白酒酿酒甑锅盖盘及其配套装置的设计与应用分析

程 伟，张 杰，潘天全，李 娜

（安徽金种子酒业股份有限公司，安徽阜阳 236023）

中国白酒具有独特的芳香，不但给人们带来了精神和物质享受，而且创造了巨大的社会价值和经济价值。白酒固态发酵的蒸料或蒸馏酒操作使用的甑锅，其盖盘为双层不锈钢材料制备，中间夹层填充保温材料，再加上蒸汽导管等的重量，使甑锅盖盘十分笨重，影响操作的灵活性[1]。甑锅的敞开式蒸料操作，导致蒸料时蒸汽的大量外散而造成浪费，大量外散的蒸汽导致车间能见度降低，尤其是冬季存在较大的安全隐患[2]。甑锅起盘时，如果操作人员配合不当，容易出现刮伤或烫伤等安全事故。醅料高出甑口时，起盘操作容易导致甑锅盖盘底部边缘刮掉或压挤醅料等现象，造成醅料浪费，影响蒸馏效率等。甑锅盖盘与蒸汽导管通过环形沟槽实现相互镶嵌配合，并采用“水封”的方式实现闭合，防止漏汽；蒸汽压力较大时，容易在接口“水封”处出现漏汽现象，并且进行“水封”补水操作时，存在烫伤等安全隐患。中国实用新型专利公开的手拉式甑锅盖盘起盘器（ZL2011205336398）与旋臂式甑锅起盘器（ZL2015206029944），均对甑锅盖盘的起盘方式进行了改进，一定程度上减轻了操作的劳动强度，提高了设备的操作安全性，但是在甑锅盖盘与U 型蒸汽导管的连接配合及密闭方式等方面均未做出实质性的改进，仍可能存在漏汽的现象，影响蒸馏效率等，且存在一定的操作安全隐患[3]。

1 设计目的及其具体实施分析

1.1 所要解决的技术问题及其达到的有益效果

当前，我国大多数白酒厂采取的是固态发酵法白酒蒸馏的操作，采用传统的间歇式甑桶蒸馏，其主要存在蒸馏装置数量多而分散、劳动强度高、设备使用效率低等弊端，还存在操作环境差、原酒的质量控制难度大、易造成酒蒸气及酒的风味物质损失等问题[4]。将机械化、自动化、智能化应用到白酒酿造过程中，有利于提高白酒的生产效率和产能，并促进白酒生产企业稳健可持续发展。针对蒸馏甑锅及其配套装置的研发与应用，有利于提高白酒蒸馏效率，减轻劳动强度，具有积极的现实意义。针对上述问题，本文设计与分析了一种白酒酿酒甑锅盖盘及其配套装置，该甑锅盖盘可以与行车配合使用，能有效减轻劳动强度，确保安全生产，并提高蒸馏效率等。该甑锅盖盘的配套装置连接冷却设备并可以水平旋转，尤其适用于白酒固态发酵的蒸料或蒸馏酒操作，以解决手压式或旋臂式甑锅起盘器在操作时存在的笨重、缓慢等问题，消除盖盘时存在的烫伤等安全隐患。

1.2 装置的设计及其具体实施分析

由图1、图2 可知，本文设计的一种白酒酿酒甑锅盖盘及其配套装置，其甑锅盖盘属于机械压封甑锅盖盘，主要由盖体、钩环、耐压弹簧、垫片、弹簧膨胀节1、凹槽等部分组成；其配套装置主要由基座、底部转轴、支架、中部转轴、水平蒸汽导管、上部转轴、U 型蒸汽导管、传感器、弹簧膨胀节2、液压装置等部分组成。由图1 可知，U 型蒸汽导管的主体部分固定在支架上，弹簧膨胀节1 的顶部设置有放置垫片的凹槽，三套耐压弹簧呈120 度设置在弹簧膨胀节1 的四周并配合使用，以缓冲液压装置带来的压力，并实现与垫片、弹簧膨胀节2 等的紧密闭合，以防止漏气。四套钩环对称设置在盖体的中下部，与行车等吊装设备的吊钩配合使用。由于蒸馏过程中的温度等特殊要求，弹簧膨胀节1、垫片、弹簧膨胀节2 等均由耐热、耐压、耐酸腐蚀的材料制成并配套使用。传感器设置在U 型蒸汽导管的进气口一端，可以实现蒸汽压力与温度等的电子传感检测，以及时调整蒸汽流量，符合蒸料或蒸馏酒的工艺要求。

