過程控制工程課程設(shè)計洗瓶機(jī)堿液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)過程控制課程設(shè)計說明書內(nèi)蒙古科技大學(xué)過程控制工程課程設(shè)計說明書題目：洗瓶機(jī)堿液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：xxx學(xué)號：xxxxxxxxx專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：xxxxxxxx指導(dǎo)教師：xxxx目 錄前 言11 工藝過程概述21.1制麥工序21.2糖化工序21.3發(fā)酵工序41.4包裝工序42洗瓶機(jī)堿液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計62.1主、副被控參數(shù)的選取62.2控制參數(shù)的選擇72.3主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇82.4主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇83 總 結(jié)10參考文獻(xiàn)11前 言啤酒是以大麥芽和釀造水為主要原料，以大米、玉米等谷物為輔料，以極少量啤酒花為香料，經(jīng)過啤酒酵母糖化發(fā)酵釀制而成

2、的一種含有豐富的二氧化碳而起泡沫的低酒精度2.57.5%(v/v)的健康飲料酒。啤酒含有一定量的co2，一般0.42%（m/m），可以形成潔白細(xì)膩的泡沫，使人感到有殺口感。它有特殊的啤酒花清香味和適口的苦味，有比較豐富的營養(yǎng)價值，即有較高的發(fā)熱量（181.4kj/100g啤酒）和含有豐富的營養(yǎng)成物質(zhì)（蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)、有機(jī)酸及維生素等）。啤酒與其他釀造酒有所不同。主要不同點是：使用的原料不同；使用的釀造方式和酵母菌種不同，啤酒有特殊或?qū)Ｓ玫尼勗旆椒?，發(fā)酵用的酵母是經(jīng)純粹分離和專門培養(yǎng)的啤酒酵母菌種；生產(chǎn)周期不固定，長短不一，可根據(jù)品種、工藝和設(shè)備條件而變化,短的僅14天,長的可達(dá)40

3、天以上。啤酒是一種世界性的飲料, 由于它營養(yǎng)豐富, 酒度低和具有特殊風(fēng)味, 深為廣大群眾所喜愛, 所以啤酒的產(chǎn)量幾十年來一直穩(wěn)步上升。我國發(fā)展啤酒工業(yè)起步較晚, 盡管最近幾年產(chǎn)量已經(jīng)翻了幾番, 但仍滿足不了人民的需要, 與國外相比差距較大。但可預(yù)料, 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高, 我國啤酒工業(yè)必將有較大的發(fā)展。啤酒包裝是啤酒生產(chǎn)的最后一道工序，也是對啤酒質(zhì)量影響最大的工藝過程。包裝質(zhì)量的好壞，將直接影響到啤酒的酒體質(zhì)量和外觀質(zhì)量。隨著啤酒市場競爭的日趨激烈，人們越來越重視啤酒的包裝質(zhì)量，日益追求產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)與外在美的和諧統(tǒng)一。只有最大限度地滿足消費者的心理需求，才能贏得市

4、場。一方面，需要積極采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝及包裝設(shè)備，大力改善包裝條件；另一方面，不斷加強(qiáng)啤酒包裝過程的質(zhì)量控制也是十分重要的。1 工藝過程概述啤酒生產(chǎn)工藝流程可以分為制麥、糖化、發(fā)酵、包裝四個工序，所以一般的啤酒廠都有四個車間：麥芽車間、糖化車間、發(fā)酵車間、包裝車間。啤酒生產(chǎn)流程1.1制麥工序大麥必須通過發(fā)芽過程將內(nèi)含的難溶性淀料轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜卺勗旃ば虻目扇苄蕴穷?。大麥在收獲后先貯存2-3月，才能進(jìn)入麥芽車間開始制造麥芽。為了得到干凈、一致的優(yōu)良麥芽，制麥前，大麥需先經(jīng)風(fēng)選或篩選除雜，永磁筒去鐵，比重去石機(jī)除石，精選機(jī)分級。制麥的主要過程為：大麥進(jìn)入浸麥槽洗麥、吸水后，進(jìn)入發(fā)芽箱發(fā)芽，成為綠麥芽。綠

