甜高粱秸桿臥式連續(xù)發(fā)酵裝置設(shè)計

馬文燕+闞紅+宋繼田

摘 要：設(shè)計甜高粱秸稈臥式連續(xù)發(fā)酵裝置，采用鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸，在運(yùn)輸?shù)臅r候同時進(jìn)行發(fā)酵。運(yùn)輸裝置采用最新的DTⅡ型鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸機(jī)。本設(shè)計的工藝要求為植物秸稈連續(xù)發(fā)酵48小時，每小時發(fā)酵物已知，考慮到連續(xù)生產(chǎn)的持續(xù)性，生產(chǎn)分為四條線進(jìn)行。每條線分為四段，物料在每段帶上停留12小時，輸送運(yùn)動每半小時進(jìn)行一次，運(yùn)行90秒。第一段是傾斜鋼繩芯帶，后三段為水平皮帶。通過計算對輸送帶結(jié)構(gòu)及部件進(jìn)行選取，進(jìn)行發(fā)酵裝置外形設(shè)計及鋼架校核。

關(guān)鍵詞：連續(xù)發(fā)酵； DTⅡ型皮帶運(yùn)輸機(jī)； 螺旋拉緊裝置；驅(qū)動裝置

一、臥式連續(xù)發(fā)酵裝置的研究意義

甜高粱桔稈固態(tài)發(fā)酵是借鑒傳統(tǒng)的白酒固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)工藝原理，結(jié)合甜高粱桔稈原料本身的特點(diǎn)，將甜高粱桔稈直接粉碎后進(jìn)行發(fā)酵。這樣可以節(jié)省榨汁成本。另外固態(tài)發(fā)酵還具有需水量少、能耗小、產(chǎn)物濃度高、產(chǎn)生的廢水少和運(yùn)作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因而，用甜高粱桔稈生產(chǎn)乙醇是一種符合我國國情的、安全的能源供應(yīng)產(chǎn)業(yè)，為生物燃料乙醇的生產(chǎn)開辟了一條廣闊的道路。

本設(shè)計為甜高粱秸稈臥式連續(xù)發(fā)酵裝置設(shè)計。采用鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中進(jìn)行發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸與發(fā)酵的同時進(jìn)行，進(jìn)而達(dá)到連續(xù)發(fā)酵的目的。運(yùn)輸裝置采用最新的DTⅡ型鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸機(jī)，由于托輥是等長的三段，并且它們之間的夾角為135 即λ=45 ，使得輸送帶形成等腰梯形的截面積，這樣不僅增加了輸送能力，而且還能夠有利于保持發(fā)酵的溫度。輸送帶主要部件及配套部件有：機(jī)架、導(dǎo)料槽、螺旋拉緊裝置、空段清掃器、頭部漏斗、電動機(jī)、液力耦合器、制動器、減速器、聯(lián)軸器等。本設(shè)計的工藝要求為植物秸稈連續(xù)發(fā)酵48小時，每小時發(fā)酵量已知。本設(shè)計采用四條生產(chǎn)線，每條線分為四段，物料在每段帶上停留12小時，由于輸送帶速度很慢，因此，每隔半小時進(jìn)行一次輸送，運(yùn)行時間為90秒。第一段是傾斜鋼繩芯帶，后三段為水平皮帶。第一段不僅有12小時的發(fā)酵功能，而且還有把秸稈物料輸送到最高處的作用。從第一段落到第二段輸送帶上再進(jìn)行水平的運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)侥┒嗽俾涞降谌紊希瑢訉酉侣?，直到第四段末端，發(fā)酵完成。

二、化工工藝計算

1.工藝流程

生產(chǎn)的工藝流程：甜高粱秸稈經(jīng)過破碎機(jī)進(jìn)行破碎，然后經(jīng)過粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎為為每段秸稈長度為5-6毫米，然后進(jìn)行接種、發(fā)酵，發(fā)酵2天，把甜高粱秸稈中的糖分轉(zhuǎn)化為酒精，然后運(yùn)入立式蒸餾裝置進(jìn)行蒸餾，蒸餾后的物料經(jīng)過干燥機(jī)進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行壓縮可制成燃燒棒等，蒸餾出來的酒精進(jìn)行冷卻然后儲存，由于蒸餾出來的酒精含量低，故再進(jìn)行精餾，最后出來純度為95%的酒精。

2.基本數(shù)據(jù)

處理量M， 粉碎后秸稈密度ρ，發(fā)酵時間為T，摩擦因子為μ。

3.設(shè)計參數(shù)的確定

設(shè)計采用DTⅡ型固定式帶式輸送機(jī)，帶寬為B，選ST-800的鋼絲繩，確定鋼絲繩最大直徑， 鋼絲繩間距，帶厚，上下覆蓋膠厚度，鋼絲繩數(shù)量，輸送帶質(zhì)量。鋼絲繩接頭長度。傳動滾筒直徑，改向滾筒直徑，滾子直徑等參數(shù)。

4.輸送帶輸送物料截面積計算

取輸送帶上物料堆積角θ=45°，槽角λ=45°。48小時連續(xù)發(fā)酵的體積V°=MT/ρ。發(fā)酵分四條運(yùn)輸帶進(jìn)行V=V°/4。每條輸送帶的長度Lo =V/S。每條分為四段，每段長度L= Lo /4。為了便于掉料及增加運(yùn)輸帶輸送能力的彈性，水平輸送帶預(yù)定一固定值。

先把秸稈物料堆放在傾斜的輸送帶上，運(yùn)輸?shù)礁叨?/p>

H總×單層3

然后，從最高層一層一層向下落，其余三層是水平輸送帶。首先進(jìn)行傾斜輸送帶的設(shè)計計算，不妨命名為第一輸送帶，然后進(jìn)行其余三條水平輸送帶的設(shè)計。

5.傳動功率計算

傳動滾筒軸功率 PA= FuV2，傳動滾筒機(jī)效率為0.8， 聯(lián)軸器效率為0.98 ；液力耦合器效率0.8 ；二級減速器效率為0.84。 因此，=0.53；傾斜輸送帶即第一輸送帶的功率 PA1= Fu1V1可計算出來，故PM1= PA1/。 從而選取傾斜輸送帶電動機(jī)型號。

（1）限制輸送帶下垂度的最小張力：

承載分支F ≥

（2）輸送帶工作時不打滑需保持的最小張力：

F ≥F

三、結(jié)語

固體發(fā)酵工藝是適合甜高粱自身特性的一種發(fā)酵工藝，本文基于固態(tài)發(fā)酵的理論，根據(jù)實(shí)際工程的需要，通過設(shè)計計算，確定了輸送帶的基本尺寸，進(jìn)行輸送帶機(jī)構(gòu)及部件的選取，發(fā)酵裝置外形的設(shè)計以及鋼架結(jié)構(gòu)的校核，最終設(shè)計出臥式固態(tài)連續(xù)發(fā)酵裝置，該裝置可有效地解決傳統(tǒng)發(fā)酵裝置中存在的生產(chǎn)不連續(xù)的問題，有利于生產(chǎn)的機(jī)械自動化和連續(xù)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉榮厚，李金霞，沈飛，等.甜高粱莖稈汁液固定化酵母酒精發(fā)酵的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21 （9）：137-140.

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