ຈັງຫວາເຄື່ອນໄຫວຂອງວາວຄວາມດັນຕ້ານສຳລັບການເຕີມເບຍທີ່ມີຄາບອນສູງ

Van ຄວາມດັນຕ້ານສູງ ການຫຼື້ນຂອງ CO₂ ໄຫວ

Cavitation ແລະ ຄວາມບໍ່ສະຖຽນຂອງການຫຼື້ນສອງເຟືອງໃນເວລາທີ່ຄວາມດັນຫຼຸດລົງຢ່າງໄວ

ໃນການຕື່ມນ້ ໍາ ມັນທີ່ມີນ້ ໍາ ມັນສູງ, ຄວາມກົດດັນທີ່ຫຼຸດລົງຢ່າງກະທັນຫັນຜ່ານວາວຕ້ານຄວາມກົດດັນສາມາດປ່ຽນ CO2 ທີ່ລະລາຍໄດ້ໃນທັນທີເປັນຮູອາຍແກັສເຮັດໃຫ້ cavitation ທີ່ແຕກແຍກຄວາມສອດຄ່ອງຂອງເສົາແຫຼວ. ການປ່ຽນແປງໄລຍະນີ້ສ້າງປະສົມປະສານສອງໄລຍະທີ່ໂຊກໂຊກເຊິ່ງການລົ້ມລົງແລະການສ້າງຟອງຟອງສ້າງຄື້ນກະແສ, ເພີ່ມຄວາມວຸ້ນວາຍແລະເລັ່ງການແຕກອອກຂອງ CO2 ເພີ່ມເຕີມ. ການວັດແທກຂອງອຸດສາຫະ ກໍາ ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສາຍທີ່ ດໍາ ເນີນງານເກີນ 20,000 ຖັງຕໍ່ຊົ່ວໂມງມີຄວາມສ່ຽງເຖິງ 15% ການສູນເສຍການກາກບອນໂດຍສະເພາະຈາກຄວາມວຸ້ນວາຍທີ່ເກີດຈາກຄວາມບໍ່ ຫມັ້ນ ຄົງດັ່ງກ່າວ (2022 Packaging Technology Report). ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງນີ້, ຜູ້ຜະລິດເຄື່ອງເຕີມນ້ ໍາ ທີ່ ນໍາ ພາລວມເອົາກົນທະນິດຕ້ານຄວາມວຸ້ນວາຍເຊັ່ນ: ການ ຈໍາ ກັດການໄຫຼຂອງ laminar ຫຼືຫ້ອງຕ້ານ vortexໂດຍກົງເຂົ້າໃນຮ່າງກາຍຂອງວາວ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ໂປຣໄຟລ໌ຄວາມໄວລຽບແລະກົດຂີ່ເຂດຄວາມກົດດັນຕ່ ໍາ ທີ່ຖືກຈັດຕັ້ງຢູ່ບ່ອນ ຫນຶ່ງ ທີ່ຮັບຜິດຊອບໃນການເລີ່ມຕົ້ນການ cavitation, ປົກປັກຮັກສາຫົວໃຈແຫຼວທີ່ມີໄລຍະດຽວທີ່ ຫມັ້ນ ຄົງ. ເມື່ອປະສົມປະສານກັບຮອບການຕື່ມທີ່ຖືກປັບປຸງ ~ 250 msລົງຈາກ 400 msແກັສທີ່ປະເພນີຫຼຸດລົງ 62%, ຢືນຢັນວ່າການຄວບຄຸມການກົດດັນຄວາມກົດດັນແມ່ນມີຄວາມ ຈໍາ ເປັນເພື່ອຫຼີກລ້ຽງການໄຫຼສອງໄລຍະທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ.

