一種紅酸湯發酵壇攪拌機關鍵部件設計

林順寶+張富貴

摘 要：在生物發酵中產品收率高、生產能耗低是大型發酵罐的重要經濟指標，采用優化后的組合式攪拌器，根據要求采用不同的槳型，控制各層攪拌器的能耗 ，按各層攪拌器的作用不同來分配攪拌器的軸功率，并且利用氣體上升膨脹做功降低能耗，使之滿足發酵各個區域氣液分散、固液懸浮、混均、傳熱等要求，從而保證微生物的生長要求，達到提高發酵產量，同時降低生產能耗的目的。對攪拌機的選擇和設計方法進行了分析，提出紅酸湯在發酵攪拌時速度參數的選擇，為攪拌機的選型和設計提供了參考。

關鍵詞：紅酸湯；發酵；攪拌機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.217

0 引言

近年來 ，隨著節能降耗成為社會的主流，高額的電能消耗不僅成為生物發酵行業擴大生產的瓶頸，也加大了產品成本。而生物發酵工業 的發展 ，以及對發酵過程不斷的了解，如何在提高發酵單位產能的同時降低能耗、節約成本成為各企業的中心議題。本研究選取自行設計的發酵壇攪拌機作為研究對象，對攪拌器的主要類型及其發展概況、攪拌電機的選擇、攪拌機的結構及關鍵部件設計等方面進行詳細地闡述，旨在探討該攪拌機的實際性能以及實際應用情況，進而將該款類型的攪拌機推廣于紅酸湯的制作之中，提高紅酸湯企業的生產效率以及收益。

1 概述

目前紅酸湯的生產采用的是傳統工藝加工，生產自動化程度較低，其生產主要工藝流程是：辣椒、番茄運進工廠→倒進自動清洗機清洗→剁碎→輸送壇罐發酵（期間要進行多次攪拌，目前為人工攪拌）→抽送磨醬→泵出灌裝→貼標簽→裝箱包裝。

由于傳統加工生產效率低，存在勞動者人為的差異，質量保證困難，生產質量不穩定。為此，我們根據當地實際的生產情況，吸收國內外的先進技術，研究和設計出符合紅酸湯自動化生產過程中發酵攪拌的設備。

2 攪拌器的主要類型及其發展概況

根據攪拌器的形狀可以分為徑向流圓盤攪拌器、軸向流攪拌器、推進式等；根據不同液體的粘度可分為低粘度液攪拌器、中高粘度攪拌器，低粘度液攪拌器，如：三葉推進葉輪、折葉漿式、超級混合葉輪式等；中粘度攪拌器，如：螺桿式葉輪、雙螺旋螺帶葉輪型、超混合攪拌器等。

為了達到成品高精度、高品質化要求，國外，特別是日本開發了新型的攪拌裝置，以滿足高粘度產品的生產需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌器、超混合攪拌器、高性能浮動攪拌槽、超振動α型攪拌器等。

3 攪拌電機的選擇

依據物料特性（液體介質的粘度）、攪拌過程的難易程度、生產要求的高低、設備價格和動力消耗費用等因素來選擇攪拌器，還需考慮制造、維護和檢修方便等因素。攪拌是使釜（或槽）內物料形成某種特定方式的運動（通常為循環流動）。攪拌注重的是釜內物料的運動方式和劇烈程度，以及這種運動狀況對于給定過程的適應性。其葉輪直徑較小，通常僅為釜直徑的0.2～0.5倍，但轉速較高，可達100～500r/min。葉片端部的圓周速度較大，可達5～15m/s。

攪拌工作原理：工作時，推進式攪拌器如同一臺無外殼的軸流泵，高速旋轉的葉輪使液體作軸向和切向運動。液體的軸向分速度使液體沿軸向向下流動，流至釜底時再沿釜壁折回，并重新返回旋槳入口，從而形成總體循環流動，起到均勻混合液體的作用。液體的切向分速度使液體在容器內作圓周運動，這種圓周運動使釜中心處的液面下凹，釜壁處的液面上升，從而使釜的有效容積減小。下凹嚴重時槳葉的中心甚至會吸入空氣，便攪拌效果急劇下降。

4 攪拌機的結構及關鍵部件設計

微生物發酵廣泛應用于化工、醫藥及食品等多種行業，發酵壇（灌）及攪拌器為生產過程中的關鍵設備，一般為為恒定轉速機械攪拌容器。由于微生物對攪拌產生的剪切力非常敏感，所以，攪拌轉速控制比較嚴格，不能太高。另外，隨著中國生物技術行業的蓬勃發展，發酵罐日趨大型化，攪拌軸也不斷加長，使該軸類的共振問題更為明顯，為解決共振現象的發生，工程實踐中一般采用加大軸徑（實心軸）不僅增大了軸質量，而且效果也不明顯，因為實心軸受彎、扭時，中間部分的材料并沒有得到充分利用，過多增加支承點會增加生物發酵罐的染菌機會。因此，攪拌軸的優化設計及具有重要意義。采用扁方型的攪拌軸代替圓形實心軸是解決攪拌軸重量的有效途徑，但取多大的扁方型結構攪拌軸更為合理科學又是一個值得討論的問題。

（1）發酵壇及關鍵零部件設計結構圖（如圖1），主要由發酵壇、攪拌電機、軸承、壇蓋子、傳動軸、攪拌桿組成。

（2）發酵壇壇蓋結構及尺寸設計（如圖2），左圖為蓋板整體示意圖，右圖為蓋板的剖面圖及尺寸示意圖。在攪拌過程中主要用于發酵壇口的密封，以防酸湯飛濺及空氣進入使其發生質變。

（3）發酵攪拌桿結構及尺寸設計（如圖3）。與傳動軸連接部分為圓柱體，直徑為80mm，長度為100mm；攪拌桿為方形結構，桿的垂直高度為850mm，寬度為60mm，厚度為20mm，其余尺寸見圖示。

（4）攪拌速度分析（如圖4），為確保攪拌效果及產品質量，通過運動學仿真分析，攪拌桿隨著時間的變化其角速度情況，由圖中的數據可以看出，此攪拌桿攪拌穩定之后，攪拌角速度從599.5deg/sec～600.5deg/sec的范圍內變動，攪拌速度基本保持穩定，不再隨時間的改變而發生較大的變化，這也為確保攪拌的均勻性提供保障。

5 總結

設計生產高效率高質量的發酵攪拌設備是各國不斷努力追求的。本文主要對貴州黔東南地區的一種紅酸湯發酵過程中所需的攪拌機進行設計，根據設計過程及各種參數的分析，本款攪拌機穩定性較好、性能優，攪拌紅酸湯均勻，可投入至紅酸湯發酵生產過程之中，旨在提高生產效益。

參考文獻：

[1]凱里紅酸湯成為我國三大特色火鍋底料[J/OL].黔東南州人民政府網，http：//www.qdn.gov.cn.

[2]張平亮.攪拌器的選擇和設計[J].石油化工設備技術，1996，17（02）.

作者簡介：林順寶（1980-），男，本科，講師，研究方向：汽車機電技術。