白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

程 偉，張 杰，潘天全，李 娜

（安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽(yáng) 236023）

中國(guó)白酒具有獨(dú)特的芳香，不但給人們帶來了精神和物質(zhì)享受，而且創(chuàng)造了巨大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。白酒固態(tài)發(fā)酵的蒸料或蒸餾酒操作使用的甑鍋，其蓋盤為雙層不銹鋼材料制備，中間夾層填充保溫材料，再加上蒸汽導(dǎo)管等的重量，使甑鍋蓋盤十分笨重，影響操作的靈活性[1]。甑鍋的敞開式蒸料操作，導(dǎo)致蒸料時(shí)蒸汽的大量外散而造成浪費(fèi)，大量外散的蒸汽導(dǎo)致車間能見度降低，尤其是冬季存在較大的安全隱患[2]。甑鍋起盤時(shí)，如果操作人員配合不當(dāng)，容易出現(xiàn)刮傷或燙傷等安全事故。醅料高出甑口時(shí)，起盤操作容易導(dǎo)致甑鍋蓋盤底部邊緣刮掉或壓擠醅料等現(xiàn)象，造成醅料浪費(fèi)，影響蒸餾效率等。甑鍋蓋盤與蒸汽導(dǎo)管通過環(huán)形溝槽實(shí)現(xiàn)相互鑲嵌配合，并采用“水封”的方式實(shí)現(xiàn)閉合，防止漏汽；蒸汽壓力較大時(shí)，容易在接口“水封”處出現(xiàn)漏汽現(xiàn)象，并且進(jìn)行“水封”補(bǔ)水操作時(shí)，存在燙傷等安全隱患。中國(guó)實(shí)用新型專利公開的手拉式甑鍋蓋盤起盤器（ZL2011205336398）與旋臂式甑鍋起盤器（ZL2015206029944），均對(duì)甑鍋蓋盤的起盤方式進(jìn)行了改進(jìn)，一定程度上減輕了操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的操作安全性，但是在甑鍋蓋盤與U 型蒸汽導(dǎo)管的連接配合及密閉方式等方面均未做出實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，仍可能存在漏汽的現(xiàn)象，影響蒸餾效率等，且存在一定的操作安全隱患[3]。

1 設(shè)計(jì)目的及其具體實(shí)施分析

1.1 所要解決的技術(shù)問題及其達(dá)到的有益效果

當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)白酒廠采取的是固態(tài)發(fā)酵法白酒蒸餾的操作，采用傳統(tǒng)的間歇式甑桶蒸餾，其主要存在蒸餾裝置數(shù)量多而分散、勞動(dòng)強(qiáng)度高、設(shè)備使用效率低等弊端，還存在操作環(huán)境差、原酒的質(zhì)量控制難度大、易造成酒蒸氣及酒的風(fēng)味物質(zhì)損失等問題[4]。將機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化應(yīng)用到白酒釀造過程中，有利于提高白酒的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，并促進(jìn)白酒生產(chǎn)企業(yè)穩(wěn)健可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)蒸餾甑鍋及其配套裝置的研發(fā)與應(yīng)用，有利于提高白酒蒸餾效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)與分析了一種白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置，該甑鍋蓋盤可以與行車配合使用，能有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，確保安全生產(chǎn)，并提高蒸餾效率等。該甑鍋蓋盤的配套裝置連接冷卻設(shè)備并可以水平旋轉(zhuǎn)，尤其適用于白酒固態(tài)發(fā)酵的蒸料或蒸餾酒操作，以解決手壓式或旋臂式甑鍋起盤器在操作時(shí)存在的笨重、緩慢等問題，消除蓋盤時(shí)存在的燙傷等安全隱患。

