i z a t o i n t h eq u a l i t yo fc l e a nw a t e rw a si m p r o v e di no r d e rt od e c r e a s e m i c r o o r g a n i s ml e v e l i ns o m ek e yw o r k i n gp o i n t si np a c k i n gh o u s e ，t h ew a t e rw a sa l s o c h a n g e da n dt h eh i g h e rc l e a n i n gr a t i ow a sf o u n do u t ，l e s sb l o c k e db ys c a l i n e s sa n db e t t e r m i c r o o r g a n i s m l e v e l i tw a sf o u n dt h a tt h eq u a l i t yo fb r e w i n gw a t e r , d e o x y g e nw a t e ra n dc l e a n i n gw a t e rw a s i m p r o v e da n da d v a n c e da f t e rc o m p a r i n gt h eb e f o r ea n da f t e rw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m r e f o r m a t i o n t h en u m b e ro ft o t a lb a t e r i aa n da n a e r o b i cb a c t e r i aw a sd e c r e a s e dg r e a t l y t h e y e a s tf l o c c u l a t i o n w a sp r o m o t e db yi m p r o v i n gb r e w i n gw a t e rq u a l i t y t h er e s u l to f m i c r o o r g a n i s ma n dp r o d u c tt a s t ew a si m p r o v e do b v i o u s l y t h ea p p e r a n c eo fb e e rb r a n da n d c o n s u m e rf a n c yw a si n c r e a s ：e da f t e ri n v e s t i g a t i o n k e yw o r d s ：b e e r ，r e v e r s eo s m o t i c ( r o ) ，d e a e r a t i o nw a t e r ，c l e a n i n gw a t e r ，m i c r o o r g a n i s m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： e l 期： o o o c 3 1 毕 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：导师签名： 日 期： 翌翌：兰：! 生 第一章绪论 第一章绪论 1 1 啤酒工业发展概况 啤酒历史悠久，大约起源于9 干年前的中东和古埃及地区，后跨越地中海，传入欧 洲，1 9 世界末，传入亚洲。啤酒是世界性饮料酒，啤酒生产几乎遍及世界各国，是世界 产量最大的饮料酒。2 0 0 6 年我国啤酒产量达到3 4 5 4 。8 万千升，而2 0 0 7 年达到3 9 3 1 4 万千升，成为我国改革开放以来发展最好的产业之一。根据啤酒协会统计，2 0 0 7 年全国 啤酒总产量比1 9 7 8 年增长了近万倍，己连续6 年居世界第一，行业总利润突破2 0 0 亿 大关，位居整个食品行业第二位【1 1 。 1 2 啤酒酿造用水的现状 1 2 1 酿造用水的重要性 我国啤酒工业经过二十多年的强劲发展，在对啤酒口味清爽纯正的不断追求下，通 。