自动化、信息化技术在白酒蒸馏环节的应用现状_邓彪.pdf
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1、DOI:10.13746/j.njkj.2022206作者简介:邓彪(1991-),男,四川成都人,硕士,研究方向:白酒自动化、人工智能,E-mail:。自动化、信息化技术在白酒蒸馏环节的应用现状邓彪1,鄢治国1,芦涛1,谭强俊1,朱彤2(1.东方电气自动化控制工程有限公司,四川 成都 610036;2.同济大学,上海 200092)摘要:中国白酒传统蒸馏工艺与自动化、信息化技术正在加速融合,酒企逐步由传统酿造向智能酿造转型升级。本文聚焦白酒蒸馏环节,总结白酒蒸馏的机理和传统蒸馏工艺经验,在秉承传统工艺基础上,分析智能装备、自动化控制技术和新一代信息技术在白酒蒸馏环节应用现状,为后续酒厂在蒸馏
2、环节上的智能化规划和改造提供借鉴。关键词:白酒;蒸馏原理;智能装备;自动化技术;信息技术中图分类号:TS262.3;TS261.3文献标识码:A文章编号:1001-9286(2023)04-0053-05Application Status of Automation and InformationTechnology in Baijiu Distillation ProcessDENG Biao1,YAN Zhiguo1,LU Tao1,TAN Qiangjun1and ZHU Tong2(1.Dongfang Electric Autocontrol Engineering Co.Ltd.
3、,Chengdu,Sichuan 610036;2.Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract:The traditional distillation process of Chinese Baijiu is increasingly merging with automation and information technology,and distilleries are gradually transforming and upgrading from traditional brewing to intelligent brewi
4、ng.This paper focuses on thedistillation process of Baijiu,summarizes the distillation mechanism of Baijiu and the experience of traditional distillation process.Based on the traditional technology,this paper analyzes the application of intelligent equipment,automatic control technology andnew-gener
5、ation information technology in Baijiu distillation process,and provides reference for the intelligent planning and transfor-mation of distilleries.Key words:Baijiu;distillation principle;intelligent equipment;automation technology;information technology白酒传统酿造高度依赖人工经验、生产劳动强度大且效率低下。在行业政策和市场需求的引领下,众多酒
6、企在秉承传统工艺基础上,通过科技赋能,实现机械化、自动化及智能化大发展,逐步由传统酿造向智能酿造转型升级。白酒蒸馏是整个酿造过程中最为重要的环节之一,其工艺历经几千年的总结和传承,形成了探汽上甑、蒸汽流量控制、冰缸循环水控制以及看花摘酒等操作经验。蒸馏过程影响因素较多、变量间耦合性强、控制过程复杂且参数难以量化,蒸馏工艺高度依赖人工经验,但人工经验和操作标准不一,导致基酒产量、品质会因人差异而产生波动。因此,近年来部分酒厂逐步采用智能化酿酒装备、自动化控制系统和数字化监测管理平台(如上甑机器人、旋转蒸锅、视觉摘酒、DCS控制系统、工艺管理和数据分析平台),实现生产过程在线监测、大数据分析、智能
7、决策和自动化控制等功能,保证白酒产量、质量的稳定性和优质率。本文聚焦蒸馏环节,分析提香蒸馏机理,总结历经千年传承的蒸馏工艺经验,在秉承传统蒸馏工艺的基础上,介绍蒸馏环节上的智能酿酒装备、自动化控制系统和数字化监管平台的应用现状,针对现状提出分步实现智能酿造的构想,为后续酒厂在蒸馏环节的改造和车间智能升级提供借鉴。酿酒科技2023年第4期(总第346期)LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.4(Tol.346)5353酿酒科技2023年第4期(总第346期)LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.4(Tol.346
