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1、 PU计原理研究 使用与选型建议CRB生产中心技术质量部2011 05 前言 CRB现在很多工厂正在推行低PU值工艺以提高啤酒的新鲜度和纯净性 此外 CRB开始试点精益生产的工厂 PU值的检测与控制不再由质控人员负责 改由操作工直接检测控制 大家在推行这些有益质量与效率的举措同时 一定要提高PU值检测的准确性 正确使用PU仪 确保没有质量风险 我们根据与行业 仪器厂家的技术交流 并总结各工厂的使用经验 在此给大家一些使用与选型建议 一 原理研究 PU值检测其实很简单 只要温度与时间准确就行 难点是如何模拟啤酒的温场 检测的结果与啤酒的实际情况保持一致 1 计算公式 PU Z 1 393 t 6
2、0 这是大家熟悉的计算公式 60 为杀菌温度1分钟1PU 每提高7 则PU值提高10倍60 以上PU值为致死PU值50 以上PU值为总PU值50 以下PU值可以忽略不计 2 温场理论 传统理论认为 在受热水喷淋后 瓶内啤酒形成自下而上 如右图 的大循环对流导热 啤酒温度逐步升高在啤酒瓶底部则形成一个温度相对较低的冷核区 通常的检测点就应在冷核区 传统理论缺陷 按照 大循环对流导热 理论 啤酒温度的传热应该很快 与外部喷淋水温度变化曲线类似 而实际情况两者相差较大 喷淋水随着温度变化呈阶梯式上升 而啤酒温度则是一个十分平滑的上升曲线 并没有呈阶梯式上升 且滞后于水温 见后图 原因是没有考虑啤酒处
3、在一个完全密闭的环境中 密封是否完好对温场影响较大 通过热工换算 使用计算机成像技术模拟 中国食品发酵研究所相关课题组根据几年在华润雪花 青岛 燕京的大量生产和实验数据 通过热工换算 使用计算机成像技术模拟后 得出了更为真实的在杀菌时啤酒温场变化情况研究同时表明 密封与否对瓶内流体的温场变化影响极大 a 啤酒瓶外界热量由上向下传输 酒瓶肩部首先受热 其内部啤酒首先形成热对流小漩涡 而不是直接大循环b 随着外界热量的增加 其内部热对流漩涡也不断扩散直至整个温场逐渐形成稳定的大循环c 同时小循环仍然存在 小循环带动大循环 d 整体稳定最大的对流漩涡的底部与酒瓶底部弧度正好可以吻合 液体冷热交换形成
4、的涡流是自上而下的传导的 动画模拟 3 密封性 啤酒的密封性对温场影响很大 一瓶未开封的成品啤酒 由于瓶盖密封 在加热时瓶颈部位空气压力较大 致使溶解在酒液中的二氧化碳无法逃逸 处于一种相对稳定的状态 一旦失去密封 这种稳定流体状态就会被打破 酒体内溶解的二氧化碳开始从酒体的各处析出 二氧化碳的逃逸会造成气泡 气泡上升对酒体形成搅拌 对流效应 使喷淋水的热量变化能比较快速的传到到PU计的感温点 气泡的热容量低于酒液 在接受相同热能的情况下升温较快 若气泡接触到温度传感器 也会带来升温快的现象 所以探头的感温点过早地感温 升温 这种热传导状态是与真实的酒液状态不符的 两种密封头比较 现在PU计有
5、两种密封方式 卡头式与胶帽式 卡头式卡头式密封头通过锁紧手柄使上压片与下压片紧紧锁紧在啤酒瓶的瓶口 探头非常严密地固定在中心线 其密封性基本与压盖的啤酒相当 胶帽式胶帽封口为了保证密封性 特意增加了一个 喉箍 通过拧紧 喉箍 达到密封目的 但存在 气球效应 啤酒受热后瓶内压力增大 胶帽受热受压后使胶帽一侧微量变形形成 气球 带动探头感温点发生位移离开中轴线偏向瓶壁 如下图 还存在以下问题 1 喉箍如果没有紧固在瓶劲的最细点 而且还应该卡在瓶头下面 胶冒受热受压后会带着探头向上滑动至瓶颈最细点使探头顶端向上离开 测温点 2 胶帽于探头之间的连接是通过螺纹旋紧 而往往在螺纹之间留了一条泄压通道 从
