白酒固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置的設(shè)計與應(yīng)用

程 偉，李 娜，張 杰，潘天全，劉坤芳，彭 兵

（安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽 236023）

中國傳統(tǒng)白酒以天然微生物接種、固態(tài)糖化發(fā)酵、固態(tài)甑桶蒸餾等特殊工藝成為世界六大蒸餾酒之一；其中，濃香型白酒的產(chǎn)量約占白酒總產(chǎn)量的70%，是中國傳統(tǒng)白酒的主體產(chǎn)品[1]。由于中國白酒傳統(tǒng)釀造工藝的神秘性、多因素性、不確定性等因素根深蒂固，導致白酒釀造生產(chǎn)的機械化水平相對較低，其勞動強度大、操作環(huán)境差、招收工人難等負面影響較為明顯，不符合國家有關(guān)節(jié)能減排以及食品安全的某些要求及規(guī)定。因此，白酒釀造的機械化、自動化、數(shù)據(jù)化等是中國白酒發(fā)展的必然之路；其中，實現(xiàn)濃香型白酒的釀酒機械化是中國白酒釀酒機械化的關(guān)鍵所在，可以有效推動其他香型白酒釀酒機械化進程，將是今后白酒釀造機械化領(lǐng)域的重要研究方向與趨勢。當前，白酒釀造領(lǐng)域固態(tài)小曲清香型白酒釀酒生產(chǎn)過程中的機械化、智能化程度相對較高，提高了勞動效率，降低了勞動強度，同時避免酒糟運輸過程中的物料撒落浪費等；但在濃香、醬香等其他香型白酒的釀造生產(chǎn)過程中的機械化、智能化程度相對較低，其釀酒生產(chǎn)的勞動強度依然較大。本文分析與探討了一種白酒釀酒用固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置，其應(yīng)用在濃香型白酒釀造車間，起窖裝置在窖池上方運動，可實現(xiàn)從窖池中分層挖取出酒醅，完成酒醅的起窖出池操作，該裝置結(jié)構(gòu)簡單并可以有效解決人工起窖勞動強度大等問題。

1 機械化起窖裝置的設(shè)計目的及其分析

1.1 設(shè)計所要解決的技術(shù)問題及其有益效果

為滿足便于與傳統(tǒng)手工操作的手推車相結(jié)合使用，適用于傳統(tǒng)的老式釀酒車間廠房空間及布局，避免使用吊裝機器，減輕了人工起窖的勞動強度等要求，設(shè)計并制造一種白酒釀酒用固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置，完成發(fā)酵酒醅的出池操作。該機械化起窖裝置具有如下特點：（1）工作效率高，針對釀酒車間每班次每窖池大約3 t 酒醅的出窖操作，應(yīng)用該機械化起窖裝置每條窖池酒醅的起窖操作只需要2 人約0.5 h，與3 名工人配合挖出每條窖池酒醅需要1.5 h左右相比較，效率大約提高了3倍；（2）環(huán)保衛(wèi)生，不會對環(huán)境和物料造成污染，酒醅直接由進料口入由出料口傾出未接觸鐵鍬，縮短了工人進入窖池內(nèi)部操作的時間，同時挖料刮板槽還對酒醅起到攪拌、疏松的作用，有利于后期蒸餾出酒；（3）該機械化起窖裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，易于操作和維護，酒醅起窖過程只需要2 名工人配合操作，降低了工人的勞動強度。