5、麥芽進(jìn)入干燥塔/爐烘干，經(jīng)除根機(jī)去根，制成成品麥芽。從大麥到制成麥芽需要10天左右時間。制麥工序的主要生產(chǎn)設(shè)備為：篩（風(fēng)）選機(jī)、分級機(jī)、永磁筒、去石機(jī)等除雜、分級設(shè)備；浸麥槽、發(fā)芽箱/翻麥機(jī)、空調(diào)機(jī)、干燥塔（爐）、除根機(jī)等制麥設(shè)備；斗式提升機(jī)、螺旋/刮板/皮帶輸送機(jī)、除塵器/風(fēng)機(jī)、立倉等輸送、儲存設(shè)備。1.2糖化工序麥芽、大米等原料由投料口或立倉經(jīng)斗式提升機(jī)、螺旋輸送機(jī)等輸送到糖化樓頂部，經(jīng)過去石、除鐵、定量、粉碎后，進(jìn)入糊化鍋、糖化鍋糖化分解成醪液，經(jīng)過濾槽/壓濾機(jī)過濾，然后加入酒花煮沸，去熱凝固物，冷卻分離。麥芽在送入釀造車間之前，先被送到粉碎塔。在這里，麥芽經(jīng)過輕壓粉碎制成釀造用麥芽。糊

6、化處理即將粉碎的麥芽/谷粒與水在糊化鍋中混合。糊化鍋是一個巨大的回旋金屬容器，裝有熱水與蒸汽入口，攪拌裝置如攪拌棒、攪拌槳或螺旋槳，以及大量的溫度與控制裝置。在糊化鍋中，麥芽和水經(jīng)加熱后沸騰，這是天然酸將難溶性的淀粉和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成為可溶性的麥芽提取物，稱作麥芽汁。然后麥芽汁被送至稱作分離塔的濾過容器。麥芽汁在被泵入煮沸鍋之前需先在過濾槽中去除其中的麥芽皮殼，并加入酒花和糖。煮沸：在煮沸鍋中，混合物被煮沸以吸取酒花的味道，并起色和消毒。在煮沸后，加入酒花的麥芽汁被泵入回旋沉淀槽以去處不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白質(zhì)。糊化鍋：首先將一部分麥芽、大米、玉米及淀粉等輔料放入糊化鍋中煮沸。 糖化槽：往

7、剩余的麥芽中加入適當(dāng)?shù)臏厮?，并加入在糊化鍋中煮沸過的輔料。此時，液體中的淀粉將轉(zhuǎn)變成麥芽糖。 麥汁過濾槽：將糖化槽中的原漿過濾后，即得到透明的麥汁（糖漿）。煮沸鍋：向麥汁中加入啤酒花并煮沸，散發(fā)出啤酒特有的芳香與苦味。1.3發(fā)酵工序發(fā)酵罐成熟罐：在冷卻的麥汁中加入啤酒酵母使其發(fā)酵。麥汁中的糖分分解為酒精和二氧化碳，大約一星期后，即可生成嫩啤酒，然后再經(jīng)過幾十天使其成熟。啤酒過濾機(jī)：將成熟的啤酒過濾后，即得到琥珀色的生啤酒。冷卻、發(fā)酵：潔凈的麥芽汁從回旋沉淀槽中泵出后，被送入熱交換器冷卻。隨后，麥芽汁中被加入酵母，開始進(jìn)入發(fā)酵的程序。在發(fā)酵的過程中，人工培養(yǎng)的酵母將麥芽汁中可發(fā)酵的糖份轉(zhuǎn)化為酒精