1.2 裝置的設(shè)計(jì)及其具體實(shí)施分析

由圖1、圖2 可知，本文設(shè)計(jì)的一種白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置，其甑鍋蓋盤屬于機(jī)械壓封甑鍋蓋盤，主要由蓋體、鉤環(huán)、耐壓彈簧、墊片、彈簧膨脹節(jié)1、凹槽等部分組成；其配套裝置主要由基座、底部轉(zhuǎn)軸、支架、中部轉(zhuǎn)軸、水平蒸汽導(dǎo)管、上部轉(zhuǎn)軸、U 型蒸汽導(dǎo)管、傳感器、彈簧膨脹節(jié)2、液壓裝置等部分組成。由圖1 可知，U 型蒸汽導(dǎo)管的主體部分固定在支架上，彈簧膨脹節(jié)1 的頂部設(shè)置有放置墊片的凹槽，三套耐壓彈簧呈120 度設(shè)置在彈簧膨脹節(jié)1 的四周并配合使用，以緩沖液壓裝置帶來的壓力，并實(shí)現(xiàn)與墊片、彈簧膨脹節(jié)2 等的緊密閉合，以防止漏氣。四套鉤環(huán)對(duì)稱設(shè)置在蓋體的中下部，與行車等吊裝設(shè)備的吊鉤配合使用。由于蒸餾過程中的溫度等特殊要求，彈簧膨脹節(jié)1、墊片、彈簧膨脹節(jié)2 等均由耐熱、耐壓、耐酸腐蝕的材料制成并配套使用。傳感器設(shè)置在U 型蒸汽導(dǎo)管的進(jìn)氣口一端，可以實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力與溫度等的電子傳感檢測(cè)，以及時(shí)調(diào)整蒸汽流量，符合蒸料或蒸餾酒的工藝要求。

由圖1 可知，U 型蒸汽導(dǎo)管的一端設(shè)置有上部轉(zhuǎn)軸，上部轉(zhuǎn)軸與中部轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有水平蒸汽導(dǎo)管并與冷卻設(shè)備連接。在支架的基座底部設(shè)置有底部轉(zhuǎn)軸，以實(shí)現(xiàn)支架的水平180 度旋轉(zhuǎn)，與冷卻設(shè)備連接的水平蒸汽導(dǎo)管相對(duì)固定，并不伴隨支架運(yùn)動(dòng)。由圖2 可知，U 型蒸汽導(dǎo)管靠近蓋盤的一端設(shè)置有彈簧膨脹節(jié)2、液壓裝置等，三套液壓裝置呈120 度設(shè)置在彈簧膨脹節(jié)2 的四周，配合進(jìn)行伸展或壓縮運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)與彈簧膨脹節(jié)1 的緊密閉合。液壓裝置、上部轉(zhuǎn)軸、中部轉(zhuǎn)軸、底部轉(zhuǎn)軸等配合使用，通過設(shè)置運(yùn)動(dòng)行程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)彈簧膨脹節(jié)1 與彈簧膨脹節(jié)2 的位置對(duì)應(yīng)，并進(jìn)一步完成緊密閉合動(dòng)作。彈簧膨脹節(jié)1、彈簧膨脹節(jié)2 的套筒內(nèi)徑相同且均由耐熱耐壓材料制成，墊片由耐熱耐壓材料制成，彈簧膨脹節(jié)1、彈簧膨脹節(jié)2的套筒內(nèi)徑相同，墊片厚度略高于彈簧膨脹節(jié)1 上端凹槽的深度。

1.3 工作原理及其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（圖2）

蓋盤及其與蒸汽導(dǎo)管接口的結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示，將墊片放置在彈簧膨脹節(jié)頂部的凹槽中，將行車等吊裝設(shè)備的吊鉤對(duì)稱連接在蓋體的鉤環(huán)上，并設(shè)置防脫落裝置，再通過行車等吊裝設(shè)備將蓋體吊起并與甑鍋鍋體閉合。根據(jù)實(shí)際距離及設(shè)備安裝布局，在電路控制系統(tǒng)設(shè)置液壓裝置、上部轉(zhuǎn)軸、中部轉(zhuǎn)軸及底部轉(zhuǎn)軸等的運(yùn)動(dòng)行程模式，開啟對(duì)應(yīng)行程使擺臂裝置水平擺動(dòng)到彈簧膨脹節(jié)的對(duì)應(yīng)位置。開啟液壓裝置行程使彈簧膨脹節(jié)伸展并與彈簧膨脹節(jié)緊密閉合，通過觀察傳感器的指數(shù)變化，根據(jù)蒸料或蒸餾酒的工藝要求及時(shí)調(diào)整蒸汽流量。