过不断提升酿造设备的设计配置水平及生产管理水平，使我国啤酒的总体产品质量有了 很大的提高，并在我国食品业中处于领先水平。啤酒界曾经有将酿酒用水称为啤酒的 “血液 之说，要做到啤酒的口味纯正和清爽，就必须对啤酒酿造用水提出更高的要求。 最好的酿造用水，必须是纯净、无色、无异味、无菌、含适量离子( 可包括一些有益的 矿物质离子) ，且总硬度、总碱度及p i - i 水平必须合适。但从企业角度来讲，就需要增加 更多的设备投资。现在既有不少企业能将酿造水处理到完全符合纯生啤酒的生产要求， 也有一些条件较差的啤酒厂没有很好的水处理设施，如用河水直接制作酿造水，结果水 中微生物超标且有杂质和异味，这样酿制出来的啤酒的口味就根本无法使消费者达到饮 后愉悦的效果。 1 2 2 啤酒生产的水质概况 表卜1 表1 - 4 显示了国内a 、b 两个啤酒生产厂家的水质检测数据。 表1 - la 厂水质的微生物控制标准 t a b l e1 - 1m i c r o o r g a n i s mi n d e xo fw a t e ri nb r e w e r ya 注：自来水执行中华人民共和国国家标准生活饮用水卫生标准( 编号g b5 7 4 9 - 2 0 0 6 ) 。 1 t a b l e1 - 2i n d e xo fb r e w i n gw a t e ro fb r e w e r y a 甄面矿面r _ 五广。勒2 剿2 u 里 总碱度c m 鲥 竺石 竺石 善曼 6 丁7 5：篇 p i - i 。6 3 7 5 6 3 。7 8 4 u5 0 o j 。) 。刚 氯离孚( m g i o 3 5 3 5 3 5 l 周 笔鬈黑薯 詈 ：阴b 萎鬈黑翥 翥 篇, 9 霎皇詈黑罢 嚣 ：，月 嘉鬈嬲蠹三2 嘉三2 篇b 嚣鬈黑黧黧 ：阴 竺矍( m 鬯 一 0 d 5 0 d 5 篇 电导率f l l s c m ) 5 0 “”。 絮骝孢稳无瓢祧悬浮豪溅 。坩淼) 感官评价 歪皇：至墨：至墨堕：至望呈墨兰嬖兰兰塑望一一一竺竺竺生 孤了i 两丽丽旺翰磊际准 竺竺骚焉巫黑亭罩需莩焉署焉 百莱琢趸丽示磊矮面环得检出 不得检出 1 7 苎 酿造酿造水加 至堡竺堂 至堡竺堂翌：堡竺皇旦 t a b l e1 - 4i n d e xo fb r e w i n gw a t e ro fb r e w e r yb ；五藤面飞百_ 面r 丽万 副5 0 5 里 兰纂黑祟篓 1 0 7瓠甜 孺 霎纂譬黑烹翥黧 黧 满 镁硬度6 q 0 竺 锄4 3 8 56 删篇 dh,0-85 6 5 7 8 6 , f f 芍， o u 石) 1 77 刚 铁鬈裂艴亍罢、无瓢无明显悬浮颗粒与沉 1 d 淼 感官评价 垂皇：垂墨：至墨堕：至竺兰苎翌坠竺兰兰 二竺里 气孺雨丽莉丽而丽丽- 丽丽函函丽百丽芬瓦 2 第一章绪论 水质控制水平还是偏低。 此外，国外啤酒生产厂家的水质数据( 日本三得利生产纯生啤酒要求) 有所不同： ( 1 ) 水质的微生物要求( 酿造水、自来水、净化水) ：好氧微生物 2 0 个m l ，厌氧微 生物0 个1 0 0 m l ，酵母菌0 个1 0 0 m l ，大肠菌群不得检出。 ( 2 ) 发酵期间：好氧微生物0 ，厌氧微生物o ，酵母菌0 ，大肠菌群不得检出。 ( 3 ) 清酒：好氧微生物 5 个1 0 0 m l ，厌氧微生物0 个1 0 0 m l ，酵母菌 5 吟 l o o m l ， 大肠菌群不得检出。 ( 4 ) 灌装后生啤：好氧微生物 3 年 6 第二章啤酒厂酿造水处理系统的设计改造 第二章啤酒厂酿造水处理系统的设计改造 2 1 技术依据及工艺流程确定 2 1 1 技术依据 2 1 1 1 原始水质 三得利光明啤酒( 上海) 有限公司的原水水质分析详细数据如表2 - 1 所示。 