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    自動化、清潔化白茶精制加工生產線研究及應用

    編輯:館禾

    白茶是我國六大茶類之一,雖然產量較少,但發展空間較大。中國茶葉流通協會統計數據顯示,2020年中國茶葉總產量為298.6萬噸,白茶產量占比2.47%,較2019年大幅增長56.3%。2020年全國白茶農業產值約75.2億元,較2019年增加20.1億元,增幅達36.41%。白茶在產量和產值上均有大幅增長,可見白茶產業發展之迅速。

    傳統工藝的白茶采用萎凋和烘干的工藝,不炒不揉,因此具有外形松大、比重輕的特點,在精制加工過程中流動性較差,難以做到連續、自動化生產加工,因此目前市場上缺乏技術成熟的成套精制設備,主要采用人工揀剔雜物、打堆拼配或半機械、半自動化的生產方式,普遍存在斷碎率高、損耗率大,拼配不均勻,夾雜物含量超標等問題。

    近年來,福建省相關部門積極倡導“以創新工藝,提高機械化、標準化水平來推動白茶產業發展”的理念。作為具有71年生產歷史的白茶企業,福建茶葉進出口有限責任公司積極踐行白茶高質量發展理念,于2017年依托專業技術,開展白茶精制加工技術研發及流水線成套設備集成應用工作。2018年集成一條自動化、清潔化白茶精制生產線,連續投入使用4年,不僅保障了產品質量和衛生質量,更是極大減輕了員工的勞動強度,提高了產出效率和經濟效益,有效推動白茶的高質量發展。

    01

    生產線技術要點及難點

    白茶原料或半成品一般需經過雜物揀剔、勻堆拼配、包裝等流程后方能作為成品茶,因此白茶精制生產線設計配置了風力選別、靜電選別、目視揀剔、磁力選別、勻堆拼配、稱量包裝、裝箱打包等工序。

    生產線的設計解決了白茶在精制過程中常見的五個技術難點。一是針對白茶外形松大、比重輕的特點,生產線解決了加工過程中容易架空堵塞的流動性問題。二是改進應用“柜式橫鋪豎切”的勻堆拼配技術,最大限度地減少白茶斷碎率和損耗率,解決白茶拼配過程中清潔化問題,提高茶葉拼配的均勻度。三是針對白茶原料中含有較多草毛等異物難以剔除的問題,研究改進措施以提高白茶產品衛生質量水平。四是采用計算機監控系統、自動化控制技術,提高白茶精制效率及自動化水平。五是改進茶塵、噪聲控制技術,提高白茶精制的清潔化,達到節能環保的目的。白茶精制工藝流程及生產線的關鍵技術要點如圖1所示。

    該條生產線設計如圖2所示,生產線配置了2臺雙排式風選機,頭茶和尾茶分別配置1臺多功能風選機和1臺靜電選別機,4臺目視揀剔機,4處3000高斯的磁力滾筒,1處9000高斯的強磁棒,1臺60m3的自動勻堆拼配機、1套振動裝箱機、1臺自動打包機,以及10臺過濾筒式除塵器。整條生產線時產能可達到400kg,年產能為700噸精制白茶。

    1、解決白茶連續化精制加工的流動性問題

    由于白茶外形松大、比重輕,葉片之間容易勾搭、粘連,產生架空、搭橋的現象,在設備輸送、下料、開堆過程中容易產生堵塞的情況,因此生產線特別設計以下改進點。

    一是在所有下料和輸送環節均采用加寬加高的特制白茶投料輸送機和提升機;二是研發方便拆裝和自動刮出茶末的茶葉輸送機及茶葉裝箱振實機;三是創新應用加寬的雙排式風選機;四是采用勻堆機加高和抬升底盤,以加大白茶流動的落差。以上優化措施集中運用于白茶去雜、拼配的加工裝置,為白茶精制全程無障礙流動提供保障。

    2、升級“柜式橫鋪豎切”勻堆拼配技術

    目前,國內大部分白茶的拼配過程基本是在瓷磚槽或是金屬槽上由人工完成,這種作業模式不僅工作量大、而且拼配不均勻,勻堆、開堆過程中人工踩壓造成的斷碎與損耗率也較高,存在人工接觸污染、粉塵量大等產品衛生隱患。

    生產線在茶葉拼配環節充分利用茶葉勻堆拼配機的優勢,改進“柜式勻堆”技術,采用“柜式橫鋪豎切”技術,設計輔助茶葉流動的耙子及推動器,搭載的機械耙手在開堆時可將白茶豎向撥動,由上至下地縱向混合各嘜號茶葉,從而提高茶葉拼配的均勻度,柜式茶葉勻堆拼配機結構示意圖如圖3所示。

