摘 要: 當(dāng)前，中國的酒精價(jià)格持續(xù)上漲，許多煉油廠的設(shè)備已經(jīng)過時(shí)。許多制造商仍然生產(chǎn)高消耗，低效率的產(chǎn)品。為了改變這種情況，只要對某些原始設(shè)備進(jìn)行修改，并結(jié)合具有成本效益的分布式小型控制系統(tǒng)，就可以節(jié)省大量的人力和物力，并創(chuàng)造非常大的收益。基于此背景之下，根據(jù)酒精生產(chǎn)廠進(jìn)行自動(dòng)化改造，并且提高改造之后通過運(yùn)行，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　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(gè)工序。在設(shè)計(jì)過程中，為確保發(fā)酵、蒸餾過程的連續(xù)進(jìn)行，針對發(fā)酵、蒸餾工序進(jìn)行了自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)。為了使整個(gè)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制更加靈活，可靠并且更易于維護(hù)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(diǎn): 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(yàn)后流入進(jìn)入 1#酵母罐。濃糖蜜經(jīng)稀釋檢驗(yàn)后流入進(jìn)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(jìn)入 2#酵母罐繼續(xù)，依次直至非常后發(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(jìn)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(jìn)行脫醛，醛塔采用蒸汽加熱，低沸點(diǎn)雜質(zhì)較多的酒汽逐層上升，醛塔頂部的酒汽進(jìn)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。

　　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(yàn)、稱重，非常終送至酒精儲(chǔ)罐。

　　3 系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)化改造方案。具體說明如下:

　　1)濃糖蜜高液位自動(dòng)控制。濃糖蜜高位箱設(shè)置遠(yuǎn)傳液位計(jì)，采用單法蘭液位變送器，并實(shí)現(xiàn)高限、低限報(bào)警，且與糖蜜泵聯(lián)鎖。

　　2)稀糖蜜高液位自動(dòng)控制。酸化糖蜜高位箱設(shè)置遠(yuǎn)傳液位計(jì)，采用單法蘭液位變送器，并實(shí)現(xiàn)高限、低限報(bào)警，且與酸化糖蜜泵聯(lián)鎖。

　　3)發(fā)酵罐溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)控。根據(jù)酒精生產(chǎn)線多年經(jīng)驗(yàn)，僅對 1 － 5 號發(fā)酵罐設(shè)置遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)控制。成熟醪高位箱設(shè)置遠(yuǎn)傳液位計(jì)，采用插入式液位變送器，并設(shè)置高限、低限報(bào)警，與成熟醪泵聯(lián)鎖，實(shí)時(shí)控制成熟醪液位高度。

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

　　6)蒸餾塔溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)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(yuǎn)傳溫度儀表，采用防爆型鉑熱電偶作為測溫儀表，實(shí)現(xiàn)對三座蒸餾塔的溫度參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。且醪塔底部、醛塔底部和精塔底部的遠(yuǎn)程溫度儀表信號與進(jìn)蒸汽管路防爆氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸餾塔蒸汽進(jìn)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(yuǎn)程壓力儀表。

　　8)蒸餾塔配套冷凝器冷凝水量自動(dòng)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(yuǎn)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(jìn)水管路防爆氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(yuǎn)程手動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)酒精采樣化驗(yàn)結(jié)果，遠(yuǎn)程手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥開度，確保酒精產(chǎn)品質(zhì)量。

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

　　11)遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)節(jié)蒸汽。蒸汽主管上設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力儀表和溫度儀表，實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)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(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖。

　　12)工藝水總水箱液位高度自動(dòng)調(diào)節(jié)。工藝總水箱設(shè)置遠(yuǎn)傳液位計(jì)，采用單法蘭液位變送器，并實(shí)現(xiàn)高限、低限報(bào)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(chǔ)罐設(shè)置溫度、液位遠(yuǎn)傳儀表，液位信號與酒精泵進(jìn)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(jìn)酒管部位。

　　圖 1 為其中醪塔部分自動(dòng)化改造圖。

　　4 系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)過程

　　電動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)活塞泵按鈕，調(diào)節(jié)器控制滑動(dòng)電機(jī)并調(diào)節(jié)電機(jī)速度以控制進(jìn)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(gè)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(dòng)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(zhǔn)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(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn) PID 控制。如果相對利潤非常大，則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的反向調(diào)整并經(jīng)常波動(dòng)。為避免頻繁振動(dòng)和過度調(diào)整，可以進(jìn)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(dòng)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(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)偏差的變化，可以通過差動(dòng)控制快速實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整。由于離心泵對傳動(dòng)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圖如圖2 所示。

　　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(dòng)機(jī)通過 MC3 連接器連接到逆變器輸出。非常后，電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。根據(jù)來自 STF，CS 和 MRS 站的 OFF /ON 信號，逆變器運(yùn)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(diǎn) KA3 和 RA14 的位置。信號打開時(shí)，變送器到達(dá) PID 控制，使用外部電位計(jì)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(jì)在工作頻率工作條件下，在主機(jī)上具有集電極開路和自動(dòng)切換功能的輸出 FU，OL，IPF。允許的系統(tǒng)負(fù)載為 11A，24 VDC。電流，但線圈電壓可以達(dá)到24V。使用繼電器時(shí)，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(shí)現(xiàn)頻率/頻率轉(zhuǎn)換模式下的自動(dòng)控制和切換功能。一方面，在操作 SOH2 頻率的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率遠(yuǎn)小于在功率頻率下的情況。從運(yùn)行到變頻再到運(yùn)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(dòng)生產(chǎn)效率，另一方面，當(dāng)變頻器不工作時(shí)，直接變頻器提供能量以確保離心泵運(yùn)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(dòng)機(jī)效率，并提供良好的節(jié)能效果。通過應(yīng)用反射鏡的保護(hù)性能和合理的外部電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(dòng)態(tài)特性和精度不斷提高，有效降低了沖擊強(qiáng)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(xiàng)目實(shí)行過程中，主要以經(jīng)濟(jì)、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(jì)，在糖蜜進(jìn)口管及工藝水進(jìn)口管上增加設(shè)置防爆電磁調(diào)節(jié)閥，錘度計(jì)信號與電磁調(diào)節(jié)閥信號聯(lián)鎖，即可以實(shí)現(xiàn)稀釋工序的完全自控作業(yè)，而不需要人工定時(shí)采樣檢測。但該設(shè)計(jì)投資相對過高，在整改中，由建設(shè)單位自行決定。