1.2 工作原理及其主要結(jié)構(gòu)特點

白酒固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置，其主要包括：橫向?qū)к墶⒖v向?qū)к墶⒅鳈C架、次機架、出醅裝置；其中，出醅裝置主要包括挖醅進料裝置、輸送裝置、電機三、轉(zhuǎn)向裝置、出料裝置等。橫向?qū)к壙梢栽诳v向?qū)к壣弦苿樱鳈C架設(shè)置在橫向?qū)к壣希鲺b置設(shè)置在主機架上，主機架可以在橫向?qū)к壣弦苿印Ｍ邗M料裝置為動力驅(qū)動的挖料刮板槽，次機架底部設(shè)有移動滾輪可實現(xiàn)起窖裝置的移動。出醅裝置的傳動裝置由減速電機三帶動并設(shè)置在出醅裝置的頂部，出醅裝置設(shè)置有升降機構(gòu)，可以實現(xiàn)出醅裝置的上下位移。緊固裝置設(shè)置在次機架上，可以實現(xiàn)次機架的穩(wěn)定。所述的出醅裝置中的輸送裝置為動力驅(qū)動的鏈板結(jié)構(gòu)，挖料刮板槽均勻設(shè)置在輸送裝置的鏈板結(jié)構(gòu)上。橫向?qū)к壴诳v向?qū)к壣系囊苿佑蓽p速電機經(jīng)鏈輪傳動驅(qū)動，主機架在橫向?qū)к壣系囊苿佑蓽p速電機經(jīng)鏈輪傳動驅(qū)動，出醅裝置通過液壓裝置或齒輪齒條裝置實現(xiàn)在主機架上的升降。

該機械化起窖裝置的主機架上端設(shè)置有電機驅(qū)動的上端鏈輪，下端懸空設(shè)置有下端鏈輪，減速電機通過上端鏈輪帶動下端鏈輪旋轉(zhuǎn)輸送裝置，在上端鏈輪處設(shè)置有出料裝置。挖料刮板槽伴隨酒醅輸送裝置旋轉(zhuǎn)提升至出料口處傾倒出酒醅進入主機架上放置的手推車內(nèi)。手推車放置在主機架上出醅裝置出料口的一側(cè)，并置于出料口下方；其中，橫向?qū)к壣显O(shè)置有手推車放置槽位。酒醅輸送裝置為動力驅(qū)動的鏈板結(jié)構(gòu)，挖料刮板槽均勻設(shè)置在輸送裝置的鏈板結(jié)構(gòu)上，挖料刮板槽兩端鏈板后側(cè)設(shè)置有轉(zhuǎn)向輪軌道，在挖料刮板槽挖料的一側(cè)邊沿均勻設(shè)置有鋸齒狀結(jié)構(gòu)。出料裝置的轉(zhuǎn)向裝置設(shè)置有轉(zhuǎn)向輪，并在輸送裝置的鏈板結(jié)構(gòu)兩端的后側(cè)設(shè)置有轉(zhuǎn)向輪軌道，實現(xiàn)酒醅輸送裝置的縱向輸送與水平輸送的轉(zhuǎn)換。

1.3 結(jié)構(gòu)分析及其運行模式

圖1 為固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖[2]。可知，機械化起窖裝置主要由橫向?qū)к?、縱向?qū)к?、主機架3、次機架4、出醅裝置5、手推車6、窖池7 構(gòu)成；橫向?qū)к? 包括手推車放置槽位1-1、橫向聯(lián)動裝置1-2，縱向?qū)к? 包括縱向聯(lián)動裝置2-1，主機架3 包括液壓裝置3-1、電機二3-2，次機架4 包括滾輪及緊固裝置4-1、電機一4-2，出醅裝置5 包括挖醅進料裝置5-1、輸送裝置5-2、電機三5-3、轉(zhuǎn)向裝置5-4、出料裝置5-5、轉(zhuǎn)向輪軌道5-6、挖料刮板槽5-7。

