關(guān)于圓盤制曲機(jī)設(shè)計(jì)的探討

呂增明

（山東龍興化工機(jī)械集團(tuán)有限公司，山東 萊州 261432）

1 前言

制曲行業(yè)作為我國傳統(tǒng)釀造中的代表，其當(dāng)前還存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等的問題。在當(dāng)前我國安全標(biāo)準(zhǔn)和要求不斷提高的背景下，制曲行業(yè)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變其生產(chǎn)模式，在能夠確保質(zhì)量的前提下可以以傳統(tǒng)釀造工藝為主要基礎(chǔ)，引入先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備改變生產(chǎn)模式。該機(jī)比傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)平床更先進(jìn)、更優(yōu)越，其條件更適合微生物的生長、發(fā)育。該機(jī)可廣泛應(yīng)用于醬油制曲、釀酒制曲、制藥、釀醋、酶制劑、飼料酵母、生物發(fā)酵等行業(yè)。

2 圓盤制曲機(jī)的結(jié)構(gòu)

圓盤制曲發(fā)酵集入曲、翻曲、出曲、調(diào)溫、調(diào)濕、滅菌、攪拌培養(yǎng)為一體的全封閉式自動(dòng)發(fā)酵制曲裝置，它能營造最合適的培養(yǎng)條件，包括底座及設(shè)在底座上圓筒形的殼體，與殼體上端連接的上蓋，圓盤、殼體和上蓋圍護(hù)成制曲室，制曲室中心設(shè)置與上蓋和底座連接的支撐軸，支撐軸上設(shè)盛放培養(yǎng)物料圓環(huán)狀的圓盤，上蓋上開設(shè)進(jìn)料口，殼體上開設(shè)出料口。其特征在于：所述殼體的內(nèi)壁、外壁為不銹鋼板，夾層為聚氨酯泡沫板保溫層，所述上蓋的內(nèi)壁為雙層不銹鋼板，外壁為不銹鋼板，夾層為聚氨酯泡沫板保溫層，內(nèi)壁內(nèi)設(shè)加熱導(dǎo)線；殼體的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)于圓盤的下方帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；殼體的外壁對(duì)應(yīng)于圓盤的上方分別設(shè)第一升降電機(jī)和第二升降電機(jī)；第一升降電機(jī)的電機(jī)軸在位于殼體外和靠近支撐軸分別設(shè)第一外蝸輪和第一內(nèi)蝸輪，第一外蝸輪和第一內(nèi)蝸輪分別嚙合設(shè)置第一外蝸桿和第一內(nèi)蝸桿，第一外蝸桿設(shè)進(jìn)出料電機(jī)，進(jìn)出料電機(jī)的電機(jī)軸穿過殼體設(shè)螺旋出料的出料軸，出料軸靠近支撐軸的一端與第一內(nèi)蝸桿的下端連接；第二升降電機(jī)的電機(jī)軸在位于殼體外和靠近支撐軸分別設(shè)第二外蝸輪和第二內(nèi)蝸輪，第二外蝸輪和第二內(nèi)蝸輪分別嚙合設(shè)置第二外蝸桿和第二內(nèi)蝸桿，第二外蝸桿設(shè)翻曲電機(jī)，翻曲電機(jī)的電機(jī)軸穿過殼體固設(shè)翻料攪拌器，翻料攪拌器靠近支撐軸的一端與第二內(nèi)蝸桿的下端連接。

進(jìn)一步還包括調(diào)溫調(diào)濕機(jī)構(gòu)，所述的調(diào)溫調(diào)濕機(jī)構(gòu)包括風(fēng)機(jī)、與開設(shè)在殼體上的進(jìn)風(fēng)口相連的進(jìn)風(fēng)管路、補(bǔ)濕水箱、回風(fēng)加熱裝置、與開設(shè)在殼體上的出風(fēng)口相連的回風(fēng)管路。出料系統(tǒng)設(shè)置浮動(dòng)式擋板，出料干凈、剩料少。在曲種培養(yǎng)過程中調(diào)節(jié)物料平整。翻曲機(jī)使用特殊的結(jié)構(gòu)刀片，箱頂與側(cè)箱連接，有效防止冷凝。腔室內(nèi)壁與房間各部位焊接，實(shí)現(xiàn)無縫接口。所有空氣接觸件均采用SUS304 不銹鋼，衛(wèi)生耐用。中心柱為開口式，清潔，易于維護(hù)，無死角，利用預(yù)熱熱風(fēng)對(duì)物料進(jìn)行干燥。圓盤制曲機(jī)可按照用戶需要加裝自動(dòng)清洗裝置，用戶加壓用水沖洗，圓盤起動(dòng)器耗水量少，凈化力強(qiáng)，可室外手動(dòng)操作，增強(qiáng)了密閉工作環(huán)境，有效防止了外部細(xì)菌在啟動(dòng)初期進(jìn)入盤內(nèi)，又減少排放時(shí)粉塵飛揚(yáng)，造成污染。既保持了車間整潔，滿足了清潔生產(chǎn)要求，又有效提高了原材料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 圓盤制曲機(jī)的自動(dòng)化控制