8、和二氧化碳，生產(chǎn)出啤酒。發(fā)酵在八個小時內(nèi)發(fā)生并以加快的速度進(jìn)行，積聚一種被稱作皺沫的高密度泡沫。這種泡沫在第3或第4天達(dá)到它的最高階段。從第5天開始，發(fā)酵的速度有所減慢，皺沫開始散布在麥芽汁表面，必須將它撇掉。酵母在發(fā)酵完麥芽汁中所有可供發(fā)酵的物質(zhì)后，就開始在容器底部形成一層稠狀的沉淀物。隨之溫度逐漸降低，在810天后發(fā)酵就完全結(jié)束了。整個過程中，需要對溫度和壓力做嚴(yán)格的控制。當(dāng)然啤酒的不同、生產(chǎn)工藝的不同，導(dǎo)致發(fā)酵的時間也不同。通常，貯藏啤酒的發(fā)酵過程需要大約6天，淡色啤酒為5天左右。發(fā)酵結(jié)束以后，絕大部分酵母沉淀于罐底。釀酒師們將這部分酵母回收起來以供下一罐使用。除去酵母后，生成物嫩啤酒被

9、泵入后發(fā)酵罐（或者被稱為熟化罐中）。在此，剩余的酵母和不溶性蛋白質(zhì)進(jìn)一步沉淀下來，使啤酒的風(fēng)格逐漸成熟。成熟的時間隨啤酒品種的不同而異，一般在721天。經(jīng)過后發(fā)酵而成熟的啤酒在過濾機(jī)中將所有剩余的酵母和不溶性蛋白質(zhì)濾去，就成為待包裝的清酒。1.4包裝工序裝瓶、裝罐機(jī)：釀造好的啤酒先被裝到啤酒瓶或啤酒罐里。然后經(jīng)過目測和液體檢驗機(jī)等嚴(yán)格的檢查后，再被裝到啤酒箱里出廠。 洗瓶機(jī)：洗凈回收的啤酒瓶。 空瓶檢驗機(jī)：極其細(xì)小的傷痕也不會放過。 感官檢查：每天新釀制的啤酒，由專門的負(fù)責(zé)人員進(jìn)行實際品嘗。只有在確保其品質(zhì)后，才將鮮美可口的啤酒呈送給您。 每一批啤酒在包裝前，還會通過嚴(yán)格的理化檢驗和品酒師感官

10、評定合格后才能送到包裝流水線。成品啤酒的包裝常有瓶裝、聽裝和桶裝幾種包裝形式。再加上瓶子形狀、容量的不同，標(biāo)簽、頸套和瓶蓋的不同以及外包裝的多樣化，從而構(gòu)成了市場中琳瑯滿目的啤酒產(chǎn)品。瓶裝啤酒是最為大眾化的包裝形式，也具有最典型的包裝工藝流程，即洗瓶、灌酒、封口、殺菌、貼標(biāo)和裝箱。2洗瓶機(jī)堿液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計啤酒隔氧快速釀造和高速灌裝工藝逐步推廣和實施, 酒花、麥芽香氣等啤酒典型特征的強(qiáng)化和突出, 近十年來我國瓶裝啤酒質(zhì)量取得較大提高。國產(chǎn)啤酒灌裝設(shè)備的更新?lián)Q代和工藝技術(shù)的進(jìn)步, 為包裝過程中保持啤酒風(fēng)味穩(wěn)定提供了強(qiáng)有力的保障。各生產(chǎn)企業(yè)的包裝及配套設(shè)備水平差異很大, 但整個工藝流程基本相同。

11、現(xiàn)代啤酒釀造周期一般為3-6周, 而包裝僅約1小時就完成。加強(qiáng)包裝過程的工藝質(zhì)量控制極為重要。洗瓶過程中對堿液的溫度要求很嚴(yán)格，所以我們需要對堿液儲蓄槽進(jìn)行溫度控制，使之溫度恒定在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。由于洗瓶質(zhì)量主要取決于堿液溫度（堿液出口溫度），且堿液溫度受環(huán)境影響較大，而工藝要求又比較高，因此，需要采用串級控制系統(tǒng)實現(xiàn)堿液溫度控制。2.1主、副被控參數(shù)的選取為了實現(xiàn)串級控制，合理選取主、副被控參數(shù)是十分重要的。主、副參數(shù)選定，串級控制系統(tǒng)的主、副回路也就隨之確定。為了充分發(fā)揮串級控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，副回路的設(shè)計應(yīng)考慮如下設(shè)計原則。1）副參數(shù)的選擇應(yīng)使副回路的時間常數(shù)小，控制通道短，反應(yīng)靈敏通常串

