甜高粱秸杆卧式连续发酵装置设计

马文燕+阚红+宋继田

摘 要：设计甜高粱秸秆卧式连续发酵装置，采用钢绳芯输送带运输，在运输的时候同时进行发酵。运输装置采用最新的DTⅡ型钢绳芯输送带运输机。本设计的工艺要求为植物秸秆连续发酵48小时，每小时发酵物已知，考虑到连续生产的持续性，生产分为四条线进行。每条线分为四段，物料在每段带上停留12小时，输送运动每半小时进行一次，运行90秒。第一段是倾斜钢绳芯带，后三段为水平皮带。通过计算对输送带结构及部件进行选取，进行发酵装置外形设计及钢架校核。

关键词：连续发酵； DTⅡ型皮带运输机； 螺旋拉紧装置；驱动装置

一、卧式连续发酵装置的研究意义

甜高粱桔秆固态发酵是借鉴传统的白酒固态发酵生产工艺原理，结合甜高粱桔秆原料本身的特点，将甜高粱桔秆直接粉碎后进行发酵。这样可以节省榨汁成本。另外固态发酵还具有需水量少、能耗小、产物浓度高、产生的废水少和运作费用低等优点。因而，用甜高粱桔稈生产乙醇是一种符合我国国情的、安全的能源供应产业，为生物燃料乙醇的生产开辟了一条广阔的道路。

本设计为甜高粱秸秆卧式连续发酵装置设计。采用钢绳芯输送带运输，在运输过程中进行发酵，实现运输与发酵的同时进行，进而达到连续发酵的目的。运输装置采用最新的DTⅡ型钢绳芯输送带运输机，由于托辊是等长的三段，并且它们之间的夹角为135 即λ=45 ，使得输送带形成等腰梯形的截面积，这样不仅增加了输送能力，而且还能够有利于保持发酵的温度。输送带主要部件及配套部件有：机架、导料槽、螺旋拉紧装置、空段清扫器、头部漏斗、电动机、液力耦合器、制动器、减速器、联轴器等。本设计的工艺要求为植物秸秆连续发酵48小时，每小时发酵量已知。本设计采用四条生产线，每条线分为四段，物料在每段带上停留12小时，由于输送带速度很慢，因此，每隔半小时进行一次输送，运行时间为90秒。第一段是倾斜钢绳芯带，后三段为水平皮带。第一段不仅有12小时的发酵功能，而且还有把秸秆物料输送到最高处的作用。从第一段落到第二段输送带上再进行水平的运输，运输到末端再落到第三段上，层层下落，直到第四段末端，发酵完成。

二、化工工艺计算

1.工艺流程

生产的工艺流程：甜高粱秸秆经过破碎机进行破碎，然后经过粉碎机进行粉碎，粉碎为为每段秸秆长度为5-6毫米，然后进行接种、发酵，发酵2天，把甜高粱秸秆中的糖分转化为酒精，然后运入立式蒸馏装置进行蒸馏，蒸馏后的物料经过干燥机进行干燥，然后进行压缩可制成燃烧棒等，蒸馏出来的酒精进行冷却然后储存，由于蒸馏出来的酒精含量低，故再进行精馏，最后出来纯度为95%的酒精。

2.基本数据

处理量M， 粉碎后秸秆密度ρ，发酵时间为T，摩擦因子为μ。

3.设计参数的确定

设计采用DTⅡ型固定式带式输送机，带宽为B，选ST-800的钢丝绳，确定钢丝绳最大直径， 钢丝绳间距，带厚，上下覆盖胶厚度，钢丝绳数量，输送带质量。钢丝绳接头长度。传动滚筒直径，改向滚筒直径，滚子直径等参数。

4.输送带输送物料截面积计算

取输送带上物料堆积角θ=45°，槽角λ=45°。48小时连续发酵的体积V°=MT/ρ。发酵分四条运输带进行V=V°/4。每条输送带的长度Lo =V/S。每条分为四段，每段长度L= Lo /4。为了便于掉料及增加运输带输送能力的弹性，水平输送带预定一固定值。

先把秸秆物料堆放在倾斜的输送带上，运输到高度

H总×单层3

然后，从最高层一层一层向下落，其余三层是水平输送带。首先进行倾斜输送带的设计计算，不妨命名为第一输送带，然后进行其余三条水平输送带的设计。

5.传动功率计算

传动滚筒轴功率 PA= FuV2，传动滚筒机效率为0.8， 联轴器效率为0.98 ；液力耦合器效率0.8 ；二级减速器效率为0.84。 因此，=0.53；倾斜输送带即第一输送带的功率 PA1= Fu1V1可计算出来，故PM1= PA1/。 从而选取倾斜输送带电动机型号。

（1）限制输送带下垂度的最小张力：

承载分支F ≥

（2）输送带工作时不打滑需保持的最小张力：

F ≥F

三、结语

固体发酵工艺是适合甜高粱自身特性的一种发酵工艺，本文基于固态发酵的理论，根据实际工程的需要，通过设计计算，确定了输送带的基本尺寸，进行输送带机构及部件的选取，发酵装置外形的设计以及钢架结构的校核，最终设计出卧式固态连续发酵装置，该装置可有效地解决传统发酵装置中存在的生产不连续的问题，有利于生产的机械自动化和连续化。

参考文献：

[1] 刘荣厚，李金霞，沈飞，等.甜高粱茎秆汁液固定化酵母酒精发酵的研究[J]. 农业工程学报，2005，21 （9）：137-140.

[2]《运输机械设计选用手册》编辑委员会.运输机械设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，1999.1.endprint