清香型白酒機械化釀造車間設(shè)備布局與應(yīng)用

楊金玉，陳興杰，程 偉，楊牢記，王法利，郝 標，薛錫佳，潘天全

（安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽 236023）

中國白酒的釀造歷史悠久，具有時代特點。隨著我國經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，“綠色、低碳、環(huán)?！钡壤砟钤絹碓绞艿街匾?。當前，機械化和自動化設(shè)備逐漸應(yīng)用于白酒釀造生產(chǎn)領(lǐng)域，提高了釀酒行業(yè)的機械化效率，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。依據(jù)釀造工藝工序，清香型白酒的機械化釀造車間各功能設(shè)備基本實現(xiàn)了有效合理布局，輔以計算機程序控制，有效促進了釀酒車間的布局更加科學合理。對釀造區(qū)域的集中規(guī)劃與合理布局，避免了復(fù)式機械化的設(shè)計模式，有利于降低設(shè)備及其附屬設(shè)施的資金投入和投資風險。依據(jù)白酒釀造過程的分工段分流程作業(yè)，開發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用的全自動化清香型白酒釀造生產(chǎn)設(shè)備，基本實現(xiàn)了整個釀酒過程的全自動化，確保了各工藝環(huán)節(jié)的穩(wěn)定有序，有利于穩(wěn)步提高原酒的品質(zhì)與產(chǎn)量。現(xiàn)代設(shè)備與傳統(tǒng)釀造工藝的結(jié)合，在提升白酒品質(zhì)的基礎(chǔ)上，有利于逐步實現(xiàn)白酒釀造行業(yè)的“綠色、低碳、環(huán)?！薄１疚慕Y(jié)合生產(chǎn)實踐，從小曲清香型白酒機械化釀造車間的工藝流程、設(shè)備布局、關(guān)鍵工序等方面，分析與探討了機械化釀酒的主要設(shè)備及其特點，以期為白酒行業(yè)的機械化發(fā)展提供參考。

1 小曲清香型白酒機械化釀造的工藝流程

1.1 工藝流程（圖1）

小曲清香型白酒機械化釀造生產(chǎn)工藝流程主要包括：原料儲存、糧食蒸煮、攤晾加曲、堆積糖化、糧糟混合、入槽發(fā)酵、上甑吊酒等。白酒機械化釀造的工藝原則主要包括：（1）保持白酒基本風味不變的前提下，進一步提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，改善生產(chǎn)環(huán)境等；（2）以產(chǎn)酒質(zhì)量、風格、出酒率等為主要依據(jù)，作為推廣應(yīng)用機械化釀酒工藝和設(shè)備的重要前提。如圖1 所示，小曲清香型白酒的機械化釀造設(shè)備主要包括：臥式加壓蒸糧鍋、攤晾輸送機、斗式提升機、刮板輸送機、行車、直立醅糟混合攪拌機、上甑機器人等設(shè)備及其附屬設(shè)施。

圖1 固態(tài)小曲清香型白酒的機械化釀造工藝流程圖

1.2 原料儲存

原糧存儲是釀酒工藝的起點，主要包括原糧的存放和輸送，糧倉根據(jù)生產(chǎn)計劃預(yù)存制酒和制曲的原糧，原糧由糧倉投料口經(jīng)鏈板、絞龍、管道等，分別逐步進行輸送、洗糧和泡糧等工序，最后傳送至原糧的蒸攤工位及相關(guān)設(shè)備。釀酒原料粉高粱等通過自卸車運輸?shù)杰囬g內(nèi)帶有負壓除塵的卸料地坑，經(jīng)斗提機提升到糧食緩存計量罐，卸料時根據(jù)計量到達潤糧倉。各計量點設(shè)緩存罐和高、低料位檢測，發(fā)出需求信號和終止供料信號，自動啟動對應(yīng)段輸送給料，實現(xiàn)自動化配送，用料點配套計量裝置、在線加料。

1.3 原料蒸煮攤晾

通過泡糧、蒸糧和攤晾等工序，糧食內(nèi)部的淀粉得到充分糊化，并輸送到培菌糖化工序。自動化泡糧設(shè)備的水液位、水溫、各設(shè)備運行狀態(tài)等信息實時上傳至中央控制系統(tǒng)存檔，中央控制系統(tǒng)可進行參數(shù)設(shè)置。原糧進入潤糧機后，開啟潤糧供水系統(tǒng)，潤糧供水系統(tǒng)安裝有溫度檢測、液位計量、流量檢測，可以實現(xiàn)定量自動潤糧。采用集中回轉(zhuǎn)式壓力翻轉(zhuǎn)甑，該蒸鍋為微壓蒸煮，鍋蓋型式為牙嵌式，承壓可靠，密封良好，克服了常規(guī)的敞口蒸糧耗汽量大、蒸煮時間長、效率低、環(huán)境能見度低、易產(chǎn)生安全隱患的不利因素。蒸煮攤晾后的糧醅再通過布料機邊加曲邊布料將糧醅放置在糖化床上，再進行糧醅的控溫堆積糖化。當前，實現(xiàn)潤糧配料工序的數(shù)字化管控所需設(shè)備主要由JWB 一體化溫度變送器、CWC 動載稱重模塊、數(shù)顯流量計和PLC 控制器等部分構(gòu)成，主要工藝控制參數(shù)包括潤糧水的溫度和用量，料配比等。