機(jī)械壓封甑鍋蓋盤配合使用的U 型蒸汽導(dǎo)管的主體部分固定在支架上，彈簧膨脹節(jié)1 的頂部設(shè)置有放置墊片的凹槽，三套耐壓彈簧設(shè)置在彈簧膨脹節(jié)1 的四周并配合使用，以緩沖液壓裝置帶來的壓力。四套鉤環(huán)對(duì)稱設(shè)置在蓋體的中下部，與行車等吊裝設(shè)備的吊鉤配合使用。U 型蒸汽導(dǎo)管靠近支架基座的一端設(shè)置有三對(duì)轉(zhuǎn)軸，并設(shè)置有水平蒸汽導(dǎo)管與冷卻設(shè)備連接。在支架的基座底部設(shè)置有底部轉(zhuǎn)軸，以實(shí)現(xiàn)支架的水平轉(zhuǎn)動(dòng)，與冷卻設(shè)備連接的水平蒸汽導(dǎo)管相對(duì)固定，并不伴隨支架運(yùn)動(dòng)。

2 生產(chǎn)應(yīng)用分析與探討

2.1 幾類傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用（圖3）

如圖3 所示，傳統(tǒng)壓把式甑鍋蓋盤主要包括蓋體、壓把、水封槽1、蓋體支撐梁、U 型蒸汽導(dǎo)管、水封槽2、蒸汽導(dǎo)管支撐柱等部分，其采用水封的方式以實(shí)現(xiàn)蓋盤及冷卻設(shè)備與U 型蒸汽導(dǎo)管的連接。傳統(tǒng)壓把式甑鍋蓋盤的起盤采用人工操作的方式，起盤或蓋盤時(shí)至少要兩人用力向下壓動(dòng)或向上抬起盤器把手，起盤的高度也受到較大的限制。蓋體通過蓋體支撐梁的支撐處于與甑鍋上口相近的高度，通過蓋體支撐梁上部的軸承旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)蓋盤在不同甑鍋之間的交替使用。使用傳統(tǒng)壓把式甑鍋蓋盤蒸餾時(shí)，水封槽處需及時(shí)補(bǔ)水以實(shí)現(xiàn)密封，受到蒸餾壓力較大的影響，還可能存在漏氣等弊端，影響蒸餾效率。

如圖4 所示，旋臂式甑鍋起盤器主要包括有左、右甑鍋和懸置在左、右甑鍋上方的前、后支架等部分。前支架的底部轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有旋轉(zhuǎn)臂，后支架的底部固定連接有圓弧形導(dǎo)軌。旋轉(zhuǎn)臂的前端固定連接有可在圓弧形導(dǎo)軌上移動(dòng)的滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾動(dòng)機(jī)構(gòu)的底部固定連接有手拉葫蘆，手拉葫蘆底部的吊鉤可分別鉤掛在左、右甑鍋端蓋上的掛耳上。該旋臂式甑鍋起盤器實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)甑鍋端蓋的省力提升，沿圓弧形導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)甑鍋的上方后，利用手拉葫蘆緩慢降落蓋上端蓋，達(dá)到了省時(shí)、省力、方便等效果，解決了手壓式起鍋器裝置起升和降落時(shí)存在的笨重、不安全、緩慢等，以及蓋盤時(shí)的燙傷安全隱患以及影響蒸餾效率等問題。

如圖5 所示，手拉式甑鍋起盤器主要包括底座、旋轉(zhuǎn)立柱、平面軸承、手拉葫蘆、轉(zhuǎn)臂等部分，在固定的底座上設(shè)置有圓軸立柱，在圓軸上設(shè)置有平面軸承，再將鋼管套在圓軸立柱上，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)立柱。在旋轉(zhuǎn)立柱的頂部橫向設(shè)置有鋼管，在鋼管的兩端各安裝有滑輪構(gòu)成轉(zhuǎn)臂。在甑盤上對(duì)稱位置設(shè)置有2 對(duì)掛鉤，并通過4 根Φ6 cm 的鋼筋與滑輪下方的鋼絲繩連接。手拉葫蘆上部與轉(zhuǎn)臂一端的滑輪連接，另一端掛鉤通過底座上的連接鉤連接。該手拉式甑鍋起盤器可以實(shí)現(xiàn)一人通過手拉葫蘆的起升與降落實(shí)現(xiàn)蓋盤的起升或落盤操作，起蓋時(shí)拉動(dòng)手拉葫蘆鏈條即可實(shí)現(xiàn)。落蓋時(shí)通過快速拉動(dòng)鏈條，并輔助穩(wěn)住蓋盤上的連接鋼筋即可。

