摘要：目前,我国酒精生产大多数采用传统的淀粉质原料工艺流程 ,生产连续性很强, 具有高温、高压、易燃和易爆的特点。因此,自控仪表对保证酒精装置安全生产、节能降耗、 提高酒精产品质量和淀粉原料出酒率、 降低生产成本、提高经济效益等方面起着极其重要的作用。基于酒精生产的自控设计制定、控制参数的选择以及仪表选型进行探讨。
关键词：酒精生产；自控设计；仪表选型
近年来 ,国内各酒精生产企业认真贯彻执行新的食用酒精国家标准 GB10343-89,积极采用新技术、新装备对酒精装置进行挖潜革新与技术改造 ,并将自动化仪表应用的重点放在确保酒精装置安全生产、提高酒精产品质量和原料出酒率、降低能源消耗等方面上 ,逐步改变了自动化仪表与装置在酒精生产过程应用中普遍存在的“检测仪表多,自动调节仪表少，人工手动操作多 ,自动控制系统少”的落后状况 ,提高了酒精生产过程的自动化水平 ,提高了酒精产品质量和原料出酒率 ,降低了生产成本 ,提高了企业的经济效益 ,取得了显著的效果。
一、概述
目前 ,我国大多数企业采用的以淀粉质为原料的酒精生产工艺如下图所示。
淀粉质原料 (如薯干、玉米 )先除去碎石、铁屑等杂物 ,经粉碎机粉碎制成粉状物料。根据预定的发酵醪的酒精浓度 ,将粉料和水按一定的比例混合 ,在搅料罐内经过充分搅拌后进行预煮制成糊化醪送往蒸煮工段的中间贮存料罐，再用泵打入蒸煮锅 ,在高温、高压下连续蒸煮制得蒸煮醪送往糖化工段。蒸煮醪经喷淋排管冷却后打入糖化锅 ,加一定量的糖化酶进行糖化,将制得的糖化醪送往发 酵工段。在发酵罐内糖化醪与酒母工段制得的发酵酒母一起进行发酵 ,制得含有预定酒精浓度的发酵成熟醪 ,用泵送往蒸馏工段的醪料池。发酵过程产生的副产物二氧化碳气体 ,经压缩机压缩后制得液态二氧化碳出售。醪料池内的醪料用泵输送 ,先经过预热器预热以后再进入粗馏塔。粗馏塔底部用蒸汽直接加热 ,在粗馏塔顶得到的粗酒精以气相形式直接进入精馏塔 ,在粗馏塔底部则排出酒糟。精馏塔也用蒸汽直接加热 ,将粗酒精进一步蒸浓、排除杂质 ,得到进一步纯化。脱尽酒精的废水 ,由精馏塔底部排出。而纯化后的酒精从精馏塔顶出来 ,依次进入预热器、1# ～3# 冷凝器。其冷凝液全部回流到精馏塔 ,然后进入 4# 冷凝器之后 ,冷凝液一般作为工业酒精取出。低沸点杂质则由排醛管排掉。食用酒精是在精馏塔顶的回流管以下的附近区域液相取出 ,经冷却、计量后送入酒精成品贮 罐。
二、酒精生产自控设计
目前 ,我国酒精装置规模从年产几千吨～几万吨甚至十几万吨的都有。很显然 ,不同规模的酒精装置的自控仪表装备水平不应该也没有必要是一样的。大型酒精装置要求自动化装备水平高 ,检测与控制项目齐全 ,而中小型酒精装置则更注重经济实用。如果过多地增加计量检测与控制项目 ,不仅达不到节能降耗的目的 ,反而增加投资 ,加重了仪表检修及维护工作量。综合考虑以酒精装置总投 资的 10%～ 15% 用于自动化仪表与装置较为适宜，但不管投资多少,酒精生产自控设计必须使自控系统满足以下技术指标和要求，计量检测点的选择不仅要充分考虑酒精生产工艺流程本身的特点, 以满足酒精装置安全生产、 工艺指标参数检测与控制、原材料及能源消耗考核的需要, 而且要结合生产实际,对不同的计量检测点, 区别对待, 灵活增减 , 使检测点的设置既合理又经济。该厂酒精装置也是采用淀粉质原料,原料粉碎预煮后， 经蒸煮、 糖化、 发酵制成发酵成熟酵 , 再经蒸馏制得酒精产品。
