自動化機械制曲生產線的研制開發

陳　楓，曹敬華，劉彬波，汪江波，陳茂彬

（1.湖北縱橫科技有限責任公司，湖北宜昌443003； 2.工業發酵湖北省協同創新中心，湖北工業大學生物工程與食品學院，湖北武漢430068）

自動化機械制曲生產線的研制開發

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任公司，湖北宜昌443003； 2.工業發酵湖北省協同創新中心，湖北工業大學生物工程與食品學院，湖北武漢430068）

研制開發了自動化機械制曲生產線，該生產線將傳統的人工生產工序用機械化代替并輔以自動化控制，整個生產線采用成熟的機電一體化技術和DCS集散控制模式，將制曲工藝各個環節良好銜接，實現制曲、粉曲工序全程數字化控制和工藝參數在線監測，曲粉研磨標準化生產和封閉式管道輸送。與傳統制曲設備相比，具有安靜、潔凈、安全、節約等優點。

自動化； 制曲； 生產線

長期以來，酒曲的制作一直沿用傳統的人工踩曲制作方法［1］，存在著生產效率低、產能有限、工人勞動強度大、占用場地面積大、曲塊成型差異大等缺點［2］，更主要的是，產品的品質難以穩定和統一，直接影響到發酵的時間、原酒的品質。20世紀70年代開始，一些酒廠逐步開始采用機械制曲［3］，雖然改進了制曲方式，提高了生產效率，但存在著喂料不均勻且需人工輔助，有時曲塊厚薄相差較大，曲塊之間松緊度不一，模盒傳動復雜，故障率高等缺點［4］。

經過長期實踐和總結，對制曲工藝條件不斷摸索，結合制曲過程中微生物的變化趨勢，本文研究開發了自動化機械制曲生產線，它將傳統釀酒生產工藝與現代化機電技術及設備結合起來，在保證釀酒生產工藝的要求下，能大大提高企業生產效率、保證產品質量、提升生產組織及管理水平、升華企業形象，達到經濟效益與社會效益的最大化。

1　研制思路

自動化機械制曲生產線分為曲餅制備工序和曲餅粉碎工序，將傳統的人工糧食凈化、潤糧、混合、攪拌、壓曲、曲餅輸送、曲餅初破、曲餅細破、曲粉包裝等生產工序用機械化代替并輔以自動化控制。由于這些工藝的特殊性，與自動化作業的連續性結合，生產設備必須增加各種輸送設備、提升設備、緩沖設備、計量配比設備、混合攪拌設備、加熱設備、溫濕度控制設備、壓曲設備等，以期達到并超過傳統制曲工藝的效果。

1.1制曲工序的配置

（1）產能：12 t/h；（2）配備原糧凈化及儲存系統，滿足多種原糧凈化、儲存需求，減輕雜質對磨粉機的損傷；（3）原料出倉定量，自動按需配比混合；（4）配備一次加水潤糧系統，采用伺服跟蹤、定量加水，保證磨粉品質的一致性；（5）采用兩次磨粉工藝，磨粉粒度可調；（6）二次加水潤糧采用伺服跟蹤，水分添加準確、攪拌均勻可靠、浸潤徹底；（7）采用機器壓曲；（8）具備制曲產能統計、水消耗統計、母曲消耗統計的功能；（9）安全生產，潔凈生產；（10）控制系統的自動化及智能化。

1.2粉曲工序的配置

（1）產能：10 t/h；（2）曲塊粉碎采用兩級破碎工藝，成品粒徑＜0.85 mm（20目）；（3）采用多樓層上料，提高生產效率；（4）采用自動限量裝置，主要是基于上料的沖擊載荷考慮，它能根據后續爪破機及錘破機的電流大小，自動調節下料流量，達到保護后續設備的目的；（5）采用強力除鐵裝置及其布置在爪破機后，強化對篩網的保護；（6）采用全封閉風送技術及設備將粉碎的曲粉送入指定料倉、并計量包裝；（7）控制系統的自動化及智能化；（8）采用負壓輸送，兼顧環境除塵，幾乎沒有粉塵外揚現象，符合潔凈生產的要求。

