CN101412952B - 麦汁充氧设备系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实时控制的麦汁充氧设备系统的控制方法，包括下述步骤：(1)当麦汁充氧设备系统充氧后麦汁管路压力变化时，麦汁压力表信号至控制器，由控制器输出信号控制麦汁备压阀门开度从而调节麦汁流量；(2)麦汁流量调整后将信息再次反馈至控制器，空气管路上空气压力表随之发生变化，信息又传至控制器，再由控制器控制空气调节阀调整空气填充流量。上述(1)和(2)不断反复，从而由控制器不断地根据麦汁压力表和麦汁流量表，调整麦汁流量和空气流量。
Description
技术领域
本发明涉及一种啤酒生产设备系统和方法，尤其是给麦汁充氧的设备系统和控制方法。
背景技术
在啤酒生产过程中，给麦汁充氧就是向冷麦汁中添充空气或氧气，使麦汁中具有一定量溶解氧，以满足酵母生长代谢的需要，可控制酵母峰值、主酵降糖速率、啤酒成熟度、啤酒风味。所以麦汁充氧设备和方法在啤酒生产过程中起到非常关键的作用。
现有的麦汁充氧设备系统主要包括充氧器、压力表，只是将空气直接充入麦汁管路中，依靠人工经验，控制麦汁中最终溶解氧达到8-12mg/l。若超过12mg/l，则酵母峰值高、主酵降糖速率快、啤酒成熟度过高、啤酒风味不佳，或者少于8mg/l，则酵母峰值低、主酵降糖速率慢、啤酒成熟度差、啤酒风味不佳，总之，无法达到合适的稳定的酵母峰值、主酵降糖速率、啤酒成熟度和风味。
现有的麦汁充氧设备系统的缺点是不能在过程中实时地、均匀定量地向麦汁中填充氧气，从而使麦汁中最终的溶解氧量波动较大，并很容易超出要求范围，且一旦超出目标范围则无法调整，从而直接影响发酵过程的稳定性。麦汁溶解氧含量超出标准范围，会对发酵过程关键参数产生明显的影响。
在确定的环境条件下，可饱和溶解在麦汁中的最高浓度的氧含量，称为麦汁饱和溶解氧Cs。
影响麦汁的饱和溶解氧的主要因素包括麦汁的浓度、冷麦汁温度、麦汁管道压力、压缩空气的压力。
在工艺配方确定麦汁浓度和冷却温度下，主要影响氧气在麦汁溶解度的是麦汁管道压力和压缩空气压力，而经过充氧器的充氧点后麦汁管道压力是影响饱和溶解氧的最大因素。
在工艺配方确定麦汁浓度和冷却温度下，麦汁管道压力和压缩空气压力 越高，麦汁的饱和溶解氧越大。对于充氧的目标值越接近于饱和溶解氧值，溶解到麦汁中氧气分子阻力越小，在一定的稳定时间内(麦汁输送管道)，溶解于麦汁中的氧气越稳定。
所以，通过麦汁充氧设备系统来实时控制麦汁管道压力、压缩空气的压力，从而达到控制酵母峰值、主酵降糖速率、啤酒成熟度和风味，是多年来啤酒行业期望实现的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种给可实时控制的麦汁充氧的设备系统和方法。
本发明所述的麦汁充氧设备系统包括麦汁流量计、空气流量计、空气压力表、控制器、空气调节阀、麦汁充氧器、麦汁压力表和备压阀，所述的麦汁流量计设置在进入充氧器的麦汁管道上，所述的空气压力表、空气调节阀和空气流量计串联在进入充氧器的空气管道上，与麦汁流量计并联，所述的麦汁压力表和备压阀设置在充氧器出口的麦汁管道上，且麦汁压力表位于备压阀的前端。所述的控制器分别与上述的空气压力表、麦汁流量计、空气调节阀、空气流量计、麦汁压力表和备压阀相连，控制器不断地控制备压阀的开合调节麦汁流量计，以及控制空气调节阀调节空气流量计，从而最终控制充氧器中空气的填充量。
