1. 引言
酒精又稱乙醇，在我國(guó)有幾千年的生產(chǎn)歷史。當(dāng)今，乙醇已成為一種重要的基礎(chǔ)化工原料，可用于合成乙醛、乙醚、醋酸乙酯等的基本有機(jī)原料，是制造農(nóng)藥、醫(yī)藥、橡膠、塑料、人造纖維、洗滌劑和香水等的原料。乙醇又是一種重要的溶劑，大量應(yīng)用于油漆、醫(yī)藥、染料、油脂等工業(yè)部門。當(dāng)然，它還是配制飲用酒和醫(yī)藥上的殺菌劑的原料。
乙醇的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有兩類，即以糖類、淀粉和水解纖維素等碳水化合物為原料的發(fā)酵法和以乙烯為原料的水合法。發(fā)酵法是一種較老的生產(chǎn)方法，但在我國(guó)仍是乙醇生產(chǎn)的主要方法?，F(xiàn)以淀粉原料為例，將原料粉碎后加水蒸煮糊化得糊精，再加入霉菌的培養(yǎng)物——糖化劑使糊精轉(zhuǎn)化為糖。再加入酒精酵母，利用酵母產(chǎn)生的各種酶（主要是酒化酶），在30℃左右和無(wú)氧的條件下把糖轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳。
2. 工藝介紹
酒精生產(chǎn)的主要工藝流程是：淀粉→粉碎→（加水）蒸煮→（糖化劑）轉(zhuǎn)化糖→（酒精酵母）轉(zhuǎn)化酒精和二氧化碳→精餾→萃取精餾→無(wú)水乙醇。發(fā)酵產(chǎn)物主要成份6%～10%乙醇、水和固體雜質(zhì)同時(shí)還有醛、酯、甲醇等數(shù)十種微量雜質(zhì)，需精餾分離得到含乙醇95～96%的酒精產(chǎn)品。
2.1. 粉碎
在酒精生產(chǎn)中，如果采用間歇蒸煮的方法，一般原料不經(jīng)過(guò)粉碎，直接成塊狀投入鍋內(nèi)進(jìn)行高壓蒸煮。當(dāng)采用連續(xù)蒸煮時(shí)，各種原料都必須先經(jīng)過(guò)粉碎。原料粉碎的方法可分為干粉碎和濕粉碎兩種。
2.2. 蒸煮
某酒廠連續(xù)蒸煮所需要的主要設(shè)備是利用工廠原有的間歇蒸煮鍋改造的，改裝時(shí)只需要原有蒸煮鍋串聯(lián)起來(lái)，再增加預(yù)熱器和后熟器即可。由于它可以充分利用原有的蒸煮鍋，就能達(dá)到提高生產(chǎn)效率，節(jié)約蒸汽等連續(xù)蒸煮的優(yōu)點(diǎn)，適合于老廠改造，所以為我國(guó)很多工廠所采用。其流程為：原料→斗式升運(yùn)機(jī)→料斗→錘式粉碎機(jī)→螺旋拌料器（絞龍）→ 混合桶→泥漿泵→ 蒸煮鍋→后熟器→氣液分離器→真空冷卻→糖化鍋。
2.3. 糖化
原料經(jīng)過(guò)加壓蒸煮，淀粉糊化成為溶解狀態(tài)，但是還不能直接被酵母菌利用，發(fā)酵生成酒精。因此，經(jīng)過(guò)蒸煮以后的糊化醪，在發(fā)酵前必須加入一定量的糖化劑，使溶解狀態(tài)的淀粉，變?yōu)榻湍改軌虬l(fā)酵的糖類，這一個(gè)由淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪^(guò)程，稱為糖化。糖化過(guò)程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化變成可發(fā)酵性糖。酒精生產(chǎn)上常用的糖化劑有麥芽和曲兩種，歐美、蘇聯(lián)等國(guó)多采用麥芽作糖化劑，我國(guó)則普遍采用曲作糖化劑。
2.4. 發(fā)酵
發(fā)酵是釀酒生產(chǎn)的重要過(guò)程，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)率起著至關(guān)重要的作用。連續(xù)發(fā)酵流程如下兩圖所示：
前面有一組四只新罐與另一組六只罐并聯(lián)，然后兩組同時(shí)流入7號(hào)罐。從7號(hào)罐至11號(hào)罐進(jìn)行串聯(lián)，發(fā)酵至10號(hào)罐結(jié)束。10號(hào)與11號(hào)罐均為成熟發(fā)酵醪。
