自动化机械制曲生产线的研制开发

陈　枫，曹敬华，刘彬波，汪江波，陈茂彬

（1.湖北纵横科技有限责任公司，湖北宜昌443003； 2.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北武汉430068）

自动化机械制曲生产线的研制开发

陈枫1，曹敬华2，刘彬波1，汪江波1，陈茂彬2

（1.湖北纵横科技有限责任公司，湖北宜昌443003； 2.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北武汉430068）

研制开发了自动化机械制曲生产线，该生产线将传统的人工生产工序用机械化代替并辅以自动化控制，整个生产线采用成熟的机电一体化技术和DCS集散控制模式，将制曲工艺各个环节良好衔接，实现制曲、粉曲工序全程数字化控制和工艺参数在线监测，曲粉研磨标准化生产和封闭式管道输送。与传统制曲设备相比，具有安静、洁净、安全、节约等优点。

自动化； 制曲； 生产线

长期以来，酒曲的制作一直沿用传统的人工踩曲制作方法［1］，存在着生产效率低、产能有限、工人劳动强度大、占用场地面积大、曲块成型差异大等缺点［2］，更主要的是，产品的品质难以稳定和统一，直接影响到发酵的时间、原酒的品质。20世纪70年代开始，一些酒厂逐步开始采用机械制曲［3］，虽然改进了制曲方式，提高了生产效率，但存在着喂料不均匀且需人工辅助，有时曲块厚薄相差较大，曲块之间松紧度不一，模盒传动复杂，故障率高等缺点［4］。

经过长期实践和总结，对制曲工艺条件不断摸索，结合制曲过程中微生物的变化趋势，本文研究开发了自动化机械制曲生产线，它将传统酿酒生产工艺与现代化机电技术及设备结合起来，在保证酿酒生产工艺的要求下，能大大提高企业生产效率、保证产品质量、提升生产组织及管理水平、升华企业形象，达到经济效益与社会效益的最大化。

1　研制思路

自动化机械制曲生产线分为曲饼制备工序和曲饼粉碎工序，将传统的人工粮食净化、润粮、混合、搅拌、压曲、曲饼输送、曲饼初破、曲饼细破、曲粉包装等生产工序用机械化代替并辅以自动化控制。由于这些工艺的特殊性，与自动化作业的连续性结合，生产设备必须增加各种输送设备、提升设备、缓冲设备、计量配比设备、混合搅拌设备、加热设备、温湿度控制设备、压曲设备等，以期达到并超过传统制曲工艺的效果。

1.1制曲工序的配置

（1）产能：12 t/h；（2）配备原粮净化及储存系统，满足多种原粮净化、储存需求，减轻杂质对磨粉机的损伤；（3）原料出仓定量，自动按需配比混合；（4）配备一次加水润粮系统，采用伺服跟踪、定量加水，保证磨粉品质的一致性；（5）采用两次磨粉工艺，磨粉粒度可调；（6）二次加水润粮采用伺服跟踪，水分添加准确、搅拌均匀可靠、浸润彻底；（7）采用机器压曲；（8）具备制曲产能统计、水消耗统计、母曲消耗统计的功能；（9）安全生产，洁净生产；（10）控制系统的自动化及智能化。

1.2粉曲工序的配置

（1）产能：10 t/h；（2）曲块粉碎采用两级破碎工艺，成品粒径＜0.85 mm（20目）；（3）采用多楼层上料，提高生产效率；（4）采用自动限量装置，主要是基于上料的冲击载荷考虑，它能根据后续爪破机及锤破机的电流大小，自动调节下料流量，达到保护后续设备的目的；（5）采用强力除铁装置及其布置在爪破机后，强化对筛网的保护；（6）采用全封闭风送技术及设备将粉碎的曲粉送入指定料仓、并计量包装；（7）控制系统的自动化及智能化；（8）采用负压输送，兼顾环境除尘，几乎没有粉尘外扬现象，符合洁净生产的要求。