ການເຊື່ອມຕໍ່ເບີນູລີ–ຮາເຈັນ–ໂປວສີວ ໃຕ້ສະພາບການ CO₂ ທີ່ອີ່ດີເກີນໄປ

ການປະສານງານລະຫວ່າງຫຼັກການຂອງ Bernoulli (ການປະຢັດຮັກສາພະລັງງານ) ແລະ ສູດ Hagen–Poiseuille (ການໄຫຼເຂົ້າໃນຮູບແບບທີ່ມີຄວາມໜືດ) ຄວບຄຸມວິທີການທີ່ເບຍທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍ CO₂ ສູງເກີນໄປປະພຶດຜ່ານຕົວຈຳກັດຄວາມດັນ. ເນື່ອງຈາກ CO₂ ທີ່ຖືກລະລາຍຢູ່ໃນເບຍນັ້ນຢູ່ໃກ້ກັບຈຸດເຕັມສູງສຸດ, ການເພີ່ມຄວາມໄວ້ໃດໆກໍຕາມທີ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມດັນສະຖິຕິຫຼຸດລົງອາດຈະເຮັດໃຫ້ຄວາມດັນສ່ວນທີ່ເປັນສ່ວນໆຕ່ຳກວ່າຈຸດທີ່ເກີດເປັນເຟີຍ—ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດເຟີຍ. ດັ່ງນັ້ນ, ຕົວຈຳກັດຄວາມດັນທີ່ຖືກອອກແບບຢ່າງດີຈຶ່ງຕ້ອງຮັກສາຄວາມສົມດຸນລະຫວ່າງຄວາມດັນທີ່ຂັບເຄື່ອນ ແລະ ຄວາມຕ້ານທາງດ້ານການໄຫຼເຂົ້າໃນຮູບແບບທີ່ມີຄວາມໜືດເພື່ອຮັບປະກັນວ່າຄວາມດັນພາຍໃນຕ່ຳສຸດຈະຢູ່ສູງກວ່າຄວາມດັນສົມດຸນຂອງ CO₂. ການເຕີມເຂົ້າໄປໃນຖັງດ້ວຍວິທີການຄວາມດັນສາມເຟີສ (three-phase counter-pressure filling) ແມ່ນເປັນຕົວຢ່າງທີ່ດີຂອງຄວາມສົມດຸນນີ້: ການລ້າງລ່ວງໆເພື່ອເອົາອາກາດອອກແລ້ວປ່ຽນເປັນ CO₂; ການປັບຄວາມດັນໃຫ້ເທົ່າກັນລະຫວ່າງຖັງ ແລະ ເຄື່ອງເຕີມເພື່ອໃຫ້ຄວາມແຕກຕ່າງບໍ່ເກີນ ±0.1 bar; ແລະ ການເຕີມເຂົ້າໄປຈະເກີດຂຶ້ນທີ່ອຸນຫະພູມ 10–15 °C. ລຳດັບຂັ້ນຕອນທີ່ຖືກຄວບຄຸມຢ່າງເຂັ້ມງວດນີ້ສາມາດຮັກສາ CO₂ ທີ່ຖືກລະລາຍໄວ້ໄດ້ 97.3%—ເຊິ່ງດີເດີ່ນກວ່າລະບົບທີ່ບໍ່ມີຄວາມດັນ (ການທົດລອງໃນເສັ້ນຜະລິດເບຍປີ 2023). ການປ້ອນຂໍ້ມູນຄືນຂອງຄວາມດັນໃນເວລາຈິງທີ່ຖືກເກັບຕົວຢ່າງທຸກໆ 0.5 ມິລີວິນາທີ (ms) ສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດການປັບປຸງເປີດ-ປິດຂອງທາງເຂົ້າຢ່າງເປັນໄປໄດ້, ເພື່ອຮັກສາສະຖານະການໄຫຼທີ່ຢູ່ໃນສະພາບທີ່ບໍ່ສະຖຽນ (metastable) ແລະ ບໍ່ມີເຟີຍ ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີການປ່ຽນແປງຄວາມໄວຂອງເສັ້ນຜະລິດ.

ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຄວາມ ຫມັ້ນ ຄົງໃນການຕື່ມເບຍທີ່ມີຄາບອນສູງ

ການເຊື່ອມຕໍ່ Valve ເປີດເວລາຄວາມແຕກຕ່າງເພື່ອຕື່ມຄວາມສອດຄ່ອງນ້ ໍາ ຫນັກ (CV% < 0.8%)

ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງນ້ຳໜັກໃນເສັ້ນທາງການເຕີມກາຊີໂຄຣບອນໄດອົກໄຊດ໌ທີ່ມີຄວາມໄວສູງ ເກີດຂື້ນໂດຍກົງຈາກຂອບເຂດຄວາມຖືກຕ້ອງທາງກົລະປະຕິກຂອງວາວຄວາມດັນຕ້ານ. ການປ່ຽນແປງເວລາທີ່ວາວເປີດ ເຊິ່ງມີຄວາມແຕກຕ່າງເພີຍງ 3 ມີລີວິນາທີ (ms) — ອັນເກີດຈາກການຕິດຂັດຂອງຊີລ໌ ຫຼື ຄວາມຊ້າຂອງສໍເລນອຍ — ສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ວັດແທກໄດ້ໃນປະລິມານເວລາທີ່ກາຊີ CO₂ ຖືກປ່ອຍອອກຈາກເບຍທີ່ອຸ່ມໄປດ້ວຍ CO₂. ຂໍ້ມູນຈາກເຄື່ອງຊົ່ວງນ້ຳໜັກທີ່ຕິດຕັ້ງຢູ່ໃນເສັ້ນຜະລິດສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ ການເພີ່ມເວລາທີ່ວາວເປີດຂື້ນ 1 ມີລີວິນາທີ (ms) ຈະເພີ່ມປະລິມານເຄື່ອງດື່ມຂື້ນປະມານ 0.15 ມີລີລິດຕໍ່ວົງຈອນໃນເງື່ອນໄຂມາດຕະຖານ (ຄວາມດັນເທິງ 2 ບາ, ຊ່ອງເປີດ 2 ມີລີເມີຕ). ໃນ 50,000 ວົງຈອນຕໍ່ການເຮັດວຽກໜຶ່ງການ, ຄວາມແຕກຕ່າງນ້ອຍໆເຫຼົ່ານີ້ຈະລວມກັນເປັນລິດຕີເຕີຂອງການໃຫ້ເກີນ (giveaway) ຫຼື ການຕັດທິ້ງເນື່ອງຈາກປະລິມານຕ່ຳເກີນໄປ. ດັ່ງນັ້ນ ການສຶກສາຄວາມສາມາດຂອງຂະບວນການທີ່ມີເປົ້າໝາຍ CV% < 0.8% ຈຶ່ງຕ້ອງການຄວາມແຕກຕ່າງຂອງເວລາທີ່ວາວເປີດ (valve timing jitter) ຕ່ຳກວ່າ 1.5 ms ໃນຮູບແບບຄວາມແຕກຕ່າງມາດຕະຖານ. ການບັນລຸເປົ້າໝາຍນີ້ຕ້ອງການກົລະປະຕິກຂອງຕົວຂັບທີ່ມີຄວາມແຂງແຮງສູງເປັນຢ່າງຍິ່ງ, ຕົວຂັບວາວດິຈິຕອນທີ່ມີຄວາມຊ້າໃນການປະຕິບັດຄຳສັ່ງຕ່ຳກວ່າ 1 ມີລີວິນາທີ, ແລະ ລະບົບການຕິດຕາມແບບປິດທີ່ເຊື່ອມໂຍງສັນຍານຈາກມີເ­tີການລົ້ມເຫຼວ (flow-meter pulses) ກັບສັນຍານທີ່ບອກວ່າວາວເປີດ (Pnuetech Field Study, 2023). ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງເວລາທີ່ວາວເປີດຈະຮັກສາ Cpk ຂອງປະລິມານການເຕີມໃຫ້ຢູ່ເທິງ 1.33 ໂດຍບໍ່ຕ້ອງເຕີມເກີນໄປຢ່າງເກີນຄວາມຈຳເປັນ.

