白酒固态发酵机械化起窖装置的设计与应用

程 伟，李 娜，张 杰，潘天全，刘坤芳，彭 兵

（安徽金种子酒业股份有限公司，安徽阜阳 236023）

中国传统白酒以天然微生物接种、固态糖化发酵、固态甑桶蒸馏等特殊工艺成为世界六大蒸馏酒之一；其中，浓香型白酒的产量约占白酒总产量的70%，是中国传统白酒的主体产品[1]。由于中国白酒传统酿造工艺的神秘性、多因素性、不确定性等因素根深蒂固，导致白酒酿造生产的机械化水平相对较低，其劳动强度大、操作环境差、招收工人难等负面影响较为明显，不符合国家有关节能减排以及食品安全的某些要求及规定。因此，白酒酿造的机械化、自动化、数据化等是中国白酒发展的必然之路；其中，实现浓香型白酒的酿酒机械化是中国白酒酿酒机械化的关键所在，可以有效推动其他香型白酒酿酒机械化进程，将是今后白酒酿造机械化领域的重要研究方向与趋势。当前，白酒酿造领域固态小曲清香型白酒酿酒生产过程中的机械化、智能化程度相对较高，提高了劳动效率，降低了劳动强度，同时避免酒糟运输过程中的物料撒落浪费等；但在浓香、酱香等其他香型白酒的酿造生产过程中的机械化、智能化程度相对较低，其酿酒生产的劳动强度依然较大。本文分析与探讨了一种白酒酿酒用固态发酵机械化起窖装置，其应用在浓香型白酒酿造车间，起窖装置在窖池上方运动，可实现从窖池中分层挖取出酒醅，完成酒醅的起窖出池操作，该装置结构简单并可以有效解决人工起窖劳动强度大等问题。

1 机械化起窖装置的设计目的及其分析

1.1 设计所要解决的技术问题及其有益效果

为满足便于与传统手工操作的手推车相结合使用，适用于传统的老式酿酒车间厂房空间及布局，避免使用吊装机器，减轻了人工起窖的劳动强度等要求，设计并制造一种白酒酿酒用固态发酵机械化起窖装置，完成发酵酒醅的出池操作。该机械化起窖装置具有如下特点：（1）工作效率高，针对酿酒车间每班次每窖池大约3 t 酒醅的出窖操作，应用该机械化起窖装置每条窖池酒醅的起窖操作只需要2 人约0.5 h，与3 名工人配合挖出每条窖池酒醅需要1.5 h左右相比较，效率大约提高了3倍；（2）环保卫生，不会对环境和物料造成污染，酒醅直接由进料口入由出料口倾出未接触铁锹，缩短了工人进入窖池内部操作的时间，同时挖料刮板槽还对酒醅起到搅拌、疏松的作用，有利于后期蒸馏出酒；（3）该机械化起窖装置整体结构简单，易于操作和维护，酒醅起窖过程只需要2 名工人配合操作，降低了工人的劳动强度。

1.2 工作原理及其主要结构特点

白酒固态发酵机械化起窖装置，其主要包括：横向导轨、纵向导轨、主机架、次机架、出醅装置；其中，出醅装置主要包括挖醅进料装置、输送装置、电机三、转向装置、出料装置等。横向导轨可以在纵向导轨上移动，主机架设置在横向导轨上，出醅装置设置在主机架上，主机架可以在横向导轨上移动。挖醅进料装置为动力驱动的挖料刮板槽，次机架底部设有移动滚轮可实现起窖装置的移动。出醅装置的传动装置由减速电机三带动并设置在出醅装置的顶部，出醅装置设置有升降机构，可以实现出醅装置的上下位移。紧固装置设置在次机架上，可以实现次机架的稳定。所述的出醅装置中的输送装置为动力驱动的链板结构，挖料刮板槽均匀设置在输送装置的链板结构上。横向导轨在纵向导轨上的移动由减速电机经链轮传动驱动，主机架在横向导轨上的移动由减速电机经链轮传动驱动，出醅装置通过液压装置或齿轮齿条装置实现在主机架上的升降。

