啤酒灌装瓶内气压控制系统设计文档格式.docx

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一般把经过巴氏灭菌处理的啤酒称为熟啤酒，把未经巴氏灭菌的啤酒称为鲜啤酒。

若不经过巴氏灭菌，但经过无菌过滤、无菌灌装等处理的啤酒则称为纯生啤酒（或生啤酒）。

1．啤酒包装过程中必须遵守以下基本原则：

（1）包装过程中必须尽可能减少接触氧，啤酒吸入极少量的氧也会对啤酒质量带来很大影响，包装过程中吸氧量不要超过0.02～0.04mg/L。

（2）尽量减少酒中二氧化碳的损失，以保证啤酒较好的杀口力和泡沫性能。

（3）严格无菌操作，防止啤酒污染，确保啤酒符合卫生要求。

2．对包装容器的质量要求：

（1）能承受一定的压力。

包装熟啤酒的容器应承受1.76MPa以上的压力，包装生啤酒的容器应承受0.294MPa以上的压力。

（2）便于密封。

（3）能耐一定的酸度，不能含有与啤酒发生反应的碱性物质。

（4）一般具有较强的遮光性，避免光对啤酒质量的影响。

一般选择绿色、棕色玻璃瓶或塑料容器，或采用金属容器。

若采用四氢异构化酒花浸膏代替全酒花或颗粒酒化，也可使用无色玻璃瓶包装。

1.2啤酒灌装的形式与方法

啤酒灌装的形式与方法啤酒灌装的形式有瓶装（玻璃、聚酯塑料）、罐（听）装、桶装等，其中国内瓶装熟啤酒所占比例最大，近年来瓶装纯生啤酒的生产量逐步增大，旺季桶装啤酒的销售形势也比较乐观。

啤酒灌装的方法分加压灌装法、抽真空充CO2灌装法、二次抽真空灌装、CO2抗压灌装法、热灌装法、无菌灌装法等。

最常用的是一次或二次抽真空、充CO2的灌装法，预抽真空充CO2的灌装方法可以减少溶解氧的含量，对产品的质量影响较小。

此外，由于纯生啤酒的兴起，无菌灌装受到重视。

1.3灌装系统的工艺要求及注意事项

（一）瓶装熟啤酒灌装工艺流程：

如图1.1。

图1.1灌装工艺流程图

1．空瓶的洗涤

新旧瓶都必须洗涤，回收的旧瓶必须经过挑选，剔除油污瓶、缺口瓶、裂纹瓶等。

新瓶只经75℃（±

3℃）的高温高压热水冲洗或用1%碱液喷系，除去油烟；

回收瓶有不同程度的污染，应掌握好洗涤剂配方，加强清洗杀菌。

洗涤剂要求无毒性。

2．装酒

装酒时必须做到严格无菌，尽量减少酒损失，防止二氧化碳损失，避免酒液与空气接触而氧化。

灌装阀要洁净、具有良好的密封性，防止酒液产生涡流和涌酒现象。

灌装机结构主要由机座、驱动装置、清酒暂贮槽、升降装置和灌装机构等组成。

瓶装灌装机一般采用回转式结构，最多可装有200个灌装阀。

空瓶由传送带送入灌装机，通过分瓶装置将瓶按一定间隔分开，并经输入星轮转到可升降的托盘上，最后在灌装机下方定位装酒，灌装后经托盘降下被送出机器。

（1）啤酒灌装机的使用性能为：

①灌装机每小时灌装啤酒的数量称为公称生产能力。

一般灌装机标准系列有每台每小时24000、36000、48000和60000瓶，国外可达150000瓶。

每小时60000瓶的灌装机其注酒阀数可达140～150个。

②装酒液位精度合格率：

国内液位差≤12mm，2～3万瓶/h精度合格率为93%；

国外液位差±

3mm，精度合格率为80%；

液位差±

5mm,精度合格率为98%。

③灌装损失率≤0.8%。

④灌装CO2损失率≤1.0g/L。

增氧量0.02mg/L，必须保证瓶颈空气体积在2ml/瓶以下，要求控制在0.5～1ml/瓶。

⑤破瓶率应≤0.7%。

（2）主要工艺要求

①啤酒应在等压条件下灌装，酒温要低，一般-1～2℃下。

尽量避免啤酒CO2的散失和酒液溢流。

②酒阀密封性能要好，酒管畅通。

瓶托风压要足，保持在0.25～0.32MPa，长管阀的酒管口距瓶底1.5～3.0cm。

③灌装后用0.2～0.4MPa的清酒或CO2激泡，使瓶颈空气排出。

④装酒容量为（640ml±

10ml），（355±

5ml），保持液面高度一致，并保留4%～5%的运动空间。

⑤灌装过程中不能将灌不满的瓶酒用人工充满，严禁手接近瓶口。

此外要求，CO2质量分数控制在0.45%～0.55%之间；

溶解氧含量小于0.3mg/L;