上述充氧器最好采用文丘里形式充氧器，其充氧点的孔径小于1mm，可将压缩空气制作成细小气泡。
上述空气调节阀建议采用薄膜阀调节阀。
该系统中，通常并联配备浮子流量计，以备在麦汁流量计发生故障检修时进行替代计量。
该系统还可以配备无菌过滤器，或配备在线蒸汽杀菌系统，使麦汁充氧压缩空气使用蒸汽无杂质，无异味。所述的无菌过滤器或在线蒸汽杀菌系统设置于进入充氧器的空气管道上，在空气压力表、空气调节阀或空气流量计之前。
该系统还可以配备刷洗系统，可方便清洗充氧器，可设置在充氧器后端，与麦汁压力表或备压阀并联。
本发明所述的可实时控制的麦汁充氧设备系统的控制方法，包括下述步骤：
(1)当充氧后麦汁管路压力变化时，麦汁压力表信号至控制器，由控制器输出信号控制麦汁备压阀门开度，从而调整麦汁流量；
(2)麦汁流量调整后将信息再次反馈至控制器，空气管路上空气压力表随之发生变化，信息又传至控制器，再由控制器控制空气调节阀，调整空气填充流量；
上述步骤(1)和(2)不断反复，从而由控制器不断地根据麦汁压力表和麦汁流量表，调整麦汁流量和空气流量。
以前的麦汁充氧系统，管路只靠压力表调整来控制充氧量，其填充的量受麦汁管路压力和空气管路压力的波动影响很大，充氧量控制不能达到准确和稳定。
通过本发明的应用实施，能实时控制麦汁充氧量，实现均匀一致地向麦汁中填充氧气，并保证填充进的麦汁稳定有效地溶解，使最终的充氧量达到要求的目标值，且波动范围很小，避免了随进罐麦汁数量增加，管路压力增大，使充氧量越来越小，且波动较大，影响麦汁实际填充量的问题，保证了每一批麦汁中填充进相同量的氧气，使酵母获取稳定充足的营养，正常生长，从而达到发酵过程要求达到的酵母峰值、主酵降糖速率、啤酒成熟度、啤酒风味。这是实现啤酒酿造过程中发酵正常和稳定的关键因素。
附图说明
图1是本发明所述的可实时控制的麦汁充氧的设备系统配置图。
附图中各符号含义：
1、空气管路 2、麦汁管路 3、麦汁流量计 4 、充氧器
5、压力表P2 6、备压阀 7、压力表P1 8、空气调节阀
9、空气流量计 10、控制器
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。配置图如图1，即本发明所述的麦汁充氧设备系统包括麦汁流量计、空气流量计、空气压力表、控制器、空气调节阀、麦汁充氧器、麦汁压力表和备压阀，所述的麦汁流量计设置在进入充氧器的麦汁管道上，所述的空气压力表、空气调节阀和空气流量计串 联在进入充氧器的空气管道上，与麦汁流量计并联，所述的麦汁压力表和备压阀设置在充氧器出口的麦汁管道上，且麦汁压力表位于奋压阀的前端。所述的控制器分别与上述的空气压力表、麦汁流量计、空气调节阀、空气流量计、麦汁压力表和备压阀相连，控制器不断地控制备压阀的开合调节麦汁流量计，以及控制空气调节阀调节空气流量计，从而最终控制充氧器中空气的填充量。
上述充氧器最好采用文丘里形式充氧器，其充氧点的孔径小于1mm。
上述空气调节阀建议采用薄膜阀调节阀，更准确灵敏控制。
该系统中，通常并联配备浮子流量计，以备在麦汁流量计发生故障检修时进行替代计量。
