张晓敏
（太原酒厂有限责任公司，山西 太原 030001）
作为我国传统酒种的白酒，在国民经济产值中扮演了重要角色，截至2021 年底，我国白酒行业共完成利润总额818.6 亿元。然而，随着劳动力成本逐年攀升，传统酿酒工艺已无法满足行业发展需求，改进传统生产方式迫在眉睫。在行业竞争压力下，各大酒企必须加大科技创新力度，通过对生产过程中的机械设备进行技术改造来实现品质升级，从而提升产品市场综合竞争力。
白酒生产酿造过程大致可分为原粮粉碎、润糁蒸糁、加曲发酵、蒸馏取酒、勾调过滤、灌装出厂等，酿造工序流程如图1 所示。
图1 白酒生产酿造工序流程
受传统白酒酿造工艺的限制，我国白酒生产环节如蒸煮、发酵等重要生产过程中机械化设备参与程度较低，或仅能实现“人工+设备”的半机械化程度，在整个生产系统中所涉及的自动机械设备主要集中在物料运输、勾调灌装等首末环节中。
2.1 原料粉碎环节
2.1.1 工艺现状
原料粉碎粒度与后期发酵息息相关，同时，还要根据气候变化来调节粉碎粒度，如夏季稍粗，冬季稍细，更有利于发酵升温。传统企业通常使用对辊式粉碎机来进行原粮粉碎，其优点是结构简单、操作便捷，但其调节精度不高，且长期使用，对辊磨损严重，辊间间隙变大，影响粉碎粒度。鉴于以上原因，推荐使用锤片式粉碎机。
2.1.2 设备升级
1）结构原理（结构示意图如图2 所示）。锤片式粉碎机采用钢板焊接结构，电动机与粉碎机转子安装于同一底座，采用柱销联轴器直联传动；
转子经动平衡校验，可正反转，延长易损件的使用寿命，进料口上方设有磁选器，可防止混入物料的铁质损坏锤片及筛网，进料口下方设置进料导向机构，以适应转子不同转向的进料需求[1]。物料由进料口送入机内，经导向板从左或从右进入粉碎室，在高速旋转的锤片击打和筛板摩擦作用下，物料逐渐被粉碎，并在离心力和气流作用下，穿过筛孔从底座出料口排出。
图2 锤片式粉碎机结构示意图
2）技术参数：主要参数见表1。
表1 锤片式粉碎机主要技术参数
3）设备优势：安装便捷，振动小；
可正反转，使用寿命长；
可根据需要调节粉碎粒度；
筛板、锤片等易损件便于更换。
2.2 原料蒸煮环节
2.2.1 工艺现状
蒸粮环节中，要求甑桶能完成初蒸、复蒸等工序，这样才能在较大程度上保证产品口感的相对稳定性。目前多数酒企使用的传统常压蒸煮技术需要人工铺料、起料，劳动强度大，人工依赖度高，蒸煮时间过长，易出现物料受热不均等现象，且传统甑桶上粗下窄，上下口直径之比约1.14∶1，在蒸煮过程中四周蒸汽钻边现象较为严重。相比之下，新型旋转蒸锅实用性更强。
2.2.2 设备升级
1）结构原理（结构示意图见图3）。物料进入锅体后，蒸汽由进气管上的气孔排出，对物料进行加热。减速机启动后，物料在锅内翻转，蒸汽可对其进行充分蒸煮。当蒸汽压力达到设定值后，由排气管排出，减速机启动，锅体转到排水位，锅内水分由排水管排出。锅体旋转可使物料自动混匀，保证其受热均匀。
图3 旋转蒸锅结构示意图
2）设备参数：主要参数见表2。
表2 旋转蒸锅主要技术参数
3）设备优势：锅体采用食品级304 不锈钢材质，耐酸耐热；
双层结构，配有压力表和安全阀，安全可靠；
采用蒸汽热源，锅体受热面积大，热效率高，加热均匀，蒸煮时间短，加热温度自由可控；
锅体内设置有过滤网，避免出现粘锅现象；
采用齿轮减速机驱动，运转平稳，噪声低，可正转、反转、点动，可以在任意位置停留；
可自动起料，提升生产效率，降低人工劳动强度。
2.3 发酵环节
2.3.1 工艺现状
传统发酵容器为窖池、地缸，相应操作均由人工完成，劳动强度大，生产效率低。
2.3.2 设备升级
1）工序流程。目前，清香型白酒可采用不锈钢发酵槽车来代替地缸发酵。将酒醅装入槽车，用叉车将槽车转运至发酵仓库进行恒温发酵，发酵完成后再用叉车将槽车送入蒸馏工序完成酒醅上甑。
2）设备概述。不锈钢发酵槽车装置主要包括发酵槽车、微型振荡器、卡槽和泡沫填充物，其中，所述的发酵槽车的侧壁采用双层中空结构，由泡沫填充物填充，发酵槽车的底部为椭圆型，与侧壁之间夹角为15°～25°，并在底部的上表面镶有金属网格体，表面均匀涂覆有特弗龙涂层；
微型振荡器安装在发酵槽车的外侧底部，发酵槽车上部侧壁上设置有放置温度感应器的卡槽[2]。
