Nghiên ứu điều khiển tối ưu nhiệtt lượng cấp cho nồi sôi hoa trong dây chuyền nấu bia nhà máy bia hạ long quảng ninh

Các nhà máy bia liên doanh v i các hãng bia n c ngồi ngày càng mớ ướ ở ộ r ng và phát triển như: Tiger, Heiniken, Halida, Foster, Carlsberg, Sanmiguel, Huda… hầu hết các nhà máy bia này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

H ọc viên : Trầ n trung hi u ế l p cao h c i u khi n t ng ớ ọ đ ề ể ự độ

M ục lụ c

Lời cam đoan i

Mục lục ii Danh mục bảng số ệ li u iv

Danh m c hình vụ ẽ v

Lời nói đầ 1 u Chương 1: giới thiệ ổu t ng quan v ngành bia ề ở việt nam và bài toán đ ều i khiển trong dây chuy n nề ấu bia 5

1.1 Giới thiệu sơ lược về ngành bia 5

1.2 Tổng quan về ngành công nghi p bia ệ ở Việt Nam 6

1.2.1 Tình hình sản xuất bia ở ệt Nam 6Vi 1.2.2 Định hướng phát tri n ngành công nghi p bia Viể ệ ệt Nam 8

1.3 Vai trò của hệ ấ N u trong sản xuất bia và vấn đề iđ ều khi n trong dây ể chuyền Nấ 12u Chương 2: n i sôi hoa (houblon) và bài toán ồ đ ềi u khiển n ổ định nhiệt lượng cung c p bấ ởi hơi quá nhiệt 21

2.1 Nhiệm vụ, chức năng n i sôi hoa và mồ ục tiêu đặt ra c a bài toán ủ đ ềi u khiển 21

2.1.1 Nhiệm vụ và ch c nứ ăng của nồi sôi hoa 23

2.1.2 Mục tiêu d t ra c a bài toán ặ ủ đ ềi u khi n n i houblonể ồ 24

2.2 Phương pháp đ ềi u khi n truyể ền thống và nét mới của đề tài 26

2.2.1 Phương pháp kinh đ ểi n đ ềi u khi n cể ấp h i cho n i houblon trong các ơ ồ nhà máy bia ở Việt Nam 26

2.2.2 Nét mới của đề 30tài 2.3 Các vấn đề cần xem xét khi xây d ng bài toán ự đ ềi u khiển cho nồi sôi hoa 36

2.3.1 Quá trình c p nhiấ ệt và trao i nhi t trong n i houblonđổ ệ ồ 37

H ọc viên : Trầ n trung hi u ế l p cao h c i u khi n t ng ớ ọ đ ề ể ự độ

2.3.2 Xác định nhiệt lượng cần cấp cho n i houblon trong suồ ốt thời gian cô

dịch 44

2.4 Nhận định mô hình hệ ố th ng và phát bi u bài toánể 56

Chương 3: Phân tích bài toán và Sách lược đ ềi u khiển 59

3.1 Phân tích bài toán 59

3.2 Sách lược đ ềi u khiển 67

3.2.1 Lựa chọn đại lượng đ ềi u khiển chủ đạo 67

3.2.2 Đ ềi u khi n tể ầng và các vấn đề liên quan 68

3.2.3 áp dụng đ ềi u khi n t ng vào bài toán ể ầ đ ềi u khi n nhiể ệt lượng 70

Chương 4: thiết lập bộ đ ề i u khi n t ng kể ầ ết quả đạt được và nh n xét ánh giáậ đ 74

4.1 Thiết lập bộ đ ề i u khi n t ng trên n n PLC S7 300 cể ầ ề - ủa Siemens 74

4.2 Kết quả đạt được khi áp d ng vào thụ ực tế 79

4.3 Hướng nghiên c u phát triứ ển đề tài 81

Kết luận và kiến nghị 83

tài liệu tham khảo ……… 80 phụ ụ L c………

L ời nói đầ u

Trong những n m g n ây, vi c áp d ng các k thu t i u khi n hi n đại vào ă ầ đ ệ ụ ỹ ậ đ ề ể ệ

thực tiễn sản xuấ đã có nhit ều những thay đổi tích c c, các thu t toán ự ậ đ ềi u khiển có

cấu trúc ngày càng được ứng dụng nhiều trong các bộ điều khiển trung tâm của các dây chuy n sề ản xuất, có ch c năng tạo ra các sản phẩm mà chất lượứ ng c a nó ngày ủcàng đòi hỏ phả được nâng lêni i nhằm nâng cao ứs c cạnh tranh của s n phẩả m trên

th trị ường Chất lượng s n phả ẩm không nh ng phữ ụ thuộc vào nguyên li u, vào công ệnghệ ả s n xuất mà còn phụ thuộc rất nhi u vào hề ệ ống đ ềth i u khiển quá trình sản xuất

hXét riêng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, cụ thể ơn là ngành công nghiệp sản xuất bia, một ngành mà theo báo cáo c a bủ ộ công nghiệp trình Thủ

Tướng về việc đ ều chỉnh, bổ sung Quy hoại ch t ng th phát tri n nghành Bia – ổ ể ể

R u – ượ NGK Việt Nam đến năm 2010: “mục tiêu cho đến năm 2010, xây dựng nghành bia - rượu - NGK thành một nghành kinh tế m nh, khuyếạ n khích sử ụ d ng nguyên liệu trong nước, phát triển sản suất các sản phẩm ch t l ng cao, có uy tín, ấ ượthương hiệu hàng hóa mạnh trên thị trường” thì việc nâng cao chất lượng sản phẩm

với tỷ ệ ội địa hoá cao là một nhu cầu rất lớn đối với những doanh nghiệp hoạt l nđộng trong lĩnh vực này Nhu cầu ấy không chỉ đế ừ các doanh nghin t ệp chuẩn bị đ i vào hoạt động mà còn đến t các doanh nghiừ ệp đã đi vào hoạ động đt ang sở ữ h u các

h ệ thống đ ều khiển cũ mà chủ ếu là đ ều khiển theo kinh nghiệi y i m và độc l p các ậtham số ệ h thống, nay muốn nâng cấp hệ ống đ ềth i u khiển c a mình cho phù hủ ợp hơn với yêu cầu của th trường Nhu c u ó òi h i các đơn v trong nước làm ph n ị ầ đ đ ỏ ị ầ

mềm cho ngành công nghiệp th c phẩự m nói chung và ngành sản xuất bia nói riêng

c n ầ tìm đến các giải pháp tổng thể ơn trong đ ều khiển hệ thống sản xuất nhằm h inâng cao hơn nữa chất lượng củ ảa s n ph m, các gi i pháp y c n xu t phát t s ch ẩ ả ấ ầ ấ ừ ự ủ

động của b n thân các n vịả đơ này, i u đó sẽđ ề mang l i hi u quả cao cho các doanh ạ ệnghiệp s n xuấả t v a và nhỏ ơừ h n là vi c sệ ử ụ d ng ngay hệ th ng phố ần mềm đ ềi u

khiển chuyên d ng nhập ngoạụ i có giá thành r t cao, đồng bộ ừấ t ần mềm khung phđến triển khai i u khiểđ ề n chi ti t các thành ph n,ế ầ một hệ thống mà không nhiều doanh nghiệp ho t động trong l nh v c này có khả ăạ ĩ ự n ng trang bị

Trong phạm vi bài viết này, tác gi mu n bàn v v n đề thi t k h th ng i u ả ố ề ấ ế ế ệ ố đ ềkhiển m t khâu trong dây chuyộ ền Nấu bia ở nhà máy bia Hạ Long – Quảng Ninh,

một nhà máy đượ ắp đặt chế ạo bở công ty Cơ nhiệt đ ện lạnh Bách Khoa c l t i i – Polyco kết hợp cùng ông ty ơ đ ệ đo lường tự động hoá DKNEC C C C i n ụ thể ơn h

đó là h th ng i u khi n t i u nhi t lượng cho n i sôi hoa (houblon), một khâu rất ệ ố đ ề ể ố ư ệ ồquan trọng trong sản xuất có ch c năứ ng tạo nên hương vị, màu cũng như độ b t ọ cho bia thành phẩm