1.4 培菌糖化

培菌糖化工序的設(shè)備主要包括布料機和培菌糖化床，原料蒸攤通過傳送帶輸送至培菌糖化床時，邊加曲邊均勻布料至培菌糖化床上，糖化床處于恒溫恒濕培菌室內(nèi)。電腦控制培菌室內(nèi)的溫度、濕度以及通風量，保證釀酒微生物生長繁殖。培菌糖化結(jié)束后，將糧醅輸送至混合工位與蒸餾攤晾后的酒醅混合，添加曲粉混合均勻，入槽發(fā)酵。

1.5 上甑餾酒

上甑餾酒工位區(qū)域主要包括酒醅上甑、蒸餾摘酒、酒醅攤晾與糧糟混合等。酒醅由發(fā)酵管理區(qū)出庫并傳送至上甑餾酒區(qū)，上甑過程中，機器人通過紅外熱成像儀測量酒醅表面溫度，實現(xiàn)“探汽上甑”。酒蒸汽通過循環(huán)水（或風冷）冷卻器實現(xiàn)冷凝摘酒。蒸酒后，部分糟醅攤晾后與培菌糖化后的糧醅、曲藥等配比混合，經(jīng)攤晾降溫后，再入槽發(fā)酵，另一部分糟醅作為丟糟。

1.6 入槽發(fā)酵

經(jīng)攤晾降溫后的糧糟投入發(fā)酵槽車中，應(yīng)用碼垛機器人及叉車相配合完成發(fā)酵槽車的入庫、擺放和出庫等。發(fā)酵庫可實現(xiàn)多層控溫設(shè)置，由發(fā)酵管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，發(fā)酵槽車均采用RFID 識別技術(shù)，根據(jù)入庫時間分區(qū)擺放，通過RFID 自動識別記錄位置信息和發(fā)酵時間等。每臺發(fā)酵槽車中均配置有多組傳感器陣列，可以有效監(jiān)測發(fā)酵過程中糧糟的溫度變化，并根據(jù)上甑餾酒區(qū)的需求，遵循“先進先出”原則，實現(xiàn)發(fā)酵槽車按照發(fā)酵時間及順序出庫。

2 小曲清香型白酒機械化釀造的主要設(shè)備布局

相比傳統(tǒng)釀造車間，現(xiàn)代化的小曲清香型白酒機械化釀造車間各自動化機械設(shè)備均布局在釀造車間內(nèi)，采用環(huán)形鏈狀生產(chǎn)線，通過計算機程序控制，使車間布局合理。小曲清香型白酒機械化釀造車間的關(guān)鍵設(shè)備主要涉及蒸煮一體機、鏈板輸送機、培菌糖化床、上甑機器人等。

2.1 蒸煮一體機

作為糧食原料蒸煮處理設(shè)備的蒸煮一體機，主要由鍋體組件、傳動組件、進(放)料口組件、排氣管組件、排水管組件、進汽管組件、滑動軸承、主軸等部分組成。預(yù)處理后的糧食等物料通過進(放)料口投入鍋體，蒸汽通過進汽管通入鍋體內(nèi)，通過管道上設(shè)置的蒸汽孔實現(xiàn)對物料的加熱。隨著蒸汽壓力的提高，鍋體內(nèi)的空氣通過排氣管排出，開動減速機旋轉(zhuǎn)半周，將鍋體內(nèi)的水通過排氣管排出，開啟傳統(tǒng)部分的驅(qū)動減速電機以帶動蒸糧機旋轉(zhuǎn)，此時，物料混勻并均勻受熱，提高了蒸煮效果。蒸煮一體機是白酒釀造前端工序的重要設(shè)備，該設(shè)備布置在車間的最頂端，與潤糧區(qū)輸送糧食管道相連接，對應(yīng)配置有蒸汽管道、輸水管道等。蒸煮一體機應(yīng)安裝在一定高度的固定架上，方便其上下旋轉(zhuǎn)蒸料以及蒸煮糊化后糧醅的輸送。

