自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線的研制開發(fā)

陳　楓，曹敬華，劉彬波，汪江波，陳茂彬

（1.湖北縱橫科技有限責(zé)任公司，湖北宜昌443003； 2.工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北武漢430068）

自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線的研制開發(fā)

陳楓1，曹敬華2，劉彬波1，汪江波1，陳茂彬2

（1.湖北縱橫科技有限責(zé)任公司，湖北宜昌443003； 2.工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北武漢430068）

研制開發(fā)了自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線將傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)工序用機(jī)械化代替并輔以自動化控制，整個生產(chǎn)線采用成熟的機(jī)電一體化技術(shù)和DCS集散控制模式，將制曲工藝各個環(huán)節(jié)良好銜接，實現(xiàn)制曲、粉曲工序全程數(shù)字化控制和工藝參數(shù)在線監(jiān)測，曲粉研磨標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和封閉式管道輸送。與傳統(tǒng)制曲設(shè)備相比，具有安靜、潔凈、安全、節(jié)約等優(yōu)點。

自動化； 制曲； 生產(chǎn)線

長期以來，酒曲的制作一直沿用傳統(tǒng)的人工踩曲制作方法［1］，存在著生產(chǎn)效率低、產(chǎn)能有限、工人勞動強(qiáng)度大、占用場地面積大、曲塊成型差異大等缺點［2］，更主要的是，產(chǎn)品的品質(zhì)難以穩(wěn)定和統(tǒng)一，直接影響到發(fā)酵的時間、原酒的品質(zhì)。20世紀(jì)70年代開始，一些酒廠逐步開始采用機(jī)械制曲［3］，雖然改進(jìn)了制曲方式，提高了生產(chǎn)效率，但存在著喂料不均勻且需人工輔助，有時曲塊厚薄相差較大，曲塊之間松緊度不一，模盒傳動復(fù)雜，故障率高等缺點［4］。

經(jīng)過長期實踐和總結(jié)，對制曲工藝條件不斷摸索，結(jié)合制曲過程中微生物的變化趨勢，本文研究開發(fā)了自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線，它將傳統(tǒng)釀酒生產(chǎn)工藝與現(xiàn)代化機(jī)電技術(shù)及設(shè)備結(jié)合起來，在保證釀酒生產(chǎn)工藝的要求下，能大大提高企業(yè)生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提升生產(chǎn)組織及管理水平、升華企業(yè)形象，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的最大化。

1　研制思路

自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線分為曲餅制備工序和曲餅粉碎工序，將傳統(tǒng)的人工糧食凈化、潤糧、混合、攪拌、壓曲、曲餅輸送、曲餅初破、曲餅細(xì)破、曲粉包裝等生產(chǎn)工序用機(jī)械化代替并輔以自動化控制。由于這些工藝的特殊性，與自動化作業(yè)的連續(xù)性結(jié)合，生產(chǎn)設(shè)備必須增加各種輸送設(shè)備、提升設(shè)備、緩沖設(shè)備、計量配比設(shè)備、混合攪拌設(shè)備、加熱設(shè)備、溫濕度控制設(shè)備、壓曲設(shè)備等，以期達(dá)到并超過傳統(tǒng)制曲工藝的效果。

1.1制曲工序的配置

（1）產(chǎn)能：12 t/h；（2）配備原糧凈化及儲存系統(tǒng)，滿足多種原糧凈化、儲存需求，減輕雜質(zhì)對磨粉機(jī)的損傷；（3）原料出倉定量，自動按需配比混合；（4）配備一次加水潤糧系統(tǒng)，采用伺服跟蹤、定量加水，保證磨粉品質(zhì)的一致性；（5）采用兩次磨粉工藝，磨粉粒度可調(diào)；（6）二次加水潤糧采用伺服跟蹤，水分添加準(zhǔn)確、攪拌均勻可靠、浸潤徹底；（7）采用機(jī)器壓曲；（8）具備制曲產(chǎn)能統(tǒng)計、水消耗統(tǒng)計、母曲消耗統(tǒng)計的功能；（9）安全生產(chǎn)，潔凈生產(chǎn)；（10）控制系統(tǒng)的自動化及智能化。