圖1 固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

機械化起窖裝置的橫向?qū)к? 可以在縱向?qū)к? 上移動，主機架3 設(shè)置在橫向?qū)к? 上，出醅裝置5 設(shè)置在主機架3 上，主機架3 可以在橫向?qū)к?上移動。挖醅進料裝置5-1 為動力驅(qū)動的挖料刮板槽，次機架4 底部設(shè)有移動滾輪及緊固裝置4-1，可實現(xiàn)起窖裝置的移動與次機架的穩(wěn)定。出醅裝置的傳動裝置由減速電機三帶動并設(shè)置在出醅裝置5 的頂部，出醅裝置5 設(shè)置有液壓裝置3-1 的升降機構(gòu)，可以實現(xiàn)出醅裝置5 的上下位移。出醅裝置5 中的輸送裝置5-2 為動力驅(qū)動的鏈板結(jié)構(gòu)，挖料刮板槽均勻設(shè)置在輸送裝置的鏈板結(jié)構(gòu)上。橫向?qū)к? 在縱向?qū)к? 上的移動由減速電機二3-2經(jīng)鏈輪傳動驅(qū)動，主機架在橫向?qū)к壣系囊苿佑蓽p速電機一4-2 經(jīng)鏈輪傳動驅(qū)動，出醅裝置通過液壓裝置3-1 或齒輪齒條裝置實現(xiàn)在主機架3 上的升降。

圖2 固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置的側(cè)視圖

由圖2，圖3 可知，機械化起窖裝置的主機架3上端設(shè)置有減速電機三5-3 驅(qū)動的上端鏈輪，下端懸空設(shè)置有下端鏈輪，減速電機三5-3 通過上端鏈輪帶動下端鏈輪旋轉(zhuǎn)輸送裝置5-2，在上端鏈輪處設(shè)置有出料裝置5-5。挖料刮板槽伴隨酒醅輸送裝置5-2 旋轉(zhuǎn)提升至出料口處傾倒出酒醅進入主機架3 上放置的手推車6 內(nèi)。手推車6 放置在主機架3 上出醅裝置出料口的一側(cè)，并置于出料口下方；其中，橫向?qū)к? 上設(shè)置有手推車放置槽位1-1。酒醅輸送裝置5-2 為動力驅(qū)動的鏈板結(jié)構(gòu)，挖料刮板槽均勻設(shè)置在輸送裝置的鏈板結(jié)構(gòu)上，挖料刮板槽兩端鏈板后側(cè)設(shè)置有轉(zhuǎn)向輪軌道5-6，在挖料刮板槽挖料的一側(cè)邊沿均勻設(shè)置有鋸齒狀結(jié)構(gòu)。出料裝置5-5 的轉(zhuǎn)向裝置5-4 設(shè)置有轉(zhuǎn)向輪，并在輸送裝置5-2 鏈板結(jié)構(gòu)兩端的后側(cè)設(shè)置有轉(zhuǎn)向輪軌道5-6，實現(xiàn)酒醅輸送裝置5-2 的縱向輸送與水平輸送的轉(zhuǎn)換。

圖3 固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置的俯視圖

2 機械化起窖裝置的生產(chǎn)應(yīng)用分析與探討

固態(tài)發(fā)酵白酒的發(fā)酵容器主要采用窖池、地缸、發(fā)酵槽車等多種形式[3]，窖池是通常采用黃泥、條石、磚、水泥和木材等材料建成的長方形或正方形發(fā)酵容器,一般深1.5 m 左右；地缸是用陶土燒制或者金屬材料制成，一般埋在地下，缸口露出地面；發(fā)酵槽車等立式發(fā)酵設(shè)備多應(yīng)用于清香型白酒的發(fā)酵，可以根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計不同的規(guī)格。目前，對窖池的起窖（又稱出酷）操作，普遍采用行車抓斗或是人工操作，其中，行車抓斗操作存在較難做到分層出窖的弊端，人工操作，勞動強度大，并且效率低[4]。

2.1 固態(tài)發(fā)酵白酒機械化釀酒車間的行車操作

行車是釀酒車間機械化進程中的關(guān)鍵設(shè)備，行車的出現(xiàn)代替人工完成出窖、入池整個流程，相較于傳統(tǒng)人工使用手推車與鐵锨進行物料的運送與起窖，行車操作只需一人，操作人員與地面工作人員通過手勢或通話器進行溝通來完成整個釀酒過程中的窖皮泥的剝離或覆蓋、酒醅起窖、物料混合、糧醅入池等操作。

