白酒酿酒用带压蒸料及蒸汽回收循环利用设备系统的设计与应用研究

潘大金，程 伟，潘天全，张 杰，李 娜，巩 晓，彭 兵

（安徽金种子酒业股份有限公司，安徽阜阳 236023）

白酒是中国特有的传统酒种，作为世界六大蒸馏酒之一，被国人誉为“琼浆玉液”。中国白酒具有独特的芳香，不但给人们带来了精神和物质享受，而且创造了巨大的社会价值和经济价值[1]。我国大多数白酒厂采取的是固态发酵法白酒蒸馏的操作，采用传统的间歇式甑桶蒸馏，其主要存在蒸馏装置数量多而分散、劳动强度大、设备使用效率低等弊端，还存在操作环境差、原酒的质量控制难度大、易造成酒蒸汽及酒的风味物质损失等问题[2]；同时，在固态发酵白酒敞开式蒸料过程中，由于对热能及蒸汽的回收利用研究不够深入，不能充分有效地合理利用热能及蒸汽，造成利用率不高等问题[3]。近年来，随着科技进步，安全环保意识的不断增强，传统酿造工艺逐渐难以满足白酒产业发展要求[4]；因此，实现蒸料操作时蒸汽的集中回收与再循环利用，减少资源浪费已成为各白酒厂的主要研究课题，同时也是白酒蒸馏、节能环保等发展的趋势。针对生产实际，本文分析与探讨了一种白酒酿酒用带压蒸料及蒸汽回收循环装置，为白酒固态发酵的蒸料操作提供一种带压蒸料及蒸汽回收循环利用的设备系统，该装置主要包括盖盘接口系统、蒸汽管道系统、蒸汽压缩系统、蒸汽再生系统、电路控制系统等部分，能够解决酿酒蒸料过程中的蒸汽外散浪费问题，并带压蒸料以提高蒸料效率，实现蒸汽的回收再循环利用。该设备操作安全，又能保证蒸料及馏酒的操作需要，改善酿酒车间的蒸料及馏酒操作的劳动条件，减轻劳动强度，提高酿酒蒸馏设备的操作安全性。

1 设备设计目的及其主要结构分析

1.1 所需解决的技术问题及其达到的有益效果

白酒酿造中的蒸料过程，多采用敞开式蒸煮，会造成大量的蒸汽浪费现象，酿酒蒸汽的二次利用能达到节约环保等目的。该带压蒸料及蒸汽回收循环利用的设备系统能够解决酿酒蒸料过程中的蒸汽外散浪费问题，并带压蒸料以提高蒸料效率，实现蒸汽的回收再循环利用，操作安全，又能保证馏酒的操作需要；改善酿酒车间的蒸料及馏酒操作的劳动条件，减轻劳动强度，提高酿酒蒸馏设备的操作安全性等。该装置具有如下有益效果：（1）工作效率高，带压蒸料要比传统蒸粮缩短蒸煮时间5～10 min，且蒸煮比较彻底利于后期微生物的生产繁殖；（2）节能环保，在蒸料时可以对蒸汽进行回收，通过生产数据可知每天每个班组可节约1.5 m3蒸汽；（3）减轻劳动力，智能化程度高，只需要一个人操控操作面板即可切换至蒸料与馏酒；（4）操作安全，在蒸料馏酒时，操作人员只需远程控制即可完成，消除蒸汽烫伤等安全隐患。

1.2 工作原理及其主要特点

装置系统操作过程中，如图2 所示的盖盘接口系统，将垫片放置在弹簧膨胀节顶部的凹槽中，将行车等吊装设备的吊钩对称连接在盖体的钩环上，并设置防脱落装置，再通过行车等吊装设备将盖体吊起并与甑锅锅体闭合。根据实际距离及设备安装布局，在电路控制系统设置液压装置、上部转轴、中部转轴及底部转轴等的运动行程模式，开启对应行程使摆臂装置水平摆动到弹簧膨胀节的对应位置。开启液压装置行程使弹簧膨胀节伸展并与弹簧膨胀节紧密闭合。观察传感器的指数变化，以便及时调整蒸汽流量，满足蒸料或馏酒的工艺要求。