發(fā)酵的積累是生產(chǎn)過程中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，對(duì)制曲風(fēng)格的形成具有重要意義。高溫堆積工序是白酒生產(chǎn)過程中不可忽略的重要環(huán)節(jié)，目前，生產(chǎn)企業(yè)普遍采用傳統(tǒng)的堆積方式，一般是將酒醅運(yùn)至堆積場地收成圓錐形堆，經(jīng)3 天左右的堆積后入窖池發(fā)酵，但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于第四、五、六、七輪次處于全年氣溫最低的季節(jié)，堆積的酒醅降溫快，還會(huì)出現(xiàn)堆積酒醅不升溫或者升溫非常緩慢的情況，繼而影響入窖后的發(fā)酵狀態(tài)，導(dǎo)致出酒率低，甚至不出酒等極端情況出現(xiàn)。此外，白酒生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝流程逐步采用了機(jī)械化技術(shù)，而傳統(tǒng)的高溫堆積工序不能夠利用機(jī)械裝備銜接攤涼與發(fā)酵工序，切斷了整個(gè)機(jī)械化生產(chǎn)流程的完整性。

3.1 自動(dòng)化控制

圓盤制曲機(jī)采用了人工智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控工藝參數(shù)和設(shè)備以及生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。按照不同的材料輸入不同的控制參數(shù)，包括自動(dòng)控制溫度、濕度和空氣量。轉(zhuǎn)盤起動(dòng)器具有高度個(gè)性化，并且可以按照制造商的過程參數(shù)來修改起動(dòng)器的生產(chǎn)或堆疊。按照不同的用途和發(fā)酵管理，用不同的管理方法，可以按照不同的原料在合適的環(huán)境條件下培養(yǎng)，不需要單獨(dú)管理。無論是小批量還是大批量的加工材料，從入曲、培養(yǎng)、出料，始終處于一個(gè)封閉的環(huán)境中。它只需要透過窗戶觀察就可以提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境。如果風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度和濕度不受影響，程序會(huì)自動(dòng)控制和記錄風(fēng)壓、溫度和濕度，才可以滿足最有效的電力需求和質(zhì)量要求。盤式制動(dòng)器是自動(dòng)均勻地分布，皮帶輸送機(jī)是自動(dòng)均勻地輸送，避免擠壓熟料，使所有臨床排放入盤更蓬松，材料表面更加光滑，有利于批量加工，提高效率，圓盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)全部采用頻率轉(zhuǎn)換控制，自動(dòng)化節(jié)能。

3.2 控制特點(diǎn)

