高效节能白酒酿造机械设备的研究与实践.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 10 日 作者简介：吴康（1990），男，汉族，四川叙永人，本科，机械工程师，研究方向为白酒机械化智能化酿造。-80-高效节能白酒酿造机械设备的研究与实践 吴 康 易晓刚 罗 伟 泸州市慧江机械制造有限公司，四川 泸州 646003 摘要：摘要：随着全球经济的发展，中国白酒产业迎来了前所未有的发展机遇。据统计，中国白酒消费市场已经占据了全球的 40%以上，产值与税收均占了中国酒业的绝大部分。与此同时，白酒行业也在不断创新发展，不断探索绿色生产、低碳环保的新技术和新模式。因此，对酿酒企业来说，在提高白酒酿造效率的同时，降低能耗、减少环境污染和保护生态环境，已成为迫切需要解决的问题。另外，在国际竞争的背景下，通过高效节能的机械设备提高生产效率，减少成本，更好地适应市场需求，具有十分重要的意义和应用前景。基于此，本文就高效节能白酒酿造机械设备的研究与实践进行了分析，以期能够为白酒酿造企业的可持续发展提供坚实技术支持。关键词：关键词：白酒酿造设备；高效节能；研究 中图分类号：中图分类号：TS262.3 0 引言 在白酒生产过程中，传统白酒酿造能源消耗大，污染严重，不利于发展可持续制造和保护生态环境，因此传统手工操作已经被高效节能的机械设备所替代。新型白酒酿造机械设备可实现全自动化及智能化管理，能够极大地提高生产效益、降低企业的生产成本。然而，这些机械设备对能源的需求量巨大，如何减少其耗能量并提高其利用效率，成为当今亟需突破的技术难题，探索高效节能的白酒酿造机械设备，是提高白酒生产效率、降低成本和保护环境的必然选择。1 传统白酒酿造机械设备应用现状 白酒生产酿造过程大致可分为原粮粉碎、拌和上甑、蒸馏取酒、出甑摊凉、加曲发酵、储存勾调等，酿造工序流程如下图 1 所示 图 1 白酒生产酿造工序流程 在传统白酒酿造生产工艺的影响下，国内大多数酿酒企业的白酒生产环节普遍存在机械化设备参与程度较低，或仅能实现“人工+设备”的半机械化程度的问题，尤其是在蒸煮、发酵等重要生产过程仍旧是人力控制，全面实现机械化的环节一般知识集中在物料运输或者勾调灌装等首末环节中，这也使得物料运输或者勾调灌装等机械设备的应用比较普遍，对于全过程的机械设备应用还存在较大的限制1。例如，酱香型白酒生产工艺为，制曲、制酒、贮存、勾兑、检验、包装六个环节。整个生产周期为一年，端午踩曲，重阳投料，酿造期间九次蒸煮，八次发酵，七次取酒，经分型贮放，勾兑贮放，五年后包装出厂。两次投料、固态发酵、高温制曲、高温堆积、高温摘酒等特点，由此形成独特的酿造风格。如概括泸州老窖工艺的特点为三高三长、季节性生产。另外，传统白酒酿造机械设备在生产过程以燃煤、重油等污染能源为主，而且传动机构缺乏智能控制和管理，耗能现象比较严重，对环境产生较大的影响，而且白酒生产环境一般潮湿、废气多、温度高，长时间操作会损伤工人身体。传统生产模式也难以对产品质量进行有效检测和控制。为了有效缓解传统白酒酿造机械设备存在的一系列问题，并为提高传统白酒的生产效益，降低其对环境的污染提供方案，实现高效节能已经成为紧迫的任务。高效节能是通过科技创新、机械设备优化等方式实现节能的一种手段，其比较突出的优势就是应用先进的控制软件，如 PLC、DCS 等，控制白酒酿造机械设备生产流程中的参数，减少误差和资源浪费，实现节能可以提高工作效率、保证生产质量，而且还可以运用智能传中国科技期刊数据库 工业 A-81-感器技术，对整个生产流程进行实时监测，实现灵活的调整和故障的诊断与排除。由此可见，高效节能白酒你酿造机械设备的研究与应用势在必行。2 高效节能白酒酿造机械设备的研究 2.1 设备节能技术（1）智能控制技术 智能控制技术利用先进的控制算法和系统，实现对白酒酿造机械设备的智能化控制和管理，以提高能源利用率和生产效率。