СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ РЕЗЕРВУАРЕ С ВИНОМАТЕРИАЛОМ
METHOD FOR REGULATION OF TEMPERATURE DISTRIBUTION IN CYLINDRICAL RESERVOIR WITH WINE MATERIAL

Изобретение относится к автоматическому управлению технологическими процессами винодельческой промышленности и может быть использовано для высокоточного регулирования распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с технологической жидкостью, в частности виноматериалом при производстве шампанских вин.
Известны способы и устройства для управления температурой в резервуарах с технологическими жидкостями (Петров И.К., Солошенко М.М., Царьков В.А. Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности. М.: Легкая промышленность. 1981. 416 с.). Они позволяют регулировать температуру жидкости в какой-либо локальной области внутри резервуара. В частности, при производстве игристых вин в процессе термообработки виноматериала в резервуарах цилиндрической формы с «рубашкой», регулирование температуры виноматериала осуществляется на основе ее контроля с помощью одного датчика, установленного в одном из технологических отверстий резервуара. В этом случае о температуре виноматериала в резервуаре судят интегрально по температуре в одной из точек объема резервуара и на основе этих данных о температуре осуществляют ее регулирование (Гагарин М.А. Прогрессивная технология шампанских вин. М.: изд-во "Кругозор-наука". 2003. 320 с.). Отсутствие возможности контроля поля (распределения) температуры внутри резервуара с жидкостью и, как следствие, регулирования распределения температуры является недостатком таких технических решений, поскольку, в конечном счете, снижает качество производимого продукта (вина).
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ регулирования температуры виноматериала, используемый при производстве игристых вин в процессе термообработки виноматериала в резервуарах цилиндрической формы с «рубашкой» (Гагарин М.А. Прогрессивная технология шампанских вин. М.: изд-во "Кругозор-наука". 2003. 320 с.), принятый в качестве прототипа. В этом случае регулирование температуры виноматериала осуществляют на основе ее контроля с применением датчика, установленного в одном из технологических отверстий резервуара, при этом о температуре виноматериала в резервуаре судят интегрально по температуре в одной из точек объема резервуара.
В реальных условиях производства вина имеет место значительное изменение температуры контролируемого вещества в пределах объема технологической емкости, содержащей производимый продукт. В частности, при производстве шампанских (игристых) вин различие (градиент) температуры внутри бродильного аппарата составляет 2÷6°C (Гагарин М.А. Прогрессивная технология шампанских вин. М.: изд-во Кругозор-наука. 2003. 320 с.). Экспериментальные исследования технологических процессов шампанизации показывают, что температура шампанизируемого виноматериала, в процессе термообработки холодом, в различных зонах резервуара (акратофора) неодинакова. Отличие температур по оси симметрии резервуара и вблизи его «рубашки» составляет: для переходного процесса до -3÷-4°C; для режима стабилизации до -1÷-1,5°C. Это отличие тем больше, чем более интенсивен переходной процесс охлаждения; то есть, чем ниже температура хладоносителя в «рубашке» резервуара и чем больше емкость и диаметр резервуара.
Эти выводы подтверждают исследования, проведенные на ОАО «Корнет». Для измерения температур виноматериала в резервуарах использовались датчики (термоэлектрические преобразователи сопротивления) типа ТСМ-50. В качестве хладоносителя в «рубашках» резервуаров первоначально использовался «рассол» (с температурой -8÷-12°C), в настоящее время применяется пропилен-гликоль, температура которого на выходе из холодильной установки LP350 составляет -12÷-13°C, а по возврату -5÷-6°C.
Результаты проведенных экспериментальных исследований позволяют понять, почему температура охлаждаемого шампанизируемого виноматериала, измеряемая с помощью высокоточного датчика в одной из точек объема резервуара, отличается от реальной температуры этого виноматериала на выходе из резервуара (при подаче виноматериала в приемный резервуар и далее на розлив). На практике, в ряде случаев, эта разница температур превышает 2÷3°C, что сказывается на качестве управления технологическим процессом и, в конечном счете, на качестве выпускаемой продукции.
Приведенный пример подчеркивает важность и актуальность проблемы регулирования температуры в резервуаре, так как в производственных условиях в технологическом процессе шампанизации используются десятки резервуаров большой емкости (от 1000 до 8000 дал и более, с диаметром от 2 до 4 м), точность измерения, контроля и управления температурой в которых является необходимым условием нормального функционирования технологического процесса.