3）设备优缺点。发酵槽车初步实现全机械化操作，极大降低人工劳动强度，恒温发酵，增强保温性，提高发酵率；
但设备需安装中央空调，保证发酵环境恒定温度，前期成本较高。
2.4 上甑蒸馏环节
2.4.1 工艺现状
上甑，就是将酒醅装入甑桶的过程。在传统工艺中，酿酒师借助撮箕将酒醅逐层铺入甑桶，即“见汽撒料，均撒匀铺”。由于依赖人工操作，劳动强度大，工作环境恶劣，最终成酒品质和产酒率因人而异，具有较高不稳定性。
2.4.2 设备升级
近年来，一些酒企开始尝试使用上甑机器人来完成该环节。常见的上甑机器人主要包括两种：抖动式和旋转式。前者在机械臂末端加装料斗，借助料斗的抖动来完成上甑铺料，后者借助升降及旋转机构操纵出料口旋转铺料。两者结构示意图分别如图4、下页图5[3]所示。
图4 抖动式上甑机器人结构示意图
图5 旋转式上甑机器人结构示意图
无论哪种机器人均采用红外热成像仪探汽。不过，由于蒸汽上升高度与酒醅表面温度之间的关系尚未确定（需通过复杂的数学建模方能实现），此外，甑桶壁采用不锈钢材质焊制，与酒醅相比，其导热系数要高出很多，极易引起上甑机器人误操作。因此，通过红外测温仪来确定蒸汽上升高度进而控制机械臂铺料的方案仍需进一步研究论证。所以，目前多数酒企在上甑环节仍以人工上料为主。
鉴于近年来AI 技术的深入发展，或许通过视觉传感器、深度传感器等智能设备的运用，可以让上甑机器人像人眼一样去探测蒸汽的分布，并提前探知上汽位置，从而控制机械臂实现均匀铺料。
2.5 原酒储存勾调环节
2.5.1 工艺现状
新产原酒需勾调进行降度处理，在调制过程中常采用电子汽车衡（俗称地磅）进行称重。由于储酒罐均按吨计量，体积庞大，所需地磅自然也要占据更多室内面积，导致车间空间利用率降低；
再者，长期使用过程中，一些杂物容易进入地磅间隙，影响称重精度，容易引起称重误差。近些年，一些企业采用体积小巧的电磁流量计来代替地磅进行流量计量，取得不错的实践效果。
2.5.2 设备升级
1）设备概述：电磁流量计由传感器和变送器两部分组成（结构示意图见图6）。流量计与介质接触的内腔部位为一个圆筒形直管，一对测量电极镶嵌在中部，呈对称分布，电极与介质间的部位为一对直径为6～10 mm 的圆饼状薄金属，其伸出部分厚度仅2～4 mm，几乎不影响流态的变化。该种内部结构，犹如一根普通圆筒形管道，不会产生任何压损，也不会被某些介质中的悬浮物及固态杂质所阻塞。
图6 电磁流量计结构示意图
2）技术参数：主要参数见表3。
表3 电磁流量计主要技术参数
3）设备优势：测量精准度高；
采用抗干扰技术电源设计，有效过滤外界电源噪声；
良好适应性，可同时测量流体温度、密度、体积流量等参数；
体积小巧，安装灵活，可选择一体式或分体式安装。
2.6 白酒灌装灯检环节
2.6.1 工艺现状
灌装线中的灯检环节，是保证成品合格率的重要一环。目前多数酒企均采用荧光灯检机，由质检员肉眼监测来判断产品是否合格，模式简单，人工出错率高。近年来，一些企业开始使用全自动灯检机来代替人工灯检。
2.6.2 设备升级
1）设备概述：全自动灯检机集光源发生系统、视觉识别系统、图像处理系统、计算分析系统、高精密机械制造于一体，采用机器视觉技术，模拟人眼对产品的监测，拍摄生产线上的产品，采集图像，然后对其进行分析检验，最终对产品质量做出判断。
2）技术参数：主要参数见表4。
表4 全自动灯检机主要技术参数
3）设备优势：可对产品多方面进行监测，如外形、液位、液体杂质等；
自动化程度高，可靠性及检测精度高，节约人力成本。
本文针对白酒传统固态发酵酿造工艺的各个工序，逐一进行局部设备升级论证。粉粮环节用锤片式粉碎机代替对辊式粉碎机；
原料蒸煮中，采用旋转蒸粮锅来取代常压蒸煮；
上甑环节尝试使用上甑机器人来代替人工铺料；
发酵环节则使用发酵槽车来代替地缸发酵；
称重计量环节，用电磁流量计取代庞大笨重的电子汽车衡；
最后在白酒灌装灯检环节，采用全自动灯检机来代替人工灯检，提高产品合格率。各环节中升级设备既可单独现场操作，也可通过自动控制系统进行有机衔接，实现远程控制和监控，最终实现连续性、机械化生产，自动化控制，节省大量人力，极大提高生产效率。