摘要:本文介绍了用几种醇为主要原料,加入适当的添加剂,运用正交实验确定出挥发性小、载冷能力强、防锈性能优良的啤酒专用冷媒的实验方法。
一、前言
人们对啤酒的质量要求越来越高，生产啤酒用辅助材料也不断更新换代，近些年多数啤酒厂家使用酒精做载冷剂，个别厂家使用食盐做载冷剂，但这些载冷剂，存在着消耗大，载冷能力弱，对制酒设备腐蚀严重等问题，已远远不适应啤酒行业的发展。针对这一现象，我们经过一年多的大量试验，终于研制成功。LM系列啤酒专用冷媒。
二、试验准备工作
1、确定试验方案
为了使该载冷剂具有载冷能力强，消耗低，防锈性强等优异性能，首先要确定主要材料，然后选择适当的辅助材料，并运用正交实验法确定出最佳添加剂及其比例。
2、主要原料的确定
从载冷能力、使用方便和市场情况看，主要原料初步确定为乙醇、乙二醇及其混合物。在加入合适种类及适当比例的添加剂，可以试制出不同型号性能优异的冷媒产品。
3、辅助原料的种类
为弥补传统载冷剂的缺点，可以选定防腐剂、防毒剂、防霉剂、增溶剂等添加剂，并通过试验确定最佳品种。我们选择了防锈剂（A），防腐剂（B），防毒剂（C），水稳剂（D），增溶剂（E）五种添加剂，（以下简称A、B、C、D、E），试验过程中，加入的添加剂总量不超过10%。
三、实验
为了从多种复杂的因素中准确、快速地找出对产品性能有显著影响的各因素，并确定最佳配方，经过反复研究，我们采用了五因素、四水平正交试验方案(五因素、四水平正交试验表略)。
按照正交表每十六次试验为一批试验，每一批试验可考察五个因素整个小试过程中,一共进行了50余批试验,从中总结出LM系列啤酒冷媒最佳配方。本文仅列举有代表性的一批试验来阐述实验方法。表2是一九九七年十月份的一次试验方案与试验结果情况,这里我们选择的五个因素和四个水平见表1。将选择的因素和水平（即多个因素的四种加料量）填入正交表，便得到表2的试验方案。
1、试验过程
首先进行1号试验，因分析天平分别准确称取特定的五种助剂A：5.2克,B:1.6克,C:0.8克,D:0.4克,E:0.2克,混合醇:90.6克加入到200ml烧杯中,加热并轻轻摇动至物料混合均匀。
取出25ml倒入100ml磨口量筒中，加水至100ml刻度处摇匀，倒入200ml锥形瓶中，放入40x20x5打磨光亮的A3钢板试片，在20℃恒温状态下放置24小时后观察试片表面的变化,检测试片锈蚀程度进行打分，评价每次试验情况，其结果列于表2，这批试验中醇含量约90%（其中：乙醇70%，乙二醇30%）左右，因其含量差别很小，对载冷能力影响不大，不作为考察因素。
表1.试验因素和水平
| 因 素 |
水 平WT% |
| 1 |
2 |
3 |
4 |
| A |
防锈剂 |
5.2 |
5.4 |
5.6 |
5.8 |
| B |
防腐剂 |
1.6 |
1.8 |
2.0 |
2.2 |
| C |
防霉剂 |
0.8 |
1.0 |
1.2 |
1.4 |
| D |
水稳剂 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1.0 |
| E |
增溶剂 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
2、试验数据分析处理
由H计算出每一因素同一水平下四次试验的平均综合得分H，A1、A2、A3、A4的平均综合得分分别为：
H1=（80+82+86+84）/4=83
H2=（84+86+88+90）/4=87
H3=（88+90+94+90）/4=92.5
H4=（94+96+96+94）/4=95
H1 、H2、H3、H4中最大值与最小值之差称为极差，用R表示，因素A的极差=95-83=12。
表2.试验方案数据表
| 序号 |
因素 |
A |
B |
C |
D |
E |
低碳醇 |
评分H |
| 1 |
5.2 |
1.6 |
0.8 |
0.4 |
0.2 |
91.8 |
80 |
| 2 |
5.2 |
1.8 |
1.0 |
0.6 |
0.4 |
91.0 |
82 |
| 3 |
5.2 |
2.0 |
1.2 |
0.8 |
0.6 |
90.2 |
86 |
| 4 |
5.2 |
2.2 |
1.4 |
1.0 |
0.8 |
89.4 |
84 |
| 5 |
5.4 |
1.6 |
1.0 |
0.4 |
0.8 |
90.8 |
84 |
| 6 |
5.4 |
1.8 |
0.8 |
0.6 |
0.6 |
90.8 |
84 |
| 7 |
5.4 |
2.0 |
1.4 |
1.0 |
0.4 |
89.8 |
88 |
| 8 |
5.4 |
2.2 |
