醋糟预处理设备流水线设计

刘文洲

（青岛科捷自动化设备有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

醋糟在醋发酵完毕后，通常堆放在室外，经过长时间的堆放，醋糟会板结，并混入杂质，改造前使用人工处理醋糟，效率较低。醋糟可进行厌氧发酵来生产沼气，通过出售沼气产生经济价值，厌氧发酵前需要配置一定浓度的浆料。制定的工艺流程为铲车卸料——堆放——料仓——剪切式破碎机——螺旋输送机——除杂机——浆料和杂质。该方法首先确定工艺路线，然后根据工艺路线和现场的条件进行设计，设计的时候通过3D建模，实现可视立体设计，可更直观地感受设计方案。预处理设备流水线三维方案如图1所示。在设计的过程中有需要校核的地方使用有限元方法进行校核，首先对需要校核的部件划分网格，施加边界条件，进行求解，结果收敛后根据材料的屈服强度和安全系数进行分析，确保部件只会发生可接受的弹性变形，不会发生塑性变形。对于受振动影响的部件，还需要根据有限元分析出来的最大应力和该材料的S-N曲线（疲劳强度与寿命关系曲线）来计算寿命，确保部件不会发生疲劳断裂。该预处设备流水线把醋糟处理量从70～80 t/天提高到200 t/天，加速产生经济价值，并实现智能化控制生产线，减少人工费用。

图1 预处理设备流水线三维方案

1 设计要求及原理

1.1 设计要求

（1）改造前工艺路线

预处理（铲车转运+卸料仓+调配罐），一天可以处理醋糟70～80 t/天。

（2）改造后工艺路线

预处理（料仓+破碎+除杂机+螺旋输送机），设计处理醋糟能力为200 t/天。

（3）信息化

原来的处理方案没有信息化，业主要求这次改造要信息化，包括一天的处理量、每小时处理量、用水量等数据要可以上传到计算机，方便做数据统计和数据分析，实现信息化管理。

（4）自动化

处理线要自动化运行，改造后使用的人工最少，实现降本增效的目的，同时要保证设备的质量，保证设备的稳定运行，减少检修次数。

（5）智能化

要求该流水线可以根据醋糟的量计算加水量，并自动加入相应的水，配成预设浓度的浆料，方便进行后续厌氧反应。

1.2 控制原理

（1）物料接收

物料经铲车送入料斗，料斗连接剪切式破碎机，破碎机下面连接螺旋输送机，输送机输送量与电子秤关联，保证物料均匀输送到除杂机中。

（2）浆料调配

经过破碎的醋糟进入除杂机遇到水后会溶解，除杂机中的搅拌叶片会带动醋糟和水转动，产生旋流，高速的旋流可增加醋糟与水的接触速度和面积，加速溶解。除杂机进水量与进入除杂机中物料量关联，按照设定的比例进行物料调配；除杂机出料泵流量与除杂机液位关联，保证液位稳定和物料在洗浆机被停留时间恒定。万一除杂机里的雷达液位计失效，除杂机里液位会慢慢上升，当液位超过指定位置后，浆料会进入除杂机里上部的溢流口，流到缓存池中，当除杂机里的液位低时，使用泵把缓存池中的浆料打入除杂机里，这样保证系统稳定运行，且不浪费物料。

2 重点结构设计

2.1 剪切式破碎机

剪切式破碎机采用撕碎方式破碎，电机功率是90 kW，380 V电压驱动，刀箱材质是Q235，尺寸是1 200 mm×700 mm，刀盘直径是660 mm，刀具数量是14，刀具厚度是50 mm，刀具齿数为2，主轴材质选用40Cr优质铬钼合金钢、整体调质，以保证足够的强度与韧性，刀具材质是进口HARDOX500，硬度为HBW475～525[1]，刀具更换时间为3～5年[2]。剪切式破碎机的密封使用四重密封，在刀箱2端有2个空腔体，保证多余的物料可以从腔体流下去，每个空腔有2个密封装置，保证物料不会对主轴的轴承造成破坏，从而保证系统的整体稳定运行[3]。

剪切式破碎机上面有一个料斗，料斗容积4 m3，料斗壁厚6 mm，通过法兰和剪切式破碎机连接在一起。醋糟由于长期堆放的室外，导致醋糟大量板结，且含有若干颗粒大于100 mm的大石头，使用单轴的剪切式破碎机，单轴破碎机跟双轴破碎机相比，遇到石头不容易卡住，减少检修时间；剪切式破碎机可以把醋糟打散，并把大块的石头打碎，破碎机可以让颗粒小于60 mm的物料进入除杂机。剪切式破碎机有压料器，压料器使用液压驱动[4]。