При обработке шампанизируемого виноматериала холодом, в целях уменьшения явления гистерезиса и обеспечения более полного выпадения винного камня, необходимо проводить быстрое и равномерное охлаждение всего объема виноматериала до температуры -3÷-5°C. С этой целью применяются теплообменники (пластинчатые, типа «труба в трубе», кожухотрубные, змеевиковые и т.д.). С выхода теплообменника виноматериал с температурой 0÷-1°C поступает в резервуар с «рубашкой», где происходит его дальнейшее охлаждение и выдержка при температуре -3+÷5°C в течение 48 часов. Так как температура хладоносителя в «рубашке» резервуара весьма низкая (достигает -12÷-13°C), охлаждение виноматериала в резервуаре необходимо проводить в таком режиме, чтобы исключить его намерзание (даже частичное) на внутренних стенках резервуара, приводящее к появлению нежелательного вкуса и снижению качества шампанского. При этом появляется реальная возможность минимизировать энергозатраты на процесс охлаждения виноматериала.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности регулирования распределения температуры в объеме резервуара с виноматериалом.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе регулирования распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому контуру, включающему вентиль, управляемый электроприводом, компрессор и соединяющие их и "рубашку" трубопроводы, задают требуемую температуру хладоносителя в "рубашке" резервуара, измеряют температуру виноматериала в резервуаре в его центре. При этом дополнительно измеряют температуру у стенки резервуара по той же горизонтальной оси, по двум указанным значениям температуры определяют ее среднее значение, в соответствии с которым задают температуру хладоносителя в "рубашке" резервуара с помощью вентиля, управляемого электроприводом, до достижения измеряемой температурой указанного среднего значения температуры.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа.
Здесь показаны резервуар 1, виноматериал 2, "рубашка" 3, первый и второй датчики температуры 4 и 5 соответственно, вычислительное устройство 6, задатчик 7, блок сравнения 8, электропривод 9, вентиль 10, компрессор 11, трубопроводы 12, 13 и 14.
Способ реализуется следующим образом.
1
2
1
2
1
2
1
2
При термообработке виноматериала холодом в резервуаре 1, содержащем виноматериал 2 и имеющем терморегулирующую "рубашку" 3 с хладоносителем, размещены вдоль одной горизонтальной оси у стенки резервуара и в центре него первый и второй датчики температуры 4 и 5, соответственно (фиг.1). Эти датчики подключены ко входам вычислительного устройства 6, в котором производят определение среднего значения Т+Т/2 этих значений температуры. Схема устройства содержит также задатчик 7 и блок сравнения 8. Задатчик 7 предопределяет (задает) требуемое значение температуры хладоносителя в "рубашке". Выход задатчика 7 подключен к первому входу блока сравнения 8, ко второму входу которого подсоединен выход вычислительного устройства 6. Выход блока сравнения 8 подсоединен ко входу электропривода 9, управляющего вентилем 10. В блоке сравнения 8 определяют разность требуемой температуры Т+Т/2, устанавливаемой задатчиком 7, и ее текущим значением. При достижении температурой хладоносителя значения Т+Т/2 электропривод 9 прекращает работу и начинает ее вновь, если температура хладоносителя становится отличной от значения Т+Т/2. Вход вентиля 10 подсоединен также к выходу компрессора 11, вход которого соединен трубопроводом 12 с "рубашкой" 3 резервуара 2. Вход и выход вентиля 10 соединены трубопроводами 13 и 14, соответственно, с "рубашкой" 3 резервуара 2. Совокупность указанных вентиля 10, компрессора 11 и соединяющих их и "рубашку" трубопроводов 12, 13 и 14 образует замкнутый контур, обеспечивающий циркуляцию хладоносителя в "рубашке" 3 резервуара 2.
1
2
С целью повышения качества термообработки виноматериала и снижения энергозатрат на выпуск единицы продукции данный способ позволяет управлять полем температур виноматериала в резервуаре на основе экспериментально полученной информации о температуре в двух точках резервуара с последующим определением ее среднего значения, в соответствии с которым задают температуру хладоносителя в "рубашке" 3, регулируя параметры вентиля 10, управляемого электроприводом 9. При этом конечным результатом регулирования является обеспечение требуемого значения распределения температуры, при котором указанное ее среднее значение равно Т+Т/2.
1
2
1
2
1
2
При этом согласно данному способу, во-первых, производят измерение температуры в двух локальных областях (с применением двух датчиков температуры 3 и 4): 1) температуры Т на границе, заданной на внутренней стенке резервуара 1 (за которую условно принимаем температуру хладоносителя в «рубашке» 3 резервуара 1; 2) начальной температуры Т виноматериала 2, поступающего на термообработку в резервуар 1 (измеренная в центре резервуара). Данные об этих значениях температуры Т и Тпоступают в вычислительное устройство 6, в котором, во-вторых, производят определение среднего значения Т+Т/2 этих значений температуры. В-третьих, в соответствии с этим средним значением температуры задают температуру хладоносителя в "рубашке" 3 резервуара 1 с помощью вентиля 10, управляемого электроприводом 9.
Таким образом, данный способ позволяет автоматически регулировать распределение температуры виноматериала в цилиндрическом резервуаре по его объему.