1996年，深圳金威啤酒厂二期扩建工程中，有一台丹麦生达-汉森公司提供的杀菌机格外引人注目。它将分散式管式换热器改为集中式板式换热器、改压力喷淋为重力漏淋。这样不仅提高了热效率，同时又降低了能耗，且在控制显示屏上能显示PU值。同年在某杂志上也报导了该机的PU值控制系统，设定的仍然是喷淋水温度，但是通过实验，将喷淋水温度和啤酒温度联系起来，然后算出杀菌过程中啤酒PU值的变化。

受丹麦生达-汉森公司PU值控制系统的启发，我们根据多年积累的数据和对杀菌单位定义的分析研究，提出了与其不同的PU控制数学模型。各区的温度值不需设定，而是在设定了PU值后，各区的温度设定值自动选定；生产线因故停机时，随着停机时间长短，4温区和5温区喷淋水温度将自动调整，使整个控制系统变成傻瓜系统。这里的关键是经过适当的数学变换和科学的分析，找到喷淋水温度与PU值的关系，建立数学模型，并提出相应的调试和校正方法。

一、啤酒杀菌机的工作原理
使用杀菌机，是为了杀灭啤酒中的酵母菌和酿造过程中污染的杂菌，以提高啤酒的生物稳定性，达到延长商品保质期的目的。国内现有的杀菌机，基本上是在引进德国H&K公司技术的基础上发展而来的。它设有八个温区，但仅控制六个温区的喷淋水温度，其中6温区和8温区是不控制的，该两温区的喷淋水分别由3温区和1温区水箱直接泵至6温区和8温区。其他6个温区除1和7温区为冷却外，其他分别由各自的管式换热器加热。但控制的都是喷淋水的温度，而不是瓶内啤酒的温度。两者为热量传递关系：喷淋水与瓶外壁间是强迫对流换热，瓶外壁至内壁是热传导，瓶内壁与啤酒间是自然对流和热传导。这样一种复杂的换热方式，想用解析的方法解决是不可能的，且外部条件也非确定一致，如喷淋强度不可能完全相同，瓶的大小和壁厚不可能完全相同，壁厚也非均匀一致，瓶内啤酒容量也非固定不变……

在德国H&K公司啤酒杀菌机的使用说明书中，明确给出了各个温区的温度设定值，并指出关键是第5温区，又称恒温区，且将通过时间设计为10分钟。我们经分析后认为：1温区～4温区为升温区，其目的是使瓶内啤酒通过该区域时温度逐步升高，以防止瓶子在热冲击下产生热应力而导致裂纹，避免二氧化碳在温度高时大量溢出产生高压，致使在输送过程中因碰撞而爆裂。如果将喷淋水温度分为四个小区，区间温差不超过20摄氏度，且让4温区的温度设定为略高于5温区温度以加大热交换，使出口处瓶内啤酒温度与5温区温度相近（理论上可认为相等，实际上是不可能的）；5温区是杀菌的主要贡献区即恒温区，俗称保温区；5温区之后的6温区～8温区为节能降温区，其目的有两个，一是将瓶内啤酒的热量回收利用，二是降低瓶内啤酒温度以降低瓶内压力，防止在传输过程中爆瓶，同时保持瓶内温度高于室温，使瓶外壁面的残留水尽快蒸发以利于贴标。在整个杀菌流程中，除恒温区内瓶内温度较为均匀外，其他温区均处于强热交换状态，瓶内温度分布极不均匀。

对啤酒杀菌工艺而言，杀菌机温度控制的关键区是恒温区，它是杀菌工艺中占统治地位的关键区域，在众多啤酒厂的生产工艺中也以恒温区的温度(俗称杀菌温度)作为指标下达到车间。为此，在德国H&K公司的温度控制系统中，恒温区安装有两支温度计，一支温度计用于控制该区的喷淋水温度，另一支与记录仪相联，记录恒温区的喷淋水温度，以此作为检查和考核杀菌温度的依据。
恒温区的温度设定值是操作人员无权改变的，而是由工艺技术人员根据实验室的测试结果来确定。而其他温区的温度设定值，则允许操作人员设置。这样就会带来一系列的问题，因为将杀菌后的啤酒拿到实验室进行生物实验，所得到的是整个过程的结果，而非某一区段的结果，若仅仅只是考虑某一区，而不考虑相邻温区的影响，结果可能会失真。这就要求操作人员能够根据具体情况，正确地设置各温区的温度值。另外，当外界条件变化时将如何应对，如临时停机、冷却水温度、啤酒容量和包装发生改变时等，都需要加以考虑解决。

