胡志平,張彩飛, 楊強(qiáng), 劉源才,2*

1(勁牌有限公司，湖北 大冶，435100) 2(中藥保健食品質(zhì)量與安全湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石，435100)

米香型白酒是我國四大香型白酒之一，由于受消費(fèi)習(xí)慣、生產(chǎn)環(huán)境等多方面的影響，很多米香型白酒廠仍然采用傳統(tǒng)手工作坊式的生產(chǎn)模式，導(dǎo)致了生產(chǎn)效率低下，糧食原料、水、電、汽等能源資源消耗量大，污染物排放嚴(yán)重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。甚至有些企業(yè)只實(shí)現(xiàn)局部機(jī)械化，米香型白酒生產(chǎn)工藝中關(guān)于節(jié)能降耗的研究基本上是空白。本文在研究當(dāng)前先進(jìn)白酒生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合公司生產(chǎn)實(shí)際，系統(tǒng)地對米香型白酒機(jī)械化新工藝中的節(jié)能降耗工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)設(shè)備

主要生產(chǎn)設(shè)備：大米提升機(jī)、浸米桶、連續(xù)蒸飯機(jī)、涼拌機(jī)、自動下曲機(jī)、自卸式板車、糖化槽、蒸餾釜、換熱器(含冷凝、冷卻系統(tǒng))，佛山潛信達(dá)釀酒設(shè)備廠；起重吊機(jī)(電動葫蘆)，江陰起重機(jī)廠；隔膜泵，上海振龍?jiān)O(shè)備廠；發(fā)酵罐(含盤管)，廊坊華亮鋼鋁容器公司；DZL4-1.25-WII3型燃煤鏈條蒸汽鍋爐，福州鍋爐廠。

主要分析儀器：安捷倫氣相色譜儀6820，美國；電熱恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司。

1.1.2 生產(chǎn)材料

大米，廣西柳州糧庫；酒餅曲，公司自產(chǎn)。

1.1.3 試驗(yàn)試劑

斐林試劑, 西隴化工；濃H2SO4(分析純), 西隴化工；NaOH(分析純), 廣東光華化學(xué)試劑廠；95%無水乙醇(分析純), 天津北聯(lián)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蒸餾工序中換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

此次試驗(yàn)依托廣西天龍泉酒業(yè)有限公司米香型白酒釀造機(jī)械化新工藝平臺完成，分2個車間進(jìn)行，一個車間采用傳統(tǒng)的開放式換熱器，另一個車間采用新式封閉式換熱器系統(tǒng)，在同等試驗(yàn)條件下，對生產(chǎn)上的耗水量、產(chǎn)酒量、餾酒時間等指標(biāo)進(jìn)行對比分析。同時考慮到環(huán)境溫度對換熱器的影響較大，因此分別選擇高溫天氣和冬天分別試驗(yàn)，最后收集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

1.2.2 蒸餾工序中預(yù)熱桶的設(shè)計(jì)

充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)平臺，在使用預(yù)熱桶與不使用預(yù)熱桶的情況下進(jìn)行對比研究，其中使用預(yù)熱桶，指在上一蒸餾釜進(jìn)入尾段酒蒸餾部分時，將待蒸餾的熟發(fā)醪液抽入預(yù)熱桶(過早的抽糟可能因?yàn)轭A(yù)熱桶的密封性導(dǎo)致酒精的損失)。分別記錄待蒸餾發(fā)酵醪液的溫度以及開汽到出酒之間的間隔時間，進(jìn)行能耗對比。

1.2.3 冷卻水循環(huán)再利用系統(tǒng)(圖1)

圖1 冷卻水循環(huán)利用工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of cooling water recycling

1.2.4 連續(xù)蒸飯機(jī)廢冷水回收再利用系統(tǒng)(圖2)

圖2 連續(xù)蒸飯機(jī)廢冷水回收再利用流程圖Fig.2 Flow chart of waste cold water recycling and reuseof continuous rice cooker

