一種紅酸湯發(fā)酵壇攪拌機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

林順寶+張富貴

摘 要：在生物發(fā)酵中產(chǎn)品收率高、生產(chǎn)能耗低是大型發(fā)酵罐的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，采用優(yōu)化后的組合式攪拌器，根據(jù)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(fā)酵各個(gè)區(qū)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(dá)到提高發(fā)酵產(chǎn)量，同時(shí)降低生產(chǎn)能耗的目的。對攪拌機(jī)的選擇和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析，提出紅酸湯在發(fā)酵攪拌時(shí)速度參數(shù)的選擇，為攪拌機(jī)的選型和設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：紅酸湯；發(fā)酵；攪拌機(jī)

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

0 引言

近年來 ，隨著節(jié)能降耗成為社會(huì)的主流，高額的電能消耗不僅成為生物發(fā)酵行業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)的瓶頸，也加大了產(chǎn)品成本。而生物發(fā)酵工業(yè) 的發(fā)展 ，以及對發(fā)酵過程不斷的了解，如何在提高發(fā)酵單位產(chǎn)能的同時(shí)降低能耗、節(jié)約成本成為各企業(yè)的中心議題。本研究選取自行設(shè)計(jì)的發(fā)酵壇攪拌機(jī)作為研究對象，對攪拌器的主要類型及其發(fā)展概況、攪拌電機(jī)的選擇、攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行詳細(xì)地闡述，旨在探討該攪拌機(jī)的實(shí)際性能以及實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)而將該款類型的攪拌機(jī)推廣于紅酸湯的制作之中，提高紅酸湯企業(yè)的生產(chǎn)效率以及收益。

1 概述

目前紅酸湯的生產(chǎn)采用的是傳統(tǒng)工藝加工，生產(chǎn)自動(dòng)化程度較低，其生產(chǎn)主要工藝流程是：辣椒、番茄運(yùn)進(jìn)工廠→倒進(jìn)自動(dòng)清洗機(jī)清洗→剁碎→輸送壇罐發(fā)酵（期間要進(jìn)行多次攪拌，目前為人工攪拌）→抽送磨醬→泵出灌裝→貼標(biāo)簽→裝箱包裝。

由于傳統(tǒng)加工生產(chǎn)效率低，存在勞動(dòng)者人為的差異，質(zhì)量保證困難，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。為此，我們根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際的生產(chǎn)情況，吸收國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，研究和設(shè)計(jì)出符合紅酸湯自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)酵攪拌的設(shè)備。

2 攪拌器的主要類型及其發(fā)展概況

根據(jù)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(jìn)式等；根據(jù)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(jìn)葉輪、折葉漿式、超級(jí)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(dá)到成品高精度、高品質(zhì)化要求，國外，特別是日本開發(fā)了新型的攪拌裝置，以滿足高粘度產(chǎn)品的生產(chǎn)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(dòng)攪拌槽、超振動(dòng)α型攪拌器等。

3 攪拌電機(jī)的選擇

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

攪拌工作原理：工作時(shí)，推進(jìn)式攪拌器如同一臺(tái)無外殼的軸流泵，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使液體作軸向和切向運(yùn)動(dòng)。液體的軸向分速度使液體沿軸向向下流動(dòng)，流至釜底時(shí)再沿釜壁折回，并重新返回旋槳入口，從而形成總體循環(huán)流動(dòng)，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(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，這種圓周運(yùn)動(dòng)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(yán)重時(shí)槳葉的中心甚至?xí)肟諝猓銛嚢栊Ч眲∠陆怠?/p>

4 攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

微生物發(fā)酵廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥及食品等多種行業(yè)，發(fā)酵壇（灌）及攪拌器為生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，一般為為恒定轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌容器。由于微生物對攪拌產(chǎn)生的剪切力非常敏感，所以，攪拌轉(zhuǎn)速控制比較嚴(yán)格，不能太高。另外，隨著中國生物技術(shù)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，發(fā)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(xiàn)象的發(fā)生，工程實(shí)踐中一般采用加大軸徑（實(shí)心軸）不僅增大了軸質(zhì)量，而且效果也不明顯，因?yàn)閷?shí)心軸受彎、扭時(shí)，中間部分的材料并沒有得到充分利用，過多增加支承點(diǎn)會(huì)增加生物發(fā)酵罐的染菌機(jī)會(huì)。因此，攪拌軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)及具有重要意義。采用扁方型的攪拌軸代替圓形實(shí)心軸是解決攪拌軸重量的有效途徑，但取多大的扁方型結(jié)構(gòu)攪拌軸更為合理科學(xué)又是一個(gè)值得討論的問題。

（1）發(fā)酵壇及關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖（如圖1），主要由發(fā)酵壇、攪拌電機(jī)、軸承、壇蓋子、傳動(dòng)軸、攪拌桿組成。

（2）發(fā)酵壇壇蓋結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)（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(fā)酵壇口的密封，以防酸湯飛濺及空氣進(jìn)入使其發(fā)生質(zhì)變。

（3）發(fā)酵攪拌桿結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)（如圖3）。與傳動(dòng)軸連接部分為圓柱體，直徑為80mm，長度為100mm；攪拌桿為方形結(jié)構(gòu)，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(chǎn)品質(zhì)量，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，攪拌桿隨著時(shí)間的變化其角速度情況，由圖中的數(shù)據(jù)可以看出，此攪拌桿攪拌穩(wěn)定之后，攪拌角速度從599.5deg/sec～600.5deg/sec的范圍內(nèi)變動(dòng)，攪拌速度基本保持穩(wěn)定，不再隨時(shí)間的改變而發(fā)生較大的變化，這也為確保攪拌的均勻性提供保障。

5 總結(jié)

設(shè)計(jì)生產(chǎn)高效率高質(zhì)量的發(fā)酵攪拌設(shè)備是各國不斷努力追求的。本文主要對貴州黔東南地區(qū)的一種紅酸湯發(fā)酵過程中所需的攪拌機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)過程及各種參數(shù)的分析，本款攪拌機(jī)穩(wěn)定性較好、性能優(yōu)，攪拌紅酸湯均勻，可投入至紅酸湯發(fā)酵生產(chǎn)過程之中，旨在提高生產(chǎn)效益。

參考文獻(xiàn)：

[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(wǎng)，http：//www.qdn.gov.cn.

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

作者簡介：林順寶（1980-），男，本科，講師，研究方向：汽車機(jī)電技術(shù)。