楊金玉，陳興杰，程 偉，楊牢記，王法利，郝 標(biāo)，薛錫佳，潘天全

（安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽(yáng) 236023）

中國(guó)白酒的釀造歷史悠久，具有時(shí)代特點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，“綠色、低碳、環(huán)?！钡壤砟钤絹?lái)越受到重視。當(dāng)前，機(jī)械化和自動(dòng)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(jī)械化效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)械化釀造車間各功能設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)了有效合理布局，輔以計(jì)算機(jī)程序控制，有效促進(jìn)了釀酒車間的布局更加科學(xué)合理。對(duì)釀造區(qū)域的集中規(guī)劃與合理布局，避免了復(fù)式機(jī)械化的設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)白酒釀造過(guò)程的分工段分流程作業(yè)，開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用的全自動(dòng)化清香型白酒釀造生產(chǎn)設(shè)備，基本實(shí)現(xiàn)了整個(gè)釀酒過(guò)程的全自動(dòng)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(shí)現(xiàn)白酒釀造行業(yè)的“綠色、低碳、環(huán)?！?。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，從小曲清香型白酒機(jī)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(jī)械化釀酒的主要設(shè)備及其特點(diǎn)，以期為白酒行業(yè)的機(jī)械化發(fā)展提供參考。

1 小曲清香型白酒機(jī)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(jī)械化釀造生產(chǎn)工藝流程主要包括：原料儲(chǔ)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(jī)械化釀造的工藝原則主要包括：（1）保持白酒基本風(fēng)味不變的前提下，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善生產(chǎn)環(huán)境等；（2）以產(chǎn)酒質(zhì)量、風(fēng)格、出酒率等為主要依據(jù)，作為推廣應(yīng)用機(jī)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(jī)械化釀造設(shè)備主要包括：臥式加壓蒸糧鍋、攤晾輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、刮板輸送機(jī)、行車、直立醅糟混合攪拌機(jī)、上甑機(jī)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(jī)械化釀造工藝流程圖

1.2 原料儲(chǔ)存

原糧存儲(chǔ)是釀酒工藝的起點(diǎn)，主要包括原糧的存放和輸送，糧倉(cāng)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)存制酒和制曲的原糧，原糧由糧倉(cāng)投料口經(jīng)鏈板、絞龍、管道等，分別逐步進(jìn)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(guò)自卸車運(yùn)輸?shù)杰囬g內(nèi)帶有負(fù)壓除塵的卸料地坑，經(jīng)斗提機(jī)提升到糧食緩存計(jì)量罐，卸料時(shí)根據(jù)計(jì)量到達(dá)潤(rùn)糧倉(cāng)。各計(jì)量點(diǎn)設(shè)緩存罐和高、低料位檢測(cè)，發(fā)出需求信號(hào)和終止供料信號(hào)，自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)段輸送給料，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配送，用料點(diǎn)配套計(jì)量裝置、在線加料。

1.3 原料蒸煮攤晾

通過(guò)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(dòng)化泡糧設(shè)備的水液位、水溫、各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)上傳至中央控制系統(tǒng)存檔，中央控制系統(tǒng)可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。原糧進(jìn)入潤(rùn)糧機(jī)后，開(kāi)啟潤(rùn)糧供水系統(tǒng)，潤(rùn)糧供水系統(tǒng)安裝有溫度檢測(cè)、液位計(jì)量、流量檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)定量自動(dòng)潤(rùn)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(shí)間長(zhǎng)、效率低、環(huán)境能見(jiàn)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(guò)布料機(jī)邊加曲邊布料將糧醅放置在糖化床上，再進(jìn)行糧醅的控溫堆積糖化。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)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(dòng)載稱重模塊、數(shù)顯流量計(jì)和PLC 控制器等部分構(gòu)成，主要工藝控制參數(shù)包括潤(rùn)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(jī)和培菌糖化床，原料蒸攤通過(guò)傳送帶輸送至培菌糖化床時(shí)，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(fēng)量，保證釀酒微生物生長(zhǎng)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(kù)并傳送至上甑餾酒區(qū)，上甑過(guò)程中，機(jī)器人通過(guò)紅外熱成像儀測(cè)量酒醅表面溫度，實(shí)現(xiàn)“探汽上甑”。酒蒸汽通過(guò)循環(huán)水（或風(fēng)冷）冷卻器實(shí)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(jī)器人及叉車相配合完成發(fā)酵槽車的入庫(kù)、擺放和出庫(kù)等。發(fā)酵庫(kù)可實(shí)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(shí)別技術(shù)，根據(jù)入庫(kù)時(shí)間分區(qū)擺放，通過(guò)RFID 自動(dòng)識(shí)別記錄位置信息和發(fā)酵時(shí)間等。每臺(tái)發(fā)酵槽車中均配置有多組傳感器陣列，可以有效監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)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(jìn)先出”原則，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵槽車按照發(fā)酵時(shí)間及順序出庫(kù)。