酒體微量成分的測定采用氣相色譜法；酒精度采用酒精計(jì)法;總酸總酯采用指示劑法(滴定)。

2 結(jié)果與分析

2.1 新式換熱器系統(tǒng)的節(jié)能效益分析

從表1可以看出，使用冷凝、冷卻連體封閉式換熱器比起傳統(tǒng)的開放式冷卻器，在出酒率方面略顯優(yōu)勢，但是在蒸餾時間、耗水量方面優(yōu)勢明顯。

表1 換熱器系統(tǒng)使用對比Table 1 Heat exchanger system use contrast

注：出酒率以65°計(jì)。

采用新式換熱器，同樣一甑蒸餾醪液縮短將近1 h，意味著燃煤量降低。同時冷卻水消耗量減少5 t左右，按照日投料30 t計(jì)算，每天消耗量減少(30/1.25)×5 t=120 t。

2.2 預(yù)熱桶的節(jié)能效益分析

從表2可以看出，蒸餾工序使用預(yù)熱桶比不使用預(yù)熱桶加熱時間節(jié)省50%左右，達(dá)到明顯節(jié)能效果。從表3數(shù)據(jù)明顯看出，在同等生產(chǎn)條件下，蒸餾工序使用預(yù)熱桶比不使用預(yù)熱桶蒸餾時間減少1.5 h左右，耗煤量降低1.5 h/d左右，節(jié)約燃煤用量25%左右。按照公司目前日投料量30 t計(jì)算，每天節(jié)約用煤5 t左右，按照每年300個有效工作日，每年節(jié)約用煤5×300=1 500 t燃煤，按照燃煤價格1 000元/t計(jì)算，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1 500 t×1 000元/t=150萬元。

表2 預(yù)熱桶使用對比Table 2 Preheating barrel use contrast

注：(1)醪液溫度由蒸餾釜外置溫度計(jì)顯示數(shù)據(jù);(2)蒸汽壓數(shù)據(jù)由進(jìn)入蒸餾釜管道上安裝的氣壓表顯示數(shù)據(jù)。

表3 預(yù)熱桶使用對比Table 3 Preheating barrel use contrast

注：(1)試驗(yàn)共有4臺蒸餾釜，每臺蒸餾釜蒸餾2次，合計(jì)蒸餾8甑; (2)車間用汽單元除了蒸餾工序外，大米蒸煮也消耗蒸汽，因此耗煤量包括蒸飯機(jī)消耗蒸汽用煤; (3)鍋爐型號為DZL4-1.25-WII3型燃煤蒸汽鍋爐; (4)蒸餾時間為員工上班時間; (5)蒸汽壓數(shù)據(jù)進(jìn)入蒸餾釜管道上安裝的氣壓表顯示數(shù)據(jù); (6)耗煤量為鍋爐車間每天實(shí)際過磅數(shù)據(jù)。

2.3 蒸餾工序冷凝冷卻水及發(fā)酵罐冷卻水循環(huán)再利用效益分析

從圖3可以看出，除1月份、8月份外，米香型原酒單位水耗在冷卻循環(huán)再利用工程啟動前后降低50%以上，節(jié)約用水平均達(dá)到24 t/kL，按照公司目前日投料30 t生產(chǎn)規(guī)模，年度生產(chǎn)天數(shù)按照300 d計(jì)算，按照平均出酒率60%(以65°計(jì))，年度產(chǎn)米香型原酒6 000 kL左右，則年度節(jié)約用水達(dá)到14.4萬t。圖4顯示，啟動冷卻水循環(huán)系統(tǒng)后，平均每月節(jié)約用水達(dá)到4 000 t左右，則年度節(jié)約用水達(dá)到48 000 t。從1～8月釀造車間生產(chǎn)用水?dāng)?shù)據(jù)以及釀造車間單位水耗數(shù)據(jù)可以看出，隨著氣溫的升高，系統(tǒng)循環(huán)用水水溫逐漸升高，導(dǎo)致循環(huán)用水量增加，說明水循環(huán)系統(tǒng)還有提升空間。

