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啤酒行业解决方案

发布者:admin发布时间:2021-01-08访问量:41

用高新技术改造传统的啤酒行业,已经成为啤酒行业的当务之急,也是啤酒行业求发展的必由之路。

  一 工艺简介

  完整的啤酒生产过程划分为糖化、发酵和灌装3个工段。前两大工段对啤酒的产量和品质起着关键性作用。其中糖化工段主要包含粉碎、糊化、糖化、过滤、煮沸、沉清、冷却以及CIP等生产工序;发酵工段主要包含麦汁充氧、酵母系统、啤酒发酵、啤酒处理、清酒以及CIP等工序;其他辅助工序包含CO2回收、脱氧水制备、热水制备、CIP液制备等。

  二 控制方案与策略

  1. 常规控制方案与策略

  a. 糖化过程

  糖化过程工艺指标控制的好坏,对啤酒的稳定性、口感、外观有着决定性的影响。糖化生产过程工艺比较复杂、技术要求高,控制难度较大。

  (1)备料及粉碎系统的控制

  (2)糊化糖化控制

  糊化糖化流程见图1,它们都是生化反应过程,温度影响非常大,各种分解酶均需要在各自特定的温度下才能发挥其最佳作用。由于糊化、糖化温度曲线是折线生温曲线,醪液的对象特性是有时滞(约0.05~1min)温度和压力调节都通过蒸汽调节阀进行控制等特点,中控采用先进控制策略,使糊化与糖化温度严格按给定的工艺曲线进行控制,温度偏差<0.3℃。除此之外,糊化与糖化过程还需实现搅拌速度控制、给水定量控制、糊化锅防溢锅控制、分醪与并醪控制、进出料流程顺序控制、自动冲洗、排污控制等。

  (3)过滤槽控制

  过滤槽控制流程见图2,过滤槽结构复杂,过滤过程影响变量多,且耦合关系非常严重;过滤槽的全过程自动化控制难以实现。中控充分利用糟层差压、麦汁浊度、平衡柱液位、麦汁收集器液位、洗糟水流量、过滤麦汁流量等可测参数,开发了一套高效的人工模拟智能过滤槽控制系统,实现了过滤槽的自动控制,并使过滤速度达到最优。

  此外,麦汁过滤过程的自动控制还包括:过滤槽给水(垫底水、洗糟水、顶水)定量及pH值控制、回流麦汁/过滤麦汁流量检测、累积、控制、耕刀高度控制、耕刀转速控制、自动放刮板、挂刮板控制、过滤槽排糟控制、送糟过程控制、进出料流程顺序控制、自动冲洗、排污控制等。

  (4)煮沸锅控制

  麦汁煮沸流程见图3,它是糖化车间的一项关键性操作。浙大中控充分吸收了先进的工艺技术的基础上,针对动态低压煮沸和麦汁强制内循煮沸工艺分别设计了相应的煮沸控制系统。

  此外,煮沸过程控制具体还包括:酒花添加控制,糖浆添加控制,煮沸锅防溢锅控制,补水定量控制,加热蒸汽压力检测,液位控制,煮沸锅麦汁循环过程控制,二次蒸汽压力控制,储能热水温度控制,进出料过程顺序控制,自动清洗、排污控制。

  (5)沉淀与冷却的控制

  主要包括沉淀槽、蛋白糟罐液位控制,沉清过程控制、自动进出麦汁及杀菌过程顺序控制,冷却麦汁温度控制,自动清洗、排污控制。沉淀槽控制流程见图4。

  (6)CIP清洗

  CIP清洗可分为全过程联动清洗和单位设备自清洗两种方式,所有阀、泵实现联动联锁控制、在过程中可无扰动进行"手动"和"自动"切换。CIP清洗流程见图5。

  (7)辅助设备控制

  辅助设备控制主要包括冷、热水罐温度控制,酸、碱罐的pH值控制,蒸汽分气缸的压力控制,排糟压缩空气储罐、仪表用压缩空气储罐的压力控制,淡麦汁罐的控制,蒸汽、自来水流量的测量等。

  b. 发酵过程

  啤酒发酵为厌氧型生物发酵,发酵周期长,随机干扰多,控制难度大,技术要求高。浙大中控可实现包括酵母扩培、麦汁冲氧、酵母添加、酵母回收、发酵罐、硅藻土过滤、啤酒修饰、清酒、CIP以及脱氧水制备、集中取样等若干 环节在内的整个发酵过程的全自动控制。