该系统还可以配备无菌过滤器，或配备在线蒸汽杀菌系统，使麦汁充氧压缩空气使用蒸汽无杂质，无异味。所述的无菌过滤器或在线蒸汽杀菌系统设置于进入充氧器的空气管道上，在空气压力表、空气调节阀或空气流量计之前。
该系统还可以配备刷洗系统，可方便清洗充氧器，可设置在充氧器后端，与麦汁压力表或备压阀并联。
下面说明本发明所述的麦汁充氧的设备系统流程。当充氧后麦汁管路压力变化时，麦汁压力表P2信号至控制器，由控制器输出信号控制麦汁备压阀门开度，从而调整麦汁流量；麦汁流量调整后将信息再次反馈至控制器，空气管路上空气压力表P1随之发生变化，信息又传至控制器，再由控制器控制空气调节阀，调整空气填充流量。由此，由控制器不断地根据麦汁压力表P2和麦汁流量表，调整麦汁流量和空气流量。
具体来说，就是首先控制压缩空气的压力和麦汁管道的压力稳定一致。
若空气压力或麦汁管道压力发生大幅波动，麦汁的空气添充量将引起波动，同时还会对氧气在麦汁中溶解的稳定性造成影响。
然后均匀控制充氧量。当麦汁瞬时流量发生轻微变化时，通过控制器控制空气调节阀，使麦汁的空气添充量达到目标值。为保证发酵罐满罐的溶解氧均匀一致，在麦汁充氧过程重点控制每批麦汁的空气填充量，根据工厂发酵过程实际表现，工厂麦汁的空气填充量目标值可进行调整，每批麦汁空气填充量波动范围在±0.02m3/hl。过程控制麦汁填充量的稳定均匀，直接关系到发酵罐满罐的溶解氧稳定一致。
为满足麦汁充氧所需要的目标值，麦汁充氧工艺控制重点包括：均匀控制充氧量；提高添充的氧气稳定溶解。
麦汁冷却结束后，麦汁输送泵停止，麦汁充氧系统最好设定压缩空气调节阀延时关闭，避免麦汁压回充氧管路中。
最后，提高添充的氧气稳定溶解。
氧气在麦汁中的溶解很难，在充氧器后很短的时间内就进入发酵罐，达到稳定的溶解状态至关重要。因此，压缩空气均匀精确地添充到麦汁中仅仅是麦汁充氧的第一步，而将添充到麦汁中的氧气充分且稳定溶解在麦汁中则更为重要。
影响麦汁中氧气稳定溶解主要因素：麦汁充氧点制造细小的压缩空气气泡；设定合适麦汁管道压力，并保持稳定；适当高的充氧空气压力，并保持稳定；延长停留时间；低麦汁冷却温度。
充氧器设备采用文丘里形式，充氧点的孔径小于1mm，将压缩空气制作成细小气泡，使氧气在麦汁溶解更容易。麦汁充氧点制造细小的压缩空气气泡，以提高添充麦汁中氧气的溶解率，要求氧气泡要小，保证氧气充分与麦汁充分融合，通过目视镜供观察，呈乳白色效果。
在麦汁进入发酵罐的过程中，空气同时随之填充，随着进入发酵罐的麦汁量的增加，将导致充氧后的麦汁管路中的压力不断地变化升高，从而影响氧气的稳定溶解，因此设计增加麦汁备压阀来控制麦汁管路的压力稳定，保证每批麦汁进入发酵罐时管路的压力一致。充氧点后的麦汁管道压力是影响麦汁的溶解氧最大的因素。麦汁管道压力的控制不能过高或过低，过高，会影响麦汁冷却时间，所以要设定合适麦汁管道压力，也就是要设定麦汁备压阀合适的压力，并保持稳定。
备压阀控制原理为：在备压阀设定一定压力条件下，当压变检测到值大于设定压力时，阀门开度100％；当压力小于设定压力时，阀门开度50～100％之间调节。阀门开度变大，麦汁流量变大，压缩空气流量变大；反之，阀门开度变小，麦汁流量变小，压缩空气流量变大。麦汁流量和空气流量的相对比值不变，此关系比值为充氧配比度。