二、建立PU值控制系统数学模型
对每一种细菌而言，其生存与温度和时间有关，温度越高生存时间越短，反之时间越长。这就是巴氏杀菌单位PU值，不同菌种杀菌所需的PU值也不同，其定义为：在60℃情况下，保持1分钟为一个杀菌单位，其数学表达式为：
PU=T×1.393(t-60)--------------------(1)
其中PU：巴氏杀菌单位 ， T：时间（分）， t：温度（℃）
若将（1）方程式进行数学变换后，即可获以下的数学表达式（2）：

In PU－In T
t = ＋ 60 （℃） -----（2）
In 1.393
其中PU：巴氏杀菌单位 ， T：时间（分）， t：温度（℃）
方程（2）中的温度t 是瓶内啤酒的温度，而不是喷淋水的温度，在杀菌机的绝大部分的温区内，两者差别很大，瓶内啤酒的温度滞后且很不均匀，然而在恒温区内两者却是相近的（相差0.1℃左右），且瓶内啤酒的温度较为均匀。在恒温区，（2）式中的t 是啤酒温度，加上0.1℃后就是恒温区喷淋水的温度t（5）；T 是瓶在恒温区内运行的时间；PU是在恒温区内所表示的PU 值。
对每一瓶啤酒而言，整台杀菌机所提供的PU 值肯定要大于该值。若以PU 代表整台杀菌机所表示的杀菌单位值，我们可以在（2）式中PU 前乘上1个小于1的系数，将其设定为C，即可将（2）式改写为（3）式
In PU－In T
t(5)= ＋ 60 ＋ 0.1(℃) -- (3)
In1.393
（3）式中的PU 就是整台杀菌机的PU值，是杀菌工艺要求的PU值，即设定值。因此根据公式（3），在设定PU 、C和T后，就可获得恒温区喷淋水温度值t(5)。
PU 值由工艺人员根据实验室的实验结果来确定(一般为15～30之间）；T 是瓶通过恒温区的时间(一般为10分钟）；C的数值，根据大量的试验数据是在0.7~0.8范围内，可先取其中间值即0.75。
这样我们就确定了恒温区喷淋水的温度设定值，将其设定为t（5）。在其他5个温区中，仅有与恒温区相邻的两个温区对PU值有贡献，即4温区和6温区。这是因为当瓶内酒温为50摄氏度时，l分钟的PU值贡献值仅为0.036，完全可忽略不计，只有这两个温区瓶内酒温可能超过50℃。其中以4温区为最重要，该区的喷淋水温度应高于恒温区温度，以便加大热交换，使瓶内酒温在该区出口处达到恒温区温度，我们可以设定其为t（4），其设定值可用下式表示：
　t(4)＝t（5）＋ B×2.5 (℃)---（4）
其中B为大于1的系数，其数值在1~2之间，可根据容量大小来确定，如640毫升玻璃瓶B＝2，330毫升玻璃瓶B＝1。
而6温区的喷淋水是不控温的，直接将水由3温区水箱泵至6温区。在该温区喷淋水温度较5温区低近14℃，瓶内啤酒很快就被冷却到50℃，对PU值的贡献仅占5%左右。
其他四个温区的温度可按如下原则进行设定：
节能降耗，尽量回收热能和节约水耗，区间温差不宜过大，出口处瓶内酒温应高于室温，以避免结露。
建议：
在升温区：t（3）＝ t（5）－ 12 （℃）
t（2）＝ t（5）－ 20 （℃）
t（1）＝ t（8）－ 2 （℃）
在降温区：t（7）＝ t（5）－ 24 （℃）
其中t（1）的设定值为浮动值，即以8温区喷淋水温度为参考值，目的是为了节水，以避免由于冷却水温的差异而引起水的大量消耗。如若设定t（1）＝ 24℃，而在南方有时冷却水温度超过此值，可能导致调节阀开度一直保持为最大，耗费大量的水也起不到调节作用。
至此，PU值控制的数学模型已建立，设定值为PU值，系数B、C和时间T可根据实际情况在现场调试时设定，这些数值确定后，各温区的温度设定值即可自动确定。