蒸料操作时，通过电路控制系统打开（关闭）电动止回阀，实现蒸料汽管道的畅通，酒蒸汽管道的关闭，开启蒸汽压缩系统与蒸汽再生系统，并先向其中注入一定量的生产用水，开启罗茨风机以压缩蒸料汽；当产生再生蒸汽时，开启排汽管与底锅阀门连通；当回收的蒸汽不足以产生循环蒸汽时，加热装置辅助加热生产用水而产生二次蒸汽。馏酒操作时，通过电路控制系统打开（关闭）电动止回阀，实现酒蒸汽管道的畅通，蒸料汽管道的关闭，并开启酒蒸汽冷却装置进行馏酒操作。对称设置的摆臂装置可以同时进行蒸料或馏酒操作，解决酿酒蒸料过程中的蒸汽外散浪费现象，并带压蒸料以提高蒸料效率，实现蒸汽的回收再循环利用，操作安全，又能保证馏酒的操作需要。该设备的应用可以有效改善酿酒车间的蒸料及馏酒操作的劳动条件，减轻劳动强度，提高酿酒蒸馏设备的操作安全性。

1.3 设备的主要结构分析

图1 为带压蒸料及蒸汽回收循环利用设备系统的流程图，该白酒酿酒用带压蒸料及蒸汽回收循环装置主要由盖盘接口系统1、蒸汽管道系统2、蒸汽压缩系统3、蒸汽再生系统4、电路控制系统5 等部分组成[5]。

盖盘接口系统的结构图见图2，盖盘接口系统1 包括耐压弹簧101、垫片102、弹簧膨胀节一103、凹槽104、弹簧膨胀节二105、液压装置106。如图3所示，蒸汽管道系统2 包括摆臂装置201、回收蒸汽管道202、馏酒管道203、上转轴2011、中转轴2012、下转2013、动力电机2014、电动止回阀2015、传感器2016。蒸汽压缩系统3 包括罗茨风机301、罗茨风机罩体302。蒸汽再生系统4 包括加热装置401、水汽储存装置402、进水排水装置403、排汽管404。

带压蒸料及蒸汽回收循环利用设备系统的结构示意图见图3，盖盘接口系统1 包括盖盘接口，盖盘接口的两侧均固定连接有耐压弹簧101，盖盘接口的上方设置有垫片102，盖盘接口的两侧均开设有凹槽104，盖盘接口位于垫片102 的上方固定连接有弹簧膨胀节105，弹簧膨胀节105 的两侧均固定连接有液压装置106，液压装置106 的上方设置有传感器2016。盖盘接口系统1 的上方固定连接有蒸汽管道系统2，蒸汽管道系统2 包括摆臂装置201，摆臂装置201 包括上转轴2011，上转轴2011 的下表面固定连接有中转轴2012，中转轴2012的下表面固定连接有下转轴2013。下转轴2013 的下表面固定连接有动力电机2014，动力电机2014 远离下转轴2013 一端的上方设置有动力电机2014，动力电机2014 的上方设置有电动止回阀2015。摆臂装置201 的上表面固定连接有回收汽管道202，回收汽管道202 远离摆臂装置201 的一端与蒸馏酒管道203 固定连接，馏酒管道203 的表面固定连接有冷却装置。

如图3 所示的回收汽管道，其中回收汽管道202 远离盖盘接口系统1 的一端与蒸汽压缩系统3固定连接，蒸汽管道系统2 通过回收汽管道202 与蒸汽压缩系统3 固定连接。蒸汽压缩系统3 包括罗茨风机301，罗茨风机301 的外表面套装有罗茨风机罩体302，蒸汽压缩系统3通过管道与蒸汽再生系统4固定连接。蒸汽再生系统4包括加热装置401，加热装置401 的底部固定连接有水汽储存装置402，加热装置401 的侧面固定连接有进水排水装置403。加热装置401 的上表面固定连接有排汽管404，蒸汽再生系统4 的侧面固定连接有电路控制系统5。

1.4 装置的使用方法

传统的间歇式甑桶蒸馏，其主要存在蒸馏装置数量多而分散、劳动强度大、设备使用效率低等弊端，还存在操作环境差、原酒的质量控制难度大、易造成酒蒸汽及酒的风味物质损失等问题。本文所述一种酿酒用带压蒸料及蒸汽回收循环装置，能够解决酿酒蒸料过程中的蒸汽外散浪费现象，并带压蒸料以提高蒸料效率，实现蒸汽的回收再循环利用，操作安全又能保证蒸馏酒的操作需要；改善酿酒车间的蒸料及馏酒操作的劳动条件，减轻劳动强度。

