酒糟自动摊晾设备的研发

陈钦明

(百特(福建)智能装备科技有限公司技术研发中心，福建 福州 350008)

白酒生产行业中酿酒生产目前自动化水平较低，大部分还是人工生产，少数企业做到半自动。目前存在工艺难于匹配(比如降温不均匀或波动太大)、机械造成的酒糟料性破坏(比如目前常用的棍状打散容易造成酒糟骨力降低)、酒体质量下降等因素，影响自动化的实施。随着白酒行业产业升级的需要，以及质量稳定管理、技艺传承的需求，酿酒自动化已经成为白酒行业急需攻克的课题。本文针对酿酒中的摊晾环节，研究开发了一种酒糟自动化摊晾设备。

1 酒糟摊晾的原理和工艺要点

酒糟经过蒸馏取酒后，需加曲回窖重新发酵。在加曲之前需要把酒糟温度由完全蒸透的100℃降到20～30℃。具体温度根据酒糟种类不同而定。该降温过程主要采用物理降温，即通过风机把常温空气穿插过酒糟，酒糟与气流做热量交换，热量由温度较高的酒糟传递给常温的空气，最终达到把酒糟温度降到酿酒工艺要求的温度。

目前人工摊晾主要是采用把酒糟摊铺在竹箅床上，强制通风进行降温，过程中人工适当翻拌酒糟，使酒糟降温比较均匀。

在摊晾过程中有如下工艺要点：

①整体酒糟降温均匀，降温结束后整体酒糟温差需控制在2℃以内。

②降温速度适当，不能急速降温，否则容易造成酒糟结坨。酒糟结坨后内外温差会相差较大，同时对后道加曲工序也会存在拌料不均匀问题。

③酒糟降温后的温度需能准确控制在工艺要求范围内，比如粮糟需控制在20℃，误差不能超过±2℃。

④翻拌酒糟时，需轻柔，不能有明显的挤压、摔打。对糟料挤压和摔打会影响物料松软料性，影响发酵效果，酿出的酒体也会受影响。

⑤酒糟出甑打量水焖粮后，需以最快的速度摊晾。热的酒糟堆积在一起容易造成焖粮过度，使酒糟过于糊烂，骨力下降，也会影响发酵效果。

2 自动摊晾的实现原理和相关机构

在开发自动摊晾设备时，除了需要满足上述5个工艺要求，还需考虑连续送料、前后段工艺的输送衔接等。当然所用器具也需满足食品生产卫生要求。

本设备采用不锈钢输送链板为主体结构，配备风箱、导风板、风机冷却系统，多组柔性翻料机构，多组温度感应器组成的温控系统，自动清洗机构，以及整体电控系统，详见图1。

图1 自动摊晾机简图

2.1 基本工作原理

通过特定设备把酒糟输送到摊晾链板的入口端，并按一定的厚度铺洒在链板上方。链板按一定的速度向前输送。链板输送过程中，通过风机系统，从链板下方自下向上吹空气，空气通过链板上的孔穿过酒糟，与酒糟进行热交换，从而使酒糟温度逐渐降低至工艺要求的温度。在输送过程中，通过多组翻料机构翻拌酒糟，把上下层酒糟交换位置以及使酒糟更疏松，最终达到酒糟整体均匀降温。图2为自动摊晾机酒糟降温原理图。

图2 酒糟降温原理图

2.2 链板机构简介

链板机构主要用来输送酒糟，采用链板型式可以实现循环输送。在链板上均匀设置出一定直径的孔，用来流通空气，以便对酒糟进行强制风冷。通风孔的数量是影响通风效率的一个因素，开孔面积与链板面积比值为开孔率。开孔率越大，通风效果越好，但漏料也会越多。需要根据实际酒糟和工艺要求设定开孔率。链板基本结构见图3。

图3 链板主要功能结构

2.3 风机系统简介

风机系统主要用来给酒糟吹风强制降温。该系统包含若干个单元，每个单元主要包含风机、风箱、导风板这三个组件。可根据实际降温要求组合使用多个风机单元，并对所有单元的风量进行阵列控制，使酒糟温度最终满足工艺参数要求。在某些苛刻条件下，也可对风机增加冷风系统，加强降温效率。导风板的型式也会影响气流状态和效率，目前已经有设计试验过3种，可应用在不同场合。图4为单个风机系统单元的基本工作原理，常温空气经由离心风机吹入风箱内，气流在风箱内被导风板分隔成三个区域，并把风向改为向上吹，气流通过链板通风孔穿过酒糟。