Luận văn có n i dung chính sau:ộ

- Nhận định bài toán đ ều khiển dựa trên các yêu cầu thực tế ề chất lượng i v

của hệ thống

- Nghiên cứu sách lược đ ều khiển phù hợp khả ĩ áp dụng được vào đ ều i d ikhiển hệ thống giúp nâng cao chất lượng đ ềi u khiển đồng thời tiết kiệm được năng lượng sử ụ d ng

- Cài đặt thuật toán đ ều khiể trên S7 300 và áp dụng vào thực tế ản xuất.i n - s

- áp dụng vào thực tế ản xuất và kết quả thực nghiệm s

n lLuận văn được hoàn thành với sự ỗ ực của bản thân cùng rất nhiều sự giúp

đỡ và h ng dẫn tậướ n tình c a th y th y giáo PGS.TS Hoàng Minh Sơn, bộ môn ủ ầ ầ

Đ ềi u khi n t động tr c thu c trường Đại h c Bách Khoa Hà N i ể ự ự ộ ọ ộ

Vì lý do thời gian cũng như kiến thức còn nhiều hạn chế, luận văn không tránh khỏi có những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các th y cô ầgiáo và bạn đọc

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2007

ọc viên: Trần Trung HiếH u

Ch-¬ng 1: giớ i thi u t ng quan v ngành bia vi t nam và bài ệ ổ ề ở ệ

toán đ ề i u khiển trong dây chuy n n ề ấu bia

1.1 Giới thi u sệ ơ lược v ềngành bia

Ngành công nghi p sệ ản xuất bia có l ch s phát triị ử ển lâu đời T ừcách đây 5000

năm, người Sumérien và ng i Assyrien là nhườ ững cư dân đầu tiên biết làm ra và sử

dụng một loại đồ ống lên men từ u các h t ngũ ốạ c c nảy mầm và được người Hy Lạp gọi là "beer" Cho đến ngày nay, bia đã trở thành một loại đồ uống không thể thi u ếđược trong cuộc s ng c a con ng i hiệố ủ ườ n đại do bia là lo i đồ u ng giàu dinh ạ ố

dưỡng, có độ ồn thấp với hương thơm đặc trưng c c ủa malt đại mạch, hoa houblon

và các sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men Hiện nay, ngành công nghi p bia ệphát triển rất nhanh, em lđ ại nguồn thu nhậ ương đốp t i cao cho ngành kinh doanh bia và các d ch v , sị ụ ản phẩm phụ đi kèm

Một số ước Châu Âu có khí h u l n ậ ạnh, nhưng lại là khu v c có truy n thự ề ống sản xuất bia, ngành công nghiệp bia ở khu vực này phát triển rất mạnh, tiêu biểu là nhu cầu tiêu th bia c a m t sụ ủ ộ ố nước trong khu vực r t cao so v i tiêu th bia trên ấ ớ ụ

th ế giới, thống kê bình quân mức tiêu th bia hiụ ện nay ở một số nước Châu Âu: Cộng hòa Séc 160 lít/người/năm Cộng hòa liên bang Đức 127 lít/người/năm an Đ

Mạch 125 lít/người/năm Bỉ, Hà Lan là 120 đến 160 lít/người/năm và phổ biến là 80 lít/ng i/nườ ăm

Châu á là khu v c có ngành công nghiự ệp bia phát triển muộn h n Châu Âu ơNhưng khu vực này có dân số đ ông và là thị trường trẻ cho nên mức tiêu thụ bia đang ngày càng tăng Sản xuất và tiêu thụ bia h ng năm củằ a m t sộ ố nước trong khu vực trước kia thấp, nhưng đến nay đã tăng trưởng khá nhanh, bình quân 6,5%/năm,

ví d : Thái Lan có m c tụ ứ ăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin

22,2%/năm, Malaysia 21,7%/n m, Indonesia 17,7%/nă ăm Trung Quốc có mứ ăng c ttrưởng trên 20%/năm

Nhìn chung ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế ớ gi i hiện nay đang phát triển m t cách nhanh chóng, ộ đặc biệt ở các nướ đang phát triể ở những nước có c n nhu cầu tiêu dùng cao, m c tiêu th bình quân đầu người lên t i 100 lít/ngứ ụ ớ ười/năm 1.2 Tổng quan về ngành công nghiệp bia ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất bia ở Việt Nam

Trong năm năm gần đây, do tác động của những yếu tố chính như ố t c độ tăng GDP, tăng dân số, đô thị hóa, du lịch, tố độ đầc u tư, xắp x p tế ổ ch c sản xuất… ứnghành công nghi p bia Việ ệt Nam ã có tđ ốc độ tăng trưởng cao, bình quân 8 – 12

%/năm Do yêu c u ngày càng cao v ầ ề ch t lượng, vệ ấ sinh an toàn thực phẩm và sự phát triển mạnh mẽ ủ c a các doanh nghi p sệ ản xuất bia l n, cóớ trình độ quản lý, công nghệ, thi t bế ị ệ hi n đại, có thương hi u uy tín ệ đã v n lên chiươ ếm lĩnh thị trường nên

một số ơ ở ản xuất bia nhỏ không tiêu thụ được buôc phải đóng cửa hoặc sáp c s snhập Hi n nay, trên cệ ả nước có khoảng 326 cơ ở ả s s n xuất bia và xu hướng đầ ư u tcông nghệ, trang thiết bị hi n đạệ i nâng cao ch t lấ ượng sản phẩm đang là m c tiêu ụcủa hầu hết các doanh nghiệp trong l nh vực này ĩ

V sề ản l ng sượ ản xuất bia, Việt Nam đứng hàng thứ 8 ở Châu á sau Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, ấn Độ, và đứng hàng thứ 3 sau Thái Lan Philippines tại khu vực Đông Nam á

Năng lực sản xuất bia tập trung chủ ếu tại những tỉnh thành phố trực thuộc yTrung ương như: TP Hồ Chí Minh chi m: 23,2% tế ổng n ng lă ực s n bia toàn quả ốc,

TP Hà Nội: 13,44%, TP H i Phòng: 7,47%; t nh Hà Tây: 6,1%; Tiả ỉ ền Giang: 3,79%; Hu : 3,05%; à N ng: 2,83% Các nhà máy bia ế Đ ẵ được phân bố ạ t i 49 tỉnh thành trên 64 tỉnh thành của cả nướ ập trung t p trung chc t ậ ủ ế y u tại khu vực Đông Nam Bộ, đồng bằng Sông Hồng, Trung Bộ và Nam Trung Bộ Các khu vực Tây Nguyên, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Trung du mi n núi phía Bề ắc, năng lực sản

xuất bia ở ứ m c thấp Đến nay (Tính đến n m 2005), có 15 t nh không có că ỉ ơ s sở ản xuất bia bao gồm: An Giang, Bạc Liêu, B n Tre, Bình Phế ước, Đắc Lắc, Đắc Nông, Đồng Tháp, Gia Lai, Hậu Giang, Kiên Giang, Lai Châu, Long An, Ninh Thu n, Trà ậVinh, Tuyên Quang

Các nhà máy bia liên doanh v i các hãng bia n c ngoài ngày càng mớ ướ ở ộ r ng và phát triển như: Tiger, Heiniken, Halida, Foster, Carlsberg, Sanmiguel, Huda… hầu

hết các nhà máy bia này đã đạt công suất thiết kế và đang xin cấp phép nâng công suất nhà máy ho c xây dựặ ng các nhà máy m i ớ

V ề trình độ công nghệ, thiết bị: Những nhà máy có công suất trên m t trộ ăm triệu lít/năm đều có thiết bị ệ hi n đại, tiên tiến, được nh p khậ ẩu từ các nước có nền công nghiệp phát triển Các nhà máy bia công su t trên 20 tri u lít hiấ ệ ện đang được đầu tư chi u sâu đổi mớề i thi t b ti p thu công nghế ị ế ệ tiên tiến vào sản xuất Đ ềi u