表2 - l 原水g - g r 分析详细数据 f a b l e2 - 1a n a l y s i sd a t ao fu n t r e a t m e n tw m e r 项目单位数值项目单位数值项目 单位数值 水温 5 - - 一3 8 k + m g l 1 0 4c 1 一m 以 1 0 7 气味、颜色 、 清 n a + m g ，l 1 9 0 s 0 4 2 一 m g t , 6 0 电导p s c m c d + m g l 7 6 h c 0 3 一 m g l 1 0 7 11 p r i 6 8 3 m g ”m _ g l 1 4 9 4 n o r ：r a g t , 1 5 浊度 m g l 1 0m s ，水头损失0 0 5 m p a ，混合速度梯度为7 0 0 1 0 0 0s 。1 ，直径o = 1 5 0h i m ，长度l = 1 2 0 0 衄；进口设置 2 个加药接口。混合器采用s s 3 0 4 不锈钢材质，并在出口设置取样口。 2 2 1 3 氧化剂加药装置 为了避免后续预处理系统、反渗透系统中快速滋生微生物，缩短反渗透系统的清洗 周期，对原水进行杀菌消毒处理，氧化剂采用工业用n a c l 0 溶液。 投加标准的确定：设计n a c i o 的投加标准为o 5 1 0m g l ( p a 有效氯计) 。以8 的溶 液( 以有效氯计) 进行投加，系统总进水量为7 0m ，则投加量最大值为0 9l h ( 8 有效氯浓度) 。 计量泵选型：选用美国m i l t o n r o y 公司的p 0 3 6 型计量泵2 台，j l 用1 备，其性能为： 出力q m a x = 1 61 , h 、出口压力h = o 7 6m p a 。 计量箱：同2 2 1 2 。 管道混合器：与絮凝剂共用。 2 2 1 4 砂过滤器 砂过滤器可除去水中微悬浮物和杂质颗粒，避免水中杂质进入反渗透膜元件后对膜 元件造成污染，延长化学清洗的周期。 细砂过滤器反冲洗采用原水反冲方式，反冲洗根据进出口的压力差达到设定值或总 运行时间达到设定值来进行。反冲洗用水采用原水。根据反冲洗的设计规范，水冲 洗强度取1 4l 砰s ，冲洗时间1 0 m i n 。 根据反渗透系统的进水量为6 7m ，以及系统运行的实际情况，则细砂过滤器的总 进水量为6 7m 3 h 。考虑到过滤器反冲洗采用原水，为节省系统设备的投资，本工艺 设计不单独设置反冲洗水泵，而直接采用变频控制的原水泵的流量进行反冲洗：在 反冲洗时，系统停止运行，待反冲洗完毕后系统投入运行。 考虑到过滤器的反冲洗采用原水泵冲洗，因此，在运行反冲洗切换过程中，尽量保 持系统用水量的稳定，因此考虑反冲洗流量不能太大。根据系统设计反冲洗强度1 4 l m 2 - s ，因此设计采用3 台0 2 0 0 0 细砂过滤器，单台水处理能力为2 5m ，运行滤 速8m h ：其反冲洗流量为1 5 5m ，在变频水泵流量能接受的控制范围内。而若 采用2 台过滤器，则需采用至少0 2 8 0 0 的细砂过滤器，此时反冲洗流量将达到3 1 0 m 3 m ，远远大于运行时的6 7m 3 h ，反冲洗时将影响其他系统的用水。因此综合以上 选用3 台0 2 0 0 0 细砂过滤器的配置方式。 1 0 第二章啤酒厂酿造水处理系统的设计改造 砂过滤器设计主要内容。设计砂过滤器的直径为2 0 0 0m i i l ，直边高度h = 1 5 0 0m l ， 总高度为h = 4 0 0 0i n l i l 。承托层石英砂d m i n = 2r a i n ，d m a x = 3r a i n ，滤层厚h = 2 0 0m m ； 过滤层石英砂d m i n = 0 4m n ，d m a x = 0 。6m m ，滤层厚h = 8 0 0m m ；总滤料高度1 0 0 0m l i i 。 过滤器的控制方式采用全自动控制气动阀门，进出口设置压力表。过滤器设置相进 水管、排水管、反冲洗水管、反冲排水管、正洗排水管、排气管等。 砂过滤器采用橡胶衬里，壁厚8m i l l ，内衬2 层厚度不小于5 衄的耐酸橡胶衬胶层， 衬胶完整无针孔，能接受芝2 0 k v 伏电火花试验而不被击穿，衬胶层为二层衬里，并 延至外部法兰结合面。所有内部管路采用法兰与本体连接，并考虑检修和部件更换 的便利，内部部件的材质均符合规定要求，紧固件等同内部管件材质相当。内部部 件的固定及加固，能承受水流的冲击。 过滤器设置窥视镜。窥视材料是透明的、耐腐蚀的，其厚度能承受过滤器的设计压 力和试验时的试验压力。窥视镜的内表面与容器的内表面平齐。