由图1 可知，U 型蒸汽导管的一端设置有上部转轴，上部转轴与中部转轴之间设置有水平蒸汽导管并与冷却设备连接。在支架的基座底部设置有底部转轴，以实现支架的水平180 度旋转，与冷却设备连接的水平蒸汽导管相对固定，并不伴随支架运动。由图2 可知，U 型蒸汽导管靠近盖盘的一端设置有弹簧膨胀节2、液压装置等，三套液压装置呈120 度设置在弹簧膨胀节2 的四周，配合进行伸展或压缩运动，以实现与弹簧膨胀节1 的紧密闭合。液压装置、上部转轴、中部转轴、底部转轴等配合使用，通过设置运动行程实现自动控制，以实现弹簧膨胀节1 与弹簧膨胀节2 的位置对应，并进一步完成紧密闭合动作。弹簧膨胀节1、弹簧膨胀节2 的套筒内径相同且均由耐热耐压材料制成，垫片由耐热耐压材料制成，弹簧膨胀节1、弹簧膨胀节2的套筒内径相同，垫片厚度略高于弹簧膨胀节1 上端凹槽的深度。

1.3 工作原理及其主要结构特点（图2）

盖盘及其与蒸汽导管接口的结构图如图2 所示，将垫片放置在弹簧膨胀节顶部的凹槽中，将行车等吊装设备的吊钩对称连接在盖体的钩环上，并设置防脱落装置，再通过行车等吊装设备将盖体吊起并与甑锅锅体闭合。根据实际距离及设备安装布局，在电路控制系统设置液压装置、上部转轴、中部转轴及底部转轴等的运动行程模式，开启对应行程使摆臂装置水平摆动到弹簧膨胀节的对应位置。开启液压装置行程使弹簧膨胀节伸展并与弹簧膨胀节紧密闭合，通过观察传感器的指数变化，根据蒸料或蒸馏酒的工艺要求及时调整蒸汽流量。

机械压封甑锅盖盘配合使用的U 型蒸汽导管的主体部分固定在支架上，弹簧膨胀节1 的顶部设置有放置垫片的凹槽，三套耐压弹簧设置在弹簧膨胀节1 的四周并配合使用，以缓冲液压装置带来的压力。四套钩环对称设置在盖体的中下部，与行车等吊装设备的吊钩配合使用。U 型蒸汽导管靠近支架基座的一端设置有三对转轴，并设置有水平蒸汽导管与冷却设备连接。在支架的基座底部设置有底部转轴，以实现支架的水平转动，与冷却设备连接的水平蒸汽导管相对固定，并不伴随支架运动。

2 生产应用分析与探讨

2.1 几类传统水封甑锅盖盘的结构特点与应用（图3）

如图3 所示，传统压把式甑锅盖盘主要包括盖体、压把、水封槽1、盖体支撑梁、U 型蒸汽导管、水封槽2、蒸汽导管支撑柱等部分，其采用水封的方式以实现盖盘及冷却设备与U 型蒸汽导管的连接。传统压把式甑锅盖盘的起盘采用人工操作的方式，起盘或盖盘时至少要两人用力向下压动或向上抬起盘器把手，起盘的高度也受到较大的限制。盖体通过盖体支撑梁的支撑处于与甑锅上口相近的高度，通过盖体支撑梁上部的轴承旋转实现盖盘在不同甑锅之间的交替使用。使用传统压把式甑锅盖盘蒸馏时，水封槽处需及时补水以实现密封，受到蒸馏压力较大的影响，还可能存在漏气等弊端，影响蒸馏效率。