2.2 鏈板輸送機

作為物料運輸配送的鏈板輸送機主要由鏈板、支架、電機等組成，主要分布在蒸煮區(qū)與糖化區(qū)、糖化區(qū)與糧糟混合區(qū)、糧糟混合區(qū)與上甑餾酒區(qū)之間。糧食蒸煮工序完成后，糧醅經(jīng)鏈板輸送機輸送到溫控攤晾機，首先實現(xiàn)糧醅的攤晾降溫，再將曲藥與糧醅均勻混合。該設(shè)備的應(yīng)用，在保證傳統(tǒng)釀酒工藝的基礎(chǔ)上，有利于溫度、加曲量等工藝參數(shù)的調(diào)整控制。糖化結(jié)束后的糧醅通過鏈板輸送機輸送到糧糟混合區(qū)，與糟醅混合后，再輸送到入箱操作區(qū)。

2.3 培菌糖化床

培菌糖化床主要由布料機、糖化床、換熱器、風閥、空調(diào)主機、風道、風機等組成。物料通過鏈板輸送機進入布料機內(nèi)部后，由布料機進行均勻布料。通過空調(diào)主機、換熱器及風道等的共同作用，實現(xiàn)溫度的有效調(diào)控，為堆積糖化微生物的生長創(chuàng)造了合適的溫度和濕度。糖化結(jié)束后，對糧糟混合物料進行攪拌。堆積糖化培養(yǎng)完成后，通過出入曲絞龍的反轉(zhuǎn)，結(jié)合鏈板輸送將糧糟從出料滑道輸送出去。培菌糖化床是對糊化后的糧醅進行培菌糖化，是白酒釀造中端工序的重要設(shè)備，培菌糖化床安置于相對密封箱體內(nèi)，類似于房子形狀且所占場地較大，考慮到入房糧醅溫度問題，培菌糖化床布置在車間中段，且與蒸煮一體機合理設(shè)置一定的間距。

2.4 上甑機器人

上甑機器人是白酒釀造末端工序上甑餾酒區(qū)的重要設(shè)備，主要由機器人本體、控制系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)等部分組成。在電腦編程的設(shè)置及控制下，通過上甑機器人視覺系統(tǒng)對甑桶內(nèi)的蒸汽情況進行判斷，依據(jù)是否漏氣以實現(xiàn)機器人的相應(yīng)操作，并到達漏氣點位置進行酒醅的拋灑（上甑操作）；同時，視覺系統(tǒng)可以實時監(jiān)控甑桶內(nèi)料面的高度，當機器臂撒完一層醅料時控制機器臂上升，再進行下一層物料的拋灑，逐步實現(xiàn)對整個甑桶的上甑操作。上甑機器人屬于上甑餾酒區(qū)設(shè)備，與甑鍋配套使用。

3 小曲清香型白酒機械化釀造的關(guān)鍵工序分析

3.1 蒸煮、攤晾及輸送

圖2 清香型白酒釀造車間泡糧蒸糧設(shè)備的集中區(qū)域（泡糧蒸糧一體機）

清香型白酒釀造的傳統(tǒng)蒸糧工藝通常是將原糧放入酒甑內(nèi)完成泡糧、初蒸、燜水、復(fù)蒸等工序，存在勞動強度大、人工需求多、蒸煮時間長等弊端。泡糧蒸糧一體機的水液位、水溫、各設(shè)備運行狀態(tài)等信息實時上傳至中央控制系統(tǒng)存檔，并可由中央控制系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置。原糧進入泡糧蒸糧一體機后，開啟潤糧供水系統(tǒng)，潤糧供水系統(tǒng)安裝有溫度檢測、液位計量、流量檢測，可以實現(xiàn)定量自動潤糧，再進行蒸糧操作。當前，采用泡糧蒸糧一體機完成蒸糧操作，通過提升機、板鏈輸送機的應(yīng)用，降低了勞動強度，減少了蒸煮時間。蒸糧后通過攤晾機進行攤晾降溫，通過加曲機加曲后進入糖化區(qū)進行堆積糖化。

3.2 堆積糖化及入槽發(fā)酵

糧醅加曲后進入糖化床，在糖化間或堆積糖化床進行糧醅的糖化工序，可有效降低感染雜菌概率。如圖3 所示，該堆積床系統(tǒng)占地面積小、布局合理，可以實現(xiàn)自動操作、自動測溫、自動恒溫、自動翻料降溫、自動清料清洗等過程，無漏料現(xiàn)象，具有保溫功能，其中，自動測溫主要包含床底溫度控制、環(huán)境溫度控制、強排風及循環(huán)、新風系統(tǒng)等部分。該堆積床系統(tǒng)內(nèi)部確保有合適的層間距，方便人員進行清理和檢修，鏈板正反面間留有方便的檢修口及平臺走道。堆積床系統(tǒng)的上層空間、下層空間及鏈板間均設(shè)置有消殺裝置（UVC 紫外燈，IP68級別外殼防護）。