2　自動化機械制曲生產線工藝設計

2.1制曲工序工藝流程設計（見圖1）

（1）初步凈化的曲糧（小麥、豌豆、大麥等）經過機械卸料或人工卸料，進入原糧收集斗，通過格柵除去較大雜物，進入斗式提升機中提升至一定的高度，以便靠自流進入凈化處理設備，提升入倉設備見圖2。

圖2　提升入倉

（2）曲糧提升后自流進入振動篩分機，然后進入風選除雜箱。此處篩分機配有兩層篩網，主要是清除粒度＞12 mm的大顆粒或粒度＜2 mm的小顆粒雜物，在風選箱進一步除去各種粒徑的輕質雜物。

（3）經過篩分與風選除雜的曲糧，還含有少量重質雜物，此時，進入比重去石機，進一步去除較重雜物，例如石粒、金屬粒等。本方案中設計了兩套凈化系統，每套凈化系統配備了一臺振動篩分機、兩臺去石機，這樣既可以滿足大流量生產需求，也可以同時處理不同種類的物料，篩分、風選設備見圖3。同時，在人工上料口有容量較大的設備，分別送入4個鋼板倉（5800 m3/個）儲存。通過計量設備，可以精確知道各倉的糧食重量、累計重量，可方便地和凈化前重量進行對比。鋼板倉具備料位監控、通風等功能。

圖3　篩分進料、出料、風選設備圖

（4）各鋼板倉內的糧食通過定量出料器、配料電子秤，按設定的比例配比混合，跨越輸送，進入斗式提升機，物料提升到一定的高度，依靠糧食的自重下流，有序地進入磨粉緩存倉，以便連續穩定地粗破磨粉。

（5）由于某些物料的粗破磨粉需要先潤糧，因此，設置了潤糧通道。當需要潤糧時，物料通過切換螺旋進入該通道，緩存定量，加入水分，并強力攪拌，進行一次潤麥，然后同樣進入磨粉緩存倉，強力著水設備見圖4。與此同時，熱水制備罐已將熱水（25～85℃，可根據要求調整）備好，并存放在熱水罐內。受PLC的指令，熱水定量輸送泵開始工作，輸出較高壓力（0.35 MPa）的熱水，進入調壓穩壓系統，經過加水計量儀計量確認，與糧食一同加入著水機內，攪拌均勻。流量檢測設備與加水計量儀互相連通比較，比較的結果又通過PLC控制定量加水器的運行速度，達到伺服跟蹤的目的，伺服加水設備見圖5。

圖4　強力著水設備圖

圖5　伺服加水設備圖

（6）各磨粉緩存倉內的物料通過定量器、除鐵器，進入對應的雙聯對輥式磨粉機，實施擠壓磨粉，完成粗破磨粉的工藝。粗破磨粉的粒度、流量均可根據工藝要求調整。

（7）粗破磨粉后，物料通過聯動定量筒，進入細破磨粉機。通過檢測聯動定量筒的料位變化，控制細破磨粉機進料輥的速度或粗破磨粉機定量器及進料輥的速度，達到與磨粉流量匹配的目的，同時為后續二次潤糧提供依據參數，磨粉設備見圖6。

圖6　雙聯磨粉設備圖

（8）已經磨好的小麥粉（或豌豆大麥混合料）通過輸送設備進入混合攪拌機，以備與溫水二次配比混合，達到壓曲工藝水分的要求，二次加水、潤糧設備見圖7。與此同時，溫水制備罐已將溫水（20～40℃，可根據要求調整）備好，并存放在溫水罐內。受PLC的指定，溫水定量加水器開始工作，通過流量計計量確認，與糧食一同加入攪拌機內，攪拌均勻。母曲計量倉在PLC的控制下均勻準確地送出母曲，加入混合攪拌機。同時，流量計檢測的數據與PLC設定的數據及流量數據比較，結果再通過PLC來控制計量泵的運行速度，達到伺服跟蹤的目的。