12、級控制系統(tǒng)被用來克服對象的容量滯后和純滯后，所以副被控參數(shù)的選擇應(yīng)使副回路的時間常數(shù)小、滯后小、控制通道短，這樣可使等效對象的時間常數(shù)大大減小，從而提高系統(tǒng)的工作頻率，加快反應(yīng)速度，縮短過渡過程時間，最終改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)。為了充分發(fā)揮副回路的快速，超前作用，在擾動影響主被控參數(shù)之前就能予以克服，必須設(shè)法選擇一個可測得、反應(yīng)靈敏的參數(shù)作為副被控參數(shù)。2）副回路應(yīng)包含被控對象所受到的主要干擾在某些情況下，系統(tǒng)的干擾較多而難以分出主要干擾，這時應(yīng)考慮使副環(huán)能盡量多包含一些干擾，這樣可以充分發(fā)揮副環(huán)的快速抗干擾性能，以提高串級控制系統(tǒng)的質(zhì)量。還需注意的是，在考慮使副環(huán)包含更多干擾時，也應(yīng)考慮到副環(huán)的

13、靈敏度。3）主、副對象具有非線性環(huán)節(jié)時，應(yīng)使其處于副環(huán)中4）主、副對象時間常數(shù)要匹配，以防“共振”發(fā)生在串級控制系統(tǒng)中，主、副回路之間是密切相關(guān)的，副被控參數(shù)的變化會影響到主被控參數(shù)，而主被控參數(shù)的變化通過反饋回路又會影響到副被控參數(shù)。如果主、副對象時間常數(shù)比較接近，那么主、副回路的工作頻率也就比較接近，在一定條件下，如果系統(tǒng)受到某種干擾的作用，主被控參數(shù)進(jìn)入副環(huán)時，會引起副環(huán)中副被控參數(shù)波動幅度的增加，而副被控參數(shù)的變化傳送到主環(huán)后，又迫使主被控參數(shù)的變化幅度增加，如此循環(huán)往復(fù)，就會使主、副被控參數(shù)長時間大幅度地波動，這就是串級控制系統(tǒng)的“共振”。5）當(dāng)對象具有較大純滯后時，應(yīng)盡量將純滯后部

14、分包含在主對象中當(dāng)對象具有較大純滯后時，應(yīng)使所設(shè)計的副回路盡量少包括或不包括純滯后，以提高副回路的快速抗干擾能力。6）應(yīng)綜合考慮方案的經(jīng)濟(jì)性和工藝的合理性根據(jù)以上原則并結(jié)合生產(chǎn)實際主被控參數(shù)選定為堿液出口溫度，副被控參數(shù)選定為蒸汽壓力。2.2控制參數(shù)的選擇控制參數(shù)的選擇一般應(yīng)考慮以下幾點1)選擇可控性良好的參數(shù)作為控制參數(shù)。2)所選擇的控制參數(shù)必須使控制通道有足夠大的放大系數(shù)，并應(yīng)保證大于主要擾動通道的放大系數(shù)，以對主要擾動進(jìn)行有效控制并提高控制質(zhì)量。3)所選擇的控制參數(shù)必須使控制通道有較高的靈敏度，即時間常數(shù)適當(dāng)小一些。4)選擇控制參數(shù)應(yīng)同時考慮經(jīng)濟(jì)性與工藝上的合理性。所以控制參數(shù)選定為蒸汽