系统通过 Profibus、 RS485 等总线技术对工控机、PLC、 各智能仪表和传感器等进行组态, 构建成分布式控制系统, PLC 对采集到的现场数据进行分析和处理, 依据工艺需求, 发出相应控制指令到执行机构, 实现有效监控，同时也考虑到了防爆安全的问题，该系统同时实现了装卸过程中酒精罐的实时容量显示；装酒泵和卸酒泵的自动控制；装卸区进出口管道的流量控制；远程无线监控。
三、酒精生产自控仪表的选型
就地温度仪表选用双金属温度计，比较直观、实用。由于酒精生产过程中 ,温度测量范围一般不会超过 200℃ ,因此 ,选择铂热电阻温度计作为检测元件比较合适。考虑到酒精生产过程的醪料粘性较大 ,高温下容易结疤 ,检测元件的连接方式最好采用法兰式连接方式。这样 ,检修时拆装温度计就比较方便。温度信号直接通过I/O卡件直接进入操作系统进行显示,温度需要自动控制的,可选用输出为 0～ 10mA或 4～ 20m A的温度变送器或小型一体化的温度变送器。 压力测量一般情况下现场可选用普通压力表;对醪料输送泵等震动比较大的场合 ,可选用耐震压力表;对蒸煮锅等设备的压力测量,由于蒸煮醪粘性较大 ,高温下易结疤会引起堵塞 ,可选用膜片式或隔膜式压力表，对于不易观察或要求精度比较高的压力参数可选用压力传感器进入操作系统实时观察并记录;在操作中, 必须确保罐内有适量容量的酒精, 为此, 采用雷达液位计并结合音叉开关来对其监控。 雷达液位计不受压力、紊流、温度等条件影响, 非常适合本系统的需求。为防止罐子被抽空、罐内酒精装载过量等情况的发生, 在每个酒精罐的上下部均安装有音叉开关, 来对其进行限位保护。由于酒精罐区的特殊性, 本系统中的仪表均具有一定的防爆等级,以保证系统的安全性。在系统中, 管理人员不仅可通过短信的方式查询当前系统参数, 如各酒精罐液位、 流量等实时信息, 还可发送控制指令+设备名称来启动或停止目标设备。 当系统发生故障时, GSM 无线模块能将故障信息发送给相关负责人, 使信息得到及时反馈。组成料水比值自动控制的水流量测量 ,则应选用输出为 0～ 10mA或 4～ 20m A的涡轮流量计。蒸汽计量中小型企业选用分流旋翼式蒸汽流量计即可 ,当然 ,也可采用差压式流量、涡街流量计等流量仪表。酒精成品计量选用涡轮流量计较好 ,建议不用转子流量计。粉料计量用冲板流量计较好。但是,一般情况下,小型企业仪表检修人员少 ,技术力量薄弱 ,可以不使用冲 板流量计,改用衡器对原料进行计量。醪料流量的测量选用电磁流量计非常合适 ,它可以垂直安装在进醪的醪料管上。酒精生产过程的自动控制系统 ,气动薄膜调节阀具有防爆、结构简单、容易维护等特点 ,广泛地应用于酒精生产过程。 一般情况下 ,选用直通单座阀或双座调节阀 , 有时也可根据实际情况选用角形阀。其附件则采用电-气阀门定位器 ,可改善调节品质。 值得注意的是 ,仪表选用时 ,应该注意仪表之间的传输信号是否一致。建议采用 4～ 20mA的信号制。 总之 ,酒精自控仪表的设计与选型 ,既要经济 ,又要合理;既要满足酒精生产需要 ,又要考虑本企业仪表检修维护人员的技术力量与之相适应。尽量做到仪表品种规格少、互换性和通用性强 ,以方便使用、安装、检修及维护。
酒精生产过程的其他仪表如调节器 、阀门定位器 、调节阀等 , 选用时 , 应该注意仪表之间的传送信号是否一致。总之,酒精装置自控仪表的设计与选 型 , 既要合理, 又要经济 ; 既要满足酒精生产需要,又要考虑本厂仪表检修 人 员技术力量与之相适应 。尽量做到仪表品种规格少, 互换性和通用性强。
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