山東省輕工業(yè)設(shè)計(jì)院 蔣 煒
原料粉碎是酒精生產(chǎn)中的第一道工序,也是最令生產(chǎn)管理者操心的工序,除了要完成既定的產(chǎn)量要求外,由于它是酒精生產(chǎn)中主要耗電部門(mén),因而噸原料粉碎電耗成為一個(gè)重要的管理指標(biāo)。此外,作業(yè)中的除雜、除塵、噪音等也都是些比較“頭痛”的問(wèn)題,而這些問(wèn)題的解決和改善,都有賴(lài)于周密合理的工藝設(shè)計(jì)。本文將就有關(guān)原料粉碎工藝設(shè)計(jì)中涉及的一些主要問(wèn)題,提出一點(diǎn)個(gè)人觀點(diǎn),以供相關(guān)人員參考。
一、關(guān)于輸送方式
粉碎作業(yè)中原料要在各設(shè)備間傳送轉(zhuǎn)移,常用的輸送方式有機(jī)械輸送和風(fēng)力輸送(簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)送)。設(shè)計(jì)中到底采用哪種輸送方式較好?這是設(shè)計(jì)者首先面臨的選擇。在回答這一問(wèn)題這前,先讓我們來(lái)分析一下這兩種輸送方式各自的特點(diǎn):
機(jī)械輸送大多采用斗式提升機(jī)、埋括板輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)等,其特點(diǎn)是輸送平穩(wěn),動(dòng)力消耗小,噪音小,設(shè)備磨損小,但一般只能作直線輸送,適用于輸送玉米、小麥等散粒狀原料。
風(fēng)送是物料在管道中借助具有一定速度的流動(dòng)空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送,因而輸送線路自由靈活(可彎曲),設(shè)備投資少。它還可以在輸送的同時(shí)利用物料間的重度差別,把混在物料中的雜質(zhì)(鐵、石子等)分離出來(lái),謂之風(fēng)選,而這一性能對(duì)于處理混入雜質(zhì)較多的薯類(lèi)原料顯得十分可貴。不僅如此,一般采用的負(fù)壓吸送對(duì)作業(yè)點(diǎn)還兼具除塵作用。在細(xì)碎機(jī)下部采用負(fù)壓吸送,不僅能實(shí)現(xiàn)將細(xì)碎機(jī)安裝于車(chē)間底層地面,降低了廠房高度,減小了設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng),而且由于細(xì)碎機(jī)的篩背處于負(fù)壓抽吸狀態(tài),大幅度地提高了機(jī)膛內(nèi)已粉碎物料的過(guò)篩效率,使細(xì)碎機(jī)的生產(chǎn)能力也相應(yīng)大幅度提高(一般可提高50-60%),產(chǎn)品單位電耗明顯下降。但風(fēng)送本身對(duì)此機(jī)械輸送而言也有耗電高、噪音較大,管道、風(fēng)機(jī)易磨損等缺點(diǎn)。
通過(guò)以上分析,設(shè)計(jì)中可針對(duì)不同情況,采用相應(yīng)的輸送方式:
1、對(duì)于較潔凈的不含大塊重雜質(zhì)的玉米、小麥等原料,可采用斗提機(jī)、皮帶輸送機(jī)等機(jī)械輸送方式,將原料送入粉碎機(jī)。這樣做,電耗低、噪音也小。為了不讓原料中少量的鐵進(jìn)入粉碎機(jī)造成故障,可在皮帶機(jī)上方、斗提機(jī)溜管、粉碎機(jī)入口等部位設(shè)置磁力除鐵裝置。
2、對(duì)于含鐵、石等重雜質(zhì)較多的薯干、木薯等原料,如采用機(jī)械輸送,盡管其中的鐵也可利用磁力去除,但石塊及石子卻無(wú)法從原料中分離出來(lái),一旦進(jìn)入粉碎機(jī)會(huì)引起配件加速磨損。粉成的砂、粒進(jìn)入后工序又會(huì)造成泵、管道等加速磨損,更會(huì)造成發(fā)酵罐底部積砂,蒸餾塔器堵塞等嚴(yán)重故障,砂石量大甚至?xí)?dǎo)致經(jīng)常被迫停機(jī),嚴(yán)重影響生產(chǎn)。此時(shí),采用風(fēng)送盡管耗電較高,但因它兼具風(fēng)選、負(fù)壓吸塵等綜合功能,因此,從總體出發(fā)是非常必要和值得的。
3、在細(xì)碎機(jī)下部采用負(fù)壓吸送,將粉碎好的粉料輸入拌漿罐,這是一種很好的輸送方式,它能大幅度提高粉碎機(jī)的單機(jī)能力,且能徹底消除常規(guī)粉碎(正壓)作業(yè)中粉碎機(jī)外溢的粉塵,又能實(shí)現(xiàn)將粉碎機(jī)按于地面,靠牢固的基礎(chǔ)減小振動(dòng),又能降低廠房的總體高度。盡管采用風(fēng)送要比機(jī)械輸送多耗一部分電能,但它完全可以從粉碎機(jī)本身能力大幅提高而節(jié)約的電能中得到補(bǔ)償(粉碎機(jī)能力提高的幅度要大于粉碎機(jī)功率提高的幅度)。因而,無(wú)論是粉碎玉米、小麥等谷物原料,還是粉碎薯類(lèi)原料,這一方式都是適用且較好的。
