食用酒精生產系統自動化改造探究

龔勇宏 張萬順

（昆明蘭德設計有限公司，云南 昆明 650000）

1 食用酒精生產簡介

食用酒精生產用原料主要是廢糖蜜、薯類、谷物。生產過程為液態(tài)發(fā)酵法［1］。生產過程可分為稀釋、發(fā)酵、蒸餾、酒精貯存四個工序。在設計過程中，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計。為了使整個生產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)了分布式結構控制系統。

2 食用酒精工藝系統分析

食用酒精生產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)蒸餾的制酒生產工藝。該工藝為常規(guī)的生產工藝，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。稀糖蜜經稀釋檢驗后流入進入1＃酵母罐。濃糖蜜經稀釋檢驗后流入進入2＃酵母罐。1＃酵母罐內加入酵母，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，經預熱器預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過預熱器間接預熱成熟醪，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，經成品冷卻器冷卻、化驗、稱重，最終送至酒精儲罐［3］。

3 系統自動化改造內容

針對常規(guī)的食用酒精生產工藝流程、原有盤式儀表監(jiān)控系統以及原作業(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。濃糖蜜高位箱設置遠傳液位計，采用單法蘭液位變送器，并實現高限、低限報警，且與糖蜜泵聯鎖。

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

3）發(fā)酵罐溫度遠傳監(jiān)控。根據酒精生產線多年經驗，僅對1-5號發(fā)酵罐設置遠傳溫度儀表，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。成熟醪高位箱設置遠傳液位計，采用插入式液位變送器，并設置高限、低限報警，與成熟醪泵聯鎖，實時控制成熟醪液位高度。

5）進醪塔醪液流量自動調節(jié)控制。成熟醪進醪塔管路上設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節(jié)閥聯鎖，自動調節(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、頂部設置遠傳溫度儀表，采用防爆型鉑熱電偶作為測溫儀表，實現對三座蒸餾塔的溫度參數遠程監(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節(jié)閥聯鎖，實現自動調節(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置遠程壓力儀表。

8）蒸餾塔配套冷凝器冷凝水量自動調節(jié)。醪塔、醛塔、精塔冷凝器酒精管（物料管）出口設置遠傳溫度儀表，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節(jié)閥聯鎖，實現自動調節(jié)冷卻水水量，以控制冷凝器溫度在正常工藝參數范圍內。

9）遠程手動控制調節(jié)精餾塔采出酒量。成品冷凝器后酒管上設置防爆型氣動調節(jié)閥，根據酒精采樣化驗結果，遠程手動控制調節(jié)閥開度，確保酒精產品質量。

10）自動稱重及自動放酒功能。對于普通板秤，在酒精秤酒箱設置遠傳液位計，信號與進酒管路防爆型氣動開關閥實現聯鎖，高液位報警時，自動關閉進酒管防爆型氣動開關閥。酒精秤酒箱放酒管上設置防爆型氣動開關閥，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、出酒管開關閥聯鎖。

11）遠程監(jiān)控調節(jié)蒸汽。蒸汽主管上設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。減溫減壓裝置后，壓力儀表信號與減溫減壓裝置防爆調節(jié)閥聯鎖；溫度儀表信號與減溫減壓裝置冷卻水管防爆氣動調節(jié)閥聯鎖。

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

13）對酒精儲罐設置溫度、液位遠傳儀表，液位信號與酒精泵進行聯鎖。

14）對于關鍵部位，即正常生產過程中需作業(yè)人員觀察的部位，設置防爆型視頻監(jiān)控系統，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 食用酒精生產過程系統圖

4 系統改造實現過程

電動活塞泵由操作員控制，以通過溫度顯示根據顯示的溫度手動調節(jié)活塞泵按鈕，調節(jié)器控制滑動電機并調節(jié)電機速度以控制進料量。材料的數量控制著非常熱的蒸汽的供應，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，并且標準的4～20 mA信號將由溫度感應器。在變壓器上接觸到模擬頻率命令后，將溫度設置為過程中指定的值，溫度對應于溫度變壓器的mA值，并將變壓器設置為相對+集成控制。通過設置合理的動態(tài)和靜態(tài)控制參數來實現PID控制。如果相對利潤非常大，則會導致錯誤的反向調整并經常波動。為避免頻繁振動和過度調整，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。為了減少系統波動和控制，請減少相對收益并注意快速烹飪和蒸汽消耗，并盡快恢復溫度控制設置。在實際應用中，根據偏差的變化，可以通過差動控制快速實現相應的調整。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。酒精生產自動化系統的轉換系統圖如圖2所示。

圖2 酒精生產線自動化改造系統結構圖

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熱繼電器來實現電動機的過載保護。根據來自STF，CS和MRS站的OFF/ON信號，逆變器運行狀態(tài)分析，QS2開關連接，常閉KAO通信繼電器和QS1訪問開關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智能地調節(jié)目標溫度值的輸入，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，并相應地調節(jié)二極管。該系統通過安裝變頻器來實現頻率/頻率轉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，結合酒精生產過程的特定要求，可以設置頻率范圍以提高自動生產效率，另一方面，當變頻器不工作時，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。通過應用反射鏡的保護性能和合理的外部電路設計，可以實現電機的平滑光潔度。由于平滑的初始設置和無級調速，系統控制的動態(tài)特性和精度不斷提高，有效降低了沖擊強度，并提高了酒精生產線的性能。

5 改造后問題探討

根據我公司參與的多家食用酒精生產企業(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，主要以經濟、適用、安全為整改方案的原則。

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