精准控温发酵装置的制作与应用

精准控温发酵装置的制作与应用

张伟

身份证号：142225196505210010

摘要：在啤酒酿造发酵过程中，发酵罐温度是最重要的主要参数。使用可编程控制器对发酵罐温度进行自动控制系统，可以实现一机多控的效果，即使用同一个可编程控制器调节多个发酵罐的温度，每个发酵罐应根据自己的程序执行。

关键词：精准控温；发酵装置；制作；应用

1啤酒发酵过程温度控制

1.1啤酒发酵温度曲线

啤酒喷淋发酵包括四个阶段：主发酵的升温、隔热保温操作、双乙酰回收的隔热保温、降温和超低温操作。在早期阶段，大多数自然升温环节不需要操纵，而是依靠发酵本身产生热量并让其自然上升；在隔热环节，操作制冷剂切断阀，保持发酵液温度稳定；在减温过程中，按规定速度操作制冷剂切断阀

1.2受控对象

啤酒喷淋发酵在发酵罐中动态进行，发酵罐由储罐、冷藏带、保温层等部分组成。发酵罐容量较大。为了有利于换热器，发酵罐的表面设置了上、中、下三个制冷夹套。相应设置上、中、下温度测点或三轴力动阀。以阀门开度作为控制量，测量酒质温度。根据阀门开度调节冷藏罐中冷水的总流量，实现酒质温度控制。根据啤酒发酵温度变化规律，设计了一种以PLC为核心的啤酒发酵控制器。

2精准控温发酵装置的应用

2.1制作果酒和果醋

2.1.1制作思路

果酒和苹果醋是在不同的温度和通风环境下制作的。葡萄酒发酵室温度设定在28℃以内，不通风，进行无氧运动；苹果醋发酵室的温度设定在30~35℃之间，并进行空气交换以确保蒸汽供应。

2.1.2制造工艺

第一步是清洁和消毒仪器，并干燥以备保存。第二步是清洗红色提取物，挤压2升果汁，放入葡萄酒发酵桶中，加入适量酿酒酵母，根据温度控制器将葡萄酒发酵室温度设定在28℃以内，进行葡萄酒发酵。需要注意的是，葡萄酒发酵桶内没有气泡，所有升起的原料都沉入底部，这意味着葡萄酒发酵完成，然后打开出口的电源开关，将所有葡萄酒倒入苹果醋发酵桶；再次压榨2升果汁后，加入葡萄酒发酵桶，按照上述实际操作再次发酵果酒。第三步是在添加了果酒的苹果醋发酵桶中添加适量的醋酸菌，连接气泵进入气体，打开另一个温度控制器，将苹果醋发酵室的温度设置为30~35℃，然后逐步同步生产果酒和苹果醋。俱乐部成员每天在同一时间观察、拍照并记录果酒和苹果醋的发酵情况。

2.2探究酵母菌细胞呼吸的方式

2.2.1探究思路

温度控制在25～35℃之间，将两个发酵桶分别置于无氧和有氧运动的自然环境中，研究酵母体细胞的无氧呼吸和有氧呼吸。

2.2.2探究步骤

第一步，向两个发酵桶中添加10g酵母和240m高浓度5%的葡萄糖溶液。其次，在图3所示的前提下，左侧发酵室设计为厌氧呼吸设备，右侧发酵室设计成有氧呼吸设备。将量杯中的冷水换成清澈的石灰水，以测试二氧化碳。其中，左侧发酵室的发酵桶应密封一段时间，右侧气泵泵送的空气必须用10%氢氧化钠溶液溶解。然后，将两个发酵室的温度设置为25-35℃，第三步成型8-10小时，观察、记录并澄清石灰水的浊度；检测酒精的形成。

2.3探究酿酒酵母不同接种量对果酒发酵的影响

2.3.1探究思路

在控制温度为28℃的空发酵室中，研究了不同接种量的酿酒酵母对果酒发酵的影响。

2.3.2研究过程

第一步是取15个与发酵瓶体积相同的塑料瓶，清洗消毒，然后晾干；15个饮料瓶平均分为5组，即每组3瓶，每组被确定为i-V组。每个发酵水都加入250米高的新鲜果汁。步骤2，以第一组为空白试验，向第二至第五组的发酵水中分别加入0.25g、0.50g、0.75g和1.00g酿酒酵母，混匀。第三步：将5组发酵瓶放入自制发酵罐中，温度设定在28℃以内。俱乐部活动小组成员每天松开瓶塞2~4次，进行排气管，观察各组发酵情况，及时取样测量发酵液中的酒精含量，得到不同每日接种量酿酒酵母对发酵液中酒精含量影响的柱状图。

