醋糟預(yù)處理設(shè)備流水線設(shè)計(jì)

劉文洲

（青島科捷自動(dòng)化設(shè)備有限公司，山東青島 266000）

0 引言

醋糟在醋發(fā)酵完畢后，通常堆放在室外，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的堆放，醋糟會(huì)板結(jié)，并混入雜質(zhì)，改造前使用人工處理醋糟，效率較低。醋糟可進(jìn)行厭氧發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)沼氣，通過(guò)出售沼氣產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值，厭氧發(fā)酵前需要配置一定濃度的漿料。制定的工藝流程為鏟車(chē)卸料——堆放——料倉(cāng)——剪切式破碎機(jī)——螺旋輸送機(jī)——除雜機(jī)——漿料和雜質(zhì)。該方法首先確定工藝路線，然后根據(jù)工藝路線和現(xiàn)場(chǎng)的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的時(shí)候通過(guò)3D建模，實(shí)現(xiàn)可視立體設(shè)計(jì)，可更直觀地感受設(shè)計(jì)方案。預(yù)處理設(shè)備流水線三維方案如圖1所示。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有需要校核的地方使用有限元方法進(jìn)行校核，首先對(duì)需要校核的部件劃分網(wǎng)格，施加邊界條件，進(jìn)行求解，結(jié)果收斂后根據(jù)材料的屈服強(qiáng)度和安全系數(shù)進(jìn)行分析，確保部件只會(huì)發(fā)生可接受的彈性變形，不會(huì)發(fā)生塑性變形。對(duì)于受振動(dòng)影響的部件，還需要根據(jù)有限元分析出來(lái)的最大應(yīng)力和該材料的S-N曲線（疲勞強(qiáng)度與壽命關(guān)系曲線）來(lái)計(jì)算壽命，確保部件不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。該預(yù)處設(shè)備流水線把醋糟處理量從70～80 t/天提高到200 t/天，加速產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并實(shí)現(xiàn)智能化控制生產(chǎn)線，減少人工費(fèi)用。

圖1 預(yù)處理設(shè)備流水線三維方案

1 設(shè)計(jì)要求及原理

1.1 設(shè)計(jì)要求

（1）改造前工藝路線

預(yù)處理（鏟車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)+卸料倉(cāng)+調(diào)配罐），一天可以處理醋糟70～80 t/天。

（2）改造后工藝路線

預(yù)處理（料倉(cāng)+破碎+除雜機(jī)+螺旋輸送機(jī)），設(shè)計(jì)處理醋糟能力為200 t/天。

（3）信息化

原來(lái)的處理方案沒(méi)有信息化，業(yè)主要求這次改造要信息化，包括一天的處理量、每小時(shí)處理量、用水量等數(shù)據(jù)要可以上傳到計(jì)算機(jī)，方便做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)信息化管理。

（4）自動(dòng)化

處理線要自動(dòng)化運(yùn)行，改造后使用的人工最少，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的，同時(shí)要保證設(shè)備的質(zhì)量，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少檢修次數(shù)。

（5）智能化

要求該流水線可以根據(jù)醋糟的量計(jì)算加水量，并自動(dòng)加入相應(yīng)的水，配成預(yù)設(shè)濃度的漿料，方便進(jìn)行后續(xù)厭氧反應(yīng)。

1.2 控制原理

（1）物料接收

物料經(jīng)鏟車(chē)送入料斗，料斗連接剪切式破碎機(jī)，破碎機(jī)下面連接螺旋輸送機(jī)，輸送機(jī)輸送量與電子秤關(guān)聯(lián)，保證物料均勻輸送到除雜機(jī)中。

（2）漿料調(diào)配

經(jīng)過(guò)破碎的醋糟進(jìn)入除雜機(jī)遇到水后會(huì)溶解，除雜機(jī)中的攪拌葉片會(huì)帶動(dòng)醋糟和水轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生旋流，高速的旋流可增加醋糟與水的接觸速度和面積，加速溶解。除雜機(jī)進(jìn)水量與進(jìn)入除雜機(jī)中物料量關(guān)聯(lián)，按照設(shè)定的比例進(jìn)行物料調(diào)配；除雜機(jī)出料泵流量與除雜機(jī)液位關(guān)聯(lián)，保證液位穩(wěn)定和物料在洗漿機(jī)被停留時(shí)間恒定。萬(wàn)一除雜機(jī)里的雷達(dá)液位計(jì)失效，除雜機(jī)里液位會(huì)慢慢上升，當(dāng)液位超過(guò)指定位置后，漿料會(huì)進(jìn)入除雜機(jī)里上部的溢流口，流到緩存池中，當(dāng)除雜機(jī)里的液位低時(shí)，使用泵把緩存池中的漿料打入除雜機(jī)里，這樣保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且不浪費(fèi)物料。