8、)1白酒行业智能酿造发展现状1.1国家、行业政策推动白酒行业向智能酿造转型升级20 世纪 50 年代,白酒酿造基本上是手工操作。20世纪60年代,轻工部多次试点推动白酒生产工艺和装备的改革创新,但由于机械与工艺不配套,部分酿酒机械被淘汰。20世纪80年代至2010年,部分酿酒机械几经改进,得以保留并在白酒企业中推广应用。目前,固态发酵白酒酿造局部实现了机械化,整体机械化、自动化和智能化水平依然较低。酒业协会和政府相关部门相继出台一系列政策推动白酒行业向自动化、信息化、数字化、智能化方向发展。中国酒业协会先后推出了 169 计划、158计划,计划的核心在于对酿造行业,尤其是白酒行业的机械化、自动
9、化、信息化方面进行积极探索。2019年国家发展改革委发布 产业结构调整指导目录(2019年本),将“白酒生产线”从限制类中删除,这使得白酒生产企业能够新建生产线扩充产能,资本进入白酒行业也会更加容易,有望带动智能化酿造设备市场进一步扩大。2021年商务部发布 关于“十四五”时期促进酒类流通健康发展的指导意见,提出顺应商业变革和消费升级趋势,鼓励酒类流通企业运用大数据、云计算、移动互联网等现代信息技术,形成更多流通新平台、新业态、新模式。2021年中国酒业协会发布的 中国酒业“十四五”发展指导意见 鼓励白酒产业的创新发展,鼓励培育中国顶级白酒品牌,打造“世界级酒文化IP”。2022年工信部发布
10、关于加快现代轻工产业体系建设的指导意见(征求意见稿),提出发展酿酒领域智能化装备以及完善酒业生态、营销、生产大数据全产业的服务平台,加快酒类流通行业供应链数字化智能化升级30。相关政策均鼓励企业通过科技创新,从传统酿造向智能酿造转型升级。1.2智能酿造车间、数字化管理平台先后落地跟随市场环境的变化和行业的政策鼓励,白酒企业(如五粮液、泸州老窖、茅台、洋河、劲牌、古井、今世缘以及众多传统白酒酿造品牌)正积极转变自身的发展理念,纷纷启动自动化产线升级改造、智能制造等项目,利用工业机器人、传感与控制设备以及大数据、云计算、人工智能等先进装备与技术的集成应用,全面提升生产、管理、销售的精细化和智能化水
11、平,实现各环节资源的高效配置,为白酒行业转型升级探索出新路子,表1为近几年部分酒厂智能酿造项目。2白酒蒸馏工艺总结及分析2.1白酒提香蒸馏原理白酒甑桶蒸馏实质是以饱和水蒸气为动力,在醅层之间形成足够的温度梯度和浓度梯度,进而引起醅层内一系列的传热传质行为1-2。该行为可分为高浓度酒精对风味物质的溶解过程和对富含了大量风味物质酒精蒸汽的提取过程,即正向质量扩散和反向质量扩散:正向质量扩散通过粮粒外面的高浓度和内面的低浓度两者所形成的浓度差把酒精分子 挤 入粮粒内,提高粮粒内的酒精浓度,最终完成酒精和风味物质的互溶;反向质量扩散是将水蒸气的热能转化为分子内能,通过分子缔合和粮粒内外酒精浓度差,将富
12、含酯、酸、醇类物质的酒精蒸汽提取出来3,如图1所示。表1相关酒企智能酿造项目序号12345时间2016年2018年2019年2019年2021年项目今世缘智能化酿造车间景芝酒业数字化酿造工艺管理系统泸州老窖自动化、智能化生产线劲牌酒业“5G+工业互联网”信息化车间洋河酒业酿酒115车间自动化、智能化生产线图1蒸馏示意图5454具体传质过程可用如下菲克扩散方程表示12:JAB.T=-DAB.T1TdTdZ(1)式(1)中:JAB.T为物质从空间A向空间B因热扩散引起的质量扩散通量(kg/m2 s);DAB.T为由A组分向B组分因温度梯度而引发的扩散系数;T是空隙间的绝对温度(K);dTdZ为从空
13、间向酒醅内部方向Z上的温度梯度。2.2白酒传统蒸馏工艺经验总结蒸馏工艺历经几千年来的经验总结和传承,在实际生产操作中主要形成了提高醅层中酒精浓度、增加酒精在醅层的停留时间、改善酒甑结构等方面的经验,具体内容如下:(1)上甑过程中保证汽头呈缓慢上升的趋势,在醅层停留营造出浓度优势。底锅中加入适量尾酒,使在低甑位上就能聚集高的酒精浓度值,以便让高浓酒汽扫描过尽可能大的甑区范围,收索带出更多的有益酯和其他醇溶性组分6-7;上料时控制好糟醅的水分和空穴率,让气态分子有自由活动的场所,减少上升气流的阻力4;上料过程做到轻、松、匀、薄、平、缓,糟醅反复经历升温-气化-冷凝的过程,故铺撒糟醅越薄、料层间温差
14、越大,获得浓缩的机会就越多;甑桶壁和混合糟醅之间的间隙大、传热快,边缘容易出现跑酒现象5,可在酒甑边缘采用压边操作或在酒甑边缘添加湿度较大的糟醅,减少甑边效应;蒸汽流量控制遵循“两小一大”的原则,即在上甑初始和收口时采用较小的蒸汽,中间过程可适量的增大蒸汽流量。(2)吊酒、流酒和蒸粮阶段采用缓火蒸馏、大汽追尾的操作,延长酒精在醅层停留的时间,尽可能的提取香味物质,使白酒口味更加醇厚。徐鸿飞6,8所做实验表明流酒饱和蒸汽流量对酱香型白酒的基酒产量具有显著的影响,饱和蒸汽流量过大或者过小都无法保证在蒸馏阶段为酒精与风味物质的侵溶提供足够的浓度、梯度环境和侵溶时间,实验得出了流酒阶段最优的饱和蒸汽流
15、量范围,提高了基酒的出酒率。曹建全9,匡胜严10表明将流酒速度和循环水流量控制在合理的范围内可以提高基酒产量和品质。(3)白酒甑桶醅层高度及结构的设计对蒸馏效率及酒质的影响。单位质量糟醅的蒸馏效率随醅层高度的增加逐渐升高。醅层高度相同时,小直径的甑桶蒸馏效率高于大直径甑桶;甑桶的高径比较大时有利于强化蒸馏,符合增己降乳的原则,可有效提高蒸馏效率与酒质11。2.3智能酿酒装备在蒸馏环节的应用现状在秉承传统蒸馏工艺的基础上,智能化酿酒设备已经取得了突破性的发展与进步,蒸馏环节主要应用有上甑机器人、自动化甑锅和自动摘酒装置等。(1)机器人上甑是白酒生产中自动化发展难度较大的环节,抖动式和旋转式机器人
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