2.4探究通气量对果醋发酵的影响

2.4.1探究思路

操作温度在30~35℃之间，设置不同的通风量，观察苹果醋的发酵情况。

2.4.2研究过程

果酒发酵完成后，将等量的果酒倒入4。只需1升苹果醋发酵桶中，如图2所示。加入等量和适量的醋酸菌。将桶放入发酵罐进行发酵。发酵罐的温度设定在30至35℃之间。使用流速控制器调节4。苹果醋发酵桶的通风量为：30个/最小，60个/最小、120个/最小和180个/最小。每天按时取样，用p小时传感器精确测量p H。

3对精准控温发酵装置的反思

3.1创新点

首先，该设备可以在课堂教学中摆脱发酵测试过程中季节温度的影响，同时满足果酒发酵和苹果醋发酵的不同温度要求，从而完成独立精确的温度控制。其次，“一机多用”的特点有利于促进核心素养的形成。学生使用该设备进行一系列的产品研究，并使用双手和大脑，可以有效地提高学生的科学实验能力和科学思维水平。发酵设备具有取样方便、质优价廉、废物利用率高、环保无污染等特点。

3.2体现跨学科教学和数字化实验教学

在指导学生参与发酵设备生产的过程中，由于设计了精密的温控机械设备，体现了物理、有机化学和水力学多学科融合的特点。此外，在系列产品探索实验中，我们可以使用p时钟传感器进行数字实验、数据分析、得出结论和生成质量。

3.3有助于建构重要概念

使用该设备进行探究性实验的课堂教学，将有助于学生创建和应用“发酵工程项目为人们提供多种生物产品”的关键定义，理解中学理论的课堂教学，并引导学生认识到“发酵及其他相关工程项目必须满足微生物的代谢特性和特殊功能”。

3.4注意事项

教师必须提醒学生在教学过程中注意用电安全；必须提醒学生密切注意设备的密封，并及时检查，以避免得出实验结论。

3.5PLC温控系统的软件

可以先编写子程序，然后使用封装程序、图形程序员或手持式开发板程序进行编程。① 重置、校准各自的变量和类型常数；② 输入信号，包括键入可编程控制器的各个点、设置温度曲线、设置啤酒发酵液的主要参数、采样温度频率信号等；③ 跟踪温度，根据具体发酵液温度计算罐的工作时间，使设定温度与实际温度一致；④ 检查报警情况，及时落实每次报警的具体内容，并按时重复报警；⑤ 测量特定温度，并通过对测温元件特性的验证和测量获得实际温度；⑥ 计算设定温度，根据每个发酵罐所做的温度曲线，计算此时字符的设定温度；⑦ 计算导出值，包括温度误差、隔热处理方法、PID（管道仪表盘流程图）计算和输出限值；⑧ 操作并输出中间继电器，从数控可编程控制器的输出点访问闭合持续时间；⑨ 指示和报警：扫描仪指示有两种指示类型：数字型和字符型。将要标记的数据或标识符转换为用七段码标记的数据类型的标签值，然后依次输出一段时间的数量单脉冲；⑩ 对于交流接触器的输出，应根据啤酒发酵罐的开关状态和报警以及升温完成的标志来调整交流接触器的连接和闭合。系统必须能够自动指示每个储罐的具体温度和错误温度，或手动选择并指示每个储罐具体温度、设定温度、出口百分比、剩余时间。具有传感器故障报警、错误报警、超低温自动退出储罐制冷组件、储罐制冷组件全自动关闭等报警维护功能。

结论

发酵温度控制通常被视为第一性能参数。温度控制选用可编程逻辑控制器，发酵液温度自动控制系统可以达到“一机多控”的效果，即用同一个可编程控制器调节多个发酵罐的温度。每个储罐都可以根据自己的程序执行，程序完成后将自动退出。可编程控制器的温度控制具有很好的可靠性，有利于编程和使用方便。因此，可编程控制器的自动温度控制系统在啤酒发酵过程中得到了广泛的应用。

参考文献

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[2]孔今辉.PLC在啤酒发酵控制中的应用.自动化仪表,2020,23(11):38-40

[3]刘颖,赵雪.PLC温度控制系统的设计与研究.中小企业管理与科.2019,4:280