連續(xù)發(fā)酵投產(chǎn)時(shí)，先將已培養(yǎng)成熟的液曲酒母打入1號(hào)和新1號(hào)發(fā)酵罐，在保持主發(fā)酵狀態(tài)下，流加新糖化醪，并使發(fā)酵醪液外觀糖保持在5～7BX；酒精含量4～6％(容量)，酵母數(shù)為0.8億/毫升左右。為了保證酵母菌的優(yōu)勢(shì)增殖和發(fā)酵，并起到抑制產(chǎn)酸細(xì)菌生長(zhǎng)的作用，在流加新糖化醪的同時(shí)要流加硫酸，其用量為每立方米發(fā)酵醪流加0.2～0.3升，使發(fā)酵醪pH在3.6～3.8左右。兩罐加滿時(shí)間約需16小時(shí)。滿罐后，就可將發(fā)酵醪流入2號(hào)和新2號(hào)罐。在保持主發(fā)酵狀態(tài)下，向這四只發(fā)酵罐流加新鮮糖化醪。2號(hào)罐加滿時(shí)間約需8小時(shí)，滿罐后發(fā)酵醪流至3號(hào)和新3號(hào)罐。此時(shí)只往3號(hào)罐與前四只罐流加糖化醪，與2號(hào)罐同樣方法加滿3號(hào)發(fā)酵罐時(shí)間約需8小時(shí)。新3號(hào)罐不再流加新糖化醪。也就是說(shuō)新糖化醪只往1、2、3號(hào)與新1號(hào)、新2號(hào)五只罐流加。待流加罐滿罐后，自然流至以后各罐，直至末罐發(fā)酵結(jié)束，送去蒸餾。此時(shí)醪液流加量已趨正常，約為9立方米/時(shí)。
在上述工藝流程中，各糖化醪流加罐始終處于主發(fā)酵狀態(tài)，在這一階段中酵母處于增殖階段，并同時(shí)伴隨著發(fā)酵醪中的淀粉和糊精繼續(xù)被糖化，而后幾個(gè)發(fā)酵罐則起著后發(fā)酵作用。
2.5. 蒸餾
蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的不同而分離組分的方法。粗餾塔的作用是將乙醇從成熟醪中分離出來(lái)，并排除酒糟。精餾塔的作用是濃縮乙醇和排除大部分雜質(zhì)。
目前，大部分廠家使用兩塔蒸餾，兩塔流程又有氣相進(jìn)塔和液相進(jìn)塔兩種型式，氣相進(jìn)塔系粗餾塔發(fā)生的酒汽直接進(jìn)入精餾塔，這種方式生產(chǎn)費(fèi)用較低，為淀粉質(zhì)原料廠所采用。下圖所示為氣相進(jìn)塔的兩塔流程：成熟醪用泵自醪池進(jìn)入預(yù)熱器3，與精餾塔來(lái)的酒精蒸汽進(jìn)行熱交換，成熟醪被加熱至40℃左右，由醪塔頂部進(jìn)入醪塔1，而醪塔底部用直接蒸汽加熱，使塔底溫度為l05～108℃，塔頂溫度為92～95℃，塔頂約50％的酒精蒸汽直接進(jìn)入精餾塔2，被蒸盡酒精的成熟醪稱酒糟，由塔底部排糟器自動(dòng)排出。
3. 系統(tǒng)配置對(duì)于3萬(wàn)噸酒精生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，所有檢測(cè)點(diǎn)數(shù)都在DCS中檢測(cè)、控制、記錄以及報(bào)警。為了節(jié)省投資，蒸煮、糖化、酒母發(fā)酵崗位用雙支鉑熱電阻：一路去DCS,一路去現(xiàn)場(chǎng)崗位，實(shí)現(xiàn)儀表顯示。中控室設(shè)在蒸餾崗位。DCS系統(tǒng)設(shè)一個(gè)控制站和兩個(gè)操作員站（其中一個(gè)操作站兼作工程師站）。
4. 系統(tǒng)組態(tài)
SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件是基于Windows2000/XP的SunyTech工業(yè)控制軟件平臺(tái)。該軟件包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器SunyRDB、算法編輯器SunyIEC、硬件配置軟件SunyCFG、畫(huà)面編輯器SunyMaker和實(shí)時(shí)運(yùn)行軟件SunyRTM等幾個(gè)部分。獨(dú)特的DCOM技術(shù)使各部分即相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。