    此外還可通過電腦自動控制勻堆下料行車的行程、步進幅度,從而達到均勻鋪灑各嘜號茶葉的勻堆效果。該項技術可降低白茶精制過程的斷碎率和損耗率,提高產品的清潔度。

    3、解決白茶原料中異物剔除難的問題

    白茶原料中含有的草毛、沙石等異物,即使依靠人工目視揀剔,仍然難以剔除干凈。

    生產線基于條形茶加工風選設備,設計并改進了用于白茶選別的雙排式風選機,結構如圖4所示。風選機能有效剔除各種沙石和草毛類雜物,大幅提升了白茶產品的衛生質量水平。雙排式風選機是由單風道風選機加寬一倍并配備雙排鼓風機升級設備,設有砂石口、正茶口和草毛口三個出口。砂石口處為頭茶,即砂石和茶葉的混合物;正茶口處為選別后的干凈茶葉;草毛口處則為尾茶,即草毛等輕飄物質與茶葉的混合物。經過雙排式風選機處理后產生的含砂石、頭茶及輕飄物尾茶,分別依次經過多功能風選機和靜電選別機進行二次處理,能有效回收頭茶和尾茶中的茶葉,從而減少茶葉的損耗。

    4、集成茶葉生產線自動化控制技術

    根據白茶精加工生產線設備的基本要求進行選型,配置篩分風選、靜電選別、目視除雜、電磁選別、勻堆裝箱等重要工序的精制設備,集成應用自動稱量、自動裝箱、自動打包、自動偵測、報警保護、視頻監控等自動化控制技術,大大提高了茶葉生產流水線的生產效率。生產線自動化控制界面如圖5所示,操作人員從原來的24人減少到12人,有效改善了白茶產業人工依賴程度較高的現狀,自動化水平明顯提升。

    (1)自動化稱量控制系統

    控制系統借鑒應用其他行業生產線常用的可編程控制器(PLC)作為下位機直接控制設備運行,可極大提高茶葉設備運行的靈活性,設置復雜的運行程序,滿足不同工藝的需求,輔以自動送箱、自動定位等功能,提高精制過程的自動化水平。采用工控機作為上位機,對下位機以及智能儀表等進行組態整合,實現流程監視和控制。采用智能儀表實現數據的顯示和設定功能,數據采集后可轉化為數字和曲線,同時具備歷史記錄保存和報表打印等功能。

    生產線裝箱系統配有自動計量秤,在PLC中設置所需的重量和誤差范圍后即可自動稱重和裝箱。按下啟動按鈕,物料通過給料皮帶流入稱重倉。此時,觸摸屏上會顯示實時重量,累計數量和累計重量,并且將數據傳到上位機保存。稱重控制系統主要實現自動計量功能,多種設置參數可永久保存,使用時直接調用相應設置,無需重復設置,大大降低員工的操作難度。

    (2)智能化偵測和安全保護技術

    一般生產線僅有電路方面的安全保護,沒有安裝料位檢測和異常報警裝置,一旦發生堵料或是設備局部故障時,可能引發整條生產線的故障。通過設置料位堵塞報警裝置和電機變頻控制保護裝置,當發生茶葉堵塞或電機運轉異常時,中控電腦便會自動暫停機臺的運轉并發出報警聲音。此外,各個控制工序都設置了多道漏電、過載、高溫保護裝置,以保障安全生產。

    (3)配套中央控制臺在線控制

    上位機除對現場的運行狀態進行全面實時跟蹤顯示外,還可以對下位機及控制設備進行投運和停止控制,以實現系統的在線控制。工業控制計算機是控制系統的中心系統,生產線配有人機界面,工作人員可通過鼠標和鍵盤操作,控制和查詢各個設備的狀態??刂葡到y可執行操作人員的指令,收集來自下位機的所有狀態,分析生成動態數據自動存入數據庫,進行各類情況的分析,使控制系統處于最佳的運行狀態。

    (4)生產過程信息即時處理功能

    運用現代化的人機界面,可自動采集、處理的數據,關鍵設備的運行狀況、重要參數及報警記錄等上傳至管理人員的桌面,利于對整線系統進行實時監控,實現生產線的現代化管理。系統采用動畫、圖形動態形式呈現系統的運行,可對各種數據和參數進行分析。

    (5)智能化故障跟蹤監控

    對從下位機送來的有關運行信息進行故障跟蹤監控,一旦出現不正常的情況,立即顯示發生故障的畫面及故障的性質、部位,能快速發現問題或故障,便于有針對性、快速地解決問題。

