Содержание растворенного CO2 определяет вкус, игристость и стабильность напитка при розливе. Если его проверяют только в готовом продукте, лабораторный результат показывает, достигнуто ли целевое значение, но не показывает, на каком участке возникло отклонение. Поэтому Centec рассматривает карбонизацию как технологический параметр, который нужно измерять и регулировать непрерывно, начиная с точки ввода газа. Для этого в линейке Centec есть два inline-датчика CO2 с разными принципами измерения: оптический CARBOTEC NIR и CARBOTEC TR-PT, работающий по давлению и температуре.
Почему CO2 контролируют в потоке
Стабильная карбонизация складывается из нескольких факторов: подготовки продукта, способа ввода газа, режима потока, давления, температуры, inline-измерения и управления процессом. Типичные проблемы возникают не из-за одной ошибки дозирования, а из-за их сочетания:
- неравномерный ввод CO2 и неполное растворение газа;
- колебания состояния продукта перед карбонизацией;
- отсутствие измерения или только точечные лабораторные замеры;
- несогласованность смешивания, охлаждения и хранения;
- слабая связь между измерением и автоматикой.
Особенно важен непрерывный контроль при смешивании высокоплотного пива (High Gravity Blending), производстве безалкогольных напитков и непрерывной карбонизации. В этих процессах датчик CO2 становится частью контура регулирования, а не только средством контроля качества.
CARBOTEC NIR: оптическое измерение
CARBOTEC NIR использует метод нарушенного полного внутреннего отражения (ATR) в ближней инфракрасной области. Излучение проходит через сапфировый кристалл и многократно отражается от его граней, контактирующих с жидкостью. Молекулы CO2 поглощают излучение на характерной длине волны, и при каждом отражении интенсивность снижается пропорционально содержанию CO2. По изменению интенсивности датчик рассчитывает концентрацию.
По данным Centec, измерение показывает содержание «чистого» CO2 и не зависит от других газов, цвета, мутности и вязкости продукта. Производитель указывает для CARBOTEC NIR применение в безалкогольных напитках и минеральной воде.
CARBOTEC TR-PT: метод давления и температуры
CARBOTEC TR-PT работает по физическому принципу, основанному на законе Генри. Продукт проходит через измерительную головку с камерой. Несколько раз в минуту камера закрывается, и ее объем резко увеличивается. Давление падает, часть CO2 переходит в газовую фазу, и за несколько секунд в камере устанавливается равновесное давление, зависящее от содержания CO2. Концентрацию рассчитывают по давлению и температуре в камере. После каждого цикла проба возвращается в продукт без потерь.
Сравнение характеристик CARBOTEC NIR и CARBOTEC TR-PT
| Принцип | Оптический, NIR/ATR | Давление и температура в измерительной камере |
| Применение по данным Centec | Безалкогольные напитки, минеральная вода | Пиво, пивные смешанные напитки |
| Диапазон | 0-10 г/л | 0-10 г/л |
| Точность | ±0,1 г/л | ±0,05 г/л |
| Воспроизводимость | ±0,02 г/л | ±0,01 г/л |
| Время отклика | ≤ 3 с | ≤ 20 с |
| Рабочее давление | макс. 10 бар | макс. 10 бар |
| Рабочая температура | от -10 до +85 °C | от -10 до +100 °C |
| Материалы, контактирующие с продуктом | 1.4404 / AISI 316L, сапфир, EPDM (FDA), PTFE (FDA) | 1.4404 / AISI 316L, EPDM (FDA), PTFE (FDA) |
| Присоединение | Inline-корпуса Varivent DN65-DN150, другие варианты по запросу | |
| Сигналы и питание | 6 цифровых входов и 3 цифровых выхода 24 В DC, 2 аналоговых выхода 4-20 мА, Profibus DP опционально, питание 24 В DC, IP65 | |
| Температурная компенсация | Встроенный датчик Pt100 | |
| Мойка | Гигиеничное исполнение, полная совместимость с CIP | |
Как выбрать датчик под задачу
Тип продукта
Производитель разделяет области применения: CARBOTEC NIR - безалкогольные напитки и минеральная вода, CARBOTEC TR-PT - пиво и пивные смешанные напитки. Это первый ориентир при подборе. Если на одной линии выпускают продукты обеих групп, выбор согласуют с Centec по самому требовательному продукту.
Скорость реакции контура регулирования
Время отклика CARBOTEC NIR - не более 3 с, CARBOTEC TR-PT - не более 20 с, поскольку измерение идет циклами. Для быстрых контуров регулирования и частой смены режимов это различие может иметь значение. Требуемую динамику определяют вместе с поставщиком системы автоматизации.
Точность и воспроизводимость
Для CARBOTEC TR-PT Centec указывает точность ±0,05 г/л и воспроизводимость ±0,01 г/л, для CARBOTEC NIR - ±0,1 г/л и ±0,02 г/л. Если технологическое задание требует допуска по CO2 на уровне сотых долей грамма на литр, это учитывают при выборе.
Состав газовой фазы продукта
Для CARBOTEC NIR Centec прямо указывает независимость измерения от других газов. Для CARBOTEC TR-PT такого указания в описании нет. Если в продукт вводят азот или другой газ, применимость метода к конкретному продукту стоит подтвердить у производителя до заказа.
Температура процесса и место установки
Верхняя граница рабочей температуры у CARBOTEC TR-PT составляет +100 °C, у CARBOTEC NIR - +85 °C. Оба датчика рассчитаны на давление до 10 бар и устанавливаются в inline-корпуса Varivent DN65-DN150.
Датчики CARBOTEC в системах Centec
Датчики CO2 используются не только самостоятельно, но и как элемент технологических систем Centec. В установке непрерывной карбонизации Carbonator CO2 вводится в поток через инжектор вихревого типа Вентури в виде множества мелких пузырьков, а клапан в конце участка растворения поддерживает давление выше давления насыщения. Расход и содержание CO2 непрерывно контролируются расходомерами и датчиком CARBOTEC; диапазон дозирования CO2 составляет 0,5-10 г/л, точность ±0,1 г/л (±0,05 г/л по запросу).
В системе DeCarbonator мембранные модули позволяют как повышать, так и снижать содержание CO2 и одновременно уменьшать содержание кислорода. Для контроля CO2 в составе системы Centec предлагает модульные варианты на базе CARBOTEC NIR и CARBOTEC TR-PT, а для кислорода - датчик OXYTRANS TR.
Система смешения высокоплотного пива с inline-карбонизацией CarboBlender объединяет разбавление базового пива деаэрированной водой и ввод CO2. В ее опциях Centec указывает inline-измерение O2, CO2, экстракта и алкоголя.
Все inline-датчики Centec, включая анализаторы алкоголя, экстракта, плотности и кислорода, собраны в разделе датчики Centec.
Что уточнить перед подбором
- Продукт или ассортимент продуктов на линии, включая азотированные напитки.
- Целевое содержание CO2 и допустимое отклонение.
- Точка установки: после карбонизатора, после смешивания, перед танком готового продукта или перед розливом.
- Диапазон давления и температуры в точке установки.
- Диаметр трубопровода и наличие корпуса Varivent.
- Требования к интерфейсу: аналоговые сигналы 4-20 мА или Profibus DP.
- Режим CIP-мойки линии.
Эти данные позволяют выбрать между оптическим методом и методом давления и температуры и определить, нужен ли отдельный датчик или комплексное решение с системой карбонизации.