2 重點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 剪切式破碎機(jī)

剪切式破碎機(jī)采用撕碎方式破碎，電機(jī)功率是90 kW，380 V電壓驅(qū)動(dòng)，刀箱材質(zhì)是Q235，尺寸是1 200 mm×700 mm，刀盤(pán)直徑是660 mm，刀具數(shù)量是14，刀具厚度是50 mm，刀具齒數(shù)為2，主軸材質(zhì)選用40Cr優(yōu)質(zhì)鉻鉬合金鋼、整體調(diào)質(zhì)，以保證足夠的強(qiáng)度與韌性，刀具材質(zhì)是進(jìn)口HARDOX500，硬度為HBW475～525[1]，刀具更換時(shí)間為3～5年[2]。剪切式破碎機(jī)的密封使用四重密封，在刀箱2端有2個(gè)空腔體，保證多余的物料可以從腔體流下去，每個(gè)空腔有2個(gè)密封裝置，保證物料不會(huì)對(duì)主軸的軸承造成破壞，從而保證系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

剪切式破碎機(jī)上面有一個(gè)料斗，料斗容積4 m3，料斗壁厚6 mm，通過(guò)法蘭和剪切式破碎機(jī)連接在一起。醋糟由于長(zhǎng)期堆放的室外，導(dǎo)致醋糟大量板結(jié)，且含有若干顆粒大于100 mm的大石頭，使用單軸的剪切式破碎機(jī)，單軸破碎機(jī)跟雙軸破碎機(jī)相比，遇到石頭不容易卡住，減少檢修時(shí)間；剪切式破碎機(jī)可以把醋糟打散，并把大塊的石頭打碎，破碎機(jī)可以讓顆粒小于60 mm的物料進(jìn)入除雜機(jī)。剪切式破碎機(jī)有壓料器，壓料器使用液壓驅(qū)動(dòng)[4]。

2.2 輸送裝置

醋糟最大處理量為25 t/h，輸送裝備選用螺旋輸送機(jī)，螺旋直徑500 mm，螺距450 mm，殼體壁厚6 mm，襯板選用8 mm不銹鋼304板材制作，運(yùn)送速度設(shè)定為20 r/min[5]，這樣整體輸送量可以達(dá)到26 t/h，滿足要求[6]。

螺旋輸送機(jī)由稱重部分螺旋輸送機(jī)和輸送部分螺旋輸送機(jī)兩部分組成，稱重部分輸送機(jī)電機(jī)功率為5.5 kW，輸送部分螺旋輸送機(jī)電機(jī)功率為11 kW，料倉(cāng)、剪切式破碎機(jī)和稱重部分螺旋輸送機(jī)連接在平臺(tái)上，平臺(tái)4個(gè)支腿下面有稱重模塊，可以測(cè)量通過(guò)該模塊醋糟的重量[7]。現(xiàn)場(chǎng)有儀表，可以顯示兩個(gè)數(shù)值，一個(gè)是每天運(yùn)送醋糟總重，另一個(gè)是每小時(shí)運(yùn)送醋糟重量，根據(jù)每小時(shí)運(yùn)送醋糟重量，控制進(jìn)料水，來(lái)調(diào)控漿料濃度[8]。

2.3 除雜機(jī)

除雜機(jī)主罐體是不銹鋼304鋼板，厚度6 mm，主罐體下面有圓錐體，主罐體主要是存放水和醋糟，起到一個(gè)容器的作用[9]；除雜機(jī)[10]選用22 kW電機(jī)、擺線針輪減速機(jī)，方便安裝和檢修。物料進(jìn)入除雜機(jī)后，加入水，把物料溶解，除雜機(jī)里的螺旋葉片有攪拌功能，可以加速溶解，螺旋片上有切口，可以把大物料切開(kāi)，加速溶解；除雜機(jī)內(nèi)壁后2層共30個(gè)破碎刀，可以打碎物料，加速溶解；物料受到離心力，慢慢向除雜機(jī)內(nèi)壁移動(dòng)，碰到內(nèi)壁后，石頭等雜質(zhì)慢慢落下，落入錐形底部的雜質(zhì)出口，進(jìn)入雜質(zhì)螺旋輸送機(jī)。除雜機(jī)有濃度傳感器，控制系統(tǒng)可根據(jù)除雜機(jī)的濃度，來(lái)控制加入醋糟和水的量，來(lái)調(diào)節(jié)濃度，使?jié)舛冗_(dá)到預(yù)定濃度，然后通過(guò)漿料出口排出去，漿料存放到漿料罐中。