窥视镜设方便观察 的爬梯。 过滤器设置2 个人孔，上入孔与下人孔器。人孔的大小能保证检修人员的进出和更 换部件的进出。人孔和人孔盖的内表面与容器的内表面平齐。人孔配有人孔盖、垫 圈、螺栓、螺母和起吊杆等全套部件。 过滤器的下布水方式采用多孔板安装a b s 水帽；上布水为孔板缠绕不锈钢网。设备 内嘟进水、进气和集水、集气装置的布水、布气均匀，没有偏流现象。 所有过滤器内部装置、管件、部件等在发货前在过滤器内安装固定好，防止遗漏零 件以及在运输过程中的损坏或丢失。所有过滤器内外部件除特殊需要外，不采用任 何塑料材质，且材质与设备防腐等级相当。 过滤器设备设置支脚。 2 2 1 5 活性炭过滤器 反渗透系统对进水有机物和余氯有一定的要求，活性炭过滤器可除去水中有机物和 余氯，避免反渗透膜元件被有机物污染，防止膜元件接触余氯引起膜分解，从而导致膜 性能下降。 活性炭过滤器反冲洗采用原水反冲方式，反冲洗根据进出口的压力差达到设定值或 总运行时间达到设定值来进行。反冲洗用水采用原水。根据反冲洗的设计规范，水 冲洗强度取1 0l m 2 s ，冲洗时间1 0 m i n 。 根据反渗透系统的进水量为6 7m 3 h ，以及系统运行的实际情况，则活性碳过滤器的 总进水量为6 7m 3 h 。考虑到过滤器反冲洗采用原水，为节省系统设备的投资，本工 艺设计不单独设置反冲洗水泵，而直接采用变频控制的原水泵的流量进行反冲洗； 在反冲洗时，系统停止运行，待反冲洗完毕后系统投入运行。 根据系统设计反冲洗强度1 0l m 2 s ，因此设计采用3 台西2 2 0 0 活性炭过滤器，单台 水处理能力为2 5m 3 h ，运行滤速8 m h ；其反冲洗流量为1 5 0m 3 h ，在变频水泵流 量能接受的控制范围内。而若采用2 台过滤器，则需采用至少中2 8 0 0 的活性炭过滤 器，此时反冲洗流量将达到3 0 0m 3 h ，远远大于运行时的6 7m 3 h ，反冲洗时将影响 江南大学工程硕士学位论文 其他系统的用水。因此综合以上选用3 台0 2 2 0 0 活性炭过滤器的配置方式。 活性炭过滤器设计主要内容。设计活性炭过滤器的直径为0 2 2 0 0m i l l ，直边高度 h = 1 5 0 0 m m ，总高度为h - 4 0 0 0i n i n 。承托层石英砂d m i n = 2m m ，d m a x = 3m m ，滤层 厚h - - 2 0 0m m ；过滤层活性炭d m i n = 1 2r e i n ，d m a x = 2 5m m ，滤层厚h = 8 0 0m m ；总 滤料高度1 0 0 0 1 m 。 活性炭过滤器采用s s 3 1 6 不锈钢材质，壁厚5 蚴，设备本体装真空阀同时安装就地 温度表，能够满足蒸汽杀菌要求，实现安全操作。其他同2 3 4 。 2 2 1 6 阻垢剂加药系统 r o 装置设计回收率为7 5 ，浓水的离子浓度是r o 进水的4 倍。因此将会导致r o 膜浓水侧出现c a c o ；b a s 0 4 0s r s 0 4 或s i 0 2 等物质沉淀析出，沉积在r o 膜上，造成 r o 膜透水率和除盐率下降，损坏膜元件：为防止沉淀结垢，保证r o 装置的长期、正 常运行，应添加复配有机阻垢剂来解决此类问题。投加点设置在保安过滤器之前j 投加标准的确定 根据本系统实际水质分析，经过专用软件计算，阻垢剂的投加标准：2 5 - 3 0m g l ( 以 标准溶液计) 。以1 0 的标准液投加，根据r o 系统进水量最大值为7 0m 3 h ，则投加量 最大值为2 1l h ( 1 0 浓度) 。 计量泵选型：同2 2 1 2 。 计量箱j 同2 2 1 2 。 2 2 1 7 保安过滤器 保安过滤器用于拦截从预处理系统中偶尔流失的破碎颗粒和杂质，保护r o 高压泵 和膜不被损坏，真正起到“保安 的作用。j 设计采用1 台6 0 0 微孔过滤器，单台水处理能力为7 0m a h ，设计压力0 6m p a 。 保安过滤器内装微孔滤元件数量采用4 0 只，符合运行滤速不大于1 0m 3 ( m 2 h ) 的设 计规范要求；滤芯长度为1 0 0 0n l n i ，滤元件为聚丙烯熔喷式滤芯，孔形呈锥形结构， 过滤精度为5i n n ，过滤器本体材质采用s s 3 0 4 不锈钢。 