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(dòng)化機(jī)械制曲生產(chǎn)線的研制開(kāi)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(kāi)發(fā)了自動(dòng)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(dòng)化控制，整個(gè)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(gè)環(huán)節(jié)良好銜接，實(shí)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(cè)，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(diǎn)。

自動(dòng)化； 制曲； 生產(chǎn)線

長(zhǎng)期以來(lái)，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(dòng)強(qiáng)度大、占用場(chǎng)地面積大、曲塊成型差異大等缺點(diǎn)［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(shí)間、原酒的品質(zhì)。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，一些酒廠逐步開(kāi)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(shí)曲塊厚薄相差較大，曲塊之間松緊度不一，模盒傳動(dòng)復(fù)雜，故障率高等缺點(diǎn)［4］。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和總結(jié)，對(duì)制曲工藝條件不斷摸索，結(jié)合制曲過(guò)程中微生物的變化趨勢(shì)，本文研究開(kāi)發(fā)了自動(dòng)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(lái)，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(huì)效益的最大化。

1　研制思路

自動(dòng)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(rùn)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(dòng)化控制。由于這些工藝的特殊性，與自動(dòng)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(jì)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(guò)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(chǔ)存系統(tǒng)，滿足多種原糧凈化、儲(chǔ)存需求，減輕雜質(zhì)對(duì)磨粉機(jī)的損傷；（3）原料出倉(cāng)定量，自動(dòng)按需配比混合；（4）配備一次加水潤(rùn)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(rùn)糧采用伺服跟蹤，水分添加準(zhǔn)確、攪拌均勻可靠、浸潤(rùn)徹底；（7）采用機(jī)器壓曲；（8）具備制曲產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)、水消耗統(tǒng)計(jì)、母曲消耗統(tǒng)計(jì)的功能；（9）安全生產(chǎn)，潔凈生產(chǎn)；（10）控制系統(tǒng)的自動(dòng)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(jí)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(cāng)、并計(jì)量包裝；（7）控制系統(tǒng)的自動(dòng)化及智能化；（8）采用負(fù)壓輸送，兼顧環(huán)境除塵，幾乎沒(méi)有粉塵外揚(yáng)現(xiàn)象，符合潔凈生產(chǎn)的要求。

2　自動(dòng)化機(jī)械制曲生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)

2.1制曲工序工藝流程設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）

（1）初步凈化的曲糧（小麥、豌豆、大麥等）經(jīng)過(guò)機(jī)械卸料或人工卸料，進(jìn)入原糧收集斗，通過(guò)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(cāng)設(shè)備見(jiàn)圖2。

圖2　提升入倉(cāng)

（2）曲糧提升后自流進(jìn)入振動(dòng)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(guò)篩分與風(fēng)選除雜的曲糧，還含有少量重質(zhì)雜物，此時(shí)，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(jì)了兩套凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)配備了一臺(tái)振動(dòng)篩分機(jī)、兩臺(tái)去石機(jī)，這樣既可以滿足大流量生產(chǎn)需求，也可以同時(shí)處理不同種類的物料，篩分、風(fēng)選設(shè)備見(jiàn)圖3。同時(shí)，在人工上料口有容量較大的設(shè)備，分別送入4個(gè)鋼板倉(cāng)（5800 m3/個(gè)）儲(chǔ)存。通過(guò)計(jì)量設(shè)備，可以精確知道各倉(cāng)的糧食重量、累計(jì)重量，可方便地和凈化前重量進(jìn)行對(duì)比。鋼板倉(cāng)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(cāng)內(nèi)的糧食通過(guò)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(rùn)糧，因此，設(shè)置了潤(rùn)糧通道。當(dāng)需要潤(rùn)糧時(shí)，物料通過(guò)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(rùn)麥，然后同樣進(jìn)入磨粉緩存?zhèn)}，強(qiáng)力著水設(shè)備見(jiàn)圖4。與此同時(shí)，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(kāi)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(guò)加水計(jì)量?jī)x計(jì)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(cè)設(shè)備與加水計(jì)量?jī)x互相連通比較，比較的結(jié)果又通過(guò)PLC控制定量加水器的運(yùn)行速度，達(dá)到伺服跟蹤的目的，伺服加水設(shè)備見(jiàn)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(guò)定量器、除鐵器，進(jìn)入對(duì)應(yīng)的雙聯(lián)對(duì)輥式磨粉機(jī)，實(shí)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(guò)聯(lián)動(dòng)定量筒，進(jìn)入細(xì)破磨粉機(jī)。通過(guò)檢測(cè)聯(lián)動(dòng)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(shí)為后續(xù)二次潤(rùn)糧提供依據(jù)參數(shù)，磨粉設(shè)備見(jiàn)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(guò)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(rùn)糧設(shè)備見(jiàn)圖7。與此同時(shí)，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(kāi)始工作，通過(guò)流量計(jì)計(jì)量確認(rèn)，與糧食一同加入攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌均勻。母曲計(jì)量倉(cāng)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(shí)，流量計(jì)檢測(cè)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(guò)PLC來(lái)控制計(jì)量泵的運(yùn)行速度，達(dá)到伺服跟蹤的目的。

