清香型白酒机械化酿造车间设备布局与应用

杨金玉，陈兴杰，程 伟，杨牢记，王法利，郝 标，薛锡佳，潘天全

（安徽金种子酒业股份有限公司，安徽阜阳 236023）

中国白酒的酿造历史悠久，具有时代特点。随着我国经济和社会的不断发展，“绿色、低碳、环保”等理念越来越受到重视。当前，机械化和自动化设备逐渐应用于白酒酿造生产领域，提高了酿酒行业的机械化效率，降低了劳动强度，提高了生产效率。依据酿造工艺工序，清香型白酒的机械化酿造车间各功能设备基本实现了有效合理布局，辅以计算机程序控制，有效促进了酿酒车间的布局更加科学合理。对酿造区域的集中规划与合理布局，避免了复式机械化的设计模式，有利于降低设备及其附属设施的资金投入和投资风险。依据白酒酿造过程的分工段分流程作业，开发与生产应用的全自动化清香型白酒酿造生产设备，基本实现了整个酿酒过程的全自动化，确保了各工艺环节的稳定有序，有利于稳步提高原酒的品质与产量。现代设备与传统酿造工艺的结合，在提升白酒品质的基础上，有利于逐步实现白酒酿造行业的“绿色、低碳、环保”。本文结合生产实践，从小曲清香型白酒机械化酿造车间的工艺流程、设备布局、关键工序等方面，分析与探讨了机械化酿酒的主要设备及其特点，以期为白酒行业的机械化发展提供参考。

1 小曲清香型白酒机械化酿造的工艺流程

1.1 工艺流程（图1）

小曲清香型白酒机械化酿造生产工艺流程主要包括：原料储存、粮食蒸煮、摊晾加曲、堆积糖化、粮糟混合、入槽发酵、上甑吊酒等。白酒机械化酿造的工艺原则主要包括：（1）保持白酒基本风味不变的前提下，进一步提高生产效率，减轻劳动强度，改善生产环境等；（2）以产酒质量、风格、出酒率等为主要依据，作为推广应用机械化酿酒工艺和设备的重要前提。如图1 所示，小曲清香型白酒的机械化酿造设备主要包括：卧式加压蒸粮锅、摊晾输送机、斗式提升机、刮板输送机、行车、直立醅糟混合搅拌机、上甑机器人等设备及其附属设施。

图1 固态小曲清香型白酒的机械化酿造工艺流程图

1.2 原料储存

原粮存储是酿酒工艺的起点，主要包括原粮的存放和输送，粮仓根据生产计划预存制酒和制曲的原粮，原粮由粮仓投料口经链板、绞龙、管道等，分别逐步进行输送、洗粮和泡粮等工序，最后传送至原粮的蒸摊工位及相关设备。酿酒原料粉高粱等通过自卸车运输到车间内带有负压除尘的卸料地坑，经斗提机提升到粮食缓存计量罐，卸料时根据计量到达润粮仓。各计量点设缓存罐和高、低料位检测，发出需求信号和终止供料信号，自动启动对应段输送给料，实现自动化配送，用料点配套计量装置、在线加料。

1.3 原料蒸煮摊晾

通过泡粮、蒸粮和摊晾等工序，粮食内部的淀粉得到充分糊化，并输送到培菌糖化工序。自动化泡粮设备的水液位、水温、各设备运行状态等信息实时上传至中央控制系统存档，中央控制系统可进行参数设置。原粮进入润粮机后，开启润粮供水系统，润粮供水系统安装有温度检测、液位计量、流量检测，可以实现定量自动润粮。采用集中回转式压力翻转甑，该蒸锅为微压蒸煮，锅盖型式为牙嵌式，承压可靠，密封良好，克服了常规的敞口蒸粮耗汽量大、蒸煮时间长、效率低、环境能见度低、易产生安全隐患的不利因素。蒸煮摊晾后的粮醅再通过布料机边加曲边布料将粮醅放置在糖化床上，再进行粮醅的控温堆积糖化。当前，实现润粮配料工序的数字化管控所需设备主要由JWB 一体化温度变送器、CWC 动载称重模块、数显流量计和PLC 控制器等部分构成，主要工艺控制参数包括润粮水的温度和用量，料配比等。

1.4 培菌糖化

培菌糖化工序的设备主要包括布料机和培菌糖化床，原料蒸摊通过传送带输送至培菌糖化床时，边加曲边均匀布料至培菌糖化床上，糖化床处于恒温恒湿培菌室内。电脑控制培菌室内的温度、湿度以及通风量，保证酿酒微生物生长繁殖。培菌糖化结束后，将粮醅输送至混合工位与蒸馏摊晾后的酒醅混合，添加曲粉混合均匀，入槽发酵。