圖3 自然年度單位水耗對比圖Fig.3 Natural annual unit water loss contrast

圖4 自然年度總生產(chǎn)用水對比圖Fig.4 Natural annual total production water contrast

2.4 連續(xù)蒸飯機(jī)廢冷水回收再利用效益分析

按照實(shí)驗(yàn)方法中的工藝流程進(jìn)行回收再利用裝置的設(shè)計(jì)與安裝，同時利用不同的班次，對日投料量10 t進(jìn)行試驗(yàn)跟蹤，結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4和表5，正常情況下，蒸煮10 t大米，篩帶運(yùn)行時間約5～5.5 h，開啟沖洗水管，水壓一般在0.3～0.35 MPa，閥門根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，用水量達(dá)到15.0～16.0 t。從表4和表5可以看出，使用循環(huán)利用裝置每個班次日投料10 t，可以節(jié)約用水達(dá)到15 t左右，按照公司目前日投料量30 t的生產(chǎn)規(guī)模，每月有效工作日26天，則每月節(jié)約用水15×3×26=1 170 t，每年節(jié)約用水1.2萬t以上。按照自來水價格2.8元/t計(jì)算，蒸飯機(jī)篩帶清洗水回收再用的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到1.2萬t×2.8元/t=3.36萬元。

表4 使用循環(huán)系統(tǒng)總用水量對比Table 4 Production total water consumption contrast

注：自來水壓在0.3～0.35 MPa。在使用回收循環(huán)再利用裝置時，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況需開啟一定的自來水進(jìn)行補(bǔ)充，確保篩帶清洗效果。

表5 生產(chǎn)總用水量對比 單位：t

2.5 出酒率與酒質(zhì)對比分析

多次傳統(tǒng)工藝試驗(yàn)以及機(jī)械化新工藝月度平均出酒率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，采用機(jī)械化新工藝相比傳統(tǒng)工藝，出酒率明顯提高。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而言，2018年1～8月份機(jī)械化新工藝平均出酒率達(dá)到61.58%(以65°計(jì))，而采用傳統(tǒng)工藝出酒率平均只達(dá)到57.43%(以65°計(jì))，相差4.15%。從兩種操作工藝的整體生產(chǎn)情況看，采用機(jī)械化新工藝對出酒率的穩(wěn)定性有明顯改善，即在“人、機(jī)、料、法、環(huán)”相對較為穩(wěn)定的情況下，采用機(jī)械化新工藝出酒率最高與最低差距基本能控制在3%以內(nèi)，而傳統(tǒng)工藝受人工操作、環(huán)境等因素，出酒率最高與最低差基本超過4%以上。

從蒸餾工序的接酒工藝操作，綜合酒精度機(jī)械化新工藝頭段酒55～56°，而傳統(tǒng)工藝頭段酒約50～51°。多輪次的感官品評結(jié)果：傳統(tǒng)工藝米香突出，口感較為豐富，飽滿，但入口雜味相對較重，欠協(xié)調(diào)、爽凈，有后苦味。機(jī)械化新工藝產(chǎn)酒米香較為突出，入口綿甜，落口爽凈，回味怡暢。從表7、表8中的數(shù)據(jù)可以看出，兩種工藝在穩(wěn)定狀況下總酸、總酯含量相當(dāng)，基本達(dá)到米香型白酒國標(biāo)(GB/T 10781.3—2006)優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)生指標(biāo)對比：從理論上可以看出甲醇、雜醇油的生成與原料、菌種、生產(chǎn)工藝控制有直接關(guān)系，在試驗(yàn)過程中在原料、菌種相同的情況下，結(jié)合圖5、圖6可以看出，機(jī)械化新工藝因在控溫等方面具備良好的硬件條件，可有效降低甲醇、雜醇油的生成。

表6 傳統(tǒng)工藝原酒指標(biāo)Table 6 Physical and chemical indicators and chromatographic indexes of traditional wines

表7 機(jī)械化新工藝原酒指標(biāo)Table 7 Mechanized new process physical and chemical indicators and chromatographic indicators