đáng m ng là hi n nay chúng ta ã xây d ng, l p đặt hoàn ch nh m t s nhà máy ừ ệ đ ự ắ ỉ ộ ốbia công su t lên t i 50 tri u lít/n m, sấ ớ ệ ă ản xuất bia có ch t lấ ượng cao hoàn toàn băng

nội lực Việt Nam

V ề chủng loại sản phẩm, h ện nay trên thị trường có 03 loại chủng loại sản iphẩm bia chủ ế y u là bia chai, bia lon, bia h i ngoài ra bia tơ ươi cũng đã bắt đầu xuất hiện và chiếm một th ph n tương đối nh ch y u các Thành Ph l n nh Hà N i ị ầ ỏ ủ ế ở ố ớ ư ộ

và TP Hồ Chí Minh Trong các sản phẩm này, sản phẩm bia chai c a nhà máy bia ủSài Gòn đã được xuất khẩu mang l i nhiạ ều lợi ích về kinh t c ng như ừế ũ t ng bước khẳng định thương hi u cệ ủa ngành bia Vi t Nam ệ

Theo báo cáo của bộ công nghiệp trình Thủ Tướng về việc đ ềi u chỉnh, bổ sung Quy ho ch t ng thạ ổ ể phát tri n nghành Bia – Rượu – Nước gi i khát (ể ả NGK) Việt Nam đến năm 2010, mục tiêu cho đến năm 2010, xây dựng nghành bia - rượu - NGK thành một nghành kinh tế m nh, khuyếạ n khích sử ụ d ng nguyên liệu trong nước, phát triển sản suất các sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu hàng hóa mạnh trên th trường ị

1.2.2 Định hướng phát tri n ngành công nghi ể ệp bia Việt Nam

Theo báo cáo của Bộ công nghi p trình Thệ ủ tướng về ệ vi c đ ềi u chỉnh, bổ sung Quy ho ch tạ ổng thể phát triển ngành Bia - Rượu - NGK Việt Nam đến n m 2010, ămục tiêu cho đến năm 2010, xây dựng ngành Bia - Rượu - NGK thành một ngành kinh tế ạ m nh, khuy n khích sế ử ụ d ng nguyên liệu trong nước, phát triển sản xuất các

sản phẩm chất l ng cao, có uy tín, thượ ương hiệu hàng hóa mạnh trên thị trường Để

đạt được đ ềi u này, nh hướng phát triển của ngành đến năm 2010 nêu rõ: đị

- Hiện đại hóa công nghệ, từng bước thay th công ngh , thi t b l c h u hi n có ế ệ ế ị ạ ậ ệ

bằng công nghệ thiết bị hiện đại, tiên tiến đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượ g, vệnsinh an toàn thực phẩm, môi trường Ưu tiên sử ụ d ng thiế ị trong nướ ương t b c tđương chất l ng thiế ịượ t b nh p khẩu ậ

- Tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn, phát huy tối đa năng lực sản

xuấ ủt c a các thi t b và công ngh tiên ti n, hiệ đại ế ị ệ ế n

- Quy hoạch và xây dựng các phòng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu ứng dụng, triển khai thực hiện gắn với việ ứng dụng khoa học, công nghệc vào s n xuấ ả t

Do tác động của những yếu tố như: Tốc độ tăng GDP, tăng dân số, đô thị hoá,

hội nhập, du lị h, đầ ư…c u t Thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao i vđố ới sản phẩm bia, nước giải khát Thực tế ả s n xuất bia, nước giải khát đã vượt qua chỉ tiêu trong quy hoạch giai đ ạo n 2005 – 2010, trong khi sản xuất rượu không đạt chỉ tiêu

đề ra Những doanh nghiệp sản xuất kinh doanh có hiệu quả, sản phẩm có chất

lượng và uy tín trên thị trường ể ả các doanh nghiệp có vốn đầu tư ước ngoài,, k c n

đã s n xu t h t công su t ho c đầu t nhà máy m i, huy động ngu n vốả ấ ế ấ ặ ư ớ ồ n c a các ủthành phần kinh tế để tham gia đầu tư, đẩy mạnh cổ phần hoá, phát hành trái phiếu…

Để chuẩn bị ốt cho việc hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, đòi hỏi các tdoanh nghiệp trong nước phải quy hoạch sắp xếp, tổ chức quản lý lại ngành, liên

doanh liên k t trong và ngoài nế ước để phát triển thành những tậ đp oàn kinh tế

mạnh, đủ ức cạnh tranh khi h s ội nhập mở ử c a

*D ki n ự ế đ ềi u chỉnh Quy ho ạch tổng thể phát triển ngành Rượ – u Bia –

Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010.

T ừ phân tích những số liệu thực tế và những đánh giá xu hướng phát triển ủa cngành, Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia – Rượu – Nước gi i khát Viả ệt Nam đến năm 2010 cần đ ềi u ch nh bổ sung như ỉ sau: [6]

• Mục tiêu:

Xây dựng ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam thành một ngành kinh

t mế ạnh Khuyến khích sử ụ d ng nguyên liệu trong nước, phát triển sản xuất các sản phẩm ch t lấ ượng cao, có uy tín, thương hi u hàng hoá mệ ạnh trên thị trường, đảm

bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đa dạng hoá về chủng loại, cải tiến bao bì, mẫu mã;

ph n ấ đấu hạ giá thành, nâng cao kh n ng cạnh tranh, áp ả ă đ ứng nhu cầu trong nước

và xuất kh u, tẩ ăng nguồn thu ngân sách, hội nhập vững chắc kinh tế khu vực và thế giới

• Định hướng phát triển

+ V ề công nghệ, thiết bị

Hiện đại hoá công nghệ, từng bước thay thế công nghệ, thi t bế ị ạ l c h u, trung ậbình hi n có b ng công nghệ ằ ệ, thi t bế ị hi n ệ đại, tiên tiến của th gi i, đảm b o các ế ớ ảtiêu chuẩn chấ ượng, vệ t l sinh an toàn th c ph m, môi trự ẩ ường theo quy định của Việt Nam và qu c tố ế để s n ph m có khả ẩ ả ă n ng cạnh tranh ngày càng cao trên thị

trường trong và ngoài nướ Ưu tiên sc ử ụ d ng thiết bị chế ạo trong nước tương tđương chất lượng thi t b nh p kh u ế ị ậ ẩ

+ V ề đầu tư

Tập trung u tđầ ư các nhà máy có công su t l n trên 100 tri u lít/n m; phát huy ấ ớ ệ ă

tối đa năng lực sản xuất của các nhà máy có thiết bị và công nghệ tiên tiến, hiện đại,

đồng thời ti n hành u tư ở ộế đầ m r ng năng l c s n xuấ ủự ả t c a m t s nhà máy hi n có ộ ố ệ

với công nghệ tiên tiến, hiện đại Đa dạng hoá hình thức đầu t , phương th c huy ư ứđộng vốn, khuy n khích huy động nguồn vốn củế a các thành ph n kinh t trong và ầ ếngoài n c Phát hành trái phi u, cướ ế ổ phi u, đẩy mạnh việc cế ổ phần hoá các doanh nghiệp nhà nước

+ V ề nghiên cứu khoa học và đào tạo

Quy hoạch và xây d ng các phòng thí nghiự ệm Trung tâm nghiên c u; tri n ứ ểkhai thực nghiệm gắn với việ ức ng dụng khoa học, công nghệ vào s n xuất; đồng ảthời quy hoạch và đào tạo đội ngũ cán bộ khoa h c, công nhân kỹọ thu t áp ậ đ ứng yêu cầu phát triển của ngành

Xây dựng tổ chức khoa học và công nghệ ngành là đơn vị ự s nghiệp kỹ thu t ậ

phục vụ ản lý Nhà nướqu c v ề tiêu chuẩn ch t l ng, vệ sinh an toàn thực phẩm, bảo ấ ượ

v ệ môi tr ng sinh thái, có chườ ức năng kiểm tra, thử nghiệm hàng hoá thuộc lĩnh vực bia, r u, n c gi i khát.ượ ướ ả

• Các chỉ tiêu ch y u ủ ế

+ Quy hoạch toàn ngành được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1-1 Bảng quy hoạch toàn ngành về ả s n lượng bia tới năm 2010