4、對(duì)于那些規(guī)模較小(年產(chǎn)萬(wàn)噸酒精以下)的粉碎谷物原料的裝置,一般均采用一臺(tái)粉碎機(jī)一級(jí)粉碎,此時(shí),為了簡(jiǎn)化裝置,將上料進(jìn)粉碎機(jī)和粉碎后的粉料輸送二者串聯(lián)為一個(gè)系統(tǒng),采用負(fù)壓吸送,也是合理可行的。
二、關(guān)于一級(jí)粉碎和二級(jí)粉碎
在粉碎工藝設(shè)計(jì)中采用一級(jí)粉碎還是二級(jí)粉碎,應(yīng)根據(jù)原料品種并結(jié)合生產(chǎn)規(guī)模來(lái)確定。
使用谷物原料時(shí),由于原料的粒徑較小,要求粉碎比小(粉碎前物料的平均粒徑與粉碎后物料的平均粒徑之比謂粉碎比),因此,只需采用一級(jí)(一次)粉碎。
當(dāng)粉碎比較大時(shí),采用一級(jí)(一次)粉碎耗電高,是不經(jīng)濟(jì)的。一般情況下,當(dāng)粉碎比超過(guò)15時(shí)就應(yīng)采用二級(jí)(二次)粉碎。當(dāng)然這還要根據(jù)物料的具體物性而定。采用薯干或木薯作原料一般應(yīng)采用二級(jí)粉碎,就粉碎本身而言,采用二級(jí)粉碎能比一級(jí)粉碎節(jié)電25%左右。但采用二級(jí)粉碎通常又需增加一次風(fēng)送,這又要多耗一部分電,二者相抵后大致還能有10%的節(jié)約。對(duì)于大產(chǎn)量而言,由于二級(jí)粉碎能使第二級(jí)粉碎機(jī)(細(xì)碎機(jī))能力大幅提高,使它的總配置數(shù)量減少,這對(duì)操作、維護(hù)、管理都是較為有利的(因?yàn)榧?xì)碎機(jī)的維護(hù)及更換配件等工作在粉碎工序的設(shè)備中是最大的)。因此,對(duì)于大產(chǎn)量的設(shè)計(jì),采用二級(jí)粉碎工藝,無(wú)論從經(jīng)濟(jì)上還是操作管理上都是合理的。相反,如果產(chǎn)量不大(年產(chǎn)萬(wàn)噸酒精以下),為使裝置簡(jiǎn)約,操作更方便,選用一臺(tái)相對(duì)較大的粉碎機(jī),只作一級(jí)(一次)粉碎,也是切實(shí)可行的。此外,有些地區(qū)的薯干片子很小,水分很低,也有些從印尼或泰國(guó)進(jìn)口的木薯原料特別碎小,水分也低,用腳一踩就會(huì)自行碎裂,其中還混大大量的粉粒,這樣的原料,非常易粉碎,當(dāng)然也就沒(méi)有必要再采用二級(jí)粉碎。
近年來(lái),不少中小型廠,他們?cè)陂L(zhǎng)年的生產(chǎn)實(shí)踐中,創(chuàng)造了一種在原料喂料槽(振動(dòng)給料器)中增設(shè)了一個(gè)撥料器,其結(jié)構(gòu)為在一根轉(zhuǎn)軸上焊有幾排爪牙,轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),將喂料槽中的薯干或木薯不斷打碎并向喂料口處推撥,經(jīng)撥料器處理后的薯類(lèi)原料,進(jìn)入一臺(tái)粉碎機(jī),只作一次粉碎,效果也很好,電耗也較低,應(yīng)該說(shuō),這是一項(xiàng)很好的創(chuàng)造,這種撥料器,實(shí)際上也可視為一級(jí)沒(méi)有篩底的破碎,對(duì)中小型產(chǎn)量的工廠非常實(shí)用。
三、關(guān)于除塵
粉碎系統(tǒng)中的風(fēng)送是通過(guò)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)來(lái)完成的,帶料的風(fēng)完成送料任務(wù)(卸料)后,還要通過(guò)風(fēng)機(jī)排向大氣,此時(shí)的風(fēng)中帶有一定量未卸盡的粉料,如直接排入大氣,一則污染環(huán)境,再則也浪費(fèi)了一部分有用的原料。因此,必須考慮除塵回收。
傳統(tǒng)的除塵裝置有干式和濕式兩種,在酒精生產(chǎn)原料粉碎作業(yè)中采用干式還是濕式除塵,曾有過(guò)一番較大的爭(zhēng)議,到目前尚未完全統(tǒng)一,因此,筆者想在這里就兩者各自的優(yōu)缺點(diǎn)作一番更為深層次的比較,以供設(shè)計(jì)或選用者借鑒。
干式主要指布袋式除塵器,它是一種傳統(tǒng)的高效除塵器,為眾多場(chǎng)合所應(yīng)用,特別為糧食行業(yè)谷物類(lèi)粉碎作業(yè)普遍采用,因而也就十分自然地為相似的酒精行業(yè)原料粉碎作業(yè)所引用。但多年來(lái)的引用結(jié)果表明,大多均以失敗告終。為何在幾乎相似的粉碎作業(yè)中,干式布袋除塵這一型式在糧食行業(yè)能長(zhǎng)年應(yīng)用,經(jīng)久不衰,而在酒精行業(yè)卻如此“短命”,深究其原因要?dú)w結(jié)為二者在原料狀況上存在著較大差異。糧食行業(yè)粉碎的產(chǎn)品為食用,因而它對(duì)原料的收購(gòu)起點(diǎn)要求就高,工藝要求除雜也徹底,特別是對(duì)原料的水份有嚴(yán)格的控制,因而它能很好地保持布袋除塵器的正常穩(wěn)定運(yùn)行。