图4 风机系统工作原理

2.4 翻料机构简介

翻料机构的作用是翻拌酒糟，把下层翻到上层，上层酒糟翻到下层，使酒糟降温更为均匀。同时翻料机构还有整平和疏松酒糟的作用，目的也是使降温更为均匀。翻料机构主要包含翻料叶片组、翻料主轴、驱动电机。通过调节电机速度，调整翻料机构的翻拌速度。对于酿酒工艺而言，翻料机构需做到柔性翻拌，不钝击、不挤压。图5为一种柔性翻料机构，创造性采用类似铁锹的铲料方式，锐口插入酒糟，并轻轻扬起翻拌，大大减轻对酒糟的破坏。目前已经发明3种翻料机构，均能很好地实现柔性翻拌，并根据不同的细节功能应用在多个场合。

图5 翻料机构

2.5 温度监测系统

在摊晾机的入口、出口以及每组翻料机构后各设置一组温度传感器，用于检测各个位置点的酒糟温度。每一组温度传感器由5个温度传感器组成，一字排开，其中3个采用接触式温度传感器(如热电阻式)，插入酒糟内部检测。2个采用非接触式温度传感器(如红外测温)测量酒糟表面温度。这种多点测量方式可以实时监测摊晾过程中不同阶段的酒糟温度，以便控制系统对风机系统和翻料机构进行调节处理。

2.6 控制系统简介

控制系统主要采用PLC控制方式和工控机数据分析处理，包含现场层信息采集感应器(如温度感应器、环境湿度感应器、风箱风速感应器等)、设备驱动单元(如链板电机调速变频器、翻晾电机调试变频器、风机风量调节变频器等)、控制层PLC和人机界面、以及数据储存分析工控机。

PLC采集各类设备参数和根据工艺要求控制设备运行，操作人员可通过人机界面对工艺参数和运行参数进行调节设置。PLC把各类参数数据传输至工控机，工控机软件进行数据存储分析，存储大量的运行参数后即可进行大数据分析，固化各种环境温度和不同类酒糟的经验运行参数，并在生产中自动调用参数和在线微调，做到智能化生产。

3 自动摊晾机的试验结论

在摊晾过程中会涉及如下设备参数：链板的输送速度、链板开孔率、风机系统的风量大小和分布、翻料机构的翻转速度。这些参数互相关联，会影响最终的摊晾温度。

3.1 试验参数选取

链板的输送速度：试验摊晾机设计的链板输送速度范围为35～175 mm/s，经初步测试，能保障较好酒糟厚度的速度范围为35～52.5 mm/s，因此选取此范围内做联动试验。

链板开孔率：因为加工工艺限制，链板通孔间隙不能小于2 mm。在此条件下，根据设计验证，链板通孔尺寸越小最大开孔率不会增加。比如通孔直径3 mm的最大开孔率约24.9%，而直径4 mm的最大开孔率约25.03%。另外，考虑孔越大，越容易漏酒糟，所以试验用通孔直径选择为4 mm。针对此条件下的三种开孔率链板参数如表1。

表1 三种开孔率链板参数

风机系统的风量大小和分布：参考人工摊晾床面积和摊晾时间，在10m长摊晾机上设置8个风箱和8台风机，其中4台风量为4000～4500 m3/h，另外4台风量为5100～6700 m3/h，后4台变频可调风量。风机采用左右交错分布，主要考虑左右吹风均匀。

图6 风机分布示意图

翻料机构翻转速度：设置范围为11.2～56 r/min。

按此参数范围设计制造的摊晾机在某浓香型酒厂经过一年多试验，经历了4轮发酵周期，最终产酒效果比人工方式有很大的提升，不仅满足了自动化生产要求，产酒率也提升了10%以上。此外，摊晾效率也有极大提升，由30min左右缩短到20～25min。相关试验结果参数见表2。

表2 人工摊晾和设备摊晾产量结果

4 结语

通过以上结构措施和联动控制，使酒糟降温梯度可控、降温均匀，减少糟醅料性破坏，降低糟醅起坨结块现象，生产效率也有较大提升，产量和质量也优于人工生产，能满足传统白酒的严谨工艺要求，为白酒酿造生产的自动化、智能化升级解决一个工艺难点，能为企业创造更好的效益。后续进行生产参数的积累，通过大数据分析，可逐步实现工艺参数的标准化，使传统生产经验得以数据化并可靠传承。