1.5 上甑馏酒

上甑馏酒工位区域主要包括酒醅上甑、蒸馏摘酒、酒醅摊晾与粮糟混合等。酒醅由发酵管理区出库并传送至上甑馏酒区，上甑过程中，机器人通过红外热成像仪测量酒醅表面温度，实现“探汽上甑”。酒蒸汽通过循环水（或风冷）冷却器实现冷凝摘酒。蒸酒后，部分糟醅摊晾后与培菌糖化后的粮醅、曲药等配比混合，经摊晾降温后，再入槽发酵，另一部分糟醅作为丢糟。

1.6 入槽发酵

经摊晾降温后的粮糟投入发酵槽车中，应用码垛机器人及叉车相配合完成发酵槽车的入库、摆放和出库等。发酵库可实现多层控温设置，由发酵管理系统统一管理，发酵槽车均采用RFID 识别技术，根据入库时间分区摆放，通过RFID 自动识别记录位置信息和发酵时间等。每台发酵槽车中均配置有多组传感器阵列，可以有效监测发酵过程中粮糟的温度变化，并根据上甑馏酒区的需求，遵循“先进先出”原则，实现发酵槽车按照发酵时间及顺序出库。

2 小曲清香型白酒机械化酿造的主要设备布局

相比传统酿造车间，现代化的小曲清香型白酒机械化酿造车间各自动化机械设备均布局在酿造车间内，采用环形链状生产线，通过计算机程序控制，使车间布局合理。小曲清香型白酒机械化酿造车间的关键设备主要涉及蒸煮一体机、链板输送机、培菌糖化床、上甑机器人等。

2.1 蒸煮一体机

作为粮食原料蒸煮处理设备的蒸煮一体机，主要由锅体组件、传动组件、进(放)料口组件、排气管组件、排水管组件、进汽管组件、滑动轴承、主轴等部分组成。预处理后的粮食等物料通过进(放)料口投入锅体，蒸汽通过进汽管通入锅体内，通过管道上设置的蒸汽孔实现对物料的加热。随着蒸汽压力的提高，锅体内的空气通过排气管排出，开动减速机旋转半周，将锅体内的水通过排气管排出，开启传统部分的驱动减速电机以带动蒸粮机旋转，此时，物料混匀并均匀受热，提高了蒸煮效果。蒸煮一体机是白酒酿造前端工序的重要设备，该设备布置在车间的最顶端，与润粮区输送粮食管道相连接，对应配置有蒸汽管道、输水管道等。蒸煮一体机应安装在一定高度的固定架上，方便其上下旋转蒸料以及蒸煮糊化后粮醅的输送。

2.2 链板输送机

作为物料运输配送的链板输送机主要由链板、支架、电机等组成，主要分布在蒸煮区与糖化区、糖化区与粮糟混合区、粮糟混合区与上甑馏酒区之间。粮食蒸煮工序完成后，粮醅经链板输送机输送到温控摊晾机，首先实现粮醅的摊晾降温，再将曲药与粮醅均匀混合。该设备的应用，在保证传统酿酒工艺的基础上，有利于温度、加曲量等工艺参数的调整控制。糖化结束后的粮醅通过链板输送机输送到粮糟混合区，与糟醅混合后，再输送到入箱操作区。

2.3 培菌糖化床

培菌糖化床主要由布料机、糖化床、换热器、风阀、空调主机、风道、风机等组成。物料通过链板输送机进入布料机内部后，由布料机进行均匀布料。通过空调主机、换热器及风道等的共同作用，实现温度的有效调控，为堆积糖化微生物的生长创造了合适的温度和湿度。糖化结束后，对粮糟混合物料进行搅拌。堆积糖化培养完成后，通过出入曲绞龙的反转，结合链板输送将粮糟从出料滑道输送出去。培菌糖化床是对糊化后的粮醅进行培菌糖化，是白酒酿造中端工序的重要设备，培菌糖化床安置于相对密封箱体内，类似于房子形状且所占场地较大，考虑到入房粮醅温度问题，培菌糖化床布置在车间中段，且与蒸煮一体机合理设置一定的间距。

2.4 上甑机器人

上甑机器人是白酒酿造末端工序上甑馏酒区的重要设备，主要由机器人本体、控制系统和视觉系统等部分组成。在电脑编程的设置及控制下，通过上甑机器人视觉系统对甑桶内的蒸汽情况进行判断，依据是否漏气以实现机器人的相应操作，并到达漏气点位置进行酒醅的抛洒（上甑操作）；同时，视觉系统可以实时监控甑桶内料面的高度，当机器臂撒完一层醅料时控制机器臂上升，再进行下一层物料的抛洒，逐步实现对整个甑桶的上甑操作。上甑机器人属于上甑馏酒区设备，与甑锅配套使用。