2.2 输送装置

醋糟最大处理量为25 t/h，输送装备选用螺旋输送机，螺旋直径500 mm，螺距450 mm，壳体壁厚6 mm，衬板选用8 mm不锈钢304板材制作，运送速度设定为20 r/min[5]，这样整体输送量可以达到26 t/h，满足要求[6]。

螺旋输送机由称重部分螺旋输送机和输送部分螺旋输送机两部分组成，称重部分输送机电机功率为5.5 kW，输送部分螺旋输送机电机功率为11 kW，料仓、剪切式破碎机和称重部分螺旋输送机连接在平台上，平台4个支腿下面有称重模块，可以测量通过该模块醋糟的重量[7]。现场有仪表，可以显示两个数值，一个是每天运送醋糟总重，另一个是每小时运送醋糟重量，根据每小时运送醋糟重量，控制进料水，来调控浆料浓度[8]。

2.3 除杂机

除杂机主罐体是不锈钢304钢板，厚度6 mm，主罐体下面有圆锥体，主罐体主要是存放水和醋糟，起到一个容器的作用[9]；除杂机[10]选用22 kW电机、摆线针轮减速机，方便安装和检修。物料进入除杂机后，加入水，把物料溶解，除杂机里的螺旋叶片有搅拌功能，可以加速溶解，螺旋片上有切口，可以把大物料切开，加速溶解；除杂机内壁后2层共30个破碎刀，可以打碎物料，加速溶解；物料受到离心力，慢慢向除杂机内壁移动，碰到内壁后，石头等杂质慢慢落下，落入锥形底部的杂质出口，进入杂质螺旋输送机。除杂机有浓度传感器，控制系统可根据除杂机的浓度，来控制加入醋糟和水的量，来调节浓度，使浓度达到预定浓度，然后通过浆料出口排出去，浆料存放到浆料罐中。

2.4 无轴杂质螺旋输送机

输送螺旋的壳体选择不锈钢304钢板，厚度大于或等于6 mm，衬板选择不锈钢304钢板（同时锰钢作为备选材质），厚度8 mm以上，螺旋若有滤水功能，衬板孔径大于或等于8 mm，壳体衬板孔径大于或等于12 mm，螺旋叶片厚度是20 mm，直接420 mm，螺距380 mm，保证输送量和强度[11]。密封装置一般使用油封密封圈加盘根条进行主轴密封，减速机转速在20 rad/min，选择F系列平行轴斜齿轮减速机，这样可以省下联

轴器、电机和减速机固定支架等物料[12]。杂质螺旋输送机的作用是把杂质输送出去，杂质螺旋有25°的倾角，并有滤水功能，保持输出不带水的杂质，杂质螺旋输送机出口有杂质收集箱。

3 方案分析

这条生产线设计基于生产线中各个设备的大量试验数据，首先是剪切式破碎机，处理量最大可达30 t/h，可以对最大直径110 mm以内的石头进行破碎，破碎后物料颗粒小于60 mm，主轴空腔设计可以避免主轴轴承进入杂质，保证主轴轴承正常工作，这样的设备性能满足该生产线的要求。螺旋输送机也进行过多种物料的试验，输送量就是基于理论计算和试验数据分析后得出的，主轴的密封使用的是油封加盘根密封的双密封形式，该密封结构可以对水起到良好的密封作用，万一密封失效，物料会进入电机端附近的隔仓，不会进入电机和减速机，保证电机和减速机的正常寿命。螺旋输送机最大输送角度一般在25°以内，极限可达30°，再加大输送角度会导致返料严重，降低输送量，该流水线的螺旋输送机输送角度属于常用输送角度。除杂机使用高速旋转主轴，配有螺旋叶片，再加上除杂机内壁上的多把破碎刀，醋醩可快速制成浆料，最大可配浆料量可达300 t/h，最大处理醋醩是25 t/h，水通过泵快速打进来，传感器监测浆料浓度合格后，暂时停止进料，合格的浆料由泵快速抽出，打入有搅拌功能的浆料罐中。基于以上各个设备的试验数据，整条流水线可处理醋醩25 t/h。

4 结束语

通过这条醋糟处理设备流水线，一天的醋糟处理量从70 t/天提高到200 t/天，人工可从4人减少到2人，实现了醋糟的高效利用和智能化控制，业主可记录每小时和每天的处理量。该设备流水线产出的12%浓度的浆料经过厌氧工艺处理后可以进入厌氧发酵系统，通过处理的醋糟从原先板结的固体溶解为浆料，减少了固体杂质，给后续厌氧罐降低清罐周期。通过厌氧发酵生产大量沼气，沼气经过脱硫和脱碳后，通过检测传感器检测的沼气达到一定要求后，可以储存在气柜中，通过出售沼气来实现经济收入，实现废物利用，减少醋糟堆放场地，给企业减少成本和创造利润。