4.1. 控制方案
對(duì)蒸餾工序的精餾汽包蒸汽壓力、精塔二冷凝器溫度、精塔三冷凝器溫度、精塔回流液位、精塔塔釜液位、精塔中溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用時(shí)用鼠標(biāo)單擊“蒸餾”流程中的相關(guān)閥門或回流泵即可彈出調(diào)節(jié)操作面板，從而對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.2. 工藝參數(shù)顯示
對(duì)所有監(jiān)控參數(shù)，如流量、溫度、壓力以及設(shè)備狀態(tài)等，均可以流程圖或表格形式顯示出來(lái)。并且，所有報(bào)警點(diǎn)一旦發(fā)生越限報(bào)警，其數(shù)值將會(huì)閃爍，提醒操作人員注意。
4.3. 自動(dòng)調(diào)節(jié)
通過(guò)下圖所示的調(diào)節(jié)面板，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。調(diào)節(jié)器具有手自動(dòng)切換功能，在自動(dòng)情況下能夠進(jìn)行自整定調(diào)節(jié)。
4.4. 歷史記錄
在實(shí)時(shí)趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有測(cè)量點(diǎn)的歷史記錄。一旦需要追溯以往數(shù)據(jù)信息，打開(kāi)歷史趨勢(shì)頁(yè)面，在下方空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的對(duì)話框中則可選擇用戶所需要的任意一條曲線。并也可通過(guò)歷史趨勢(shì)頁(yè)面上的“設(shè)置參數(shù)”按鈕，按用戶指定時(shí)間段進(jìn)行曲線顯示。
4.5. 報(bào)警功能
生產(chǎn)設(shè)備以及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的事件均可實(shí)時(shí)顯示，并在歷史報(bào)警頁(yè)面中進(jìn)行查詢，查詢內(nèi)容包括：時(shí)間、報(bào)警發(fā)生的日期、時(shí)間、報(bào)警界限值、報(bào)警恢復(fù)時(shí)間、操作用戶、報(bào)警變量名稱等內(nèi)容。
4.6. 報(bào)表功能
通過(guò)報(bào)表頁(yè)面可對(duì)全部參數(shù)進(jìn)行歷史、實(shí)時(shí)查詢，并可進(jìn)行報(bào)表的打印預(yù)覽和打印功能。
4.7. 安全管理
對(duì)工程軟件以分用戶的形式進(jìn)行安全管理，系統(tǒng)可建立多個(gè)用戶，每個(gè)用戶擁有不同的權(quán)力，進(jìn)行不同范圍的操作，例如：操作員不能對(duì)流量進(jìn)行清零，不能改動(dòng)PID參數(shù)、運(yùn)行時(shí)不能退出系統(tǒng)等限制，工程師則不受限制但不可運(yùn)行時(shí)退出系統(tǒng)，而系統(tǒng)管理員權(quán)限則沒(méi)有限制等。具有多大的權(quán)限就看采用哪種用戶登錄，每個(gè)用戶擁有自己的密碼。
5. 結(jié)束語(yǔ)
SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、開(kāi)放性好，且具有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力。自投用以來(lái)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和產(chǎn)量的提高發(fā)揮了舉足輕重的作用。根據(jù)應(yīng)用情況，我們認(rèn)為，SunyTDCS9200還可以應(yīng)用于各種規(guī)模的啤酒、生物制藥等過(guò)程控制。