充氧过程的关键是控制合适的充氧配比度，并在控制器内设定其初始值。充氧配比度＝麦汁流量(KL/hr)/空气流量(m3/hr)，其范围为10～30，工厂根据实际情况确定具体值，从而控制进入麦汁的空气流量。充氧配比度越小， 空气填充量越大。充氧配比度越大，空气填充量越小。
示例：某工厂，麦汁流量55KL/hr，每批麦汁量为55KL，则：若设定充氧配比度值为22，则空气流量应控制为55÷22＝2.5m3/hr。若设定充氧配比度值为11，则空气流量应控制为55÷11＝5.0m3/hr。在麦汁管路上填充进的空气不可能全部溶解在麦汁中，实际溶解在麦汁中的氧气以检测发酵罐内的溶解氧为准。
麦汁充氧的压缩空气压力应高于麦汁管道压力0.1Mpa以上，并保持稳定。提高充氧空气的压力，也就是提高氧气的分压，有利于麦汁中氧分子的溶解。
延长停留时间，就是保持一定的稳定时间。因此应保证充氧器到麦汁管道备压阀有足够的管道长度，应大于50米以上。
总之，设定了合适的充氧配比度，利用上述的控制方法，通过设备之间的协同作用，则整个系统就能保证在麦汁进入发酵罐过程中均匀稳定地填充空气，并能准确地达到要求的溶解氧目标值。
Claims (1)
1.一种麦汁充氧设备系统的控制方法，其特征在于该麦汁充氧设备系统包括麦汁流量计、空气流量计、空气压力表、控制器、空气调节阀、麦汁充氧器、麦汁压力表和备压阀，所述的麦汁流量计设置在进入充氧器的麦汁管道上，所述的空气压力表、空气调节阀和空气流量计串联在进入充氧器的空气管道上，与麦汁流量计并联，所述的麦汁压力表和备压阀设置在充氧器出口的麦汁管道上，且麦汁压力表位于备压阀的前端，所述的控制器分别与上述的空气压力表、麦汁流量计、空气调节阀、空气流量计、麦汁压力表和备压阀相连，控制器不断地控制备压阀的开合以调节麦汁流量计，并控制空气调节阀调节空气流量计，从而最终控制充氧器中空气的填充量，该麦汁充氧设备系统的控制方法包括下述步骤：
（1）控制压缩空气的压力和麦汁管道的压力稳定一致，当麦汁充氧设备系统充氧后麦汁管路压力变化时，麦汁压力表信号至控制器，由控制器输出信号控制麦汁备压阀门开度，从而调整麦汁流量，麦汁瞬时流量发生轻微变化时，通过控制器控制空气调节阀，达到麦汁的空气添充量达到目标值，每批麦汁空气填充量波动范围在±0.02m3/hl，并设定压缩空气调节阀延时关闭；
（2）麦汁流量调整后将信息再次反馈至控制器，空气管路上空气压力表随之发生变化，信息又传至控制器，再由控制器控制空气调节阀，调整空气填充流量，麦汁充氧的压缩空气压力应高于麦汁管道压力0.1Mpa以上，并保持稳定；保证充氧器后到麦汁管道备压阀有足够的管道长度，应大于50米；备压阀需设定一定的压力值，当压变检测到值大于设定压力时，阀门开度100%；当压力小于设定压力时，阀门开度在50~100%之间调节；控制器内需设定麦汁流量和压缩空气流量的关系比值，即充氧配比度，充氧配比度=麦汁流量（KL/hr）/空气流量（m3/hr）；充氧配比度范围在10-30，并通过麦汁充氧设备系统保证实施；
上述步骤（1）和（2）不断反复，从而由控制器不断地根据麦汁压力表和麦汁流量表，调整麦汁流量和空气流量。
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