1.2粉曲工序的配置

（1）產(chǎn)能：10 t/h；（2）曲塊粉碎采用兩級破碎工藝，成品粒徑＜0.85 mm（20目）；（3）采用多樓層上料，提高生產(chǎn)效率；（4）采用自動限量裝置，主要是基于上料的沖擊載荷考慮，它能根據(jù)后續(xù)爪破機(jī)及錘破機(jī)的電流大小，自動調(diào)節(jié)下料流量，達(dá)到保護(hù)后續(xù)設(shè)備的目的；（5）采用強(qiáng)力除鐵裝置及其布置在爪破機(jī)后，強(qiáng)化對篩網(wǎng)的保護(hù)；（6）采用全封閉風(fēng)送技術(shù)及設(shè)備將粉碎的曲粉送入指定料倉、并計量包裝；（7）控制系統(tǒng)的自動化及智能化；（8）采用負(fù)壓輸送，兼顧環(huán)境除塵，幾乎沒有粉塵外揚現(xiàn)象，符合潔凈生產(chǎn)的要求。

2　自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線工藝設(shè)計

2.1制曲工序工藝流程設(shè)計（見圖1）

（1）初步凈化的曲糧（小麥、豌豆、大麥等）經(jīng)過機(jī)械卸料或人工卸料，進(jìn)入原糧收集斗，通過格柵除去較大雜物，進(jìn)入斗式提升機(jī)中提升至一定的高度，以便靠自流進(jìn)入凈化處理設(shè)備，提升入倉設(shè)備見圖2。

圖2　提升入倉

（2）曲糧提升后自流進(jìn)入振動篩分機(jī)，然后進(jìn)入風(fēng)選除雜箱。此處篩分機(jī)配有兩層篩網(wǎng)，主要是清除粒度＞12 mm的大顆?；蛄６龋? mm的小顆粒雜物，在風(fēng)選箱進(jìn)一步除去各種粒徑的輕質(zhì)雜物。

（3）經(jīng)過篩分與風(fēng)選除雜的曲糧，還含有少量重質(zhì)雜物，此時，進(jìn)入比重去石機(jī)，進(jìn)一步去除較重雜物，例如石粒、金屬粒等。本方案中設(shè)計了兩套凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)配備了一臺振動篩分機(jī)、兩臺去石機(jī)，這樣既可以滿足大流量生產(chǎn)需求，也可以同時處理不同種類的物料，篩分、風(fēng)選設(shè)備見圖3。同時，在人工上料口有容量較大的設(shè)備，分別送入4個鋼板倉（5800 m3/個）儲存。通過計量設(shè)備，可以精確知道各倉的糧食重量、累計重量，可方便地和凈化前重量進(jìn)行對比。鋼板倉具備料位監(jiān)控、通風(fēng)等功能。

圖3　篩分進(jìn)料、出料、風(fēng)選設(shè)備圖

（4）各鋼板倉內(nèi)的糧食通過定量出料器、配料電子秤，按設(shè)定的比例配比混合，跨越輸送，進(jìn)入斗式提升機(jī)，物料提升到一定的高度，依靠糧食的自重下流，有序地進(jìn)入磨粉緩存?zhèn)}，以便連續(xù)穩(wěn)定地粗破磨粉。

（5）由于某些物料的粗破磨粉需要先潤糧，因此，設(shè)置了潤糧通道。當(dāng)需要潤糧時，物料通過切換螺旋進(jìn)入該通道，緩存定量，加入水分，并強(qiáng)力攪拌，進(jìn)行一次潤麥，然后同樣進(jìn)入磨粉緩存?zhèn)}，強(qiáng)力著水設(shè)備見圖4。與此同時，熱水制備罐已將熱水（25～85℃，可根據(jù)要求調(diào)整）備好，并存放在熱水罐內(nèi)。受PLC的指令，熱水定量輸送泵開始工作，輸出較高壓力（0.35 MPa）的熱水，進(jìn)入調(diào)壓穩(wěn)壓系統(tǒng)，經(jīng)過加水計量儀計量確認(rèn)，與糧食一同加入著水機(jī)內(nèi)，攪拌均勻。流量檢測設(shè)備與加水計量儀互相連通比較，比較的結(jié)果又通過PLC控制定量加水器的運行速度，達(dá)到伺服跟蹤的目的，伺服加水設(shè)備見圖5。