2　自动化机械制曲生产线工艺设计

2.1制曲工序工艺流程设计（见图1）

（1）初步净化的曲粮（小麦、豌豆、大麦等）经过机械卸料或人工卸料，进入原粮收集斗，通过格栅除去较大杂物，进入斗式提升机中提升至一定的高度，以便靠自流进入净化处理设备，提升入仓设备见图2。

图2　提升入仓

（2）曲粮提升后自流进入振动筛分机，然后进入风选除杂箱。此处筛分机配有两层筛网，主要是清除粒度＞12 mm的大颗粒或粒度＜2 mm的小颗粒杂物，在风选箱进一步除去各种粒径的轻质杂物。

（3）经过筛分与风选除杂的曲粮，还含有少量重质杂物，此时，进入比重去石机，进一步去除较重杂物，例如石粒、金属粒等。本方案中设计了两套净化系统，每套净化系统配备了一台振动筛分机、两台去石机，这样既可以满足大流量生产需求，也可以同时处理不同种类的物料，筛分、风选设备见图3。同时，在人工上料口有容量较大的设备，分别送入4个钢板仓（5800 m³/个）储存。通过计量设备，可以精确知道各仓的粮食重量、累计重量，可方便地和净化前重量进行对比。钢板仓具备料位监控、通风等功能。

图3　筛分进料、出料、风选设备图

（4）各钢板仓内的粮食通过定量出料器、配料电子秤，按设定的比例配比混合，跨越输送，进入斗式提升机，物料提升到一定的高度，依靠粮食的自重下流，有序地进入磨粉缓存仓，以便连续稳定地粗破磨粉。

（5）由于某些物料的粗破磨粉需要先润粮，因此，设置了润粮通道。当需要润粮时，物料通过切换螺旋进入该通道，缓存定量，加入水分，并强力搅拌，进行一次润麦，然后同样进入磨粉缓存仓，强力着水设备见图4。与此同时，热水制备罐已将热水（25～85℃，可根据要求调整）备好，并存放在热水罐内。受PLC的指令，热水定量输送泵开始工作，输出较高压力（0.35 MPa）的热水，进入调压稳压系统，经过加水计量仪计量确认，与粮食一同加入着水机内，搅拌均匀。流量检测设备与加水计量仪互相连通比较，比较的结果又通过PLC控制定量加水器的运行速度，达到伺服跟踪的目的，伺服加水设备见图5。

图4　强力着水设备图

图5　伺服加水设备图

（6）各磨粉缓存仓内的物料通过定量器、除铁器，进入对应的双联对辊式磨粉机，实施挤压磨粉，完成粗破磨粉的工艺。粗破磨粉的粒度、流量均可根据工艺要求调整。

（7）粗破磨粉后，物料通过联动定量筒，进入细破磨粉机。通过检测联动定量筒的料位变化，控制细破磨粉机进料辊的速度或粗破磨粉机定量器及进料辊的速度，达到与磨粉流量匹配的目的，同时为后续二次润粮提供依据参数，磨粉设备见图6。

图6　双联磨粉设备图

（8）已经磨好的小麦粉（或豌豆大麦混合料）通过输送设备进入混合搅拌机，以备与温水二次配比混合，达到压曲工艺水分的要求，二次加水、润粮设备见图7。与此同时，温水制备罐已将温水（20～40℃，可根据要求调整）备好，并存放在温水罐内。受PLC的指定，温水定量加水器开始工作，通过流量计计量确认，与粮食一同加入搅拌机内，搅拌均匀。母曲计量仓在PLC的控制下均匀准确地送出母曲，加入混合搅拌机。同时，流量计检测的数据与PLC设定的数据及流量数据比较，结果再通过PLC来控制计量泵的运行速度，达到伺服跟踪的目的。

图7　二次加水、润粮设备

（9）二次加水的粮食先通过卧式高速搅拌机，然后螺旋输送（见图8），再进入卧式散料机构，以便水分浸透均匀，料块粒度均匀，然后进入延时输送机、压曲机，压制出符合要求的曲块，压曲设备见图9。