目前，固態(tài)發(fā)酵白酒機械化釀酒車間使用的行車分為天行車與地行車。如圖4 所示，釀酒機械化車間使用的行車設(shè)備（圖4a：地行車、磚窖；圖4b：天行車、泥窖）；其中，天行車的車軌鋪設(shè)于車間頂部，配有抓斗與操控室，主要用于釀酒車間出、入池等操作[5]。天行車的操作步驟主要包括：（1）行車開車前應(yīng)認真檢查設(shè)備機械、電源部分和防護保險部分是否完好；（2）糧醅入窖發(fā)酵過程中行車工操縱行車將堆積好的物料通過抓斗運送到發(fā)酵池內(nèi)；（3）發(fā)酵完成出池，行車移動到發(fā)酵池上方，利用抓斗將發(fā)酵糧醅從窖池內(nèi)挖出運送到糧醅指定堆積位置進行蒸醅餾酒，重復此動作；（4）餾酒后，利用同樣的方法起糟，運送到酒糟堆放處。行車的使用解放了勞動力，節(jié)省了大量時間及提高了工作效率，但同時也要注意其操作過程中的一些安全問題，行車與軌道各連接點必須時常檢查，定期對軌道各螺絲部件進行牢固，以防松動；起吊過程中不能超負荷，過載容易引發(fā)鋼絲繩斷裂；在操作行車時，地面工作人員禁止站在抓斗下方等。

圖4 釀酒機械化車間使用的行車設(shè)備

2.2 固態(tài)發(fā)酵白酒機械化釀酒車間的起窖裝置操作

傳統(tǒng)發(fā)酵酒醅的起窖方式多使用人工出醅，存在勞動力需求量大、出醅效率低且耗費時間等缺陷，隨著企業(yè)用工成本的增加、技術(shù)的進步等使白酒機械化釀造成為行業(yè)發(fā)展的趨勢[6]。固態(tài)發(fā)酵白酒機械化釀酒車間的主要設(shè)備包括：自動上料計量系統(tǒng)、自動物料輸送系統(tǒng)、自動上甑餾酒系統(tǒng)、自動加曲晾米查系統(tǒng)等部分。釀酒車間機械化的使用較人工操作簡單快捷，提高了工作效率，但同時機械化設(shè)備也存在著一些問題。在白酒釀造機械化生產(chǎn)工藝、設(shè)備布置、車間設(shè)計等的生產(chǎn)實踐中，白酒釀酒機械化進程中需要注意的問題主要有：（1）衛(wèi)生問題，物料經(jīng)過糊化后黏度增大，會附著在設(shè)備上導致清理困難；物料輸送過程中有物料漏料、拋撒等現(xiàn)象，增加了原料浪費及清掃頻率多等問題；（2）安全問題，釀酒生產(chǎn)車間在蒸糧出酒過程中產(chǎn)生大量蒸汽，潮濕的環(huán)境加速了生產(chǎn)設(shè)備的銹蝕、電器容易出現(xiàn)故障；蒸汽降低了能見度，行車運行、人員走動等存在安全隱患；（3）設(shè)備使用問題，釀酒設(shè)備在使用中如上甑、晾米查、出池入窖等存在設(shè)備不夠完善，連續(xù)性銜接有待提高，仍需人工輔助操作等；（4）人員文化水平問題，由傳統(tǒng)的手工操作轉(zhuǎn)型發(fā)展為機械化生產(chǎn)，機械設(shè)備的操作、維護及故障等問題，要求生產(chǎn)操作人員具備一定的文化知識、專業(yè)素質(zhì)并進行相關(guān)的設(shè)備知識培訓等。