保安过滤器的控制采用压差控制方式，当过滤器进出口压差大于设定值时，进行过 滤器滤芯的更换。 保安过滤器中的滤元为可更换卡式滤棒，保安过滤器的结构能满足快速更换滤元的 要求。 进入保安过滤器的水管上设置排放阀。 2 2 1 8 高压泵 r o 高压泵是反渗透系统的核心设备之一，r o 系统运行是否稳定、可靠与高压泵的 运行是否稳定、可靠有直接的关系。同时由于高压泵的价格相对较高，一般不考虑备用， 因此高压泵的选择常以性能价格比为最优作为评判标准。 根据反渗透系统产水量5 0m 3 m 以及装置的回收率7 5 ，则反渗透装置的进水量为 6 6 7m a h ，因此高压泵流量设计取7 0m a h ，考虑3 年之后由于膜元件老化而导致反 渗透系统所需提高的压力，以及设计水温1 5 ，取为1 5 5m p a ；若在水温继续降低 1 2 第二章啤酒厂酿造承处理系统的设计改造 的不利情况下，采用系统进水的压力叠加的方式，即过滤水泵与高压泵扬程的叠加， 仍能达到系统因为膜元件老化或污堵、温度降低等而所需的反渗透进水压力。 反渗透装置设计采用1 台丹麦g x u n d f o s 公司的c r n 6 4 - 7 - 1 型立式多级不锈钢离心泵： 高压泵的性能参数：q = 6 7 m 3 h ，h = i5 5 m p a ，n = 2 9 0 0r r a i n ，n = 3 7 k w ，水泵材质 为不锈钢s s 3 1 6 。 高压泵的出口设置电动慢开阀，在系统启动时，控制阀门的开启速度，可以使得反 渗透的升压过程平缓，以防膜组件受高压水的冲击。 反渗透高压泵、管道及附件的材料均采用不锈钢。密封方式采用耐腐蚀机械密封。 高压泵出口设置低压力开关，压力超高时报警井停泵i 高压泵进口设置进水压力低 开关，压力低时报警并停泵，保证高压泵在缺水对的停机保护。 高压泵的控制采用变频控制的方式，即可以根据用户需要或通过反渗透系统的进水 流量反馈信号来自动控制高压泵的运行频率；另一方面变频的控制方式可以使得高 压泵的启动平缓，以防膜组件受高压水的冲击。 图2 - 2 高压秉 f | 9 2 - 2 蛐曲- p r 船s i 聆p u m p 2 21 9 反渗透装置 反渗透o i o ) 装置用来除去水中的阴阳离子 量的预除盐作用，三年内的除盐率，9 7 。 图2 - 3 r o 膜元件 f 培2 - 3 r o 呦b r a n o 是整个工艺系统组成的关键部分，起大 根据三得利光明( 上海) 有限公司的原水水质资料，设计反渗透系统的水回收率为 7 5 ，反渗透装置的产水量设计为5 0 m 3 h ，进水量为6 67 m 3 h ，回收率和脱盐率分 别为7 5 和卯，设计水温取冬天水温为1 5 时的情况。 根据原水的水质资料，且采用传统砂过滤+ 活性炭过滤的与处理方式，因此根据工程 经验，选用给水通道较宽( 达到3 4 m i l ) 的抗污染膜元件，而不采用给水通道相对 较窄( 2 8 n 缸1 ) 的膜元件。因此，最终选用d o w 化学公司的b w 3 0 - 4 0 0 3 4 i f r 抗污染型 卷式聚酰胺复合反渗透膜元件，单只反渗透膜元件性能参数如表2 _ 4 所示。 单套反渗透装置配置5 4 只陶氏化学的b w 3 0 - 4 0 0 3 4 if r 型膜元件，其单只膜面积为 4 0 0 铲膜元件，除盐率9 95 ：配置9 只哈尔滨乐普反渗透膜压力容器，每只膜壳装 6 只反渗透膜，排列为一级二段，6 ：3 排列，膜通量约1 46 5g f d ( 2 49 2l m h ) ，符合 地表水源水传统过滤作为预处理时，反渗透膜元件通量1 2 1 6 g f d 的设计导则规定。 南大学i 程碗士学位论文 反渗透装置的技术指标如表2 - 5 所示。 袁2 - 4 反渗透麓原件挂能指标 t a b l e2 - 4 曲n y a n d i n d m o f r o m e m b r a n e 序号 技术参数指标值序号技术参数指标值 1 型号 r w 3 0 - 4 0 0 3 4 i f r1 0 最大给水s d i 5 2 膜类型聚酰胺复合膜 儿 最大给水浊度n t u 1 3有效膜面积铲( m 4 0 0 ( ，订 1 2 最高运行压力p s i ( b a t ) 6 0 0 ( 4 d 4 进水流道宽度 3 4 1 3 最大运行压差p s i ( b a r ) 1 5 ( 1 o ) 5 标准产水量g , p d ( m 3 d ) 1 0 5 0 0 ( 4 0 ) 1 4 最高运行桩度( 。