2 小曲清香型白酒機(jī)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(jī)械化釀造車間各自動(dòng)化機(jī)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(guò)計(jì)算機(jī)程序控制，使車間布局合理。小曲清香型白酒機(jī)械化釀造車間的關(guān)鍵設(shè)備主要涉及蒸煮一體機(jī)、鏈板輸送機(jī)、培菌糖化床、上甑機(jī)器人等。

2.1 蒸煮一體機(jī)

作為糧食原料蒸煮處理設(shè)備的蒸煮一體機(jī)，主要由鍋體組件、傳動(dòng)組件、進(jìn)(放)料口組件、排氣管組件、排水管組件、進(jìn)汽管組件、滑動(dòng)軸承、主軸等部分組成。預(yù)處理后的糧食等物料通過(guò)進(jìn)(放)料口投入鍋體，蒸汽通過(guò)進(jìn)汽管通入鍋體內(nèi)，通過(guò)管道上設(shè)置的蒸汽孔實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的加熱。隨著蒸汽壓力的提高，鍋體內(nèi)的空氣通過(guò)排氣管排出，開(kāi)動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)半周，將鍋體內(nèi)的水通過(guò)排氣管排出，開(kāi)啟傳統(tǒng)部分的驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)以帶動(dòng)蒸糧機(jī)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，物料混勻并均勻受熱，提高了蒸煮效果。蒸煮一體機(jī)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(rùn)糧區(qū)輸送糧食管道相連接，對(duì)應(yīng)配置有蒸汽管道、輸水管道等。蒸煮一體機(jī)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(jī)

作為物料運(yùn)輸配送的鏈板輸送機(jī)主要由鏈板、支架、電機(jī)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(jī)輸送到溫控?cái)偭罊C(jī)，首先實(shí)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(guò)鏈板輸送機(jī)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(jī)、糖化床、換熱器、風(fēng)閥、空調(diào)主機(jī)、風(fēng)道、風(fēng)機(jī)等組成。物料通過(guò)鏈板輸送機(jī)進(jìn)入布料機(jī)內(nèi)部后，由布料機(jī)進(jìn)行均勻布料。通過(guò)空調(diào)主機(jī)、換熱器及風(fēng)道等的共同作用，實(shí)現(xiàn)溫度的有效調(diào)控，為堆積糖化微生物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了合適的溫度和濕度。糖化結(jié)束后，對(duì)糧糟混合物料進(jìn)行攪拌。堆積糖化培養(yǎng)完成后，通過(guò)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(duì)糊化后的糧醅進(jìn)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(duì)密封箱體內(nèi)，類似于房子形狀且所占場(chǎng)地較大，考慮到入房糧醅溫度問(wèn)題，培菌糖化床布置在車間中段，且與蒸煮一體機(jī)合理設(shè)置一定的間距。

2.4 上甑機(jī)器人

上甑機(jī)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(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)等部分組成。在電腦編程的設(shè)置及控制下，通過(guò)上甑機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)甑桶內(nèi)的蒸汽情況進(jìn)行判斷，依據(jù)是否漏氣以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的相應(yīng)操作，并到達(dá)漏氣點(diǎn)位置進(jìn)行酒醅的拋灑（上甑操作）；同時(shí)，視覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控甑桶內(nèi)料面的高度，當(dāng)機(jī)器臂撒完一層醅料時(shí)控制機(jī)器臂上升，再進(jìn)行下一層物料的拋灑，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)甑桶的上甑操作。上甑機(jī)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(jī)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(jī)）