如圖6 所示，傳統(tǒng)壓把式甑鍋蓋盤在甑鍋起盤時(shí)(其結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示)，需要工人用力向下壓動(dòng)起盤器把手，壓下后還需繼續(xù)用力向左或者向右推動(dòng)蓋盤，使其移離甑口；同樣，裝甑結(jié)束后要求安全、快速并且不碰到醅料則需要一人用力壓起把手，左右兩邊各需要一人配合拖帶甑鍋蓋的邊緣，緩慢將蓋盤置于甑鍋上口并密封。蓋盤的起升或降落等操作需要兩人配合完成，操作不當(dāng)時(shí)還容易出現(xiàn)刮傷或燙傷手的現(xiàn)象，以及醅料高出甑口時(shí)容易出現(xiàn)刮掉或壓擠醅料的現(xiàn)象，影響蒸餾效率。

綜上分析可知，手拉式甑鍋蓋盤起盤器與旋臂式甑鍋起盤器等，其均對(duì)甑鍋蓋盤的起盤方式進(jìn)行改進(jìn)，與傳統(tǒng)壓把式甑鍋蓋盤相比，減輕了操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的操作安全性；然而，在甑鍋蓋盤與U 型蒸汽導(dǎo)管的連接配合及密閉方式等方面均未做出實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，均采用水封的方式，仍可能存在漏汽的現(xiàn)象，影響蒸餾效率等。手拉葫蘆與滑輪的使用，解決了甑鍋蓋盤升降的高度問題，但是圓弧形導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)臂的使用，可能導(dǎo)致軌道運(yùn)動(dòng)的不順暢以及蓋盤的水平擺動(dòng)幅度難以控制等問題，且仍然存在操作安全隱患。

2.2 機(jī)械壓封甑鍋蓋盤的應(yīng)用

本文所設(shè)計(jì)的一種白酒釀酒甑鍋蓋盤屬于機(jī)械壓封甑鍋蓋盤，其使用過程主要包括如下操作步驟：（1）根據(jù)釀酒生產(chǎn)工藝要求，完成上甑操作；（2）將墊片放置在彈簧膨脹節(jié)1 頂部的凹槽中，將行車等吊裝設(shè)備的吊鉤對(duì)稱連接在蓋體的鉤環(huán)上，并設(shè)置防脫落裝置，再通過行車等吊裝設(shè)備將蓋體吊起并與甑鍋鍋體閉合；（3）根據(jù)實(shí)際距離及設(shè)備安裝布局，在控制面板設(shè)置液壓裝置、中部轉(zhuǎn)軸及底部轉(zhuǎn)軸等的運(yùn)動(dòng)行程模式，開啟對(duì)應(yīng)行程使支架水平擺動(dòng)到彈簧膨脹節(jié)1 的對(duì)應(yīng)位置；（4）開啟液壓裝置行程使彈簧膨脹節(jié)2 伸展并與彈簧膨脹節(jié)1 緊密閉合；（5）觀察傳感器的指數(shù)變化，以便及時(shí)調(diào)整蒸汽流量，滿足蒸料或蒸餾酒的工藝要求；（6）蒸料或蒸餾酒操作完成后，依次完成彈簧膨脹節(jié)2 的壓縮并與彈簧膨脹節(jié)1 分離，支架的水平擺動(dòng)并實(shí)現(xiàn)U型蒸汽導(dǎo)管與蓋體的分離。

近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的安全環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，白酒傳統(tǒng)釀造工藝逐漸難以滿足白酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求[5]；因此，實(shí)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵白酒的蒸料或蒸酒操作時(shí)，蒸汽的高效利用、集中回收或再循環(huán)再利用等，以提高資源利用率等已成為各白酒廠的重要研究課題，也是白酒蒸餾、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)；同時(shí)，蒸餾操作的室外排汽系統(tǒng)有利于改善釀酒車間環(huán)境，但是難以實(shí)現(xiàn)蒸汽的回收再利用；因此，蒸汽回收也是釀酒車間的現(xiàn)實(shí)需要與節(jié)約生產(chǎn)成本的要求等[6]。本文所述的白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置，還可以與蒸汽的集中回收或再循環(huán)再利用設(shè)備相結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)蒸汽的循環(huán)利用。該設(shè)備可以進(jìn)行蓋盤帶壓蒸料，以有效節(jié)約蒸料時(shí)間與蒸汽用量，提高蒸料效率。參照機(jī)械壓封甑鍋蓋盤及其與蒸汽導(dǎo)管接口的閉合方式（見圖2），采用彈簧膨脹節(jié)機(jī)械壓封的方式，可以在甑鍋與蓋盤的結(jié)合處實(shí)現(xiàn)有效閉合，有利于進(jìn)一步提高蒸餾操作時(shí)的密閉性，并節(jié)約蒸汽。