在白酒酿造设备的运行中可以实现以下功能，一是智能运行，智能控制技术可以根据酿造过程中的参数变化，自动调整设备的运行策略，比如就可以根据温度、湿度、压力等参数的实时监测数据，调整设备的工作模式和运行参数，以减少能源浪费和提高生产效率；二是功率平衡控制，智能控制技术可以对酿造设备的功率进行平衡控制，避免过剩或不足的能源消耗，通过对设备的负载和能源供给进行实时监测和调节，实现最佳功率平衡，从而节约能源2；三是故障诊断与排除，智能控制技术通过对设备状态和性能进行监测和分析，能够快速诊断故障，并提前发出警报，这样可以及时采取措施修复故障，避免设备长时间运行在不正常状态下，减少资源浪费和生产损失。（2）传感器技术 传感器技术通过感知环境和设备参数变化，将相关信息转换为可量化的电信号或数字信号，为智能控制提供准确的数据基础。常见的传感器技术主要包括以下几种，一是温度传感器，通过实时监测酿造过程中的温度变化，控制设备的加热或冷却操作，以避免能源的浪费和产品质量的波动；二是压力传感器，主要就是监测设备中的压力变化，控制设备的工作状态和运行参数，以实现最佳的能源利用和生产效率；三是流量传感器，用于测量液体和气体的流量，精确掌握原料的输入量和废液的排放量，避免浪费资源；三是湿度传感器，其可以实时监测酿造环境中的湿度变化，控制设备的加湿或除湿操作，以降低能源的消耗和维持稳定的生产环境3。（3）新型电机控制技术 新型电机控制技术利用先进的电机调速技术和变频控制技术，提高电机的运行效率和节能性，常用的技术类型包括以下几种，一是变频调速技术，根据产量需求和工艺要求，合理控制电机的转速，以避免电机长时间运行在高负荷状态下导致能源浪费，通过变频调速技术，可以减少电机启停频率，延长设备寿命，并降低能源消耗；二是无刷直流电机技术，传统的交流电机在运行中存在能量损耗、功率因数低等问题，而无刷直流电机采用电子换向技术，具有高效、低噪音、省电等特点，在白酒酿造机械设备中采用无刷直流电机技术，可以提高设备的运行效率和节能性；三是高效电机驱动技术，通过采用高效电机驱动技术，如感应电机驱动器、永磁同步电机驱动器等，可以提高电机的功率密度、转矩密度和效率，这些技术能够更好地适应白酒酿造设备的负载需求，同时降低能源消耗。2.2 设备结构优化（1）机械传动系统的优化 通过改进传动机构的设计和选取高效齿轮、皮带、链条等传动元件，减少传动过程中的能量损耗和机械功率损失，以提高传动系统的效率。针对白酒酿造机械设备的具体工作状态，优化传动系统的结构和配合，减少传动间隙和摩擦损失，提高传动系统的工作精度和节能效果。另外，还可以使用轻量化材料或高强度材料来替代传统材料，降低部件质量并提高强度，减小传动负载，从而降低能量消耗4。（2）设备设计的改进 通过对设备结构进行优化设计，减少无效结构和降低材料消耗，降低设备质量和能量消耗，相关研究人员可以在设备设计中考虑热能回收利用的方法，如采用热交换器、余热发电等技术，将废热回收为可再利用的热能，提高能源利用效率。2.3 预热技术（1）预热技术的实现方式 预热技术主要通过合理的热交换系统和传热设备，利用废热对水进行预热，以提高白酒酿造过程中能源的利用效率。在白酒酿造过程中，液态废渣、烟气、热水等都含有一定的热能，可以通过换热器、烟气余热回收装置等设备进行回收和利用，比如可以通过烟气余热回收装置将燃烧产生的烟气中的热能传递给水或加热介质，实现废热的回收利用。再就是产生的蒸汽可以通过适当的蒸汽压力设备，如蒸汽发生器和蒸汽压缩机等，将高压蒸汽经过适当的降压处理后，用中国科技期刊数据库 工业 A-82-于预热水或加热介质，使废热转化为有效热能。除此以外，热泵技术的应用也比较常见，主要就是利用热泵技术，可实现废热的回收和提高温度。以空气源热泵为例，通过吸热环节从环境空气中获取热能，再通过压缩与释放热的过程，将低温热量提升至更高温度，然后用于预热水或加热介质。（2）预热技术的节能效果 实践证明，预热技术的节能效果比较显著，具体表现在以下几个方面，一是提高能源利用效率，预热技术通过回收和利用废热，将原本散失的热能转化为有效能源，提高能源利用效率。预热后的水或加热介质温度升高，减少了对外界能源的需求，降低了酿造过程中的能耗；二是降低回煮能耗，在白酒酿造过程中，回煮是一个重要环节，需要高温加热。