Đơn vị tính: tri u.lít ệ

Chỉ tiêu

Năm 2005 Năm 2010

QH cũ Đ ềchỉnh i u QH c ũ Đ ềchỉnh i u

Sản xuất bia 1200 1500 1500 2500

1 Doanh nghiệp Trung ương 550 490 780 1210

1.1 TGòn ổng công ty Bia Rượu NGK Sài – 350 290 530 710

1.2 Tổng công ty Bia Rượu NGK Hà –

2 Dngoài oanh nghiệ có vốn đầu tư ước p n 350 371 400 700

3 Địa phương và thành phầkhác n kinh t ế 300 639 320 590 (*)

(*) Sản lượng năm 2010 của các doanh nghiệp giảm do tổ chứ ắp x p lc s ế ạ ản i sxuất, m t sộ ố doanh nghiệp thuộc địa ph ng gia nhươ ập vào 2 Tổng công ty Bia Rượu – NGK Sài Gòn và Hà Nội

Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội, Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn và các doanh nghiệp sản xuất bia với sản lượng lớn vươn lên gi vai trò chữ ủ ch t trong việố c nâng uy tín thương hiệu bia, tăng thị ph n và khả ầnăng cạnh tranh, hướng vệ sinh an toàn th c phự ẩm, đảm bảo ch t l ng môi trấ ượ ường, giá thành được người tiêu dùng chấp nhận, theo hình th c thành lứ ập công ty cổ phần, liên doanh, liên k t… ế

Tập trung u tđầ ư các nhà máy có công su t l n, s n xu t kinh doanh hiệu quả, ấ ớ ả ấquản lý ch t chặ ẽ ề v thành lập các nhà máy bia có công suất nhỏ ơ h n 15 tri u lít/nệ ăm (không bao gồm các nhà hàng bia tươi, mini) và không có thương hiệu, khả ă n ng cạnh tranh Vì kinh nghiệm tại Việt Nam, các nở ước phát tri n và các nể ước đang phát tri n trên thể ế ớ gi i, các hãng bia không có thương hiệu và các nhà máy bia có công su t nhấ ỏ ẽ ị đ s b ào thải hoặc ph i sát nhả ập, bán lạ ổi c ph n cho các hãng bia ầlớn, có thương hiệu mạnh

Tạo đ ều kiện cho các doanh nghiệp Nhà nước, các công ty cổi ph n có vốn ầNhà n c chi phướ ối được liên doanh, liên k t, bán cế ổ phần cho các hãng bia l n trên ớ

thế ớ gi i để thu hút vốn đầu tư ước ngoài, ti p thu trình n ế độ quản lý tiên ti n, công ếnghệ ỹ k thuật hiện đại, nâng cao ch t lấ ượng sản phẩm, đẩy mạnh xu t khấ ẩu và nâng cao s c cứ ạnh tranh khi hội nhập

Cùng với các chính sách vĩ mô của Nhà n c nh m nâng cao s c c h tranh ướ ằ ứ ạncho doanh nghiệp, cần có những chính sách cụ thể cho các doanh nghiệp sản xuất bia như nâng t l ỷ ệchi phí quảng cáo, khuyến mại…

D ự kiến phát triển về ngành công nghi p sệ ản xuất bia nh sau:ư

Năm 200 , đạt sản lượng 1 00 tri u lít;7 8 ệ

Năm 2010, đạt sản lượng 2.500 triệu lít

Với quy hoạch phát triển như ậy, đòi hỏi các doanh nghiệp phải có sự nâng v

cấp và đổi mới hệ thống sản xuất trong đó vấn đề nâng c p hấ ệ ố th ng đ ềi u khiển là

cấp nước sản xuất, xử lý nước, đóng chai Do khuôn khổ ủ c a đề tài nghiên cứ , ởu

đây chúng ta ch xét các v n đề c a h th ng dây chuy n N u bia và c th h n là ỉ ấ ủ ệ ố ề ấ ụ ể ơ

cụm thiết bị ủa nồi sôi hoa (houblon) c - một khâu rất quan trọng trong dây chuyền Đối với m t nhà máy bia, dây chuy n N u là m t dây chuy n r t quan tr ng, ộ ề ấ ộ ề ấ ọ

đóng vai trò quy t địế nh n n ng độ các ch t dinh dưỡđế ồ ấ ng, n độ trong, màu, hương đế

v ị và khả ăng ạo bọt cho bia thành phẩm Nhiệ n t m c c a nó là nh n đầu vào là g o ụ ủ ậ ạ

và malt nguyên liệu đã qua x lý làmử sạch, biến đổi hoá lý và phối trộn để cuối cùng đưa ra dịch đường lạnh đ đạt được các chỉ tiêu cần thiết về độ đường và ã

lượng các chất hoà tan được chuyển từ ột lượng nguyên liệu nhất định vào nước mnha Dịch đường này được bơm đưa sang các tank lên men để chuẩn bị ấy giống c

nấm men

H ệ thống nấu có các thiết bị chính sau: nồi hồ hoá, nồi đường hoá, nồi lọc, nồi húp lông, thùng lắng xoáy và các thi t b ph tr ế ị ụ ợ

Nồi hồ hoá: Nồi hồ hoá có nhiệm vụ ủ và gia nhiệt cho dung dịch bột gạo để

nấu thành cháo, mục đích là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo đ ều kiện ibiến tinh b t thành tr ng thái hoà tan trong dung dịch ộ ạ

Nồi đường hoá: Thực hiện quá trình ngâm ủ malt và d ch cháo, hỗn hợị p này

s ẽ thuỷ phân dịch thành đường maltoza và các dextrin b c thậ ấp Sau đ ạo ra một ó tlượng đường glucoza

Nồi lọc: Nồi lọc bã có nhiệm vụ ọc thô dịch đường, nhằm loại bỏ bã nguyên l

liệu và tạo cho dịch đường có đượ độ trong theo yêu cầu công nghệ trước khi c chuyển sang thực hi n quá trình húp lông hoá ệ

Nồi houblon: N i ồ houblon có nhiệm vụ gia nhiệt cho dịch đến nhiệt độ sôi,

đây là quá trình houblon hoá d ch đườị ng sau khi được tr n hoa houblon Mục đích ộ

của quá trình houblon là tạo cho bia thành phẩm có vị đắng, hương thơm và kết tủa protein khả ế k t làm tăng khả ă n ng giữ và tạo bọt cho bia

Thùng l ng xoáy:ắ thùng lắng xoáy là thiết b tách cị ặn nóng của d ch hèm ịtrước khi i làm lđ ạnh nhanh để đưa đến tank lên men

H ệ thống cấp nhiệ : Để thực hiện quá trình nấu nguyên liệu, thanh trùng thiết t

b ị và hệ thống cung c p nấ ước nóng cần phải có hệ thống cấp nhiệt Nhi t cệ ấp cho các thi t bế ị đượ ản xuấ ừ ồc s t t n i h i Tuơ ỳ theo t ng nhà máy, nồi h i có thừ ơ ể ử ụ s d ng nhiên liệu đốt là ch t r n, lấ ắ ỏng hay khí

H ệ thống vệ sinh, thanh trùng thiết bị (CIP): H ệ thống CIP có nhiệm vụ làm

sạch và khử trùng các thiết bị để đảm bảo vệ sinh an toàn trong quá trình sản xuất

H ệ thống CIP thường có: bình chứa dung dịch xút loãng, bình axít loãng, bình chứa

nước nóng

S ơ đồ công nghệ chi tiết hệ thống Nấu của nhà máy bia Hạ Long như sau:

Trong đó:

1 – Khu vực xử lý và vận chuyển nguyên liệu (Malt Rice Handling)–

2 – H ệ thống nghiền Malt ướt (Wetmill)

3 – N h ồi ồ hoá (Rice cooker)

4 – Nồi đường hoá (Mash Tun)

5 – Nồi bã malt (Lauter turn)

6 – Nồi trung gian (Holding vessel)

7 – Nồi houblon hoá hay n i sôi hoaồ (Wort kettle)

8 – Nồi lắng xoáy (Whirl pool)

9 – H ệ thống l nh nhanh (Wort cooler)ạ

10 Tank – đệm ch a bã th i (Spend grains silo)ứ ả

11 – H ệ thống CIP r a cho dây chuyử ền Nấu (CIP plant Brewhouse)

12 – H ệ thống nước nóng l nh cạ ấp cho dây chuyền Nấu (Brew water supply plant)