圖4　強(qiáng)力著水設(shè)備圖

圖5　伺服加水設(shè)備圖

（6）各磨粉緩存?zhèn)}內(nèi)的物料通過定量器、除鐵器，進(jìn)入對應(yīng)的雙聯(lián)對輥式磨粉機(jī)，實施擠壓磨粉，完成粗破磨粉的工藝。粗破磨粉的粒度、流量均可根據(jù)工藝要求調(diào)整。

（7）粗破磨粉后，物料通過聯(lián)動定量筒，進(jìn)入細(xì)破磨粉機(jī)。通過檢測聯(lián)動定量筒的料位變化，控制細(xì)破磨粉機(jī)進(jìn)料輥的速度或粗破磨粉機(jī)定量器及進(jìn)料輥的速度，達(dá)到與磨粉流量匹配的目的，同時為后續(xù)二次潤糧提供依據(jù)參數(shù)，磨粉設(shè)備見圖6。

圖6　雙聯(lián)磨粉設(shè)備圖

（8）已經(jīng)磨好的小麥粉（或豌豆大麥混合料）通過輸送設(shè)備進(jìn)入混合攪拌機(jī)，以備與溫水二次配比混合，達(dá)到壓曲工藝水分的要求，二次加水、潤糧設(shè)備見圖7。與此同時，溫水制備罐已將溫水（20～40℃，可根據(jù)要求調(diào)整）備好，并存放在溫水罐內(nèi)。受PLC的指定，溫水定量加水器開始工作，通過流量計計量確認(rèn)，與糧食一同加入攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌均勻。母曲計量倉在PLC的控制下均勻準(zhǔn)確地送出母曲，加入混合攪拌機(jī)。同時，流量計檢測的數(shù)據(jù)與PLC設(shè)定的數(shù)據(jù)及流量數(shù)據(jù)比較，結(jié)果再通過PLC來控制計量泵的運行速度，達(dá)到伺服跟蹤的目的。

圖7　二次加水、潤糧設(shè)備

（9）二次加水的糧食先通過臥式高速攪拌機(jī)，然后螺旋輸送（見圖8），再進(jìn)入臥式散料機(jī)構(gòu)，以便水分浸透均勻，料塊粒度均勻，然后進(jìn)入延時輸送機(jī)、壓曲機(jī)，壓制出符合要求的曲塊，壓曲設(shè)備見圖9。

圖8　跨越輸送設(shè)備

圖9　延時潤糧、液壓壓曲設(shè)備

（10）在人工上料、輸送機(jī)、振動篩分、風(fēng)選除雜等環(huán)節(jié)中，將產(chǎn)生較多揚塵，這些粉塵通過環(huán)境除塵系統(tǒng)收集并統(tǒng)一處理。在磨粉等工序，也會產(chǎn)生一些由糧食細(xì)粉組成的揚塵，可通過粉塵回收除塵系統(tǒng)回收利用。

2.2粉曲工序工藝流程設(shè)計（見圖10）

圖10　粉曲及除塵系統(tǒng)工藝流程圖

（1）成品曲塊用翻斗鏟車（或通過人工）投入料斗，經(jīng)過自動限量裝置，使物料較均勻地進(jìn)入爪式粗破碎機(jī)，將曲塊粉碎成30 mm以下的不規(guī)則顆粒曲料，以便選出鐵料及細(xì)破。

（2）經(jīng)粗破碎的曲塊在除鐵倉除鐵后，進(jìn)入錘片式細(xì)破機(jī)，分料裝置根據(jù)兩臺細(xì)破機(jī)的負(fù)載實時自動分配進(jìn)料量，使兩臺細(xì)破機(jī)的工況相對平均，避免因偏載過度而停機(jī)。

（3）經(jīng)過兩級破碎，絕大部分物料的粒徑＜0.85 mm （20目），曲粉通過排料補(bǔ)氣閥進(jìn)入風(fēng)力輸送管道，粉曲設(shè)備見圖11。