该机械化起窖装置的主机架上端设置有电机驱动的上端链轮，下端悬空设置有下端链轮，减速电机通过上端链轮带动下端链轮旋转输送装置，在上端链轮处设置有出料装置。挖料刮板槽伴随酒醅输送装置旋转提升至出料口处倾倒出酒醅进入主机架上放置的手推车内。手推车放置在主机架上出醅装置出料口的一侧，并置于出料口下方；其中，横向导轨上设置有手推车放置槽位。酒醅输送装置为动力驱动的链板结构，挖料刮板槽均匀设置在输送装置的链板结构上，挖料刮板槽两端链板后侧设置有转向轮轨道，在挖料刮板槽挖料的一侧边沿均匀设置有锯齿状结构。出料装置的转向装置设置有转向轮，并在输送装置的链板结构两端的后侧设置有转向轮轨道，实现酒醅输送装置的纵向输送与水平输送的转换。

1.3 结构分析及其运行模式

图1 为固态发酵机械化起窖装置的结构示意图[2]。可知，机械化起窖装置主要由横向导轨1、纵向导轨2、主机架3、次机架4、出醅装置5、手推车6、窖池7 构成；横向导轨1 包括手推车放置槽位1-1、横向联动装置1-2，纵向导轨2 包括纵向联动装置2-1，主机架3 包括液压装置3-1、电机二3-2，次机架4 包括滚轮及紧固装置4-1、电机一4-2，出醅装置5 包括挖醅进料装置5-1、输送装置5-2、电机三5-3、转向装置5-4、出料装置5-5、转向轮轨道5-6、挖料刮板槽5-7。

图1 固态发酵机械化起窖装置的结构示意图

机械化起窖装置的横向导轨1 可以在纵向导轨2 上移动，主机架3 设置在横向导轨1 上，出醅装置5 设置在主机架3 上，主机架3 可以在横向导轨1上移动。挖醅进料装置5-1 为动力驱动的挖料刮板槽，次机架4 底部设有移动滚轮及紧固装置4-1，可实现起窖装置的移动与次机架的稳定。出醅装置的传动装置由减速电机三带动并设置在出醅装置5 的顶部，出醅装置5 设置有液压装置3-1 的升降机构，可以实现出醅装置5 的上下位移。出醅装置5 中的输送装置5-2 为动力驱动的链板结构，挖料刮板槽均匀设置在输送装置的链板结构上。横向导轨1 在纵向导轨2 上的移动由减速电机二3-2经链轮传动驱动，主机架在横向导轨上的移动由减速电机一4-2 经链轮传动驱动，出醅装置通过液压装置3-1 或齿轮齿条装置实现在主机架3 上的升降。

图2 固态发酵机械化起窖装置的侧视图

由图2，图3 可知，机械化起窖装置的主机架3上端设置有减速电机三5-3 驱动的上端链轮，下端悬空设置有下端链轮，减速电机三5-3 通过上端链轮带动下端链轮旋转输送装置5-2，在上端链轮处设置有出料装置5-5。挖料刮板槽伴随酒醅输送装置5-2 旋转提升至出料口处倾倒出酒醅进入主机架3 上放置的手推车6 内。手推车6 放置在主机架3 上出醅装置出料口的一侧，并置于出料口下方；其中，横向导轨1 上设置有手推车放置槽位1-1。酒醅输送装置5-2 为动力驱动的链板结构，挖料刮板槽均匀设置在输送装置的链板结构上，挖料刮板槽两端链板后侧设置有转向轮轨道5-6，在挖料刮板槽挖料的一侧边沿均匀设置有锯齿状结构。出料装置5-5 的转向装置5-4 设置有转向轮，并在输送装置5-2 链板结构两端的后侧设置有转向轮轨道5-6，实现酒醅输送装置5-2 的纵向输送与水平输送的转换。

