食用酒精生產(chǎn)系統(tǒng)自動化改造探究

龔勇宏 張萬順

（昆明蘭德設(shè)計有限公司，云南 昆明 650000）

1 食用酒精生產(chǎn)簡介

食用酒精生產(chǎn)用原料主要是廢糖蜜、薯類、谷物。生產(chǎn)過程為液態(tài)發(fā)酵法［1］。生產(chǎn)過程可分為稀釋、發(fā)酵、蒸餾、酒精貯存四個工序。在設(shè)計過程中，為確保發(fā)酵、蒸餾過程的連續(xù)進行，針對發(fā)酵、蒸餾工序進行了自動化改造設(shè)計。為了使整個生產(chǎn)過程中的自動控制更加靈活，可靠并且更易于維護和管理，開發(fā)了分布式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。

2 食用酒精工藝系統(tǒng)分析

食用酒精生產(chǎn)線一般采用固定化酵母半連續(xù)發(fā)酵、三塔間接式連續(xù)蒸餾的制酒生產(chǎn)工藝。該工藝為常規(guī)的生產(chǎn)工藝，具體詳解如下幾點：1）稀釋工序。原料廢糖蜜，通過糖蜜泵一部分送至酸化桶，加入硫酸、硫酸銨等后稀釋酸化后，泵至酸蜜高位箱。一部分泵送至濃蜜高位箱。2）發(fā)酵工序。稀糖蜜經(jīng)稀釋檢驗后流入進入1＃酵母罐。濃糖蜜經(jīng)稀釋檢驗后流入進入2＃酵母罐。1＃酵母罐內(nèi)加入酵母，酵母在罐中活化熟后，持續(xù)加入低濃糖液，1＃酵母罐滿后經(jīng)串流管進入2＃酵母罐繼續(xù)，依次直至最后發(fā)酵罐，發(fā)酵得到合格的成熟醪供給蒸餾用；3）蒸餾工序。高位箱的成熟醪，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后流入醪塔上部板層，粗塔用蒸汽加熱，塔頂上升的高溫酒汽經(jīng)過預(yù)熱器間接預(yù)熱成熟醪，一部分被冷凝截留，另一部分進入粗塔冷凝器，部分被截留。被截留的冷凝液自流至醛塔中部板層進行脫醛，醛塔采用蒸汽加熱，低沸點雜質(zhì)較多的酒汽逐層上升，醛塔頂部的酒汽進入醛塔冷凝器，冷凝液大部份回流入醛塔繼續(xù)脫雜，少部份為醛酒送回發(fā)酵罐［2］。

脫醛后的淡酒自醛塔底自流至精餾塔下部，精餾塔采用蒸汽加熱。酒汽通過精餾冷凝器冷凝，大部分冷凝液回流至精塔頂部繼續(xù)精餾，少部份不合格酒精流入醛塔再蒸餾。被提純的酒液從精餾塔上層流出，經(jīng)成品冷卻器冷卻、化驗、稱重，最終送至酒精儲罐［3］。

3 系統(tǒng)自動化改造內(nèi)容

針對常規(guī)的食用酒精生產(chǎn)工藝流程、原有盤式儀表監(jiān)控系統(tǒng)以及原作業(yè)方式，我公司提出了具體、可行的自動化改造方案［4］。具體說明如下：

1）濃糖蜜高液位自動控制。濃糖蜜高位箱設(shè)置遠傳液位計，采用單法蘭液位變送器，并實現(xiàn)高限、低限報警，且與糖蜜泵聯(lián)鎖。

2）稀糖蜜高液位自動控制。酸化糖蜜高位箱設(shè)置遠傳液位計，采用單法蘭液位變送器，并實現(xiàn)高限、低限報警，且與酸化糖蜜泵聯(lián)鎖。

3）發(fā)酵罐溫度遠傳監(jiān)控。根據(jù)酒精生產(chǎn)線多年經(jīng)驗，僅對1-5號發(fā)酵罐設(shè)置遠傳溫度儀表，后面的發(fā)酵罐監(jiān)控溫度意義不大，利用原有的現(xiàn)場溫度儀表即可。遠傳溫度儀表采用防爆型鉑熱電偶作為測溫儀表。

4）成熟醪高液位自動控制。成熟醪高位箱設(shè)置遠傳液位計，采用插入式液位變送器，并設(shè)置高限、低限報警，與成熟醪泵聯(lián)鎖，實時控制成熟醪液位高度。

