一种红酸汤发酵坛搅拌机关键部件设计

林顺宝+张富贵

摘 要：在生物发酵中产品收率高、生产能耗低是大型发酵罐的重要经济指标，采用优化后的组合式搅拌器，根据要求采用不同的桨型，控制各层搅拌器的能耗 ，按各层搅拌器的作用不同来分配搅拌器的轴功率，并且利用气体上升膨胀做功降低能耗，使之满足发酵各个区域气液分散、固液悬浮、混均、传热等要求，从而保证微生物的生长要求，达到提高发酵产量，同时降低生产能耗的目的。对搅拌机的选择和设计方法进行了分析，提出红酸汤在发酵搅拌时速度参数的选择，为搅拌机的选型和设计提供了参考。

关键词：红酸汤；发酵；搅拌机

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

0 引言

近年来 ，随着节能降耗成为社会的主流，高额的电能消耗不仅成为生物发酵行业扩大生产的瓶颈，也加大了产品成本。而生物发酵工业 的发展 ，以及对发酵过程不断的了解，如何在提高发酵单位产能的同时降低能耗、节约成本成为各企业的中心议题。本研究选取自行设计的发酵坛搅拌机作为研究对象，对搅拌器的主要类型及其发展概况、搅拌电机的选择、搅拌机的结构及关键部件设计等方面进行详细地阐述，旨在探讨该搅拌机的实际性能以及实际应用情况，进而将该款类型的搅拌机推广于红酸汤的制作之中，提高红酸汤企业的生产效率以及收益。

1 概述

目前红酸汤的生产采用的是传统工艺加工，生产自动化程度较低，其生产主要工艺流程是：辣椒、番茄运进工厂→倒进自动清洗机清洗→剁碎→输送坛罐发酵（期间要进行多次搅拌，目前为人工搅拌）→抽送磨酱→泵出灌装→贴标签→装箱包装。

由于传统加工生产效率低，存在劳动者人为的差异，质量保证困难，生产质量不稳定。为此，我们根据当地实际的生产情况，吸收国内外的先进技术，研究和设计出符合红酸汤自动化生产过程中发酵搅拌的设备。

2 搅拌器的主要类型及其发展概况

根据搅拌器的形状可以分为径向流圆盘搅拌器、轴向流搅拌器、推进式等；根据不同液体的粘度可分为低粘度液搅拌器、中高粘度搅拌器，低粘度液搅拌器，如：三叶推进叶轮、折叶浆式、超级混合叶轮式等；中粘度搅拌器，如：螺杆式叶轮、双螺旋螺带叶轮型、超混合搅拌器等。

为了达到成品高精度、高品质化要求，国外，特别是日本开发了新型的搅拌装置，以满足高粘度产品的生产需要。如倒圆锥形螺带翼式搅拌器、超混合搅拌器、高性能浮动搅拌槽、超振动α型搅拌器等。

3 搅拌电机的选择

依据物料特性（液体介质的粘度）、搅拌过程的难易程度、生产要求的高低、设备价格和动力消耗费用等因素来选择搅拌器，还需考虑制造、维护和检修方便等因素。搅拌是使釜（或槽）内物料形成某种特定方式的运动（通常为循环流动）。搅拌注重的是釜内物料的运动方式和剧烈程度，以及这种运动状况对于给定过程的适应性。其叶轮直径较小，通常仅为釜直径的0.2～0.5倍，但转速较高，可达100～500r/min。叶片端部的圆周速度较大，可达5～15m/s。

搅拌工作原理：工作时，推进式搅拌器如同一台无外壳的轴流泵，高速旋转的叶轮使液体作轴向和切向运动。液体的轴向分速度使液体沿轴向向下流动，流至釜底时再沿釜壁折回，并重新返回旋桨入口，从而形成总体循环流动，起到均匀混合液体的作用。液体的切向分速度使液体在容器内作圆周运动，这种圆周运动使釜中心处的液面下凹，釜壁处的液面上升，从而使釜的有效容积减小。下凹严重时桨叶的中心甚至会吸入空气，便搅拌效果急剧下降。

4 搅拌机的结构及关键部件设计

微生物发酵广泛应用于化工、医药及食品等多种行业，发酵坛（灌）及搅拌器为生产过程中的关键設备，一般为为恒定转速机械搅拌容器。由于微生物对搅拌产生的剪切力非常敏感，所以，搅拌转速控制比较严格，不能太高。另外，随着中国生物技术行业的蓬勃发展，发酵罐日趋大型化，搅拌轴也不断加长，使该轴类的共振问题更为明显，为解决共振现象的发生，工程实践中一般采用加大轴径（实心轴）不仅增大了轴质量，而且效果也不明显，因为实心轴受弯、扭时，中间部分的材料并没有得到充分利用，过多增加支承点会增加生物发酵罐的染菌机会。因此，搅拌轴的优化设计及具有重要意义。采用扁方型的搅拌轴代替圆形实心轴是解决搅拌轴重量的有效途径，但取多大的扁方型结构搅拌轴更为合理科学又是一个值得讨论的问题。

（1）发酵坛及关键零部件设计结构图（如图1），主要由发酵坛、搅拌电机、轴承、坛盖子、传动轴、搅拌杆组成。

（2）发酵坛坛盖结构及尺寸设计（如图2），左图为盖板整体示意图，右图为盖板的剖面图及尺寸示意图。在搅拌过程中主要用于发酵坛口的密封，以防酸汤飞溅及空气进入使其发生质变。

（3）发酵搅拌杆结构及尺寸设计（如图3）。与传动轴连接部分为圆柱体，直径为80mm，长度为100mm；搅拌杆为方形结构，杆的垂直高度为850mm，宽度为60mm，厚度为20mm，其余尺寸见图示。

（4）搅拌速度分析（如图4），为确保搅拌效果及产品质量，通过运动学仿真分析，搅拌杆随着时间的变化其角速度情况，由图中的数据可以看出，此搅拌杆搅拌稳定之后，搅拌角速度从599.5deg/sec～600.5deg/sec的范围内变动，搅拌速度基本保持稳定，不再随时间的改变而发生较大的变化，这也为确保搅拌的均匀性提供保障。

5 总结

设计生产高效率高质量的发酵搅拌设备是各国不断努力追求的。本文主要对贵州黔东南地区的一种红酸汤发酵过程中所需的搅拌机进行设计，根据设计过程及各种参数的分析，本款搅拌机稳定性较好、性能优，搅拌红酸汤均匀，可投入至红酸汤发酵生产过程之中，旨在提高生产效益。

参考文献：

[1]凯里红酸汤成为我国三大特色火锅底料[J/OL].黔东南州人民政府网，http：//www.qdn.gov.cn.

[2]张平亮.搅拌器的选择和设计[J].石油化工设备技术，1996，17（02）.

作者简介：林顺宝（1980-），男，本科，讲师，研究方向：汽车机电技术。