其他指标符合GB4927标准的要求。

灌装机贮酒缸要用CO2或氮气背压，压力控制在0.06～0.08MPa；

采用两次抽真空充CO2等压灌装；

采用滴水引沫等措施排除瓶颈空气。

要注意环境卫生和无菌操作。

过滤完的啤酒应在低温、背压0.06～0.08MPa，然后静置14～18h后再灌装。

灌装必须在恒温、恒压、恒速下进行，尽量减少酒液中CO2的损失。

灌装时造成的次酒要经过除氧、除菌、富集CO2后才能回收。

（3）装酒操作

①装酒前要首先对装酒机进行清洗和杀菌。

如停机24h以上，应用60～65~C、2%的碱水清洗20～30min，然后用无菌砂滤水冲洗干净。

同时，对贮酒缸（或槽）要预先用二氧化碳背压，然后缓慢平稳地将啤酒由清酒罐送至装酒机的酒缸内，保持缸内2/3高度的啤酒液位。

②装酒过程中要控制酒缸内液位、压力和装酒速度保持平稳运转。

③装酒后，可采用机械敲击、超声波起沫、或利用高压喷射装置，通过向瓶内喷射少量的啤酒、无菌水或二氧化碳，引泡激沫而将瓶颈空气排除，然后压盖。

④装瓶故障及其排除A瓶内液面过高：

原因是酒阀密封橡胶圈失效，卸压阀、真空阀泄漏，回气管太短或弯曲。

B瓶子灌不满：

原因是气阀门打开调节不当，托瓶气压不足，瓶门破损，气阀、酒阀开度太小。

C灌装喷涌：

原因是酒温过高、二氧化碳含量过高、背压与酒压不稳定、瓶托风压过大等。

另外，酒阀漏气，酒阀气阀未关闭，卸压时间短或卸压凸轮磨损以及瓶子不干净。

D灌酒时不下酒：

原因是等压弹簧失灵，回气管堵塞，酒阀粘黏。

3．压盖

灌装好的啤酒应尽快压盖（压盖时瓶颈部分不能有空气）。

玻璃瓶装啤酒一般用皇冠盖封瓶，皇冠盖具有21个尖角，这些尖角在压盖时经挤压靠拢而使瓶密封。

瓶内盖中的PVC塑料膜起到密封垫作用。

压盖机与灌装机都采用联体安装，并由同一驱动装置驱动以保证同步运行。

压盖机也是回转式机器，由于压盖机元件比灌装机少的多，压盖的速度比灌装速度快。

4．杀菌

为保证较长的啤酒保存期，常采用巴氏杀菌的方法进行灭菌以保证高的生物稳定性。

5．贴标

啤酒的商标直接影响到啤酒的外观质量，工艺要求使用的商标必须与产品一致，生产日期必须表示清楚。

商标应整齐美观，不能歪斜，不脱落，无缺陷。

粘合剂要求呈pH中性，初粘性好，瞬间粘度适宜，啤酒存放时不能掉标，遇水受潮不能脱标、发霉、变质，不能含有害物质及散发有害气体。

贴标机有直通式真空转鼓贴标机和回转式贴标机等类型。

贴标后经人工或机械包装（热收缩膜包装、塑料箱或纸箱包装），即可销售。

贴标机贴表过程包括：

上胶、取标、夹标、贴标、转位刷标5个机械动作和瓶子定位、进瓶、压瓶、标盒前移、压标、出瓶6个辅助动作。

（二）灌装注意事项

1.要保证洁净

（1）包装容器的洁净所使用的包装容器必须经过清洗和严格检查，不能使包装后的啤酒污染。

（2）灌装设备的洁净对灌装设备尤其是灌装机的酒阀、酒槽要进行刷洗和灭菌，灌酒结束后每班应走水，加入消毒液杀菌，每周要对酒阀、酒槽、酒管进行刷洗和灭菌，凡与啤酒接触的部分都不能有积垢、酒石和杂菌，灌酒设备最好与其它设备隔绝，灌装机的润滑部分与灌酒部分应防止交叉污染，输送带的润滑要用专用的肥皂水或润滑油。