Nguyên lý hoạt động của toàn bộ ệ ấ h N u sơ lược được mô tả nh ưsau:

l Malt được nghiền thành bột sau đó hoà trộn với nước theo tỷ ệ nhất định và ngâm ủ theo yêu cầu c a công nghủ ệ sản xuất Gạo nghiề thành bột được chuyển n đến nồi h hoá T i ây b t được hoà tr n vớồ ạ đ ộ ộ i nước và ngâm trong n i Sau ó ủ ồ đđược cấp nhi t để phá v màng t bào c a tinh b t, t o i u ki n biến chúng thành ệ ỡ ế ủ ộ ạ đ ề ệtrạng thái hoà tan trong dung dịch K t thúc quá trình hế ồ hoá, cháo được bơm chuyển sang hoà tr n vộ ới malt T i nạ ồi đường hoá, malt được trộn đều với cháo sau

đó được và gia nhi t, m c ích để chuy n các ch t không hoà tan trong malt và ủ ệ ụ đ ể ấnhững chất hoà tan trong tinh b t, tộ ạo thành đường, các axít amin và những chất hoà tan khác Sau đó dịch được bơm đ ọi l c thô t i n i lạ ồ ọc Mục đích c a quá trình lủ ọc bã malt là tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bước tiếp theo c a tiủ ến trình công

nghệ, còn pha rắn - phế ệ li u sẽ được loại bỏ ra ngoài Trong quá trình này, nước được thêm vào có tác dụng rửa bã, đồng thời để bù l i t n th t do bay h i trong khi ạ ổ ấ ơ

nấu Quá trình lọc hoàn thành, dịch được chuyển sang nồi houblon ở ồi houblon nhoá, người ta cấp nhiệt nấu dịch sau khi đã được trộn với hoa houblon trong thời gian kho ng 1h ả ở nhi t độ 100 ệ 0C đến 1050C Mục đích của quá trình houblon là tạo cho bia thành phẩm có vị đắng, hương thơm và khả ă n ng t o bạ ọt Sau quá trình houblon hoá, dịch được chuyển sang thùng lắng xoáy để tiế ục l c lp t ọ ần cu i bố ằng phương pháp ly tâm Kết thúc quá trình lọc ở thùng l ng xoáy, dịch được bơm ắchuy n ể đến thiết b làm lị ạnh nhanh, sau đó được s c khí vô trùng và trụ ộn với men

giống rồi chuyển đến các tank lên men, th c hi n quá trình lên men.ự ệ

S lơ ược về nguyên lý hoạt động của h n u có thểệ ấ tóm t t như ắ sau:

Pheĩu ch ửựa Malt Cãn

Maựy nghiền malt

ửụựt

Nồi na ỏu Malt

Nghiền malt loựt

Thuứ ng khua y ỏ

Nồi lóc dũch ủửụứng

Nồi trung gian

Nồi sõi hoa Houblon

Nồi laộ ng xoa y ự Whirlpool T.bũ ứ la m lánh

Hình 1-2: Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động h ệ thống ấu NM bia Hạ Long NHoạt động thực tế ủ c a m i mỗ ẻ ấ n u là tuần tự qua các bướ nhưc trong s đồ ơtrên, m i bỗ ước được thực hi n riêng rệ ẽ ạ t i m t n i ch c nộ ồ ứ ăng và nhiệm vụ đ ề i u khiển cũng như bài toán i u khi n t i các bước là khác nhau đ ề ể ạ

1 ồi nấu gạo và nấu malt: Nhiệm vụ đ ều khiển ở đây là đ ều khiển ổn

định nhiệt cđộ ủa toàn bộ khối dịch hỗn hợp của nguyên liệu và n c nấu ướbám theo một biểu đồ nhiệt độ nấu cho mỗi lo i nguyên liạ ệu gạo hay malt Biểu đồ này là khác nhau đỗi với m i loỗ ại bia và đối với mỗi công nghệ ản sxuất

2- Nối lọc dịch đường: Nhiệm vụ đ ều khiển ở đây là đ ều khiển ổn định độ i itrong của dịch đường sau lọ đảm bảo đáp ứng được c yêu cầu công nghệ đồng

thời phả đảm bảo được tố độ lọc là nhanh nh t có thi c ấ ể nh m tăng n ng suằ ă ất cho nhà máy và hạn chế việc hạ nhiệt c a toàn bủ ộ khối dịch do trong quá trình l c ọ bã malt không có quá trình gia nhiệt

3 - N ồi trung gian: Đây chỉ là nồi chứ trung gian đóng vai trò chuyển tiếp a đỗi vớ ịi d ch đường t n i l c sang nồi sôi hoa và không có yêu c u nào cừ ồ ọ ầ ủa công nghệ đối với b c này ướ

4 – Nồi sôi hoa: Nhiệm vụ đ ề i u khiển ở đ ây là đ ềi u khi n c p hể ấ ơi quá nhiệt vào n i thông qua mồ ột hệ ố th ng giàn trao đổi nhiệt có k t cế ấu đặc bi t nhệ ằm làm sôi toàn bộ kh i dịố ch dẫn đến bay hơi nước và mộ ốt s thành ph n hoá ầ

học không mong muốn để khối dịch t đạ đượ độ đường (Platon), màu và mùi c

v ị theo như yêu cầu c a công nghệ ủ

5 – Nồi lắng xoáy: Nhiệm vụ ủa nồi là lọc đi các cặn bã s n sinh trong quá c ảtrình sôi hoa theo phương pháp ly tâm do ó không có yêu cđ ầu công nghệ

nào đặt ra đối với bước này Bài toán đ ềi u khiể ở đn ây là giám sát m c trong ứ

nồi để ảo vệ an toàn cho bơm b

6 – H lệ ạnh nhanh: Nhiệm vụ đ ều khiển tạ đ i i ây là giám sát nhiệt độ của dịch

ra kh i giàn làm lỏ ạnh sau ó quay lđ ại đ ềi u khi n tể ố độ củc a dịch đi qua giàn

để đả m bảo nhiệt độ u ra c a giàn là đầ ủ đủ lạnh theo yêu cầu công nghệ

Trong phạm vi luận văn này, tác giả không muốn trình bày chi ti t vế ề nguyên lý

vận hành cũng như bài toán đ ều khiển đặt ra đối với tất cả các ồi trong hệ ấu đã i n n

giới thiệ ởu trên mà ch t p trung vào phân tích và gi i quyỉ ậ ả ết các vấn đề v ề công nghệ ũ c ng như bài toán i u khiđ ề ển liên quan đến nồi sôi hoa

Ch-¬ng 2: N ồi sôi hoa (houblon) và bài toán đ ều khiển ổn i

định nhiệ t lượng cung c p b i h i quá nhiệt ấ ở ơ

2.1 Nhiệm vụ, chức n ăng nồi sôi hoa và mục tiêu đặt ra c a ủ bài toán đ ều i

khiển

Sơ đồ PI&D của nồi sôi hoa thiết kế cho nhà máy bia Hạ Long được trình bày như trang bên:

T s ừ ơ đồ PI&D ta thấy các cơ ấu chấp hành và các thiết bị đo bao gồm: c

- 01 bơm tuần hoàn

- 01 van đ ều khiển tuy n tính ci ế ấp hơi quá nhiệt cho n i ồ

- 01 thiết bị đo nhiệt độ của nồi sôi hoa

- 01 thiết bị đo nhiệt độ của hơi quá nhiệt

- 01 thiết bị đo nhiệt độ nước ngưng

- 01 thiết bị đo mức liên tục của dịch trong nồi sôi hoa theo nguyên lý o áp đsuất th y tĩnh ủ

- 01 thiết bị đo lưu lượng hơi quá nhi t ệ

Trên đây là các thi t b PI chính tham gia vào bài toán ế ị đ ềi u khiển n ổ định tốc

độ bay hơi của dịch đường, ngoài ra còn có các thiế ịt b báo m c cao m c th p của ứ ứ ấ

nồi, các thiết bị báo mở ắp nồi nhưng các thiết bị này chỉ có tác dụng bảo vệ an ntoàn cho bơm chuy n dể ịch và đảm bảo an toàn cho công nhân trong quá trình vận hành nồi

