酒糟自動(dòng)攤晾設(shè)備的研發(fā)

陳欽明

(百特(福建)智能裝備科技有限公司技術(shù)研發(fā)中心，福建 福州 350008)

白酒生產(chǎn)行業(yè)中釀酒生產(chǎn)目前自動(dòng)化水平較低，大部分還是人工生產(chǎn)，少數(shù)企業(yè)做到半自動(dòng)。目前存在工藝難于匹配(比如降溫不均勻或波動(dòng)太大)、機(jī)械造成的酒糟料性破壞(比如目前常用的棍狀打散容易造成酒糟骨力降低)、酒體質(zhì)量下降等因素，影響自動(dòng)化的實(shí)施。隨著白酒行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需要，以及質(zhì)量穩(wěn)定管理、技藝傳承的需求，釀酒自動(dòng)化已經(jīng)成為白酒行業(yè)急需攻克的課題。本文針對(duì)釀酒中的攤晾環(huán)節(jié)，研究開發(fā)了一種酒糟自動(dòng)化攤晾設(shè)備。

1 酒糟攤晾的原理和工藝要點(diǎn)

酒糟經(jīng)過蒸餾取酒后，需加曲回窖重新發(fā)酵。在加曲之前需要把酒糟溫度由完全蒸透的100℃降到20～30℃。具體溫度根據(jù)酒糟種類不同而定。該降溫過程主要采用物理降溫，即通過風(fēng)機(jī)把常溫空氣穿插過酒糟，酒糟與氣流做熱量交換，熱量由溫度較高的酒糟傳遞給常溫的空氣，最終達(dá)到把酒糟溫度降到釀酒工藝要求的溫度。

目前人工攤晾主要是采用把酒糟攤鋪在竹箅床上，強(qiáng)制通風(fēng)進(jìn)行降溫，過程中人工適當(dāng)翻拌酒糟，使酒糟降溫比較均勻。

在攤晾過程中有如下工藝要點(diǎn)：

①整體酒糟降溫均勻，降溫結(jié)束后整體酒糟溫差需控制在2℃以內(nèi)。

②降溫速度適當(dāng)，不能急速降溫，否則容易造成酒糟結(jié)坨。酒糟結(jié)坨后內(nèi)外溫差會(huì)相差較大，同時(shí)對(duì)后道加曲工序也會(huì)存在拌料不均勻問題。

③酒糟降溫后的溫度需能準(zhǔn)確控制在工藝要求范圍內(nèi)，比如糧糟需控制在20℃，誤差不能超過±2℃。

④翻拌酒糟時(shí)，需輕柔，不能有明顯的擠壓、摔打。對(duì)糟料擠壓和摔打會(huì)影響物料松軟料性，影響發(fā)酵效果，釀出的酒體也會(huì)受影響。

⑤酒糟出甑打量水燜糧后，需以最快的速度攤晾。熱的酒糟堆積在一起容易造成燜糧過度，使酒糟過于糊爛，骨力下降，也會(huì)影響發(fā)酵效果。

2 自動(dòng)攤晾的實(shí)現(xiàn)原理和相關(guān)機(jī)構(gòu)

在開發(fā)自動(dòng)攤晾設(shè)備時(shí)，除了需要滿足上述5個(gè)工藝要求，還需考慮連續(xù)送料、前后段工藝的輸送銜接等。當(dāng)然所用器具也需滿足食品生產(chǎn)衛(wèi)生要求。

本設(shè)備采用不銹鋼輸送鏈板為主體結(jié)構(gòu)，配備風(fēng)箱、導(dǎo)風(fēng)板、風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，多組柔性翻料機(jī)構(gòu)，多組溫度感應(yīng)器組成的溫控系統(tǒng)，自動(dòng)清洗機(jī)構(gòu)，以及整體電控系統(tǒng)，詳見圖1。

圖1 自動(dòng)攤晾機(jī)簡圖

2.1 基本工作原理

通過特定設(shè)備把酒糟輸送到攤晾鏈板的入口端，并按一定的厚度鋪灑在鏈板上方。鏈板按一定的速度向前輸送。鏈板輸送過程中，通過風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，從鏈板下方自下向上吹空氣，空氣通過鏈板上的孔穿過酒糟，與酒糟進(jìn)行熱交換，從而使酒糟溫度逐漸降低至工藝要求的溫度。在輸送過程中，通過多組翻料機(jī)構(gòu)翻拌酒糟，把上下層酒糟交換位置以及使酒糟更疏松，最終達(dá)到酒糟整體均勻降溫。圖2為自動(dòng)攤晾機(jī)酒糟降溫原理圖。