2.3 傳統(tǒng)水封與機(jī)械壓封甑鍋蓋盤的比較分析

傳統(tǒng)水封與機(jī)械壓封甑鍋蓋盤區(qū)別主要在于如下幾個(gè)方面：（1）甑鍋蓋盤的起盤方式不同，傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤采用人工壓把的方式起盤，機(jī)械壓封甑鍋蓋盤采用機(jī)械行車吊裝的方式起盤；（2）甑鍋蓋盤與蒸汽導(dǎo)管的連接方式不同，傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤采用雙向圓形水槽的水封方式連接，機(jī)械壓封甑鍋蓋盤采用機(jī)械液壓調(diào)節(jié)彈簧膨脹節(jié)的方式連接；（3）不同甑鍋之間蓋盤或蒸汽導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換連接方式不同，傳統(tǒng)水封甑鍋通常采用雙甑鍋單蓋盤的設(shè)計(jì)，蓋盤或蒸汽導(dǎo)管在不同甑鍋之間的轉(zhuǎn)換采用蓋體支撐梁軸承旋轉(zhuǎn)的方式，機(jī)械壓封甑鍋蓋盤采用設(shè)備支架上中下部位的三對(duì)轉(zhuǎn)軸配合旋轉(zhuǎn)的方式；（4）蒸汽導(dǎo)管與冷卻設(shè)備的連接方式不同，傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤采用雙向圓形水槽的水封方式連接，機(jī)械壓封甑鍋蓋盤采用固定蒸汽導(dǎo)管的方式連接，U型蒸汽導(dǎo)管通過設(shè)備支架的上部轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)與固定蒸汽導(dǎo)管的連接，再接入冷卻裝置；（5）設(shè)備整體的控制方式不同，傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤以采用人力手工操作的方式為主，機(jī)械壓封甑鍋蓋盤以采用機(jī)械化自動(dòng)控制的操作方式為主。

3 討論與總結(jié)

白酒釀造釀造過程中蒸汽的高效利用，已成為白酒行業(yè)節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤相比較，機(jī)械壓封甑鍋蓋盤的密封性能較好，具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、設(shè)備操作安全性高、明顯提高蒸餾效果等優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)水封甑鍋蓋盤的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)械壓封甑鍋蓋盤改造，可以充分利用原有設(shè)備，以節(jié)省設(shè)備投資和制作時(shí)間，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際生產(chǎn)操作過程中，該設(shè)備需要改進(jìn)的地方主要是蒸汽流量應(yīng)該根據(jù)蒸餾工藝操作節(jié)點(diǎn)的需要進(jìn)行適當(dāng)及時(shí)的調(diào)整，增加蒸汽流量控制與甑鍋內(nèi)壓力檢測(cè)等聯(lián)動(dòng)智能控制設(shè)備，或增加蒸餾熱能回收利用設(shè)備系統(tǒng)[7]；如果蒸汽流量過快，會(huì)導(dǎo)致甑鍋內(nèi)的壓力過大，可能出現(xiàn)蒸汽從甑鍋與蓋盤結(jié)合處四周的“水封”或“糟封”處泄露等問題，導(dǎo)致“沖甑”而影響蒸餾效率，并存在安全隱患。釀酒設(shè)備機(jī)械化帶來便利的同時(shí)也帶來了設(shè)備維修問題，電力驅(qū)動(dòng)或智能控制設(shè)備的故障，要求維修人員要掌握釀酒工藝、設(shè)備電器及自動(dòng)化等相關(guān)知識(shí)，對(duì)設(shè)備維修人員的文化程度與技能水平等均有較高的要求。