（3）管道的洁净一切管道尤其是与啤酒直接或间接接触的管道，都要保持洁净，每天要走水，每周要刷洗，每次要灭菌。

（4）压缩空气或CO2的洁净用于加压的压缩空气或CO2都要进行净化，对无油空压机送出的压缩空气要进行脱臭、干燥或气水分离，要经常清理空气过滤器，及时更换脱臭过滤介质，排除气水分离器中的积水。

对CO2要经过净化、干燥处理，保证CO2纯度达99.5%以上。

（5）环境的洁净保持灌酒间环境的清洁卫生，每班进行清洁、灭菌。

2．防止氧的进入

啤酒灌装过程中氧的进入对啤酒质量的危害很大，减少氧的进入和降低氧化作用具有重要意义。

（1）适当降低灌装压力或适当提高灌装温度，减少氧的溶解。

要求采用净化的CO2作抗压气源，或用抽真空充CO2的方法进行灌装。

（2）加强对瓶颈空气的排除。

啤酒灌装后，压盖之前采用对瓶敲击、喷射高压水或CO2、滴入啤酒或超声波振荡等，使瓶内啤酒释放出CO2形成细密的泡沫向上涌出瓶口，以排除瓶颈空气，该操作成为激沫或窜沫。

（3）灌装机尽可能靠近清酒罐，以降低酒输送中的空气压力，或采用泵送的办法，减少氧的溶解。

（4）灌装前要用水充满管道和灌装机酒槽，排除其中的空气，再以酒顶水，减少酒与空气的接触。

（5）清酒中添加抗氧化剂如维生素C（或其钠盐）、亚硫酸氢盐等。

3．低温灌装

低温灌装是啤酒灌装的基本要求。

啤酒温度低时CO2不易散失，泡沫产生量少，利于啤酒的灌装。

（1）啤酒灌装温度在2℃作用，不要超过4℃，温度高应降温后再灌装。

（2）每次灌装前（尤其在气温高时），应使用1～2℃的水将输酒管道和灌装机酒槽温度降下来。

4．灭菌

瓶装熟啤酒的灭菌是保证啤酒生物稳定性的手段，必须控制好灭菌温度和灭菌时间，保证灭菌效果。

同时，要避免灭菌温度过高或灭菌时间过长，以减少啤酒的氧化。

灭菌后的啤酒要尽快冷却到一定温度以下（要求35℃以下）。

第二章啤酒瓶内气压自动控制设计

2.1灌装机的结构与组成

如图2.1所示灌装机主要由两部分组成：

灌装机酒缸和灌装。

灌装机酒缸是一个环绕在灌装顶部的不锈钢环形罐，灌装机酒缸负责在装瓶过程中存放啤酒和二氧化碳。

如图2.2是灌装阀示意图，它具有三个阀门：

真空阀负责在灌装之前去除瓶中空气，主灌装阀负责将啤酒注入瓶中，减压阀负责在灌装之后排出瓶中的过量压力

.

图2.1灌装机图示

图2.2灌装阀结构图

2.2灌装流程简介

为了保证啤酒的质量和口感，必须去除瓶内气体并用二氧化碳洗瓶，然后对瓶进行高压灌装，所以必须在这一过程中保证瓶内压力在瓶子的承受范围，如抽真空时，瓶内压力大于要求值时，瓶内会存有一定量空气，封装完成后，空气中的氧气与瓶内有机物反应，啤酒就会变质，而瓶内压力过小，会导致瓶子破裂，由于灌装过程中温度需保持一定范围，故温度对压力变化影响不大，采用单回路控制系统简单有效。

2.3啤酒瓶内气压自动控制系统

如图2.3所示为啤酒瓶内气压自动控制系统，通过压力变送器测量啤酒瓶内压力作为压力控制器的输入参数并与给定值求偏差、再经过PID调节后将其信号输出作为调节阀执行机构的控制信号。