ການຄວບຄຸມ PID ທີ່ປັບຕົວໄດ້ດ້ວຍຂໍ້ມູນການປະຕິບັດຄວາມດັນແບບທັນທີ (ເວລາຕົວຢ່າງ 0.5 ມີລິຊະນາທີ)

ການຄວບຄຸມ PID ທີ່ເປັນທຳມະດາມີຄວາມຍາກໃນການຈັດການກັບການປ່ຽນແປງຄວາມດັນຢ່າງໄວວ່າ ທີ່ເກີດຈາກການເກີດເປີ້ມໃນການລົ້ນຂອງເບີເຣື່ອງທີ່ມີສອງເຟີສ. ການຄວບຄຸມທີ່ສາມາດປັບຕົວໄດ້ ໂດຍການສຸ່ມເອົາຂໍ້ມູນຈາກຕົວຮັບຄວາມດັນຕ້ານທຸກໆ 0.5 ມິລີວິນາທີ ສາມາດແຍກແຍະຄວາມຫຼຸດລົງຂອງການລົ້ນທີ່ແທ້ຈິງອອກຈາກບັບເບີ້ນທີ່ເກີດຂຶ້ນຊົ່ວຄາວ— ແລະ ສາມາດຄຳນວນຄຳສັ່ງຕຳແໜ່ງຂອງວາວໃໝ່ພາຍໃນເວລາສັ່ນສະເທືອນດຽວ. ຄ່າ gain ສຳລັບສ່ວນສຳພາດ (proportional) ແລະ ສ່ວນບູລະນາການ (integral) ຈະປັບຕົວເອງຕາມເນື້ອໃນ CO₂ ຢູ່ທີ່ທາງເຂົ້າ ແລະ ອຸນຫະພູມຂອງເບີເຣື່ອງໃນເວລາຈິງ ເພື່ອປ້ອງກັນບັນຫາ integrator windup ໃນເວລາທີ່ຄວາມດັນຫຼຸດລົງຢ່າງຮຸນແຮງ. ເມື່ອຫົວເຕີມເຫັນວ່າຄວາມດັນຫຼຸດລົງ 20 mbar ຈາກເສັ້ນຄວາມດັນຄົງທີ່ (isobaric curve) ທີ່ຕັ້ງໄວ້ ຕົວຄວບຄຸມຈະເພີ່ມວົງຈອນການເຮັດວຽກຂອງ pilot ທັນທີເພື່ອຄືນສູ່ສະຖານະການລົ້ນທີ່ຄົງທີ່. ຄວາມຖືກຕ້ອງນີ້ຮັກສາຄວາມດັນໃນທໍ່ເຕີມໄວ້ພາຍໃນຄ່າຄວາມຄາດເຄື່ອນ ±15 mbar— ຄ່າທີ່ຜູ້ຜະລິດເຄື່ອງເຕີມເບີເຣື່ອງຊັ້ນນຳໃນໂລກແນະນຳ— ໂດຍການຂັດຂວາງການຄວບຄຸມທີ່ເປີດ-ປິດຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ ເຊິ່ງຈະເຮັດໃຫ້ CO₂ ປະທຸດອອກ. ຮູບແບບ histogram ຂອງນ້ຳໜັກການເຕີມທີ່ໄດ້ຈະສະແດງໃຫ້ເຫັນຄ່າຄວາມແຕກຕ່າງມາດຕະຖານ (standard deviation) ເທົ່າກັບ 0.12 g ສຳລັບການເຕີມ 330 mL— ຕ່ຳກວ່າເຖີງຂອບເຂດ CV ທີ່ 0.8%— ເຖີງແມ່ນວ່າການເຕີມ CO₂ ຈະປ່ຽນແປງໄປ ±0.3 volumes ຢູ່ທາງດ້ານເທິງ.