如图4 所示，旋臂式甑锅起盘器主要包括有左、右甑锅和悬置在左、右甑锅上方的前、后支架等部分。前支架的底部转动安装有旋转臂，后支架的底部固定连接有圆弧形导轨。旋转臂的前端固定连接有可在圆弧形导轨上移动的滚动机构，滚动机构的底部固定连接有手拉葫芦，手拉葫芦底部的吊钩可分别钩挂在左、右甑锅端盖上的挂耳上。该旋臂式甑锅起盘器实现了对一个甑锅端盖的省力提升，沿圆弧形导轨运动到另一个甑锅的上方后，利用手拉葫芦缓慢降落盖上端盖，达到了省时、省力、方便等效果，解决了手压式起锅器装置起升和降落时存在的笨重、不安全、缓慢等，以及盖盘时的烫伤安全隐患以及影响蒸馏效率等问题。

如图5 所示，手拉式甑锅起盘器主要包括底座、旋转立柱、平面轴承、手拉葫芦、转臂等部分，在固定的底座上设置有圆轴立柱，在圆轴上设置有平面轴承，再将钢管套在圆轴立柱上，构成旋转立柱。在旋转立柱的顶部横向设置有钢管，在钢管的两端各安装有滑轮构成转臂。在甑盘上对称位置设置有2 对挂钩，并通过4 根Φ6 cm 的钢筋与滑轮下方的钢丝绳连接。手拉葫芦上部与转臂一端的滑轮连接，另一端挂钩通过底座上的连接钩连接。该手拉式甑锅起盘器可以实现一人通过手拉葫芦的起升与降落实现盖盘的起升或落盘操作，起盖时拉动手拉葫芦链条即可实现。落盖时通过快速拉动链条，并辅助稳住盖盘上的连接钢筋即可。

如图6 所示，传统压把式甑锅盖盘在甑锅起盘时(其结构图如图3 所示)，需要工人用力向下压动起盘器把手，压下后还需继续用力向左或者向右推动盖盘，使其移离甑口；同样，装甑结束后要求安全、快速并且不碰到醅料则需要一人用力压起把手，左右两边各需要一人配合拖带甑锅盖的边缘，缓慢将盖盘置于甑锅上口并密封。盖盘的起升或降落等操作需要两人配合完成，操作不当时还容易出现刮伤或烫伤手的现象，以及醅料高出甑口时容易出现刮掉或压挤醅料的现象，影响蒸馏效率。

综上分析可知，手拉式甑锅盖盘起盘器与旋臂式甑锅起盘器等，其均对甑锅盖盘的起盘方式进行改进，与传统压把式甑锅盖盘相比，减轻了操作的劳动强度，提高了设备的操作安全性；然而，在甑锅盖盘与U 型蒸汽导管的连接配合及密闭方式等方面均未做出实质性的改进，均采用水封的方式，仍可能存在漏汽的现象，影响蒸馏效率等。手拉葫芦与滑轮的使用，解决了甑锅盖盘升降的高度问题，但是圆弧形导轨与转臂的使用，可能导致轨道运动的不顺畅以及盖盘的水平摆动幅度难以控制等问题，且仍然存在操作安全隐患。

2.2 机械压封甑锅盖盘的应用

本文所设计的一种白酒酿酒甑锅盖盘属于机械压封甑锅盖盘，其使用过程主要包括如下操作步骤：（1）根据酿酒生产工艺要求，完成上甑操作；（2）将垫片放置在弹簧膨胀节1 顶部的凹槽中，将行车等吊装设备的吊钩对称连接在盖体的钩环上，并设置防脱落装置，再通过行车等吊装设备将盖体吊起并与甑锅锅体闭合；（3）根据实际距离及设备安装布局，在控制面板设置液压装置、中部转轴及底部转轴等的运动行程模式，开启对应行程使支架水平摆动到弹簧膨胀节1 的对应位置；（4）开启液压装置行程使弹簧膨胀节2 伸展并与弹簧膨胀节1 紧密闭合；（5）观察传感器的指数变化，以便及时调整蒸汽流量，满足蒸料或蒸馏酒的工艺要求；（6）蒸料或蒸馏酒操作完成后，依次完成弹簧膨胀节2 的压缩并与弹簧膨胀节1 分离，支架的水平摆动并实现U型蒸汽导管与盖体的分离。