图3 固态发酵机械化起窖装置的俯视图

2 机械化起窖装置的生产应用分析与探讨

固态发酵白酒的发酵容器主要采用窖池、地缸、发酵槽车等多种形式[3]，窖池是通常采用黄泥、条石、砖、水泥和木材等材料建成的长方形或正方形发酵容器,一般深1.5 m 左右；地缸是用陶土烧制或者金属材料制成，一般埋在地下，缸口露出地面；发酵槽车等立式发酵设备多应用于清香型白酒的发酵，可以根据生产需要设计不同的规格。目前，对窖池的起窖（又称出酷）操作，普遍采用行车抓斗或是人工操作，其中，行车抓斗操作存在较难做到分层出窖的弊端，人工操作，劳动强度大，并且效率低[4]。

2.1 固态发酵白酒机械化酿酒车间的行车操作

行车是酿酒车间机械化进程中的关键设备，行车的出现代替人工完成出窖、入池整个流程，相较于传统人工使用手推车与铁锨进行物料的运送与起窖，行车操作只需一人，操作人员与地面工作人员通过手势或通话器进行沟通来完成整个酿酒过程中的窖皮泥的剥离或覆盖、酒醅起窖、物料混合、粮醅入池等操作。

目前，固态发酵白酒机械化酿酒车间使用的行车分为天行车与地行车。如图4 所示，酿酒机械化车间使用的行车设备（图4a：地行车、砖窖；图4b：天行车、泥窖）；其中，天行车的车轨铺设于车间顶部，配有抓斗与操控室，主要用于酿酒车间出、入池等操作[5]。天行车的操作步骤主要包括：（1）行车开车前应认真检查设备机械、电源部分和防护保险部分是否完好；（2）粮醅入窖发酵过程中行车工操纵行车将堆积好的物料通过抓斗运送到发酵池内；（3）发酵完成出池，行车移动到发酵池上方，利用抓斗将发酵粮醅从窖池内挖出运送到粮醅指定堆积位置进行蒸醅馏酒，重复此动作；（4）馏酒后，利用同样的方法起糟，运送到酒糟堆放处。行车的使用解放了劳动力，节省了大量时间及提高了工作效率，但同时也要注意其操作过程中的一些安全问题，行车与轨道各连接点必须时常检查，定期对轨道各螺丝部件进行牢固，以防松动；起吊过程中不能超负荷，过载容易引发钢丝绳断裂；在操作行车时，地面工作人员禁止站在抓斗下方等。

图4 酿酒机械化车间使用的行车设备

2.2 固态发酵白酒机械化酿酒车间的起窖装置操作

传统发酵酒醅的起窖方式多使用人工出醅，存在劳动力需求量大、出醅效率低且耗费时间等缺陷，随着企业用工成本的增加、技术的进步等使白酒机械化酿造成为行业发展的趋势[6]。固态发酵白酒机械化酿酒车间的主要设备包括：自动上料计量系统、自动物料输送系统、自动上甑馏酒系统、自动加曲晾米查系统等部分。酿酒车间机械化的使用较人工操作简单快捷，提高了工作效率，但同时机械化设备也存在着一些问题。在白酒酿造机械化生产工艺、设备布置、车间设计等的生产实践中，白酒酿酒机械化进程中需要注意的问题主要有：（1）卫生问题，物料经过糊化后黏度增大，会附着在设备上导致清理困难；物料输送过程中有物料漏料、抛撒等现象，增加了原料浪费及清扫频率多等问题；（2）安全问题，酿酒生产车间在蒸粮出酒过程中产生大量蒸汽，潮湿的环境加速了生产设备的锈蚀、电器容易出现故障；蒸汽降低了能见度，行车运行、人员走动等存在安全隐患；（3）设备使用问题，酿酒设备在使用中如上甑、晾米查、出池入窖等存在设备不够完善，连续性衔接有待提高，仍需人工辅助操作等；（4）人员文化水平问题，由传统的手工操作转型发展为机械化生产，机械设备的操作、维护及故障等问题，要求生产操作人员具备一定的文化知识、专业素质并进行相关的设备知识培训等。