ການປ້ອງກັນການສູນເສຍ CO₂ ຜ່ານການເຕີມທີ່ຄວບຄຸມຄວາມດັນຢ່າງຖືກຕ້ອງ

ການຄວບຄຸມຄວາມດັນຢ່າງຖືກຕ້ອງແກ້ໄຂບັນຫາຫຼັກຂອງການເຕີມທີ່ມີການກະຈາຍ CO₂ ສູງ: ການຮັກສາດຸລິຍະພາບລະຫວ່າງການຮັກສາກາຊ ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນການເກີດຟອມ

ການແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງຂອງຄວາມດັນກ່ອນເຕີມ: ການເພີ່ມການຮັກສາ CO₂ ທີ່ຖືກແກ້ໄຂໃນນ້ຳໃຫ້ສູງສຸດ ໃນເວລາທີ່ຫຼຸດຜ່ອນການເກີດນິວເຄລີເອຊີ່ນຂອງຟອມ

ຄວາມຜິດພາດຂອງຄວາມກົດດັນກ່ອນການຕື່ມຄວາມຕ້ອງການຄວາມກົດດັນຂອງຖັງທີ່ສູງພໍທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ CO2 ທີ່ລະລາຍ ຫມັ້ນ ຄົງແຕ່ບໍ່ສູງພໍທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເກີດການລະບາຍນ້ ໍາ ຫນັກ ຢ່າງຮຸນແຮງໃນເວລາທີ່ຕື່ມ. ລະບົບຕ້ານຄວາມກົດດັນແກ້ໄຂສິ່ງນີ້ໂດຍການສອດຄ່ອງຄວາມກົດດັນຂອງຂວດກັບຄວາມກົດດັນການຊຸ່ມຂອງເຄື່ອງດື່ມ (ປົກກະຕິແລ້ວ 2,5 3.5 bar), ຮັກສາຄວາມກົດດັນກັບຄືນໄປບ່ອນຢູ່ ເຫນືອ ຈຸດສະດຸດສະເຫມີພາບເພື່ອປ້ອງກັນການສ້າງໂບບກ່ອນໄວ. ເຖິງແມ່ນວ່າ 0.1 bar deviation ສາມາດເຮັດໃຫ້ການລະບາຍທີ່ບໍ່ຄວບຄຸມໄດ້. ການສັກ CO2 ຫຼາຍຂັ້ນຕອນໃຫ້ຄວາມສະເຫມີພາບຄວາມກົດດັນ 98% ± 2% ໃນບັນຈຸ, ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍ CO2 ເຖິງ 34% ເມື່ອທຽບກັບວິທີການທີ່ອີງໃສ່ແຮງດັນ ( Packaging Trends 2023) ແລະຮັກສາຄວາມແຕກຕ່າງຂອງ CO2 ທີ່ລະລາຍຕ່ ໍາ ກວ່າ 0.15 g/L ໃນຄວາມໄວເຖິງ 600 ປະສົມປະສານກັບການເກັບຕົວຢ່າງຄວບຄຸມ PID ທີ່ປັບຕົວໃນ 0,5 ms, ການປັບຄວາມກົດດັນໃນເວລາຈິງຈະສະກັດກັ້ນ nucleation ໂດຍບໍ່ເສຍຄ່າຄວາມໄວສາຍ, ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການຕື່ມ, ຫຼືຄວາມສອດຄ່ອງຂອງ carbonation.

FAQs

ເປັນຫຍັງຄວາມກົດດັນໄວຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ການສູນເສຍ CO2 ໃນການຕື່ມນ້ ໍາ ມັນທີ່ມີກາກບອນສູງ?

ການຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວ່າຂອງຄວາມດັນເລີ່ມຕົ້ນເຫດການການເກີດຖົງອາກາດ (cavitation) ແລະ ສ້າງໃຫ້ເກີດການໄຫຼທີ່ບໍ່ເປັນລະບົບ ທີ່ມີສອງເຟີສ (chaotic two-phase flow) ໂດຍທີ່ CO₂ ທີ່ຖືກແກ້ໄຂຈະປ່ຽນເປັນອາກາດ. ຄວາມບໍ່ເປັນລະບົບນີ້ເຮັດໃຫ້ CO₂ ອອກຈາກການແກ້ໄຂໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ ສົ່ງຜົນໃຫ້ການເພີ່ມ CO₂ ສູນເສຍໄປ.