近年来，随着工业生产的安全环保意识不断增强，白酒传统酿造工艺逐渐难以满足白酒产业的发展要求[5]；因此，实现固态发酵白酒的蒸料或蒸酒操作时，蒸汽的高效利用、集中回收或再循环再利用等，以提高资源利用率等已成为各白酒厂的重要研究课题，也是白酒蒸馏、节能环保等领域发展的趋势；同时，蒸馏操作的室外排汽系统有利于改善酿酒车间环境，但是难以实现蒸汽的回收再利用；因此，蒸汽回收也是酿酒车间的现实需要与节约生产成本的要求等[6]。本文所述的白酒酿酒甑锅盖盘及其配套装置，还可以与蒸汽的集中回收或再循环再利用设备相结合使用，以实现蒸汽的循环利用。该设备可以进行盖盘带压蒸料，以有效节约蒸料时间与蒸汽用量，提高蒸料效率。参照机械压封甑锅盖盘及其与蒸汽导管接口的闭合方式（见图2），采用弹簧膨胀节机械压封的方式，可以在甑锅与盖盘的结合处实现有效闭合，有利于进一步提高蒸馏操作时的密闭性，并节约蒸汽。

2.3 传统水封与机械压封甑锅盖盘的比较分析

传统水封与机械压封甑锅盖盘区别主要在于如下几个方面：（1）甑锅盖盘的起盘方式不同，传统水封甑锅盖盘采用人工压把的方式起盘，机械压封甑锅盖盘采用机械行车吊装的方式起盘；（2）甑锅盖盘与蒸汽导管的连接方式不同，传统水封甑锅盖盘采用双向圆形水槽的水封方式连接，机械压封甑锅盖盘采用机械液压调节弹簧膨胀节的方式连接；（3）不同甑锅之间盖盘或蒸汽导管的转换连接方式不同，传统水封甑锅通常采用双甑锅单盖盘的设计，盖盘或蒸汽导管在不同甑锅之间的转换采用盖体支撑梁轴承旋转的方式，机械压封甑锅盖盘采用设备支架上中下部位的三对转轴配合旋转的方式；（4）蒸汽导管与冷却设备的连接方式不同，传统水封甑锅盖盘采用双向圆形水槽的水封方式连接，机械压封甑锅盖盘采用固定蒸汽导管的方式连接，U型蒸汽导管通过设备支架的上部转轴实现与固定蒸汽导管的连接，再接入冷却装置；（5）设备整体的控制方式不同，传统水封甑锅盖盘以采用人力手工操作的方式为主，机械压封甑锅盖盘以采用机械化自动控制的操作方式为主。

3 讨论与总结

白酒酿造酿造过程中蒸汽的高效利用，已成为白酒行业节能环保领域的重点。与传统水封甑锅盖盘相比较，机械压封甑锅盖盘的密封性能较好，具有减轻劳动强度、设备操作安全性高、明显提高蒸馏效果等优点。在传统水封甑锅盖盘的基础上，进行机械压封甑锅盖盘改造，可以充分利用原有设备，以节省设备投资和制作时间，为企业带来显著的经济效益。实际生产操作过程中，该设备需要改进的地方主要是蒸汽流量应该根据蒸馏工艺操作节点的需要进行适当及时的调整，增加蒸汽流量控制与甑锅内压力检测等联动智能控制设备，或增加蒸馏热能回收利用设备系统[7]；如果蒸汽流量过快，会导致甑锅内的压力过大，可能出现蒸汽从甑锅与盖盘结合处四周的“水封”或“糟封”处泄露等问题，导致“冲甑”而影响蒸馏效率，并存在安全隐患。酿酒设备机械化带来便利的同时也带来了设备维修问题，电力驱动或智能控制设备的故障，要求维修人员要掌握酿酒工艺、设备电器及自动化等相关知识，对设备维修人员的文化程度与技能水平等均有较高的要求。