而酒精行業(yè)的原料來(lái)源雜,收購(gòu)起點(diǎn)要求低,特別是當(dāng)市場(chǎng)出現(xiàn)緊缺時(shí),即使是水份高的、雜質(zhì)多的,甚至是有些霉變的,都要收購(gòu)。在工藝上除雜要求也很低(僅除鐵、石等重雜質(zhì)),尾風(fēng)中除了有原料粉塵外,更有大量輕雜質(zhì)(干草、樹(shù)葉、麻袋片、繩經(jīng)等粉碎物),更為關(guān)鍵的是原料的水份無(wú)法控制,收到含水份高的原料,為避免貯存霉變,一般都要求先用于生產(chǎn),這就往往使尾風(fēng)中的粉粒含水很高(最高時(shí)會(huì)超過(guò)20%),一旦附著于除塵器布袋表面,甚或鉆入布纖維縫隙,很難為壓縮空氣反吹脫落,從而使除塵效果迅速惡化。不透氣的布袋自然不能順暢地排風(fēng),這又會(huì)反過(guò)來(lái)影響整個(gè)粉碎系統(tǒng)的正常運(yùn)行,這種惡性循環(huán)的結(jié)果,只能被迫將其棄用。
濕式除塵(泡沫除塵器)的除塵效率雖較正常的干式除塵略低,但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,自?xún)裟芰?qiáng),運(yùn)行潑辣,一般情況下不需要維護(hù),除塵效果也較穩(wěn)定,只要設(shè)計(jì)得好,其平均效率與干式不相上下。在酒精廠原料粉碎工藝中采用濕式除塵,可以將除塵后的含塵水用來(lái)拌漿,既避免了含塵水排放造成的二次污染,又回收了物料,還節(jié)約了工藝用水,可謂一舉多得,因而具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。它的唯一缺點(diǎn)是用熱水除塵經(jīng)風(fēng)吹后降溫較大,用作拌漿,漿溫較低,相對(duì)于用熱水直接拌漿會(huì)損失一部分熱能,但這一損失可以利用余熱加熱來(lái)挽回,因而濕式除塵已為越來(lái)越多的工廠所采用。
四、關(guān)于風(fēng)網(wǎng)
在小規(guī)模的粉碎裝置中,無(wú)論是采用一級(jí)粉碎還是二級(jí)粉碎,一般都是采用一臺(tái)風(fēng)機(jī),風(fēng)網(wǎng)很單一,無(wú)須作過(guò)多的探討。
對(duì)于規(guī)模較大的粉碎裝置,例如年產(chǎn)酒精五萬(wàn)噸以上,又是使用薯類(lèi)原料,設(shè)計(jì)上一般均采用二級(jí)粉碎。此時(shí),最好能將原料上料與二級(jí)粉碎后的粉料輸送分開(kāi),采用二臺(tái)風(fēng)機(jī)組成相對(duì)獨(dú)立的二條風(fēng)網(wǎng)。這樣做的好處是:
1、大產(chǎn)量的粉碎作業(yè),一般上料作業(yè)與粉碎拌漿作業(yè)(特別是二級(jí)細(xì)碎)是有分工的,實(shí)際上具有相對(duì)的獨(dú)立性。從作業(yè)特點(diǎn)上,細(xì)碎拌漿要求均勻穩(wěn)定,細(xì)水長(zhǎng)流,而上料工因?yàn)轶w力勞動(dòng)較大,作業(yè)環(huán)境也較差,他們樂(lè)于采用大干大歇的作業(yè)方式。在大產(chǎn)量粉碎工藝中,為了防止因局部設(shè)備故障而影響作業(yè)的連續(xù),一般都在流程中設(shè)置中間貯倉(cāng),這就為上料工創(chuàng)造了間隙作業(yè)的條件。用二臺(tái)風(fēng)機(jī)組成相對(duì)獨(dú)立的二條風(fēng)網(wǎng),可在上料間隙時(shí)將上料風(fēng)機(jī)停下,可節(jié)約一部分電能。
2、采用二條風(fēng)網(wǎng),使每條風(fēng)網(wǎng)配置的風(fēng)機(jī)規(guī)格大為縮小(風(fēng)量約縮小一半),有利于風(fēng)機(jī)選型。因?yàn)楦邏合盗酗L(fēng)機(jī)的參數(shù)特點(diǎn)是相應(yīng)風(fēng)壓下,風(fēng)量較小。
3、風(fēng)網(wǎng)分成二條后,所配風(fēng)機(jī)功率小,容易起動(dòng),這一點(diǎn)對(duì)于大型風(fēng)機(jī)也顯得很重要。
五、關(guān)于風(fēng)機(jī)
風(fēng)機(jī)是風(fēng)送系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,是整個(gè)系統(tǒng)中的“心臟”,風(fēng)機(jī)選用得是否合理,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。