2.1.1 Nhiệm vụ và ch c n ng của nồi sôi hoa ứ ă

Nh ư đã trình bày sơ ược trong mục 1.3, nồi houblon có nhiệm vụ gia nhiệt cho ldịch đến nhiệt độ sôi, ây là quá trình houblon hoá d ch đườđ ị ng sau khi được tr n ộhoa houblon Mục đích của quá trình houblon là tạo cho bia thành phẩm có màu đặc

trưng, có vị đắng, hương th m và kế ủa ơ t t các protein khả ế k t làm tăng khả ă n ng giữ

và tạo bọt cho bia

Mục đích này đạt được nhờ vào quá trình đun sôi hoa houblon Đun sôi hoa chính là trích ly các ch t th m và các chấ ơ ất đắng từ hoa, ngoài ra nó còn làm mất hoạt l c cự ủa các enzym, làm đông tụ protein, thanh trùng nước nha và cô đặc nước nha đến nồng độ thích hợ p

Nhiều quá trình lý hoá quan trọng xảy ra trong lúc đun sôi hoa houblon Trước

hết là sự hoà tan các cấu phần đặc trưng của hoa, sự hoà tan các chất melanoit, các

chất caramen S hoà tan các chự ấ đắng làm thay đổi vị ủt c a nước từ chỗ có v ng t ị ọchuyển thành vừa ngọt vừa hơi đắng Dầu của hoa houblon có nh hả ưởng đến mùi thơm của n c nha Phướ ần l n các pha khác nhau cớ ủa dầu houblon bay hơi theo

nước, nhưng vẫn còn ại một ít ở ạng khó bay hơi Đặc biệt một phần các pha của l ddầu houblon chuyển hoá thành các chất không bay hơi và được giữ ạ l i trong nước nha như là m t nhân tố sinh hương ộ

Việc đun sôi hoa houblon như đ ã nói trên c ng làm ũ đông tụ protein Sự đ ông tụ này là rất quan trọng, nó xảy ra theo hai bước: 1 –s ự phá huỷ ấ c u trúc của phân tử protein; 2 - đông tụ Chi ti t hế ơn có thể tóm lược như sau: Sự có mặ ủt c a protein hoà tan trong nước nha đã đun sôi v i hoa houblon có thớ ể ẽ s làm cho s n phẩm bị ả

đục và làm giảm bền sinh học của bia, tuy nhiên trong nước nha cũng có các chất độtanin c a malt và củ ủa hoa boublon Dưới tác dụng nhiệt, các chất tanin với hoạt tính hoá học cao và độ hoà tan trong n c lướ ớn sẽ làm k t tủế a protein không đông tụ khi

lượng hoa houblon trong nước nha được tăng lên sẽ giúp giảm thiểu lượng protein không đông tụ ống mức thxu ấp nhất có thể Các protein không đông tụ có thể ẽ s kìm hãm quá trình lên men vì protein hấp thụ lên trên bề ặ m t tế bào n m men gây ấnhững khó khăn trong quá trình làm bia như khó lọc trong, bia bị đục khi ướp lạnh Quá trình đun sôi hoa houblon còn làm cho màu sắc c a d ch nha thay ủ ị đổi từ nhạt sang đậm do hiện tượng caramen hoá các đường, do sự hình thành các chất melanoit và m t ph n vì các ch t có màu c a hoa ộ ầ ấ ủ houblon dưới tác dụng của nhiệt chuyển t hoa vào dừ ịch

2.1.2 Mục tiêu dặt ra của bài toán đ ềi u khi n n i houblonể ồ

Mục tiêu t ra i vđặ đố ới nồi sôi hoa trong quá trình vận hành và đ ều khiển là: i

kiểm soát và giữ ổn định tốc độ bay hơi của dịch nha Quá trình đun sôi dừng lại khi

độ đường của d ch theo tính toán đạị t được yêu cầu t ra của công nghệ đặ

Quy trình làm vi c c a nệ ủ ồi sôi hoa như sau:

Quá trình l c kọ ết thúc, dịch được bơm h t sang n i houblon Hoa houblon được ế ồthêm vào, trong quá trình thêm hoa houblon độ đường ban đầu được xác định và

cập nhật từ bàn lấy mẫu Van cấp hơi quá nhiệt CV305 bắt đầu mở và b m tuần ơhoàn P305 bắt đầu hoạt động đẩy khối dịch đi qua bộ trao đổi nhiệt có k t cế ấu dạng stromboli v i mớ ục đích tăng diện tích trao đổi nhiệt và hạn chế ự đ s óng cặn và lưu trữ khí không ng ng trong nồi houblon_một hiện tượng làm giảm hiệu suất trao đổi ứnhiệt Nhiệt độ, áp suất và lưu lượng của hơi cấp vào nồi được cân đố để ổ định i n

lượng nhiệt cấp vào nồi, ượng nhiệ này ồ : nhiệt cấp để nâng nhiệt độ khối dịch l t g m

đến nhiệt độ sôi và nhi t l ng để bù vào tổn thất do truy n nhiệ ượ ề ệt qua k t cế ấu và bay hơi nhằm giữ cho tốc độ bay h i được n định ơ ổ

Nhiệt lượng cần thiết được tính toán d a trên lự ượng nhiệt truyền ra vỏ ượng , lnhiệt bức xạ ra không khí, l ng nhiượ ệt do nước b c h i mang ố ơ đi Lượng nước cần bay hơi được tính toán d a trên ự độ đường của dịch cấp vào nồi ban đầu và độ đường yêu cầu đối với dịch đầu ra Tốc độ bay hơi được tính toán d a trên lự ượng dịch cần bay hơi và thời gian bay hơi bắt buộc đượ đưa ra b i yêu cc ở ầu công nghệ, tốc độ ấy được giám sát bởi thi t b o m c liên t c d ch nha trong n i (khi c n xác định ế ị đ ứ ụ ị ồ ầchính xác lượng dịch trong nồi, ta dừng bơm tuần hoàn và ngừng cấp hơi trong vòng 6s đủ thời gian để s ự không ổn định của m c d ch trong nứ ị ồi không ảnh hưởng nhi u ề đến giá trị đ o của thi t bế ị) Khi hết th i gian bay hờ ơi, ừng cấp nhiệt, dừng ng

bơm tuần hoàn Toàn bộ khối dịch sẽ được bơm sang nồi lắng xoáy bằng bơm P305

để thực hiện các công đ ạn tiếp theo.o

Nhiệt lượng cấp vào nồi được tính toán đ ềi u khiển theo 2 giai đ ạo n:

1 Giai đ ạo n 1: nâng nhiệt cho toàn khối dịch từ nhi t độ ban đầệ u lên nhiệt

độ sôi 1050C, trong quá trình gia nhi t cệ ần đảm bảo tốc độ gia nhi t là ệ0.5 – 10C /phút Độ đường của khố ịi d ch lúc này theo tính toán của công nghệ ừ t khi lập công thức n u là xấ ấp xỉ 10S, giá tr ị chính xác cho mỗi mẻ

nấu được thực hiện bởi bộ phận vi sinh tại bàn trích mẫu

2 Giai đ ạo n 2 : Giữ ổ n định nhi t lượng cấp vào nồi để đảm bảo n ệ ổ định

tốc độ bay hơi trong thời gian 80 phút để nâng độ đường toàn bộ kh i ốdịch lên 11,5 0S Theo tính toán c a công nghủ ệ, để đạt được độ đường tiêu chuẩn, lượng nước cần phải bay h i là 8% lơ ượng nước có ban đầu

Lượng nước này được tính toán để trải đều trong 80 phút theo kho ng ảthời gian 5 phút, kéo theo ó lđ ượng nhiệ ầt c n c p để bay h i lượng nước ấ ơ

đó c ng được xác định Chúng ta sũ ẽ xem sét k h n các vấn đề ỹ ơ này trong các phần sau

2.2 Phương pháp đ ềi u khiể n truy n th ng và nét m i c a đề ề ố ớ ủ tài

2.2.1 Phương pháp kinh đ ể i n đ ềi u khi n c p hể ấ ơi cho nồi houblon trong các

nhà máy bia ở Vi t Nam ệ

Hiện nay, h u hầ ết các nhà máy bia ở ệt Nam mà có tVi ỷ ệ ộ l n i địa hoá cao thì