d 4 5 ( 1 1 3 ) 6 穗定脱盐率( ) 9 951 5 连续运行阻范围 2 1 1 7 最小脱盐宰( ) 9 9 01 6 短时清洗p h 范围( 3 0 m i n ) 1 1 2 8 典型回收率( ) 1 51 7 游离氯容忍量( p p m ) 8m m ，最高使用温度8 0 。c 。 输出水泵：设计选用丹麦g r u n d f o s 公司的多级立式离心泵( c r c m 6 4 1 ) 2 台，流 量q - - 7 0m 3 h 、扬程h = 0 2 0m p a 、转速n = 2 9 0 0r r a i n 、功率n = 5 5k w 。材质为不锈 钢s s 3 0 4 。 2 2 1 1 2 混合水缓冲水箱 设计一座混合水缓冲水箱，采用s s 3 0 4 不锈钢材质。根据系统要求，混合水缓冲水 箱有效容积取为v n - - 1 8 m 3 ，外形尺寸： x h = 2 5 0 0 x 4 0 0 0m i l l 。 2 2 1 1 3 混合水输送水泵 设计选用丹麦g r u n d f o s 公司的多级立式离心泵( c r c m 4 5 - 2 - 2 ) 2 台，流量q = 5 0m 3 h 、 扬程h = 0 2 51 v p a 、转速n = 2 9 0 0r r a i n 、功率n - - 5 5 k w 。水泵材质为不锈钢s s 3 0 4 。 2 2 1 1 4 反渗透清洗系统 渗透清洗系统包括清洗水箱、清洗水泵、清洗保安过滤器、电加热器、阀门、管道、 拆卸压力等仪表。 清洗水箱：设计v n = 3m 3 清洗水箱一台，规格为1 6 2 0 x h 2 0 4 0 衄。清洗配药用水 采用反渗透产水；为保证清洗时的水温，清洗水箱内设置电加热器1 台，功率为 2 0 k w 。采用聚乙烯( p e ) 材质；分别设置反渗透浓水回流和产水回流接口。清洗水箱 配制清洗药液时，采用清洗水泵循环回流来进行搅拌混合。由于清洗水箱高度超过 正常操作高度，装置设有操作平台和爬梯。 清洗水泵：设计选用1 台i h 8 0 - 6 5 - 1 6 0 单级卧式化工离心泵，其性能参数为：流量 q = 5 0m 、扬程h = 0 3 2 - 0 3 7l v i p a 、转速n = 2 9 0 0r m i n 、功率n = 7 5k w 。机械密封。 清洗保安过滤器：为了防止在循环清洗过程中杂质颗粒再次堵塞反渗透膜元件流水 通道或划伤膜元件，设计采用反渗透进水保安过滤器。 2 2 1 1 5 软化系统 根据系统的总出力以及系统匹配，设计选用3 台玻璃钢材质钠离子交换器，采用无 顶压顺流再生固定床，体内再生，2 用1 备；单台出力为5 0m 。 设计参数：1 8 0 0 m m ，计滤速为1 9 6m h ，；交换器树脂采用0 0 i x 7 强酸型阳离子交 换树脂，采用食品级树脂，填高取为h = 1 4 0 01 1 1 i l l ；交换器总高度为h = 2 4 0 0m m 。 配置美国f l e c k3 9 0 0 型自控多路阀。 2 2 1 1 6 洗瓶水缓冲水箱。 设计一座洗瓶水缓冲箱。根据系统要求，洗瓶水缓冲水箱有效容积取为v n = 2 0m 3 ， 外形尺寸：西h = 3 0 0 0 x 3 0 0 0m m 。 采用s s 3 0 4 不锈钢材质。采用原有设备。 2 2 1 1 7 洗瓶水输送水泵 设计选用丹麦g r u n d f o s 公司的多级立式离心泵( c r c m 6 4 - 2 1 ) 2 台，流量q = 6 0m 、 扬程h = 0 3 8m p a 、转速n = 2 9 0 0 r m i n 、功率n = l l k w 。材质为不锈钢s s 3 0 4 。 