圖5 不同工藝產(chǎn)甲醇對比圖Fig.5 Methanol content contrast

圖6 不同工藝產(chǎn)雜醇油對比圖Fig.6 Fusel oil content contrast

3 結(jié)論

米香型白酒機(jī)械化新工藝體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，重點(diǎn)體現(xiàn)在節(jié)能降耗，資源再利用以及實(shí)現(xiàn)機(jī)械化新工藝之后產(chǎn)生的邊際化效益，主要結(jié)論如下：

(1)采用冷凝、冷卻聯(lián)體式換熱器的效益分析。采用冷凝冷卻聯(lián)體式換熱器比傳統(tǒng)開放式冷卻器出酒率略顯提高，但是在蒸餾時間、耗水量方面具有明顯的優(yōu)勢。蒸餾時間縮短鍋爐燃燒時間縮短，耗煤量降低。按照目前生產(chǎn)規(guī)模，每天耗水量減少120 t。

(2)預(yù)熱桶的節(jié)能效益分析。預(yù)熱桶的應(yīng)用使得成熟醪液加熱沸騰時間節(jié)省50%左右。按照公司目前生產(chǎn)規(guī)模，每年節(jié)約用煤1 500 t燃煤，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益150萬元(按照每噸燃煤價格1 000元/t計(jì)算)。

(3)蒸餾工序冷凝冷卻水及發(fā)酵罐冷卻水循環(huán)再利用效益分析。啟動冷卻水循環(huán)再利用系統(tǒng)，米香型原酒單位水耗降低50%以上，按照公司目前生產(chǎn)規(guī)模，每年節(jié)約用水達(dá)到14.4萬t，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益40.32萬元(按照每噸自來水價格2.8元計(jì)算)，這對于一個剛剛起步的制造型企業(yè)而言，將是不菲的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)連續(xù)蒸飯機(jī)篩帶清洗水回收再利用效益分析。使用篩帶清洗水循環(huán)利用裝置，每年節(jié)約用水1.2萬t以上，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益3.36萬元(按照自來水價格2.8元/t計(jì)算)。

(5)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化新工藝的邊際化效益分析。出酒率對比分析：數(shù)據(jù)表明，機(jī)械化新工藝相比傳統(tǒng)工藝提高出酒率4.15%(以65°計(jì))，每年降低糧耗達(dá)到10%左右。同時出酒率的穩(wěn)定性有明顯改善，即在“人、機(jī)、料、法、環(huán)”相對較為穩(wěn)定的情況下，月度最高出酒率與最低出酒率基本能控制在3%，相比傳統(tǒng)工藝有明顯提升。

酒質(zhì)對比分析：傳統(tǒng)工藝米香突出，口感較為豐富，飽滿，但入口雜味相對較重，欠協(xié)調(diào)、爽凈，有后苦味。機(jī)械化新工藝米香較為突出，入口綿甜，落口爽凈，回味怡暢。理化指標(biāo)方面雖然相差不多，但在衛(wèi)生指標(biāo)方面，機(jī)械化新工藝有效降低甲醇、雜醇油的生成，相比傳統(tǒng)工藝有明顯的優(yōu)勢。同時在酒質(zhì)的穩(wěn)定性、連續(xù)性方面有明顯優(yōu)勢。

實(shí)踐證明，機(jī)械化新工藝實(shí)施后，米香型白酒單位耗水量由原來的54 t/kL下降到30 t/kL左右，降幅達(dá)到45%；單位耗煤量有原來的0.85 t/kL下降到0.55 t/kL左右，降幅達(dá)到35%；并且在出酒率提升，酒質(zhì)有改善的同時，人工勞動成本下降60%～70%。

本文主要結(jié)合本工廠的生產(chǎn)實(shí)際就米香型白酒機(jī)械化新工藝與傳統(tǒng)工藝在節(jié)能降耗方面的對比分析，各釀酒工序機(jī)械化的工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用是否達(dá)到最優(yōu)化水平，有待進(jìn)一步論證。