数字质量流量控制器 如何改进酿造过程?

作者:Saskia Hantsche 发布时间:2022-01-13
精酿啤酒酿造商非常重视传统的生产工艺——他们虽然要对不同的配方进行尝试,但酿造过程本身仍必须得到精确控制。为解决这一难题,美国最大的麦芽厂使用到了数字质量流量控制器(MFC)。

发酵在啤酒酿造过程中起着非常重要的作用。酵母细胞的代谢过程是否平稳与工艺环境有着密不可分的关系。啤酒酵母应在稳定的工艺环境中培养,这就涉及到:恒定且处于最佳浓度的氧气含量以及温度始终处于受控状态;只有在理想条件下,啤酒酵母才能将尽可能多的糖转化为二氧化碳和酒精。即使是极小的偏差或干扰也有可能伤害甚至杀死微生物。

通过收集大量数据,SLAMf可以对工作流程和关键工艺过程进行优化,使整个生产过程更安全

通过收集大量数据,SLAMf可以对工作流程和关键工艺过程进行优化,使整个生产过程更安全

通过对发酵过程进行现代化改造,进而更好地控制整个发酵过程是Rahr Malting麦芽厂心怀已久的想法;如今,这一想法正在经历实践的考验。在此之前,氧气含量是通过自动通入的压缩空气来进行调节,由可变面积流量计(转子流量计)测量。鉴于此,Rahr Malting决定对现有的工艺技术进行改进,以实现智能的氧气供应过程。

为解决液体中氧气的测量和控制问题,Rahr Malting向位于美国明尼苏达州圣保罗市的William E. Young寻求解决方案。技术专家对Rahr Malting的需求进行了专业的分析,最终给出了建议——即用数字质量流量控制器代替转子流量计。Brooks Instrument质量流量计专家Jan Christensen解释道:“技术中心扩建后,Rahr Malting提出他们的要求,经过扩建后的技术中心不再以空气为输送介质,而是纯氧;他们希望能够更快地激活酵母,生产可重复的酿造配方并提高产量;因此,他们需要一个可控的自动化工艺过程。”

Rahr Malting 的技术中心正在使用数字质量流量控制器来控制其发酵过程

Rahr Malting 的技术中心正在使用数字质量流量控制器来控制其发酵过程

数字质量流量控制器的优势在于采用了数字协议,这使得与过程控制系统的连接变得非常容易。数字质量流量控制器提供的数据可以通过以太网/IP、Profinet或EtherCAT等协议实时整合到控制器中。

酵母的舒适区

William E. Young向Rahr Malting推荐了带有坚固的NEMA4X/IP66保护外壳的Brooks Instrument数字质量流量控制器。其中,SLAMf系列刚好可以满足Rahr Malting的使用需求:以传感器作为媒介,可实现氧气流量的精确测量,并将实际值与设定限值进行比较,通过集成的精密阀对流量进行电子控制。这一现代化的控制器能够确保发酵容器中的氧气含量始终保持在最佳范围内,即酵母培养物的“舒适区”。

在确保过程正常运行的前提下,热式质量流量控制器能够以毫秒为单位对变化做出反应——当低于或者超过氧限值时,控制器的反应速度非常重要。紧密关闭的阀门(“零泄漏”)则确保了精准的通入量。高再现性对于设备的选择同样重要,保证了偏差能够维持在既定范围。此外,这款数字质量流量控制器还内置自校功能,依据主要参考标准定期进行验证和校准。

提高安全性和产能是关键

通过收集大量数据,SLAMf可对工作流程和关键工艺过程进行优化,使整个生产过程更安全,进而提高产能。与过去的模拟协议相比,数字通信协议的接受度正在逐步提高。如今,基于以太网的协议(如以太网/IP、EtherCAT或Profinet)已然成为了主流——Brooks Instrument将这些数字通信协议集成在了SLAMf和SLA系列的其他数字质量流量控制器中。

SLAMf系列的橡胶密封热式质量流量控制器

SLAMf系列的橡胶密封热式质量流量控制器

数字通信协议能够将传感器、驱动器、泵、测量设备、控制器等组件与中央控制器或可编程逻辑控制器(PLC)互联,进而实现控制、诊断和报警功能。这使得保养和维护变得更加容易。从校准间隔到固件更新,这些功能将协助操作人员进行设备的预测性维护。借助产出数据,便可推测出校准间隔,以便协调工作安排。这样一来,可以更好地规划服务时间和减少非计划停机时间。

借助传感器,SLAMf 实现了氧气流量的持续调节和发酵过程的最佳控制

借助传感器,SLAMf 实现了氧气流量的持续调节和发酵过程的最佳控制

Brooks Instrument工业销售总监兼工业流量测量专家Al Harvey表示,“我们的数字质量流量控制器专注于食品和饮料生产领域,应用范围包括冰淇淋、奶酪、黄油、酸奶、细胞培养肉的生产过程以及啤酒和葡萄酒的发酵。”他补充道:“上述过程的共同点是,需保持气体始终处于可测量且恒定的状态,无论是空气、二氧化碳还是其他气体,以便能够准确地遵循配方完成生产。”

得益于新型数字质量流量控制器的应用,Rahr Malting的技术中心现在能够以始终如一的高质量水平生产可重复、自动化的配方。如此一来,开发出完全满足消费者需求的啤酒指日可待。

Rahr Malting麦芽厂

有的一切都始于1847年从莱茵兰移民到美国的Rahr酿造家族以及他们对酿造优质啤酒的极大热情。由于越来越多的德国定居者渴望品尝到德国品质的啤酒,于是William Rahr创立了Eagle Brewery。这也是威斯康星州的第一家啤酒厂。幸运的是,那里的土壤和气候适宜特殊品质的大麦生长,就像为酿造啤酒提前准备好的一样。正因为如此,William Rahr还成立了一家麦芽厂,以供应啤酒原料的来源。175年后的今天,Rahr Malting已成为世界上最大、最成功的麦芽厂之一,它正为美国约90%的啤酒厂供应麦芽。


位于美国明尼苏达州沙科皮的Rahr Malting不仅为啤酒厂供应麦芽,还在测试和开发新的配方

位于美国明尼苏达州沙科皮的Rahr Malting不仅为啤酒厂供应麦芽,还在测试和开发新的配方

本文作者系德国德累斯顿Brooks Instrument公司生物技术专家。

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