圖7　二次加水、潤(rùn)糧設(shè)備

（9）二次加水的糧食先通過(guò)臥式高速攪拌機(jī)，然后螺旋輸送（見(jiàn)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(shí)輸送機(jī)、壓曲機(jī)，壓制出符合要求的曲塊，壓曲設(shè)備見(jiàn)圖9。

圖8　跨越輸送設(shè)備

圖9　延時(shí)潤(rùn)糧、液壓壓曲設(shè)備

（10）在人工上料、輸送機(jī)、振動(dòng)篩分、風(fēng)選除雜等環(huán)節(jié)中，將產(chǎn)生較多揚(yáng)塵，這些粉塵通過(guò)環(huán)境除塵系統(tǒng)收集并統(tǒng)一處理。在磨粉等工序，也會(huì)產(chǎn)生一些由糧食細(xì)粉組成的揚(yáng)塵，可通過(guò)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(jì)（見(jiàn)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(guò)人工）投入料斗，經(jīng)過(guò)自動(dòng)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(cāng)除鐵后，進(jìn)入錘片式細(xì)破機(jī)，分料裝置根據(jù)兩臺(tái)細(xì)破機(jī)的負(fù)載實(shí)時(shí)自動(dòng)分配進(jìn)料量，使兩臺(tái)細(xì)破機(jī)的工況相對(duì)平均，避免因偏載過(guò)度而停機(jī)。

（3）經(jīng)過(guò)兩級(jí)破碎，絕大部分物料的粒徑＜0.85 mm （20目），曲粉通過(guò)排料補(bǔ)氣閥進(jìn)入風(fēng)力輸送管道，粉曲設(shè)備見(jiàn)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(cāng)緩存，用于計(jì)量打包［5］。

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

圖12　曲粉計(jì)量包裝

（6）含塵氣體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器后，通過(guò)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(wú)需增加機(jī)械或人工進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

（7）投料點(diǎn)、卸料點(diǎn)、包裝點(diǎn)等產(chǎn)生的揚(yáng)塵可通過(guò)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(jiàn)表1。

表1　自動(dòng)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(jiàn)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(jiàn)表3。

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

整個(gè)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(cāng)到成品曲粉碎形成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)制曲、粉曲全程數(shù)字化控制和在線檢測(cè)，曲塊儲(chǔ)存溫度、濕度等指標(biāo)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化全天候自動(dòng)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(dòng)化程度不高、制曲車間粉塵過(guò)大影響工人身體健康等釀酒企業(yè)普遍面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。本文研發(fā)的自動(dòng)化制曲生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)內(nèi)同類技術(shù)比較，技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)，優(yōu)勢(shì)明顯，與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比情況見(jiàn)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(dòng)化制曲技術(shù)與國(guó)內(nèi)同類技術(shù)的創(chuàng)新性、技術(shù)性能對(duì)比

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

［2］陳貴林.探索茅臺(tái)酒制曲自動(dòng)化實(shí)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(diǎn)采壓壓曲機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)化生產(chǎn)線及關(guān)鍵工藝設(shè)備的研究與設(shè)計(jì)［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(jì)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(shí)間：2016-07-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160725.1242.001.html。