5）進醪塔醪液流量自動調(diào)節(jié)控制。成熟醪進醪塔管路上設(shè)置防爆型電磁流量計，流量信號與成熟醪管路上防爆氣動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，自動調(diào)節(jié)成熟醪進入醪塔的量。

6）蒸餾塔溫度遠程監(jiān)控及自動調(diào)節(jié)。醪塔底部、中部、頂部；醛塔底部、頂部；精塔底部、中部、頂部設(shè)置遠傳溫度儀表，采用防爆型鉑熱電偶作為測溫儀表，實現(xiàn)對三座蒸餾塔的溫度參數(shù)遠程監(jiān)控。且醪塔底部、醛塔底部和精塔底部的遠程溫度儀表信號與進蒸汽管路防爆氣動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)進入蒸餾塔蒸汽進氣量。

7）蒸餾塔底部溫度監(jiān)控。醪塔底部、醛塔底部和精塔底部設(shè)置遠程壓力儀表。

8）蒸餾塔配套冷凝器冷凝水量自動調(diào)節(jié)。醪塔、醛塔、精塔冷凝器酒精管（物料管）出口設(shè)置遠傳溫度儀表，采用防爆型鉑熱電偶作為測溫儀表，溫度信號與循環(huán)冷卻進水管路防爆氣動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)冷卻水水量，以控制冷凝器溫度在正常工藝參數(shù)范圍內(nèi)。

9）遠程手動控制調(diào)節(jié)精餾塔采出酒量。成品冷凝器后酒管上設(shè)置防爆型氣動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)酒精采樣化驗結(jié)果，遠程手動控制調(diào)節(jié)閥開度，確保酒精產(chǎn)品質(zhì)量。

10）自動稱重及自動放酒功能。對于普通板秤，在酒精秤酒箱設(shè)置遠傳液位計，信號與進酒管路防爆型氣動開關(guān)閥實現(xiàn)聯(lián)鎖，高液位報警時，自動關(guān)閉進酒管防爆型氣動開關(guān)閥。酒精秤酒箱放酒管上設(shè)置防爆型氣動開關(guān)閥，可遠程手動控制放酒作業(yè)。若采用電子秤，則改為電信號與進、出酒管開關(guān)閥聯(lián)鎖。

11）遠程監(jiān)控調(diào)節(jié)蒸汽。蒸汽主管上設(shè)置遠傳壓力儀表和溫度儀表，實時監(jiān)控進入酒精車間蒸汽參數(shù)。減溫減壓裝置后，壓力儀表信號與減溫減壓裝置防爆調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖；溫度儀表信號與減溫減壓裝置冷卻水管防爆氣動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖。

12）工藝水總水箱液位高度自動調(diào)節(jié)。工藝總水箱設(shè)置遠傳液位計，采用單法蘭液位變送器，并實現(xiàn)高限、低限報警，且與水泵聯(lián)鎖，控制工藝水總水箱液位高度。

13）對酒精儲罐設(shè)置溫度、液位遠傳儀表，液位信號與酒精泵進行聯(lián)鎖。

14）對于關(guān)鍵部位，即正常生產(chǎn)過程中需作業(yè)人員觀察的部位，設(shè)置防爆型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控位置為醪塔底部視鏡、醪塔頂部視鏡、醛塔底部視鏡、醛塔冷凝器排醛管、精塔底部視鏡、精塔中部視鏡、精塔頂部視鏡以及酒精秤酒箱進酒管部位。圖1為其中醪塔部分自動化改造圖。

圖1 食用酒精生產(chǎn)過程系統(tǒng)圖

4 系統(tǒng)改造實現(xiàn)過程

電動活塞泵由操作員控制，以通過溫度顯示根據(jù)顯示的溫度手動調(diào)節(jié)活塞泵按鈕，調(diào)節(jié)器控制滑動電機并調(diào)節(jié)電機速度以控制進料量。材料的數(shù)量控制著非常熱的蒸汽的供應(yīng)，因此必須將溫度保持在儀表板上，這是一個繁瑣的過程，并且常常無法理解溫度。