圖2 酒糟降溫原理圖

2.2 鏈板機(jī)構(gòu)簡介

鏈板機(jī)構(gòu)主要用來輸送酒糟，采用鏈板型式可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)輸送。在鏈板上均勻設(shè)置出一定直徑的孔，用來流通空氣，以便對(duì)酒糟進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。通風(fēng)孔的數(shù)量是影響通風(fēng)效率的一個(gè)因素，開孔面積與鏈板面積比值為開孔率。開孔率越大，通風(fēng)效果越好，但漏料也會(huì)越多。需要根據(jù)實(shí)際酒糟和工藝要求設(shè)定開孔率。鏈板基本結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 鏈板主要功能結(jié)構(gòu)

2.3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡介

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要用來給酒糟吹風(fēng)強(qiáng)制降溫。該系統(tǒng)包含若干個(gè)單元，每個(gè)單元主要包含風(fēng)機(jī)、風(fēng)箱、導(dǎo)風(fēng)板這三個(gè)組件?？筛鶕?jù)實(shí)際降溫要求組合使用多個(gè)風(fēng)機(jī)單元，并對(duì)所有單元的風(fēng)量進(jìn)行陣列控制，使酒糟溫度最終滿足工藝參數(shù)要求。在某些苛刻條件下，也可對(duì)風(fēng)機(jī)增加冷風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)降溫效率。導(dǎo)風(fēng)板的型式也會(huì)影響氣流狀態(tài)和效率，目前已經(jīng)有設(shè)計(jì)試驗(yàn)過3種，可應(yīng)用在不同場合。圖4為單個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)單元的基本工作原理，常溫空氣經(jīng)由離心風(fēng)機(jī)吹入風(fēng)箱內(nèi)，氣流在風(fēng)箱內(nèi)被導(dǎo)風(fēng)板分隔成三個(gè)區(qū)域，并把風(fēng)向改為向上吹，氣流通過鏈板通風(fēng)孔穿過酒糟。

圖4 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作原理

2.4 翻料機(jī)構(gòu)簡介

翻料機(jī)構(gòu)的作用是翻拌酒糟，把下層翻到上層，上層酒糟翻到下層，使酒糟降溫更為均勻。同時(shí)翻料機(jī)構(gòu)還有整平和疏松酒糟的作用，目的也是使降溫更為均勻。翻料機(jī)構(gòu)主要包含翻料葉片組、翻料主軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過調(diào)節(jié)電機(jī)速度，調(diào)整翻料機(jī)構(gòu)的翻拌速度。對(duì)于釀酒工藝而言，翻料機(jī)構(gòu)需做到柔性翻拌，不鈍擊、不擠壓。圖5為一種柔性翻料機(jī)構(gòu)，創(chuàng)造性采用類似鐵鍬的鏟料方式，銳口插入酒糟，并輕輕揚(yáng)起翻拌，大大減輕對(duì)酒糟的破壞。目前已經(jīng)發(fā)明3種翻料機(jī)構(gòu)，均能很好地實(shí)現(xiàn)柔性翻拌，并根據(jù)不同的細(xì)節(jié)功能應(yīng)用在多個(gè)場合。

圖5 翻料機(jī)構(gòu)

2.5 溫度監(jiān)測系統(tǒng)

在攤晾機(jī)的入口、出口以及每組翻料機(jī)構(gòu)后各設(shè)置一組溫度傳感器，用于檢測各個(gè)位置點(diǎn)的酒糟溫度。每一組溫度傳感器由5個(gè)溫度傳感器組成，一字排開，其中3個(gè)采用接觸式溫度傳感器(如熱電阻式)，插入酒糟內(nèi)部檢測。2個(gè)采用非接觸式溫度傳感器(如紅外測溫)測量酒糟表面溫度。這種多點(diǎn)測量方式可以實(shí)時(shí)監(jiān)測攤晾過程中不同階段的酒糟溫度，以便控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和翻料機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理。

