啤酒發(fā)酵過程溫度控制系統(tǒng)設(shè)計-在線瀏覽
2024-08-17 13:32本頁面
【正文】 酵階段，一般要求控制在12℃左右， 0C /h。一旦雙乙酞指標合格，發(fā)酵罐進入第二個降溫過程，℃降到0～1℃左右進行貯酒，以提高啤酒的風味和質(zhì)量。通常發(fā)酵液溫度在不同的發(fā)酵階段，對罐內(nèi)發(fā)酵液的溫度場要有相應的要求：在前酵階段希望發(fā)酵罐內(nèi)從罐頂?shù)焦薜子幸徽臏囟忍荻龋磸目刂粕蠈訙囟葹橹?，以利于發(fā)酵液對流和酵母在罐內(nèi)的均勻混合；在后酵階段，則要求發(fā)酵液由卜到下有一定的負溫度梯度，即控制以下層溫度為主，便于酵母的沉淀和排除。啤酒過濾是一種分離過程，其主要目的是把啤酒中仍然存在的酵母細胞和其它混濁物從啤酒中分離出去，否則這些物質(zhì)會在以后的時間里從啤酒中析出，導致啤酒混濁，目前多采用硅藻土過濾方式。殺菌就是啤酒在灌裝之前對其進行生物穩(wěn)定性處理的最后一個環(huán)節(jié)。四、總體設(shè)計啤酒發(fā)酵溫度采用傳統(tǒng)的手動操作控制，啤酒質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，酒損嚴重，不能靈活地修改工藝參數(shù)。發(fā)酵罐是啤酒生產(chǎn)的主要設(shè)備，圖2為圓筒錐底發(fā)酵罐示意圖，酵母在罐內(nèi)發(fā)生反應而產(chǎn)生熱量，使麥汁溫度升高，因此在罐壁設(shè)置有上、中、下三段冷卻套，相應的設(shè)立上、中、下三個測溫點和三個調(diào)節(jié)閥，通過閥門調(diào)節(jié)冷卻套內(nèi)冷卻液的流量來實現(xiàn)對酒體溫度的控制。該廣義對象是一個三輸入、三輸出的多變量系統(tǒng)，機理分析和實驗表明啤酒發(fā)酵罐的溫控對象不同于一般的工業(yè)對象，主要有以下幾個方面的特點：(1)時滯很大壓力傳感器冷媒體上部測溫點中部測溫點下部測溫點冷卻套圖12 發(fā)酵罐工藝示意圖在整個發(fā)酵過程中，由于生化反作用產(chǎn)生的生化反應熱導致罐內(nèi)發(fā)酵溫度的升高，為了維持適宜的發(fā)酵溫度，通常是往發(fā)酵罐冷卻夾套內(nèi)通入酒精水或液態(tài)氨，來帶走多余的反應熱。例如一個120m3啤酒發(fā)酵罐溫度響應的滯后時間一般在5～30min之內(nèi)變化。而啤酒發(fā)酵是從起酵、旺盛、衰減到停止不斷變化的間歇生產(chǎn)過程，在不同的發(fā)酵階段，酵母活力不同，造成酒體溫度特性變化，因此對象特性具有明顯的時變性。(4)強關(guān)聯(lián) 因為罐內(nèi)酒體的對流，所以在任一控制量的變化均會引起三個被控量的變化。例如啤酒生產(chǎn)過程酵母特性、原料特性等許多因素的變化都會引起被控系統(tǒng)特性參數(shù)的變化和攝動，而這些因素在實際系統(tǒng)中都是很難在線或?qū)崟r獲取的。程序模塊主要包括：主程序、PID數(shù)據(jù)處理、按鍵處理、溫度采樣與A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、越限報警等子程序?？刂葡到y(tǒng)主程序的流程圖如圖3所示。用戶可以通過鍵盤設(shè)定溫度的上限值和下限值、偏差e(k)絕對值的設(shè)定值M、PID控制的系數(shù)kp、ki和kd等參數(shù)。但是對于溫度這種響應緩慢、滯后性大的過程，不能用標準的PID算法進行控制。因此，為克服這種不良的影響，采用積分分離法對增量PID算法進行改進。1）當|e(k)|M時，用PID控制。根據(jù)遞增原理可得U(k)＝kpｅ(k)+kiki＝0!ｅ(i)+kd[e(k)e(k1)] （１）式中：e(k)=r(k)y(k)為第ｋ時刻所得偏差信號，rk是給定值，yk是實際輸出值；kp為比例增益，ki為積分系數(shù)，kd為微分系數(shù)。由于偏差大，說明系統(tǒng)溫度遠離設(shè)定值，應快速降溫，采用PD控制，可以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，避免產(chǎn)生過大的超調(diào)，減小動態(tài)誤差
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