白酒酿造的蒸料或馏酒等操作过程中，该装置的使用操作步骤主要包括：（1）将盖体吊起并与甑锅锅体闭合，开启液压装置使弹簧膨胀节伸展并与弹簧膨胀节紧密闭合；（2）蒸料操作时，通过电路控制系统打开（关闭）电动止回阀，实现蒸料汽管道的畅通，酒蒸汽管道的关闭；（3）开启罗茨风机以压缩蒸料汽，当产生再生蒸汽时开启排二次蒸汽；（4）蒸酒操作时，通过电路控制系统打开（关闭）电动止回阀，实现酒蒸汽管道的畅通，蒸料汽管道的关闭，开启酒蒸汽冷却装置进行馏酒操作，对称设置的摆臂装置可以同时进行蒸料或馏酒操作；（5）蒸料或馏酒操作完成后，关闭蒸汽压缩系统与蒸汽再生系统或酒蒸汽冷却装置，依次完成弹簧膨胀节的压缩并与弹簧膨胀节的分离，摆臂装置的水平摆动并实现蒸汽导管与盖体的分离。

2 生产应用分析与探讨

2.1 带压蒸料及馏酒操作过程中蒸汽回收循环利用装置的应用（见图4、图5）

前期准备工作，将垫片放入放置在弹簧膨胀节顶部的凹槽中，再利用行车将盖体与甑体闭合，然后调控蒸汽回收循环利用装置操作面板使得弹簧膨胀节伸展并与弹簧膨胀节紧密闭合。蒸料操作时，通过电路控制系统打开（关闭）电动止回阀，实现蒸料汽管道的畅通，酒蒸汽管道的关闭，开启蒸汽压缩系统与蒸汽再生系统，并先向其中注入一定量的生产用水，开启罗茨风机以压缩蒸料汽，当产生再生蒸汽时开启排汽管与底锅阀门连通；当回收的蒸汽不足以产生循环蒸汽时，加热装置辅助加热生产用水而产生二次蒸汽。馏酒操作时，通过电路控制系统打开（关闭）电动止回阀，实现酒蒸汽管道的畅通，蒸料汽管道的关闭，并开启酒蒸汽冷却装置进行馏酒操作，对称设置的摆臂装置可同时进行蒸料或馏酒操作。

2.2 生产中的经济效益分析

2.2.1 环保需求

我国正处于能源结构调整和转型发展的新时期，加快推进清洁生产，提高能源利用率将成为未来企业发展不可逃避的主题[6]。在固态白酒蒸料生产中，在所难免会出现“大汽冲酸”现象的发生，大汽冲酸会造成蒸汽资源的浪费，污染空气，同时腐蚀厂房、腐蚀设备，影响厂房内能见度的问题[7]。本文所介绍的白酒酿酒用带压蒸料及蒸汽回收循环装置能实现蒸汽的二次循环利用，从根本上解决了“大汽冲酸”所带来的蒸汽浪费、腐蚀厂房设备等现象的发生，同时还能起到经济环保的作用。

2.2.2 实际生产需求

据车间生产统计，每套设备运用到生产班组，每班次生产6～8 h，蒸料3～4 甑锅，节约用汽量约为1.4 t，每吨蒸汽价格约为200 元，每个生产班次可节约资金280 元；每套设备每天供两个班组轮流使用，每套设备每天节约蒸汽费用为500 元左右。该专利设备应用到公司白酒酿造车间，每年酿酒生产平均约为300 d，每年可节约蒸汽费用数千万元，所节约蒸汽资金占传统甑锅所消耗蒸汽资金的20%左右。

3 讨论与总结

白酒酿造酿造过程中高效利用低压二次蒸汽，已成为行业节能环保领域的重点研究和攻关方向。酿酒工业二次蒸汽的汽化热实现回收利用，酿酒行业的生产汽耗、耗标煤量等均能在原基础上大幅度降低[8]。本文所述白酒酿酒用带压蒸料及蒸汽回收循环装置，能够解决酿酒蒸料过程中的蒸汽外散浪费现象，并带压蒸料以提高蒸料效率，实现蒸汽的回收再循环利用，操作安全，又能保证馏酒的操作需要；改善酿酒车间的蒸料及馏酒操作的劳动条件，减轻劳动强度，提高酿酒蒸馏设备的操作安全性等，提高经济效益，具有较高的推广应用价值。在蒸粮操作时，由于蒸汽量加大，大量蒸汽通过回收系统回收的同时，与外界会产生一定的压强差，使得甑锅内压强增大，从而可以达到带压增料的目的。实际生产操作过程中该设备需要改进的地方主要是设备蒸汽流量根据生产工艺操作节点要适当及时调整，如果控制不好蒸汽的流量，甑锅内压强过大，可能会出现蒸汽从甑锅水封处泄露，并造成安全隐患等问题。智能化带来便利的同时也带来了设备维修问题，电力驱动的设备一旦出现故障，维修人员不但要了解设备电器、自动化酿酒工艺的相关知识，还要精通可能出现故障原因及维修要点，对设备维修工人的文化程度与技能水平等均有较高的要求。