通过预热技术，可将回煮前的热水进行预热，使其温度接近回煮温度，从而减少回煮所需的热能，降低回煮过程中的能耗；三是缩短酿造时间，预热技术能够提高水或加热介质的温度，使其达到酿造所需的温度要求更快，从而缩短酿造时间，提高生产效率，并减少能源消耗；四是改善产品质量：预热技术可以更好地控制水的温度，减少温度波动对产品质量的影响。通过预热技术，可以更好地控制酿造过程中的温度变化，提高产品的稳定性和质量。3 高效节能白酒酿造机械设备的实践 3.1 设备调整优化 通过对白酒酿造机械设备的调整和优化，可以提高设备的性能和效率，降低能源消耗。例如，优化设备的传动系统，减少能源损耗和摩擦损失；改进设备的控制系统，实现智能化调节和优化运行。在设备调整优化过程中，需要考虑到酿造过程中的各个环节，如糖化、发酵、蒸馏等，分析并针对性地进行优化。例如，通过合理设置温度、压力、水位等参数，控制设备运行效率，并确保产品质量稳定5。3.2 实验评估 进行实验评估是验证设备调整优化效果的重要环节。通过建立实验场景，使用不同的设备调整方案，并对实验进行监控和数据采集，评估优化方案的效果。实验评估可从能耗、产量、产品质量、操作效率等方面进行评估。比较不同方案的节能效果、经济效益和环境影响，以确定最佳的设备调整优化方案。在实验评估中，还可以对设备的可靠性、安全性和维护成本等因素进行综合考虑，以提供全面的评估结果。近年来，机器人的使用在白酒酿造环节中的应用越加普遍，比如上甑机器人。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”，传统的酿造环节主要依赖的是人工，但是人工操作的劳动强度大，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，而上甑机器人的使用可以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。但是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。因此还需要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。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6。3.3 经验总结和推广 在实践中，需要不断总结经验和教训，对设备调整优化方案进行改进和完善。通过分析实验数据和现场运行情况，找出改进的空间，并制定相应的改进方案。将经验总结和改进方案推广到更广泛的白酒酿造行业中。可以通过行业间交流、技术培训、推广会议等方式，分享经验和成果，促进高效节能白酒酿造机械设备在整个行业的推广和应用。同时，通过政府支持和政策引导，推动白酒行业加大对高效节能酿造机械设备的投入，提供相关激励措施，加速推广应用的进程。4 结语 综上所述，酿造机械的使用，可以显著提高白酒的酿造效率与质量，大大减少人力成本的投入，有助于提高企业经济收益，尤其是高效节能的酿造机械可以大大节省企业的能源消耗。不仅可以降低生产成本，还可以起到保护环境的作用。在此要求下，还需要广大企业能够加强资金投入，重视科技投入，结合企业生产实际要求，积极购置先进的酿造机械设备，以便可以提高企业的可持续发展水平。中国科技期刊数据库 工业 A-83-参考文献 1杨阳,廖天月,朱亮等.中国白酒自动化酿造研究进展J.酿酒科技,2023(08):85-89+96.2张晓敏.浅谈机械自动化在白酒酿造行业中的应用J.机械管理开发,2022(11):315-317+320.3张保国,芮友涛,汪鹏.白酒酒瓶自动卸垛系统的研究J.农业装备技术,2022(01):48-50.4王皓悦.白酒生产机械自动化技术应用探讨J.轻纺工业与技术,2020(08):40-41.5谢永文,肖曙光,谢永俊等.论传统白酒酿造向机械智能化酿造设备成套生产线转型的必要性J.酿酒科技,2014(01):63-64.6蔡凤娇.固态法小曲白酒机械化酿造工艺技术研究D.湖北工业大学,2013.