更換離心泵后，卸下調(diào)節(jié)器和滑動濾芯，更改變頻器速度以控制泵，然后將PT100溫度傳感器的輸出連接到溫度傳感器的輸入端子，并且標(biāo)準的4～20 mA信號將由溫度感應(yīng)器。在變壓器上接觸到模擬頻率命令后，將溫度設(shè)置為過程中指定的值，溫度對應(yīng)于溫度變壓器的mA值，并將變壓器設(shè)置為相對+集成控制。通過設(shè)置合理的動態(tài)和靜態(tài)控制參數(shù)來實現(xiàn)PID控制。如果相對利潤非常大，則會導(dǎo)致錯誤的反向調(diào)整并經(jīng)常波動。為避免頻繁振動和過度調(diào)整，可以進行集成配對以降低相對增益。這消除了逆變器控制泵的偏轉(zhuǎn)。為了減少系統(tǒng)波動和控制，請減少相對收益并注意快速烹飪和蒸汽消耗，并盡快恢復(fù)溫度控制設(shè)置。在實際應(yīng)用中，根據(jù)偏差的變化，可以通過差動控制快速實現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整。由于離心泵對傳動時間的操作要求相對較小，因此可以使用PI控制來減少振蕩對逆變器的影響。酒精生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 酒精生產(chǎn)線自動化改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主電路主要由FR溫控器，MC1，MC2，MC3和QF斷路器組成。QF斷路器用于連接三相電源。逆變器輸入端子通過MC1連接器連接到電源，電動機通過MC3連接器連接到逆變器輸出。最后，電動機通過MC2連接器以工頻頻率直接連接到電源，并且可以通過使用FR熱繼電器來實現(xiàn)電動機的過載保護。根據(jù)來自STF，CS和MRS站的OFF/ON信號，逆變器運行狀態(tài)分析，QS2開關(guān)連接，常閉KAO通信繼電器和QS1訪問開關(guān)通常分別處于斷開繼電器觸點KA3和RA14的位置。信號打開時，變送器到達PID控制，使用外部電位計通過端子2-5智能地調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度值的輸入，溫度變送器通過端子4、5、5發(fā)送測量值信號。站設(shè)計在工作頻率工作條件下，在主機上具有集電極開路和自動切換功能的輸出FU，OL，IPF。允許的系統(tǒng)負載為11A，24 VDC。電流，但線圈電壓可以達到24V。使用繼電器時，AC MC1，MC2和MC3連接器主要由KAI，KA2和KA3繼電器控制，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)二極管。該系統(tǒng)通過安裝變頻器來實現(xiàn)頻率/頻率轉(zhuǎn)換模式下的自動控制和切換功能。一方面，在操作SOH2頻率的情況下，發(fā)動機的效率遠小于在功率頻率下的情況。從運行到變頻再到運行頻率，結(jié)合酒精生產(chǎn)過程的特定要求，可以設(shè)置頻率范圍以提高自動生產(chǎn)效率，另一方面，當(dāng)變頻器不工作時，直接變頻器提供能量以確保離心泵運行的安全性和穩(wěn)定性。通過從酒精生產(chǎn)線控制逆變器，可以有效提高輕載條件下的發(fā)動機效率，并提供良好的節(jié)能效果。通過應(yīng)用反射鏡的保護性能和合理的外部電路設(shè)計，可以實現(xiàn)電機的平滑光潔度。由于平滑的初始設(shè)置和無級調(diào)速，系統(tǒng)控制的動態(tài)特性和精度不斷提高，有效降低了沖擊強度，并提高了酒精生產(chǎn)線的性能。

5 改造后問題探討

根據(jù)我公司參與的多家食用酒精生產(chǎn)企業(yè)整改工作，該整改方案不僅適用于常規(guī)的三塔間接式連續(xù)蒸餾工藝，同樣可以拓展至三塔減壓連續(xù)蒸餾工藝。在項目實行過程中，主要以經(jīng)濟、適用、安全為整改方案的原則。

食用酒精生產(chǎn)系統(tǒng)還可以改造提升的地方還有稀釋部分的內(nèi)容，稀釋器后可以增設(shè)防爆型錘度計，在糖蜜進口管及工藝水進口管上增加設(shè)置防爆電磁調(diào)節(jié)閥，錘度計信號與電磁調(diào)節(jié)閥信號聯(lián)鎖，即可以實現(xiàn)稀釋工序的完全自控作業(yè)，而不需要人工定時采樣檢測。但該設(shè)計投資相對過高，在整改中，由建設(shè)單位自行決定。