圖3 堆積糖化床與不銹鋼發(fā)酵糟實物圖

在確保高粱開口率達標且麩曲接種正常后，糧醅投入堆積糖化床并進行控溫糖化，其后再出床與摘酒完成后的酒糟混合拌料，通過鏈板輸送機攤晾，攤晾后入發(fā)酵槽進行15～20 d 的密封發(fā)酵。發(fā)酵槽為不銹鋼槽，采用食品級密封條密封，不銹鋼發(fā)酵槽可上下堆積，有效利用立體空間。密封發(fā)酵完成后對達標的發(fā)酵槽內(nèi)酒醅進行蒸餾摘酒，摘酒完成后的酒糟，丟一部分續(xù)糟留一部分，繼續(xù)完成糖化后的拌料入不銹鋼發(fā)酵糟，再進行密封發(fā)酵。

3.3 機器人上甑

酒醅上甑機器人主要包含上甑機器人本體及控制系統(tǒng)，上甑機器人周邊輔助設(shè)備控制系統(tǒng)（如圖4 所示，包括前段物料輸送設(shè)備控制、甑體翻轉(zhuǎn)控制、甑蓋翻轉(zhuǎn)控制、熱源識別、紅外測距、超聲波探測料層高度、工作面探測等）、上甑機器人蒸汽及輔料控制（僅包括蒸汽流量控制、冷凝水閥控制），上甑機器人自清潔系統(tǒng)等部分。配套設(shè)備均帶有可電動控制的儀表、閥門、變頻器等，前端物料輸送設(shè)備帶有變頻器控制，甑蓋和甑鍋有可自動控制的開關(guān)或閥門，蒸汽和冷凝水供應(yīng)閥門由電信號自動控制。整個上甑工作過程簡單易操作且安全指數(shù)高，做到了自動上甑，一臺上甑機器人能負責兩個酒甑，如圖5所示。

圖4 酒醅上甑機器人及其配套酒醅輸送設(shè)備

酒醅上甑機器人工作過程中各軸聯(lián)動，自動接送配好的酒醅，并通過機器人模擬人工完成自動化上甑操作，達到人工上甑技術(shù)水平，實現(xiàn)探汽上甑。具有結(jié)構(gòu)緊湊、高輸出、響應(yīng)快、高可靠性等特點，從而使上甑機器人本體緊湊靈活，具有更好的穩(wěn)定性和較高的重復(fù)定位精度，無需人工輔助，可以有效達到減員、增效、增產(chǎn)、提質(zhì)、減少酒尾等目的。

如圖5 所示的酒醅上甑機器人及其上甑平臺實物圖，裝甑接酒系統(tǒng)的配套設(shè)備可以收集蒸酒和蒸糧放散蒸汽，回收的熱量用于加熱水和釀造用水，充分利用了能源，避免浪費。酒甑蒸酒過程中，酒蒸汽經(jīng)過汽管，先進入到余熱回收器將熱量充分回收，然后再進入到風冷冷凝器將其冷卻成酒液。余熱回收器為列管式換熱器，酒蒸汽走殼程，循環(huán)水走管程，兩者在內(nèi)部充分換熱，可將酒蒸汽冷凝成液體和部分氣體，循環(huán)水溫度可被加熱至30～40 ℃。加溫后的循環(huán)水與蒸糧廢氣進行充分熱交換，水溫可以加熱到60～70 ℃，可用于潤料和高溫堆積床的保溫等工序。

圖5 酒醅上甑機器人及其上甑平臺實物圖

4 總結(jié)

機械化、自動化與智能化是白酒行業(yè)重要的發(fā)展趨勢，提升裝備水平是酒業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵驅(qū)動力，是白酒釀造領(lǐng)域的重要研究方向與趨勢。清香型白酒釀造生產(chǎn)中采用獨特的不銹鋼發(fā)酵罐，發(fā)酵周期短、原料出酒率高、原料入池頻次高、工作量大。傳統(tǒng)的人工上甑需耗費大量的人力，工作效率低，耗時長。相對于傳統(tǒng)釀造工藝，機械化設(shè)備的應(yīng)用有效解決了人工不足的問題，提高了工作效率，同時有利于確保清香型白酒在產(chǎn)酒質(zhì)量、出酒率等方面指標的穩(wěn)定性。機械化設(shè)備的應(yīng)用，降低了勞動強度，但自動化控制還需要人員操作，在人機聯(lián)動提高效率與協(xié)調(diào)性上仍存在不足。推動釀酒裝備的發(fā)展有利于增強白酒品質(zhì)安全的保障能力，為釀酒行業(yè)的健康綠色發(fā)展做出積極貢獻。