圖7　二次加水、潤糧設備

（9）二次加水的糧食先通過臥式高速攪拌機，然后螺旋輸送（見圖8），再進入臥式散料機構，以便水分浸透均勻，料塊粒度均勻，然后進入延時輸送機、壓曲機，壓制出符合要求的曲塊，壓曲設備見圖9。

圖8　跨越輸送設備

圖9　延時潤糧、液壓壓曲設備

（10）在人工上料、輸送機、振動篩分、風選除雜等環節中，將產生較多揚塵，這些粉塵通過環境除塵系統收集并統一處理。在磨粉等工序，也會產生一些由糧食細粉組成的揚塵，可通過粉塵回收除塵系統回收利用。

2.2粉曲工序工藝流程設計（見圖10）

圖10　粉曲及除塵系統工藝流程圖

（1）成品曲塊用翻斗鏟車（或通過人工）投入料斗，經過自動限量裝置，使物料較均勻地進入爪式粗破碎機，將曲塊粉碎成30 mm以下的不規則顆粒曲料，以便選出鐵料及細破。

（2）經粗破碎的曲塊在除鐵倉除鐵后，進入錘片式細破機，分料裝置根據兩臺細破機的負載實時自動分配進料量，使兩臺細破機的工況相對平均，避免因偏載過度而停機。

（3）經過兩級破碎，絕大部分物料的粒徑＜0.85 mm （20目），曲粉通過排料補氣閥進入風力輸送管道，粉曲設備見圖11。

圖11　粉曲設備

（4）粉碎的成品曲粉在旋風除塵器的作用下，從氣體中分離，進入料倉緩存，用于計量打包［5］。

（5）在PLC的指定下，母曲緩存倉內的曲粉通過定量給料閥進入包裝秤，計量包裝。曲粉計量包裝設備見圖12。

圖12　曲粉計量包裝

（6）含塵氣體經過旋風除塵器后，通過塵氣管道進入袋式除塵器，收集旋風除塵器未能分離的細粉，使最終排風的含塵濃度降到25 mg/N·m3以內，該步驟收集的粉塵經排料鎖氣閥進入曲粉緩存倉送管道，無需增加機械或人工進行轉運。

（7）投料點、卸料點、包裝點等產生的揚塵可通過風力擴展管網一并收集處理。

3　生產線主要技術參數及主要機電設備

3.1生產線主要技術參數

制曲生產線的主要技術參數見表1。

表1　自動化機械制曲生產線主要技術參數

3.2生產線主要機電設備

3.2.1制曲工序機電設備

制曲工序的主要機電設備見表2。

3.2.2粉曲工序機電設備

粉曲工序的主要機電設備見表3。

4　自動化機械制曲生產線的特點與技術優勢

整個生產線采用成熟的機電一體化技術和DCS集散控制模式，從原料入倉到成品曲粉碎形成一個有機整體，實現制曲、粉曲全程數字化控制和在線檢測，曲塊儲存溫度、濕度等指標實現數字化全天候自動監控，曲粉研磨標準化生產和封閉式管道輸送。解決了制曲自動化程度不高、制曲車間粉塵過大影響工人身體健康等釀酒企業普遍面臨的關鍵問題。本文研發的自動化制曲生產技術與國內同類技術比較，技術創新性強，優勢明顯，與現有技術的對比情況見表4。

表2　制曲工序機電設備明細表

表3　粉曲工序機電設備明細表

表4　自動化制曲技術與國內同類技術的創新性、技術性能對比

［1］沈怡方.白酒生產技術全書［M］.北京：中國輕工業出版社，2007.

［2］陳貴林.探索茅臺酒制曲自動化實現途徑［J］.釀酒科技，2011 （4）：64-66.

［3］楊浩，張曜武，張龍.機制大曲和人工大曲生物、理化指標比較分析［J］.釀酒科技，2014（1）：55-58.

［4］張靜.多點采壓壓曲機設計及其關鍵結構件仿真研究［D］.太原：太原理工大學，2009.

［5］毛勁.釀酒自動化生產線及關鍵工藝設備的研究與設計［D］.成都：西華大學，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。

優先數字出版時間：2016-07-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160725.1242.001.html。