đều đ ềi u khiển cấp hơi cho n i sôi hoa theo kinh nghi m, ó là i u khiển ổn nh ồ ệ đ đ ề địnhiệt độ trung bình của d ch nha trong nị ồi hoặc đ ềi u khiể ổ định áp suất c a hn n ủ ơi

cấp, bỏ qua giá trị nhiệt độ ũng như ưu l ng c c l ượ ủa h i c p và c a nước ng ng C ơ ấ ủ ư ụthể nh ưsau:

1 - S dử ụng một bình tích áp cho hơi trước khi cấp vào các nồ ệ ấi h n u Hơi đi vào b gia nhiộ ệt trung tâm trong n i sôi hoa ồ được cấp bởi m t cộ ặp van: 01 van đ ềi u khiển ON/OFF bằng khí nén và 01 van đ ềi u khiể độ m bn ở ằng tay Giá trị áp suất

của nguồn cấp hơi được giám sát bằng đồng hồ ơ hiển thị áp suất, độ ở ủa van c m c

đ ềi u khi n tay được xác định theo kinh nghiể ệm để có được áp suất hơi cần thiết còn van đ ềi u khiển ON/OFF bằng khí nén ch có nhiỉ ệm vụ ấ c p và ngừng cấp hơi theo nhiệt độ trung bình của dịch nha trong n i ồ

S ơ đồ PI&D đ ển hình cho ph ng pháp này nhi ươ ư sau:

việc toả nhiệt ra môi trường nên một hệ thống gom nước ng ng cư ũng phải lắ đặt p kèm theo Việc toả nhiệt trên cũng gây nên tổn th t vô ích cho nhà máy mà xét ấtrong m t th i gian làm vi c dài thì tộ ờ ệ ổn thất này là không nhỏ M t hộ ạn chế ữ n a của phương pháp này đó là không giám sát được tổng lượng hơi đã cấp cũng như giá

trị nhi độ của hệt ơi do ó không đ đảm bảo n ổ định được nhiệ ượng cất l p vào n i và ồkhông đưa được ra các cảnh báo khi khả ă n ng trao đổi nhiệt c a b gia nhi t trung ủ ộ ệtâm giảm xuống, nhất là khi nồi đã làm việc được m t vài ộ m ẻ trong một chu trình

hoạt độ cng ủa nhà máy (khoảng 1 tuần) vì trong quá trình làm việc, các protein khả

kết có trong dịch nha bám dần vào thành các đường ống của giàn trao đổi nhiệt làm

Hình 2-2: S ơ đồ i đ ều khiển cấp hơi cho nồi houblon theo nhiệt độ

cho ti t di n các ế ệ đường ống này giảm đi, lưu l ng dượ ịch qua giàn trao đổi nhiệt giảm.

2 – S dử ụng van đ ềi u khiển tuyến tính cấp hơi vào nồi, hoạt động của van dựa vào giá trị đ o của một trasmitter áp suất lắp sau van, giá trị này được so sánh với giá

trị đặ đưa ra do yêu ct ầu c a công nghủ ệ, sai số ữ gi a hai giá tr này là cị ơ ở s để i u đ ềkhiển trở ạ l i độ m cở ủa van Phương pháp này không cần đến bình tích áp trong phương pháp trên tuy nhiên chi phí cho 01 van c p hấ ơi đ ềi u khiển tuyến tính và 01 trasmiter áp su t hoấ ạt động nhiở ệt độ cao cũng là một khoản đầu tư không nh ỏViệc cấp hay ng ng cừ ấp h i c ng được th c hi n b i m t van i u khi n ON/OFF ơ ũ ự ệ ở ộ đ ề ểbằng khí nén dựa trên giá trị nhiệt độ trung bình của d ch nha xác định b i 1 thi t b ị ở ế ị

đo nhi t độ nh m đềệ ằ phòng tr ng hợp mấườ t ki m soát c a thi t b o áp suất ể ủ ế ị đ

S ơ đồ PI&D đ ển hình cho phương pháp này như i sau:

Phương pháp này được sử ụ d ng trong các trường hợp nâng cấp hệ thống dây chuyền n u vấ ới mức đầu tư ừ v a phải Riêng v i nớ ồi sôi hoa, các thi t bế ị được bổ sung là 01 van c p hấ ơi đ ềi u khi n tuy n tính thay cho van c p hể ế ấ ơ đ ềi i u khi n b ng ể ằtay và 01 transmitter áp su t l p phía sau van.ấ ắ

Xét riêng quá trình cấp nhiệt, ta có th tóm l c sể ượ ơ đồ i u khiển như đ ề sau:

c V305

H¥ I N¦ í C QU¸ NHIÖT

g c

PT305

N¦ í C NG¦ NG

cũng như thời gian lọc giữa các mẻ không phải luôn giống nhau kéo theo chất lượng dịch nha khi cấp vào nồi houblon giữa các mẻ ấ n u sẽ không được đồng đều và khi

ta vẫn giữ nguyên mộ ượng nhiệ ất l t c p vào n i thì ch t lượng d ch nha sau sôi hoa ồ ấ ị

cũng sẽ không được đồng đều Phương pháp này dễ ự th c hiện tuy nhiên vẫn chưa

Hình 2-4: S ơ đồ rút gọn đ ềi u khi n c p nhiể ấ ệt nồi sôi hoa

giải quyết được vấ đề n không ổn định được nhiệt lượng cấp vào nồi tồn tại trong phương pháp trên

C ả 2 phương pháp truyền thống trên cùng có thêm cùng một h n chạ ế ữ n a đó là không có bơm tuần hoàn dịch mà chỉ ợ l i d ng quá trình ụ đối lưu t nhiên tự ạo nên sự luân chuyển nhiệt trong n i, do ồ đó không có khả ă n ng tăng cưỡng bức diện tích trao

đổi nhiệ ủt c a b gia nhi t trung tâm d n n kém linh ng trong vấn thay đổi ộ ệ ẫ đế độ đềcông nghệ ả s n xuất, hơn nữa cũng dễ ả x y ra hiện tượng caramen hoá cục bộ làm t c ắđường ống tu n hoàn d ch, đồng th i khí không ng ng i vào b gia nhi t trung tâm ầ ị ờ ư đ ộ ệcùng với hơi quá nhiệt không được đẩy ra ngoài, i u này làm gi m hiệđ ề ả u su t c a ấ ủ

b ộ gia nhiệt trung tâm đi đáng kể

có thể thực hiện được việc nâng cao ch t lấ ượng sản phẩm Các thi t bế ị đ ó cụ thể nh ưsau:

+ 01 van cấp h i i u khi n tuy n tính; ơ đ ề ể ế

+ 01 transmitter áp suất đo áp suất hơi bão hoà;

+ 01 bộ đ o lư ượng hơi (Flowmetter); u l

+ 01 bộ đo nhiệt độ hơ i;

+ 01 bộ đo nhiệt độ trung bình của dịch nha;

+ 01 bộ đo nhiệt độ nước ngưng;

+ 01 bộ đ o mức liên t c c a dụ ủ ịch nha

Ngoài ra về m t công ngh , còn lặ ệ ắp thêm 01 bơm tuần hoàn dịch cưỡng bức được đ ềi u khi n t c độ b ng bi n t n ể ố ằ ế ầ

Trên cơ ở ơ s s đồ PI&D này, vi c xây dệ ựng một thu t toán ậ đ ềi u khi n hể ệ ố th ng

đóng m t vai trò then ch t trong v n đề ch ng minh s phù h p c a phương pháp, ộ ố ấ ứ ự ợ ủ

khẳng định tính đúng đắn của vi c đầu t và mang l i hi u quả ảệ ư ạ ệ s n xu t ấ

Nét chính trong phương pháp mới đó là đ ềi u khiển hệ thống dựa trên b n chả ất

của yêu cầu công nghệ đặt ra cho nồi houblon như đ ã trình bày trong m c 2.1.2, t ụ ừ