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(dòng)強(qiáng)度大、人工需求多、蒸煮時(shí)間長(zhǎng)等弊端。泡糧蒸糧一體機(jī)的水液位、水溫、各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)上傳至中央控制系統(tǒng)存檔，并可由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。原糧進(jìn)入泡糧蒸糧一體機(jī)后，開(kāi)啟潤(rùn)糧供水系統(tǒng)，潤(rùn)糧供水系統(tǒng)安裝有溫度檢測(cè)、液位計(jì)量、流量檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)定量自動(dòng)潤(rùn)糧，再進(jìn)行蒸糧操作。當(dāng)前，采用泡糧蒸糧一體機(jī)完成蒸糧操作，通過(guò)提升機(jī)、板鏈輸送機(jī)的應(yīng)用，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了蒸煮時(shí)間。蒸糧后通過(guò)攤晾機(jī)進(jìn)行攤晾降溫，通過(guò)加曲機(jī)加曲后進(jìn)入糖化區(qū)進(jìn)行堆積糖化。

3.2 堆積糖化及入槽發(fā)酵

糧醅加曲后進(jìn)入糖化床，在糖化間或堆積糖化床進(jìn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作、自動(dòng)測(cè)溫、自動(dòng)恒溫、自動(dòng)翻料降溫、自動(dòng)清料清洗等過(guò)程，無(wú)漏料現(xiàn)象，具有保溫功能，其中，自動(dòng)測(cè)溫主要包含床底溫度控制、環(huán)境溫度控制、強(qiáng)排風(fēng)及循環(huán)、新風(fēng)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(jìn)行清理和檢修，鏈板正反面間留有方便的檢修口及平臺(tái)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(jí)別外殼防護(hù)）。

圖3 堆積糖化床與不銹鋼發(fā)酵糟實(shí)物圖

在確保高粱開(kāi)口率達(dá)標(biāo)且麩曲接種正常后，糧醅投入堆積糖化床并進(jìn)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(guò)鏈板輸送機(jī)攤晾，攤晾后入發(fā)酵槽進(jìn)行15～20 d 的密封發(fā)酵。發(fā)酵槽為不銹鋼槽，采用食品級(jí)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(duì)達(dá)標(biāo)的發(fā)酵槽內(nèi)酒醅進(jìn)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(jìn)行密封發(fā)酵。

3.3 機(jī)器人上甑

酒醅上甑機(jī)器人主要包含上甑機(jī)器人本體及控制系統(tǒng)，上甑機(jī)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(shí)別、紅外測(cè)距、超聲波探測(cè)料層高度、工作面探測(cè)等）、上甑機(jī)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(jī)器人自清潔系統(tǒng)等部分。配套設(shè)備均帶有可電動(dòng)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(dòng)控制的開(kāi)關(guān)或閥門，蒸汽和冷凝水供應(yīng)閥門由電信號(hào)自動(dòng)控制。整個(gè)上甑工作過(guò)程簡(jiǎn)單易操作且安全指數(shù)高，做到了自動(dòng)上甑，一臺(tái)上甑機(jī)器人能負(fù)責(zé)兩個(gè)酒甑，如圖5所示。

圖4 酒醅上甑機(jī)器人及其配套酒醅輸送設(shè)備

酒醅上甑機(jī)器人工作過(guò)程中各軸聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)接送配好的酒醅，并通過(guò)機(jī)器人模擬人工完成自動(dòng)化上甑操作，達(dá)到人工上甑技術(shù)水平，實(shí)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(diǎn)，從而使上甑機(jī)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(wú)需人工輔助，可以有效達(dá)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(jī)器人及其上甑平臺(tái)實(shí)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(fèi)。酒甑蒸酒過(guò)程中，酒蒸汽經(jīng)過(guò)汽管，先進(jìn)入到余熱回收器將熱量充分回收，然后再進(jìn)入到風(fēng)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(jìn)行充分熱交換，水溫可以加熱到60～70 ℃，可用于潤(rùn)料和高溫堆積床的保溫等工序。

圖5 酒醅上甑機(jī)器人及其上甑平臺(tái)實(shí)物圖

4 總結(jié)

機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化是白酒行業(yè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，提升裝備水平是酒業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，是白酒釀造領(lǐng)域的重要研究方向與趨勢(shì)。清香型白酒釀造生產(chǎn)中采用獨(dú)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(fèi)大量的人力，工作效率低，耗時(shí)長(zhǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)釀造工藝，機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用有效解決了人工不足的問(wèn)題，提高了工作效率，同時(shí)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(biāo)的穩(wěn)定性。機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但自動(dòng)化控制還需要人員操作，在人機(jī)聯(lián)動(dòng)提高效率與協(xié)調(diào)性上仍存在不足。推動(dòng)釀酒裝備的發(fā)展有利于增強(qiáng)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(xiàn)。