1 6 第二章啤酒厂酿造水处理系统的设计改造 2 2 1 1 8 洗瓶水过滤器 设计采用2 台0 7 0 0 过滤器，1 用1 备，单台水处理能力为1 0 0m ，设计压力0 6m p a 。 过滤器内装微孔滤元件数量采用5 0 只，符合运行滤速不大于1 0m 3 ( m ：h ) 的设计规 范要求；滤芯长度为1 0 0 0i n t o ，滤元件为聚丙烯熔喷式滤芯，孔形呈锥形结构，过 滤精度为1 0p a n ，过滤器本体材质采用s s 3 0 4 不锈钢。 采用压差控制方式，当过滤器进出口压差大于设定值时，进行过滤器滤芯的更换。 过滤器中的滤元为可更换卡式滤棒，保安过滤器的结构能满足快速更换滤元的要求。 进入过滤器的水管上设置排放阀。 2 2 1 1 9 钠离子交换树脂再生系统 盐溶解箱。根据n a c l 耗量及树脂的填充量，每台钠离子交换器再生一次的n a c i 的 用量为3 2 0k g ( 9 5 ) ，考虑尽量减少再生液的配置频率，设计采用2 台5 0 0 0l 溶盐 箱，规格为0 1 7 4 0 x h 2 4 4 0 m m ，配置频率按不小于2 4 h1 次计。 溶盐循环泵。设计流量取为1 0m 3 h ，扬程取为0 1 5m p a 。选型：选用2 台上海科尔 达制泵有限公司的f p ( f s ) 4 0 - 3 2 - 1 2 5 型塑料耐腐蚀离心泵，1 用l 备。流量q = 1 0m 3 h ， 扬程h - - 0 1 5m p a ，转速n = 2 9 0 0r m i n ，功率n = 2 2k w 。 2 2 2 管路系统设计 氯 2 2 2 k 阀门 本除盐水处理系统内的所有气动蝶阀、电动蝶阀、手动蝶阀、手动截止阀、止回阀、 手动隔膜阀均采用日本k i t z 进口产品。 2 2 2 2 1 法兰 警 所有法兰连接尺寸均符合g b t 9 1 1 9 - 2 0 0 0 规格，并符合相应管路的压力等级。 2 2 2 3 管道 管道法兰螺栓孔连接尺寸按中国国家标准h g 2 0 6 1 5 - 9 7 规格执行。 管道布置设计符合下列原则：管道布置应力求管线短、附件少，整齐美观，扩建方 便，便于支吊，并尽量采用标准管件和减少液体阻力损失；布置不得影响设备的起 吊、运送，并尽量不妨碍门窗的开闭；由除盐水系统至用水点的管道，可采用通行 管沟、不通行管沟或架空敷设。通行管沟净高应不小于1 8m ，通行净宽应不小于0 6 i n 。距离长的不通行管沟中间应有检查井；架空敷设的管道在最高点处应设有排气阀， 管沟内敷设的管道在最低点应设有放水阀；手动操作阀门的布置高度不宜超过1 6 i n ，高于2m 的阀门应有传动装置或操作平台，阀杆的方向不宜向下；管外壁与墙( 沟) 壁之间，相邻管道外壁之间应有适当的空隙以便于安装和维修。 管道材质选择，并参照如下要求：不锈钢管材质采用3 0 4 不锈钢；碳钢管采用2 0 号 钢；塑料管采用u p v c 材质。 系统各管路材质选择：砂过滤器之前采用碳钢管；砂过滤器出口到高压泵进口采用 s s 3 0 4 不锈钢管道；反渗透系统高压管路采用s s 3 0 4 不锈钢管道：反渗透产水管路 采用s s 3 0 4 不锈钢管道；加药管路全部采用u p v c 材质管道；反渗透清洗系统采用 u p v c 管道；软化器进口管道采用碳钢管；软化器出口管道采用s s 3 0 4 不锈钢管道。 1 7 江南大学工程硕士学位论文 2 3 其它系统设计 2 3 i 仪表控制 2 3 1 1 控制方式 在车间控制室内实现对除盐水系统的监视控制：砂过滤器、活性炭过滤器以及反渗 透装置采用p l c 全自动控制方式；软化系统则采用自控多路阀全自动控制的方式； 在p l c 系统中对整个除盐水系统实行运行参数的监控。 除盐水系统采用p l c ，p l c 采用进口品牌的高端产品，可以实现自动厚动控制切换。 整个系统的控制在就地和控制室内均能够实现。 本公司提供的p l c 对过程参数进行集中监控。即除盐水系统生产过程的监控、操作 及状态监控、故障报警、显示、累积和调节、程序控制、报警的确认、消音和复位， 均由本公司提供的p l c 实施。 除盐水系统的联锁保护系统功能由本公司提供的p l c 完成。 监控要求不频繁的非关键过程变量，采用就地显示和控制；要求在开车过程中监视； 必须现场操作的过程变量，采用p l c 对其进行监控。 