當(dāng)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算完成后,根據(jù)算得的風(fēng)壓和風(fēng)量,選用一臺(tái)合乎要求的風(fēng)機(jī),似乎并不困難,但實(shí)際上還會(huì)遇到一些問(wèn)題。這是因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上可供選用的高壓系列風(fēng)機(jī),它們的傳動(dòng)方式都是采用電機(jī)與風(fēng)機(jī)直聯(lián)的,每種型號(hào)的風(fēng)機(jī)它的風(fēng)壓與相對(duì)應(yīng)的風(fēng)量適應(yīng)范圍是不可調(diào)的。在選擇風(fēng)機(jī)的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況:某型號(hào)的風(fēng)機(jī)可滿足系統(tǒng)風(fēng)壓的要求,但風(fēng)量卻不夠,不得已再選用大一號(hào)的風(fēng)機(jī)以滿足風(fēng)量,但此時(shí)風(fēng)壓也相應(yīng)大幅增高,相應(yīng)的動(dòng)力配置增幅更大,這會(huì)造成運(yùn)行中長(zhǎng)期的很大浪費(fèi)。同樣,有時(shí)為了滿足風(fēng)壓不夠的要求,被迫選大風(fēng)壓而造成風(fēng)量過(guò)大的矛盾。解決這一問(wèn)題的較好方法是要求供貨廠家提供一臺(tái)采用三角帶傳動(dòng)的風(fēng)機(jī),這就可以通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到同時(shí)滿足風(fēng)壓與風(fēng)量?jī)身?xiàng)參數(shù)的要求,求得合理節(jié)電運(yùn)行。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變(調(diào)整)后,它的風(fēng)壓、風(fēng)量、功率消耗都會(huì)以相應(yīng)的比例改變,它們的關(guān)系是:
風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比,即:
Q1/Q2=n1/n2
風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比,即:
H1/H2=(n1/n2)2
功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,即:
N1/N2=(n1/n2)3
式中:
n1—風(fēng)機(jī)原定轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)
n2—改變后的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)分)
Q1、H1、N1—風(fēng)機(jī)在原定轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率
Q2、H2、N2—風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速改變后的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率
必須注意的是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變后,其功率會(huì)呈立方關(guān)系變化;一旦增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,則功率會(huì)有較大幅度地增加,這就要求在配置電機(jī)容量時(shí),要予以充分重視,避免因配置過(guò)小而造成電機(jī)燒毀。
此外,在選用風(fēng)機(jī)時(shí)還應(yīng)遵循一個(gè)原則:當(dāng)有兩種不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)均能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),應(yīng)選用其中直徑較大、轉(zhuǎn)速較低的。因?yàn)樾≈睆礁咿D(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),噪音大、振動(dòng)大,且磨損較快。
以上是酒精生產(chǎn)原料粉碎工藝設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的一些主要問(wèn)題以及應(yīng)采取的相應(yīng)對(duì)策,不一定完全正確,期望能對(duì)從事該項(xiàng)工藝設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員及相關(guān)管理人員有所幫助和借鑒。
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