  (1)酵母扩培

  酵母扩培控制要点主要包括整个扩培过程的温度压力的自动控制、自动CIP、自动冲氧、自动杀菌及其他相关的控制。

  (2)发酵控制

  在整个啤酒发酵的前后两个阶段均需要对发酵罐内发酵液温度和发酵罐压力作严格的控制。

  (3)清酒罐系统

  发酵成熟的啤酒经冷却过滤后送往清酒罐,然后输送到灌装车间装瓶。

(4)激冷系统

  针对激冷系统温度控制,中控采用特有的逆模型反馈控制算法,有效地抑制了冷却器的滞后性,防止了冷却器冻结现象发生。

  (5)脱氧水系统

  脱氧水系统的控制包括:脱氧水罐温度控制、脱氧水罐压力控制、出水联动控制、自动CIP控制等。

  (6)CIP系统

  CIP系统主要用于对啤酒生产设备的清洗,其控制内容有:酸碱罐pH值控制、热碱温度控制、管路清洗、阀泵联动等。在控制过程中需采用合理安全的联锁技术,保证生产的绝对安全。

  2. 特色控制策略

  中控针对啤酒生产设备与工艺特点成功开发了涵盖工艺、设备与自控的综合自动化系统,在实现啤酒生产过程自动化的同时,采用了以下优化控制策略实现了对生产过程的快速、稳定控制。

  (1)过滤槽全自动控制技术

  综合利用糟层差压、麦汁浊度、平衡柱液位、麦汁收集器液位、洗糟水流量、过滤麦汁流量等可测参数,中控研发了一套针对过滤槽过滤过程的人工智能模糊控制

  软件包,既可根据糟层上下压差,也可根据平衡柱液位控制麦汁过滤过程,保证了控制系统在必要时做出快速反应。过滤槽能在最短时间内被有效地优化至预定目标,很好地满足了不同用户的特殊需求。

  (2)带有强制内循环的列管式内加热器煮沸系统的控制技术

  中控设计了麦汁强制内循煮沸控制系统,该系统包括煮沸二次蒸汽回收装置的控制,有效地提高了麦汁的质量,并大大降低了能耗,节省了煮沸时间。目前已在多家啤酒厂投入使用,实际使用效果非常好。

  (3)动态低压煮沸系统的控制技术

  中控根据其工艺技术特点,设计了动态低压煮沸控制系统,并结合二次蒸汽回收装置的控制,在保证麦汁高质量的前提下,有效地减小了蒸发量,降低了能耗,提高了糖化批次,很好地满足了用户的需求。

  (4)啤酒发酵温度的先进控制技术

  发酵罐的温度控制具有大滞后性多变量耦合等特性,一直以来是发酵车间控制的难点。浙大中控结合发酵罐制冷原理,设计了针对啤酒发酵的多模态PID时间分割开关控制方案及不同的模态变量,有效地实现了发酵罐多点(一般为3~5点,视罐体大小而定)温度控制,控制精确度<±0.3℃。

  三 结束语

  中控已经服务于包括全球最大的啤酒酿造商--InBev(英博)国际啤酒集团和重啤集团、华润雪花啤酒在内的众多知名啤酒生产企业,期待为更多的啤酒生产企业提供优秀的整体解决方案与完善的服务,提升啤酒行业的自动化水平与经济效益。