茅台酒蒸馏过程蒸汽压力和接酒温度的自动控制应用研究

［摘要］ 本文通过建立一套完善的自动控制系统，实现对茅台酒生产工艺过程中的整个蒸馏过程的蒸汽压力以及接酒过程的温度进行全程在线监控，稳定了茅台酒生产工艺，实现了标准化生产。

［关键词］ 蒸汽压力； 接酒温度； 自动控制

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 14. 043

［中图分类号］ TS262 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1673 - 0194（2012）14- 0072- 03

０ 前 言

茅台酒是酱香型白酒的典型代表，在国内外享有崇高的声誉。其酿造技艺已被列入国家首批非物质文化遗产名录，并正在申报世界非物质文化遗产。蒸馏工艺作为茅台酒酿造技艺中一个非常重要的组成部分，在下造沙阶段直接关系到原料糊化的好坏，而在制酒阶段更是起到了提香和增香的作用。因此，控制蒸馏工艺对茅台酒的生产具有重要的作用和意义。

茅台酒的蒸馏工艺包括上甑、蒸馏（糊化）、接酒等操作。目前，随着现代科技成果在白酒行业的深入应用，生产设备和设施得到了极大的改善，蒸馏工具早从过去的天锅进化成现代的甑桶，加热方式也演变成了如今的蒸汽加热。但是，作为茅台酒蒸馏工艺核心操作的上甑和接酒工序则仍为手工操作，各种参数需要经验丰富的酒师根据作业指导书要求进行控制。一方面，上甑讲究“轻、松、薄、匀、平、准”，需要见汽压甑。工艺规定，上甑气压为０．０８ＭＰａ～０．１２ＭＰａ，不能人为任意改动。但在实际操作过程中，由于各车间所处地理位置不同，汽压不一样，再加上一些人为因素（如不准大汽上甑），使汽压不在工艺规定参数范围内，既影响基酒质量，也造成资源的严重浪费。另一方面，茅台酒生产工艺最显著的特点是“高温制曲、高温堆积发酵、高温接酒”，其中，高温接酒直接关系到基酒的质量。工艺规定：接酒温度应在３５℃～４５℃。但在实际操作过程中，由于受茅台气候的影响，冷却水温度变化较大，更重要的是，接酒全凭经验进行判断，因此，接酒温度可能超出工艺范围，引起质量事故。同时，高温产生较大的酒损，低温则造成水资源的浪费。

鉴于此，为更好地继承茅台酒传统工艺，有必要引进现代自动控制技术，对整个蒸馏过程的蒸汽压力以及接酒过程的温度进行全程在线监控，当压力或温度出现不符合工艺要求的情况时，能够自动报警并启动相应的压力控制系统和温度控制系统，使其回归到正常的范围之内，从而动态地保持工艺稳定性，避免质量事故，减少资源和能源的消耗，降低基酒的损失。

１ 试验内容

研究茅台酒生产工艺中的上甑至糊化过程中各种参数之间的内在规律，绘制工艺参数曲线，建立烤酒工艺数学模型，根据数学模型设计自动控制系统，进行上甑至糊化过程温度压力自动控制实验，根据实验结果进行改进设计，最终确定一套完善的技术方案，在公司推广应用。

１．１ 控制参数的收集整理

根据茅台酒的制酒工艺，可将烤酒过程分成上甑、收汽、接酒、接尾酒、糊化阶段，收集各个阶段过热蒸汽压力、饱和蒸汽压力、冷却水压力、接酒温度、所用时间，结合当时气候条件，进行分析，找出各种数据之间的内在关系。

１．２ 控制系统的设计、实验和改进

根据前面收集整理的制酒工艺参数建立数学模型，再根据数学模型设计ＰＩＤ调节程序控制系统，根据预先设定规律按时间分段进行控制。

根据设计研究建立一套ＰＩＤ调节程序控制系统，在一个生产班组的一个酒甑上进行改进性实验，修正控制参数，符合工艺要求后，再制作一套控制系统，在前面班上的另一个酒甑上进行实验，优化控制参数，与未进行自动控制的班组进行产品质量和节能比较，确保各项指标都达到工艺要求。此阶段时间为茅台酒的一个生产周期。

１．３ 扩大试验

改进实验完成后，制作１２套改进后的控制系统，在全厂１２个不同位置酒甑上进行实验，监测控制系统在不同车间环境的使用情况，综合比较产质量和节能情况，优化控制参数，最终确定一套成熟的控制技术，以便在公司推广应用。

２ 控制原理及试验方法

２．１ 控制原理

２．１．１ 蒸汽压力控制

根据茅台酒制酒工艺，将烤酒过程分为上甑、收汽、接酒、接尾酒、糊化等阶段，根据不同轮次各阶段的所要求压力，进行分段程序控制。设计系统要求在锅炉供汽变化不超过１０％及各种气候情况下，各阶段控制压力波动不超过０．０２ＭＰａ。

２．１．２ 温度控制

按茅台酒生产工艺要求，温度控制只在接酒和接尾酒的时候需要参与，这过程有3个主要参数，即控制环境温度、接酒控制温度、尾酒控制温度。在该系统中，由温度控制阀控制冷却水的进水量以达到需要的温度控制，保证在各种环境下，控制温度波动范围 ±３ ℃。系统自动控制原理如图１所示。

２．２ 试验方法

２．２．１ 改进性实验

系统设计出来，不一定一开始就能满足工艺要求，先在一个制酒生产班组安装一套系统进行实验，根据实验情况进行改进，修订系统控制参数，确保系统满足工艺要求后，在该班组再安装一套改进后的控制系统，进行一个茅台酒生产周期的实验，与未进行自动控制的班组进行产品质量和节能比较，确保各项指标都达到工艺要求。

２．２．２ 扩大实验阶段

完成改进及定型实验后，在该班组实验符合设计预期，对酒质无影响，达到控制要求后，制作１２套改进后的控制系统，在１２个不同环境酒甑上进行推广实验。监测控制系统在不同车间环境的使用情况，综合比较产品质量和节能情况，优化控制参数，提高系统的响应速度和稳定性，最终确定一套成熟的控制技术，使系统能适应公司各种环境各个轮次各种气候，以便在公司推广应用。

３ 控制目标

针对茅台酒蒸馏过程的核心工艺，对烤酒过程中的各种参数进行量化，并绘制工艺参数曲线，建立烤酒工艺数学模型，在中央逻辑处理器控制下，采用先进的ＰＩＤ控制技术和模糊控制算法控制现场执行设备的开度大小，使现场工艺参数随工艺曲线的变化而变化，达到稳定工艺的目的。

３．１ 烤酒工艺全过程压力控制

主要包括：在不改变传统工艺的条件下，该系统实现了压力分段控制；压力控制波动不超过０．０２ＭＰａ；收汽阶段实现了逐步收汽，每次收汽幅度在０．０２ＭＰａ以内；该系统实现了压力设定高低限保护，当操作人员设定压力大于上限或小于下限范围时，系统不进行控制且本地报警。

３．２ 接酒温度控制

该系统根据设定出酒温度和实际出酒温度的差值进行进水量的控制，稳定接酒温度，并实现了节约用水的目的；接酒温度控制范围４０ ℃（±３ ℃内）。

４ 控制质量与效果分析

手动控制和自动控制效果对比如表１所示。并随机抽取了一组实验数据进行对比，如表２所示。