編程時(shí)，把設(shè)備功能劃分為幾個(gè)獨(dú)立單元（模塊），包括自動(dòng)烘干、自動(dòng)卸料、清洗、過程控制、管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程中央控制數(shù)據(jù)交換、設(shè)備安全等，并可按照需求進(jìn)行相應(yīng)的組合，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性，不同的模塊可滿足不同用戶的多樣化需求，并可定制設(shè)備狀態(tài)，即設(shè)備在特定時(shí)間內(nèi)的功能或現(xiàn)象，每個(gè)狀態(tài)之間都有嚴(yán)格的邏輯關(guān)系，并且相互之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系有嚴(yán)格而清晰的關(guān)系定義。目前，碟片的功能狀態(tài)有一個(gè)基本步驟，進(jìn)料、卸料，清洗，生產(chǎn)過程狀態(tài)化是一個(gè)簡單的設(shè)備流程。PLC 控制系統(tǒng)用于自動(dòng)收集、傳輸和分析光盤起動(dòng)器。中央控制系統(tǒng)的采用，科學(xué)、合理、先進(jìn)、簡單、有效，符合當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。通過網(wǎng)絡(luò)和中央控制室自動(dòng)連接控制。中央控制室具有過程參數(shù)和生產(chǎn)過程的可視性和可控性，出現(xiàn)異常過程，工藝參數(shù)報(bào)警。面板控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與車間中央控制系統(tǒng)或MES 系統(tǒng)連接，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。優(yōu)化的數(shù)據(jù)將上傳到服務(wù)器以進(jìn)行分類和存儲(chǔ)，并生成報(bào)告。在中央控制系統(tǒng)和人工智能算法的幫助下，它指導(dǎo)了后續(xù)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，并挖掘了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的更深值。光盤控制系統(tǒng)是智能信息提供商在車間智能網(wǎng)絡(luò)、自診斷系統(tǒng)和專家系統(tǒng)中賦予設(shè)備的能力，以及從單個(gè)PID 控制到智能過程控制的狀態(tài)。結(jié)果表明，智能AI 數(shù)據(jù)采樣分析和PID 控制的組合逐漸提高了光盤過程控制的準(zhǔn)確性和自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力。

4 在白酒行業(yè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的成型過程在通風(fēng)制曲栽培，依靠手動(dòng)旋轉(zhuǎn)、接種，手動(dòng)溫度測量和加濕。它具有勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低、生產(chǎn)能力低，控制能力差、不易出酒的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的白葡萄酒原料堆疊方法還具有高勞動(dòng)強(qiáng)度、高能耗、低效率和食品衛(wèi)生差的特點(diǎn)。而整個(gè)喂養(yǎng)和栽培過程全部機(jī)械化和自動(dòng)化的圓盤制曲機(jī)，克服了傳統(tǒng)配方和堆疊的缺陷，使其更加穩(wěn)定，具有更高的生產(chǎn)效率，并滿足食品安全的要求。京智酒業(yè)采用圓盤制曲機(jī)制備芝麻味白酒，它的麩皮車間是目前中國最大的自動(dòng)麩皮生產(chǎn)車間，生產(chǎn)線由固體和液體品種。在生產(chǎn)上與傳統(tǒng)方式相比，出曲效率增加了5 次，酵母量變?yōu)榘咨?，酶活性提高了，生產(chǎn)率增加了20%以上，實(shí)現(xiàn)了更清潔的生產(chǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，并且操作環(huán)境得到改善。勁酒公司利用圓盤制曲機(jī)，制成品為33.2g/100g，原來為1.4g/100g，且曲率質(zhì)量穩(wěn)定。洋河酒廠采用雙圓盤制曲機(jī)，將高粱、大米、糯米和玉米粉混合在一起，原料堆放材料的水分、酸度、淀粉含量、含糖量等符合室內(nèi)試驗(yàn)要求控制。控制材料的質(zhì)量好，滿足軟流體的要求生產(chǎn)。比較采用傳統(tǒng)方法，能耗和勞動(dòng)量大大降低減少。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相比，耗水量減少了48.21%，汽耗降低61.06%，出液率提高3.89%，優(yōu)質(zhì)堿質(zhì)量比提高8.06%。同時(shí)生產(chǎn)占地面積小，操作更加簡潔，生產(chǎn)白葡萄酒行業(yè)使用圓盤制曲機(jī)來積累，與常規(guī)積累相比，發(fā)酵液的水分含量、酸度和淀粉含量都有所提高。結(jié)果表明，發(fā)酵糟中酵母的添加量優(yōu)于對(duì)照酵母菌在常規(guī)條件下的積累，與細(xì)菌的變化趨勢(shì)是一致的，與傳統(tǒng)堆積的年產(chǎn)液量分別為37.2%和36.4%，液體質(zhì)量相近。

5 結(jié)語

由上可知，圓盤制曲機(jī)有著封閉操作方面、節(jié)能、環(huán)保。減少勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人工作環(huán)境、生產(chǎn)效率高等的優(yōu)勢(shì)，主要是以制曲傳統(tǒng)手藝為基礎(chǔ)然后開發(fā)出的自動(dòng)化設(shè)備，其應(yīng)用是傳統(tǒng)釀造產(chǎn)業(yè)的提升自動(dòng)化水平、信息化水平的環(huán)節(jié)，同時(shí)，能夠加速傳統(tǒng)釀造行業(yè)的轉(zhuǎn)型。