图8　跨越输送设备

图9　延时润粮、液压压曲设备

（10）在人工上料、输送机、振动筛分、风选除杂等环节中，将产生较多扬尘，这些粉尘通过环境除尘系统收集并统一处理。在磨粉等工序，也会产生一些由粮食细粉组成的扬尘，可通过粉尘回收除尘系统回收利用。

2.2粉曲工序工艺流程设计（见图10）

图10　粉曲及除尘系统工艺流程图

（1）成品曲块用翻斗铲车（或通过人工）投入料斗，经过自动限量装置，使物料较均匀地进入爪式粗破碎机，将曲块粉碎成30 mm以下的不规则颗粒曲料，以便选出铁料及细破。

（2）经粗破碎的曲块在除铁仓除铁后，进入锤片式细破机，分料装置根据两台细破机的负载实时自动分配进料量，使两台细破机的工况相对平均，避免因偏载过度而停机。

（3）经过两级破碎，绝大部分物料的粒径＜0.85 mm （20目），曲粉通过排料补气阀进入风力输送管道，粉曲设备见图11。

图11　粉曲设备

（4）粉碎的成品曲粉在旋风除尘器的作用下，从气体中分离，进入料仓缓存，用于计量打包［5］。

（5）在PLC的指定下，母曲缓存仓内的曲粉通过定量给料阀进入包装秤，计量包装。曲粉计量包装设备见图12。

图12　曲粉计量包装

（6）含尘气体经过旋风除尘器后，通过尘气管道进入袋式除尘器，收集旋风除尘器未能分离的细粉，使最终排风的含尘浓度降到25 mg/N·m3以内，该步骤收集的粉尘经排料锁气阀进入曲粉缓存仓送管道，无需增加机械或人工进行转运。

（7）投料点、卸料点、包装点等产生的扬尘可通过风力扩展管网一并收集处理。

3　生产线主要技术参数及主要机电设备

3.1生产线主要技术参数

制曲生产线的主要技术参数见表1。

表1　自动化机械制曲生产线主要技术参数

3.2生产线主要机电设备

3.2.1制曲工序机电设备

制曲工序的主要机电设备见表2。

3.2.2粉曲工序机电设备

粉曲工序的主要机电设备见表3。

4　自动化机械制曲生产线的特点与技术优势

整个生产线采用成熟的机电一体化技术和DCS集散控制模式，从原料入仓到成品曲粉碎形成一个有机整体，实现制曲、粉曲全程数字化控制和在线检测，曲块储存温度、湿度等指标实现数字化全天候自动监控，曲粉研磨标准化生产和封闭式管道输送。解决了制曲自动化程度不高、制曲车间粉尘过大影响工人身体健康等酿酒企业普遍面临的关键问题。本文研发的自动化制曲生产技术与国内同类技术比较，技术创新性强，优势明显，与现有技术的对比情况见表4。

表2　制曲工序机电设备明细表

表3　粉曲工序机电设备明细表

表4　自动化制曲技术与国内同类技术的创新性、技术性能对比

［1］沈怡方.白酒生产技术全书［M］.北京：中国轻工业出版社，2007.

［2］陈贵林.探索茅台酒制曲自动化实现途径［J］.酿酒科技，2011 （4）：64-66.

［3］杨浩，张曜武，张龙.机制大曲和人工大曲生物、理化指标比较分析［J］.酿酒科技，2014（1）：55-58.

［4］张静.多点采压压曲机设计及其关键结构件仿真研究［D］.太原：太原理工大学，2009.

［5］毛劲.酿酒自动化生产线及关键工艺设备的研究与设计［D］.成都：西华大学，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

湖北省科技支撑计划（2014BBB005）。

2016-05-31

陈枫（1981-），男，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向：智能化装备。

陈茂彬，博士，教授，研究方向：酿酒工程。

优先数字出版时间：2016-07-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160725.1242.001.html。