酒糟自動攤晾設備的研發

陳欽明

(百特(福建)智能裝備科技有限公司技術研發中心，福建 福州 350008)

白酒生產行業中釀酒生產目前自動化水平較低，大部分還是人工生產，少數企業做到半自動。目前存在工藝難于匹配(比如降溫不均勻或波動太大)、機械造成的酒糟料性破壞(比如目前常用的棍狀打散容易造成酒糟骨力降低)、酒體質量下降等因素，影響自動化的實施。隨著白酒行業產業升級的需要，以及質量穩定管理、技藝傳承的需求，釀酒自動化已經成為白酒行業急需攻克的課題。本文針對釀酒中的攤晾環節，研究開發了一種酒糟自動化攤晾設備。

1 酒糟攤晾的原理和工藝要點

酒糟經過蒸餾取酒后，需加曲回窖重新發酵。在加曲之前需要把酒糟溫度由完全蒸透的100℃降到20～30℃。具體溫度根據酒糟種類不同而定。該降溫過程主要采用物理降溫，即通過風機把常溫空氣穿插過酒糟，酒糟與氣流做熱量交換，熱量由溫度較高的酒糟傳遞給常溫的空氣，最終達到把酒糟溫度降到釀酒工藝要求的溫度。

目前人工攤晾主要是采用把酒糟攤鋪在竹箅床上，強制通風進行降溫，過程中人工適當翻拌酒糟，使酒糟降溫比較均勻。

在攤晾過程中有如下工藝要點：

①整體酒糟降溫均勻，降溫結束后整體酒糟溫差需控制在2℃以內。

②降溫速度適當，不能急速降溫，否則容易造成酒糟結坨。酒糟結坨后內外溫差會相差較大，同時對后道加曲工序也會存在拌料不均勻問題。

③酒糟降溫后的溫度需能準確控制在工藝要求范圍內，比如糧糟需控制在20℃，誤差不能超過±2℃。

④翻拌酒糟時，需輕柔，不能有明顯的擠壓、摔打。對糟料擠壓和摔打會影響物料松軟料性，影響發酵效果，釀出的酒體也會受影響。

⑤酒糟出甑打量水燜糧后，需以最快的速度攤晾。熱的酒糟堆積在一起容易造成燜糧過度，使酒糟過于糊爛，骨力下降，也會影響發酵效果。

2 自動攤晾的實現原理和相關機構

在開發自動攤晾設備時，除了需要滿足上述5個工藝要求，還需考慮連續送料、前后段工藝的輸送銜接等。當然所用器具也需滿足食品生產衛生要求。

本設備采用不銹鋼輸送鏈板為主體結構，配備風箱、導風板、風機冷卻系統，多組柔性翻料機構，多組溫度感應器組成的溫控系統，自動清洗機構，以及整體電控系統，詳見圖1。

圖1 自動攤晾機簡圖

2.1 基本工作原理

通過特定設備把酒糟輸送到攤晾鏈板的入口端，并按一定的厚度鋪灑在鏈板上方。鏈板按一定的速度向前輸送。鏈板輸送過程中，通過風機系統，從鏈板下方自下向上吹空氣，空氣通過鏈板上的孔穿過酒糟，與酒糟進行熱交換，從而使酒糟溫度逐漸降低至工藝要求的溫度。在輸送過程中，通過多組翻料機構翻拌酒糟，把上下層酒糟交換位置以及使酒糟更疏松，最終達到酒糟整體均勻降溫。圖2為自動攤晾機酒糟降溫原理圖。

圖2 酒糟降溫原理圖

2.2 鏈板機構簡介

鏈板機構主要用來輸送酒糟，采用鏈板型式可以實現循環輸送。在鏈板上均勻設置出一定直徑的孔，用來流通空氣，以便對酒糟進行強制風冷。通風孔的數量是影響通風效率的一個因素，開孔面積與鏈板面積比值為開孔率。開孔率越大，通風效果越好，但漏料也會越多。需要根據實際酒糟和工藝要求設定開孔率。鏈板基本結構見圖3。

圖3 鏈板主要功能結構

2.3 風機系統簡介

風機系統主要用來給酒糟吹風強制降溫。該系統包含若干個單元，每個單元主要包含風機、風箱、導風板這三個組件。可根據實際降溫要求組合使用多個風機單元，并對所有單元的風量進行陣列控制，使酒糟溫度最終滿足工藝參數要求。在某些苛刻條件下，也可對風機增加冷風系統，加強降溫效率。導風板的型式也會影響氣流狀態和效率，目前已經有設計試驗過3種，可應用在不同場合。圖4為單個風機系統單元的基本工作原理，常溫空氣經由離心風機吹入風箱內，氣流在風箱內被導風板分隔成三個區域，并把風向改為向上吹，氣流通過鏈板通風孔穿過酒糟。