đó đưa ra nhu c u i u khi n là n định nhi t lượng c p vào n i, nhi t lượng này ầ đ ề ể ổ ệ ấ ồ ệphụ thu c vào các thông sốộ nhi t độ, áp su t, lệ ấ ưu lượng hơi cấp và nhiệt độ nước

ngưng Giá trị ủ c a nhiệt lượng yêu cầ được tính toán trên cơ ởu s độ đường yêu cầu

của dịch nha so với độ đường ban u cđầ ủa nó đồng thời xem xét n thđế ời gian giữnhiệt cho nồi nhằm đảm bả đủ thời gian cho các quá trình chuyển bi n hoá lý o ế đáp

ứng được các yêu c u công ngh , t ó ta xác định được nhi t lượng c n thi t tính ầ ệ ừ đ ệ ầ ếtheo 1 đơn vị ờ th i gian

Mặc dù chúng ta đã thay đổi m c tiêu ụ đ ềi u khi n cho phù h p vể ợ ới b n ch t cả ấ ủa yêu c u công viầ ệc tuy nhiên sẽ ch a thể giải quyết triệt để ư các hạn chế ủa các c

phương pháp cũ ế n u không có sự ế k t hợp với bộ ận cph ơ khí trong vi c c i tiệ ả ến bộ gia nhi t trung tâm cho phù hệ ợp h n v i yêu c u công nghơ ớ ầ ệ, h n chạ ế và giảm thiểu hiện tượng bám bẩn của các protein khả ế k t lên thành ống bộ gia nhiệt, đồng th i ờ

một biến tần bơm tuần dịch t đặ ưới đáy nồi cũng được thiết kế ổ sung nhằm gia d b

tăng diện tích trao đổi nhiệt và đảm bảo khả ăng truyền nhiệt với hiệu suất theo n

đúng yêu c u, t o tiầ ạ ền đề cho việc thiế ế đ ềt k i u khiển được thuận lợi

Kết quả ủa việc cải tiến thiết kế và kết cấu cơ khí bộ gia nhiệt trung tâm được ctrình bay thông qua các bản vẽ thiết kế ơ c khí và hình ảnh thực tế ủ c a các bộ gia nhiệt trung tâm nh ưsau:

Mô hình này được thi t kế ế ớ v i m t b gia nhiộ ộ ệt ống chùm có tấm định hướng

và „m tộ nón ch n dòng t“ ắ ạo vòng tu n hoàn nhầ ằm tăng diện tích bay h i Nó vơ ẫn đảm bảo việc tu n hoàn ầ đối lưu dịch đường khi đun sôi với hoa húp lông và giảm được tổn th t nhi t so v i vi c c p h i b ng áo h i ngoài thân n i, nh ng ki u thi t ấ ệ ớ ệ ấ ơ ằ ơ ồ ư ể ế

k ế này chỉ đảm bảo một chu trình tuần hoàn đối lưu dịch tự nhiên ơn nữ các ống , h a trao đổi nhiệ được thiết kt ế ớ l n với quan đ ểi m lấy l u lư ượng tuần hoàn làm yếu tố chính gây ra hiện tượng khí không ngưng đi theo h i bão hoà vào bơ ộ gia nhiệt không được l y raấ , do vậy s m c m t lẽ ắ ộ ượng c n hoa bám cháy trong chùm ặ ở ống trao đổi nhiệt và hiệu suấ ấp hơi không caot c Lượng cặn này rất khó lấy ra vì theo kinh nghiệm việc v sinh b gia nhi t này rất khó khăn ệ ộ ệ

Rút kinh nghiệm từ ộ b gia nhi t trung tâm ki u c , m t b gia nhi t trung tâm ệ ể ũ ộ ộ ệ

cải tiến đã được thiết kế nhằm khắc ph c các h n chụ ạ ế đang tồn tại Trong thiết kế

m b ới, ộ gia nhiệt ống chùm được ạo thành ới các ống inox có t b đường kính f38 nhỏ

hơn thiết kế ũ (f52) Với việc sửa đổi này, trong qúa trình tuần hoàn ịch đun sôi c , d

s lẽ ưu chuyển với tốc độ ớ l n tránh được s bám cháy trên ng c a d ch đường khi b ự ố ủ ị ịcaramen hoá đồng thời bộ gia nhiệt ống chùm cũng được thi t kế ế thêm b ộ giải phóng khí không ngưng lẫn theo hơi đi vào bộ gia nhiệt trung tâm nhằm làm tăng hiệu suất trao đổi nhiệt Chi ti t trong thi t kế ế ế ơ c khí của bộ trao đổi nhiệt trung tâm

mới như trang bên:

A A

Ø72

83

A A

Trong thiết kế này, việ b c ố trí ở đầ đẩu y của b m tuơ ần hoàn một b ộ Ejectorgiúp làm tăng độ rối, tạo dòng dịch tuần hoàn xoáy c ng bưỡ ức k t hế ợp với kết cấu định hướng cùng „ba“ nón chắn dòng đối lưu phía trên b gia nhi t (khi b m tu n ộ ệ ơ ầhoàn với công suất cực đại, nón trên cùng s có tác dẽ ụng chắn dòng làm phun mưa

dịch đun sôi đến mức mạnh nhất cùng với hai nón d i bướ ộ chắn dòng này sẽ ạo tthành „ “ lba ớp phun tơi lớp dịch trên bề ặ m t và do vậy khả ă n ng kế ủt t a c a protein ủkhả ế k t với polyphenol c a hoa húp lông tủ ạo phức chất kế ủ ất t a r t triệt để đồng thời phá tan đượ ớp bọc l t trên bề ặ m t kh i d ch làm tố ị ốc độ bay hơi đạt m c cao nhứ ất)

So sánh kết quả khi sử ụ d ng bộ gia nhiệt m i cho ta các hình nh sau: ớ ả

T ấm định hướng

Việc bắt đầu tiến hành thiế ế ệt k h thống đ ềi u khiển nồi sôi hoa sau đây dựa trên các k t quế ả đ ã t đạ được c a vi c c i tiủ ệ ả ến kế ấu cơt c khí đó là:

+ Đảm bảo dịch nha i trong các đ đường ống của giàn trao đổi nhiệt là thông

suốt, không bị ả c n trở ở b i hiện tượng đóng c n gây tặ ắc ống dẫn dịch, đồng thời không có hiện tượng tích tụ khí không ng ng trong b gia nhiư ộ ệt làm giảm hiệu suấ ủt c a b gia nhi t ộ ệ

+ Việc thi t kế ế ệ di n tích trao đổi nhiệ ủa bộ git c a nhiệt trung tâm đã được tính toán chính xác theo yêu cầu công nghệ và nếu có sự thay đổi trong công ngh ệthì di n tích trao ệ đổi nhiệt được chỉnh định bởi vi c thay i tệ đổ ốc độ biến tần cho

bơm tuần hoàn dịch

2.3 Các vấn đề cần xem xét khi x ây dựng bài toán đ ề i u khiển cho nồi sôi hoa

Như đ ã nói ở trên, nhi m vụ ủệ c a nồi sôi hoa là làm cô lượng dịch của m t mộ ẻ

nấu lại trong một khoảng thời gian với một nhiệt độ sao cho đảm bảo được độđường cũng nh m t s yêu c u hoá lý khác ư ộ ố ầ đáp ứng được yêu cầu c a công ngh ủ ệ

Để có thể hiểu rõ hơn về quá trình này chúng ta xem xét một số ấn đề sau: v

1 – Quá trình cấp nhiệt và hiệu suất trao đổi nhiệt ữgi a h i quá nhiệt dơ và ịchnha trong nồi sôi hoa

2 - Độ đường ban đầ - độ đường mong muốu n và l ng nhiệt phảượ i cung c p ấ

3 – Yêu cầu về ố t c độ bay hơi đối với khối dị ch

4 – Các thông số ủa hơi quá nhiệt được cấp vào nồi c

5 – Bài toán đ ều khiển đặt ra i

Chúng ta sẽ đ i xem xét c thể ừụ t ng vấn đề được đặt ra ở trên

2.3.1 Quá trình c p nhấ iệt và trao đổi nhi ệt trong nồi houblon

Trên cơ ở ơ s s đồ PI&D được đưa ra trong hình 2 1, ta có th rút g- ể ọn lại để xét riêng quá trình truyền nhiệ ủt c a hệ thống như sau:

Hình 2-8: S ơ đồ PI&D rút gọn của nồi sôi hoa