2 3 1 2 在线仪表 除盐水处理系统在线仪表包括但不仅限于下列仪表：计量箱液位、混合水缓冲水箱 。液位、反渗透进水产水电导、反渗透进水p h 、反渗透产水、浓水流量、反渗透进水温 度、反渗透进水段间、浓水压力和混合水电导表。 2 3 1 3 控制室仪表 除盐水系统采用一套独立的p l c 系统进行过程控制。本公司成套提供的p l c 的输 脯出点数，保证具备1 5 的备用点。 2 3 1 - 4 报警系统。 所有报警的一次接点在装置正常操作时将是闭合，并且在异常条件下打开。能在 p l c 系统中实现系统操作参数异常的报警、药箱液位低报警、系统压力高低报警等，并 实现相应的连锁。 2 3 1 5 仪表刻度和测量单位 仪表刻度统一为0 1 0 0 线性，在仪表铭牌上给出倍率和工程单位。在可能的情况 下，例如就地指示仪表，采用直接指示刻度。所有制造厂商数据或计算都采用s i 单位 制：液体流量：m 3 h ；气体流量：n m 3 h0 。c ，1 a t m 为标准状态；液位：m ；压力( 表压) 及差压：k p a ，m p a ；温度：；液体及蒸汽密度：k g m 3 。 2 3 2p l c 控制方案 采用了p l c 全自动监控水处理的整个过程，实现了通过电导率控制原水与r o 水混 合比例的方式，保证了供水理化指标的稳定性；酿造水p h 的稳定，保证了脱氧水的p h 值控制在合适范围，不再需要添加调节p h 的添加剂。 2 3 2 1i o 设计清单 在统计被控对象f o 点数时，不同类别的被控对象f o 点数按表2 - 6 原则进行统计。 第二章啤酒厂酿造水处理系统的设计改造 根据本设计方案的工艺流程图，并考虑1 5 的备用量，初步统计f o 点数如表2 - 7 。 表2 - 6 不同类别的被控对象i o 点数统计原则 t a b l e2 - 6t h es t a t i t i c a lp r i n c i p l eo fi oo fd i f f e r e n tc o n t r o l l e do b j e c t sw h i c hw a sc o u n t e do u t 2 3 2 2 控制系统 为了对系统提供良好的控制和保护，本系统采用p l c 集中控制和就地手动控制两 种运行方式。 自动控制方式： 自动控制采用a b 系列p l c 作为控制器，配以高速输入处理模块从现场采集数据， 经过c p u 运算处理输出给现场控制设备，实现系统自动运行。 另外，为了使系统能够自动运行，控制系统设定了一些保护。如混合水箱液位保护、 药箱低液位保护、水泵过载保护。 手动控制方式 系统手动运行方式时自动运行方式自动失效，系统自动与手动的转换由就地控制柜 上的选择开关选择。在手动方式下此时所有的泵及阀门通过就地柜上的按钮或开关手动 启停，泵与阀及液位之间没有连锁。此种方式一般在自动控制系统故障时使用。 2 3 2 3 电气系统 为了保证系统的安全，对系统中用电元件实现保护，所有电气元件采用优质产品。 低压元件选用施耐德产品，接线端子采用菲尼克斯阻燃产品。电缆使用阻燃电缆，控制 柜电源电缆不低于1 5m i l l 2 ，信号电缆不低于1i i u l l 2 ，模拟量信号使用屏蔽电缆，每根 电缆至少有两芯备用。动力电缆为了保证可靠载流量修正系数统一选用o 8 。易接近水 的元件采用直流2 4 v 工作电源，工程所有用电设备均需实现可靠接地。 2 3 。2 4 控制电源和气源容量及要求 1 9 江南大学工程硕士学位论文 根据系统的设计，电气供给自控系统的电源为2 2 0 va c 单相电源。 由于系统中的部分动力来源依靠于压缩空气( 如启动阀门) ，所以控制系统要求总系 统提供压力稳定、洁净、干燥的较高质量的气源( 通称仪表风) 。气源的气压要求大于0 4 m p a ，但不要超过0 9m p a 。 2 3 3 用电负荷计算 2 3 3 1 除盐水系统用电负荷 本除盐水系统的用电负荷计算见表2 - 8 。 表2 - 8 除盐水系统用电负荷计算表 t a b l e2 - 8c a c u l a t i o no f e l e c t r i c i t