图2.4为仪表圆圈图。

图2.3啤酒瓶内气压自动控制系统框图

图2.4啤酒瓶内气压自动控制系统仪表圆圈图

2.4阀门开闭形式、控制器正反作用及调节规律

压力变送器的静态放大系数Km为“+”，为了抽完真空过后，不让空气再次流入瓶内，因而真空阀阀门开闭形式选用气开阀，故其放大系数Kv为“+”调节器的输出信号u随着被控参数y增大而增大，故其过程放大系数K0为“+”，又因为有Km*Kv*K0*KP>

0,所以Kp为“+”。

故调节器为反作用。

本设计控制器控制的是气体压力这一单容无滞后的对象，所以主控制器采取P调节方式。

2.5控制系统克服干扰的功能分析

气体压力主要受体积、密度、温度影响，在啤酒厂中影响压力的主要因素是温度，而环境温度在灌装车间波动范围不大，这些因素对瓶中压力影响不大，故在选择控制系统时使用单回路控制系统。

2.6仪表选型

（1）压力变送器

选用HSTL-800扩散硅压力变送器，变送器如图2.5所示。

图2.5HSTL-800扩散硅压力变送器

（1）系列简介及说明

压力变送器性能可靠，价格优惠。

采用扩散硅进口芯片，电路采用信号隔离放大，截频干扰设计（抗干扰能力强，防雷击）过压保护，限流保护，抗冲击，防腐等设计。

系列用途

航空航天,电力,污水处理、给水?

石油化工和制药工业,热电机组,空调机组,制冷机组,压缩机组,实验室压力效验,工业过程检测与控制,内燃机、发动机,液压及气动系统,恒压供水系统等行业液体、气体的测量与控制。

（2）产品特点

1：

性价比超高。

2：

宽电压设计。

3：

抗冲击设计。

4：

高精度、高稳定。

5：

安装灵活,使用方便。

6：

体积小、重量轻、抗震动

7：

接线反向和过压保护，限流保护。

8：

信号隔离放大，截频干扰设计，抗干扰能力强，防雷击,防腐蚀。

（3）规格选型：

测量介质：

气体、液体

测量范围：

-0.1~0~0.001~100MPa（中间量程任选）

压力类型：

负压、绝压、表压、密封压（没有要求默认表压）

精度等级：

0.1级0.2级（默认0.2级）

连接选择:

M20*1.5M18*1.5M16*1.5M16*1M14*1.5M12*1.5M12*1.25

M12*1M10*1G1/2G1/4G3/81/4NPT1/2NPT1/8NPTZG1/4

（R1/4）

长期稳定性：

±

0.1%F.S/年

温度漂移：

0.01%FS/℃

供电范围：

12～36VDC

输出信号：

4～20mA或0～5VDC或0～10VDC或1-5VDC

介质温度：

-40～85℃

环境温度：

-40～85℃

超压：

200%

防护等级：

IP65

采样频率：

≤2ms

（2）横河UT550程序调节器

图2.6横河UT550程序调节器

设计体会与心得

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

本次设计主要是基于PID控制器的过程控制系统。

这种控制融合了较先进的自动化技术，具有安全系数高，控制精度高，维护容易等多方面功能特点，为压力过程控制的系统的连续、稳定、安全运行提供了保证。

本次设计是有关过程控制系统里面的压力闭环控制系统的设计，通过这次设计让我学习了相关专业知识的同时也了解了过程控制系统在各个领域的一些应用。

本次设计的顺利完成首先要感谢的就是我们的指导老师。

本课题在选题及进行过程中得到老师的悉心指导，在论文设计过程中也多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。

严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。

在此，谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

同样也感谢啤酒厂实习为我提供了这次设计的思路，让我们扩充了知识面，提高了动手动脑的能力。

为以后工作积累了不少经验。

虽然这设计过程中遇到了很多的困难，但是最后都迎难而上，最后都解决了问题，这对于我自己应付处理问题的能力得到了很大的提高。

经过此次的设计，我受益非浅，由于设计中涉及到的知识面很广，很多们专业知识需要综合运用，所以翻阅了大量的书籍以及浏览了无数的相关知识网页。

虽然付出了很多的汗水与辛酸，但是这一切肯定是值得的，因为我们在付出之后，得到了不错的回报。

由于本人水平有限,加之时间仓促,设计中疏漏和错误之处在所难免,希望老师给予谅解，同时也希望老师加以批评和指正，使我在以后的学习和工作中取得更大的成绩。

参考文献

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