圖11　粉曲設(shè)備

（4）粉碎的成品曲粉在旋風(fēng)除塵器的作用下，從氣體中分離，進(jìn)入料倉緩存，用于計量打包［5］。

（5）在PLC的指定下，母曲緩存?zhèn)}內(nèi)的曲粉通過定量給料閥進(jìn)入包裝秤，計量包裝。曲粉計量包裝設(shè)備見圖12。

圖12　曲粉計量包裝

（6）含塵氣體經(jīng)過旋風(fēng)除塵器后，通過塵氣管道進(jìn)入袋式除塵器，收集旋風(fēng)除塵器未能分離的細(xì)粉，使最終排風(fēng)的含塵濃度降到25 mg/N·m3以內(nèi)，該步驟收集的粉塵經(jīng)排料鎖氣閥進(jìn)入曲粉緩存?zhèn)}送管道，無需增加機(jī)械或人工進(jìn)行轉(zhuǎn)運。

（7）投料點、卸料點、包裝點等產(chǎn)生的揚塵可通過風(fēng)力擴(kuò)展管網(wǎng)一并收集處理。

3　生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)及主要機(jī)電設(shè)備

3.1生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)

制曲生產(chǎn)線的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)

3.2生產(chǎn)線主要機(jī)電設(shè)備

3.2.1制曲工序機(jī)電設(shè)備

制曲工序的主要機(jī)電設(shè)備見表2。

3.2.2粉曲工序機(jī)電設(shè)備

粉曲工序的主要機(jī)電設(shè)備見表3。

4　自動化機(jī)械制曲生產(chǎn)線的特點與技術(shù)優(yōu)勢

整個生產(chǎn)線采用成熟的機(jī)電一體化技術(shù)和DCS集散控制模式，從原料入倉到成品曲粉碎形成一個有機(jī)整體，實現(xiàn)制曲、粉曲全程數(shù)字化控制和在線檢測，曲塊儲存溫度、濕度等指標(biāo)實現(xiàn)數(shù)字化全天候自動監(jiān)控，曲粉研磨標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和封閉式管道輸送。解決了制曲自動化程度不高、制曲車間粉塵過大影響工人身體健康等釀酒企業(yè)普遍面臨的關(guān)鍵問題。本文研發(fā)的自動化制曲生產(chǎn)技術(shù)與國內(nèi)同類技術(shù)比較，技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)，優(yōu)勢明顯，與現(xiàn)有技術(shù)的對比情況見表4。

表2　制曲工序機(jī)電設(shè)備明細(xì)表

表3　粉曲工序機(jī)電設(shè)備明細(xì)表

表4　自動化制曲技術(shù)與國內(nèi)同類技術(shù)的創(chuàng)新性、技術(shù)性能對比

［1］沈怡方.白酒生產(chǎn)技術(shù)全書［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

［2］陳貴林.探索茅臺酒制曲自動化實現(xiàn)途徑［J］.釀酒科技，2011 （4）：64-66.

［3］楊浩，張曜武，張龍.機(jī)制大曲和人工大曲生物、理化指標(biāo)比較分析［J］.釀酒科技，2014（1）：55-58.

［4］張靜.多點采壓壓曲機(jī)設(shè)計及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件仿真研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2009.

［5］毛勁.釀酒自動化生產(chǎn)線及關(guān)鍵工藝設(shè)備的研究與設(shè)計［D］.成都：西華大學(xué)，2014.

The Research and Development of Automated Daqu Production Line

CHEN Feng1，CAO Jinghua2，LIU Binbo1，WANG Jiangbo2and CHEN Maobin2
（1.Hubei 710 Cross Tech Co.Ltd.，Yichang，Hubei 443003；2.Hubei Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation，School of Biological and Food Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan，Hubei 430068，China）

In this study，we developed the automated Daqu production line，which could replace the traditional manual process.The production line used mechatronics technology and DCS distributed control mode，integrated all the procedure of Daqu making，achieved digital control and online monitoring of the technical parameters，and realized standardized production and material transportation through closed pipeline.Compared with the traditional Daqu-making equipment，the automated production line has the advantages of quietness，cleanness，safety，and energy saving.（Trans.by HUANG Xiaoli）

automation；Daqu making；production line

TS262.3；TS261.1；TQ925.7；TS261.3

A

1001-9286（2016）08-0091-06

10.13746/j.njkj.2016189

湖北省科技支撐計劃（2014BBB005）。

2016-05-31

陳楓（1981-），男，湖北宜昌人，碩士研究生，研究方向：智能化裝備。

陳茂彬，博士，教授，研究方向：釀酒工程。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-07-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160725.1242.001.html。