6、而造成跑气 跑沫 跑酒 减少了瓶内液体总量 就是减少了总热容量 因此我们建议 使用卡头式密封 二 使用关键点 1 测量载体 根据温场理论 载体瓶型与被测啤酒品种瓶型要一致 测500ml品种不要用640ml瓶或330ml瓶子去测PU选择酒不要用水作载体载体起始温度只要不超过40 对PU值无影响 即 使用4 与40 酒液作载体 结果是完全一样的 因此被测样品酒循环使用 减少酒损和劳动强度 2 测温点 为了确保最低温处酒液PU值合格 测温点应应置于 冰点 即 越接近底部中心点越好 因为底部是温度最低的点 但太接近底部 温度探头触碰到瓶底 同时底部流体稳定性较差 建议的距离 易拉罐或小瓶型探头尖端距容
7、器底部10 15mm 大瓶型 瓶高超过250mm 探头尖端距容器底部15 20mm 接下来我们放大酒瓶低部观察 观察测温点状态 粉红色十字交叉点为PU计温度传感器测温点 3 密封性 密封性的重要性前面已讨论 要确保密封性 我们建议使用卡头式密封如果使用胶帽式密封 则要加强检查胶帽是否变形喉箍是否拧紧胶帽是否滑动移位是否漏气 漏酒探头是否偏移中心线 4 温度探头 PU值测量是否准确关键在温度 温度探头要由计量部门定期校准 保证精度要保证灵敏性 如果反映不灵敏 测量温度就会滞后 影响结果 所以探头要经常清洁 如果结垢或脏了就会影响灵敏性探头必须置于中心轴上 不能偏移 更不能接碰瓶壁 5 运行环境
8、要保证PU计在杀菌机中运行稳定 获得稳定的温场 PU计应紧密地置于酒丛堆中 要充实 避免运行时侧翻或倾倒 检测PU值时杀菌机不能停机 否则应重新检测 只有不停机检测出的PU值合格才有保障性杀菌机喷淋水要均匀 要检查喷头是否有微生物粘性物质沉积和水垢的产生 使检测的结果没有代表性 三 PU计选型 1 选择PU计的关键指标 评价一个PU计性能是否优良 关键在以下几点 温度探头 精度高 灵敏好 检测的准确性才有保障PU仪主机密封性 PU仪频繁接收冷热水的大密度喷淋 主机内部的空气也频繁收缩膨胀 压力差在0 4 1个大气压 所以主机的密封性将直接关系到仪器的使用寿命防水性 PU仪随啤酒进入杀菌机 其整
9、体的防水性不但要考虑到上面提到的主机的密封性 还应该包括主机与温度探头的连接部分 温度探头与啤酒瓶的连接部分售后服务与性价比 2 几种PU计比较 Haffmans 优势 温度探头 主机密封性 防水性等整体性能都是目前最好的仪器之一劣势 测量载体使用胶帽式密封 易变形 漏气 漏酒 此外价格格太贵 一台主机在10万以上 同时配件也很贵 通常是国产价格的数倍 SAB 优势 温度探头 主机密封性 防水性等整体性能都是目前最好的仪器之一 与Haffmans相当 但价格只有Haffmans一半劣势 国内没有授权代理商 每2年要进行一次返厂维护和软件升级 维护周期长 手续麻烦 EBRO 优势 EBRO本来是
10、用于海洋科学实验 因此它的温度精度与密封性都无可挑剔 但它不是为检测PU值而专门设计的仪器 因此还存在一些明显缺陷 劣势 1 温度探头与主机完全一体 因此每一种瓶型都得配一台PU计 其它PU计则都是可以更换探头 2 它不像Haffmans或SAB的PU计有一个固实的底座 可以确保PU计在杀菌机中运行稳定 不会翻倒或倾斜 EBRO的PU计在杀菌机运行很容易倾斜或受啤酒挤压使运行路线改变3 它的温度探头密封使用胶帽式 易变形 漏气 漏酒4 它检测喷淋水的温度探头不是直接而是间接 探头外面有一个外壳 其它所有PU计都是直接测水温的 如右图 所以它检测喷淋水温常常是不真实的 国产PU计 发酵研究所 中国食品发酵研究所成立了专门的研究项目组 在学习国外观PU计的先进设计理念 结合国内实际使用情况 开发出最新一款JXPU 型PU计 其性能已可与进口PU仪相媲美 在青岛占有率达到85 以上 在CRB也做了多次实验 现北京 聊城已在使用 3 选型建议 由于CRB正在推行精益化生产 PU检测改由操作工检测 原来几台杀菌机共一台PU仪就很不方便了 建议一台杀菌机配置一台PU义 而国产PU仪只有进口PU仪价格的四分之一 性能已基本相当 售后有保障 性价比优势明显 因此我们建议 推荐选用国产PU仪减少选用Haffmans和SAB品牌PU仪逐步淘汰EBRO型PU仪