ຫຼັກການເບີນູລີ (Bernoulli’s principle) ເຮັດໜ້າທີ່ຫຍັງໃນການປ້ອງກັນການເກີດຟອມເວລາເຕີມ?

ຫຼັກການເບີນູລີກຳນົດວິທີທີ່ການປົກປ້ອງພະລັງງານມີຜົນຕໍ່ໄຫຼ. ເມື່ອຄວາມໄວເພີ່ມຂຶ້ນ ແລະ ຄວາມດັນສະຖິຕິຫຼຸດລົງ ຈະເກີດການເກີດຟອມ (foam nucleation) ຖ້າຄວາມດັນພາຍໃນຕ່ຳກວ່າລະດັບຄວາມອົ່ມຕົວຂອງ CO₂. ວາວຄວາມດັນຕ້ານ (counter-pressure valves) ຈະປົບດຸນປະໄວ້ເຫດເຫຼົ່ານີ້ເພື່ອກັນການເກີດຟອມ.

ການເຕີມ CO₂ ໃນຫຼາຍຂັ້ນຕອນ (multi-stage CO₂ injection) ຊ່ວຍປັບປຸງການຮັກສາກາຊີ່ທີ່ຖືກແກ້ໄຂໄດ້ແນວໃດ?

ການເຕີມ CO₂ ໃນຫຼາຍຂັ້ນຕອນຮັບປະກັນວ່າຄວາມດັນຈະຄົງທີ່ທົ່ວທັງຖັງ ເຊິ່ງຈະຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍ CO₂ ແລະ ຮັກສາກາຊີ່ທີ່ຖືກແກ້ໄຂໄວ້ໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າຈະເຕີມດ້ວຍຄວາມໄວສູງ.

ຄວາມໝາຍຂອງການຄວບຄຸມ PID ທີ່ສາມາດປັບຕົວໄດ້ (adaptive PID control) ໃນການເຕີມທີ່ມີ CO₂ ສູງແມ່ນຫຍັງ?

ການຄວບຄຸມ PID ທີ່ປັບຕົວໄດ້ຈະເກັບຕົວຢ່າງຂໍ້ມູນຄວາມດັນໃນເວລາຈິງເພື່ອຕໍ່ຕ້ານການເກີດຟອມຊົ່ວຄາວ, ເພື່ອຮັບປະກັນການຫຼື່ນທີ່ຄົງທີ່ ແລະ ຮັກສາຄວາມສົມໆເທົ່າກັນຂອງການປະສົມກັບກາຊີໂຄຣນ.

ເວລາການເປີດ-ປິດວາວທີ່ບໍ່ສອດຄ່ອງກັນຈະສົ່ງຜົນຕໍ່ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງນ້ຳໜັກການເຕີມໄດ້ແນວໃດ?

ຄວາມເບິ່ງເບາທີ່ເກີດຈາກເວລາການເປີດ-ປິດວາວ (ເຊັ່ນ: ເພີຍງ 3 ມີລິວິນາທີ) ຈະເຮັດໃຫ້ມີຄວາມແຕກຕ່າງຂອງປະລິມານທີ່ສາມາດວັດແທກໄດ້, ສົ່ງຜົນຕໍ່ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງນ້ຳໜັກການເຕີມ. ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມແຕກຕ່າງເຫຼົ່ານີ້ຈະປັບປຸງຄວາມສາມາດຂອງຂະບວນການ ແລະ ປ້ອງກັນບັນຫາການເຕີມເກີນ ຫຼື ເຕີມບໍ່ພໍທີ່ຈະເກີດຂຶ້ນ.