15、流量。2.3主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇1）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主參數(shù)直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的安全，工藝上要求比較嚴(yán)格。一般不允許有靜差。因此，主調(diào)節(jié)器通常都選用pi調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)對象控制通道容量滯后比較大時（如溫度對象和成分對象等），為了克服容量滯后，應(yīng)該選用pid調(diào)節(jié)規(guī)律。所以，主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律應(yīng)選用pid調(diào)節(jié)規(guī)律。2）副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇一般情況下，副調(diào)節(jié)器只要選擇p調(diào)節(jié)規(guī)律即可；當(dāng)選流量為副參數(shù)時，為保穩(wěn)定，比例度較大，可引入積分，即采用pi，以增強(qiáng)控制作用；一般不引入微分，否則會使調(diào)節(jié)閥動作過大或過于頻繁，對控制不利。所以，副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律應(yīng)選用p調(diào)節(jié)規(guī)律。2.4主、副調(diào)節(jié)器正、

16、反作用方式的選擇為了保證串級控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，串級控制系統(tǒng)中主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式必須正確選擇。具體方法是：先根據(jù)工藝要求決定調(diào)節(jié)閥的開閉形式，即當(dāng)儀表氣源斷氣時，調(diào)節(jié)閥的位置應(yīng)是保證生產(chǎn)安全的狀態(tài)；然后根據(jù)生產(chǎn)工藝條件和調(diào)節(jié)閥形式確定副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式；最后再根據(jù)主、副參數(shù)的關(guān)系，決定主調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。副環(huán)：為保證生產(chǎn)安全，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選則氣開式，符號為“+”；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增加時，蒸汽壓力增大，因而副對象符號為“+”，根據(jù)副環(huán)放大倍數(shù)符號為“+”的要求，副調(diào)節(jié)器符號應(yīng)為“+”，故選擇反作用。主環(huán)：副被控參數(shù)壓力增大時，主被控參數(shù)溫度將上升，因此主對象符號為“+”，故主調(diào)節(jié)器

17、應(yīng)選反作用。堿液出口溫度與蒸汽壓力串級控制方案堿液出口溫度與蒸汽壓力串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 總 結(jié)本文首先介紹了啤酒在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚唬浩【埔殉蔀槿藗內(nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚牟糠?。接著，大體上說明了啤酒的基本生產(chǎn)工藝，從啤酒的原料，輔料到釀造過程、周期等。又具體介紹了啤酒廠的生產(chǎn)工藝流程，啤酒生產(chǎn)大體上分為四個步驟：制麥、糖化、發(fā)酵、包裝。強(qiáng)調(diào)了啤酒生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)對啤酒質(zhì)量的重大影響。并具體的說明了包裝過程中洗瓶階段對堿液溫度的控制，以此為例，我們可以大致了解自動控制系統(tǒng)啤酒生產(chǎn)中乃至所有的工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。通過這次課程設(shè)計，加深了我對自動控制系統(tǒng)的了解更認(rèn)識了其重要性。在這次設(shè)計中我

18、學(xué)到很多很多的的工具，不僅強(qiáng)化了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與現(xiàn)實相聯(lián)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相聯(lián)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會辦事，從而提高自己的現(xiàn)實動手能力以及獨立思考的能力。在此次課程設(shè)計的過程中，我還遇到過很多困難，從選題，到繪圖，到寫說明書，這里面無論哪個過程都不是一件容易的事情，對我來說像是一個個的挑戰(zhàn)，然而就是因為這么多的挑戰(zhàn)，讓我在短短幾天的時間內(nèi)對課程設(shè)計有了非常具體的認(rèn)識、學(xué)習(xí)與提高。我期待自己下一次的設(shè)計。參考文獻(xiàn)1 李文濤.過程控制m.北京：科學(xué)出版社,2012.2 管敦儀.啤酒工業(yè)手冊m.北京：輕工業(yè)出版社,19983 程殿林.啤酒生產(chǎn)技術(shù)m.化學(xué)工業(yè)出版社,2