圖4 風機系統工作原理

2.4 翻料機構簡介

翻料機構的作用是翻拌酒糟，把下層翻到上層，上層酒糟翻到下層，使酒糟降溫更為均勻。同時翻料機構還有整平和疏松酒糟的作用，目的也是使降溫更為均勻。翻料機構主要包含翻料葉片組、翻料主軸、驅動電機。通過調節電機速度，調整翻料機構的翻拌速度。對于釀酒工藝而言，翻料機構需做到柔性翻拌，不鈍擊、不擠壓。圖5為一種柔性翻料機構，創造性采用類似鐵鍬的鏟料方式，銳口插入酒糟，并輕輕揚起翻拌，大大減輕對酒糟的破壞。目前已經發明3種翻料機構，均能很好地實現柔性翻拌，并根據不同的細節功能應用在多個場合。

圖5 翻料機構

2.5 溫度監測系統

在攤晾機的入口、出口以及每組翻料機構后各設置一組溫度傳感器，用于檢測各個位置點的酒糟溫度。每一組溫度傳感器由5個溫度傳感器組成，一字排開，其中3個采用接觸式溫度傳感器(如熱電阻式)，插入酒糟內部檢測。2個采用非接觸式溫度傳感器(如紅外測溫)測量酒糟表面溫度。這種多點測量方式可以實時監測攤晾過程中不同階段的酒糟溫度，以便控制系統對風機系統和翻料機構進行調節處理。

2.6 控制系統簡介

控制系統主要采用PLC控制方式和工控機數據分析處理，包含現場層信息采集感應器(如溫度感應器、環境濕度感應器、風箱風速感應器等)、設備驅動單元(如鏈板電機調速變頻器、翻晾電機調試變頻器、風機風量調節變頻器等)、控制層PLC和人機界面、以及數據儲存分析工控機。

PLC采集各類設備參數和根據工藝要求控制設備運行，操作人員可通過人機界面對工藝參數和運行參數進行調節設置。PLC把各類參數數據傳輸至工控機，工控機軟件進行數據存儲分析，存儲大量的運行參數后即可進行大數據分析，固化各種環境溫度和不同類酒糟的經驗運行參數，并在生產中自動調用參數和在線微調，做到智能化生產。

3 自動攤晾機的試驗結論

在攤晾過程中會涉及如下設備參數：鏈板的輸送速度、鏈板開孔率、風機系統的風量大小和分布、翻料機構的翻轉速度。這些參數互相關聯，會影響最終的攤晾溫度。

3.1 試驗參數選取

鏈板的輸送速度：試驗攤晾機設計的鏈板輸送速度范圍為35～175 mm/s，經初步測試，能保障較好酒糟厚度的速度范圍為35～52.5 mm/s，因此選取此范圍內做聯動試驗。

鏈板開孔率：因為加工工藝限制，鏈板通孔間隙不能小于2 mm。在此條件下，根據設計驗證，鏈板通孔尺寸越小最大開孔率不會增加。比如通孔直徑3 mm的最大開孔率約24.9%，而直徑4 mm的最大開孔率約25.03%。另外，考慮孔越大，越容易漏酒糟，所以試驗用通孔直徑選擇為4 mm。針對此條件下的三種開孔率鏈板參數如表1。

表1 三種開孔率鏈板參數

風機系統的風量大小和分布：參考人工攤晾床面積和攤晾時間，在10m長攤晾機上設置8個風箱和8臺風機，其中4臺風量為4000～4500 m3/h，另外4臺風量為5100～6700 m3/h，后4臺變頻可調風量。風機采用左右交錯分布，主要考慮左右吹風均勻。

圖6 風機分布示意圖

翻料機構翻轉速度：設置范圍為11.2～56 r/min。

按此參數范圍設計制造的攤晾機在某濃香型酒廠經過一年多試驗，經歷了4輪發酵周期，最終產酒效果比人工方式有很大的提升，不僅滿足了自動化生產要求，產酒率也提升了10%以上。此外，攤晾效率也有極大提升，由30min左右縮短到20～25min。相關試驗結果參數見表2。

表2 人工攤晾和設備攤晾產量結果

4 結語

通過以上結構措施和聯動控制，使酒糟降溫梯度可控、降溫均勻，減少糟醅料性破壞，降低糟醅起坨結塊現象，生產效率也有較大提升，產量和質量也優于人工生產，能滿足傳統白酒的嚴謹工藝要求，為白酒釀造生產的自動化、智能化升級解決一個工藝難點，能為企業創造更好的效益。后續進行生產參數的積累，通過大數據分析，可逐步實現工藝參數的標準化，使傳統生產經驗得以數據化并可靠傳承。