固态发酵机械化起窖装置与传统手工操作的手推车相结合使用，在发酵酒醅的出醅过程中该起窖装置具有操作简单、节省劳动力、耗时少、工作效率高等优点。固态发酵机械化起窖装置的的使用操作步骤主要包括：（1）剥离窖皮泥后，将起窖装置通过窖池的池梗路移动到窖池上部方便出醅的合适位置处，设置并固定次机架上的紧固装置，可以实现次机架的稳定；（2）电机二启动将主机架移动到靠近窖池边沿的位置，将手推车放置在其槽位内，并置于出料口下方；（3）调节电机一、电机二，可以调整主机架在次机架上的相对位置，以实现将主机架、挖醅出料装置等定位在窖池平面的不同位置；（4）电机三启动挖醅出料装置缓缓下移运行进入发酵池中挖取酒醅；（5）挖料刮板槽通过输送装置将酒醅输送到上端经出料装置进入手推车中；（6）横向导轨可以在纵向导轨上移动，主机架设置在横向导轨上，出醅装置设置在主机架上，主机架可以在横向导轨上移动，以调整起窖装置的位置，完成窖池不同部位酒醅的出池操作。

图5 传统固态发酵酿酒车间机械化改造后的主要设备布置图

传统的老式酿酒车间，其厂房高度有限不适用于天行车的操作，其窖池布局不规则、池梗路较窄等。如图5 所示，传统固态发酵酿酒车间机械化改造后的主要设备布置图，适用于传统的老式酿酒车间厂房空间及布局，避免使用天行车等吊装设备，而采用机械化起窖装置并结合手推车使用以实现发酵酒醅的出池，尽量减轻人工起窖操作的劳动强度等。机械化起窖装置的出醅装置，其优点在于以挖料刮板槽为主要构件的提料机构可以完成酒醅的出池起窖操作，避免使用铁锹。由于发酵酒醅具有黏性大、酸度大等特性，可能造成提料机构的堵塞、腐蚀及清理困难等，所述的出醅装置的挖料刮板槽等构件均采用不锈钢材料，挖料刮板槽通过输送装置将酒醅输送到上端经出料装置进入手推车中。出醅装置中的输送装置为动力驱动的链板结构，挖料刮板槽均匀设置在输送装置的链板结构上，避免采用以蛟龙为主要构件的提料机构，以免造成堵塞及清理困难等问题。出醅装置的传动装置由减速电机三带动并设置在出醅装置的顶部，出醅装置设置有升降机构，可以实现出醅装置的上下位移，以完成窖池不同深度酒醅的挖取操作。

3 讨论与总结

中国白酒的机械化酿造是历史必然，酿酒机械化在保持传统工艺优点的基础上，不断汲取现代技术方法，利用机械设备完善工艺操作，机械化酿造车间降低了劳动强度，提高了生产效率[7]。传统手工酿造环境卫生差，存在食品安全隐患，机械化设备采用密闭、整体的方式进行生产，避免了酒质被污染，保证了食品的安全性[8]。本文设计应用的固态发酵机械化起窖装置与传统手工操作的手推车相结合使用，采用液压装置与滚轮装置驱动挖料刮板槽达到自动从窖池中分层提取出酒醅的目的。该机械化起窖装置尤其适用于传统的老式酿酒车间厂房空间及布局，避免使用吊装机器，减轻人工起窖劳动强度等。相较于酿酒物料的上料系统、白酒灌瓶包装、酒厂污水处理等的机械化，制曲、酿酒、勾兑等的全面机械化还有很长的路要走，对机械化起窖装置的研究还需进一步加强，不断使操作工艺完善、优化、升级等是白酒企业的发展之重。