1.2 |
0.8 |
0.2 |
90.2 |
90 |
| 9 |
5.6 |
1.6 |
1.2 |
1.6 |
0.4 |
90.6 |
88 |
| 10 |
5.6 |
1.8 |
1.4 |
0.4 |
0.2 |
90.6 |
90 |
| 11 |
5.6 |
2.0 |
0.8 |
0.6 |
0.8 |
90.2 |
94 |
| 12 |
5.6 |
2.2 |
1.0 |
0.4 |
0.6 |
90.2 |
98 |
| 13 |
5.8 |
1.6 |
1.4 |
0.6 |
0.6 |
90.0 |
94 |
| 14 |
5.8 |
1.8 |
1.2 |
0.4 |
0.8 |
90.0 |
96 |
| 15 |
5.8 |
2.0 |
1.0 |
1.0 |
0.4 |
89.8 |
96 |
| 16 |
5.8 |
2.2 |
0.8 |
0.8 |
0.2 |
90.2 |
94 |
| H1 |
83 |
86.5 |
88.5 |
90.5 |
88.5 |
|
|
| H2 |
87 |
88.5 |
90.0 |
90.0 |
88.5 |
|
|
| H3 |
92.5 |
91.0 |
90.0 |
88.5 |
91.0 |
|
|
| H4 |
95 |
91.5 |
89 |
88.5 |
91.0 |
|
|
| R |
12 |
5 |
1.5 |
2 |
2.5 |
|
|
注:H-试片在25%溶液中放置24小时后的锈蚀程序
H1-4-同一因素同一水平下四次试验的平均得分。
R-某一因素平均综合得分之极差,R=HMAX-HMIN
因素B、C、D、E的分析同上，结果列入表2下半部分。 以极差R为纵坐标、因素A、B、C、D、E为横坐标做图(见图一)。从图1可以看出，极差R的大小可以用来衡量相应因素对小样品质量的影响程度，R大因素的水平发生变化，对产品质量影响大，是重要因素，反之则是次要因素。这里五个因素的级差比较结果是RA〉RB〉RD〉RE〉RC，即因素A是主要因素，因素B是较重要因素，因素C是次要因素。
某因素HI的大小用来衡量该因素水平的优劣，即某一添加剂加入的多少对产品性能的影响，HI大的得分高,即HI大的水平为优。
A因素H4〉H3〉H2〉H1
B因素H4〉H3〉H2〉H1
C因素H2=H3〉H4〉H1
D因素H1〉H2〉H3=H4
E因素H3〉H4〉H1=H2
这样确定出这批实验的较好条件为：A4，B4，C2，D1，E3，即这批实验较好配方为：
A |
B |
C |
D |
E |
混合醇 |
5.8% |
2.2% |
1% |
0.4% |
0.6% |
90% |
根据各因素的重要程度(即R的大小)和不同水平的优劣,可以选出新的因素与水平,制定出下一批试验方案,使实验继续下去。最终得到最佳小试配方。
四、不同冷媒性能对比
表3列出了用水稀释为20%浓度时的不同冷媒的工作性能及其价位，其中载冷能力是以20%浓度时各冷媒溶液的冰点来表示的。
载冷剂（20%水溶液） |
载冷能力 |
锈蚀性 |
挥发性 |
市场价格 |
食盐 |
-16℃ |
非常严重 |
无 |
低 |
酒精 |
-8℃ |
严重 |
强 |
较低 |
乙二醇 |
-8℃ |
严重 |
微小 |
高 |
LM冷媒 |
-13℃ |
微小 |
小 |
适中 |
根据表3，结合目前啤酒厂应用情况可以看出。由于食盐具有非常严重的锈蚀性这一致命缺陷，作为载冷剂在啤酒生产过程中已经很少被使用了。目前广泛使用的酒精及乙二醇也存在锈蚀严重、载冷能力差的缺点。而LM系列冷媒在保证了低挥发、高载冷性的同时，又具有优良的防锈性能。
五、结论
LM 系列啤酒专用冷媒的面世，将结束啤酒发酵冷却系统用载冷剂防锈性差、载冷能力弱、挥发损失大的现状，可显著降低设备的维修费用及操作费用。使系统的寿命延长一倍以上。随着这项技术的进一步推广，该产品会逐步取代食盐酒精等传统载冷剂。
参考文献：
1.《啤酒科技》2000年第六期。
2.Cooler for alcohol refrigerant-comprising indirect heat exchanger to cool an alcohol refrigerant made of methanol and ethanol using liquid naturalgas.jp2743966.AGENCY OF IND SCI&TECHNOLOGY.
3.集中冷却啤酒发酵柜 CN2274640
4.《数学手册》人民教育出版社。
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