    5、除塵、降噪控制技術

    生產線研發設計了一種帶除塵功能的茶葉投料裝置如圖6所示,各個機臺基本采用封閉式安裝,使得機器運轉過程中茶粉塵不會散落飄逸。各個關鍵節點配置12臺新型的脈沖濾筒除塵器,精細到各個設備銜接環節的茶塵控制布置點,茶塵凈化效率達到99%以上。每班生產結束后收集到的茶粉塵統一處理,粉塵排放濃度控制在2mg/m3以內,符合職業衛生的粉塵標準。此外,可在車間內直接排放尾氣,空氣循環使用,實現對外零排放、零污染的目標。

    全程的封閉式機臺、分區隔斷降噪處理,使生產噪音從傳統設備83~88分貝降到80分貝左右,低于職業衛生的噪聲標準(85分貝)的要求。廠界噪聲低于60分貝,滿足晝間廠界噪聲低于65分貝的國家標準,符合環保要求。

    02

    生產線技術應用推廣情況

    在公司70多年的茶葉生產經驗基礎上,由專業技術團隊經多年研發、改進,建成了白茶精制生產線。通過改進投料輸送等措施解決了流動性差的問題;應用“柜式橫鋪豎切”的勻堆拼配技術有效提高了茶葉拼配的均勻度;設計雙排式風選機聯合多功能風選單機和靜電選別單機克服了異物剔除難的問題;運用自動化控制、智能化偵測、安全保護、除塵降噪控制等系列技術,有效提高生產效率,進一步減少差錯率,基本達到機械化換人、自動化減人、信息化管理、智能化管控的“四化”目的。該條自動化生產線具有操作簡單、效率高、產能大、結實耐用、維護成本低等優點,生產工藝流程設計及設備選配對國內組建白茶精制加工生產線具有重要的借鑒意義。

    2018年,生產線投產運行后,白茶產品質量、產出效率有所提升,單位成本也隨之降低,產能和產值進一步增長,應用效果較佳。雜物剔除效果顯著,白茶拼配工藝也得到簡化,從以前人工揀剔兩遍后再進行拼配變成現在全程機械化一道流水完成,拼配效率明顯提高。

    此外,白茶損耗率得到有效控制,成品出成率達到98%以上。白茶精制加工的生產效率從1噸/班提高到3噸/班(按8小時/每班測算),茶葉產量顯著提升,如表1所示。

    加工成本方面,每千克成品茶加工成本從2017年的18.67元降為15元左右,低于福建省農業農村廳統計的16元的行業平均值,加工成本節省幅度在16%~26%。

    自2018年應用至今,累計加工成品白茶1427噸,創造產值4.74億元,節省加工成本約520萬元。

    目前,自動化、清潔化白茶精制生產線已在中茶公司內部和福建多家茶葉企業推廣應用,表現出良好的應用效果和反饋,下一步將在福建福鼎、政和、松溪等白茶產區進行復制推廣使用。

    03

    結語

    文章論述了白茶精制過程的關鍵技術要點,集成一條連續化、自動化、清潔化的白茶精制加工生產線,改善白茶精制對人工依賴程度較高的現狀,提高白茶精制的自動化、清潔化水平。生產線投入使用后,產品質量和生產效率得到提升,生產安全更有保障,同時也取得了良好的經濟效益和社會效益。但其風選和靜電工序仍屬于傳統的茶葉去雜設備范疇,對毛發類雜物的去除仍有一定的局限性,未來可以研究采用紅外色選機、X光檢測機、新型靜電機等更先進的去雜設備進行替代、改進。

    作者簡介:

    危賽明

    中國茶葉股份有限公司原副總經理、福建茶葉進出口有限責任公司原總經理,高級工程師,中國茶葉技術委員會主任委員、資深專家,全國茶葉標準化技術委員會委員,商務部對外援助物資項目評審專家,國家科技專家庫專家,享受國務院政府特殊津貼。主要從事茉莉花茶、烏龍茶、白茶等福建特種茶的生產加工、審評鑒定、技術創新、產品研發、質量與安全體系管理、企業體系管理認證、市場營銷、內外交流、專業授課、學術論著、行業標準制定、人才培養與企業管理等工作。

    具體內容詳見《中國茶葉加工》雜志,2021年第4期文章《自動化、清潔化白茶精制加工生產線研究及應用》,頁碼:10-15,作者:危賽明,羅星火,陳炳生,陳添義。

    來源:中國茶葉加工,信息貴在分享,如涉及版權問題請聯系刪除


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