3 小曲清香型白酒机械化酿造的关键工序分析

3.1 蒸煮、摊晾及输送

图2 清香型白酒酿造车间泡粮蒸粮设备的集中区域（泡粮蒸粮一体机）

清香型白酒酿造的传统蒸粮工艺通常是将原粮放入酒甑内完成泡粮、初蒸、焖水、复蒸等工序，存在劳动强度大、人工需求多、蒸煮时间长等弊端。泡粮蒸粮一体机的水液位、水温、各设备运行状态等信息实时上传至中央控制系统存档，并可由中央控制系统进行参数设置。原粮进入泡粮蒸粮一体机后，开启润粮供水系统，润粮供水系统安装有温度检测、液位计量、流量检测，可以实现定量自动润粮，再进行蒸粮操作。当前，采用泡粮蒸粮一体机完成蒸粮操作，通过提升机、板链输送机的应用，降低了劳动强度，减少了蒸煮时间。蒸粮后通过摊晾机进行摊晾降温，通过加曲机加曲后进入糖化区进行堆积糖化。

3.2 堆积糖化及入槽发酵

粮醅加曲后进入糖化床，在糖化间或堆积糖化床进行粮醅的糖化工序，可有效降低感染杂菌概率。如图3 所示，该堆积床系统占地面积小、布局合理，可以实现自动操作、自动测温、自动恒温、自动翻料降温、自动清料清洗等过程，无漏料现象，具有保温功能，其中，自动测温主要包含床底温度控制、环境温度控制、强排风及循环、新风系统等部分。该堆积床系统内部确保有合适的层间距，方便人员进行清理和检修，链板正反面间留有方便的检修口及平台走道。堆积床系统的上层空间、下层空间及链板间均设置有消杀装置（UVC 紫外灯，IP68级别外壳防护）。

图3 堆积糖化床与不锈钢发酵糟实物图

在确保高粱开口率达标且麸曲接种正常后，粮醅投入堆积糖化床并进行控温糖化，其后再出床与摘酒完成后的酒糟混合拌料，通过链板输送机摊晾，摊晾后入发酵槽进行15～20 d 的密封发酵。发酵槽为不锈钢槽，采用食品级密封条密封，不锈钢发酵槽可上下堆积，有效利用立体空间。密封发酵完成后对达标的发酵槽内酒醅进行蒸馏摘酒，摘酒完成后的酒糟，丢一部分续糟留一部分，继续完成糖化后的拌料入不锈钢发酵糟，再进行密封发酵。

3.3 机器人上甑

酒醅上甑机器人主要包含上甑机器人本体及控制系统，上甑机器人周边辅助设备控制系统（如图4 所示，包括前段物料输送设备控制、甑体翻转控制、甑盖翻转控制、热源识别、红外测距、超声波探测料层高度、工作面探测等）、上甑机器人蒸汽及辅料控制（仅包括蒸汽流量控制、冷凝水阀控制），上甑机器人自清洁系统等部分。配套设备均带有可电动控制的仪表、阀门、变频器等，前端物料输送设备带有变频器控制，甑盖和甑锅有可自动控制的开关或阀门，蒸汽和冷凝水供应阀门由电信号自动控制。整个上甑工作过程简单易操作且安全指数高，做到了自动上甑，一台上甑机器人能负责两个酒甑，如图5所示。

图4 酒醅上甑机器人及其配套酒醅输送设备

酒醅上甑机器人工作过程中各轴联动，自动接送配好的酒醅，并通过机器人模拟人工完成自动化上甑操作，达到人工上甑技术水平，实现探汽上甑。具有结构紧凑、高输出、响应快、高可靠性等特点，从而使上甑机器人本体紧凑灵活，具有更好的稳定性和较高的重复定位精度，无需人工辅助，可以有效达到减员、增效、增产、提质、减少酒尾等目的。

如图5 所示的酒醅上甑机器人及其上甑平台实物图，装甑接酒系统的配套设备可以收集蒸酒和蒸粮放散蒸汽，回收的热量用于加热水和酿造用水，充分利用了能源，避免浪费。酒甑蒸酒过程中，酒蒸汽经过汽管，先进入到余热回收器将热量充分回收，然后再进入到风冷冷凝器将其冷却成酒液。余热回收器为列管式换热器，酒蒸汽走壳程，循环水走管程，两者在内部充分换热，可将酒蒸汽冷凝成液体和部分气体，循环水温度可被加热至30～40 ℃。加温后的循环水与蒸粮废气进行充分热交换，水温可以加热到60～70 ℃，可用于润料和高温堆积床的保温等工序。

图5 酒醅上甑机器人及其上甑平台实物图

4 总结

机械化、自动化与智能化是白酒行业重要的发展趋势，提升装备水平是酒业转型升级的关键驱动力，是白酒酿造领域的重要研究方向与趋势。清香型白酒酿造生产中采用独特的不锈钢发酵罐，发酵周期短、原料出酒率高、原料入池频次高、工作量大。传统的人工上甑需耗费大量的人力，工作效率低，耗时长。相对于传统酿造工艺，机械化设备的应用有效解决了人工不足的问题，提高了工作效率，同时有利于确保清香型白酒在产酒质量、出酒率等方面指标的稳定性。机械化设备的应用，降低了劳动强度，但自动化控制还需要人员操作，在人机联动提高效率与协调性上仍存在不足。推动酿酒装备的发展有利于增强白酒品质安全的保障能力，为酿酒行业的健康绿色发展做出积极贡献。