2.6 控制系統(tǒng)簡介

控制系統(tǒng)主要采用PLC控制方式和工控機(jī)數(shù)據(jù)分析處理，包含現(xiàn)場層信息采集感應(yīng)器(如溫度感應(yīng)器、環(huán)境濕度感應(yīng)器、風(fēng)箱風(fēng)速感應(yīng)器等)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)單元(如鏈板電機(jī)調(diào)速變頻器、翻晾電機(jī)調(diào)試變頻器、風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)變頻器等)、控制層PLC和人機(jī)界面、以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存分析工控機(jī)。

PLC采集各類設(shè)備參數(shù)和根據(jù)工藝要求控制設(shè)備運(yùn)行，操作人員可通過人機(jī)界面對(duì)工藝參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)置。PLC把各類參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至工控機(jī)，工控機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，存儲(chǔ)大量的運(yùn)行參數(shù)后即可進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，固化各種環(huán)境溫度和不同類酒糟的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)，并在生產(chǎn)中自動(dòng)調(diào)用參數(shù)和在線微調(diào)，做到智能化生產(chǎn)。

3 自動(dòng)攤晾機(jī)的試驗(yàn)結(jié)論

在攤晾過程中會(huì)涉及如下設(shè)備參數(shù)：鏈板的輸送速度、鏈板開孔率、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量大小和分布、翻料機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)速度。這些參數(shù)互相關(guān)聯(lián)，會(huì)影響最終的攤晾溫度。

3.1 試驗(yàn)參數(shù)選取

鏈板的輸送速度：試驗(yàn)攤晾機(jī)設(shè)計(jì)的鏈板輸送速度范圍為35～175 mm/s，經(jīng)初步測試，能保障較好酒糟厚度的速度范圍為35～52.5 mm/s，因此選取此范圍內(nèi)做聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)。

鏈板開孔率：因?yàn)榧庸すに囅拗?，鏈板通孔間隙不能小于2 mm。在此條件下，根據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，鏈板通孔尺寸越小最大開孔率不會(huì)增加。比如通孔直徑3 mm的最大開孔率約24.9%，而直徑4 mm的最大開孔率約25.03%。另外，考慮孔越大，越容易漏酒糟，所以試驗(yàn)用通孔直徑選擇為4 mm。針對(duì)此條件下的三種開孔率鏈板參數(shù)如表1。

表1 三種開孔率鏈板參數(shù)

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量大小和分布：參考人工攤晾床面積和攤晾時(shí)間，在10m長攤晾機(jī)上設(shè)置8個(gè)風(fēng)箱和8臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中4臺(tái)風(fēng)量為4000～4500 m3/h，另外4臺(tái)風(fēng)量為5100～6700 m3/h，后4臺(tái)變頻可調(diào)風(fēng)量。風(fēng)機(jī)采用左右交錯(cuò)分布，主要考慮左右吹風(fēng)均勻。

圖6 風(fēng)機(jī)分布示意圖

翻料機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)速度：設(shè)置范圍為11.2～56 r/min。

按此參數(shù)范圍設(shè)計(jì)制造的攤晾機(jī)在某濃香型酒廠經(jīng)過一年多試驗(yàn)，經(jīng)歷了4輪發(fā)酵周期，最終產(chǎn)酒效果比人工方式有很大的提升，不僅滿足了自動(dòng)化生產(chǎn)要求，產(chǎn)酒率也提升了10%以上。此外，攤晾效率也有極大提升，由30min左右縮短到20～25min。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)見表2。

表2 人工攤晾和設(shè)備攤晾產(chǎn)量結(jié)果

4 結(jié)語

通過以上結(jié)構(gòu)措施和聯(lián)動(dòng)控制，使酒糟降溫梯度可控、降溫均勻，減少糟醅料性破壞，降低糟醅起坨結(jié)塊現(xiàn)象，生產(chǎn)效率也有較大提升，產(chǎn)量和質(zhì)量也優(yōu)于人工生產(chǎn)，能滿足傳統(tǒng)白酒的嚴(yán)謹(jǐn)工藝要求，為白酒釀造生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化升級(jí)解決一個(gè)工藝難點(diǎn)，能為企業(yè)創(chuàng)造更好的效益。后續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)的積累，通過大數(shù)據(jù)分析，可逐步實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，使傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得以數(shù)據(jù)化并可靠傳承。