三、非正常工作状态下的PU值控制
上世纪八十年代引进德国H&K（现KHS公司前身）的啤酒杀菌机，在因故停机时，仅切断4温区加热，让其自然降温，而其他温区仍继续控温，致使PU值随着停机时间而增大，可能使在恒温区内的啤酒杀菌过度而产生老化味。为此，在非正常工作状态下，应设法使4温区和5温区的温度设定值随着停机时间作相应的调整，以避免PU值过大。但要做到与正常运转情况下相同，除非在杀菌机出口处增设储瓶平台，且将链网分为两段：l温区～3温区为一段；4温区～8温区为另一段，当停机时间较长时，后一段仍正常运转，将酒输送到储瓶平台上，否则不可能与正常运转情况相同。但在采取一些措施后，偏差是可以控制在允许范围以内的。
建议可按以下方式安排：
1. 输送系统停机时，立刻切断4温区加热。
2. 5分钟后将4温区和5温区设定值改为54℃，打开冷却水使其降温。
3. 超过20分钟，应停止一切加热和冷却，但水泵要继续运转。
4. 启动恢复正常，待5温区温度达到定值后，输送系统才能正常运转。
要特别注意：若全部停机（包括水泵），则将有大量水溢出，再开机时必须补充大量冷水，若瓶温度尚未下降到一定程度，可能在4温区和5温区发生爆瓶。
以上建议是否合适，可在实践中摸索，以尽量减少能源消耗和品质损耗。

四、 调试和校正
由于每台杀菌机的喷淋强度并非完全相同，整个杀菌工艺流程中的传热过程又非常复杂，不可能简单地用一个较为理想的数学模型来描述，需要我们针对具体的实际情况进行必要的修正或校正。
修正或校正的依据是用随动式PU值测定仪测得的数据，该数据为瓶内某一高度处（一般插入至瓶高2／3处）的啤酒温度值，以及该温度值随时间的变化和PU值。该温度值可作为瓶内啤酒温度的平均值（上高下低），可根据公式（1）计算出累计的PU值，可获得两条曲线，一条是啤酒温度变化曲线，另一条为PU值变化曲线。可根据这两条曲线来调整公式（3）和（4）中的C和B值，这两个系数应由调试或校正人员确定，应建在工程师平台上，不能由操作人员随意更改。上一节所论述的程序，也不能在操作平台上显示，操作平台上只有总启动和总关机以及工作状态显示，其他应由相应的工程技术人员来完成，以确保整台杀菌机处于良好的工作状态。
恒温区的运行时间T一般不改变，但也应设置在工程师平台上，可以在必要时改变，以适应不同长度或速度的需要。
总之，设置在工程师平台上的B、C和T三个参数，在设计平台上已有数值，但在工程师平台上均留有调整余地，以消除由于实际情况变化所带来的影响。
如果包装物不是玻璃瓶而是易拉罐，由于热阻减小，传热加快，B的数值可能小于1，再根据容量大小来设定其数值。任何其他类型的杀菌机，也可用公式（3）和（4），仅参数B、C和T有所不同，其他温区的喷淋水温度值可随之调整。另外，也可以按此思路，在公式（2）的基础上，导出适用于瞬时杀菌PU值控制的数学模型。
本人认为，找到啤酒杀菌机喷淋水温度与PU值的关系等问题，应坚持科学理念和自信，否则永远是跟着别人后面走。对该机PU值控制系统的有关数据本人最近做了重新修订，有兴趣者可按此方法进行实践，并望能在实践中不断得到完善。