2.4 無(wú)軸雜質(zhì)螺旋輸送機(jī)

輸送螺旋的殼體選擇不銹鋼304鋼板，厚度大于或等于6 mm，襯板選擇不銹鋼304鋼板（同時(shí)錳鋼作為備選材質(zhì)），厚度8 mm以上，螺旋若有濾水功能，襯板孔徑大于或等于8 mm，殼體襯板孔徑大于或等于12 mm，螺旋葉片厚度是20 mm，直接420 mm，螺距380 mm，保證輸送量和強(qiáng)度[11]。密封裝置一般使用油封密封圈加盤(pán)根條進(jìn)行主軸密封，減速機(jī)轉(zhuǎn)速在20 rad/min，選擇F系列平行軸斜齒輪減速機(jī)，這樣可以省下聯(lián)

軸器、電機(jī)和減速機(jī)固定支架等物料[12]。雜質(zhì)螺旋輸送機(jī)的作用是把雜質(zhì)輸送出去，雜質(zhì)螺旋有25°的傾角，并有濾水功能，保持輸出不帶水的雜質(zhì)，雜質(zhì)螺旋輸送機(jī)出口有雜質(zhì)收集箱。

3 方案分析

這條生產(chǎn)線設(shè)計(jì)基于生產(chǎn)線中各個(gè)設(shè)備的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，首先是剪切式破碎機(jī)，處理量最大可達(dá)30 t/h，可以對(duì)最大直徑110 mm以內(nèi)的石頭進(jìn)行破碎，破碎后物料顆粒小于60 mm，主軸空腔設(shè)計(jì)可以避免主軸軸承進(jìn)入雜質(zhì)，保證主軸軸承正常工作，這樣的設(shè)備性能滿足該生產(chǎn)線的要求。螺旋輸送機(jī)也進(jìn)行過(guò)多種物料的試驗(yàn)，輸送量就是基于理論計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后得出的，主軸的密封使用的是油封加盤(pán)根密封的雙密封形式，該密封結(jié)構(gòu)可以對(duì)水起到良好的密封作用，萬(wàn)一密封失效，物料會(huì)進(jìn)入電機(jī)端附近的隔倉(cāng)，不會(huì)進(jìn)入電機(jī)和減速機(jī)，保證電機(jī)和減速機(jī)的正常壽命。螺旋輸送機(jī)最大輸送角度一般在25°以內(nèi)，極限可達(dá)30°，再加大輸送角度會(huì)導(dǎo)致返料嚴(yán)重，降低輸送量，該流水線的螺旋輸送機(jī)輸送角度屬于常用輸送角度。除雜機(jī)使用高速旋轉(zhuǎn)主軸，配有螺旋葉片，再加上除雜機(jī)內(nèi)壁上的多把破碎刀，醋醩可快速制成漿料，最大可配漿料量可達(dá)300 t/h，最大處理醋醩是25 t/h，水通過(guò)泵快速打進(jìn)來(lái)，傳感器監(jiān)測(cè)漿料濃度合格后，暫時(shí)停止進(jìn)料，合格的漿料由泵快速抽出，打入有攪拌功能的漿料罐中。基于以上各個(gè)設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整條流水線可處理醋醩25 t/h。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這條醋糟處理設(shè)備流水線，一天的醋糟處理量從70 t/天提高到200 t/天，人工可從4人減少到2人，實(shí)現(xiàn)了醋糟的高效利用和智能化控制，業(yè)主可記錄每小時(shí)和每天的處理量。該設(shè)備流水線產(chǎn)出的12%濃度的漿料經(jīng)過(guò)厭氧工藝處理后可以進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)，通過(guò)處理的醋糟從原先板結(jié)的固體溶解為漿料，減少了固體雜質(zhì)，給后續(xù)厭氧罐降低清罐周期。通過(guò)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)大量沼氣，沼氣經(jīng)過(guò)脫硫和脫碳后，通過(guò)檢測(cè)傳感器檢測(cè)的沼氣達(dá)到一定要求后，可以儲(chǔ)存在氣柜中，通過(guò)出售沼氣來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收入，實(shí)現(xiàn)廢物利用，減少醋糟堆放場(chǎng)地，給企業(yè)減少成本和創(chuàng)造利潤(rùn)。