固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置與傳統(tǒng)手工操作的手推車相結(jié)合使用，在發(fā)酵酒醅的出醅過程中該起窖裝置具有操作簡單、節(jié)省勞動力、耗時少、工作效率高等優(yōu)點。固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置的的使用操作步驟主要包括：（1）剝離窖皮泥后，將起窖裝置通過窖池的池梗路移動到窖池上部方便出醅的合適位置處，設(shè)置并固定次機架上的緊固裝置，可以實現(xiàn)次機架的穩(wěn)定；（2）電機二啟動將主機架移動到靠近窖池邊沿的位置，將手推車放置在其槽位內(nèi)，并置于出料口下方；（3）調(diào)節(jié)電機一、電機二，可以調(diào)整主機架在次機架上的相對位置，以實現(xiàn)將主機架、挖醅出料裝置等定位在窖池平面的不同位置；（4）電機三啟動挖醅出料裝置緩緩下移運行進入發(fā)酵池中挖取酒醅；（5）挖料刮板槽通過輸送裝置將酒醅輸送到上端經(jīng)出料裝置進入手推車中；（6）橫向?qū)к壙梢栽诳v向?qū)к壣弦苿樱鳈C架設(shè)置在橫向?qū)к壣希鲺b置設(shè)置在主機架上，主機架可以在橫向?qū)к壣弦苿樱哉{(diào)整起窖裝置的位置，完成窖池不同部位酒醅的出池操作。

圖5 傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵釀酒車間機械化改造后的主要設(shè)備布置圖

傳統(tǒng)的老式釀酒車間，其廠房高度有限不適用于天行車的操作，其窖池布局不規(guī)則、池梗路較窄等。如圖5 所示，傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵釀酒車間機械化改造后的主要設(shè)備布置圖，適用于傳統(tǒng)的老式釀酒車間廠房空間及布局，避免使用天行車等吊裝設(shè)備，而采用機械化起窖裝置并結(jié)合手推車使用以實現(xiàn)發(fā)酵酒醅的出池，盡量減輕人工起窖操作的勞動強度等。機械化起窖裝置的出醅裝置，其優(yōu)點在于以挖料刮板槽為主要構(gòu)件的提料機構(gòu)可以完成酒醅的出池起窖操作，避免使用鐵鍬。由于發(fā)酵酒醅具有黏性大、酸度大等特性，可能造成提料機構(gòu)的堵塞、腐蝕及清理困難等，所述的出醅裝置的挖料刮板槽等構(gòu)件均采用不銹鋼材料，挖料刮板槽通過輸送裝置將酒醅輸送到上端經(jīng)出料裝置進入手推車中。出醅裝置中的輸送裝置為動力驅(qū)動的鏈板結(jié)構(gòu)，挖料刮板槽均勻設(shè)置在輸送裝置的鏈板結(jié)構(gòu)上，避免采用以蛟龍為主要構(gòu)件的提料機構(gòu)，以免造成堵塞及清理困難等問題。出醅裝置的傳動裝置由減速電機三帶動并設(shè)置在出醅裝置的頂部，出醅裝置設(shè)置有升降機構(gòu)，可以實現(xiàn)出醅裝置的上下位移，以完成窖池不同深度酒醅的挖取操作。

3 討論與總結(jié)

中國白酒的機械化釀造是歷史必然，釀酒機械化在保持傳統(tǒng)工藝優(yōu)點的基礎(chǔ)上，不斷汲取現(xiàn)代技術(shù)方法，利用機械設(shè)備完善工藝操作，機械化釀造車間降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率[7]。傳統(tǒng)手工釀造環(huán)境衛(wèi)生差，存在食品安全隱患，機械化設(shè)備采用密閉、整體的方式進行生產(chǎn)，避免了酒質(zhì)被污染，保證了食品的安全性[8]。本文設(shè)計應(yīng)用的固態(tài)發(fā)酵機械化起窖裝置與傳統(tǒng)手工操作的手推車相結(jié)合使用，采用液壓裝置與滾輪裝置驅(qū)動挖料刮板槽達到自動從窖池中分層提取出酒醅的目的。該機械化起窖裝置尤其適用于傳統(tǒng)的老式釀酒車間廠房空間及布局，避免使用吊裝機器，減輕人工起窖勞動強度等。相較于釀酒物料的上料系統(tǒng)、白酒灌瓶包裝、酒廠污水處理等的機械化，制曲、釀酒、勾兌等的全面機械化還有很長的路要走，對機械化起窖裝置的研究還需進一步加強，不斷使操作工藝完善、優(yōu)化、升級等是白酒企業(yè)的發(fā)展之重。